bab 4. penyediaan steam

10/31/2011

1

BAB 4PENYEDIAAN UAP

Utilitas

By : Ridhawati, S.T.,M.T

Bab 4. Penyediaan Uap

Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T

2

TIK:

1. Mahasiswa dapat menjelaskan alat proses penyediaan uap2. Mahasiswa dapat menjelaskan cara kerja boiler3. Mahsasiwa dapat menjelaskan sifat-sifat uap4. Mahasiswa dapat menghitung kualitas uap

Pendahuluan


3

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja.

Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatuproses.

Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energiyang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalorke suatu proses.

Jika air didihkan sampai menjadisteam, maka volumenya akan meningkat sekitar1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudahmeledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dandijaga dengan sangat baik

Proses Kerja Boiler


4

Energi Kalor yg dibangkitkan dlmsistem boiler memiliki nilai

tekanan temperatur Laju aliran

Pemanfaatan steam yg akan digunakan


5

Sistem boiler

sistem air umpan, sistem steam, sistem bahan

bakar

Proses Kerja Boiler

Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 6

Komponen dari boilerFurnace

• Mrp tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace siantaranya: refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.

Steam Drum• Mrp tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat

jenuh (saturated steam).Superheater

• Mrp tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siapuntuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

Air Heater• Mrp ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap

untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungkupembakaran.

Economizer• Mrp ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang

terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru.Safety valve

• saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuanboiler menahan tekanan steam.

Blowdown valve• Saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.

10/31/2011

2

Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 7 Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 8

Klasifikasi Boiler


9

1. Berdasarkan tipe pipa

2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan

3. Berdasarkan kegunaan boiler

4. Berdasarkan konstruksi boiler

5. Berdasarkan tekanan kerja boiler

6. Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar

7. Berdasarkan material penyusun boiler

Klasifikasi Boiler berdasarkan tipe pipa


10

Fire Tube• karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam

yang rendah.• Cara kerja : proses pengapian terjadi didalam pipa,

kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsungkedalam boiler yang berisi air.

Water Tube• menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi.• Cara Kerja : proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian

panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air

Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 11 Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 12

10/31/2011

3


No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian

1 Fire TubeProses pemasangan mudah dancepat, Tidakmembutuhkan settingkhusus

Tekanan operasi steamterbatasuntuk tekanan rendah 18 bar

Investasi awal boiler ini murahKapasitas steam relatif kecil (13.5 TPH) jika diabndingkan denganwater tube

Bentuknya lebihcompactdan portable

Tempat pembakarannya sulitdijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya.

Tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler

Nilai effisiensinya rendah, karenabanyak energi kalor yang terbuanglangsung menuju stack

2 Water Tube Kapasitas steam besar sampai450 TPH Proses konstruksi lebih detail

Tekanan operasi mencapai 100 bar

Investasi awal relatif lebih mahal

Nilai effisiensinya relatif lebihtinggi dari fire tube boiler

Penanganan air yang masuk kedalam boiler perlu dijaga, karenalebih sensitif untuk sistem ini, perlukomponen pendukung untuk hal ini

Tungku mudah dijangkau untukmelakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.

Karena mampu menghasilkankapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinyadibutuhkan area yang luas


• harga bahan baku pembakaran relatif << bahan bakar cair dan listrik. Nilaieffisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe listrik.

• Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuranbahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.

Solid Fuel

• Harga bahan bakar paling mahal. Nilai efisiensi lebih baik jika dibandingkanbahan bakar padat dan listrik

• Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuranbahan bakar cair (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumberpanas

Oil Fuel

• Harga bahan bakar < bahan bakar cair. Efisiensi <<<<• Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai

sumber panas.

Electric

• Harga bahan bakar < bahan bakar jenis lain. Efisiensi >>>• Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas

(LNG) dengan oksigen dan sumber panas.

Gaseous Fuel



1 Solid Fuel

Bahan baku mudah didapatkan.

Sisa pembakaran sulit dibersihkan

Murah konstruksinya. Sulit mendapatkan bahan baku yang baik.

2 Oil Fuel

Sisa pembakaran tidak banyak dan lebih mudah

dibersihkan.

Harga bahan baku paling mahal.

Bahan bakunya mudah didapatkan.

Mahal konstruksinya.

3 Gaseous Fuel

Harga bahan bakar paling murah. Mahal konstruksinya.

Paling baik nilai effisiensinya.

Sulit didapatkan bahan bakunya, harus ada jalur

distribusi.

4 Electric

Paling mudah perawatannya.

Paling buruk nilai effisiensinya.

Mudah konstruksinya dan mudah didapatkan

sumbernya.

Temperatur pembakaranpaling rendah.

Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar


Berdasarkan kegunaan boiler• Fungsi utamanya sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan

sisa steamdigunakan untuk menjalankan proses industri.• Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler,

hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampumemutar steam turbin dan menghasilkan listrik dari generator.

Power Boiler

• Fungsi utama utamanya sebagai penghasil steam atau air panas untuk menjalankanproses industri dan sebagai tambahan pemanas.

• Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang sedang.

Industrial Boiler

• Fungsi utamanya sebagai penghasil steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagaitambahan untuk menjalankan proses operasi komersial.

• Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang rendah.

Commercial Boiler

• Fungsi utamanya sebagai penghasil steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan untuk perumahan.

• Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah

Residential Boiler

• Fungsi utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasilsteam ini digunakan untuk menjalankan proses industri.

• Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar.

Heat Recovery Boiler



1 Power Boiler

Dapat menghasilkan listrik dan sisa steamdapat menjalankan

proses industri.Konstruksi awal relatif mahal.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan tinggi Perlu diperhatikan faktor safety.

2 Industrial Boiler

Penanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

Konstruksi awal relatif murah.

3 Commercial Boiler




4 Residential Boiler




5 Heat Recovery Boiler




Berdasarkan Tekanan Kerja Boiler


18

• tekanan steam operasi < 15 psig steam =160 psig

• temperatur < 250 0F

Low Pressure Boilers

• tekanan steam operasi > 15 psig steam yang dihasilkan >160 psig

• temperatur > 250 0F

High Pressure Boilers

10/31/2011

4



1 Low Pressure

Tekanan rendah sehingga penanganannya tidak

terlalu rumit

Tekanan yang dihasilkan rendah, tidak dapat

membangkitkan listrik.

Area yang dibutuhkan tidak terlalu besar, dan biaya konstruksi tidak lebih

mahal dari high pressure boiler

2 High Pressure

Tekanan yang dihasilkan tinggi sehingga dapat

membangkitkan listrik dan sisanya dapat didaur ulang

untuk mengoprasikan proses industri

Tekanan tinggi sehingga penanganannya perlu diperhatikan aspek keselamatannya.

Area yang dibutuhkan besardan biaya konstruksi lebih

mahal darilow pressure boiler

Berdasarkan konstruksi boiler


20

Package Boiler

Site Erected Boiler


Berdasarkan Cara Pembakaran Bahan Bakar

• bahan bakar padat untuk melakukan pembakaran, bahan bakar padat dimasukkankedalam ruang pembakaran melalui conveyor ataupun manual. Tipe ini memiliki sisapembakaran yang harus diatangani berupa bottom ash atau fly ash yang dapatmencemari lingkungan.

Stoker Combustion

• proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller mill sehingga batu baramemiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu bara berupa bubuk ini disemprotkanke dalam ruang pembakaran

Pulverized Coal

• memanfaatkan bahan bakar cair, padat, dan gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang terjadi lebih merata

• Cara kerja : bahan bakar cair digunakan sebagai preliminary firing fueldimasukkankedalam ruang pembakaran melalui oil gun. Setelah tercapai temperatur yang sesuai, pembakaran diambil alih oleh coal nozzle atau gas nozzle

Firing Combustion

• proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran dilakukan dalam lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika mengenai pasir.

Fluidized Coal



1 Stoker Combustion

Konstruksinya relatif sederhana. Limbah yang diproduksi pembakaran lebih banyak

Panas yang dihasilkan kurang merata jika tidak ada komponen

pendukung.Effisiensi relatif rendah

2 Pulverized

Efisiensi relatif tinggiKonstruksinya rumit dan

membutuhkan dana investasi yang mahal.

Proses pembakaran lebih merata pada tungku pembakaran.

3 Fluidized Bed

Efisiensi relatif tinggiKonstruksinya rumit dan

membutuhkan dana investasi yang mahal.

Suhu pembakaran tidak mencapai suhu 10000C sehingga tidak

menimbulkan NOX

4 Firing

Limbah yang diproduksi pembakaran lebih sedikit

Konstruksi relatif rumit, perlu nozzle.

Panas yang dihasilkan lebih merata

Effisiensi relatif lebih baik

Berdasarkan material penyusun boiler


23

• bahan baku utama boiler terbuat menggunakan steelpada daerah steam.

Steel

• bahan baku utama boiler terbuat menggunakan besicor pada daerah steam.

Cast Iron


24

• Pada prakteknya, uap sering mengandung titik-titikair dan tidak dapat dikatakan sebagai uap jenuhkering. Kualitas uap ditentukan oleh fraksikeringnya (dryness fraction) yaitu perbandinganantara uap kering sempurna yang ada didalam uap.

• Sebagai contoh, entalpi spesifik uap pada 7 bargdengan fraksi kering 0,95

Uap kering dan uap basah (dry steam and wet steam)

Kualitas Uap

10/31/2011

5


25

Dalam 1 kg uap berisi 0,95 kg uap kering dan 0,05 kg air serta hanya ada 0,95 entalpi penguapannya, sehingga

hg = hf + hfg =721,4 + (0,95 x 2047,7) = 2667 kJ/kg

Harga ini menunjukkan adanya selisih sebesar 102,4 kJ/kg dari entalpi spesifik uap seperti tertera pada tabel uapuntuk uap jenuh kering bertekanan 7 bar.

Kualitas Uap


Comparison of energy to raise steam at 10 bar g


Fig. 4.1 Temperature enthalpy phase diagram


The temperature/enthalpy diagram


Contoh: uap dengan kualitas uap 0,95 diturunkandari 6 bar g ke 1 bar g dengan menggunakan katuppenurun tekanan (a pressure reducing valve). Tentukan kondisi uap keluar dari katup penuruntekanan?


Table UapPada 6 bar g → hf=697,5 kJ/kg & hfg =2066 kJ/kgPada 1 bar g → hf=505,6 kJ/kg & hfg=2201,1 kJ/kg

Tot entalpi sebenarnya saat masuk pada 6 bar g= hf + hfg = 697,5 +0,95 (2066)= 2660,2 kJ/kgDengan anggapan bahwa uap pada tekanan 1 bar g adalah uap kering ( = 100%) maka tot entalpi uap = hf + hfg = 505,6 + 2201,1 = 2706,7 kJ/kgKarena tot entalpi uap pada 6 bar g lebih rendah dari tot entalpi uap pada 1 bar g maka tersebut bukanlah uap superheated dan masih terdapat kandungan air.

10/31/2011

6


Sejumlah energi diatas terkandung dalam uapbertekanan 1 bar g sehingga kualitas uapnya sebesar

Tot entalpi sebenarnya saat masuk pada 6 bar g= hf + hfg pada 1 bar g2660,2 = hf + hfg pada 1 bar g2660,2 = 505,6 + (2201,1) = 0,979 atau 97,9%

bab 4. penyediaan steam

Documents