Download - 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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
4
Energi Kalor yg dibangkitkan dlmsistem boiler memiliki nilai
tekanan temperatur Laju aliran
Pemanfaatan steam yg akan digunakan
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 13
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 14
• 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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 15
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 16
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 17
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
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
Penanganan boiler lebih mudah.
Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
Konstruksi awal relatif murah.
4 Residential Boiler
Penanganan boiler lebih mudah.
Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
Konstruksi awal relatif murah.
5 Heat Recovery Boiler
Penanganan boiler lebih mudah.
Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
Konstruksi awal relatif murah.
Berdasarkan Tekanan Kerja Boiler
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 19
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
20
Package Boiler
Site Erected Boiler
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 21
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 22
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
23
• bahan baku utama boiler terbuat menggunakan steelpada daerah steam.
Steel
• bahan baku utama boiler terbuat menggunakan besicor pada daerah steam.
Cast Iron
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 26
Comparison of energy to raise steam at 10 bar g
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 27
Fig. 4.1 Temperature enthalpy phase diagram
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 28
The temperature/enthalpy diagram
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 29
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?
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 30
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
Utilitas By Ridhawati, S.T., M.T 31
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%