makalah ketel uap

26
PRINSIP KERJA DAN JENIS KETEL UAP MAKALAH UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH Mesin Konversi Energi I yang dibina oleh Ibu Anny Martiningsih Oleh: Dewanda Dwi Pranaseta 130511616246 Dewi Izzatus Tsamroh 130511616269 UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN PRODI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN Februari 2015

Upload: dewi-izza

Post on 16-Jul-2015

1.079 views

Category:

Engineering


53 download

TRANSCRIPT

Page 1: Makalah Ketel Uap

PRINSIP KERJA DAN JENIS KETEL UAP

MAKALAH

UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH

Mesin Konversi Energi I

yang dibina oleh Ibu Anny Martiningsih

Oleh:

Dewanda Dwi Pranaseta 130511616246

Dewi Izzatus Tsamroh 130511616269

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

PRODI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

Februari 2015

Page 2: Makalah Ketel Uap

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat serta karunia-Nya sehingga dapat berhasil menyelesaikan

makalah ini yang alhamdulillah tepat pada waktunya yang berjudul “Prinsip Kerja

dan Jenis Ketel Uap”.

Makalah ini berisikan informasi tentang pengertian, prinsip kerja, serta

macam-macam ketel uap. Diharapkan makalah ini dapat memberikan informasi

kepada pembaca tentang ketel uap. Ketika penyusunan makalah pembelajaran ini,

banyak pihak yang turut membantu serta memberikan dorongan pemikiran dan

materi. Oleh karena itu, penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada

berbagai pihak yang telah memberi sumbangan dalam penyelesaian makalah ini.

Ucapan terima kasih penyusun sampaikan kepada Ibu Anny atas bimbingan,

tuntunan, dan bantuan selama proses penyusunan makalah ini.

Akhir kata penyusun menyadari bahwa makalah masih jauh dari sempurna.

Oleh karena itu, kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun

selalu diharapkan demi kesempurnaan makalah ini.

Malang, Februari 2015

Penyusun

Page 3: Makalah Ketel Uap

iii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............................................................................................. ii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... iii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1

1.1 Latar Belakang...........................................................................................1

1.2 Rumusan Masalah .....................................................................................2

1.3 Tujuan Penyusunan ...................................................................................2

BAB II PEMBAHASAN .........................................................................................3

2.1 Ketel Uap ...................................................................................................3

2.2 Komponen Ketel Uap ................................................................................3

2.3 Prinsip Kerja Ketel Uap.............................................................................7

2.4 Jenis Ketel Uap ........................................................................................10

2.5 Keuntungan dan Kerugian Ketel Uap......................................................18

2.6 Perhitungan Rumus pada Ketel Uap........................................................19

BAB III PENUTUP................................................................................................21

3.1 Simpulan ..................................................................................................21

DAFTAR RUJUKAN ............................................................................................23

Page 4: Makalah Ketel Uap

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ketel uap (boiler) adalah sebuah alat yang memiliki fungsi untuk

menghasilkan uap, yang mana memiliki dua bagian yang penting yaitu dapur

pemanasan, yang mana pemanasan didapat dari pembakaran bahan bakar, dan

boiler proper yaitu sebuah alat yang mengubah air menjadi uap.

Uap atau fluida panas yang dihasilkan kemudian disirkulasikandari ketel

untuk berbagai proses dalam aplikasi pemanasan. Ketel atau pembangkit uap

adalah salah satu dari sekian banyak peralatan dalam siklus energi thermal yang

bertujuan untuk merubah air menjadi uap bertekanan sehingga dapat digunakan

untuk mengoperasikan beberapa mesin atau pesawat yang menggunakan tenaga

uap.

Pada dasarnya, uap yang dihasilkan tersebut digunakan untuk

membangkitkan tenaga mekanik atau mensuplai panas untuk keperluan industri

(manufacturing process). Bentuk dari ketel uap secara garis besar merupakan

suatu bejana tertutup, dimana kalor dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke

air melalui ruang bakar dan bidang-bidang pemanasan.

Energi dalam (internal energy) dari air akan meningkat seiring dengan

meningkatnya temperatur dan tekanan. Dimana pada suatu tingkat keadaan

tertentu air akan berubah menjadi uap (menguap). Sumber kalor untuk ketel dapat

berupa bahan bakar dalam bentuk padat, cair atau gas. Bahkan akhir-akhir ini

sumber kalor dengan menggunakan energi listrik atau nuklir banyak

dikembangkan.

Pada prinsipnya, cara kerja ketel uap adalah sebagai berikut. Hanafi (2012)

memaparkan sebagai berikut.

Di dalam dapur ketel terjadi pembakaran bahan bakar sehingga dihasilkan

panas. Panas bahan bakar kemudian dipakai untuk memanaskan air di dalam

ketel sehingga mendidih dan terjadilah uap. Di dalam uap yang dihasilkan

Page 5: Makalah Ketel Uap

2

oleh ketel ini dikandung suatu tenaga yang dinamakan “tenaga potensial”

yang nantinya di dalam pesawat uap akan dirubah menjadi “tenaga

mekanis” baik secara langsung pada “mesin uap torak” ataupun dengan

perantaraan “tenaga kinetis” di dalam tabung pancar seperti yang terdapat

pada “turbin uap”.

Berdasarkan uraian di atas, maka penyusun tertarik untuk mengkaji prisip

kerja serta macam-macam jenis ketel uap dengan judul “Prinsip Kerja dan Jenis

Ketel Uap”.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka penyusun merumuskan beberapa

masalah sebagai berikut.

1. Apa yang dimaksud dengan ketel uap?

2. Apa saja komponen penyusun ketel uap?

3. Begaimana prinsip kerja ketel uap?

4. Apa saja jenis-jenis ketel upa?

1.3 Tujuan Penyusunan

Tujuan dari penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan ketel uap

2. Untuk mengetahui komponen penyusun ketel uap

3. Mengetahui prinsip kerja ketel uap

4. Mengetahui jenis-jenis ketel uap

Page 6: Makalah Ketel Uap

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Ketel Uap

Ketel uap merupakan gabungan yang kompleks dari pipa-pipa penguapan

(evaporator), pemanas lanjut (superheater), pemanas air (economiser) dan

pemanas udara (air heater). Pipa-pipa penguapan (evapurator) dan pemanas lanjut

(superheater) mendapat kalor langsung dari proses pembakaran bahan bakar,

sedangkan pemanas air (economiser) dan pemanas udara (air heater) mendapat

kalor dari sisa gas hasil pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer.

Ketel uap (boiler) adalah sebuah alat yang memiliki fungsi untuk

menghasilkan uap, yang mana memiliki dua bagian yang penting yaitu dapur

pemanasan, yang mana pemanasan didapat dari pembakaran bahan bakar, dan

boiler proper yaitu sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Uap atau fluida

panas kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi

pemanasan.

Uap yang dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk:

a. Mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin

b. Suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti industri

pemintalan, pabrik gula dan sebagainya

c. Menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas

bertekanan rendah.

2.2 Komponen Ketel Uap

Komponen sistem ketel uap dibagi menjadi dua bagian, yaitu komponen

utama dan komponen bantu yang mana memiliki fungsi untuk menyokong prinsip

kerja ketel uap. Berikut adalah penampang komponen-komponen penyusun ketel

uap secara umum.

Page 7: Makalah Ketel Uap

4

Gambar 1 Komponen Ketel Uap

(Sumber: http://otomotifzone-

henddy.blogspot.com/2011/12/ketel-uap-

boiler.html)

Keterangan:

1. Dearator

2. Bagasse distribution conveyor

3. Dapur (furnace)

4. Superheated steam valve

5. Air heater

6. Induced Draft Fan (I.D.F)

7. Cerobong asap (chimney)

8. Secondary fan

Page 8: Makalah Ketel Uap

5

Komponen utama ketel uap terdiri dari:

a. Ruang Pembakaran (Furnace)

Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk

pembakaran, yang terdapat fire gate di bagian bawah sebagai alas bahan

bakar dan yang sekelilingnya adalah pipa-pipa air ketel yang menempel pada

dinding tembok ruang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar

secara radiasi, konduksi, dan konveksi.

b. Drum Air dan Drum Uap

Drum air terletak pada bagian bawah yang berisi dari tangki

kondensat yang dipanaskan dalam daerator, disamping itu berfungsi sebagai

tempat pengendapan kotoran-kotoran dalam air yang dikeluarkan melalui

proses blowdown. Drum uap terletak pada bagian atas yang berisi uap yang

kemudian disalurkan ke steam header.

c. Pemanas Lanjut (Super Heater)

Super heater adalah bagian-bagian ketel yang berfungsi sebagai

pemanas uap, dari saturated steam (±250°C) menjadi super heated steam

(±360°C).

d. Air Heater

Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.

e. Dust Collector

Dust collector adalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada

sepanjang aliran gas pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang.

f. Soot blower

Soot blower adalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau

abu yang menempel pada pipa-pipa.

Page 9: Makalah Ketel Uap

6

Sedangkan untuk komponen bantu dalam sistem ketel uap antara lain:

a. Air pengisi ketel (boiler feed water)

Air pengisi ketel didapatkan dari 2 sumber yaitu: air condensate,

didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai

pemanas pada evaporator, juice heater dan vacuum pan. Air condensate ini

ditampung dan kemudian dialirkan ke station boiler sebagai air umpan

pengisi ketel dengan persyaratan Ph: 8,5, Iron (ppm) : 0,002, Oxygen (ppm) :

0,02

b. Dearator

Merupakan pemanas air sebelum dipompa kedalam ketel sebagai air

pengisian. Media pemanas adalah exhaust steam pada tekanan ± 1 kg/cm2

dengan suhu ± 150°C, sehingga didapatkan air pengisian ketel yang bersuhu

antara 100°C-105°C. Fungsi utamanya adalah menghilangkan oksigen (O2)

dan untuk menghindari terjadinya karat pada dinding ketel.

c. High pressure feed water pump

Berfungsi untuk melayani kebutuhan air pengisi ketel yang dijadikan

uap, sampai dengan kapasitas ketel yang maksimum, sehingga ketel uap akan

dapat bekerja dengan aman. Kapasitas pompa harus lebih tinggi dari kapasitas

ketel, minimum 1,25 kali, tekanan pompa juga harus lebih tinggi dari tekanan

kerja ketel, agar dapat mensupply air kedalam ketel.

d. Secondary Fan

Merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai alat penghembus

pembakaran bahan bakar yang kedua sebagai pembantu F.D.F. untuk

mendapatkan pembakaran yang lebih sempurna lagi.

e. Induced Draft Fan (I.D.F)

Alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghisap gas asap sisa

pembakaran bahan bakar, yang keluar dari ketel.

Page 10: Makalah Ketel Uap

7

f. Force Draft Fan (F.D.F)

Merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan

bakar.

g. Cerobong asap (Chimney)

Berfungsi untuk membuang udara sisa pembakaran. Diameter

cerobong berkisar berukuran 3 m dan tinggi cerobong 40 m, ini berbeda

setiap industri.

h. Ash Conveyor

Merupakan alat pembawa atau pengangkut abu dari sisa-sisa

pembakaran bahan bakar, baik yang dari rangka bakar (fire grate) ataupun

juga dari alat-alat pengumpul abu (dust collector), untuk dibuang dan

diteruskan ke kolam penampungan dan ini biasanya digunakan sebagai

kompos diperkebunan tebu.

2.3 Prinsip Kerja Ketel Uap

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk

mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan

memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari

hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam

ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan

temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan

pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang

konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

Ilustrasi penampangnya adalah sebagai berikut.

Page 11: Makalah Ketel Uap

8

Gambar 2 Siklus Air dalam Boiler

(Sumber: http://smkn1cikutra.blogspot.com/

2011/07/ketel-uap.html)

Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator

(pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada

kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.

Siklus Air di Boiler

Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler

mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke

turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi

dengan melalui economiser dan ditampung di dalam steam drum.

Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum

masuk ke drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar

dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer,

header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air

dari drum turun melalui pipa-pipadown comer ke header bawah (bottom header).

Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun

membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan

dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.

Page 12: Makalah Ketel Uap

9

Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi

secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik

hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun

melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-

pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan

terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas.

Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan

tekanan serta temperaturnya.

Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation).

Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump).

Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7, artinya jumlah

air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari

sistem sirkulasi paksa antara lain :

a. Waktu start (pemanasan) lebih cepat

b. Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke

pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.

c. Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan

Gambar 3 Water Tube Boiler

(Sumber: http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-

boiler.html)

Page 13: Makalah Ketel Uap

10

2.4 Jenis Ketel Uap

Terdapat beberapa macam klasifikasi ketel uap, untuk memilih ketel uap

harus mengetahui klasifikasinya terlebih dahulu, sehingga dapat memilih dengan

benar dan sesuai dengan kegunaannya di industri. Karena jika salah dalam

pemilihan ketel uap akan menyababkan penggunaan tidak akan maksimal dan

dapat menyebabkan masalah dikemudian harinya.

Klasifikasi ketel uap :

• Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa

• Berdasarkan pemakaiannya

• Berdasarkan letak dapur (furnace posisition)

• Berdasarkan jumlah lorong (boiler tube)

• Berdasarkan pada porosnya tutup drum (shell)

• Berdasarkan bentuk dan letak pipa

• Berdasarkan peredaran air ketel (water circulation)

• Berdasarkan tekanan kerjanya

• Berdasarkan kapasitasnya

• Berdasarkan pada sumber panasnya (heat source)

2.4.1 Berdasarkan Fluida yang Mengalir dalam Pipa

1) Ketel Pipa api (Fire Tube Boiler)

Pada ketel pipa api, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan ketel

ada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam. Ketel pipa api dapat

menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam

operasinya.

Page 14: Makalah Ketel Uap

11

2) Ketel Pipa Air (Water Tube Boiler)

Pada ketel pipa air, air diumpankan boiler melalui pipa-pipa masuk

kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakaran

membentuk steam pad daerah uapdalam drum. Ketel ini dipilih jika

kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus ketel

untuk pembangkit tenaga. Untuk ketel pipa air yang menggunakan bahan

bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik ketel pipa air

sebagai berikut:

a. Fored, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan

efisiensi pembakaran.

b. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant

pengolahan air.

c. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Gambar 4 Ketel Pipa Air

(Sumber: http://artikel-teknologi.com/pengertian-boiler-ketel-uap/)

Gambar 5 Ketel Pipa Air

(Sumber: http://artikel-teknologi.com/pengertian-boiler-ketel-uap/)

Page 15: Makalah Ketel Uap

12

2.4.2 Berdasarkan Pemakaiannya

1) Ketel Stasioner (Stasionary Boiler) atau Ketel Tetap

Ketel uap stasioner adalah ketel-ketel yang didudukan pada suatu

pondasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkitan tenaga, untuk industri

dll

2) Ketel Mobil (Mobile Boiler)

Ketel mobil atau ketel pindah (portable boiler) adalah ketel yang

dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobil), seperti boiler

lokomotif, loko mobile dan ketel panjang serta lain yang sepertinya termasuk

ketel kapal (marine boiler).

Gambar 6 Ketel Stationer

(Sumber:

http://matabayangan.blogspot.com/201

3/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

Gambar 7 Ketel Mobil

(Sumber:

http://matabayangan.blogspot.com/201

3/04/jenis-jenis-ketel-uap.html )

2.4.3 Berdasarkan Letak Dapur (Furnace Posisition)

1) Ketel dengan Pembakaran di Dalam (Internally Fired Steam

Boiler)

Dalam ketel uap ini dapur berada (pembakaran terjadi )di bagian

dalam ketel . kebanyakan ketel pipa api memakai system ini.

2) Ketel dengan Pembakaran di Luar (Outernally Fired Steam Boiler)

Page 16: Makalah Ketel Uap

13

Dalam ketel uap ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian

dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa air memakai sistem ini.

Gambar 8 Ketel dengan Pembakaran

di Luar

(Sumber:

http://matabayangan.blogspot.com/201

3/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

Gambar 9 Ketel dengan Pembakaran

di Dalam

(Sumber :

http://matabayangan.blogspot.com/201

3/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

2.4.4 Berdasarkan Jumlah Lorong (boiler tube)

1) Ketel dengan Lorong Tunggal (Single Tube Steam Boiler )

Pada single tube steam boiler, hanya terdapat 1 lorong saja, lorong api

maupun lorong air. Cornish boiler adalah single fire tube boiler dan simple

vertical boiler adalah single water tube boiler.

2) Multi Fire Tube Boiler

Multi fire tube boiler misalnya ketel scotch dan multi water tube

boiler misalnya ketel B dan W dll.

Page 17: Makalah Ketel Uap

14

Gambar 10 Ketel dengan Lorong Tunggal

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

Gambar 11 Multi Fire Tube Boiler

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

2.4.5 Berdasarkan pada Porosnya Tutup Drum (Shell)

1) Ketel Tegak (Vertical Steam Boiler)

Contohnya seperti ketel cocharn, ketel clarkson dll.

2) Ketel Mendatar (Horizontal Steam Boiler)

Contohnya seperti ketel cornish, lancashire, scotch dll.

Page 18: Makalah Ketel Uap

15

Gambar 12 Ketel Tegak

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

Gambar 13 Ketel Mendatar

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

2.4.6 Berdasarkan Bentuk dan Letak Pipa

Gambar 14 Straight, Bent, and Sinous Tubeler Heating Surface

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

1. Ketel dengan pipa lurus, bengok dan berlekak-lekuk (straight, bent

and sinous tubeler heating surface).

Page 19: Makalah Ketel Uap

16

Gambar 15 Horizontal, Inclined or Vertical Tubeler Heating Surface

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

2. Ketel dengan pipa miring datar dan miring tegak (horizontal,

inclined or vertical tubeler heating surface ).

2.4.7 Berdasarkan Peredaran Air Ketel (Water Circulation)

1) Ketel dengan Peredaran Alam (Natural Circulation Steam Boiler)

Pada natural circulation boiler, peredaran air dalam ketel terjadi

secara alami yaitu air yang ringan naik, sedangkan terjadilah aliran aliran

conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel

lancashire, babcock & wilcox.

2) Ketel dengan Peredaran Paksa (Forced Circulation Steam Boiler)

Pada ketel dengan aliran paksa, aliran peksa diperoleh dari sebuah

pompa centrifugal yang digerakkan dengan elektric motor misalnya la-mont

boiler, benson boiler, loeffer boiler dan velcan boiler.

Page 20: Makalah Ketel Uap

17

Gambar 16 Natural and Forced Circulation Steam Boiler

(Sumber: http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html)

2.4.8 Berdasarkan Tekanan Kerjanya

1) Tekanan kerja rendah : ≤ 5 atm

2) Tekanan kerja sedang : 5-40 atm

3) Tekanan kerja tinggi : 40-80 atm

4) Tekanan kerja sangat tinggi : > 80 atm

2.4.9 Berdasarkan Kapasitasnya

1) Kapasitas rendah : ≤ 2500 kg/jam

2) Kapasitas sedang : 2500-50000 kg/jam

3) Kapasitas tinggi : > 50000 kg/jam

2.4.10 Berdasarkan pada Sumber Panasnya (heat source)

1) Ketel uap dengan bahan bakar alami

2) Ketel uap dengan bahan bakar buatan

3) Ketel uap dengan dapur listrik

4) Ketel uap dengan energi nuklir

Page 21: Makalah Ketel Uap

18

2.5 Keuntungan dan Kerugian Ketel Uap

2.5.1 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air

Keuntungan:

1. Menghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi daripada ketel pipa api

2. Untuk daya yang sama menempati ruang yang lebih kecil daripada ketel

pipaapi

3. Laju aliran uap lebih rendah

4. Komponen – komponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk

dipindahkan

5. Permukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas pada

arah tegak lurus

6. Pecah pada pipa tidak meniimbulkan kerusakan ke seluruh ketel

Kerugian :

1. Air umpan mensyaratkan mempunyai kemurnian tinggi untuk mencegah

endapan kerak di dalam pipa. Jika terbentuk kerak di dalam pipa bisa

menimbulkan panas yang berlebihan dan pecah

2. Membutuhkan perhatian yang lebih hati – hati bagi penguapannya. Karena

itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih tinggi

3. Pembersihan pipa air tidak mudah dilakukan

2.5.2 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Api

Keuntungan :

1. Konstruksi ketel sederhana

2. Biaya awal murah

3. Baik untuk kapasitas uap yang besar

4. Tidak bermasalah terhadap fluktuasi beban karena kapasitas uap cukup

besar dan jumlah air di dalam tangki banyak

5. Tidak memerlukan air pengisi yang begitu bersih

Page 22: Makalah Ketel Uap

19

Kerugian :

1. Membutuhkan waktu start yang cukup lama untuk mendapat kualitas uap

yang diinginkan

2. Hanya dapat dipakai efisien untuk keperluan dengan kapasitas dan tekanan

uap yang rendah

2.6 Perhitungan Rumus pada Ketel Uap

2.6.1 Efisiensi Ketel Uap

Efisiensi boiler didefinisikan sebagai persen energi panas masuk yang

digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan. Terdapat dua metode

pengkajian efisiensi boiler:

a. Metode langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (airdan steam)

dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler

b. Metode tidak langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan

dan energi yang masuk

Secara matematik efisiensi ketel dirumuskan sebagai berikut:

𝜂 = 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑔𝑢𝑛𝑎𝑘𝑎𝑛 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑚𝑒𝑛𝑔ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑢𝑎𝑝

𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑝𝑢𝑟

𝜂 = 𝑊𝑒 [𝐻−ℎ1]

𝐶

Dimana:

We = Berat air yang sebenarnya menguap/ penguapan sebenarnya

C = Nilai kalor bahan bakar dalam kcal/ kg bahan bakar

h1 = Kalor sensibel/ nyata air umpan dalam kcal/ kg uap bersesuaian

H = Kalor total uap dalam kcal/ kg uap pada tekanan kerjanya

2.6.2 Penguapan Ekuivalen (Tara Penguapan)

Menurut Muin (1988: 226), tara penguapan (equivalent evaporation)

yaitu jumlah air ketel yang menguap pada 100° C dan 1 atm normal menjadi

Page 23: Makalah Ketel Uap

20

uap saturasi kerng pada 100° C dan 1 atm normal. Ini sering disebut sebagai

tara penguapan dari dan pada 100° C dan diberi notasi E.

Jadi, 𝐸 =𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑝𝑎𝑛

539,2=

𝑊𝑠 (ℎ𝑠𝑎𝑡−ℎ1

)

539 ,2

Dimana:

E = Penguapan Ekuivalen

Ws = Berat air yang menguap

hsat= Kalor total uap yang dihasilkan

h1 = Kalor sensible/nyata air umpan

2.6.3 Daya Ketel

American Society of Mechanical Engineers (ASME) menentukan

bahwa satu daya kuda ketel adalah ekivalen dengan penguapan 15, 563 kg air

per jam dari dan pada 100° C. Secara matematik:

Daya Ketel = 𝑊

𝑠 (ℎ𝑠𝑎𝑡 −ℎ1)

539,2 .15,563. ℎ𝑝

Dimana:

Ws = Berat air yag menguap

hsat= Kalor total uap yang dihasilkan

h1 = Kalor sensible/nyata air umpan.

Page 24: Makalah Ketel Uap

21

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Ketel uap merupakan gabungan yang kompleks dari pipa-pipa penguapan

(evaporator), pemanas lanjut (superheater), pemanas air (economiser) dan

pemanas udara (air heater). Pipa-pipa penguapan (evapurator) dan pemanas lanjut

(superheater) mendapat kalor langsung dari proses pembakaran bahan bakar,

sedangkan pemanas air (economiser) dan pemanas udara (air heater) mendapat

kalor dari sisa gas hasil pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer.

Ketel uap (boiler) adalah sebuah alat yang memiliki fungsi untuk

menghasilkan uap, yang mana memiliki dua bagian yang penting yaitu dapur

pemanasan, yang mana pemanasan didapat dari pembakaran bahan bakar, dan

boiler proper yaitu sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Uap atau fluida

panas kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi

pemanasan.

Komponen sistem ketel uap dibagi menjadi dua bagian, yaitu komponen

utama dan komponen bantu yang mana memiliki fungsi untuk menyokong prinsip

kerja ketel uap.

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk

mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan

memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari

hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam

ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan

temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan

pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang

konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

Terdapat beberapa macam klasifikasi ketel uap, untuk memilih ketel uap

harus mengetahui klasifikasinya terlebih dahulu, sehingga dapat memilih dengan

benar dan sesuai dengan kegunaannya di industri. Karena jika salah dalam

Page 25: Makalah Ketel Uap

22

pemilihan ketel uap akan menyababkan penggunaan tidak akan maksimal dan

dapat menyebabkan masalah dikemudian harinya.

Klasifikasi ketel uap :

• Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa

• Berdasarkan pemakaiannya

• Berdasarkan letak dapur (furnace posisition)

• Berdasarkan jumlah lorong (boiler tube)

• Berdasarkan pada porosnya tutup drum (shell)

• Berdasarkan bentuk dan letak pipa

• Berdasarkan peredaran air ketel (water circulation)

• Berdasarkan tekanan kerjanya

• Berdasarkan kapasitasnya

• Berdasarkan pada sumber panasnya (heat source)

Page 26: Makalah Ketel Uap

23

DAFTAR RUJUKAN

Hanafi, Fauzi. 2012. Ketel Uap. (Online),

(http://ziehan96.blogspot.com/2012/06/pengertian-persyaratan-dan-

fungsi-ketel.html), diakses 15 Februari 2015

Hendy. 2011. Ketel Uap (Boiler). (Online), (http://otomotifzone-

henddy.blogspot.com/2011/12/ketel-uap-boiler.html) diakses 15 Februari

2015

Mrd271. 2010. Turbin Uap. (Online), (http://mrd271.blogspot.com/), diakses 14

Februari 2015

Muin, Syamsir. A. 1988. Pesawat-pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap).

Jakarta: CV. Rajawali

Pudjanarsa, Astu & Nursuhud, Djati. 2008. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta:

CV. Andi Offset

Rakhman, Alief. 2013. Prinsip Kerja Boiler. (Online),

(http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html) diakses 14

Februari 2015

SMK Negeri 1 Cikarang Utara. 2011. Ketel Uap. (Online),

(http://smkn1cikutra.blogspot.com/2011/07/ketel-uap.html) diakses

15Februari 2015

Yunus, Asyari. D.2012. Ketel Uap (Steam Boiler). (Online),

(http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2012/06/bab3_mke.pdf)

diakses pada 15 Februari 2015

______.2013. Jenis-jenis Ketel Uap. (Online),

(http://matabayangan.blogspot.com/2013/04/jenis-jenis-ketel-uap.html),

diakses 14 Januari 2015