makalah ketel uap
TRANSCRIPT
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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.
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.
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.
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)
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.
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/)
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)
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.
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.
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).
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.
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
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
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
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.
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
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)
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