KETEL UAP ( Boiler)

Ketel atau pembangkit uap adalah salah satu dari sekian banyak peralatan dalam siklus energi thermal yang bertujuan untuk merubah air menjadi uapyang berguna.Uap yang dihasilkan tersebut kemudian dapat membangkitkan tenaga mekanik atau mensuplai panas bagi keperluan industri ( manufacturing proses)

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 pemanas. Energi dalam (intenal energi) dari air akan meningkat seiring dengan meningkatnya temperature dan tekanan. Dimana pada suatu tingkat keadaan tertentu air akan berobah menjadi uap (menguap)

Sumber kalor untuk ketel dapat berupa bahan baker dalam bentuk padat, cair atau gas.Bahkan dewasa ini sumber kalor dengan menggunakan energi listrik atau nuklir banay dikembangkan.

Kalor atau panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke air atau ke uap melalui bidang pemanas (BP)

Bidang pemanas( BP) adalah :

Dinding-dinding ketel yang menerima kalor dari api atau gas asap dan memberikan panas tersebut ke air atau uap.

Perpindahan kalor pada ketel dapat terjadi dengan tiga cara atau kombinasi dari kertiganya yaitu:

- Secara konduksi ( hantaran)

- Secara Konveksi (aliran)

- Secara Radiasi ( Pancaran)

Perpindahan panas secara konduksi.

Adalah proses perpindahan panas dari suatu bagian kebagian lain dalam satu material atau material yang saling bersentuhan.

Pada ketel proses konduksi ini terjadi pada:

- Dinding ruang bakar.

- Dinding pipa gas asap.

- Dinding pipa air.

Perpindahan kalor secara Konveksi.

Yaitu proses perpindahan panas oleh kombinasi proses konduksi, penyimpanan energi dan gerak pencampuran.Dengan kata lain konveksi adalah konduksi yang berlansung secara serentak dengan aliran fulida.

Pada ketel proses konveksi terjadi pada:

- Gas asap dengan dinding pipa gas asap.

- Dinding pipa gas asap ke air.

Perpindahan panas secara Radiasi.

Yatitu proses perpindahan kalor yang terpancarkan dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah yang terpisah satu sama lain tanpa media penghantar.

Pada ketel proses radiasi terjadi pada ruang bakar yaitu dari badan api ke dinding ruang bakar.

Seacar garis besar suatu pembangkit uap mempunyai komponen utama sbb:

- Ruang bakar

- Tangki air

- Pipa-pipa ketel

- Cerobong gas asap.

- Intrumentasi pengukur

- Superheater

- Ekonomiser

- Pemanas udara

- Dll

Kalsifikasi ketel uap.

Ketel uap dapat diklasifikasikan atas:

a. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel dapat diklasifikasikan sbb:

- Ketel pipa api ( fire tube boiler)

- Ketel pipa air ( water tube boiler)

Ketel pipa api, fluida yang mengalir didalam pipa adalah gas panas (gas hasil pembakaran) dan metransfer panasnya ke air ketel melalui bidang-bidang pemanas.

Ketel pipa air, adalah suatu jenis ketel dimana air mengalir didalam pipa-pipa dan disekeliling pipa pipa tersebut mengalir gas panas dan penguapan akan terjadi didalam pipa.

b. Berdasarkan pemakaianya ketel dapat diklasifikasikan:

- Ketel stationer atau ketel tetap yaitu ketel yang dipasang pada pondasi yang tetap seperti ketel untuk pembangkit tenaga untuk industri.

- Ketel Mobil atau ketel yang dapat dipindah pindahkan, atau ketel yang dipasang pada pondasi yang tidak tetap atau pakai roda.

c. Berdasarkan letak dapur maka ketel dapat diklasifikasikan:

- Ketel dengan pembakaran didalam, dalam hal ini dapur berada dibagian dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa api menggunakan sistim ini.

- Ketel dengan pembakaran diluar, dalam hal ini dapur berada dibagian luar ketel, dipakai pada ketel pipa air.

d. Menurut jumlah lorong, maka ketel dapat diklasikasikan

- Ketel dengan lorong tunggal

- Ketel dengan lorong ganda ( banyak)

e. Menurut posisi poros dari tutup drum maka ketel dapat diklasifikasikan.

- Ketel Vertikal ( berdiri)

- Ketel horizontal ( mendatar)

f. Menurut bentuk dan letak pipa-pipa, maka ketel dapat diklasifikasikan

- Ketel dengan pipa lurus

- Ketel dengan pipa miring.

g. Menurut peredaran air, ketel dapat diklasifikasikan:

- Ketel dengan peredaran alamiah, dimana peredaran air didalam ketel terjadi secara alamiah, yaitu air yang panas akan naik dan yang dingin akan turun akibat dari perbedaan berat jenisnya.

- Ketel dengan peredaran paksa, dimana aiar didalam ketel dipaksa bersirkulasi dengan bantuan pompa, biasanya sistim ini dapakai pada ketel bertekan tinggi.

Keuntungan dan kerugian Ketel Pipa api.

Keuntungan.

1. Kontruksi ketel sederhana.

2. Biaya awal murah

3. Baik untuk kapasitas uap yang besar

4. Tidak bermasalah terhadap terhadap fluktuasi beban karena kapasitas uap cukup besar dan jumlah air didalam tangki banyak.

5. Tidak memerlukan air pengisi yang begitu bersih.

Kerugian

1. Membutuhkan waktu star yang cukup lama untuk mendapatkan kwalitas uap yang diinginkan.

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

Keuntungan dan kerugian Ketel Pipa Air.

Keuntungan

1. Ketel dapat menghasilkan uap waktu yang cukup pendek.

2. Baik dan efisien dipakai untuk kapasitas dan tekanan uap yang tinggi.

3. Dapat mengunakan bermacam macam bahan bakar.

4. Dengan cara mudah instalsi ketel dapat dilengkapi dengan ekonomiser dan alat pemanas lanjut ( superheater)

Kerugian

1. Kontruksi rumit dan biaya awal mahal.

2. Peka terhadap fluktuasi beban karena jumlah air dan kapasitas uap kecil.

3. Dikarenakan diameter pipa-pipa air yang kecil maka sulit untuk dibersihkan dari dalam maka untuk itu perlu air pengisi yang sangat bersih

EFFISIENSI

1. Efisiensi Ketel

Dimana:

h2= Entalphi spesfifik uap keluar boiler ( kJ / Kg)

h1 = Efntalphi spesifik air pengisi boiler ( kJ / Kg)

Wu = Kapasitas boiler ( kg/jam)

Np = Nilai Pembakaran bahan bakar ( kJ/kg)

Wf = Jumlah bahan bakar yang dibakar ( Kg/jam)

2. Effisinsi Ekonomiser

Dimana:

h2= Entalphi spesfifik air masuk ekonomiser ( kJ / Kg)

h1 = Efntalphi spesifik air keluar ekonomiser ( kJ / Kg)

Wa = Kapasitas ekonomiser ( kg/jam)

Q = Panas masuk Ekonomiser kJ/Jam

3. Efisiensi Superheater (APL)

Dimana:

h2= Entalphi spesfifik Uap masuk Superheater ( kJ / Kg)

h1 = Efntalphi spesifik Uap keluar Superheater( kJ / Kg)

Wu = Kapasitas aliran uap masuk superheater ( kg/jam)

Q = Panas masuk Superheater kJ/Jam

BAHAN BAKAR

Jenis-jenis baha bakar.

1. Bahan Bakar padat ( batu bara, Kokas , kayu dll)

Batu bara terbagi menjadi beberapa macam menurut umurnya, yang paling tua dinamakan “antrasit” ditandai dengan nyala api yang kebiru-biruan bial ia dibakar. Batau bara semakin tua semakin banyak mengandung energi/ kg nya dan semakin muda semakin banyak mengandung gas. Batu bara yang muda nyala api ke merah-merahan.

2. Bahan bakar cair.

Misalnya Premium/Petrolium, minyak tanah , solar dll

3. Bahan bakar Gas.

Misalnya, LPG,LNG

Bahan bakar tersebut dapat pula digolongkan dalam 2 golongan :

1. Bahan bakar Alam

2. Bahan bakar Buatan

Bahan bakar umunya mengandung Unsur Carbon, Hydrogen, Sulfur, Nitrogen, Oksigen dll

Proses pembakaran adalh reaksi antara unsure-unsur yang ada didalam bahan bakar dengan oksigen

Misalnya

Pembakaran unsur C

C + O2 - CO2 --- panas

Pembakaran unsur H

2H2 + O2  H2O ---- panas

Pembakaran unsur S

S + O2 - SO2 - panas

Dengan mengetahui kandungan unsur yang ada didalam bahan bakar, maka akan dapat ditentukan Nilai panas yang dihasilkan oleh bahan bakar.

Nilai Panas ( Nilai Pembakaran) HV ( Heating Value)

Nilai Panas adalah : jumlah panas yang dikeluarkan oleh 1kg bahan bakar bila bahan bakar tersebut dibakar.

Pada gas hasil pembakaran terdapat H2O dalam bentuk uap atau cairan. Dengan demikian nilai pembakaran bila H2O yang terbentuk berupa uap akan lebih kecil bila dibandingkan dengan H2O yang terbentuk sebagai cairan. Berarti ada 2 macam Nilai Pembakaran yaitu Nilai Pembakaran Atas (NPA) atau HHV dan Nilai Pembakaran Bawah.(NPB) atau LHV.

NPA atau HHV adalah :

Yaitu Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran terdapat H2O berebentuk cairan

NPB atau LHV adalah:

Yaitu Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran terdapat H2O berbentuk gas.

Rumus Dulong & Petit untuk menghitung Nilai Panas

HHV = 33950 C + 144200 ( H2-O2/8) + 9400 S kJ/Kg (Prinsip Prinsip Konversi Energi)

C = persentase unsure Carbon.

H2 = persentase unsure Hidrogen.

S = persentase unsure Sulfur.

O2 = persentase unsure Oksigen.

LHV = HHV – 2400 ( M+9H2) kJ/Kg. (Prinsip Prinsip Konversi Energi)

M = Moinsture (kebasahan)

Jumlah kebutuhan udara untuk proses pembakaran juga dapat dihitung dengan persamaan pembakaran.

Komposisi udara = 21 % O2 dan 79 % N2 dll dalam Volume

atau

Dalam komposisi berat ; 23,2 % O2 dan 76,8 % N2 dll

Untuk mengitung kebutuhan udara teorits dapat digunakan rumus: