Download - Bab3_mke Ketel Uap
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
1/24
3
KETEL UAP (STEAM BOILER)
Sebuah ketel uap biasanya merupakan bejana tertutup yang terbuat dari
baja. Fungsinya adalah memindahkan panas yang dihasilkan pembakaran
bahan bakar ke air yang pada akhirnya akan menghasilkan uap. Uap yang
dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk:
1. mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin.
2. suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti industri
pemintalan, pabrik gula dsb.
3. menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi
pemanas bertekanan rendah.
Istilahistilah penting pada ketel uap
1. !ulit ketel. "boiler shell#
$ibuat dari pelat baja yang dilengkungkan membentuk silinder dan di
keling atau dilas. !ulit ketel harus mempunyai kapasitas yang %ukup bagi air
dan uap.
2. &uang bakar.
'dalah ruang, umumnya diba(ah kulit boiler, tempat membakar bahan
bakar yang akan digunakan untuk memanaskan air.
3. )anggangan.
'dalah sebuah pelat datar di dalam ruang bakar, dimana bahan bakar"batubara atau kayu# dibakar. )anggangan biasanya terdiri dari batang besi
%or yang berjarak diantaranya supaya udara untuk pembakaran bisa
mele(atinya.
*. +ungku.
'dalah ruang diatas panggangan dan di ba(ah kulit ketel. +ungku biasa
disebut juga kotak api "firebo#.
-. )ermukaan pemanas.
'dalah bagian dari permukaan ketel, dimana terkena langsung ke api
"atau gas panas dari api#.
. /ounting.
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
2/24
30 Mesin Konversi Energi
Adalah semuafitting yang dipasang pada ketel supaya bisa beroperasi
dengan benar. Fitting ini diantaranya adalah : indikator ketinggian, pengukur
tekanan, katup pengaman dsb.
. 'sesoris.
Adalah piranti-piranti yang merupakan bagian integral dari ketel namun
tidak langsung terpasang pada bodi ketel. Yang termasuk asesoris antaralain: superheater (pemanas lanjut), ekonomiser, pompa umpan dsb.
Esensi Ketel Uap Yang Baik
erikut ini adalah esensi dari ketel uap yang baik.
1. arus menghasilkan kuantitas maksimum uap dengan bahan bakar yang
diberikan.
2. arus ekonomis ketika dipasang, dan menghendaki sedikit perhatian
ketika beroperasi.
3. arus se%ara %epat bisa memenuhi beban yang berfluktuasi.
*. arus bisa distarter dengan %epat.-. eratnya harus ringan.
. arus menempati ruang yang ke%il.
. Sambungan harus sesedikit mungkin dan bisa dinspeksi.
4. 5umpur atau endapan lainnya tidak boleh mengumpul pada pelat
pemanas.
6. +ube tidak boleh mengakumulasi jelaga atau kotoran air, dan harus
mempunyai toleransi ketebalan untuk keausan dan korosi.
10. &angkaian air dan gas asap harus didesain supaya bisa memberikan
ke%epatan fluida maksimum tanpa mengakibatkan kerugian gesek yang
besar.
Pemilihan Ketel Uap
)emilihan jenis dan ukuran ketel uap tergantung pada faktorfaktor
berikut:
1. $aya yang diperlukan dan tekanan kerja.
2. Posisi geografi daripower house (sumber tenaga).
3. !etersediaan bahan bakar dan air.
*. !emungkinan stasiun permanen.
-. Faktor beban yang mungkin.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
3/24
Ketel Uap (team !oiler" 31
Klasifikasi Ketel Uap
'da banyak klasifikasi ketel uap, berikut ini diberikan beberapa
klasifikasi ketel uap yang penting.
1. Berdasarkan isi tube/pipa.
"a# )ipa api atau pipa asap, dan "b# pipa air.)ada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan
pembakaran, mengalir melalui pipa yang dikelilingi oleh air. )anas
dikonduksikan melalui dinding pipa dari gas panas ke air di sekeliling
pipa tersebut. 7ontoh ketel uap pipa air sederhana: ketel 8ertikal
sederhana, ketel 7o%hran, ketel 5an%hasire, ketel 7ornish, kete S%ot%h
marine, ketel lokomotif dan ketel 9el%on.
)ada ketel pipa air, air dimasukkan ke dalam pipa dimana pipa
dikelilingi oleh nyala api dan gas panas dari luar. 7ontoh ketel jenis
ini : ketel ab%o%k dan il%o, ketel Stirling, ketel 5a/ont, ketel
enson, ketel ;arro( dan ketel 5oeffler.
2. Berdasarkan posisi dapur pembakar.
"a# $ibakar di dalam, dan "b# dibakar di luar.
)ada ketel uap dibakar di dalam, dapur diletakkan di dalam kulit boiler.
Sebagaian besar ketel pipa api mempunyai jenis ini.
)ada ketel uap dibakar di luar, dapur disusun diba(ah susunan bata.
!tel pipa air selalu dibakar di luar.
3. Berdasarkan sumbu shell/kulit.
"a# 9ertikal, dan "b# hori
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
4/24
32 Mesin Konversi Energi
"a# Sirkulasi alami, dan "b# sirkulasi paksa.
)ada ketel dengan sirkulasi alami, sirkulasi air adalah dengan arus
kon8eksi alami=natural, dimana dihasilkan karena pemanasan air.
)ada ketel uap dengan sirkulasi paksa, ada sirkulasi paksa pada air
dengan memakai penggerak pompa. )enggunaan sirkulasi paksa
dilakukan pada ketel seperti ketel 5a/ont, ketel enson, ketel 5oefler
dan ketel 9el%on.
6. Berdasarkan penggunaannya.
(a) Stasioner, dan (b) mobil (bergerak).
!etel uap stasioner digunakan di pusat pembangkit tenaga, dan di
industri proses. !etel ini disebut stasioner karena ketel tidak berpindah
dari satu ke tempat lainnya.
!etel uap mobil adalah ketel yang bergerak dari satu tempat ke tempat
lainnya. !etel jenis ini seperti ketel lokomotif dan ketel marine.
. Berdasarkansum#er panas.
Sumber panas bisa berupa pembakaran bahan bakar padat, %air atau gas,
gas sisa panas yang dihasilkan dari proses kimia, energi listrik atau
energi nuklir.
Ketel Uap e!tikal Se"e!hana
!etel uap 8ertikal sederhana menghasilkan uap pada tekanan rendah
dan dalam jumlah ke%il. !arenanya digunakan pada pembangkit daya rendah
atau pada tempat di mana ruang terbatas. !onstruksi ketel jenis ini
diperlihatkan oleh gambar 1.
!etel ini terdiri dari kulit silinder yang mengelilingi kotak api silinder.!otak api silinder ditap di atasnya tempat mengalirnya uap ke permukaan.
)ada dasar kotak api terdapat grate "panggangan#. !otak api dilengkapi
dengan dua atau lebih pipa melintang miring $, $. !emiringan bertujuan
untuk menaikkan permukaan pemanasan disamping juga untuk
meningkatkan sirkulasi air. 5ubang tangan "hand hole# dibuat disamping
untuk keperluan pembersihan deposit. Sebuah lubang orang "man hole#
dibuat di atas untuk supaya orang bisa memasuki ketel untuk pembersihan.
Sebuah lobang abu dibuat pada dasar ketel untuk pembuangan abu yang
mengendap. &uang antara kulit boiler dan kotak api diisi dengan air yang
akan dipanaskan.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
5/24
Ketel Uap (team !oiler" 33
>ambar 1. !etel 8ertikal sederhana.
Ketel Uap #$%h!an ata& Ketel Pipa Ban'ak e!tikal
'da banyak desain mengenai ketel pipa banyak, ketel 7o%hran
dianggap sebagai salah satu ketel jenis ini yang paling efisien. !etel %o%hran
merupakan jenis ketel 8ertikal sederhana yang telah ditingkatkan.
!etel terdiri dari kulit silinder eksternal dan kotak api seperti yang
diperllihatkan gambar 2. !ulit dan kotak api keduanya berbentuk setengahbola. /ahkota setengah bola pada kulit memberikan ruang maksimum dan
kekuatan maksimum untuk menahan tekanan uap di dalam ketel. !otak api
dan ruang bakar "%ombustion %hamber# dihubungkan melalui pipa pendek.
>as asap dari ruang bakar mengalir ke kotak asap "smoke bo# melalui
sejumlah pipa asap. )ipa ini umumnya mempunyai diameter luar 2,- mm
dan berjumlah 1- buah. >as dari kotak asap mengalir ke atmosfir melalui
%erobong "%himney#.&uang bakar dilapisi dengan batu tahan api pada sisi
kulit. 5obang orang dekat pun%ak mahkota kulit diperlukan untuk
pembersihan.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
6/24
3* Mesin Konversi Energi
)ada dasar kotak api terdapat panggangan "dalam halpembakaran
batubara# dan batu bara di umpan melalui lobang api "fire hole#. ?ika ketel
digunakan untuk pembakaran bahan bakar minya, tidak diperlukan
panggangan, tetapi dasar kotak api dilapisi dengan bata tahan api. )embakar
minyak di pasang di lobang api.
>ambar 2. !etel 7o%hran.
Ketel S%$t%h Ma!ine
!etel uap marine "kapal# jenis S%ot%h atau tangki digunakan untuk
kerja di laut karena kekompakannya, efisien dalam operasinya dan
kemampuannya untuk menggunakan berbagai jenis air.
!etel mempunyai drum dengan diameter dari 2,- hingga 3,- meter yang
ditempatkan se%ara horisontal. !etel uap ini bisa berupa ujung tunggal atau
ujung ganda. )anjang ketel uap ujung tunggal bisa sampai 3,- meter,
sedangkan ujung ganda bisa sampai ,- meter. !etel ujung tunggal
mempunyai satu sampai empat dapur yang masuk dari sisi depan ketel. !etel
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
7/24
Ketel Uap (team !oiler" 3-
ujung ganda mempunyai dapur pada kedua ujungnya, dan bisa mempunyai
dapur dari dua sampai empat pada setiap ujung.
!etel uap ujung tunggal S%ot%h marine bisa dilihat pada gambar 3.
Setiap dapur mempunyai ruang bakarnya masingmasing. +erdapat pelat
datar di setiap ruang bakar yaitu pelat atas, pelat ba(ah, dua pelat sisi dan
pelat tube=pipa. Sejumlah pipa asap ditempatkan se%ara horisontal dan
menghubungkan ruang bakar dengan %erobong. )ipa dapur, pipa asap danruang bakar, semuanya dikelilingi oleh air, memberikan luas permukaan
pemanasan yang sangat besar. 'ir bersirkulasi disekeliling pipa asap. 5e8el
air dijaga sedikit diatas ruang bakar. !otak asap "smoke bo# dibuat dengan
pintu untuk membersihkan pipa dan kotak asap.
>ambar 3. !etel S%ot%h marine.
Ketel Lan%hasi!e
!etel ini merupakan jenis pipa api stasioner, pembakaran dalam,
horisontal dan sirkulasi alami. $igunakan jika tekanan kerja dan daya yang
diperlukan menengah. !etel ini mempunyai diameter kulit silinder 1,-
hingga 2,- meter. )anjangnya ber8ariasi dari ,2- m hingga 6 m. !etel ini
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
8/24
3 Mesin Konversi Energi
mempunyai dua pipa gas asap internal yang berdiameter kirakira 0,* kali
dari diameter kulit. >ambar ketel ini bisa dilihat pada gambar *.
!etel ini terdiri dari kulit eksternal silinder panjang "1# yang terbuat
dari pelat baja. !etel mempunyai dua pipa api internal besar "2#. )ipa ini
diameternya menge%il pada bagian belakang untuk akses ke bagian yang
lebih rendah pada ketel. )anggangan api "3# yang disebut juga dapur
disediakan pada ujung pipa gas asap dimana disini bahan bakar padatdibakar. )ada ujung panggangan terdapat bata "-# yang berfungsi
membelokkan gas asap ke atas. >as asap panas setelah meninggalkan pipa
gas asap internal turun ke pipa dasar "#. >as asap ini bergerak ke depan
ketel dimana alirannya terbagi dan mengalir ke lorong api sisi "#. >as asap
memasuki lorong utama "6# dan selanjutnya menuju %erobong.
>ambar *. )andangan depan, sisi dan atas ketel 5an%ashire.
$amper "4# berguna untuk mengatur besar aliran gas asap keluar. !atup
"11# berfungsi menyuplai uap ke mesin seperti yang dikehendaki. !etel
dilengkapi dengan katup pengaman pegas "10#, katup pengaman jika uap
tinggi dan air rendah "12#. lo( off %o%k "1# untuk membuang lumpur dsb
yang mengendap pada dasar ketel.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
9/24
Ketel Uap (team !oiler" 3
Ketel #$!nish
!etel ini sejnis dengan ketel 5an%hasire ke%uali ia mempunyai hanya
satu pipa asap. $iameter ketel %ornish berkisar antara 1 m hingga 2 m dan
panjang - m hingga ,- m. !apasitas dan tekanan kerja ketel ini adalah
rendah jika dibandingkan dengan ketel 5an%hasire.
>ambar -. !etel 7ornish.
Ketel L$k$m$tif
/erupakan jenis ketel mobile dan pembakaran internal, horisontal
banyak pipa. )risnip ketel ini adalah menghasilkan uap dengan laju
ke%epatan tinggi. ?enis ketel lokomotif moderen diperlihatkan pada gambar
.
>ambar . !etel 5okomotif.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
10/24
34 Mesin Konversi Energi
!etel terdiri dari kulit atau #arrel yang mempunyai diameter 1,- m dan
panjang * m. atubara diumpan kedalam kotak api melalui pintu api dan
terbakar pada panggangan. >as asap dari panggangan dibelokkan oleh bata
dan keseluruhan kotak api terpanaskan se%ara baik. 'da sekitar 1- pipa
tipis atau pipa api$"diameter *,- mm# dan 2* buah pipa panas lanjut tebal
%"diameter 13 %m#. >as asap setelah mele(ati pipa ini masuk ke kotak
asap. >as kemudian keluar ke atmosfir mele(ati %erobong. arrel berisi airdisekeliling pipa, dimana dipanaskan oleh gas asap dan berubah menjadi
uap.
eader terbagi atas dua porsi, satu adalah ruang uap panas lanjut dan
satu lagi ruang uap jenuh. )ipa uap mengarahkan uap dari regulator ke ruang
uap jenuh. !emudian uap diarahkan ke pipa panas lanjut, dan setelah
mele(ati pipa ini, uap kembali ke ruang uap panas lanjut. Uap panas lanjut
sekarang mengalir melalui pipa uap ke silinder, satu buah di setiap sisi.
'bu daripanggangan dikumpulkan pada nampan abu "ash pan# dan
dibuang dari (aktu ke (aktu dengan bantuan damper yang dioperasikan
oleh batang dan tuas.
Ketel Ba%$%k an" il%$*
/erupakan ketel jenis pipa lurus, stasioner, pipa air. >ambar
memperlihatkan ketel jenis ini.
>ambar . !etel ab%o%k and il%o.
!etel terdiri dari drum uap dan air "1#. $rum dihubungkan dengan pipa
pendek ke bagian atas &eader atau riser "2#. )ipa air "-# "diameter 10 %m#
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
11/24
Ketel Uap (team !oiler" 36
dipasang miring dan menghubungkan header atas dengan header ba(ah.
eader dilengkapi dengan lobang tangan "hand hole# di depan pipa dan
ditutup dengan 'ap "14#.
!otak lumpur "# disediakan pada header bagian ba(ah dan lumpur
yang mengendap bisa dibuang. +erdapat panggangan berantai otomatis yang
bergerak lambat dimana ditempatkan batubara yang diumpan dari &opper
"21#.!alebata tahan api akan membuat gas panas bergerak naik turun dannaik lagi sampai akhirnya masuk ke %erobong. Damper "1# digerakkan oleh
rantai "22# untuk mengatur isapan.
!etel di keempai sisinya dikelilingi oleh dinding tahan api. )intu "*#
berguna untuk orang masuk ke ketel untuk tujuan perbaikan dan
pembersihan. 'ir bersirkulasi dari drum "2# ke header "3# dan melalui pipa
"-# ke header dan kembali ke drum. 'ir terusmenerus bersirkulasi seperti ini
sampai air menguap. )emanas lanjut uap "superheater# terdiri dari sejumlah
besar pipa baja "10# dan berisi dua kotak, satu adalah kotak uap panas lanjut
"11# dan satunya lagi kotak uap jenuh"12#.
Uap yang dihasilkan diatas le8el air di drum mengalir di dalam pipa
kering dan pipa inlet ke kotak panas lanjut "11#. !emudian uap menujukotak uap jenuh "12# melalui "10#. Uap selama mengalir melalui pipa "10#
mendapat panas lanjutan sehingga menjadi uap panas lanjut. Uap kemudian
diambil dari ujung pipa "1*# melalui katup "1-#.
!etel dilengkapi dengan berbagai fitting seperti katup pengaman "16#,
katup pengumpan "20#, indikator ketinggian air "4# dan pengukur tekanan
"6#.
Ketel La+M$&nt
!etel ini adalah ketel moderen jenis tekanan tinggi, pipa air, bekerja
dengan sirkulasi paksa. Sirkulasi diatur oleh pompa sentrifugal, digerakkanoleh turbin uap menggunakan uap dari ketel. Sirkulasi paksa menyebabkan
berat air umpan "feed (ater# yang bersirkulasi ke seluruh dinding air dan
drum sama dengan sepuluh kali berat uap. Ini akan men%egah pipa
mendapatkan panas lebih. Skematik diagram ketel ini bisa dilihat pada
gambar 4.
'ir umpan mengalir melalui ekonomiser ke drum penguap. !emudian
air ditarik dengan pompa ke pipa. )ompa mendorong air ke header pada
tekanan diatas tekanan drum. eader mendistribusikan air melalui nosel ke
pipa pembangkit yang bekerja se%ara paralel. 'ir dan uap dari pipa ini
mengalir ke drum. Uap di dalam drum kemudian diambil setelah mele(ati
super&eater.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
12/24
*0 Mesin Konversi Energi
>ambar 4. !etel 5a/ount.
Ketel L$effle!
!etel ini adalah ketel jenis pipa air menggunakan sirkulasi paksa.
)rinsip kerja utama adalah dengan menguapkan air dengan uap panas lanjut
darisuper&eater. >as panas dari dapur pemanas digunakan untuk pemanasanpanas lanjut. Skema ketel ini bisa dilihat pada gambar 6.
'ir umpan dari ekonomiser dipaksa ber%ampur dengan uap panas lanjut
di dalam drum penguap "e8aporating drum#. Sehingga terbentuk uap jenuh,
dan kemudian ditarik dari drum dengan pompa sirkulasi uap. Uap ini
kemudian mengalir melalui pipapipa pada dinding ruang bakar memasuki
super&eater. $ari superheater, sekitar sepertiga uap panas lanjut diteruskan
ke turbin dan sisanya yang dua pertiga digunakan untuk menguapkan air
umpan di drum penguap.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
13/24
Ketel Uap (team !oiler" *1
>ambar 6. !etel 5oeffler.
Ke&nt&ngan ,an Ke!&gian Ketel Pipa Ai!
!euntungankeuntungan ketel pipa air:
1. /enghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi dari pada ketel pipa api.
2. Untuk daya yang sama, menempati ruang=tempat yang lebih ke%il
daripada ketel pipa api.
3. 5aju aliran uap lebih tinggi.
*. !omponenkomponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk
dipindahkan.
-. )ermukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas
pada arah tegak lurus.
. )e%ah pada pipa air tidak menimbulkan kerusakan ke seluruh ketel.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
14/24
*2 Mesin Konversi Energi
!erugiankerugian ketel pipa air:
1. 'ir umpan mensaratkan mempunyai kemurnian tinggi untuk men%egah
endapan kerak di dalam pipa. ?ika terbentuk kerak di dalam pipa bisa
menimbulkan panas yang berlebihan dan pe%ah.
2. !etel pipa air memerlukan perhatian yang lebih hatihati bagi
penguapannya, karena itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih
tinggi.
3. )embersihan pipa air tidak mudah dilakukan.
S&pe!heate!
Superheater adalah piranti penting pada unit pembangkit uap.
+ujuannya adalah untuk meningkatkan temperatur uap jenuh tanpa
menaikkan tekanannya. iasanya piranti ini merupakan bagian integral dari
ketel, dan ditempatkan dijalur gas asap panas dari dapur. >as asap ini
digunakan untuk memberikan panas lanjut pada uap. Superheater udgen
yang biasanya terpasang pada ketel 5an%hasire diperlihatkan oleh gambar
11. )iranti ini terdiri dari dua kotak baja atau &eater dimana bergantungpadanya sekumpulan pipa lengkung berbentu U. Ujung dari pipapipa ini
diteruskan ke header.
Uap masuk ke ujung belakang header dan keluar diujung depan header.
)anas yang berlebihan pada pipa superheater di%egah dengan menggunakan
damperpenyeimbang yang diopersikan dengan handel.
Superheater bekerja jika damper pada posisi yang ditunjukkan gambar.
?ika damper pada posisi 8ertikal, gas akan le(at langsung di dasar tanpa
mele(ati pipapipa superheater. )ada kondisi ini maka superheater tidak
bekerja.
)erlu di%atat bah(a jika superheater bekerja, katup % dan ) dalam
kondisi terbuka dan katup$ tertutup. ?ika uap diambil langsung dari ketel ,katup % dan) tertutup dan katup$ terbuka.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
15/24
Ketel Uap (team !oiler" *3
>ambar 11. Superheater.
Ek$n$mise!
@konomiser adalah piranti yang digunakan untuk memanaskan air
umpan dengan memanfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk ke
%erobong. @konomiser akan meningkatkan nilai ekonomis ketel uap. ?enis
ekonomiser yang populer adalah ekonomiser A>reansB dan banyak
digunakan pada ketel stasioner. @konomiser ini terdiri dari sejumlah besar
pipa 8ertikal yang ditempatkan sebagai penambahan gas asap antara ketel
dengan %erobong seperti terlihat pada gambar 12. )ipapipa ini mempunyai
panjang 2,- m, diameter luar 11,* %m dan tebal 11,- mm dari bahan besi
tuang.
@konomiser dibuat dalam seksi tegak. Setiap seksi umumnya terdiri
dari enam atau delapan pipa 8ertikal "1#. )ipapipa ini disambung ke pipa
atau kotak horisontal "2# diatas dan "3# diba(ah. !otak atas "2# dari seksi
yang berbeda disambung dengan pipa "*#, sedangkan kotak ba(ah
disambungkan ke pipa "-#.
'ir umpan dipompa ke ekonomiser pada "# dan memasuki pipa "-#.
!emudian air masuk ke dalam kotak ba(ah "3# dan kemudian ke dalam
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
16/24
** Mesin Konversi Energi
kotak atas "2# melalui pipa "1#. 'ir kemudian diarahkan pipa "*# ke pipa "#
dan kemudian ke ketel.
)erlu di%atat bah(a temperatur air umpan tidak boleh kurang dari 3-o7, jika tidak ada bahaya korosi disebabkan oleh uap air di gas asap
mengendap di pipa dingin. erikut ini adalah keuntungankeuntungan
menggunakan ekonomiser:
1. 'da penghematan batubara 1- sampai 20C.
>ambar 12. @konomiser.
2. /eningkatkan kapasitas menghasilkan uap karena memperpendek
(aktu yang diperlukan untuk merubah air ke uap.
3. /en%egah pembentukan kerak di dalam pipa air ketel, sebab kerak
sekarang mengendap di pipa ekonomiser yang bisa dengan mudah
dibersihkan.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
17/24
Ketel Uap (team !oiler" *-
*. !arena air umpan memasuki ketel panas, sehingga regangan karena
ekspansi yang tidak sama bisa diminimasi.
Un-&k Ke!-a Ketel Uap
1. )enguapan @ki8alen:
?ika sejumlah air diuapkan dari air umpan pada 1000 7 dan
menghasilkan uap jenuh dan kering pada 1000 7 dan tekanan atmosfir,
biasanya dinyatakan dengan dari dan pada *+++,B.
?ika air sudah berada pada temperatur didihnya, maka panas yang
dibutuhkan air hanyalah panas laten pada tekanan 1,033 kg=%m2 untuk
merubahnya ke dalam bentuk uap pada temperatur 10007. arga kalor laten
ini diambil -36,0 k%al=kg. Se%ara matematik, penguapan eki8alen Adari dan
pada 10007B:
E=kalor total yang diperlukan untuk menguapkan air
-36,0
/isalkan t1D temperatur air umpan dalam07
&1D kalor sensibel=nyata air umpan dalam k%al=kg uap
bersesuaian dengan t1
)D kalor total uap dalam k%al=kg uap pada tekanan
kerjanya
D & / ... untuk uap basah
D & / ... untuk uap kering
0 & / ,p"tsup1 tsat# ... untuk uap panas lanjut
2e0berat air yang diuapkan atau jumlah uap yang dihasilkan
dalam kg=h atau kg=kg bahan bakar yang dibakar
!alor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg air:
D) 1 &1
dan E=2e [)1&1]
-36,0
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
18/24
* Mesin Konversi Energi
7atatan. 1. Faktor ") 1 &1#=-36,0 disebut juga sebagai faktor penguapan, dan
biasanya dilambangkan dengan$e. arganya selalu lebih besar dari
satu untuk semua ketel uap.
3. $alam satuan SI, harga kalor laten pada temperatur 10007 adalah
22-,6 k?=kg.
2. @fisiensi !etel:
'dalah rasio panas yang digunakan dalam memproduksi uap terhadap
panas yang dihasilkan dapur. Se%ara matematik:
0 !alor yang digunakan untuk menghasilkan uap
kalor yang dihasilkan dapur
,&)2e EF 1=
dimana : 2e 0 berat air sebenarnya menguap atau penguapan sebenarnya
dalam kg=kg bahan bakar
, 0 nilai kalor bahan bakar dalam k%al=kg bahan bakar.
?ika 2sadalah berat air yang diuapkan dalam kg dan 2fadalah berat bahan
bakar yang digunakan dalam kg, maka:
(
se
2
22 = kg=kg bahan bakar
dan,
,2
&)2
(
s
=
#" 1
7atatan: jika ketel terdiri dari ekonomiser dan superheater, dianggap sebagai unit
tunggal, kemudian efisiensi adalah efisiensi keseluruhan ketel.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
19/24
Ketel Uap (team !oiler" *
3. $aya !etel :
'meri%an So%iety of /e%hani%al @ngineers "'S/@# menentukan
bah(a satu daya kuda ketel adalaheki8alen dengan penguapan 1-,-3 kg
air per jam dari dan pada 100 o7.
Se%ara matematik:
-3,1-0,-36
#"ketel$aya 1
=
&)2e hp
dimana, 2eD berat air yang sebenarnya menguap
) D kalor total uap yang dihasilkan
&1D !alor sensibel=nyata air umpan
Contoh Soal
Sebuah ketel uap menguapkan 3, kg air per kg bahan bakar batubaramenjadi uap jenuh kering pada tekanan 10 kg=%m2absolut. +emperatur air
umpan adalah 3207. 7arilah penguapan eki8alen Adari dan pada 10007B
dan juga faktor penguapan.
?a(ab:
$iketahui:
2eD 3, kg=kg batubara
+ekanan uap D 10 kg=%m2absolut
+emperatur air umpan, t1D 3207
Penguapan ekivalen 4dari dan pada *+++,5
/isalkan ED penguapan eki8alen Adari dan pada 10007B
!alor sensibel=nyata air pada 3207 "dari tabel uap#:
&1D 32,0 k%al=kg
)ada tekanan 10 kg=%m2absolut, dari tabel uap diperoleh:
) D 3,3 k%al=kg
)enguapan eki8alen:
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
20/24
*4 Mesin Konversi Energi
E=2e)&1
-36,0 =
3, 3,332,0
-36,0 =*,2 kg
$aktor penguapan
/isalkan $e0 faktor penguapan
$e=)&
1
-36,0= 3,332,0-36,0 =1,1
Contoh soal
Gbser8asi berikut dilakukan pada pembangkit ketel uap selama uji satu jam:
tekanan uap : 20 bar
+emperatur uap : 2007
Uap yang dihasilkan : 3.-00 kg
+emperatur air memasuki ekonomiser : 1-07
+emperatur air meninggalkan ekonomiser : 6007
ahan bakar yang digunakan: *.*00 kg@nergi pembakaran bahan bakar: 30.000 k?=kg
itunglah:
a. )enguapan eki8alen per kg bahan bakar
b. @fisiensi termal pembangkit
%. )ersen energi panas dari bahan bakar yang terpakai oleh
ekonomiser.
?a(ab:
$iketahui: +ekanan uap D 20 bar
+emperatur uap, tsup02007
erat uap yang dihasilkan, 2s0 3.-00 kg=h
+emperatur air memasuki ekonomiser, t1D 1-07
$ari tabel uap diperoleh kalor sensibel air:
&1D 2,6 k?=kg
+emperatur air meninggalkan ekonomiser, t2D 6007
$ari tabel uap, kalor sensibel air meninggalakn ekonomiser:
&2D 3,6 k?=kg
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
21/24
Ketel Uap (team !oiler" *6
erat bahan bakar, 20 *.*00 kg=h
@nergi pembakaran bahan bakar, ,D 30.000 k?=kg
a.Penguapan ekivalen per kg #a&an #akar
$ari tabel uap, untuk tekanan 20 bar diperoleh:
&D 604, k?=kgH /D 1.44, k?=kgH tsD 212,*0
7
erat air yang diuapkan:
2e=2s
2 (=
3.-00
*.*00=4,-2 kg=kg bahan bakar
dan kalor total dalam 1 kg uap panas lanjut "dengan
mengasumsikan ,pD 2,0# :
)sup0 & / ,p"tsup1 ts# k?
D 604, 1.44, 2 "20 J 212,*# k?
D 2.460,* k?
maka:
E=2e)sup.&1
2.2-,6
=4,-22.460,22,6
2.2-,6 =10, kg
b.Eisiensi termal pem#angkit
/isalkan = efisiensi termal pembangkit
maka:
=2e)sup.&1
,
=4,-22.460,*2,6
30.000=0,403
D 40,3 C
%.Persentase energi panas yang dipakai ole& ekonomiser
!alor yang dipakai oleh ekonomiser per kg bahan bakar:
D 2e"&2J &1# D 4,-2 "3,6 J 2,6# k?
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
22/24
-0 Mesin Konversi Energi
D 2- k?
)ersentase kalor yang dipakai ekonomiser:
=2.-
30.000=0,046=4,6
Contoh soal!etel uap 5an%ashire menghasilkan 2.*00 kg uap kering per jam pada
tekanan 11 kg=%m2absolut. 5uas area panggangan adalah 3 m2 dan sebanyak
60 kg batubara dibakar per m2 panggangan per jam. arga nilai kalor
batubara adalah .600 k%al=kg dan temperatur air umpan adalah 1,-0 7.
7arilah : "a# )enguapan aktual per kg batubara, "b# $aya ketel, "%# @fisiensi
ketel.
?a(ab
$iketahui: berat uap yang dihasilkan, 2s0 2.*00 kg
+ekanan uap D 11 kg=%m2absolut
5uas panggangan D 3 m2
/aka berat batubara yang dibakar:
20 3 60 D 20 kg
Kilai kalori bahan bakar, ,D .600 k%al=kg batubara
+emperatur air umpan, t10 1,-07
/aka kalor sensibel air umpan pada 1,-07 adalah "dari tabel uap#:
&1D 1,- k%al=kg
a.Penguapan aktual per kg #atu#ara
2e=2s
2 (=
2.*00
20 =4,46 kg
b.Daya ketel
$ari tabel uap, pada tekanan 11 kg=%m2abs, kita dapatkan:
)D *,1 k%al=kg
$aya ketel:
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
23/24
Ketel Uap (team !oiler" -1
= 2e )&1
-36,0 1-,-3
=4,46*,11,-
-36,01-,-3 =0,6 hp
%.Eisiensi ketel
=2e )&1
,
=4,46*,11,-
.600 =0,24=2,4 C
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta
-
5/20/2018 Bab3_mke Ketel Uap
24/24
-2 Mesin Konversi Energi
S$al+s$al
1. Apakah yang dimaksud dengan ketel uap? Bagaimana ketel
diklasifikasikan?
2. Terangkan prinsip kerja ketel pipa api dan ketel pipa air.
3. Terangkanlah secara singkat tentang ketel Lanchasire dengan bantuan
diagram.
4. Uraikan dengan sketsa cara kerja ketel uap lokomotif.
5. Boiler berbahan bakar batubara mengkonsumsi batubara 400 kg per
jam. Boiler menguapkan 3200 kg air pada 44,50C ke uap panas lanjut
pada tekanan 12 kg/cm2abs dan 274,50C. Jika nilai kalor bahan bakar
adalah 7.800 kcal/kg, carilah: (a) penguapan ekivalen dari dan pada
1000C, (b) efisiensi termal boiler.
6. Data berikut berkaitan dengan pembangkit uap yang terdiri dari boiler,
ekonomiser dan superheater.
tekanan uap : 14 kg/cm2
abs berat uap yang dihasilkan : 5.000 kg/hr
berat batubara yang digunakan : 675 kg/hr
nilai kalor batubara : 7.100 kcal/kg
temperatur air umpan memasuki ekonomiser : 300C
temperatur air umpan meninggalkan ekonomiser : 1300C
fraksi kekeringan uap meninggalkan boiler = 0,97
temperatur uap air meninggalkan superheater = 3200C
Carilah (a) efisiensi keseluruhan pembangkit, (b) persentase kalor yang
tersedia yang digunakan di boiler, ekonomiser, dan superheater.
7. Sebuah boiler menghasilkan 4 kg uap per kg batubara dari air umpan
dengan suhu 450C. Tekanan uap adalah 10,5 kg/cm2abs. Jika fraksi
kekeringan uap 0,98, carilah penguapan ekivalen dari dan pada 1000C.
Asyari D. Yunus Teknik Mesin Universitas Darma Persada - Jakarta