TUGAS MAKALAH BOILER D I S U S U N OLEH Nama : RIZAL FA FAUZI Npm : 1404310040
ILMU DAN TEKNOLOGI TEKNOLOGI PA PANGAN FA FAKULTAS KULTAS PERTANIA PERTANIAN N UNIVERSITAS MUHAMMADIYA MUHAMMAD IYAH H SUMATERA UTARA 2015
Kata Pengantar Alhamdul Alhamdulillah illah puji syukur syukur kami panjatkan panjatkan atas kehadirat kehadirat allah SWT yang telah member memberika ikan n kesemp kesempatan atan keseha kesehatan tan dan karuni karunia!Ny a!Nyaa kepada kepada kami kami yang yang tak terhing terhingga ga jumlahnya sehingga saya dapat menyelesaikan karya tulis ini tepat pada "aktunya# $akalah $esin dan %eralatan Dasar ini ynag membahas tentang &$esin '(iler)# Tidak Tidak lupa kami mengu*apk mengu*apkan an terimakasih terimakasih yang sebesar!besar sebesar!besarnya nya kepada kepada pak Ir+andi yang telah memberikan arahan kepada kami untuk membuat makalah ini u*apan terim terimak akasi asih h juga juga kami kami u*ap u*apka kan n kepa kepada da (ran (rang g tua tua dan dan teman teman!te !tema man n saya saya yang yang telah telah membantu saya untuk menyelesaikan makalah ini# %epatah mengatakan & Tak Tak ada gading yang tak retak) sama halnya dengan makalah yang yang saya saya buat buat ini untuk itu kami kami m(h(n m(h(n maa+ apabil apabilaa terdapa terdapatt kesalah kesalahan an "alaupun "alaupun demikian demikian kami berharap berharap karya tuis ini dapat berman+aat berman+aat baik bagi pemba*a pemba*a maupun bagi bagi masyarakat umum#
Kata Pengantar Alhamdul Alhamdulillah illah puji syukur syukur kami panjatkan panjatkan atas kehadirat kehadirat allah SWT yang telah member memberika ikan n kesemp kesempatan atan keseha kesehatan tan dan karuni karunia!Ny a!Nyaa kepada kepada kami kami yang yang tak terhing terhingga ga jumlahnya sehingga saya dapat menyelesaikan karya tulis ini tepat pada "aktunya# $akalah $esin dan %eralatan Dasar ini ynag membahas tentang &$esin '(iler)# Tidak Tidak lupa kami mengu*apk mengu*apkan an terimakasih terimakasih yang sebesar!besar sebesar!besarnya nya kepada kepada pak Ir+andi yang telah memberikan arahan kepada kami untuk membuat makalah ini u*apan terim terimak akasi asih h juga juga kami kami u*ap u*apka kan n kepa kepada da (ran (rang g tua tua dan dan teman teman!te !tema man n saya saya yang yang telah telah membantu saya untuk menyelesaikan makalah ini# %epatah mengatakan & Tak Tak ada gading yang tak retak) sama halnya dengan makalah yang yang saya saya buat buat ini untuk itu kami kami m(h(n m(h(n maa+ apabil apabilaa terdapa terdapatt kesalah kesalahan an "alaupun "alaupun demikian demikian kami berharap berharap karya tuis ini dapat berman+aat berman+aat baik bagi pemba*a pemba*a maupun bagi bagi masyarakat umum#
'A' I %ENDAHULUAN
Latar 'elakang !"#$% adalah bejana tertutup di mana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau &'$am# &'$am# Air panas panas atau &'$am pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu pr(ses# !"#$% ini dapat di(perasikan dengan sistem pembakaran &"()#$ *"%"() maupun +!,-#$ *"%"() yaitu pembakaran menggunakan , jenis bahan bakar *,$# !"# dan *,$# dan *,$# )a )a 'ahaya yang paling besar adalah jika terjadi kegagalan kegagalan pada sistem &,pp#. sistem &,pp#. *,$# dan membutuhkan "aktu yang relati+ lama untuk mematikan api dan pengurangan bahan bakar# Untuk menjaga *,$# tetap terbakar dengan dengan sempurna dan untuk menghindari terjadinya banjir di dalam dapur karena *,$# karena *,$# tidak terbakar terbakar -tekanan -tekanan *,$# terlalu tinggi tinggi atau rendah. maka setiap dapur dapur mempunyai &.&'$m mempunyai &.&'$m &a*$),a%+ dengan parameter F#!/ parameter F#!/ F,$# O"# H") a'a, L!/ F#!/# F#!/# 'ahan 'ahan bakar yang digunakan digunakan -!"#$% harus melalui beberapa tahapan pr(teksi supaya bahan bakar !"#$% tersebut sesuai yang diinginkan#
Sering
kali inputan maupun (utputan (utputan bahan bakar -!"#$% baik *,$# !"# dan *,$# )a& mengalami mengalami perbedaan perbedaan tekanan tekanan dan perbedaan perbedaan *#!/
Agar sistem didalamnya
bisa menjalankan +ungsinya dengan baik tanpa mengalami adanya suatu kegagalan kegagalan maka maka beberapa beberapa hal
yang mungkin mungkin perlu perlu diperha diperhatikan tikan antara lain
tingkat keamanan yang diperlukan untuk mengamankan pr(ses#
'A' II %E$'AHASAN %engertian '(iler '(iler/ketel uap merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau ata u steam berupa energi kerja# kerj a# Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu pr(ses# Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kal(r ke suatu pr(ses# 0ika air didihkan sampai menjadi steam maka 1(lumenya akan meningkat sekitar 2344 kali menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak sehingga sistem b(iler merupakan peralatan yang harus dikel(la dan dijaga dengan sangat baik# Energi kal(r yang dibangkitkan dalam sistem b(iler memiliki nilai tekanan tekanan temperatur dan laju aliran yang menentukan menentukan peman+aatan steam yang akan digunakan# digunakan# 'erdasarkan ketiga hal tersebut sistem b(iler mengenal keadaan tekanan!temperatur rendah -l(" pressure/L%. dan tekanan!temperatur tinggi -high pressure/H%. dengan perbedaan itu peman+aatan steam yang keluar dari sistem b(iler diman+aatkan dalam suatu pr(ses untuk memanasakan *airan dan menja enjala lank nkan an
suat suatu u
mesi mesin n
-*( -*(mmer* mer*ia iall
and and
ind industr ustria iall
b(ile (ilers rs. .
atau atau
memb memban angk gkitk itkan an energ energii listri listrik k dengan dengan meru meruba bah h energ energii kal( kal(rr menjad menjadii energ energii mekanik kemudian memutar generat(r sehingga menghasilkan energi listrik -p("er b(ilers.# Namun ada juga yang menggabungkan kedua sistem b(ile r tersebut yang meman+aatkan tekanan!temperatur tinggi untuk membangkitkan
energi listrik kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan!temperatur rendah dapat diman+aatkan ke dalam pr(ses industri# Sistem b(iler terdiri dari sistem air umpan sistem steam dan sistem bahan bakar# Sistem air umpan menyediakan air untuk b(iler se*ara (t(matis sesuai dengan kebutuhan steam# 'erbagai kran disediakan untuk keperluan pera"atan dan perbaikan dari sistem air umpan penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk men*egah terjadi kerusakan dari sistem steam# Sistem steam mengumpulkan dan meng(ntr(l pr(duksi steam dalam b(iler# Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna# %ada keseluruhan sistem tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan# Sistem bahan bakar adala h semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan# %eralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem#
5lasi+ikasi '(iler '(iler/ketel uap pada dasarnya terdiri dari bumbung -drum. yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air# 'anyak (rang mengklasi+ikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang masing!masing# Dalam lap(ran ini ketel uap diklasi+ikasikan dalam kelas yaitu6 2# 'erdasarkan +luida yang mengalir dalam pipa maka ketel diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel pipa api -+ire tube b(iler. %ada ketel pipa api +luida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala -hasil pembakaran. yang memba"a energi panas -thermal energy. yang segera mentrans+ernya ke air ketel melalui bidang pemanas -heating
sur+a*e.# Tujuan pipa!pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas -kal(r. kepada air ketel# Api/gas asap mengalir dalam pipa sedangkan air/uap diluar pipa Drum ber+ungsi untuk tempat air dan uap disamping itu drum juga sebagai tempat bidang pemanas# 'idang pemanas terletak di dalam drum sehingga luas bidang pemanas yang dapat dibuat terbatas#
7ambar ,#2 diagram sederhana +ire tube b(iler b# 5etel pipa air -"ater tube b(iler. %ada ketel pipa air +luida yang mengalir dalam pipa adalah air energi panas ditrans+er dari luar pipa -yaitu ruang dapur. ke air ketel#
7ambar ,#, "ater tube b(iler 8ara kerja6 %r(ses pengapian terjadi diluar pipa# %anas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan pipa yang berisi air# Air umpan itu sebelumnya dik(ndisikan terlebih dahulu melalui e*(m(ni9er# Steam yang dihasilkan kemudian dikumpulkan terlebih dahulu didalam sebuah steam
drum
sampai
sesuai#
Setelah
melalui
tahap
se*(ndary
superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi# 5arakteristik6 !
Tingkat e+isiensi panas yang dihasilkan *ukup tinggi#
!
5urang t(leran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant peng(lahan air# Sehingga air harus dik(ndisikan terhadap mineral dan kandungan lain yang larut dalam air#
!
'(iler ini digunakan untuk kebutuhan tekanan steam yang sangat tinggi seperti pada pembangkit tenaga#
!
$enggunakan bahan bakar minyak dan gas untuk "ater tube b(iler yang dirakit dari pabrik#
!
$enggunakan bahan bakar padat untuk "ater tube b(iler yang tidak dirakit di pabrik#
,# 'erdasarkan pemakaiannya ketel dapat diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel stasi(ner -stati(nary b(iler. atau ketel tetap# b# 5etel m(bil -m(bile b(iler. ketel pindah atau p(rtabel b(iler# :ang termasuk stasi(ner adalah ketel!ketel yang didudukan diatas p(ndasi yang tetap seperti b(iler untuk pembangkit tenaga untuk industri dan lain!lain yang sepertinya#
7ambar ,#; ketel stasi(ner -stati(nary b(iler. :ang termasuk ketel m(bil adalah ketel yang dipasang pada p(ndasi yang berpindah!pindah -m(bile. seperti b(iler l(k(m(ti+ l(k( m(bil dan ketel panjang serta lain yang sepertinya termasuk ketel kapal -marine b(iler.#
7ambar ,#< 5etel m(bil -m(bile b(iler.
;# 'erdasarkan letak dapur -+urna*e p(sititi(n. ketel uap diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel dengan pembakaran di dalam -internally +ired steam b(iler. dalam hal ini dapur berada -pembakaran terjadi. di bagian dalam ketel# 5ebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini#
7ambar ,#= 5etel pembakaran di dalam
b# 5etel dengan pembakaran di luar -(uternally +ired steam b(iler. dalam hal ini dapur berada -pembakaran terjadi. di bagian luar ketel kebanyakan ketel pipa air memakai sistem ini#
7ambar ,#3 ketel pembakaran di luar
<# 'erdasarkan jumlah l(r(ng -b(iler tube. ketel ini diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel dengan l(r(ng tunggal -single tube steam b(iler.# b# 5etel dengan l(r(ng ganda -multi tube steam b(iler.# %ada single tube steam b(iler hanya terdapat satu l(r(ng saja apakah itu l(r(ng api atau saluran air saja# 8(rnish b(iler adalah single +ire tube b(iler dan simple 1ertikal b(iler adalah single "ater tube steam b(iler#
7ambar ,#> single tube steam b(iler $ulti +ire tube b(iler misalnya ketel s*(t*h dan multi "ater tube b(iler misalnya ketel ' dan W dan lain!lain#
7ambar ,#? $ulti +ire tube b(iler
=# Tergantung kepada p(r(s tutup drum -shell. ketel diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel tegak -1erti*al steam b(iler. seperti ketel *(*hran ketel *larks(n dan lain!lain sepertinya#
7ambar ,#@ 5etel tegak -1erti*al steam b(iler.
b# 5etel mendatar -h(ri9(ntal steam b(iler. seperti ketel *(rnish lan*ashire s*(t*h dan lain!lain#
7ambar ,#24 5etel mendatar -h(ri9(ntal steam b(iler.
3# $enurut bentuk dan letak pipa ketel uap diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel dengan pipa lurus bengk(k dan berlekak!lekuk -straight bent and sin(us tubuker heating sur+a*e.#
7ambar ,#22 5etel dengan pipa lurus bengk(k dan berlekak!lekuk -straight bent and sin(us tubuker heating sur+a*e.#
b# 5etel dengan pipa miring!datar dan miring!tegak -h(ri9(ntal in*lined (r 1erti*al tubuler heating sur+a*e.#
7ambar ,#2, 5etel dengan pipa miring!datar dan miring!tegak -h(ri9(ntal in*lined (r 1erti*al tubuler heating sur+a*e.#
># $enurut sistem peredaran air ketel -"ater *ir*ulati(n. ketel uap diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel dengan peredaran alam -natural *ir*ulati(n steam b(iler.# b# 5etel dengan peredaran paksa -+(r*ed *ir*ulati(n steam b(iler.# ?# Tergantung kepada sumber panasnya -heat s(ur*e. untuk pembuatan uap ketel uap dapat diklasi+ikasikan sebagai6 a# 5etel uap dengan bahan bakar alami# b# 5etel uap dengan bahan bakar buatan# *# 5etel uap dengan dapur listrik# d# 5etel uap dengan energi nuklir#
'agian!'agian '(iler %ada garis besarnya "ater tube b(iler terdiri dari6 a. uang 'akar -Burna*e.
Terdiri dari , ruangan yaitu6 2# uang pertama ber+ungsi sebagai ruang pembakaran dimana panas yang dihasilkan diterima langsung (leh pipa!pipa air yang berada di dalam ruang dapur tersebut yang terdiri dari pipa!pipa air dari drum ke header samping kanan kiri# ,# uang kedua merupakan ruang gas panas yang diterima dari hasil pembakaran dalam ruang pertama# Dalam ruang ini sebagian besar panas dari gas diterima (leh pipa !pipa air drum atas ke drum ba"ah# b. B(r*ed Dra+t Ban -Bd Ban. Dalam ruang pembakaran pertama udara pembakaran ditiupkan (leh bl("er penghebus udara -+(r*ed dra+t +an. melalui kisi!kisi bagian ba"ah dapur -+ire grates/under r(aster. #
7ambar ,#2; Bd Ban *. Drum Atas -Steam Drum. Drum atas ber+ungsi sebagai tempat pembentukan uap#
7ambar ,#2< Steam Drum d. %ipa Uap %emanas Lanjut -Superheater %ipe. Uap hasil penguapan di dalam drum atas untuk sebagian turbin belum dapat dipergunakan untuk itu harus dilakukan pemanasan uap lebih lanjut melalui pipa superheater sehingga uap benar!benar 4
kering dengan suhu ,34!,?4 8 # Superheater pipe ini dipasang di dalam ruang bakar kedua#
e. Drum 'a"ah -$ud Drum. Drum ba"ah ber+ungsi sebagai tempat pemanasan air yang didalamnya
dipasang
plat!plat
pengumpul
memudahkan pembuangan keluar -bl(" d("n.
7ambar ,#2= $ud Drum
endapan
untuk
+. %ipa!%ipa Air -Header. %ipa!pipa air ini ber+ungsi sebagai tempat pemanasan air yang dibuat sebanyak mungkin sehingga penyerapan panas lebih merata dengan e+isiensi tinggi# %ipa!pipa air ini terbagi dalam 6 2# pipa air yang menghubungkan drum atas dengan header muka/belakang ,# pipa air yang menghubungkan drum dengan header samping kanan/samping kiri ;# pipa air yang menghubungkan drum atas dengan drum ba"ah <# pipa air yang menghubungkan drum ba"ah dengan header belakang
g. %embuangan Abu -Ash H(pper. Abu yang terba"a gas panas dari ruang pembakaran pertama terbuang/jatuh didalam pembuangan abu yang berbentuk keru*ut#
7ambar ,#23 %embuangan Abu -Ash H(pper.
h. %embuangan 7as 'ekas 7as bekas setelah ruang pembakaran kedua dihisap (leh bl("er isap -indu*ed dra+t +an. melalui saringan abu -dust *(lle*t(r. kemudian dibuang ke udara bebas melalui *(r(ng asap -*himney.# %engaturan tekanan didalam dapur dilakukan pada *(r(ng keluar bl("er -eChaust. dengan klep yang diatur se*ara (t(matis (leh alat hydr(lis -+urna*e dra+t *(ntr(ller.#
7ambar ,#2> 8himney i. %ressure Burna*e Dra+t 8(ntr(ller %ressure Burna*e Dra+t 8(ntr(ller ber+ungsi untuk pengatur tekanan permukaan#
7ambar ,#2? %ressure Burna*e Dra+t 8(ntr(ller j. Indu*ed Dra+t Ban Indu*ed Dra+t Ban ber+ungsi sebagai penghisap abu dari gas bekas#
7ambar ,#2@ Indu*ed Dra+t Ban
k. Dust 8(lle*t(r Dust 8(lle*t(r ber+ungsi sebagai penyaring abu gas bekas#
7ambar ,#,4 Dust 8(lle*t(r l. Alat!Alat %engaman 2# 5atup %engaman -Sa+ety al1e. Alat ini bekerja apabila tekanan kerja melebihi dari tekanan yang telah ditentukan sesuai dengan penyetelan klep pada alat ini#
7ambar ,#,2 Sa1ety al1e
,# 7elas %enduga 7elas penduga adalah alat untuk melihat tinggi air didalam drum atas guna memudahkan peng(ntr(lan air dalam ketel selama (perasi#
7ambar ,#,, 7elas %enduga ;# 5eran 'l(" d("n 5eran bl(" d("n -bl(" d("n 1al1e. ber+ungsi untuk membuang endapan yang tidak terlarut -t(tal diss(l1ed s(lid. pada mud drum sehingga nilai tds air b(iler yang diharapkan dapat terjaga# %(la perlakuan bl(" d("n lebih baik dengan +rekuensi yang tinggi dari pada dilakukan dengan peri(de yang lama untuk sekali bl(" d("n#
7ambar ,#,; 5eran 'l(" d("n <# $an(meter $an(meter adalah alat pengukur tekanan uap didalam b(iler yang dipasang satu buah untuk penunjuk tekanan uap basah -saturated. dan satu buah untuk tekanan uap kering -superheated.#
7ambar ,#,< $an(meter
=# 5eran Uap Induk 5eran uap induk -main steam 1al1e. ber+ungsi sebagai alat untuk membuka dan menutup aliran uap b(iler yang terpasang pada pipa uap induk #
7ambar ,#,= 5eran Uap Induk 3# 5(ntr(l Air Umpan 'er+ungsi sebagai peng(ntr(l bukaan 1al1e air umpan b(iler ke dalam steam drum yang dapat dilakukan se*ara (t(matis melalui "ater le1el *(ntr(ller#
-a. -b. 7ambar ,#,3 -a. Aut(mati* Beed egulat(r -b. Water Le1el 8(ntr(ller
># S((t 'l("er 'er+ungsi sebagi alat penghebus debu yang ada pada bagian luar pipa!pipa air b(iler#
7ambar ,#,> S((t 'l("er ?# %anel Utama -$ain %anel. %anel Utama -$ain %anel. ber+ungsi sebagai peng(ntr(l atau alat pengaman semua alat!alat pada b(iler#
7ambar ,#,? %anel Utama -$ain %anel.
m. %ipa Water"all %ada ruang bakar ketel uap k(mp(nen yang paling penting adalah pipa "ater"all dimana panas yang dihasilkan pada pembakaran bahan bakar diserap "ater"all sehingga air yang terdapat pada pipa "ater"all mengalami penaikan temperatur sampai berubah menjadi uap# Tube Wall adalah merupakan pipa yang dirangkai membentuk dinding dan dipasang se*ara 1ertikal pada < -empat. sisi sehingga membentuk ruangan persegi empat yang disebut ruang bakar#
Bungsi
tube
"all
adalah alat
pemanas air dengan bidang yang luas sehingga memper*epat pr(ses penguapan#
7ambar ,#,@ Wall Tube '(iler n. Superheater Superheater adalah piranti penting pada unit pembangkit uap# Tujuannya 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# %ada dari gas asap ini digunakan untuk memberikan panas lanjut pada uap#
7ambar ,#;4 Superheater#
,#< %eng(perasian '(iler %ada umumnya setiap mesin yang dipr(duksi (leh pabrik selalu dilengkapi dengan handb((k/ buku petunjuk *ara pemasangan pera"atan dan peng(perasiannya# 'egitu juga dengan ketel uap yang ada di %T# %% L(nd(n Sumatera sekt(r D(l(k %alm Oil $ill terdapat buku petunjuk tentang spesi+ikasi peng(perasian pera"atan pemasangan dan lain!lain# Se*ara garis besar penulis akan menjelaskan peng(perasian b(iler berdasarkan petunjuk yang ada dari buku petunjuk dan penjelasan dari (perat(r diantaranya6 5etentuan Umum Sebelum meng(perasikan b(iler ada beberapa hal yang harus diperhatikan demi kelan*aran dan keselamatan kerja diantara6 !
Tekanan ketel uap maksimum yang diijinkan
!
Tekanan uap yang diperlukan
!
5apasitas pr(duksi uap maksimum
!
%emeriksaan 1isual pada bagian luar dan dalam
!
Tangki air umpan -+eed "ater tank. dalam keadaan penuh
!
%(mpa air umpan -+eed "ater pump. dalam k(ndisi baik
!
Seluruh peralatan pengaman b(iler dalam k(ndisi baik
!
Tinggi permukaan air b(iler di dalam drum sesuai dengan batas yang ditentukan
!
Dapur dalam keadaan bersih
!
'ahan bakar *ukup tersedia
Urutan menghidupkan b(iler 2# 'uka keran buangan udara -1ent drain. pada drum superheater -bila menggunakan superheater ,# Drain air pada gelas penduga ;# Hidupkan p(mpa air umpan dan buka keran buangan air pada drum -bl(" d("n. <# 5emudian keran tersebut ditutup dan ketinggian air diatur sampai batas yang ditentukan =# Hidupkan +uel m(dulating dan +uel +eeder +an 3# Hidupkan pendulum ># Hidupkan *(n1ey(r bahan bakar ?# Isi bahan bakar dan hidupkan api @# Setelah api *ukup besar hidupkan indu*ed dra+t +an dengan p(sisi damper tertutup dan setelah putaran id+ n(rmal buka damper dan atur ampere id+ sekitar 2,= amp
24# Hidupkan se*(ndary +an 22# Hidupkan +(r*ed dra+t +an dan dijaga agar tekanan udara dalam ruang bakar -24 ;4 mm hg. 2,# Tutup 1al1e buang udara pada drum superheater 2;# %ada tekanan 2= bar kerangan induk steam dapat dibuka se*ara perlahan!lahan 2<# Naikkan tekanan b(iler sampai tekanan kerja -,4 bar. 2=# Lakukan bl("d("n se*ara k(ntinyu -sesuai dengan k(ndisi tds. 23# %ertahankan tekanan steam n(rmal dengan pengaturan bahan bakar melalui pressure + d *(ntr(ller 2># Lakukan s((t bl("er setiap ; jam sekali 2?# Lakukan penarikan kerak setiap < jam sekali Urutan menghentikan b(iler 6 2# Turunkan tekanan dengan menutup sliding d((r bahan bakar ,# $atikan +d +an ;# $atikan se*(ndary +an <# 'uka pintu ruang bakar dan tarik abu keluar =# %astikan turbin uap telah berhenti kemudian tutup kerangan induk steam 3# $atikan id +an ># Turunkan tekanan dengan melakukan sirkulasi air
?# Tutup keran uap pada deaerat(r dan +eed tank @# $atikan deaerat(r pump dan +eed "ater pump Dalam hal b(iler kekurangan air akibat kerusakan p(mpa air 6 2# Hentikan indu*ed dra+t +an +(r*ed dra+t +an dan se*(ndary +an ,# Tutup keran induk ;# Tarik api <# Tutup semua pintu setelah selesai tarik api agar udara dingin tidak masuk ke dalam dapur =# %eriksa penyebab kerusakan p(mpa#
'ahan 'akar '(iler Agar kualitas uap yang dihasilkan dari ketel uap sesuai dengan yang diinginkan atau dibutuhkan maka dibutuhkan sejumlah panas untuk menguapkan air tersebut dimana panas tersebut diper(leh dari pembakaran bahan bakar di ruang bakar ketel# Untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna di dalam ketel maka diperlukan beberapa syarat yaitu6 2# %erbandingan pemakaian bahan bakar harus sesuai -*angkang dan +iber. ,# Udara yang dipakai harus men*ukupi ;# Waktu yang diperlukan untuk pr(ses pembakaran harus *ukup# <# %anas yang *ukup untuk memulai pembakaran =# 5erapatan yang *ukup untuk merambatkan nyala api 3# Dalam hal ini bahan bakar yang digunakan adalah *angkang dan +iber# Adapun alasan mengapa digunakan *angkang dan +iber sebagai bahan bakar adalah 6 2# 'ahan bakar *angkang dan +iber *ukup tersedia dan mudah diper(leh dipabrik# ,# 8angkang dan +iber merupakan limbah dari pabrik kelapa sa"it apabila tidak digunakan#
;# Nilai kal(r bahan bakar memenuhi persyaratan untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan# <# Sisa pembakaran bahan bakar dapat digunakan sebagai pupuk untuk tanaman kelapa sa"it# =# Harga lebih ek(n(mis# 8angkang adalah sejenis bahan bakar padat yang ber"arna hitam berbentuk seperti bat(k kelapa dan agak bulat terdapat pada bagian dalam pada buah kelapa sa"it yang diselubungi (leh serabut# %ada bahan bakar *angkang ini terdapat berbagai unsur kimia antara lain 6 8arb(n -8. Hidr(gen -H ,. Nitr(gen -N,. Oksigen -O,. dan Abu# Dimana unsur kimia yang terkandung pada *angkang mempunyai persentase -F. yang berbeda jumlahnya bahan bakar *angkang ini setelah mengalami pr(ses pembakaran akan berubah menjadi arang kemudian arang tersebut dengan adanya udara pada dapur akan terbang sebagai ukuran partikel ke*il yang dinamakan partikel pijar# Apabila pemakaian *angkang ini terlalu banyak dari +iber akan menghambat pr(ses pembakaran akibat penumpukan arang dan nyala api kurang sempurna dan jika *angkang digunakan sedikit panas yang dihasilkan akan rendah karena *angkang apabila dibakar akan mengeluarkan panas yang besar# Biber adalah bahan bakar padat yang bebentuk seperti rambut apabila telah mengalami pr(ses peng(lahan ber"arna *(klat muda serabut ini terdapat dibagian kedua dari buah kelapa sa"it setelah kulit buah kelapa sa"it didalam serabut dan daging buah sa"itlah minyak 8%O terkandung# %anas yang dihasilkan +iber jumlahnya lebih ke*il dari yang dihasilkan (leh *angkang (leh karena itu perbandingan lebih besar +iber dari pada *angkang# Disamping +iber lebih *epat habis menjadi abu apabila dibakar pemakaian +iber yang berlebihan akan berdampak buruk pada pr(ses pembakaran karena dapat menghambat pr(ses perambatan panas pada pipa "ater "all akibat abu hasil pembakaran beterbangan dalam ruang dapur dan menutupi pipa "ater "all disamping mempersulit pembuangan dari pintu ekspansi(n d((r -pintu keluar untuk abu dan arang. akibat terjadinya penumpukan yang berlebihan
.
7ambar ,#;2 Biber kelapa sa"it
7ambar ,#;, 8angkang sa"it
5(mp(sisi 'ahan 'akar 8angkang dan Biber %ada %alm Oil $ill ini menggunakan ketel uap pipa air 'OILE$E8H berbahan bakar *angkang dan +iber# %enulis akan men*ari nilai kal(r dari *angkang dan +iber tersebut# Adapun data yang diper(leh dari %alm Oil $ill mengenai kandungan unsur!unsur yang terdapat pada *angkang dan +iber pada
perbandingan 2 6 ; dan k(mp(sisi 2 kg bahan bakar *angkang dan +iber adalah sebagai berikut6
Tabel ,#2 5(mp(sisi dari unsur!unsur kimia bahan bakar
Nama Unsur
Cangkang
Fiber
Ka%-!(
1634 7
40600 7
H"+%!)$( H 2
3625 7
4625 7
O8&")$( O2
3161 7
30629 7
N"'%!)$( N 2
2645 7
22629 7
A-,
160 7
361; 7
Sumber 6 %alm
Oil $ill
$aka k(mp(sisi 2 kg bahan bakar adalah sebagai berikut 6 8
-
G
2 <
C 32;< F .
G
O,
G
N,
G
-
< 2
-
C ;,= F . C ;223 F .
-
<
Abu G
2
-
-
C ,<= F . -
< 2
<
;
C
G <=;;= F
G 4<=;;= kg
<444F. <
2 H,
-
C 2?4 F .
; <
; <
; <
; <
C <,=F.
G
G 44< kg
C ;4,@ F. G ;4=4>= F G 4;4=4>= kg C ,,,@ F. G 2>;;4 F G 42>;;4 kg
C ;2> F.
G ,?,>= F
G 44,?,>= kg
G
G 244 kg
244 F
Siklus ankine Siklus ankine adalah siklus te(ritis yang mendasari siklus kerja dari suatu pembangkit daya uap# Siklus ankine berbeda dengan siklus!siklus udara ditinjau dari +luida kerjanya yang mengalami perubahan +ase selama siklus pada saat e1ap(rasi dan k(ndensasi (leh karena itu +luida kerja untuk siklus ankine harus merupakan uap# Siklus ankine ideal tidak melibatkan beberapa masalah irre1ersibilitas internal# Irre1ersibilitas internal dihasilkan dari gesekan +luida thr(ttling dan pen*ampuran yang paling penting adalah irre1ersibilitas dalam turbin dan p(mpa dan kerugian!kerugian tekanan dalam penukar!penukar panas pipa!pipa bengk(kan!bengk(kan dan katup!katup# Temperatur air sedikit meningkat selama pr(ses k(mpresi isentr(pik karena ada penurunan ke*il dari 1(lume jenis air air masuk b(iler sebagai *airan k(mpresi pada k(ndisi , dan meninggalkan b(iler sebagai uap kering pada k(ndisi ;# '(iler pada dasarnya penukar kal(r yang besar dimana sumber panas dari pembakaran gas reakt(r nuklir atau sumber yang lain ditrans+er se*ara esensial ke air pada tekanan k(nstan# Uap superheater pada k(ndisi ke ; masuk ke turbin yang mana uap dieCpansikan se*ara isentr(pik dan menghasilkan kerja (leh putaran p(r(s yang dihubungkan pada generat(r lisrik# Temperatur dan tekanan uap jatuh selama pr(ses ini men*apai titik < dimana uap masuk ke k(ndens(r dan pada k(ndisi ini uap biasanya merupakan *ampuran *airan!uap jenuh dengan kualitas tinggi# Uap dik(ndensasikan pada tekanan k(nstan di dalam k(ndens(r yang merupakan alat penukar kal(r mengeluarkan panas ke medium pendingin#
7ambar ,#;; Diagram alir siklus ankine sederhana
7ambar ,#;< Diagram T!s siklus ankine sederhana
Salah satu m(di+ikasi dari siklus ankine dapat dilihat pada gambar berikut 6
7ambar ,#;= Diagram alir siklus ankine dengan satu tingkat ekstraksi Uap panas lanjut dari ketel memasuki turbin setelah melalui beber a pa tingkatan sudu turbin sebagian uap diekstraksikan ke deaerat(r sedangkan s isanya masuk ke k(ndens(r dan dik(ndensasikan didalam k(ndens(r# Selanjutnya air dar i k(ndens(r dip(mpakan ke deaerat(r juga# Di dalam deaerat(r uap yang berasal dar i turbin yang berupa uap basah ber*ampur dengan air yang berasal dari k(ndens(r# 5emudian dari deaerat(r dip(mpakan kembali ke ketel dari ketel ini air yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali le"at turb in# Tujuan uap diekstraksikan ke deaerat(r adalah untuk membuang gas!gas y ang tidak terk(ndensasi sehingga pemanasan pada ketel dapat berlangsung
e+ ekti+
men*egah k(r(si pada ketel dan meningkatkan e+isiensi siklus#
Untuk mempermudah penganalisaan siklus term(dinamika ini pr(ses! pr(ses tersebut di atas disederhanakan dalam bentuk diagram berikut 6
7ambar ,#;3 Diagram T!s siklus ankine dengan satu tingkat ekstraksi
Siklus ankine terbuka pada b(iler yang ada di %alm Oil $ill6
7ambar ,#;> Diagram alir siklus ankine terbuka
7ambar ,#;? Diagram T!s siklus ankine terbuka
%r(ses %embentukan Uap Sebagai +liuda kerja di ketel uap umumnya digunakan air -H,O. karena bersi+at ek(n(mis mudah di per(leh tersedia dalam jumlah yang banyak serta mempuyai kandungan entalpi yang *ukup tinggi bila dibandingkan dengan +luida kerja yang lain# %enguapan adalah pr(ses terjadinya perubahan +asa dari *airan menjadi uap# Apabila panas diberikan pada air maka suhu air akan naik# Naiknya suhu air akan meningkatkan ke*epatan gerak m(lekul air# 0ika panas terus bertambah se*ara perlahan!lahan maka ke*epatan gerak air akan semakin meningkat pula hingga sampai pada suatu titik dimana m(lekul!m(lekul air akan mampu (
,
melepaskan diri dari lingkungannya -244 . pada tekanan 2kg/*m J maka air se*ara berangsur!angsur akan berubah +asa menjadi uap dan hal inilah yang disebut sebagai penguapan#
%r(ses perubahan +asa air menjadi uap dapat digambarkan pada diagram T! S seperti gambar diba"ah6
7ambar ,#;@ Diagram T!S 5eterangan6 2!,
6 %ipa!pipa e1ap(rat(r pipa penguat
,!;
6 %ipa!pipa superheater
2!;
6 5etel uap
$et(de %engkajian E+isiensi '(iler $et(de yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini adalah met(de langsung# Se*ara umum skripsi ini akan membahas analisa nilai kal(r bahan bakar dan perhitungan e+isiensi b(iler# E+isiensi adalah suatu tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat# Sedangkan e+isiensi pada b(iler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan atau diserap (leh +luida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar#
Terdapat dua met(de pengkajian e+isiensi b(iler 6 2. $et(de Langsung Energi
yang
didapat
dari
+luida
kerja
-air
dan
steam.
dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar b(iler# $et(d(l(gi Dikenal juga sebagai Kmet(de input!(utput karena kenyataan bah"a met(de ini hanya memerlukan keluaran/(utput -steam. dan panas masuk/input -bahan bakar. untuk e1aluasi e+isiensi# E+isiensi ini dapat die1aluasi dengan menggunakan rumus6
E+isiensi '(iler -M. G
E+isiensi '(iler -M. G
5eterangan6
Ws
G kapasitas
pr(duksi uap - kg uap/jam .
W+
G k(nsumsi bahan bakar - kg/jam .
h;
G entalpi uap - k0/kg .
h2
G entalpi air umpan/pengisi ketel - k0/kg .
LH
G nilai kal(r pembakaran rendah -k0/kg.
5euntungan met(de langsung !
%ekerja pabrik dapat dengan *epat menge1aluasi e+isiensi b(iler
!
$emerlukan sedikit parameter untuk perhitungan
!
$emerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan
!
$udah membandingkan rasi( penguapan dengan data ben*hmark
5erugian met(de langsung !
Tidak memberikan petunjuk kepada (perat(r tentang penyebab dari e+isiensi sistem yang lebih rendah
!
Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat e+isiensi
,. $et(de Tidak Langsung E+isiensi merupakan perbedaan antar kehilangan dan energi masuk# $et(d(l(gi Standar a*uan untuk Uji '(iler di tempat dengan menggunakan met(de tidak langsung adalah 'ritish Standard 'S ?<=62@?> dan USA Standard AS$E %T8!
E+isiensi b(iler -n. G 244 ! -i ii iii i1 1 1i 1ii.
Dimana kehilangan yang terjadi dalam b(iler adalah kehilangan panas yang diakibatkan (leh6 i#
7as *er(b(ng yang kering
ii#
%enguapan air yang terbentuk karena H, dalam bahan bakar
iii#
%enguapan kadar air dalam bahan bakar
i1#
Adanya kadar air dalam udara pembakaran
1#
'ahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ +ly ash
1i#
'ahan bakar yang tidak terbakar dalam abu ba"ah/ b(tt(m ash
1ii#
adiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung 5ehilangan yang diakibatkan (leh kadar air dalam bahan bakar dan
yang disebabkan (leh pembakaran hidr(gen tergantung pada bahan bakar dan tidak dapat dikendalikan (leh peran*angan# Data yang diperlukan untuk perhitungan e+isiensi b(iler dengan menggunakan met(de tidak langsung adalah6
!
Analisis ultimate bahan bakar -H, O, S 8 kadar air kadar abu.
!
%ersentase (ksigen atau 8O, dalam gas buang
!
Suhu gas buang dalam 8 -T + .
!
Suhu a"al dalam 8 -Ta. dan kelembaban udara dalam kg/kg udara
(
(
kering !
LH bahan bakar dalam kkal/kg
!
%ersentase bahan yang dapat terbakar dalam abu -untuk bahan bakar padat.
!
LH abu dalam kkal/kg -untuk bahan bakar padat.
5euntungan met(de tidak langsung Dapat diketahui nera*a bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran yang dapat memudahkan dalam mengidenti+ikasi (psi!(psi untuk meningkatkan e+isiensi b(iler#
5erugian met(de tidak langsung !
%erlu "aktu lama
!
$emerlukan +asilitas lab(rat(rium untuk analisis#
Untuk penyusunan skripsi ini penulis menganalisa dengan met(de langsung dimana penulis mengambil data se*ara langsung dilapangan meliputi 6 ! Steam pressure superheater -bar. (
! Temperatur +eed tank - 8. (
! Temperatur daerat(r - 8. (
! Temperatur (ut let steam - 8. ! Steam +l(" -t(n uap/jam.
Nera*a %anas %r(ses pembakaran dalam b(iler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi# Diagram ini menggambarkan se*ara gra+is tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi# %anah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing!masing#
7ambar ,#<4 Diagram nera*a energi b(iler Nera*a panas merupakan keseimbangan energi t(tal yang masuk b(iler terhadap yang meninggalkan b(iler dalam bentuk yang berbeda# 7ambar berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam#
7ambar ,#<2 5ehilangan pada '(iler yang 'erbahan 'akar 'atubara
5ehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat dihindarkan# Tujuan dari %r(duksi 'ersih dan/atau pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari dengan meningkatkan e+isiensi energi# 5ehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi6 5ehilangan gas *er(b(ng6
- Udara berlebih -diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari
tekn(l(gi burner (perasi
-k(ntr(l. dan
pemeliharaan.#
- Suhu gas *er(b(ng -diturunkan dengan meng(ptimalkan pera"atan -pembersihan. beban burner yang lebih baik dan tekn(l(gi b(iler.# 5ehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam *er(b(ng dan abu -meng(ptimalkan (perasi dan pemeliharaan tekn(l(gi burner yang lebih baik. 5ehilangan dari bl("d("n -peng(lahan air umpan segar daur ulang k(ndensat. 5ehilangan k(ndensat -man+aatkan sebanyak mungkin k(ndensat. 5ehilangan k(n1eksi dan radiasi -dikurangi dengan is(lasi b(iler yang lebih baik.#
Nilai kal(r -Heating alue.
Nilai kal(r merupakan energi kal(r yang dilepaskan bahan bakar pada "aktu terjadinya (ksidasi unsur!unsur kimia yang ada pada bahan bakar tersebut# 'ahan bakar adalah 9at kimia yang apabila direaksikan dengan (ksigen -O ,. akan menghasilkan sejumlah kal(r# 'ahan bakar dapat ber"ujud gas *ai r maupun padat# Selain itu bahan bakar merupakan suatu senya"a yang tersusun atas beberapa unsur seperti karb(n -8. hidr(gen -H. belerang -S. dan nitr(gen -N.# 5ualitas bahan bakar ditentukan (leh kemampuan bahan bakar untuk menghasilkan energi# 5emampuan bahan bakar untuk menghasilkan energi ini
sangat ditentukan (leh nilai bahan bakar yang dide+inisikan sebagai jumlah energi yang dihasilkan pada pr(ses pembakaran per satuan massa atau persatuan 1(lume bahan bakar# Nilai pembakaran ditentukan (leh k(mp(sisi kandungan unsur di dalam bahan bakar# Dikenal dua jenis pembakaran -Ir# Syamsir A# $uin %esa"at! pesa"at 5(n1ersi Energi 2 -5etel Uap. 2@??6234. yaitu6 2# Nilai 5al(r %embakaran Tinggi Nilai kal(r pembakaran tinggi atau juga dikenal dengan istilah High Heating alue -HH. adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan air dari pr(ses pembakaran ikut diperhitungkan sebagai panas dari pr(ses pembakaran# Dirumuskan dengan6 HH G ;;@=4 8 2<<,44 -H ,
–
O,/?. @<44 S kj/kg
,# Nilai 5al(r %embakaran endah Nilai kal(r pembakaran rendah atau juga dikenal dengan istil ah L(" Heating alue -LH. adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan uap air dari hasil pembakaran tidak ikut dihitung sebagai panas dari pr(ses pembakaran# Dirumuskan dengan6 LH G HH ,<22 -@H ,. kj/kg
5ebutuhan Udara %embakaran 5ebutuhan udara pembakaran dide+inisikan sebagai kebutuhan (ksigen yang diperlukan untuk pembakaran 2 kg bahan bakar se*ara sempurna yang meliputi 6 a# 5ebutuhan udara te(ritis -Ut. 6 Ut G 22= 8 ;<= -H!O/?. <;, S kg/kg''
b# 5ebutuhan udara pembakaran sebenarnya/aktual -Us. 6 Us G Ut -2. kg/kg''
7as Asap eaksi pembakaran akan menghasilkan gas baru udara lebih dari sejumlah energi# Senya"a!senya"a yang merupakan hasil dari reaksi pembakaran disebut gas asap# a# 'erat gas asap te(ritis -7t. 7t G Ut -2!A. kg/kg'' Dimana A G kandungan abu dalam bahan bakar -ash. 7as asap yang terjadi terdiri dari6 !
Hasil reaksi atas pembakaran unsur!unsur bahan akar dengan O, dari udara seperti 8O, H,O SO,
!
Unsur N, dari udara yang tidak ikut bereaksi
!
Sisa kelebihan udara
Dari reaksi pembakaran sebelumnya diketahui6 2 kg 8 menghasilkan ;33 kg 8O , 2 kg S menghasilkan 2@@3 kg SO , 2 kg H menghasilkan ?@?;3 kg H ,O $aka untuk menghitung berat gas asap pembakran perlu dihitung dulu masing!masing k(mp(nen gas asap tersebut -Ir# Syamsir A# $uin %esa"at!pesa"at k(n1ersi 2 -5etel Uap. 2@
[email protected] 'erat 8O,
G
;33 8 kg/kg
'erat SO,
G
, S kg/kg
'erat H,O
G
@ H, kg/kg
'erat N,
G
>>F Us kg/kg
'erat O,
G
,;F ,4F Ut
Dari perhitungan di atas maka akan didapatkan jumlah gas asap6 'erat gas asap -7s. G W 8O , W SO, W H,O W N, W O, Atau b# 'erat gas asap sebenarnya - 7s. 7s G Us -2!A. kg/kg'' Untuk menetukan k(mp(sisi dari gas asap didapatkan6 5adar gas G -W gas tersebut / W t(tal gas. C 244F
(lume 7as Asap 0umlah (ksigen adalah ,2F jumlah udara pembakaran# 0adi6 -(,. G ,2F -a.a*t belum termaksud (ksigen yang dikandung dalam bahan bakar# Oksigen yang terdapat dalam bahan bakar tergantung persentasenya# Dengan demikian maka 1(lume gas asap basah adalah 6
g G
;
2,< -@ H ,. m /kg''
Dimana 6 ;
g
G (lume gas asap -m /kg''.
8
G Nilai *arb(n bahan bakar
S
G Nilai Sul+ur bahan bakar
H,
G Nilai Hidr(gen bahan bakar
%erhitungan E+isiensi '(iler Daya guna -e+isiensi. b(iler adalah perbandingan antara k(nsumsi panas dengan suplai panas -Ir# Syamsir A# $uin %esa"at!pesa"at k(n1ersi 2 -5etel Uap. 2@??6,,;.#
5eterangan6
Ws
G kapasitas
pr(duksi uap - kg uap/jam .
W+
G k(nsumsi bahan bakar - kg/jam .
h;
G entalpi uap - k0/kg .
h2
G entalpi air umpan/pengisi ketel - k0/kg .
LH
G nilai kal(r pembakaran rendah -k0/kg.