1. Panas anas Late Laten/ n/ sensi sensible ble Panas adalah energi yang diterima oleh benda sehingga suhu benda atau wujudnyaberubah.Ukuran jumlah panas dinyatakan dalam notasi British Thermal Unit (BTU). Air digunakan sebagai standar untuk menghitung jumlah panas karena untuk menaikkantemperature 1 o F untuk tiap 1 lb air diperlukan panas 1 BTU.
Panas jenis suatu benda artinya jumlah panas yang diperlukan benda itu agar temperaturnya naik 1o F F..
Panas sensible adalah panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan temperatur tetapi phasa (wujud) tidak berubah.
Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk merubah phasa (wujud) benda tetapi temperaturnya temperaturny a tetap.
Panas laten penguapan(latent heat of vaporization) adalah jumlah panas yang harus ditambahkan kepada !at ("air)pada titik didihnya sampai wujudnya berubah menjadi uap seluruhnya seluruhnya pada suhu yang sama.
Panas laten pengembunan (latent heat of condensation) adalah jumlah panas yang harusdibuang/dikeluarkan harusdibuang/ dikeluarkan oleh !at (gas/uap) pada titik embunnya untuk mengubah wujud !at darigas menjadi "air pada suhu yang sama.
Panas laten pencairan/peleburan (latent heat of fusion) adalah jumlah panas yangharus ditambahkan kepada !at (padat) pada titik leburnya sampai wujudnya berubah menjadi"air semuanya pada suhu yang sama.
Panas laten pembekuan (latent heat of solidification) adalah jumlah panas yang harus dibuang/dikeluarkan oleh !at ("air) pada titik bekunya untuk mengubah wujudnya dari "air menjadi padat pada suhu yang sama.
Tabel Panas Laten Tabel berikut menunjukkan besar panas laten dan perubahan suhu #ase dari beberapa "airan umum dan gas.
(sumber :http://www.scribd.com/doc/49093686/ ,wikipedia)
2. Superheated steam team atau air yang berbentuk gas merupakan media panas yang sangat penting karena memiliki kandungan panas yang sangat besar (panas kodensasi) dan merupakan bahan pemanas yang paling banyak digunakan dalam industri kimia. Steam dapat dibedakan menjadi tiga ma"am yaitu$
1.
Saturated Steam, yaitu uap air yang terbentuk pada suhu didih dan tidak mengandung titik%titik air maupun gas asing.
&.
Wet Steam, yaitu "ampuran dari saturated steam dan titik%titik air yang terdistribusi merata.Steam ini terbentuk misalnya pada waktu air mendidih dengan sangat kuat atau karena kondensasi sebagian dari uap jenuh.
'.
Supaerheated Steam, yaitu uap yang dipanaskan melebihi temperatur didihnya. ada tekanan yang sama steam ini memiliki kerapatan lebih rendah daripada saturated steam.
Tekanan dan temperatur steam harus diketahui agar keadaan steam ini dapat diidenti#ikasi dengan baik. Untuk mengolah 1 kg air pada temperatur o* menjadi steam diperlukan panas sebagai berikut$ •
anas sensibel "airan yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan iar tersebut dari o* ke
•
temperatur didih. anas penguapan yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk menguapkan air tersebut pada temperatur
•
didih tanpa terjadi keaikan temperatur. anas steam lanjut yaitu panas yang diperlukan untuk pemanasan saturated steam sehingga terjadi superheated steam.
+umlah panas keseluruhan yang dibutuhkan untuk mengubah air bertemperatur o* menjadisteam disebut kandungan panas dari uap/steam (kkal/kg). ada peman#aatan steam sebagai media pemanas akan terjadi hal%hal sebagai berikut$ •
ada waktu pendinginan superheated steam akan melepaskan panasnya sampai menjadisaturated steam.
•
+umlah panas yang dibebaskan ini relati# ke"il (misalnya hanya 1 ,) bila dibandingkan den gan jumlah
•
panas kondensasi. ada waktu pedinginan saturated steam akan segera terkondensasi. -eluruh panas kondensasi akan
•
dibebaskan yang besarnya sama dengan panas penguapan. ada waktu pendinginan kondensat sebagian energi panas dibebaskan lagi (panas sensibel air). enggunaan energi panas ini hampir selalu berlangsung dengan tidak sempurna dalam sistem pemanasan yang pertama. anas yang tersisa sering diman#aatkan lagi dalam alat penukar panas selanjutnya misalnya untuk pemanasan awal bahan%bahan proses yang akan diumpankan.
-ebagian besar kandungan panas steam merupakan panas kondensasi karena itu panas tersebut mutlak harus diman#aatkan. Agar steam yang belum terman#aatkan tidak ada yang keluar dari sistem pemanas dan agar tidak terjadi pemampatan kondensat di dalam ruang pemanas maka pada saluran keluar harus dipasang alat penyalur kondensat. enyalur kondensat ini juga dapat mempertahankan tekanan uap dalam ruang pemanas agar tetap tinggi. ada pemanasan tidak langsung panas yang diman#aatkan hanya panas superheated steam dan panas kondensasi. Temperatur yang diinginkan dalam ruang pemanas dapat diatur dengan regulator tekanan. elalui pentil pemasukan steam%pun bisa diatur. engan mengumpulkansteam se"ara langsung ke dalam bahan yang akan dipanaskan panas sensibel "airan akan terman#aatkan dengan lebih baik. Air sangat menguntungkan jika digunakan sebagai media pemanas karena memiliki panas kondensasi yang besar sekali tidak mudah terbakar dan tidak bera"un. Steam dapat mengakibatkan luka bakar yang parah terutama bila seluruh panas kondensasi dibebaskan di atas kulit. 0leh karena itu saluran%saluran yang dialiri steam tidak boleh dimanipulasi sebelum saluran dibebaskan dari tekanan dan didinginkan. Steam dibuat di pusat pembangkitan steam di dalam ketel uap/steam (ketel radiasi ketel bakar ketel listrik) dengan mengunakan bahan bakar batu bara minyak pemanas atau listrik.Steam ini dibuat dari air yang telah dihilangkan seluruh garam%garam dan gasnya (air umpan ketel). i sini terbentuk steam pada temperatur yang sesuai dengan tekaan di dalam ketel.Steam yang terbentuk dipanaskan lebih lanjut oleh gas buang sehingga kehilangan panas pada saat transportasi ke tempat pemakaian tidak segera menyebabkan terjadinya kondensasi.
-etelah tekanan tinggi direduksi misalnya di dalam turbin uap dan air diinjeksikan ke dalamsteam berkalor lebih steam tersebut kemudian dialirkan ke konsumen melalui saluran%saluran yang terisolasi dengan baik. i tempat pemakaian yang dibutuhkan terutama ialah panas kondensasinya. arena steam tidak dapat disimpan maka kelebihan steam akan diubah menjadi air panas atau air hangat. Alat pemanas yang mengunakan steam sebagai media pemanas mudah untuk diatur dengan baik. emanasan dapat dilakukan dengan mengalirkan steam langsung ke bahan proses yang akan dipanaskan. Temperatur pemanasan maksimal yang dapat di"apai pada peralatan yang menggunakan 2entilasi adalah 1 o*. *ara ini hanya dapat digunakan bila air maupun penambahan 2olume tidak mengganggu sistem. anggunaan steam dapat dilakukan se"ara tidak langsung misalnya dalam alat penukar panas. Temperatur yang dapat di"apai se"ara teoritis sama dengan temperatur kondensasi steam.
3. Tipe2 boiler . Pengertian Boiler Menurut UNEP (2006), Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. ir panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian di!unakan untuk men!alirkan panas ke suatu proses. ir adalah media "an! ber!una dan murah untuk men!alirkan panas ke suatu proses. #ika air dididihkan sampai menjadi steam, $olumn"a akan menin!kat sekitar %.600 kali, men!hasilkan tena!a "an! men"erupai bubuk mesiu "an! mudah meledak, sehin!!a boiler merupakan peralatan
"an!
harus
dikelola
dan
dija!a
den!an
san!at
baik.
&istem boiler terdiri dari' sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. &istem air umpan men"ediakan air untuk boiler seara otomatis sesuai den!an kebutuhan steam. Berba!ai kran disediakan untuk keperluan peraatan dan perbaikan. &istem steam men!umpulkan dan men!ontrol produksi steam dalam boiler. &team dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pen!!una. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur men!!unakan kran dan dipantau den!an alat pemantau tekanan. &istem bahan bakar adalah semua peralatan "an! di!unakan untuk men"ediakan bahan bakar untuk men!hasilkan panas "an! dibutuhkan. Peralatan "an! diperlukan pada sistem bahan bakar ter!antun! pada jenis bahan bakar "an! di!unakan pada sistem. ir "an! disuplai ke boiler untuk diubah menjadi s team disebut air umpan. *ua sumber air umpan adalah' (%) +ondensat atau steam "an! men!embun "an! kembali dari proses dan (2) ir makeup (air baku "an! sudah diolah) "an! harus diumpankan dari luar ruan! boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan eisiensi boiler "an! lebih tin!!i, di!unakan eonomi-er untuk memanaskan aal air umpan men!!unakan limbah panas pada !as buan!. 2. Tipe - tipe Boiler Boiler terdiri dari bermaammaam tipe "aitu ' 1. Fire Tube Boiler Pada ire tube boiler, !as panas meleati pipa / pipa dan air umpan boiler adadidalam shell untuk dirubah menjadi steam. ire tube boiler biasan"a di!unakanuntuk kapasitas steam "an! relati keil den!an tekanan steam rendah sampaisedan!. &eba!ai pedoman, ire tube boiler kompetiti untuk keepatan steamsampai %2.000 k!1jam den!an tekanan sampai % k!1m. ire tube boiler dapatmen!!unakan bahan bakar min"ak bakar, !as atau bahan bakar padat dalamoperasin"a. Untuk alasan ekonomis, seba!ian besar ire tube boiler dikonstruksiseba!ai 3paket4 boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
Gambar 1. Fire Tube Boiler 2. Water Tube Boiler Pada ater tube boiler, air umpan boiler men!alir melalui pipa / pipa masuk ke dalam drum. ir "an! tersikulasi dipanaskan oleh !as pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam san!at tin!!i seperti pada kasus boiler untuk pemban!kit tena!a. 5ater tube boiler "an! san!at modern diranan! den!an kapasitas steam antara .700%2.000 k!1jam, den!an tekanan san!at tin!!i. Ban"ak ater tube boiler "an! dikonstruksi seara paket jika di!unakan bahan bakar min"ak bakar dan !as. Untuk ater tube boiler "an! men!!unakan bahan bakar padat, tidak umum diranan! seara paket. +arakteristik ater tube boiler seba!ai berikut ' ored, indued dan balaned drat membantu untuk menin!katkan eisiensi pembakaran • •
+uran! toleran terhadap kualitas air "an! dihasilkan dari plant pen!olahan air
•
Memun!kinkan untuk tin!kat eisiensi panas "an! lebih tin!!i
Gambar 2. Water Tube Boiler 3. Paket Boiler
*isebut boiler paket sebab sudah tersedia seba!ai paket "an! len!kap. Pada saat dikirim ke pabrik, han"a memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambun!an listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasan"a merupakan tipe shell and tube den!an ranan!an ire tube den!an transer panas baik radiasi maupun kon$eksi "an! tin!!i. 8iriiri dari paka!ed boilers adalah' • +eiln"a ruan! pembakaran dan tin!!in"a panas "an! dilepas men!hasilkan pen!uapan "an! lebih •
epat. Ban"akn"a jumlah pipa "an! berdiameter keil membuatn"a memiliki perpindahan panas kon$ekti "an! baik.
•
&istem ored atau indued drat men!hasilkan eisiensi pembakaran "an! baik. &ejumlah lintasan1pass men!hasilkan perpindahan panas keseluruhan "an! lebih baik.
•
9in!kat eisiensi thermisn"a "an! lebih tin!!i dibandin!kan den!an boiler lainn"a.
Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass1lintasann"a "aitu berapa kali !as pembakaran melintasi boiler. :uan! pembakaran ditempatkan seba!ai lintasan pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau ti!a set pipa api. Boiler "an! palin! umum dalam kelas ini adalah unit ti!a pass1lintasan den!an dua set iretube1pipa api dan !as buan!n"a keluar dari belakan! boiler.
Gambar 3. Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minak !.
Boiler
Pembakaran
"engan
Flui"i#e"
Be"
$FB%&
Pembakaran den!an luidi-ed bed (B8) munul seba!ai alternati "an! memun!kinkan dan memiliki kelebihan "an! ukup berarti dibandin! sistem pembakaran "an! kon$ensional dan memberikan ban"ak keuntun!an antara lain ranan!an boiler "an! kompak, leksibel terhadap bahan bakar, eisiensi pembakaran "an! tin!!i dan berkuran!n"a emisi polutan "an! meru!ikan seperti &;< dan N;<. Bahan bakar "an! dapat dibakar dalam boiler ini adalah batubara, baran! tolakan dari tempat penuian pakaian, sekam padi, ba!as = limbah pertanian lainn"a. Boiler luidi-ed bed memiliki kisaran kapasitas "an! luas "aitu antara 0.7 91jam sampai
lebih
dari
%00
91jam.
Bila udara atau !as "an! terdistribusi seara merata dileatkan keatas melalui bed partikel padat seperti pasir "an! disan!!a oleh sarin!an halus, partikel tidak akan ter!an!!u pada keepatan "an! rendah. Be!itu keepatan udaran"a beran!suran!sur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara sehin!!a bed tersebut disebut 3terluidisasikan4. *en!an kenaikan keepatan udara selanjutn"a, terjadi pembentukan !elembun!, turbulensi "an! kuat, penampuran epat dan pembentukan permukaan bed "an! rapat. Bed partikel padat menampilkan siat airan mendidih dan terlihat seperti luida "an! disebut 3bed
!elembun! luida (bubblin! luidi-ed bed)4. #ika partikel pasir dalam keadaan terluidisasikan dipanaskan hin!!a ke suhu n"ala batubara, dan batubara diinjeksikan seara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar den!an epat dan bed menapai suhu "an! sera!am. Pembakaran den!an luidi-ed bed (B8) berlan!sun! pada suhu sekitar 08 hin!!a >70?8. +arena suhu ini jauh berada dibaah suhu usi abu, maka pelelehan abu dan permasalahan "an! terkait didalamn"a dapat dihindari. &uhu pembakaran "an! lebih rendah terapai disebabkan tin!!in"a koeisien perpindahan panas seba!ai akibat penampuran epat dalam luidi-ed bed dan ekstraksi panas "an! eekti dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dindin! bed. +eepatan !as diapai diantara keepatan luidisasi minimum dan keepatan masuk partikel. @al ini menjamin operasi bed "an! stabil dan men!hindari terbaan"a partikel dalam jalur !as. '. (tmospheri) Flui"i#e" Be" %ombustion $(FB%& Boiler +eban"akan boiler "an! beroperasi untuk jenis ini adalah tmospheri luidi-ed Bed 8ombustion (B8) Boiler. lat ini han"a berupa shell boiler kon$ensional biasa "an! ditambah den!an sebuah luidi-ed bed ombustor. &istem seperti telah dipasan! di!abun!kan den!an ater tube boiler1 boiler pipa air kon$ensional. Batubara dihanurkan menjadi ukuran % / %0 mm ter!antun! pada tin!katan batubara dan jenis pen!umpan udara ke ruan! pembakaran. Udara atmosir "an! bertindak seba!ai udara luidisasi dan pembakaran, dimasukkan den!an tekanan, setelah diberi pemanasan aal oleh !as buan! bahan bakar. Pipa dalam bed "an! membaa air pada umumn"a bertindak seba!ai e$aporator. Produk !as hasil pembakaran meleati ba!ian super heater dari boiler lalu men!alir ke eonomi-er, ke pen!umpul debu dan pemanas aal udara sebelum dibuan! ke atmosir. *. Pressuri#e" Flui"i#e" Be" %ombustion $PFB%& Boiler Pada tipe Pressuri-ed luidi-ed bed 8ombustion (PB8), sebuah kompresor memasok udara ored *rat (*), dan pembakarn"a merupakan tan!ki bertekanan. Aaju panas "an! dilepas dalam bed sebandin! den!an tekanan bed sehin!!a bed "an! dalam di!unakan untuk men!ekstraksi sejumlah besar panas. @al ini akan menin!katkan eisiensi pembakaran dan pe"erapan sulur dioksida dalam bed. &team dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan satun"a la!i berada diatasn"a. as panas dari erobon! men!!erakan turbin !as pemban!kit tena!a. &istem PB8 dapat di!unakan untuk pemban!kitan ko!enerasi (steam dan listrik) atau pemban!kit tena!a den!an siklus !abun!an (ombined "le). ;perasi ombined "le (turbin !as = turbin uap) menin!katkan eisiensi kon$ersi keseluruhan sebesar 7 hin!!a persen. +. (tmospheri) %ir)ulating Flui"i#e" Be" %ombustion Boilers $%FB%& *alam sistem sirkulasi, parameter bed dija!a untuk membentuk padatan mela"an! dari bed. Padatan dian!kat pada ase "an! relati terlarut dalam pen!an!kat padatan, dan sebuah donomer den!an sebuah siklon merupakan aliran sirkulasi padatan. 9idak terdapat pipa pemban!kit steam "an! terletak dalam bed. Pemban!kitan dan pemanasan berlebih steam berlan!sun! di ba!ian kon$eksi, dindin! air, pada keluaran pen!an!kat1 riser. Boiler 8B8 pada umumn"a lebih ekonomis daripada boiler B8, untuk penerapann"a di industri memerlukan lebih dari C7 / %00 91jam steam. Untuk unit "an! besar, semakin tin!!i karakteristik tun!ku boiler 8B8 akan memberikan pen!!unaan ruan! "an! semakin baik, partikel bahan bakar lebih besar, aktu tin!!al bahan pen"erap untuk pembakaran "an! eisien dan penan!kapan &;2 "an! semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik pembakaran untuk pen!endalian N;< daripada pemban!kit steam B8.
Gambar !. %FB% Boiler .
toker
Fire"
Boilers
&tokers diklasiikasikan menurut metode pen!umpanan bahan bakar ke tun!ku dan oleh jenis !rate n"a. +lasiikasi utaman"a adalah spreader stoker dan hain!ate atau tra$elin!!ate stoker. prea"er stokers memanaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran !rate. Batubara • diumpankan seara kontin"u ke tun!ku diatas bed pembakaran batubara. Batubara "an! halus dibakar dalam suspensiD partikel "an! lebih besar akan jatuh ke !rate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara "an! tipis dan pembakaran epat. Metode pembakaran ini memberikan leksibilitas "an! baik terhadap luktuasi beban, dikarenakan pen"alaan hampir terjadi seara epat bila laju pembakaran menin!kat. +arena hal ini, spreader stoker lebih disukai dibandin! jenis stoker lainn"a dalam berba!ai penerapan di industri.
Gambar '. prea"er toker Boiler
•
%hain-grate atau tra/eling-grate stoker Batubara diumpankan ke ujun! !rate baja "an! ber!erak. +etika !rate ber!erak sepanjan! tun!ku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujun! seba!ai abu. *iperlukan tin!kat keterampilan tertentu, terutama bila men"etel !rate, damper udara dan bales, untuk menjamin pembakaran "an! bersih serta men!hasilkan seminimal mun!kin jumlah karbon "an! tidak terbakar dalam abu. @opper umpan batubara memanjan! di sepanjan! seluruh ujun! umpan batubara pada tun!ku. &ebuah !rate batubara di!unakan untuk men!endalikan keepatan batubara "an! diumpankan ke tun!ku den!an men!endalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus sera!am sebab bon!kahan "an! besar tidak akan terbakar sempurna pada aktu menapai ujun!
!rate.
Gambar *. Tra/eling Grate Boiler 0.
Pul/eri#e"
Fuel
Boiler
+eban"akan boiler stasiun pemban!kit tena!a "an! berbahan bakar batubara men!!unakan batubara halus, dan ban"ak boiler pipa air di industri "an! lebih besar ju!a men!!unakan batubara "an! halus. 9eknolo!i ini berkemban! den!an baik dan diseluruh dunia terdapat ribuan unit dan lebih dari >0 persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini. Untuk batubara jenis bituminous, batubara di!ilin! sampai menjadi bubuk halus, "an! berukuran F00 mirometer (Gm) kuran! dari 2 persen dan "an! berukuran dibaah C7 mirons sebesar C0C7 persen. @arus diperhatikan baha bubuk "an! terlalu halus akan memboroskan ener!i pen!!ilin!an. &ebalikn"a, bubuk "an! terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna pada ruan! pembakaran dan men"ebabkan keru!ian "an! lebih besar karena bahan "an! tidak terbakar. Batubara bubuk dihembuskan den!an seba!ian udara pembakaran masuk menuju plant boiler melalui seran!kaian nosel burner. Udara sekunder dan tersier dapat ju!a ditambahkan. Pembakaran berlan!sun! pada suhu dari %F00 %C00 ?8, ter!antun! pada kualitas batubara. 5aktu tin!!al partikel dalam boiler biasan"a 2 hin!!a 7 detik, dan partikel harus ukup keil untuk pembakaran "an! sempurna. &istem ini memiliki ban"ak keuntun!an seperti kemampuan membakar berba!ai kualitas batubara, respon "an! epat terhadap perubahan beban muatan, pen!!unaan suhu udara pemanas aal "an! tin!!i dll. &alah satu sistem "an! palin! populer untuk pembakaran batubara halus adalah pembakaran
tan!ensial den!an men!!unakan empat buah burner dari keempat sudut untuk meniptakan bola api pada pusat tun!ku.
Gambar +. Pembakaran tangensial untuk bahan bakar halus 1.
Boiler
imbah
Panas
*imanapun tersedia limbah panas pada suhu sedan! atau tin!!i, boiler limbah panas dapat dipasan! seara ekonomis. #ika kebutuhan steam lebih dari steam "an! dihasilkan men!!unakan !as buan! panas, dapat di!unakan burner tambahan "an! men!!unakan bahan bakar. #ika steam tidak lan!sun! dapat di!unakan, steam dapat dipakai untuk memproduksi da"a listrik men!!unakan !enerator turbin uap. @al ini ban"ak di!unakan dalam pemanaatan kembali panas dari !as buan! dari tur bin !as dan mesin diesel.
Gambar . kema se"erhana Boiler imbah Panas 11.
Pemanas
Flui"a
Termis
&aat ini, pemanas luida termis telah di!unakan seara luas dalam berba!ai penerapan untuk pemanasan proses tidak lan!sun!. *en!an men!!unakan luida petroleum seba!ai media perpindahan panas, pemanas tersebut memberikan suhu "an! konstan. &istem pembakaran terdiri dari sebuah i
konstruksi ti!a pass dan dipasan! den!an sistem jet tekanan. luida termis, "an! bertindak seba!ai pembaa panas, dipanaskan dalam pemanas dan disirkulasikan melalui peralatan pen!!una. *isini luida memindahkn panas untuk proses melalui penukar panas, kemudian luidan"a dikembalikan ke pemanas. liran luida termis pada ujun! pemakai dikendalikan oleh katup pen!endali "an! dioperasikan seara pneumatis, berdasarkan suhu operasi. Pemanas beroperasi pada api "an! tin!!i atau rendah ter!antun! pada suhu min"ak "an! kembali "an! ber$ariasi ter!antun! beban sistem. +euntun!an pemanas tersebut adalah' ;perasi sistem tertutup den!an kehilan!an minimum dibandin! den!an boiler steam. • •
;perasi sistem tidak bertekanan bahkan untuk suhu sekitar 270 08 dibandin!kan kebutuhan tekanan steam 0 k!1m2 dalam sistem steam "an! sejenis.
•
•
Pen"etelan kendali otomatis, "an! memberikan leksibilitas operasi. Eisiensi termis "an! baik karena tidak adan"a kehilan!an panas "an! diakibatkan oleh blodon, pembuan!an
kondensat
dan
lash
steam.
aktor ekonomi keseluruhan dari pemanas luida termis ter!antun! pada penerapan spesiik dan dasar auann"a. Pemanas luida thermis berbahan bakar batubara den!an kisaran eisiensi panas 7767 persen merupakan "an! palin! n"aman di!unakan dibandin!kan den!an hampir keban"akan boiler. Pen!!abun!an peralatan pemanaatan kembali panas dalam !as buan! akan mempertin!!i tin!kat eisiensi termis selanjutn"a.
Gambar 0. on4igurasi Pemanas Flui"a Termis
Posted in' 8hemial En!ineerin!
4. Neraca panas neraca energy ( di email pertama !. "acam # macam penghantar panas boiler dan $emung$inan loses erpindahan Panas Pada +etel Uap &eara :adiasi (panaran) &eara +on$eksi (aliran) &eara +onduksi (rambatan) 1.
Perpin"ahan panas se)ara ra"iasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda "an! lain
melalui !elomban!!elomban! elektroma!netis. dari benda bertemperatur tin!!i kebenda bertemperatur rendah "an! terpisah satu sama lain tanpa media pen!hantar. Pada ketel proses radiasi terjadi pada ruan! bakar "aitu dari badan api ke dindin! ruan! bakar. HP I 8J < < K(9PL ' %00) / (9BEN* ' %00) +ilojoule1jam dimana ' HP I panas panaran (radiasi) den!an satuan +ilojoule1jam, 8J I konstanta panara dari stephanbol-tmann "an! din"atakan dalam +ilojoule1m2.jam.+, I luas bidan! "an! dipanasi den!an satuan meter perse!i 9 I temperature den!an satuan +el$in 2. Perpin"ahan panas se)ara kon/eksi adalah perpindahan panas melalui molekul molekul suatu luida (air atau !as). Perpindahan kalor seara +on$eksi.aitu proses perpindahan panas oleh kombinasi proses konduksi, pen"impanan ener!" dan !erak penampuran. *en!an kata lain kon$eksi adalah konduksi "an! berlansun! seara serentak den!an aliran ulida.Pada ketel proses kon$eksi terjadi pada' as asap den!an dindin! pipa !as asap. *indin! pipa !as asap ke air Hk I h < < O 9 +ilojoule1jam, dimana Hk I panas kon$eksi den!an satuan +ilojoule1jam, h I +ooeisien kon$eksi, I luas bidan! kontak, O 9 I perubahan temperature 3. Perpin"ahan panas se)ara kon"uksi adalah perpindahan panas dari suatu benda padat ke benda padat "an! lain terjadi karna kontak isik tanpa terjadi perpindahan molekul. Pada ketel proses konduksi ini terjadi pada' *indin! ruan! bakar, *indin! pipa !as asap, *indin! pipa air ' dimana H: I panas konduksi, + I koeisien kondukti$itas panas, I luas permukaan atau luas bidan! kontak d91d I perubahan suhu terhadap jarak
Perpindahan Panas Bila dua s"stem "an! suhun"a berbeda disin!!un!kan akan terjadi perpindahan ener!i, proses den!an nama transport ener!i itu berlan!sun! disebut perpindahan panas. pa "an! ada dalam perpindahan panas "an! disebut heat, tidak dapat diukur atau diamati seara lan!sun! tetapi pen!aruh n"a dapat diukur atau diamati. *ari titik pandan! kereka"asaan (en!ineerin!) masalah kunin"a adalah penentuan laju perpindahan panas pada beda suhu "an! ditentukan. Untuk menaksir bia"a, kela"akan dan besarn"a peralatan "an! diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam aktu "an! ditentukan harus diadakan analisa perpindahan panas "an! terini. Ukuran ketel, pemanas, mesin pendin!in dan penukar panas ber!antun! tidak han"a pada kondisikondisi "an! ditentukan. Beroperasin"a den!an baik komponenkomponen peralatan ter!antun! pada kemun!kinan pendin!inan ba!ianba!ian lo!am tertentu den!an membuan! panas seara terus menerus pada laju "an! tin!!i dari satu permukaan. *ari hal diatas menunjukkan baha hampir semua aban! pereka"asaan dijumpai masalah perpindahan panas "an! tidak dapat dipeahkan den!an penalaran thermodinamika saja, tetapi memerlukan analisa "an! didasarkan ilmu perpindahan panas. dapun perpindahan panas dapat dilakukan ' &eara molekuler "an! disebut den!an konduksi. +onduksi adalah perpindahan panas "an! tidak disebabkan !erak mikroskopik median"a, tetapi disebabkan oleh !erak molekuler median"a. *an berpindahn"a panas dari daerah "an! bersuhu lebih tin!!i kedaerah "an! suhun"a lebih rendah didalam suatu medium (padat, air, atau !as) atau antara mediummedium "an! berlainanan dan bersin!!un!an seara lan!sun!.
&eara aliran "an! disebut kon$eksi. +on$eksi adalah perpindahan panas dari suatu daerah ke daerah lain dalam suatu airan atau !as den!an ara menampurkan suatu ba!ian dari airan itu den!an airan "an! lain. *alam kon$eksi alamiah !erak dari airan itu seara keseluruhan merupakan hasil dari perbedaan densit" karena perbedan suhu. &eara !elomban! eletroma!net "an! disebut radiasi. :adiasi adalah perpindahan panas dari suatu benda ke benda "an! lain "an! tidak bersentuhan den!an benda itu den!an perantara !erak !elomban! melalui ruan!. Perpindahan panas seara radiasi terjadi akibat perbedaan suhu dan dapat men!an!kut ener!i melalui ener!i melalui medium "an! tembus aha"a. Berikut !ambar LL. (sistem aliran luida dalam eonomi-er).
ambar LL. ' liran luida dalam Eonomi-er http'11repositor".usu.a.id1bitstream1%2F76C>1%F21F18hapterQ20LL.pd %.%. Panaran (:adiasi) an! dimaksud den!an panaran (radiasi) ialah perpindahan kalor melalui !elomban! dari suatu -at ke -at "an! lain. &emua benda memanarkan kalor. +eadaan ini baru terbukti setelah suhu menin!kat. Pada hakekatn"a proses perpindahan kalor radiasi terjadi den!an perantaraan oton dan ju!a !elomban! elektroma!net. 9erdapat dua teori "an! berbeda untuk meneran!kan ba!aimana proses radiasi itu terjadi. &emua bahan pada suhu mutlak tertentu akan men"inari sejumlah ener!i kalor tertentu. &emakin tin!!i suhu bahan tadi maka semakin tin!!i pula ener!" kalor "an! disinarkan. Proses radiasi adalah enomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada ba!ian dalam bahan. 9etapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka ban"ak hal "an! boleh terjadi. pabila sejumlah ener!i kalor menimpa suatu permukaan, sebaha!ian akan dipantulkan, sebaha!ian akan diserap ke dalam bahan, dan seba!ian akan menembusi bahan dan terus ke luar. #adi dalam mempelajari perpindahan kalor radiasi akan dilibatkan suatu isik permukaan. Bahan "an! dian!!ap mempun"ai iri "an! sempurna adalah jasad hitam. *isampin! itu, sama seperti aha"a lampu, adakalan"a tidak semua sinar men!enai permukaan "an! dituju. #adi dalam masalah ini kita men!enal satu aktor pandan!an "an! la-imn"a dinamakan ator bentuk. Maka jumlah kalor "an! diterima dari satu sumber akan berbandin! lan!sun! sebaha!iann"a terhadap aktor bentuk ini. *alam pada itu, siat terma permukaan bahan ju!a pentin!. Berbeda den!an proses kon$eksi, medan aliran luida disekelilin! permukaan tidak pentin!, "an! pentin! ialah siat terma saja. *en!an demikian, untuk memahami proses radiasi dari satu permukaan kita perlu memahami ju!a keadaan isik permukaan bahan "an! terlibat den!an proses radiasi "an! berlaku. Proses perpindahan kalor serin! terjadi seara serentak. Misaln"a sekepin! plat "an! diat hitam. Aalu dikenakan den!an sinar matahari. Plat akan men"erap sebaha!ian ener!i matahari. &uhu plat akan naik ke satu tahap tertentu. ;leh karena suhu permukaan atas naik maka kalor akan berkonduksi dari permukaan atas ke permukaan baah. *alam pada itu, permukaan ba!ian atas kini mempun"ai suhu "an! lebih tin!!i dari suhu udara sekelilin!, maka jumlah kalor akan disebarkan seara kon$eksi. 9etapi ener!i kalor ju!a disebarkan seara radiasi. *alam hal ini dua hal terjadi, ada kalor "an! dipantulkan dan ada kalor "an! dipindahkan ke sekelilin!. ambar l.l. Perpindahan panas radiasi (a) pada permukaan, (b) antara permukaan dan lin!kun!an Berdasarkan kepada keadaan terma permukaan, bahan "an! di pindahkan dan dipantulkan ini dapat berbeda. Proses radiasi tidak melibatkan perbedaan suhu. +eterlibatan suhu han"a terjadi jika terdapat dua permukaan "an! mempun"ai suhu "an! berbeda. *alam hal ini, setiap permukaan akan men"inarkan ener!i kalor seara radiasi jika permukaan itu bersuhu 9 dalam unit suhu mutlak. Aa-imn"a jika terdapat satu permukaan lain "an! salin! berhadapan, dan jika permukaan pertama mempun"ai suhu 9l mutlak sedan!kan permukaan kedua mempun"ai suhu 92 mutlak, maka permukaan tadi akan salin! memindahkan kalor &elanjutn"a ju!a pentin! untuk diketahui baha ' +alor radiasi merambat lurus.
Untuk perambatan itu tidak diperlukan medium (misaln"a -at air atau !as) l.2. @antaran (+onduksi) an! dimaksud den!an hantaran ialah pen!an!kutan kalor melalui satu jenis -at. &ehin!!a perpindahan kalor seara hantaran1konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini han"a terjadi di dalam bahan. rah aliran ener!i kalor, adalah dari titik bersuhu tin!!i ke titik bersuhu rendah. ambar l.2. Perpindahan panas konduksi dan diusi ener!i akibat akti$itas molekul &udah diketahui baha tidak semua bahan dapat men!hantar kalor sama sempurnan"a. *en!an demikian, umpaman"a seoran! tukan! hembus kaa dapat meme!an! suatu baran! kaa, "an! beberapa m lebih jauh dari tempat pe!an!an itu adalah demikian panasn"a, sehin!!a bentukn"a dapat berubah. kan tetapi seoran! pandai tempa harus meme!an! benda "an! akan ditempa den!an sebuah tan!. Bahan "an! dapat men!hantar kalor den!an baik dinamakan konduktor. Pen!hantar "an! buruk disebut isolator. &iat bahan "an! di!unakan untuk men"atakan baha bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor ialah koeisien konduksi terma. pabila nilai koeisien ini tin!!i, maka bahan mempun"ai kemampuan men!alirkan kalor den!an epat. Untuk bahan isolator, koeisien ini bernilai keil. Pada umumn"a, bahan "an! dapat men!hantar arus listrik den!an sempurna (lo!am) merupakan pen!hantar "an! baik ju!a untuk kalor dan sebalikn"a. &elanjutn"a bila diandaikan sebatan! besi atau sembaran! jenis lo!am dan salah satu ujun!n"a diulurkan ke dalam n"ala api. *apat diperhatikan ba!aimana kalor dipindahkan dari ujun! "an! panas ke ujun! "an! din!in. pabila ujun! batan! lo!am tadi menerima ener!i kalor dari api, ener!i ini akan memindahkan sebaha!ian ener!i kepada molekul dan elektron "an! memban!un bahan tersebut. Molekul dan elektron merupakan alat pen!an!kut kalor di dalam bahan menurut proses perpindahan kalor konduksi. *en!an demikian dalam proses pen!an!kutan kalor di dalam bahan, aliran eletron akan memainkan peranan pentin! . Persoalan "an! patut diajukan pada pen!amatan ini ialah men!apa kadar alir ener!i kalor adalah berbeda. @al ini disebabkan karena susunan molekul dan ju!a atom di dalam setiap bahan adalah berbeda. Untuk satu bahan berasa padat molekuln"a tersusun rapat, berbeda den!an satu bahan berasa !as seperti udara. Molekul udara adalalah ren!!an! sekali. 9etapi dibandin!kan den!an bahan padat seperti ka"u, dan besi , maka molekul besi adalah lebih rapat susunann"a daripada molekul ka"u. Bahan ka"u terdiri dari !abun!an bahan kimia seperti karbon, uap air, dan udara "an! terperan!kat. Besi adalah besi. +alaupun ada bahan asin!, bahan kimia unsur besi adalah lebih ban"ak.
l.F. liran (+on$eksi) an! dimaksud den!an aliran ialah pen!an!kutan kalor oleh !erak dari -at "an! dipanaskan. Proses perpindahan kalor seara aliran 1 kon$eksi merupakan satu enomena permukaan. Proses kon$eksi han"a terjadi di permukaan bahan. #adi dalam proses ini struktur ba!ian dalam bahan kuran! pentin!. +eadaan permukaan dan keadaan sekelilin!n"a serta kedudukan permukaan itu adalah "an! utama. Aa-imn"a, keadaan keseirnban!an termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilin!n"a. *alam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah 9l dan suhu udara sekelilin! adalah 92 den!an 9lR92. +ini terdapat keadaan suhu tidak seimban! diantara bahan den!an sekelilin!n"a. Perpindahan kalor den!an jalan aliran dalam industri kimia merupakan ara pen!an!kutan kalor "an! palin! ban"ak dipakai. ;leh karena kon$eksi han"a dapat terjadi melalui -at "an! men!alir, maka bentuk pen!an!kutan ka%or ini han"a terdapat pada -at air dan !as. Pada pemanasan -at ini terjadi aliran, karena masa "an! akan dipanaskan tidak sekali!us di baa kesuhu "an! sama tin!!i. ;leh karena itu ba!ian "an! palin! ban"ak atau "an! pertama dipanaskan memperoleh masa jenis "an! lebih keil daripada ba!ian masa "an! lebih din!in. &eba!ai akibatn"a terjadi sirkulasi, sehin!!a kalor akhim"a tersebar pada seluruh -at. ambar %.F. Perpindahan panas kon$eksi. (a) kon$eksi paksa, (b) kon$eksi alamiah,() pendidihan, (d) kondensasi Pada perpindahan kalor seara kon$eksi, ener!i kalor ini akan dipindahkan ke sekelilin!n"a den!an
perantaraan aliran luida. ;leh karena pen!aliran luida melibatkan pen!an!kutan masa, maka selama pen!aliran luida bersentuhan den!an permukaan bahan "an! panas, suhu luida akan naik. erakan luida melibatkan keepatan "an! seterusn"a akan men!hasilkan aliran momentum. #adi masa luida "an! mempun"ai ener!i terma "an! lebih tin!!i akan mempun"ai momentum "an! ju!a tin!!i. Penin!katan momentum ini bukan disebabkan masan"a akan bertambah. Malahan masa luida menjadi berkuran! karena kini luida menerima ener!i kalor. luida "an! panas karena menerima kalor dari permukaan bahan akan naik ke atas. +ekoson!an tempat masa bendalir "an! telah naik itu diisi pula oleh masa luida "an! bersuhu rendah. &etelah masa ini ju!a menerima ener!i kalor dari permukan bahan "an! kalor dasi, masa ini ju!a akan naik ke atas permukaan menin!!alkan tempat asaln"a. +ekoson!an ini diisi pula oleh masa luida bersuhu renah "an! lain. Proses ini akan berlan!sun! berulan!ulan!. *alam kedua proses konduksi dan kon$eksi, aktor "an! palin! pentin! "an! menjadi pen"ebab dan pendoron! proses tersebut adalah perbedaan suhu. pabila perbedaan suhu .terjadi maka keadaan tidak stabil terma akan terjadi. +eadaan tidak stabil ini perlu diselesaikan melalui proses perpindahan kalor. *alam pen!amatan proses perpindahan kalor kon$eksi, masalah "an! utama terletak pada ara menari metode penentuan nilai h den!an tepat. Nilai koeisien ini ter!antun! kepada ban"ak aktor. #umlah kalor "an! dipindahkan, ber!antun! pada nilai h. #ika epatan medan tetap, artin"a tidak ada pen!aruh luar "an! mendorom! luida ber!erak, maka proses perpindahan ka%or berlaku. &edan!kan bila keepatan medan dipen!aruhi oleh unsur luar seperti kipas atau peniup, maka proses kon$eksi "an! akan terjadi merupakan proses perpindahan kalor kon$eksi paksa. an! membedakan kedua proses ini adalah dari nilai koeisien h n"a.
Perpindahan Panas +alor merupakan suatu bentuk ener!i "an! dapat pindah dari suatu tempat ke tempat lain. Perpindahan kalor melalui ti!a ara "aitu konduksi,kon$eksi dan radiasi. % +onduksi pabila sebatan! besi berbentuk balok kemudian diletakkan di suatu tempat, kemudian dipanasi salah satu sisi dari balok besi tersebut, maka dalam aktu tertentu sisi "an! lain dari balok akan panas. *ari peristia tersebut dapat dikatakan baha kalor berpindah dari satu sisi balok besi ke sisi "an! lain melalui proses konduksi. #adi konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu -at tanpa disertai den!an perpindahan partikelpartikel -at tersebut. dapun perumusann"a adalah seba!ai berikut den!an SH I laju aliran kalor dal #1s k I adalah kondukti$itas termal bahan dalam #1ms+ I luas permukaan dalam m2 d91d I adalah !radient suhu ambar 2. Perpindahan kalor konduksi pada sebuah plat
2. +on$eksi Proses pendidihan air di dalam suatu bejana apabila kita panasi akan terjadi aliran air dari ba!ian baah bejana "an! kena panas menuju permukaan kemudian air "an! din!in dipermukaan turun ke dasar bejana, peristia tersebut terusmenerus sampai semua air di dalam bejana menjadi panas dan kemudian mendidih. Perpindahan kalor den!an ara demikian disebut den!an kon$eksi. #adi kon$eksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu -at "an! disertai den!an perpindahan partikelpartikel -at tersebut. Perumasann"a adalah' H I h T9 den!an SH I laju aliran kalor dal #1s h I koeesien kon$eksi dalam #1s.m2.+ T9 I perbedaan suhu "an! dipanasi + I luas permukaan dalam m2
Perpindahan kalor kon$eksi ada dua "aitu' +on$eksi lamiah. Proses pemanasan air dalam bejana, atau ketel. ir "an! kena panas menjadi lebih rin!an sehin!!a naik ke permukaan di!antikan oleh air "an! din!in "an! lebih berat. +on$eksi Paksa. Proses pendin!inan pada radiator mobil akan lebih epat kalau dipasan! kipas F. :adiasi :uan!an "an! tertutup dari lin!kun!an dan diisolasi den!an kaa tembus aha"a sehin!!a tidak ada panas masuk melalui konduksi dan kon$eksi, tetapi terjadi kenaikan temperatur di dalam ruan!an, kenaikan temperatur tersebut karena terjadi perpindahan panas radiasi matahari.Perumusann"a adalah seba!ai berikut' H I T9 Sden!an SH I laju aliran kalor dal #1s I konstanta dalam #1s.m2.+ I luas permukaan dalam m2 T9 I perbedaan suhu "an! dipanasi + ambar 2.70 Proses perpindahan kalor radiasi pada jendela rumah http'11duniaebook.net1teknikmesinindustriV
%. Loses boiler &. 'lodon ). *+siensi bahan ba$ar $e boiler ,. -enapa ada loses dibatubara 1.enis0 enis batubara 11.Sumber batu bara
