Makalah Termodinamika(Mesin Boiler)

Pendahuluan

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang

berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam

pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan

untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan

sampai menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga

sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

. Bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler bisa berupa gas,

minyak dan batu bara. Di Indonesia bahan bakar yang umum digunakan adalah solar.

Sistem Pada Boiler Sistem boiler terdiri dari sistem umpan, sistem steam, dan sistem

bahan bakar. Sisitem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipan ke titik pengguna. Pada

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat

pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk

menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang

digunakan dalam sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang

digunakan sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air

umpan. Ada dua sumber air umpan: 1. Kondensat atau steam yang mengembun yang

mengembun ke proses. 2. Air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus

diumpankan dari luar ruang boiler ke plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler

yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan

menggunakan limbah panas pada gas buang.

Mesin BoilerTermodinamikaTeknik Mesin, teknologi industry, IST Akprind

1

JENIS-JENIS BOILER

I Berdasarkan bahan

Jenis boiler berdasarkan bahan bakar dapat dikelompokkan menjadi :

- Boiler bahan bakar padat

- Boiler bahan bakar cair

- Boiler bahan bakar gas

II. Berdasarkan posisi air dan gas panas

Jenis boiler berdasarkan posisi air dan gas panas dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

- Boiler pipa air ( water tube )

- Boiler pipa api ( fire tube )

-Boiler kobinasi

III berdasarkan Tekanan

Jenis boiler berdasarkan tekanan dapat di bagi menjadi :

- Boiler tekanan rendah

- Boiler tekanan sedang

- Boiler tekanan tinggi

IV. Berdasarkan sirkulasi

Jenis boiler berdasarkan sirkulasi air dapat dibagi atas :

- Boiler sirkulasi alami

- Boiler sirkulasi paksa


2

A. Proses Kerja Boiler

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan,

temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan.

Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur

rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan

perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam

suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial

and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor

menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi

listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler

tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi

listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah

dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan

bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan

kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan

dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan

untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan

mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke

titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan

dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan

yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis

bahan bakar yang digunakan pada sistem.


3

Sebelum menjelaskan keanekaragaman boiler, perlu diketahui komponen dari

boiler yang mendukung teciptanya steam, berikut komponen-komponen boiler

ü Furnace

Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari

furnace siantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge

and discharge door .

ü Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam.

Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).

ü Superheater

Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main

steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

ü Air Heater

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara

luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam

tungku pembakaran.

ü Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air

dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya maupun air umpan baru.

ü Safety valve

Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan

steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

ü Blowdown valve

Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di

dalam pipa steam.


4

B. Klasifikasi Boiler

Setelah mengetahui proses singkat, sistem boiler, dan komponen pembentuk sistem

boiler, perlu diketahui keanekaragaman boiler. Berbagai bentuk boiler telah

berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler

sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas buang boiler yang mempengaruhi lingkungan

dan produk steam seperti apa yang akan dihasilkan. Berikut klasifikasi boiler yang telah

dikembangkan:

1. Berdasarkan tipe pipa :

ü Fire Tub

Tipe boiler pipa api memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam

yang rendh. Cara kerja : proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang

dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi

boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut.

ü Water Tube

Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan

steam yang tinggi


5


6

No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian

1 Fire Tube

Proses pemasangan

mudah dan cepat,

Tidak membutuhkan

setting khusus

Tekanan operasi steam

terbatas untuk tekanan

rendah 18 bar

Investasi awal boiler ini

murah

Kapasitas steam relatif

kecil (13.5 TPH) jika

diabndingkan dengan

water tube

Bentuknya lebih

compact dan portable

Tempat pembakarannya

sulit dijangkau untuk

dibersihkan, diperbaiki,

dan diperiksa kondisinya.

Tidak membutuhkan

area yang besar untuk 1

HP boiler

Nilai effisiensinya rendah,

karena banyak energi

kalor yang terbuang

langsung menuju stack

2 Water TubeKapasitas steam besar

sampai 450 TPH

Proses konstruksi lebih

detail

Tekanan operasi

mencapai 100 bar

Investasi awal relatif lebih

mahal

Nilai effisiensinya

relatif lebih tinggi dari

fire tube boiler

Penanganan air yang

masuk ke dalam boiler

perlu dijaga, karena lebih

sensitif untuk sistem ini,

perlu komponen

pendukung untuk hal ini

Tungku mudah

dijangkau untuk

melakukan

pemeriksaan,

pembersihan, dan

perbaikan.

Karena mampu

menghasilkan kapasitas

dan tekanan steam yang

lebih besar, maka

konstruksinya dibutuhkan

area yang luas

Tabel 1.1. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tipe pipa.

Cara Kerja :

proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan

pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui

economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam

sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary

superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi.

Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau

kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama

yang harus diperhatikan terhadap tipe ini.

2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan :

ü Solid Fuel


7

Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran

relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair

dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe

listrik.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran

bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu)

dengan oksigen dan sumber panas.

ü Oil Fuel

Tipe boiler bahan bakar cair memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran

paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik

jika dbandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran

bahan bakar cair (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

ü Gaseous Fuel

Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran

paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih

baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakar.

Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas (LNG)

dengan oksigen dan sumber panas.

ü Electric

Tipe boiler listrik memiliki karakteristik : harga bahan baku pemanasan relatif lebih

murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai

effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dbandingkan dengan semua tipe boiler

berdasarkan bahan bakarnya.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai

sumber panas.

Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.



8

1 Solid FuelBahan baku mudah

didapatkan.

Sisa pembakaran sulit

dibersihkan

Murah konstruksinya.Sulit mendapatkan bahan

baku yang baik.

2Oil Fuel

Sisa pembakaran tidak

banyak dan lebih

mudah dibersihkan.

Harga bahan baku paling

mahal.

Bahan bakunya mudah

didapatkan.Mahal konstruksinya.

3 Gaseous FuelHarga bahan bakar

paling murah.Mahal konstruksinya.

Paling baik nilai

effisiensinya.

Sulit didapatkan bahan

bakunya, harus ada jalur

distribusi.

4 ElectricPaling mudah

perawatannya.

Paling buruk nilai

effisiensinya.

Mudah konstruksinya

dan mudah didapatkan

sumbernya.

Temperatur pembakaran

paling rendah.


9

3. Berdasarkan kegunaan boiler :

ü Power Boiler

Tipe power boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam

sebagai pembangkit listrik, dan sisa steam digunakan untuk menjalankan proses

industri.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler, hasil

steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu

memutar steam turbin dan menghasilkan listrik dari generator.

ü Industrial Boiler

Tipe industrial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil

steam atau air panas untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahan pemanas.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau

fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan

yang sedang.

ü Commercial Boiler

Tipe commercial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil

steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagai tambahan untuk menjalankan proses

operasi komersial.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau

fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan

yang rendah.

ü Residential Boiler

Tipe residential boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil

steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan untuk perumahan.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe fire tube boiler, hasil

steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah


10

ü Heat Recovery Boiler

Tipe heat recovery boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai

penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasil steam ini digunakan untuk

menjalankan proses industri.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler atau

fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar.

Tabel 1.3. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan kegunaan.


1 Power Boiler

Dapat menghasilkan

listrik dan sisa steam

dapat menjalankan

proses industri.

Konstruksi awal relatif

mahal.

Steam yang dihasilkan

memiliki tekanan tinggi

Perlu diperhatikan faktor

safety.

2Industrial

Boiler

Penanganan boiler

lebih mudah.


memiliki tekanan rendah.


murah.

3Commercial

Boiler

Penanganan boiler

lebih mudah.




murah.

4 Residential Penanganan boiler Steam yang dihasilkan


11

Boiler lebih mudah. memiliki tekanan rendah.


murah.

5

Heat

Recovery

Boiler

Penanganan boiler

lebih mudah.




murah.

4. Berdasarkan konstruksi boiler :

ü Package Boiler

Tipe package boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di pabrik

pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler.

ü Site Erected Boiler

Tipe site erected boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di tempat

akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan per komponen.

Tabel 1.4. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan konstruksi.


1Package

BoilerMudah pengirimannya.

Terbatas tekanan dan

kapasitas kerjanya.

Dibutuhkan waktu

yang singkat untuk

mengoprasikan setelah

pengiriman.

Komponen-komponen

boiler tergantung pada

produsen boiler.

2Site Erected

Boiler

Tekanan dan kapasitas

kerjanya dapat

disesuaikan keinginan.

Sulit pengirimannya,

memakan biaya yang

mahal.

Komponen-komponen

boiler dapat dipadukan

Perlu waktu yang cukup

lama setelah boiler berdiri,


12

dengan produsen lain. setelah proses pengiriman.

5. Berdasarkan tekanan kerja boiler :

ü Low Pressure Boilers

Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam

operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan dibawah 160

psig atau temperatur dibawah 250 0F

ü High Pressure Boilers

Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam

operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan diatas 160 psig atau

temperatur diatas 250 0F

Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.

No.Tipe

BoilerKeuntungan Kerugian

1Low

Pressure

Tekanan rendah

sehingga

penanganannya tidak

terlalu rumit

Tekanan yang dihasilkan

rendah, tidak dapat

membangkitkan listrik.

Area yang dibutuhkan

tidak terlalu besar, dan

biaya konstruksi tidak

lebih mahal dari high

pressure boiler

2High

Pressure

Tekanan yang

dihasilkan tinggi

sehingga dapat

membangkitkan listrik

dan sisanya dapat

didaur ulang untuk

mengoprasikan proses

Tekanan tinggi sehingga

penanganannya perlu

diperhatikan aspek

keselamatannya.


13

industri

Area yang dibutuhkan

besar dan biaya

konstruksi lebih mahal

dari low pressure boiler

6. Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar :

ü Stoker Combustion

Tipe stoker combustion memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar

padat untuk melakukan pembakaran, bahan bakar padat dimasukkan kedalam ruang

pembakaran melalui conveyor ataupun manual. Tipe ini memiliki sisa pembakaran

yang harus diatangani berupa bottom ash atau fly ash yang dapat mencemari

lingkungan.

ü Pulverized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller mill

sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu bara berupa

bubuk ini disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.

ü Fluidized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu bara

memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran dilakukan dalam

lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika mengenai pasir.

ü Firing Combustion

Tipe firing memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar cair, padat, dan

gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang terjadi lebih merata.

Cara kerja : bahan bakar cair digunakan sebagai preliminary firing fuel

dimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui oil gun. Setelah tercapai temperatur

yang sesuai, pembakaran diambil alih oleh coal nozzle atau gas nozzle.


14

No

.Tipe Boiler Keuntungan Kerugian

1Stoker

Combustion

Konstruksinya relatif

sederhana.

Limbah yang diproduksi

pembakaran lebih banyak

Panas yang dihasilkan kurang

merata jika tidak ada komponen

pendukung.

Effisiensi relatif rendah

2 Pulverized Efisiensi relatif tinggi

Konstruksinya rumit dan

membutuhkan dana investasi yang

mahal.

Proses pembakaran

lebih merata pada

tungku pembakaran.

3 Fluidized Bed Efisiensi relatif tinggi

Konstruksinya rumit dan

membutuhkan dana investasi yang

mahal.

Suhu pembakaran

tidak mencapai suhu

1000 0C sehingga tidak

menimbulkan NOX

4 Firing

Limbah yang

diproduksi

pembakaran lebih

sedikit

Konstruksi relatif rumit, perlu

nozzle.

Panas yang dihasilkan

lebih merata

Effisiensi relatif lebih

baik


15

Tabel 1.6. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan pembakaran.

7. Berdasarkan material penyusun boiler :

ü Steel

Tipe boiler dari bahan steel memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler terbuat

menggunakan steel pada daerah steam.

ü Cast Iron

Tipe boiler dari bahan cast iron memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler

terbuat menggunakan besi cor pada daerah steam.

Tabel 1.7. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan material.


1 Steel Kuat dan tahan lama. Biaya relatif mahal.

Dapat dialiri steam

untuk tekanan tinggi.Konstruksi lebih rumit.

2 Cast Iron Biaya relatif murah. Rentan dan mudah rusak.

Konstruksi lebih

sederhana.

Dapat dialiri steam untuk

tekanan yang terbatas.

JENIS BOILER SYSTEM

1. Steam Boiler

Adalah jenis ketel uap yang memproduksi uap yang memproduksi uap kering

dengan bahan baku air. Jenis boiler ini banyak digunakan untuk pemanasan,

pengeringan seperti pabrik/industri farmasi, tekstil, garment, kertas makanan

dan sebagainya.Mesin BoilerTermodinamikaTeknik Mesin, teknologi industry, IST Akprind

16

2. Hot Water Boiler

Adalah jenis ketel air panas yang menghasilkan panas dari hasil pembakaran

minyak, gas, dan membagi panas tersebut dengan cara sirkulasi. Jenis boiler ini

banyak digunakan untuk pemanasan seperti di pabrik farmasi, pengolahan kayu.

Jenis boiler ini tidak memerlukan penggantian air baru karena tidak ada

evaporasi, hanya penambahan air sebagai pengganti blowdown yang dilakukan.

3. Oil Boiler

Adalah ketel yang menghasilkan panas dari hasil pembakaran minyak, gas dan

menyalurkan panas melalui sirkulasi oil panas. Jenis boiler ini pengembangan

hot water boiler dimana panas yang di hasilkan lebih lama dan biasanya di

gunakan pada industri pengolahan kayu.

Dari ketiga jenis boiler diatas yang sering mengalami masalah dalam operasionalnya

adalah steam boiler karena pemakaian airnya cukup banyak sehingga menimbulkan

masalah di dalam boiler seperti endapan kerak, korosi, uap basah sehingga di perlukan

tambahan bahan kimia untuk perawatannya agar pengoperasiannya efisien dan efektif.

Sedangkan masalah pada hot water boiler adalah korosi yang terjadi pada pipa-pipa

boiler.

GAMBAR INSTALASI BOILER


17

DAFTAR PUSTAKA

- asm-teknik.com/index.php?option=com_content...article&id...

- www.scribd.com/doc/65315192/4/Pengertian-Boiler

- yudilesmono.blogdetik.com/tag/pengertian-boiler/


18

http://www.scribd.com/doc/65315192/4/Pengertian-Boiler

http://visco-chem.com/media/images/content/gambar.instalasi.boiler.jpg

- harisok.blogspot.com/2010/04/cara-kerja-boiler.html


19

Documents

Makalah Termodinamika(Mesin Boiler)