1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dunia industri mengalami perkembangan yang cukup pesat tiap
tahunnya, baik itu di industri makanan, tekstil atau industri lainnya. Di
dalamnya terdapat beberapa proses sebelum menghasilkan suatu produk,
salah satuya ialah proses produksi. Seperti halnya dunia industri yang terus
menerus mengalami perkembangan, proses produksi juga mengalami
perkembangan seiring dengan berkembangnya teknologi tiap tahunnya.
Dengan perkembangan teknologi yang ada saat ini proses prduksi banyak
dibantu untuk menghasilkan suatu produk yang sesuai dengan kebutuhan
pasar dan meningkatkan keutungan dari produk tersebut. Salah satu
perkembangan teknologi yang sudah tidak asing lagi yaitu boiler atau ketel
uap.
Boiler atau ketel uap adalah salah satu pesawat konversi energi yang
mengubah air menjadi uap dengan cara dipanaskan. Untuk industri dalam
skala besar boiler dapat menghasilka uap kering dengan tekanan yang cukup
tinggi, seperti pada PLTU yang digunakan untuk menggerakkan generator.
Sedangkan boiler dalam skala kecil, uap yang dihasilkan masih berupa uap
basah, uap ini masih mengandung air. Salah satu industri yang dapat
2
tidak memerlukan uap kering dan tekakanan yang tinggi. Pada industri
tradisional biasanya mereka masih menggunakan dandang untuk mengukus
tahu, tetapi teknik ini menimbulkan beberapa kerugian seperti bau sangit,
lamanya proses produksi hingga terbatasnya jumlah produksi menyebabkan
proses ini kurang efisien. Selain itu juga ada yang menggunakan drum
sebagai wadah air lalu disalurkan ke pipa untuk diambil uapnya, alat ini
mempunyai resiko yang cukup besar karena bisa meledak dan efisiensi yang
buruk menjadikan proses produksinya juga tidak efektif.
Dalam perancangan tugas akhir ini kami juga mencoba melakukan
observasi langsung di salah satu pabrik tahu yang ada di Kabupaten Malang.
Dari observasi tersebut kami melihat proses produksi yang masih
menggunakan cara konvensional yaitu dengan dandang. Seperti yang kita
ketahui bahwa cara tradisional tersebut mempunyai efisiensi yang rendah
yang dapat mengakibatkan kurang maksimalnya hasil produksi. Jadi kami
membantu merancangkan system pengukusan yang lebih modern yaitu
dengan bantuan ketel uap. Diharapkan dengan adanya sistem pengukusan
yang lebih modern ini dapat meningkatkan kapasitas produksi dengan
efisiensi yang lebih tinggi. Ketel uap yang direncanakan adalah ketel uap
tipe pipa api. Tipe ini dipilih karena memiliki beberapa karakteristik uap
yang dibutuhkan diantaranya uap basah dan bertekanan rendah, selain itu
tipe ini juga cocok dengan produksi uap dalam kapasitas kecil. Ketel ini
akan menggunakan bahan bakar kayu bakar, bahan bakar ini dipilih karena
3
yang cukup melimpah. Ketel direncanakan dalam bentuk horizontal
berkapasitas 500 kg/jam dengan tekanan tidak melebihi dari 6 bar.
Perancangan boiler ini menggunakan standar ASME (American
Society of Mechanical Engineers) dan disesuaikan dengan kebutuhan untuk
proses pemanasan sistem uap pada industri tahu. Jadi rancang bangun ketel
yang akan dibuat memiliki kontruksi yang aman untuk digunakan pada
industri tahu. Untuk membantu proses penyelesaian desain, simulasi dan
analisis menggunakan bantuan software Inventor 2015.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalahan yang akan
dibahas dalam skripsi ini antar lain :
1. Bagaimana merancang ketel yang sesuai dengan kebutuhan industry tahu.
2. Bagaimana mendapatkan dimensi dari desain ketel.
1.3 TUJUAN
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari perancangan ketel ini adalah
1. Untuk mendapatkan rancangan ketel sesuai dengan kebutuhan industry
tahu.
2. Untuk mengetahui dimensi bagian utama dari desain ketel.
1.4 MANFAAT
4
1. Memberikan informasi tentang perancangan ketel serta analisis struktur
ketel yang akan digunakan untuk pemanasan sistem uap pada industri
tahu.
2. Memberikan informasi bagi pembuat boiler dan khususnya bagi para
pengusaha industri tahu.
3. Memberikan informasi tentang pemanfaatan boiler sacara aman dan benar
sesuai standar kepada pengusaha industri.
1.5 BATASAN MASALAH
Didasarkan pada luasnya bahasan tentang ketel, maka pembahasan
dibatasi pada :
1. Ketel yang dirancang adalah ketel tipe horizontal fire tube yang menghasilkan uap jenuh pada temperature 100-150°C.
2. Tidak menghitung kekuatan sambungan.
3. Tidak menghitung dimensi ruang bakar.
PERANCANGAN HORIZONTAL FIRETUBE BOILER
KAPASITAS 550 KG/JAM
TUGAS AKHIR
DiajukanKepada
UniversitasMuhammadiyah Malang Untuk memenuhi syarat memperoleh gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh: Annas Arif Firmansyah
2011 1012 0311 154
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Annas Arif Firmansyah
NIM : 201110120311154
Tempat / Tanggal Lahir : Madiun, 20 Oktober 1992
Fakultas / Jurusan : Teknik / Teknik Mesin
Menyatak bahwa karya ilmiah atau skripsi ini yang berjudul
“PERANCANGAN HORIZONTAL FIRETUBE BOILER KAPASITAS 550
KG/JAM” adalah bukan karya tulis orang lain baik sebagia maupun keseluruhan
kecuali dalam bentuk kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar – benarnya. Jika
terbukti melanggar, penulis siap menerima sanksi akademik yang berlaku di
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
Malang, 25 Januari 2016 Penulis,
KATA PENGANTAR
Allhamdulilahi Rabil Alamin, segala puji bagi mu ya Rabb, pemberi cinta
paling hakiki, yang senantiasa menyiapkan rencana sempurna untuk hamba-mu ini,
tak ada yang bisa hamba ucapkan selain kalimat terindah diatas untuk segala
pemberian terbaik . Puji syukurku atas-mu yang telah memudahkan segala kesulitan
, melapangkan segala kesempitan , menenangkan segala kegundahan , serta
memberi petunjuk atas segala kebuntuan. Penulis merasa bersyukur dengan
terselesaikannya tugas akhir ini dengan judul “Perancangan Horizontal Firetube
Boiler Kapasitas 550 Kg/Jam “ setelah hampir setahun waktu berlalu . satu
pelajaran penting yang penulis dapatkan adalah “ keberhasilan dalam menggapai
harapan harus dimulai dengan langkah awal yang mungkin tidak akan mudah “
Penulisan Tugas akhir merupakan salah satu syarat wajib untuk memperoleh
gelar sarjana ( S1 ) pada fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Malang.Dengan selesainya tugas akhir ini , penulis mengucapkan banyak terima
kasih kepada :
1. Tuhan YME atas semua karunia-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Kepada kedua orang tua tercinta, yang jasa-jasanya tidak dapat
terwakilkan dengan tulisan ini.
3. Adik-adikku Anis, Rahma yang selama ini sudah mendukung.
4. Ir. Sudarman, MT. selaku dekan Fakultas Teknik.
5. Ir. Daryono, MT. selaku ketua jurusan Teknik Mesin.
6. Budiono, SSi, MT. selaku dosen pembimbing I.
8. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2011 terutama konco kelet
Hafid, Dicky, Ivan, Najib, Gepeng, Gendut, Alim, Denni, Erik,
Lendra, Abah, Tofa, Danang, Wiki, Asqa, Ical, Dulur Mekatron,
Mas Irkham, Dulur Lab Fisika serta untuk teman-teman semuanya
yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih sangat sederhana, oleh karena
itu kritik saran sangat diharapkan untuk perbaikan dikemudian hari akhirnya
penulis berharap, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan dapat
menambah wawasan bagi bagi penulis dan bagi pembaca umumnya semoga
ALLAH SWT. Senantiasa membimbing kita menuju jalannya dan melimpahkan
rahmat serta hidayahnya. AMIN…..
Malang , 22 Januari 2016
Penulis
DAFTAR ISI
Lembar Judul ...i
Poster ...ii
Lembar Pengesahan ...iii
Lembar Konsultasi ...iv
Surat Pernyataan Tidak Plagiat ...vi
Abstrak ...vii
Abstrack ...viii
Kata Pengantar ...ix
Daftar Isi...xi
Daftar Tabel ...xiv
Daftar Gambar ...xv
BAB I Pendahuluan 1.1Latar Belakang ...1
1.2Rumusan Masalah ...3
1.3Tujuan ...3
1.4Manfaat ...3
1.5Batasan Masalah ...4
BAB II Landasan Teori 2.1Ketel Uap ...5
2.2Klasifikasi Ketel Uap ...6
2.3Proses Pengauapan.. ...12
2.4Perpindahan Panas pada Ketel Uap ...13
2.6Teori Kekuatan Material.. ...19
2.6.1 Tegangan ...19
2.6.2 Regangan ...21
2.6.3 Hubungan Tegangan-Regangan ...24
2.6.4 Kriteria Kegagalan Material ...25
2.7 Faktor Keamanan ...27
BAB III Metode Perancangan 3.1Tahapan Perancangan ...32
3.1.1 Pemilihan Jenis Ketel ...32
3.1.2 Perhitungan Panas ...32
3.1.3 Perhitungan Bagian Utama Ketel...33
3.2Diagram Alir Perancangan ...34
BAB IV Perhitungan 4.1PerhitunganPanas ...35
4.1.1 Konsumsi Air ...35
4.1.2 Kebutuhan Kalor ...36
4.1.3 Kebutuhan Bahan Bakar ...37
4.1.4 Luas Bidang Pemanas ...37
4.1.5 Analisa Pembakaran ...41
4.1.6 Kerugian Panas ...47
4.1.7 Efisiensi Ketel ...51
4.2Bagian Utama Ketel ...51
4.2.2 Lorong Api ...56
4.2.3 Pipa Api ...63
4.2.4 Tubesheet ...68
4.2.5 Pipa Nosel ...70
BAB V Penutup 5.1 Kesimpulan ...73
5.2 Saran ...74
DAFTAR PUSTAKA ...75
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Gambar 2.1 Jenis ketel uap water tube...9
Gambar 2.2 Jenis ketel uap fire tube. ...10
Gambar 2.3 Tabel harga Cz ...15
Gambar 2.4 Konduksi ...16
Gambar 2.5 Konsep intensitas gaya dalam sebuah benda yang mendapat beban ...20
Gambar 2.6 Ilustrasi regangan untuk benda yang mengalami beban tarik uniaksial ...22
Gambar 2.6a Ilustrasi regangan untuk benda yang mengalami regangan geser murni ...23
Gambar 2.6b Elemen regangan 2D ...23
Gambar 4.1 Perpindahan Panas...38
Gambar 4.2 Perbandingan lorong api...53
Gambar 4.3 Lempeng Pipa Kamar Nyala Api ...54
Daftar Pustaka
Hugot E. (1986). Handbook of Cane Sugar Engineering, Amsterdam : Elsevier
Science.
Djokosetyardjo, M.M ( 1987 ). Ketel Uap. Jakarta:Paradya paramita.
Malek, A . Mohammed ( 2004 ). Power Boiler Design, Inspection and Repair.
New York : Mc Graw-Hill Professional.
Muin, Syamsir.A (1988). Pesawat – Pesawat Konversi Energi I : Ketel Uap .
Jakarta: Rajawali Press.
Sjostrom, E. 1995. Kimia Kayu: Dasar – dasar dan Penggunaan. Jilid 2.
Yogyakarta: Universitas Gajah Mada Press
Michael. Vogel (2005), Heating withWood: Principles of Combustion,Montana
State University, U.S.*)
Primo. Jurandir (2012). ASME Section I & Section VIII Fundamentals. Meadow
Estates: PDH Center
ASME (2010). Section 1 : Rules for Construction of Power Boilers. American :
IHS
ASME (2010). Section 2 : Part CSpecifications for Welding Rods,Electrodes, and
Filler Metals. American : IHS.
ASME (2010). Section 2 :Part D Properties (Metric). American : IHS.
ASME (2010). Section 2 : Part AFerrous Material Specifications SA-451 to End).
American : IHS.
ASME (2010). Section IV Rules for Construction of Heating Boilers (SA-451 to
