PERANCANGAN KETEL UAP PIPA API JENIS SCOTCH KAPASITAS 10 TON UAP Jenuh/jam TEKANAN 15 Kg/cm2
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Oleh:
MUHAMMAD HELMI KURNIAWAN 201010120311163
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Dengan segala kerendahan hati penyusun memanjatkan puji syukur
Alhamdulillah kehadirat Allah S.W.T, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga
penyusun dapat menyelesaikan tugas akhir. Dalam proses penyusunan tugas akhir
yang berjudul “Perancangan Ketel Uap Pipa Api jenis Scotch Kapasitas 10 ton
uap jenuh/jam Tekanan 15 Kg/cm2”, penyusun mendapatkan masukan yang menunjang dari berbagai pihak, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan
baik. Untuk itu tidak lupa penyusun mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak dan Ibu selaku orang tua dari penyusun yang telah memberikan
dorongan do’a serta moril dan materiil, untuk terus menyelesaikan studi ini.
2. Ir. Herry Suprianto, MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan dorongan dan bantuan pemikiran sehingga memungkinkan
terselesaikannya tugas akhir ini.
3. Dini Kurniawati, ST, MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan dorongan dan bantuan pemikiran sehingga memungkinkan
terselesaikannya tugas akhir ini.
4. Daryono,Ir,MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
5. Teman–teman semuanya yang telah memberikan dorongan moril serta
memberikan pinjaman buku refrensi yang dibutuhkan oleh penyusun.
Mengingat keterbatasan wawasan dan pengetahuan serta daya analisis dari
penyusun sehingga banyak kekurangan dalam penyajiannya, disamping adanya
beberapa keterbatasan sehingga tidak memungkinkan untuk memberikan penjelasan
secara terperinci, namun hal yang esensial telah diusahakan untuk diungkapkan
secara sederhana.
Besar harapan kami semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun
sendiri, bagi pembaca pada umumnya serta mahasiswa teknik mesin pada khususnya.
Semoga Allah S.W.T selalu menundukkan hati dan pikiran kita atas segala
pengetahuan yang kita miliki, Amien.
Billaahi Fii Sabilil Haq Fastabiqul Khairat.
Wassalamu’alaikum.Wr.Wb.
Malang, 28 Agustus 2014
Hormat Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ... i
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ... ii
ABSTRAKSI ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
31.3 Tujuan Perancangan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ketel Uap ... 5
2.1.1 Definisi ... 6
2.1.2 Proses Terbentuknya Uap... 7
2.2 Klasifikasi Ketel Uap ... 6
2.2.1 Berdasarkan Fluida yang Mengalirkan Dalam Pipa. ... 9
2.2.2 Berdasarkan Pemakaian ... 10
2.2.3 Berdasarkan Letak Dapur ... 11
2.2.5 Berdasarkan Bentuk dan Letak Pipa ... 13
2.2.6 Berdasarkan Sistem Peredaran Air (Water Circulation) ... 14
2.2.7 Berdasarkan Jenis Bahan Bakar ... 15
2.2.8 Berdasarkan Kapasitas Uap ... 16
2.2.9 Berdasarkan Tekanan Kerja Ketel... 17
2.2.10 Berdasarkan Poros Tutup Drum ... 18
2.3 Bagian – bagian Ketel Uap ... 19
2.3.1 Ruang Bakar . ... 20
2.3.2 Drum Ketel uap ... 21
2.3.3 Pipa Waterwall ... 22
2.3.4 Pipa Backpass ... 23
2.3.5 Cerobong Asap ... 24
2.3.6 Pompa ... 25
2.4 Bahan Bakar ... 26
2.4.1 Bahan Bakar Padat ... 27
2.4.2 Bahan Bakar cair ... 28
2.4.3 Bahan Bakar Gas ... 29
2.4.4 Bahan Bakar Nuklir ... 30
2.5 Pembakaran ... 31
2.5.1 Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 32
2.5.2 Pembakaran Bahan Bakar Cair ... 33
2.5.3 Pembakaran Bahan Bakar Gas ... 34
2.6 Perpindahan Panas Ketel Uap ... 35
2.6.2 Perpindahan Panas Secara Perambatan atau Konduksi. ... 37
2.6.3 Perpindahan Panas Secara Aliran atau Konveksi. ... 38
2.7Alat Bantu Ketel Uap ... 39
2.7.1 Gelas Penduga.. ... 40
2.7.2 Katup Pengaman (Safety Valve). ... 41
2.7.3 Katup Uap Induk. ... 42
2.7.4 Manometer. ... 43
2.7.5 Katup Buang (Blow Down valve). ... 44
2.7.6 Garis Api.) ... 45
2.7.7 Lubang Laluan Orang dan Lubang Tangan... 46
2.7.8 Tanda Bahaya atau Peluit Bahaya. ... 47
2.8 Air Pengisian Ketel ... 48
2.8.1 Air Kondensat.. ... 49
2.8.2 Air Kali (air sungai) ... 50
2.9 Jumlah Kebutuhan Bahan Bakar ... 51
2.10 Jumlah Udara Pembakaran ... 52
2.11 Jumlah gas Asap Yang Terbentuk ... 53
2.12 Penentuan Tebal Drum Ketel ... 54
2.12.1 Tebal drum dihitung berdasarkan kemungkinan terbelah. ... 55
2.12.2 Tebal drum dihitung berdasarkan kemungkinan putus.. ... 56
2.12.3 Persyaratan untuk tebal drum ketel.. ... 57
BAB III PERANCANGAN KETEL UAP 3.1 Diagram Alir Perancangan ... 58
3.3 Konsep Desain ... 60
3.4 Perhitungan dan Pengolahan Data ... 61
3.5 Pengerjaan Desain Ketel Uap ... 62
3.6 Gambar Desain. ... 63
BAB IV PERHITUNGAN & PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Nilai Kalor ... 64
4.1.1 Nilai pembakaran tinggi atau Highest Heating Value (HHV) ... 65
4.1.2 Nilai pembakaran rendah atau Lowest Heating Value ( LHV) ... 66
4.2 Perhitugan Kebutuhan Bahan Bakar ... 67
4.2.1 Panas berguna ( Qpg) ... 68
4.2.2 Keseimbangan Panas ... 69
4.3 Kerugian-kerugian Panas ... 70
4.31 Kerugian Cerobong (Qc) ... 71
4.3.2 Kerugian Radiasi ( Qr) ... 72
4.3.3 Kerugian Lain-lain ( QL) ... 73
4.3.4 Neraca Kalor ... 74
4.4 Kebutuhan udara Pembakaran. ... 75
4.4.1 Kebutuhan Udara Teoritis ( Uog). ... 76
4.4.2 Kebutuhan Udara Sebenarnya ( U ) ... 78
4.5 Jumlah Gas Asap yang Terbentuk. ... 79
4.5.1 Jumlah berat gas asap teoritis ... 80
4.5.2 Jumlah berat gas asap sebenarnya (Gg ) ... 81
4.6 Pengaruh Kelembapan Udara (Lw). ... 82
4.7.1 Pemilihan Ruang Bakar dan Rangka Bakar.. ... 84
4.7.2 Volume ruang bakar (VRB ) ... 85
4.7.3 Beban ruang bakar ( QRB)... 86
4.7.4 Volume Badan Api ( VBA ). ... 87
4.7.5 Dimensi Rangka Bakar... 88
4.7.6 Tebal Dinding Silinder Ruang Bakar ... 89
4.8 Perhitungan Jumlah Pipa Pemanas (n) ... 90
4.8.1 Ukuran pipa... ... 91
4.8.2 Perhitungan Kekuatan Dinding Pada Pipa Api ... 92
4.9 Perhitungan Kekuatan Dinding Ketel ... 93
4.9.1 Tebal dinding Ketel Uap (Boiler)... 94
4.9.2 Berat Silinder Ketel ... 95
4.9.3 Selinder Ketel Uap Terhadap Kemungkinan Putus. ... 96
4.10 Kamar Nyala Api. ... 97
4.10.1 Drum Kamar Nyala Api Terhadap Kemungkinan Putus... ... 98
4.11 Cerobong Ketel Uap ... 99
4.11.1 Daya Tarikan Cerobong (∆Pu)... ... 100
4.12 P Sambunga Selinder Api Dengan Fron Depan ... 101
4.13 Posisi Pipa ... 102
BAB V KESIMPULAN ... 103
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Lampiran 4
Lampiran 5
Lampiran 7
DAFTAR PUSTAKA
Abel, S, 1979, Soal-soalKetel Uap (Steam Boiler)Water Jilid VII,,Institut Teknologi Malang, Malang, Indonesia
Abel, S, 1980, Ketel Uap (Steam Boiler), Feed Water and Boiler Water JilidII,
Institut Teknologi Malang, Malang, Indonesia
Abel, S, 1980, Steam Boiler (Ketel Uap Untuk Industri), Institut Teknologi Malang, Malang, Indonesia
Anonim, 2014. Fire Tube Boiler. www .matabayangan.blogspot,17 Maret 2014.
Anonim, 2014.Gelas Penduga, www.alfiyanarif.wordpress.com, 17 Maret 2014.
Anonim, 2014.Katub Pengaman, www.proinspector.info.17 Maret 2014.
Anonim, 2014.Katub Uap Induk ,www.spelayaran.blogspot.com, 17 Maret 2014.
Anonim, 2014.Katub Pembuang, www.instrumen-migas.com, 17 Maret 2014.
Anonim, 2014.Manometer, www.pressure.measuremen.com, 17 Maret 2014.
Anonim, 2014. Rapit Send Filter, www.dspace.jorum.com, 17 Maret 2014.
Anonim, 2014. Water Tube Boiler. www.artikel-teknologi.com,17 Maret 2014.
Chatab, 1984, Pengetahuan Tentang Pesawat-Pesawat Kalori, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Djokosetyardjo, MJ, 1990, Pembahasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap, PT Pranya Paramita, Jakarta.
Djokosetyardjo, MJ, 2003, Ketel Uap, PT Pranya Paramita, Jakarta.
Holman, JP, 1994, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta.
Kulshrestha, KS, 1989, Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas, Universitas Indonesia, Jakarta.
Majid, PC, 2014, Perencanaan Ketel Uap Kapasitas 250Kg/Jam Uap Jenuh Pada Tekanan Kerja 7 Bar, Universitas Muhammadiyah, Malang, Indonesia.
Putro, TRF, 1992, Perencanaan Ketel Uap Untuk Proses Pembuatan Ban, Universitas Diponogoro, Semarang, Indonesia.
Suyatno, 1992, Perencanaan Ketel Uap Kapasitas 2500 Kg/Jam Uap Jenuh Pada Tekanan Kerja 15 Bar Absolut Dengan Bahan Bakar Bagasse, Universitas Diponogoro, Semarang, Indonesia.
Supriyanto, H, 2011, Perpindahan Panas, Universitas Muhammadiyah, Malang, Indonesia.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan sangat berpengaruh terhadap perkembangan
industri. Perkembangan industri yang semakin pesat dikarenakan kebutuhan
masyarakat yang semakin kompleks. Banyak industri-industri baik itu kecil
ataupun besar menggunakan tenaga uap yang dihasilkan oleh ketel uap (boiler).
Tenaga uap juga dapat digunakan sebagai sumber panas untuk proses lainnya.
misalnya industri yang berskala besar yaitu pembuatan plastik menggunakan uap
sebagai sumber pengeringan sekaligus sebagai sumber panas untuk proses
pemanasan, penguapan, dan penggerak turbin tidak terkecuali unit usaha
menengah kebawah .
Sebagai contohnya merupakan sebuah perusahaan Petrochemical yang berdiri
sejak tahun 1995 dan berlokasi di Gresik. Bahan baku utamanya adalah Vincy
Chloride Monomer (VCM) Resin dengan kapasitas produksi sebesar 12.000
ton/tahun. Perusahaan ini memerlukan uap (Steam) dalam jumlah besar untuk
proses pengeringan produk di dryer sebelum produk di kemas.
Kebutuhan untuk menghasilkan uap (Steam) di perusahaan Petrochemical
pada proses pengeringan dibutuhkan beberapa instalasi salah satunya ketel uap
(boiler) dengan kapasitas produksi Steam 10 ton/jam. Bahan bakar utama yang
digunakan adalah batu bara, ketel uap yang ada saat ini berkapasitas produksi uap
2
Djokosetyardjo (1990) telah mempelajari adanya ketel uap (boiler) di jaman
ini sangat diperlukan karena fungsinya yang begitu besar. Pada kehidupan
sehari-hari perusahaan yang bergerak di bidang manufacturing dan konversi energi
dimana prosesnya membutuhkan Uap (Steam). Penggunaan ketel uap tersebut
praktis dapat menghemat kapasitas bahan bakar dan dapat meningkatkan kapasitas
produksi,sehingga memberi keuntungan dari segi ekonomis.
1.2.Rumusan Masalah
Sebuah perusahaan petrochemical yang proses produksinya membutuhkan uap
(Steam) dalam jumlah besar untuk proses pengeringan produk di dryer.
Kebutuhan untuk menghasilkan uap (Steam) pada proses pengeringan diambil dari
boiler sebagai sumber uap. Ketel uap yang ada saat ini berkapasitas produksi uap
(Steam) 19 ton/jam dengan tekanan steam maksimal 22 bar. Adanya penggunaan
Steam dalam jumlah besar membuat perusahaan tersebut membutuhkan adanya
boiler tambahan sebagai sumber uap. Boiler yang akan dirancang adalah boiler
pipa api dengan kapasitas 10 ton/jam.
Rumusan masalah pada perancangan difokuskan antara lain :
1. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menghasilkan jumlah uap (Steam)
10ton/jam?
3
1.3.Batasan Masalah
Peracangan ketel uap (boiler) dengan Kapasitas 10 ton/jam ini akan dibatasi
permasalahannya antara lain :
1. Kapasitas 10 ton uap jenuh/jam tekanan 15 kg/cm2.
2. Bahan bakar Batu Bara (gas-coal).
3. Komponen Pendukung ketel uap (boiler) diabaikan.
1.4.Tujuan Perancangan
Perancangan ketel uap pipa api ini bertujuan:
1. Mengetahui kalor yang dibutuhkan untuk mengasilkan jumlah uap (steam)
yang akan di hasilkan.
