PERANCANGAN KETEL UAP
LANCASHIRE
DENGAN KAPASITAS 10 TON PER JAM
SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk memenuhi syarat memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin
Disusun Oleh : MINGGO HAWINU
201310120312218
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
PERANCANGAN KETEL UAP LANCASHIRE DENGAN
KAPASITAS 10 TON PER JAM
Diajukan kepada:
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
Oleh : Minggo Hawinu 201310120312218
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpah
dan rahmat-Nyalah sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini
dalam bentuk maupun isinya yang sederhana.
Dalam penulisan skripsi ini penulis memberikan judul “ Perancangan Ketel Uap Lancashire Dengan Kapasitas 10 Ton/Jam ”. skripsi ini dibuat dengan tujuan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar keserjanaan di
Universitas Muhammadiyah Malang. Tugas akhir ini tidak dapat tersusun tanpa
adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak baik dalam segi material maupun
spiritual dan karenanya penyusun mengucapkan terima kasih :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan rahmat dan karuniaNya
sehingga penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Ayah dan Ibu tercinta, adik dirumah, beserta seluruh keluarga dan
orang-orang yang penulis sayangi yang selalu memberikan motivasi bagi penulis
untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang selalu memberikan doa dan
restu bagi penulis juga dukungan baik moril maupun material.
3. Bpk. Muhadjir Effendi,.M.AP. selaku Rektor Universitas Muhammadiyah
Malang.
4. Bpk. Ir. Sudarman,.M.T selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang.
5. Bpk. Ir Daryono,.M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
6. Bpk. Ir. Herry Suprianto,.M.T selaku dosen pembimbing I yang telah
banyak memberikan bimbingan dan pengarahan dengan sabar dan
bijaksana serta memberikan dorongan dari awal hingga akhir penulisan
Tugas Akhir ini.
7. Ibu Dra. Rr Heni Hendaryanti,.M.T selaku dosen pembimbing II yang
juga telah banyak membantu dengan memberikan semangat dan motivasi,
serta bimbingan dan pengarahan dengan sabar dan bijaksana serta
memberikan dorongan dari awal hingga akhir penulisan Tugas Akhir ini.
8. Bapak dan Ibu Dosen khususnya jurusan Teknik Mesin yang telah
memberikan bekal ilmu pengetahuan dan juga wawasan yang luas pada
saat perkuliahan.
9. Para Staf dan juga teknisi jurusan Teknik Mesin yang sudah banyak
membantu dan dengan sabar memberikan petunjuk dan arahan didalam
penyelesaian rangkaian kegiatan pada Tugas Akhir ini.
10.Rekan-rekan mahasiswa transfer POLIBAN angkatan 2013 yang selama
ini telah setia menemani, memberikan suffort, semangat dan dukungan
yang saya rasa kan sungguh luar biasa di dalam menyelesaikan seluruh
kegiatan selaman Tugas Akhir ini .
11.Dan juga tidak lupa kepada teman-teman KKN 23 serta teman-teman
mahasiswa regular Universitas Muhammadiya Malang, khusunya jurusan
Teknik Mesin yang telah dengan sangat terbuka, baik dan ramah dalam
menerima kehadiran kami selama ini. Baik pada saat mengikuti kegiatan
perkuliahan dikelas, maupun dalam pergaulan sehari-hari.
Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat baik diri
pribadi ataupn orang lain dan semoga kebaikan rekan-rekan semuanya
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL ...i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
BERITA ACARA BIMBINGAN TUGAS AKHIR (TA) ... iv
LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT ...vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xviii
DAFTAR GAMBAR ... xix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Pengertian Ketel Uap ... 4
2.1.1 Proses Terbentuknya Uap ... 4
2.2 Klasifikasi Ketel Uap ... 5
2.2.1 Berdasarkan Fluida Yang Mengalir Dalam Pipa ... 5
2.2.2 Berdasarkan Pemakaian ... 7
2.2.3 Berdasarkan Letak Dapur ... 7
2.2.4 Berdasarkan Bentuk dan Letak Pipa ... 7
2.2.5 Berdasarkan Sistem Peredaran Air ... 8
2.2.6 Berdasarkan Jumlah Lorong ... 8
2.2.7 Berdasarkan Kapasitas Uap ... 8
2.3 Bagian-Bagian Ketel Uap ... 8
2.3.1 Ruang Bakar ... 9
2.3.1.1 Dimensi Ruang Bakar ... 9
2.3.2 Drum Ketel Uap ... 9
2.3.2.1 Dimensi Drum ... 10
2.3.2.2 Analisa Kekuatan Pada Drum ... 10
2.3.3 Pipa Waterwall ... 11
2.3.4 Cerobong Asap ... 11
2.4 Bahan Bakar ... 12
2.4.1 Bahan Bakar Padat ... 12
2.4.2 Bahan Bakar Cair ... 12
2.4.3 Bahan Bakar Gas ... 12
2.4.4 Bahan Bakar Nuklir ... 13
2.5 Pembakaran ... 13
2.5.1 Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 14
2.5.2 Pemabakaran Bahan Bakar Cair ... 15
2.6 Perpindahan Panas Pada Ketel Uap ... 16
2.6.1 Perpindahan Panas Secara Pancaran (Radiasi) ... 16
2.6.2 Perpindahan Panas Secara Aliran (Konveksi) ... 17
2.6.3 Perpindahan Panas Secara Perambatan (Konduksi) ... 17
2.7 Kebutuhan Bahan Bakar ... 18
2.8 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 19
2.9 Kalor Pembakaran Dalam Ruang Bakar ... 19
2.10 Kerugian-Kerugian Panas Pembakaran Pada Ketel ... 20
2.10.1 Kerugian Cerobong ... 20
2.10.2 Kerugian Akibat Radiasi ... 21
2.10.3 Kerugian Panas Karena Abu ... 21
2.10.4 Kerugian Karena Penguapan Kadar Air Yang Mengandung H2 Dalam Bahan Bakar ... 22
2.10.5 Kerugian Karena Peralatan Ketel Dan Yang Lain-Lainnya ... 22
2.11 Temperatur Bahan Bakar Didalam Ruang Bakar ... 22
2.12 Kebutuhan Udara Pembakaran ... 23
2.13 Jumlah Gas Asap Yang Terbentuk ... 24
2.14 Panas Yang Diperlukan Ketel Uap ... 25
2.15 Alat Bantu Ketel Uap ... 25
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ... 29
3.1 Diagram Alir Perancangan ... 29
3.2 Konsep Desain Ketel Uap Lancashire ... 29
3.2.1 Daftar Persyaratan ... 31
3.2.2 Konsep Produk ... 32
3.2.2.1 Drum Ketel ... 32
3.2.2.2 Pipa Api ... 32
3.2.2.3 Dimensi ... 32
BAB IV PERANCANGAN KETEL UAP LANCASHIRE ... 33
4.1 Data Ketel ... 33
4.2 Perhitungan Panas ... 33
4.2.1 Nilai Kalor Bahan bakar ... 33
4.2.1.1 Nilai Kalor Atas Atau Highest Heating Value (Hhv) ... 33
4.2.1.2 Nilai Kalor Bawah Atau Lowest Heating Value (Lhv) .... 34
4.2.2 Kebutuhan Bahan Bakar ... 34
4.2.3 Kalor Pembakaran Dalam Ruang Bakar ... 35
4.2.4 Panas Yang Diperlukan Ketel Uap ... 36
4.2.5 Kebutuhan Udara Pembakaran ... 37
4.2.5.1 Kebutuhan Udara Teoritis ... 37
4.2.5.2 Kebutuhan Udara Sebenarnya ... 38
4.2.6 Jumlah Gas Asap Terbentuk ... 49
4.2.6.1 Jumlah Berat Gas Asap Teoritis ... 39
4.2.6.2 Jumlah Berat Gas Asap Sebenarnya ... 39
4.2.6.3 Analisa Gas Asap ... 40
4.2.7 Kerugian-Kerugian Panas Pembakaran Pada Ketel ... 42
4.2.7.1 Kerugian Cerobong ... 42
4.2.7.2 Kerugian Panas Karena Abu ... 43
4.2.7.3 Kerugian Akibat Radiasi ... 43
H2 Dalam Bahan Bakar ... 44
4.2.7.5 Kerugian Karena Peralatan Ketel Dan Yang Lain – Lainnya ... 44
4.2.7.6 Total Kerugian Dari Ketel ... 44
4.2.7.7 Efisiensi Ketel ... 45
4.2.7.8 Panas Yang Berguna ... 45
4.2.7.9 Tabel Neraca Kalor ... 46
4.2.7.10 Diagram Sankey ... 47
4.3 Bagian Utama Ketel ... 47
4.3.1 Ruang Bakar ... 47
4.3.1.1 Dimensi Ruang Bakar ... 47
4.3.1.2 Temperatur Pembakaran Bahan Bakar Didalam Ruang Bakar ... 50
4.3.2 Drum Ketel ... 51
4.3.2.1 Dimensi Drum Ketel ... 51
4.3.2.2 Analisa Kekuatan Pada Drum ... 53
4.4 Luas Bidang Perpindahan Panas ... 54
4.4.1 Luas Perpindahan Panas Secara Pancaran Atau Radiasi ... 54
4.4.2 Luas Perpindahan Panas Secara Aliran Atau Konveksi ... 56
4.4.3 Luas Perpindahan Panas Secara Perambatan Atau Konduksi ... 57
4.5 Perpindahan Panas ... 58
4.5.1 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Diluar Pipa Api ... 60
4.5.2 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Didalam Pipa Api .. 62
4.5.3 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ... 64
4.6 Jumlah Pipa Api Ketel Uap ... 64
4.7 Kebutuhan Supply Air ... 66
4.8 Cerobong Ketel ... 67
BAB V PENUTUP ... 70
5.1 Kesimpulan ... 70
5.2 Saran-Saran ... 72
DAFTAR PUSTAKA ... 74
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Persyaratan Perancangan Drum Ketel Uap Lancashire ... 31
Table 4.1 Data Komposisi Kimia Dalam Bahan Bakar Batubara ... 33
Tabel 4.2 Persentase Kandungan Gas Asap ... 41
Tabel 4.3 Neraca Kalor ... 46
Tabel 4.4 Beban Spesifik Ruang Bakar ... 48
Tabel 4.5 Kontanta Pancaran dari Stephan-boltzmann ... 54
Tabel 4.6 Peralihan Panas ... 56
Tabel 4.7 Angka Perambatan Panas ... 58
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Ketel Pipa Api ... 6
Gambar 2.2 Ketel Pipa Air ... 6
Gambar 2.3 Katup Pengaman ... 26
Gambar 2.4 Katup Uap Induk ... 27
Gambar 2.3 Manometer ... 27
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Ketel Uap Lancashire ... 29
Gambar 4.1 Diagram Sankey ... 47
DAFTAR PUSTAKA
A. Muin, Ir. Syamsir. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap). Jakarta: CV.Rajawali,
Antara, I Nengah Ludra. 2013. Optimalisasi Pembakaran Bahan Bakar Cair Pada Ketel Uap Pipa Api Di PT. Canning Indonesian Products (C I P ) Denpasar – Bali. (Online), Vol. 3 No. 1. Diambil dari http://p3m.pnb.ac.id/dokument/jurnal/. (6 Juli 2015)
Djokosetyardjo, Ir. M. J.. 2013. Ketel Uap. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
DPR. 2015. Laporan Kunjungan Kerja Komisi VII DPR RI ke Provinsi Kalimantan Tengah, Reset Masa Persidangan IV Tahun Sidang 2014-2015
Hariyanto, Puji. 2011. Perancangan Ketel Uap Untuk Pengolahan Kelapa Sawit Pada PT. Rama Jaya Pramukti. Skripsi, Pekanbaru: Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau
Nusalim, Theo Adrian. 2014. Perancangan Ketel Uap untuk PT. Hongxing Algae International. (Online), Vol 1 No. 13. Diambil dari http://svl.petra.ac.id/catalog/lib.php diakses 14 (Oktober 2015)
Onny. 2011. Pengertian boiler (Ketel uap). Diambil dari http://artikel-teknologi.com/pengertian-boiler-ketel-uap/ (6 Juli 2015)
Primo, Jurandir. 2012. ASME Section I & Section VIII Fundamentals. PDHonline Course M398.
Yohana E dan Askhabulyamin. 2009. Perhitungan Efisiensi Dan Konversi Dari Bahan Bakar Solar Ke Gas Pada Boiler Ebara HKL 1800 KA. Rotasi, (Online), Vol 11 No. 3. Hal: 13-16. Diambil dari http://ejournal.undip.ac.id/index.php (22 Juli 2015)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Provinsi Kalimantan Tengah adalah salah satu provinsi di Indonesia yang
yang sementara ini masih menghadapi permasalahan berupa keterbatasan sumber
energi, baik dalam penyediaan bahan bakar maupun masalah kelistrikan. Hal ini
berbanding terbalik karena sebenarnya provinsi Kalimantan tengah mempunyai
potensi sumber energi yang cukup banyak. (laporan kunjungan kerja komisi VII
DPR RI ke Propinsi Klaimantan Tengah, 2015) Kebutuhan energi listrik di Propinsi
Kalimantan tengah pada umumnya meningkat seiring dengan pertumbuhan daerah,
sehingga di perlukan pasokan sumber energi listrik yang baru untuk menyukupi
kebutuhan tersebut, khususnya untuk daerah terpencil yang belum bisa terjangkau
oleh Pembangkit Listrik milik Negara karena butuh banyak biaya untuk bisa
menjangkau daerah terpencil, maka dari itu dibutuhkan pembangkit listrik
alternative yang lain seperti ketel uap.
Ketel uap atau yang dalam bahasa Inggrinya disebut boiler adalah suatu alat
berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam
diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar. (Yohana
dan Askhabulyamin 2009) Boiler mengubah energi-energi kimia menjadi bentuk
energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau
memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa
2
Dari semua jenis ketel uap dan juga permasalahan yang ada pada sub bab
diatas maka di coba untuk merancang salah satu ketel uap pipa api (fire tube boiler)
yang ada berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa yaitu ketel uap Lancashire.
Ketel uap Lancashire ini termasuk jenis ketel uap yang bertekanan sedang yang
bisa digunakan untuk menyupply uap ke turbin uap sebagai penggerak generator
listrik.
1.2Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam perancangan ketel uap Lancashire ini sebagai
berikut:
1. Bagaimana merancang ketel uap pipa api (fire tube boiler) yaitu ketel uap
Lancashire
2. Berapakah jumlah bahan bakar, kebutuhan uap, temperature ruang bakar,
kerugian-kerugian energi dan dimensi-dimensi dari ketel ketel uap
Lancashire yang berkapasitas 10 ton/jam.
1.3Tujuan
Tujuan dari perancangan atau mendesain ketel uap lancashire ini adalah:
1. Mendapatkan rancangan ketel uap pipa api (fire tube boiler) yaitu ketel uap
Lancashir.
2. Mendapatkan jumlah bahan bakar, panas yang berguna, kebutuhan kalor,
kerugian-kerugian energi dan dimensi-dimensi dari ketel uap Lancashire
3 1.4Manfaat
Manfaat dari perancangan ketel uap lancashire ini adalah :
1. Dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan atau dikembangkan lebih lanjut,
serta referensi terhadap penelitian yang sejenis.
2. Mendapatkan hasil atau data dari perancangan ketel uap lanchasire yang
berkapasitas 10 ton/jam
1.5Batasan Masalah
Mengingat dalam perancangan ini membutuhkan material ruang lingkup
yang luas, maka dalam menulis tugas akhir ini dilakukan pembatasan masalah
sebagai berikut :
1. Perhitungan kerugian–kerugian energi dari ketel uap lancashire
2. Perhitungan panas yang berguna, kebutuhan kalor dan jumlah bahan bakar
3. Bahan bakar yang digunakan adalah batu bara .
4. Tidak menghitung kekuatan las pada setiap sambungan–sambungan ketel
uap
