i
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM
DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA
Tugas Akhir ini disusun
untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Taknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
YUDHA CIPTANING RAHARJO N I M : D 200 080 040
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN KAPASITAS
25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Juni 2013 Yang menyatakan,
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN
KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”,
telah disetujui oleh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian
persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim : D.200 080 040
Disetujui pada
Hari : Rabu
Tanggal : 26 Juli 2013
Pembimbing Utama,
Ir. Sunardi Wiyono, MT
Pembimbing Pendamping,
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Ketel Uap Pipa Api dengan
Kapasitas 25 Ton/Jam dengan Bahan Bakar Batubara”, telah
dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim : D200 080 040
Disetujui pada
Hari : Rabu
Tanggal : 26 Juli 2013
Tim penguji :
Ketua : Ir. Sunardi Wiyono, MT ...
Anggota 1 : Ir. Tri Tjahjono, MT ...
Anggota 2 : Ir. Subroto, MT ...
Dekan,
Ir. Agus Riyanto, MT
Ketua Jurusan,
MOTTO
Suatu pekerjaan yang berat akan nampak selalu berat jika kita
hanya mendesah, berdiri dan segera lakukan sedikit demi sedikit maka
kamu akan merasa betapa mudah pekerjaan itu.
Impian, cita-cita hanyalah angan-angan yang tidak pasti,
Jawablah dengan ketekunan dan kegigihan semua impian pasti tampak
vii
ANALISA PEMBAKARAN PADA KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN
BAHAN BAKAR BATUBARA
Yudha Ciptaning Raharjo, Sunardi Wiyono, Tri Tjahjono Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
ABSTRAKSI
Ketel uap pipa api adalah jenis ketel yang memiliki banyak pipa-pipa api yang dimana didalam pipa-pipa-pipa-pipa api tersebut dialiri gas panas dari hasil proses pembakaran yang kalornya ditransfer ke pipa-pipa api yang dikelilingi oleh air, kemudian air tersebut berubah menjadi uap bertekanan yang nantinya akan digunakan untuk proses industri.
Sistem pembakaran pada ketel uap ini menggunakan silinder api yang dilengkapi dengan chain grate, kegunaan dari chain grate itu sendiri adalah untuk tempat pembakaran batubara, udara pembakaran didapat dari blower yang berada disekitar chain grate, gas panas hasil pembakaran batubara nantinya akan menuju lemari api lalu menuju pipa-pipa api, kemudian lemari asap seterusnya akan menuju ke cerobong, Air isian yang digunakan meliputi tiga jenis sumber awal, yaitu air sungai, air sumur, dan air PAM. Diperlukan adanya perlakuan terhadap air isian ketel agar dapat menjaga kualitas air bebas dari kotoran dan endapan yang dapat mengakibatkan kerak pada silinder api dan pipa api.
Dari hasil analisa perhitungan didapat kesimpulan untuk silinder api diameter luar = 3,57 ft, diameter dalam = 3,50 ft, tebal plat = 0,033 ft, panjang = 11,45 ft, bahan plat silinder api = Carbon Steel SA-285 Grade B sedangkan untuk pipa api diameter luar = 0,198 ft, diameter dalam pipa api = 0,172 ft, Tebal plat pipa api = 0,013 ft, panjang = 10,24 ft, bahan pipa api = Seamless Carbon Steel SA-106 Grade B dan untuk drum ketel diameter luar = 2,64 ft, diameter dalam = 12,40 ft, tebal dinding = 0,12 ft, panjang drum ketel = 11,45 ft, Tebal asbes isolasi = 0,07 ft,, bahan plat drum ketel = Carbon Steel SA-285 Grade A.
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, mari kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul ” PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM BAHAN BAKAR BATUBARA”, dapat terselesaikan atas dukungan dari pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada.
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik bimbingannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT, selaku Dosen Pembimbing pendamping terima kasih atas waktu, pengarahan, saran, dan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ix
8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2008 yang telah membantu informasi – informasi untuk tugas akhir ini.
9. Trivani Meintasari Karsono yang telah membantu menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Teman-teman kos yang telah memberi dukungannya demi terselesaikanya tugas akhir ini.
Menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan diterima dengan senang hati.
Wasalammu’alaikum,Wr.Wb
Surakarta, Juni 2013
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
HALAMAN PERSETUJUAN iii
xi 3.2.3. Pencegahan Pembentukan Kerak dan Lumpur 19 3.1. Spesifikasi Air Isian Ketel 23
BAB IV BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN
4.1. Bahan Bakar 25 5.1.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Silinder Api 42 5.1.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Silinder Api 44
5.2. Pipa-pipa Api 45
5.2.1. Perhitungan Pipa Api 45 5.2.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Pipa Api 51 5.2.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Api 53
5.3. Drum Ketel 53
5.6. Perhitungan Pipa Tunjang 62 5.10. Konstruksi Pengelasan 79 5.11. Perhitungan Penyangga Ketel 82 5.12.1. Perhitungan Berat Ketel 83 5.12.2. Perhitungan Berat Perlengkapan 91
BAB VI KESETIMBANGAN KALOR DAN EFISIENSI KETEL
6.1. Kesetimbangan Kalor 96 6.1.1. Perhitungan Kerugian Kalor 96
6.1.1.1. Konduktifitas Perpindahan
Kalor Konduksi 96 6.1.1.2. Kerugian Kalor Radiasi 99 6.1.1.3. Pemeriksaan Kesetimbangan Kalor 99 6.2. Efisiensi Ketel Uap 101
6.2.1. Kerugian kalor yang terbawa gas asap
melalui cerobong 101
6.2.2. Kerugian kalor karena terbentuknya uap air
yang disebabkan adanya H2 dalam bahan bakar 102 6.2.3. Kerugian kalor karena adanya uap air
dalam udara 102
6.2.4. Kerugian kalor karena radiasi dan
kehilangan yang tidak terhitung lainnya 103
BAB VII PERLENGKAPAN DAN ALAT BANTU KETEL
7.1. Perlengkapan Ketel 104
xiii
7.2. Alat Bantu Ketel 105
7.2.1. Lubang Orang (Man Hole) 106 7.2.2. Safety Valve (katup Pengaman) 107 7.2.3. Gelas penduga 107 7.2.4. Regulator Feed Water Valve 108 7.2.5. Katup Penutup Uap Induk 109 7.2.6. Blow Down Valve (Katup Penguras) 109 7.2.7. Sight Glass (kaca pengintai) 110
7.2.8. Manometer 110
7.2.9. Blower 111
7.2.10. Termometer 112
7.2.11. Electrical Panel Board 112
BAB VIII PENUTUP
8.1. Kesimpulan 114
8.2. Saran 155
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Ketel Uap Pipa Api 5
Gambar 2 Boiler Scocth 6
Gambar 3 Boiler Lokomotif 6
Gambar 4 Ketel Uap Pipa Air 7 Gambar 5 Boiler Babcock & Wilcox 8
Gambar 6 Boiler Benson 8
Gambar 7 Perpindahan Kalor Secara Radiasi 11 Gambar 8 Perpindahan Kalor Secara Konveksi 12 Gambar 9 Perpindahan Kalor Secara Konduksi 14 Gambar 10 Proses Terbentuknya Uap 15
Gambar 11 Profil Silinder 35
Gambar 12 Penampang Silinder Api 41 Gambar 13 Penampang Las sistem”Double V-butt Weld” 58 Gambar 14 Penampang Pipa Tunjang 68 Gambar 15 Jenis Sambungan Las Double bevel butt 79 Gambar 16 Jenis Sambungan Las Double V-butt 79 Gambar 17 Sambungan Las pada Silinder Api dan Drum 80 Gambar 18 Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Dinding Ketel 80 Gambar 19 Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Pipa Api 81 Gambar 20 Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang 81 Gambar 21 Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang 82 Gambar 22 Kontruksi Penyangga Ketel 82 Gambar 23 Ilustrasi Perpindahan Kalor pada Dinding Ketel 96
Gambar 24 Safety Valve 107
xv
Gambar 26 Regulator Feed Water Level Control 109
Gambar 27 Blow Down Valve 110
Gambar 28 Manometer 111
Gambar 29 Blower 111
DAFTAR TABEL
