P ENYEDIAAN UAP KETEL UAP Secara umum ketel uap (boiler) diklasifikasikan ke dalam : -Boiler pipa api (Fire-tube boiler) yang mana sumber panas berada dalam pipa dan air yang dipanaskan ada di luar pipa, contohnya ketel uap lokomotif - Boiler pipa air (water tube boiler) yang mana sumber panas berada diluar pipa dan air yang dipanaskan ada di dalam pipa. - Boiler konvensional yaitu di dalam boiler tidak terdapat pipa-pipa dan air yang dipanaskan ada didalam bejana boiler sedangkan sumber panas ditempatkan di salah satu sisi bejana boiler

Sistem Air Umpan (Menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam) Sistem Steam (Mengumpulkan dan mengontrol produksi steam ) Sistem Bahan Bakar (Semua peralatan yang dibutuhkan untuk menyediakan bahan bakarpenghasil panas) SISTEM BOILER

F IRE TUBE BOILER Gas panas akan melewati pipa-pipa dan air umpan boiler yang ada di dalam shell akan diubah menjadi steam. Biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam yang rendah sampai sedang. Kecepatan steam berkisar kg/jam dengan tekanan 18 kg/cm 2. dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas, atau bahan bakar padat.

WATER TUBE BOILER Air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Biasanya dirancang untuk kapasitas kg/jam dengan tekanan yang sangat tinggi.

MENGAPA MENGGUNAKAN UAP Uap dihasilkan melalui penguapan air yang mana biayanya cukup murah dan tersedia sumber air dalam jumlah banyak di seluruh dunia. Suhunya dapat diatur secara akurat dengan mengontrol tekanannya melalui katup-katup sederhana, uap membawa sejumlah energi yang cukup besar dalam sejumlah masa yag kecil.

 Total entalphy tiap kg air pada titik didihnya disebut entalpi spesifik air jenuh (the spesific entalphy of saturated water or sensible heat) dengan notasi “h f ”.  Sejumlah entalpi lain yang harus ditambahkan ke dalam setiap kg air untuk merubahnya ke dalam bentuk uap dinamakan entalpi spesifik penguapan (the spesific entalphy of evaporation or latent heat) dengan notasi “h fg ”  Entalpi total dalam tiap kg uap adalah jumlah dari kedua jenis entalpi spesifik diatas dan dinamakan entalpi spesifik uap jenuh (the spesific entalphy of saturated steam ) dengan notasi “hg” yang mana besarnya adalah h g = h f + h fg

T ERMINOLOGI DAN SATUN Entalpi Energi total suatu cairan atau gas terhadap tekanan dan suhu pada kondisi tertentu. Satuannya joule (J) atau kilo joule (kJ) Entalpi spesifik Entalpi (energi total) tiap satuan massa. Satuannya kJ/kg Kapasitas Panas Ukuran kemampuan suatu substansi untuk menyerap panas yaitu jumlah energi(J) yang diperlukan untuk menaikkan 1 kg air pada suhu 1 o C. Satuannya kJ/kg = C. Air kapasitas panasnya 4,186 kJ/kg = C

Catatan :  Air kapasitas panasnya : 4,186 kJ/kg o C  1 atm = 1,01325 bar  1 bar = 100 kPa = Pa

T EKANAN UAP Tekanan yang dihasilkan oleh atmosfir jika air mendidih pada 100 o C adalah 1,01325 bar( biasaya diambil 1 bar). Jika silinder atau boiler beroperasi pada tekanan di atas tekanan atmosfer maka suhu air jenuh dan uapnya menjadi lebih besar dari 100oC. Sebagai contoh jika tekanannya 10 bar absolute maka suhu air jenuhnya 180 o C. Dengan demikian entalpi air jenuhnya juga meningkat, namun entalpi penguapan yang diperlukan untuk mengubah air jenuh menjadi uap diperendah ketika tekanannya naik.

Uap dan Campuran (Steam and air mixtures) Tekanan total campuran gas adalah jumlah dari tekanan parsial masing-masing tekanan parsial komponen gas. Phenomena semacam ini ini ikenal dengan hukum dalton. Tekanan parsial adalah tekanan yang dilepaskan oleh setiap komponen pada volume yang sama dengan campuran. Tekanan uap efektif (bar a) = jumlah proporsi total uap (voulme) x tekanan (bar a)

Contoh soal : Pertimbangkan campuran uap/udara terdiri dari ¾ uap dan ¼ udara (volume). Tekanan total adalah 4 bar a. Tentukan suhu campuran???? Tekanan uap sesungguhnya adalah : ¾ x 4 bar a = 3 bar a Sehingga uap dengan tekanan 3 bar a memiliki suhu 134 o C yang kenyataannya lebih rendah dari tekanan 4 bar a yang bersuhu 144 o C (lihat steam table)

KUALITAS UAP  Uap kering dan uap basah Uap jenuh kering yaitu apa yang telah teruapkan dengan sempurna sehingga tidak mengandung titik-titik air. Kualitas uap ditentukan oleh fraksi keringnya yatu perbandingan antara uap kering sempurna yang ada didalam uap.

Contoh : Sebagai contoh, entalpi spesifik uap pada 7 bar dengan fraksi kering 0,95 dapat dihiung sebagai beriku. Dalam 1 kg uap berisi 0,95 kg uap kering dan 0,05 kg air serta hanya 0,95 entalpi penguapannya, sehingga hg = hf + χ hfg = ?????????

UAP PANAS LANJUT (SUPERHEATED STEAM)  Sepanjang terdapat kandungan air, suhu uap jenuhnya akan mengikuti harga-harga yang ditunjukka pada table uap berdasarkan tekanannya. Namun bila perpindahan panas berlanjut setelah semua air teruapkan, suhu uap akan kembali naik. Uap yang dihasilkan disebut uap panas lanjut.  Uap jenuh akan terkondensasi sangat cepat bial bersentuhan pada permukaaan benda bersuhu lebih rendah dengan memberikan entalpi penguapannya. Disisi lain jika uap panas lanjut melepaskan entalpinya,, terjadi pula penurunan suhu.

HUBUNGAN SUHU DAN ENTALPHY Boiler merupakan suatu bejana silinder tertutup, semakin banyak uap dihasilkan, uap seakan-akan tertekan dan memberikan tekanan pula pada setiap sekelilingnya. Hal ini berlaku pula pada tekanan yang diberikan pada permukaan air. Ketika tekanan pada permukaan air meningkat, suhu air jenuhnya juga meningkat. Kesimpulannya : -Jika tekanan uap naik : entalpi uap jenuhnya sedikit naik, entalpi air jenuhnya naik, dan entalpi penguapannya akan turun. - jika tekanan uap turun : entalpi uap jenuhnya sedikit turun, entalpi air jenuhnyaturun dan entalpi penguapannya akan naik.

Contoh : Uap dengan kualitas uap 0,95 diturunkan dari 6 bar g ke 1 bar g dengan menggunakan katu penurun tekanan ( a pressure reducing valve). Tentukan kondisi uap keluar dari katup penurunan tekanan ? Jawab : Tabel Uap. Pada 6 bar g  hf = dan hfg = Pada 1 bar g  hf = dan hfg = Tot entalpi sebenarnya saat masuk pada 6 bar g = Hf + χhfg Dengan anggapan bahwa uap pada tekanan 1 bar g adalah uap kering ( χ = 100%) Maka total entalpi uap = hf + hfg =

Total entalpi sebenarnya saat masuk pada 6 bar g = hf + χ hfg pada 1 bar g

E FISIENSI BOILER Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan. Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler :  Metode Langsung : energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.  Metode tidak langsung : efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk.

Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler Memerlukn sedikit prameter utuk perhitungan Memerlukan sedikit instrumen untuk perhitungan Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data Keuntungan Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi system yang lebih rendah Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi Kerugian

Efisiensi Boiler ( ɳ ) =