BAB II LANDASAN TEORI. panas. Karena panas yang diperlukan untuk membuat uap air ini didapat dari hasil

BAB II LANDASAN TEORI

II.1 Teori Dasar Ketel Uap Ketel uap adalah pesawat atau bejana yang disusun untuk mengubah air menjadi uap dengan jalan pemanasan, dimana energi kimia diubah menjadi energi panas. Karena panas yang diperlukan untuk membuat uap air ini didapat dari hasil pembakaran, maka ketel harus mempunyai dapur sebagai tempat pembakar. Dimana ketel uap terdiri dari drum yang tertutup pada ujung serta pangkal nya dan dalam perkembangannya dikenal dengan ketel pipa api dan ketel pipa air. Konstruksi ketel uap berhubungan dengan sifat yang dimiliki oleh air terutama uap serta peristiwa yang terjadi pada pembentukan uap. Naiknya temperature air terjadi karena adanya panas yang diberikan nyala api terhadap air melalui dinding ketel yang berisikan gas panas hasil pembakaran. Akibat pemberian panas secara terus menerus maka akan terbentuk gelembung-gelembung uap yang bergerak keatas permukaan. Hal ini akibat perbedaan berat jenis antara uap air dan air, selanjutnya air pun turun, begitulah bersirkulasi secara terus menerus selama terjadi nya pembakaran bahan baker masih berlangsung. Pada ketel pipa air, dimana air mengalir didalam pipa-pipa, sedangkan pemanasan air itu dilakukan oleh gas asap dinding-dinding pipa bagian luar. Konstruksi dari ketel ini mempunyai beberapa kelompok pipa-pipa, pada ketel yang sudah modern pipa-pipa airnya ditempatkan juga pada dinding dapur. Pipapipa air ini terutama dari pipa baja yang berdinding tipis dan dipasang miring atau

Universitas Sumatera Utara

tegak dan mempunyai garis tengah yang kecil. Kemiringan dari pipa-pipa ini minimum 15%. Ketel pipa air ini lebih tepat untuk tekanan-tekanan uap yang besar, karena ukuran bagian-bagian ketel yang kecil dan dinding-dinding dapat dikatakan tidak ada sama sekali.

II.2 Deaerasi Deaerasi adalah perlakuan terhadap air untuk menghilangkan gas-gas yang larut dalam air Adapun gas-gas yang larut dalam air adalah : a. Oksigen ( O2 ) b. Karbondioksida ( CO2 ) c. Hidrogen ( H2S ) Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila gas ini terkandung dalam air, maka air menjadi korosif terhadap pipa yang akan membentuk besi karbonat yang larut. Didalam air yang terkandung 2-50 ppm CO2, air yang bersifat korosif. Gas yang mempercepat korosi adalah oksigen, korosif yang terjadi mengakibatkan lubang-lubang. Untuk menghilangkan gas-gas terlarut seperti oksigen, dapat digunakan dengan cara mekanis dan kimiawi. Metode deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu : 1.

Metode deaerasi dengan sisitem pemanasan Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang sedemikian


rupa yang digunakan untuk proses kerja sesuai dengan yang diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sisitem pemanasan adalah apabila temperature dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan berkurang atau turun. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara maksimal itu sangat tergantung pada temperature. Jika temperature tidak sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan baik. 2.

Metode deaerasi dengan system penambahan zat kimia ( perlakuan kimia ) Deaerasi dengan system penambahan zat kimia adalah dengan cara memasukkan larutan kimia kedalam air.

II.3.1 Pengenalan Deaerator Deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas yang terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air ( water treatment ). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator bekerja berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Pengenalan deaerator dapat dilihat pada gambar II.1 berikut.

Gambar II.1 : Deaerator


Alat deaerator ini terdiri dari dua drum dimana drum yang lebih kecil merupakan tempat pemanasan pendahuluan dan pembuangan gas-gas dari bahan air ketel, sedangkan drum yang lebih besar adalah merupakan tempat penampungan bahan air ketel yang jatuh dari drum yang lebih kecil di atasnya. Pada drum yang lebih kecil terdapat spray nozzle yang berfungsi untuk menyemprot bahan air ketel menjadi butiran-butiran air halus adar proses pemanasan dan pembuangan gas-gas dari bahan air ketel lebih sempurna. Juga pada drum yang lebih kecil disediakan satu saluran vent agar gas-gas dapat terbuang ( bersama steam ) ke atmosfer. Unsur utama dalam menentukan keberhasilan dari proses ini adalah kontak fisik antara bahan air ketel dengan panas yang diberikan oleh uap. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada proses deaerator adalah : a.

Jumlah aliran air kondensat.

b.

Jumlah aliran bahan air ketel.

c.

Tekanan dalam deaerator.

d.

Level air dalam deaerator. Jika deaerator tidak dapat bekerja dengan baik dapat berpengaruh buruk

terhadap system air umpan, system kondensat dan juga menaikkan pemakaian bahan kimia yang lebih tinggi. Untuk mencapai efisiensi deaerator yang baik ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : 1.

Pertahankan suhu dan tekanan yang setinggi mungkin sesuai dengan rancangannya.


2.

Pastikan steam / uap keluar / venting dari deaerator bahwa oksigen dan gas-gas yang tidak terkondensasi ikut keluar.

3.

Lakukan inspeksi bagian dalam deaerator untuk memastikan semua komponen tidak mengalami kerusakan.

II.3.2 Bagian-Bagian Utama Deaerator Untuk menunjang kerja deaerator, maka pada deaerator tersebut perlu dilengkapi dengan instrumen pengkuran, yang berguna untuk me-monitoring operasi atau kerja dari deaerator itu sendiri. Seperti yang terlihat pada gambar II.2 dibawah ini, bagian-bagian utama dari deaerator dan beberapa instrumen pengukuran yang melengkapinya.

Gambar II.2 : Bagian Deaerator


II.3.3 Jenis-Jenis Deaerator Adapun jenis-jenis deaerator yang sering dijumpai adalah : 1. Deaerator type Spray Deaerator ini digunakan apabila air umpan perlu dipanaskan lebih dahulu dengan mempergunakan uap sebagai pemanas. Seperti gambar II.3 dibawah ini, uap yang masuk kedalam deaerator aliran memecahkan air menjadi serpihan-serpihan kecil yang mengakibatkan gas-gas yang larut dalam air dipaksa keluar sehingga konsentrasi oksigen dalam air turun.

Gambar II.3 : Deaerator Type Spray

2. Deaerator Vakum Mekanisme kerja deaerator vakum adalah gas-gas yang larut dalam air dihilangkan dengan mempergunakan ejector uap atau atau dengan pompa vakum, untuk memperoleh vakum yang diperlukan, mekanisme deaerator vakum dapat dilihat pada gambar II.4 berikut. Besarnya vakum tergantung pada suhu air, akan tetapi biasanya 730 mmHg.


Gambar II.4 : Deaerator Vakum 3. Deaerator type Tray Pada deaerator tipe tray seperti yang terlihat pada gambar II.5 dibawah, memaksimalkan sekat-sekat ( Tray ) sebagai media untuk memperbesar ruang jatuh dari pada air sehingga molekul-molekul air akan saling terpisah satu dengan yang lainnya, jadi tray pada deaerator jenis ini adalah untuk memaksa molekul air untuk menyebar sehingga mempermudah pelepasan udara.

Gambar II.5 : Deaerator Type Tray


II.4 Teori Dasar Economizer Economizer dapat diartikan sebagai penghemat bahan bakar dalam proses pemanasan air pengisian pada boiler. Alat ini juga mempunyai keuntungan yang lain, dimana air pengisian ( feed water ) masuk kedalam ketel dengan suhu yang lebih tinggi, sehingga air ketel tidak banyak mengalami pendinginan ketika memasukkan air pengisian yang baru. Dengan demikian pembuatan uap tidak banyak terganggu. Economizer adalah sejenis alat penukar panas aliran silang dimana panas dipindahkan dari gas asap ( hasil pembakaran ) ke air pengisian ( feed water ) yang sedang masuk. Penyerapan di economizer ini juga dapat meningkatkan efisiensi ketel. Fungsi dari economizer sebagai pemanas awal feed water sebelum masuk kedalam steam drum dimana panas yang diperoleh dari gas asap diserap oleh dinding-dinding pipa economizer untuk memanaskan air dalam pipa sehingga air tersebut menjadi saturated. Economizer terisolasi rapat sehingga tidak ada udara luar yang masuk dan mengganggu penyerapan panas pada pipa economizer. Dinding economizer terbuat dari bahan isolasi rock wall, bahan ini tahan terhadap panas yang tinggi dan tidak banyak menyerap panas. Pada dasarnya economizer terdiri dari pipapipa yang jumlahnya banyak, konstruksi pipa pada economizer sama seperti pada konstruksi pipa-pipa pemanas lanjut. Pemanas air pengisian mempunyai 2 inlet header dan 2 outlet header dimana inlet header pada economizer 1 dan economizer 2, begitu juga dengan outlet header berada pada economizer 1 dan economizer 2 seperti yang terlihat pada gambar II.6 dan II.7 berikut.


Gambar II.6 : Boiler Economizer

Gambar II.7 : Keterpasangan economizer pada recovery boiler

II.4.1 Perpindahan Panas Bila dua system yang suhunya berbeda disinggungkan akan terjadi perpindahan energi, proses dengan nama transport energi itu berlangsung disebut perpindahan panas. Apa yang ada dalam perpindahan panas yang disebut heat, tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi pengaruh nya dapat diukur atau diamati.


Dari titik pandang kerekayasaan ( engineering ) masalah kuncinya adalah penentuan laju perpindahan panas pada beda suhu yang ditentukan. Untuk menaksir biaya, kelayakan dan besarnya peralatan yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan harus diadakan analisa perpindahan panas yang terinci. Ukuran ketel, pemanas, mesin pendingin dan penukar panas bergantung tidak hanya pada kondisi-kondisi yang ditentukan. Beroperasinya dengan baik komponen-komponen peralatan tergantung pada kemungkinan pendinginan bagian-bagian logam tertentu dengan membuang panas secara terus menerus pada laju yang tinggi dari satu permukaan. Dari hal diatas menunjukkan bahwa hampir semua cabang perekayasaan dijumpai masalah perpindahan

panas

yang

tidak

dapat

dipecahkan

dengan

penalaran

thermodinamika saja, tetapi memerlukan analisa yang didasarkan ilmu perpindahan panas. Adapun perpindahan panas dapat dilakukan : a. Secara molekuler yang disebut dengan konduksi. Konduksi adalah perpindahan panas yang tidak disebabkan gerak mikroskopik medianya, tetapi disebabkan oleh gerak molekuler medianya. Dan berpindahnya panas dari daerah yang bersuhu lebih tinggi kedaerah yang suhunya lebih rendah didalam suatu medium ( padat, cair, atau gas ) atau antara medium-medium yang berlainanan dan bersinggungan secara langsung. b. Secara aliran yang disebut konveksi. Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu daerah ke daerah lain dalam suatu cairan atau gas dengan cara mencampurkan suatu bagian dari cairan itu dengan cairan yang lain. Dalam


konveksi alamiah gerak dari cairan itu secara keseluruhan merupakan hasil dari perbedaan density karena perbedan suhu. c. Secara gelombang electromagnet yang disebut radiasi. Radiasi adalah perpindahan panas dari suatu benda ke benda yang lain yang tidak bersentuhan dengan benda itu dengan perantara gerak gelombang melalui ruang. Perpindahan panas secara radiasi terjadi akibat perbedaan suhu dan dapat mengangkut energi melalui energi melalui medium yang tembus cahaya. Berikut gambar II.8 (sistem aliran fluida dalam economizer).

Gambar II.8 : Aliran Fluida dalam Economizer


II.4.2 Mekanisme Pemanas Air Pengisian Ketel ( Economizer ) Economizer adalah suatu alat perlengkapan ketel yang digunakan untuk memanaskan air pengisian sebelum dimasukkan kedalam drum uap. Tujuan dari penggunaan efisiensi dari ketel disamping untuk mencegah agar suhu air dalam boiler tidak mendadak naiknya atau dengan kata lain economizer adalah suatu alat peningkatan efisiensi boiler dengan jalan mengabsorbsi kembali panas gas asap. Semakin rendah suhu gas asap keluar corong asap, makin kecil pula kerugian corong asap dan semakin berkurang pula kebutuhan bahan baker untuk membentuk uap pada kondisi tertentu. Jadi dapat dikatakan bahwa economizer itu menghemat pemakaian bahan bakar. Selain dapat menghemat bahan baker alat ini juga mempunyai keuntungan lain, yaitu air pengisian ( feed water ) dimasukkan kedalam ketel dengan suhu yang lebih tinggi, sehingga air ketel tidak banyak mengalami pendinginan ketika memasukkan air pengisian yang baru, dengan demikian pembuatan uap tidak banyak terganggu. Adapun cara yang dilakukan untuk memanaskan air yang berada didalam economizer dilakukan dengan jalan mengontakkan air yang masuk kedalam tubetube economizer dengan gas hasil pembakaran black liquor yang berada diluar tube. Kontak antara gas asap dengan air umpan alirannya teratur secara berlawanan arah. Sedangkan gas asap yang masuk kedalam economizer diatur dan dikontrol oleh pengaturan aliran gas. Selanjutnya air umpan yang telah dipanaskan dikirim ke drum uap melalui pipa-pipa penghubungnya. Didalam drum uap air umpan tersebut terus mengalami pemanasan sehingga air umpan tersebut sebagian berubah fasa menjadi uap basah untuk selanjutnya dikirim ke superheater untuk dipanaskan lebih lanjut hingga berubah menjadi uap kering.


Keuntungan-keuntungan dari pemanas awal yang dilakukan terhadap air umpan pada saat masuk kedalam drum ketel, antara lain : a. Dinding ketel tidak mengalami pengerutan sehingga drum ketel dapat lebih awet, dengan demikian biaya perawatanya menjadi lebih kecil. Lain halnya jika air yang masuk dalam keadaan dingin, dinding drum akan mengerut dan mudah pecah atau bocor. b. Dengan memanfaatkan gas asap yang masih mempunyai temperature yang cukup tinggi untuk memanasi air sebelum masuk ke drum ketel, berarti

akan

memperbesar

efisiensi

ketel

uap

karena

dapat

memperkecil kerugian panas pada ketel. c. Keuntungan berikutnya adalah dengan air yang dalam keadaan panas masuk kedalam drum ketel untuk menguapkannya hanya Dibutuhkan sedikit panas, sehingga dengan demikian untuk menguapkan air didalam tungku hanya dibutuhkan sedikit bahan bakar. d. Bila air telah dalam keadaan panas memasuki drum ketel maka untuk menguapkannya hanya dibutuhkan panas sedikit sehingga luas bidang yang dipanaskan dari penguap menjadi lebih sedikit, akibat sedikitnya ukuran-ukuran tungku menjadi lebih kecil dan harga tungku menjadi lebih murah atau secara keseluruhan harga investasi tungku menjadi lebih kecil.


II.4.3 Elemen-elemen Pengkonstruksi Economizer Secara umum economizer terkonstruksi atas bagian-bagian yang hampir sama dengan alat penukar panas lainya dimana bagian-bagian tersebut mempunyai tugas dan fungsi yang berbeda. Adapun elemen pengkonstruksi didalam economizer adalah sebagai berikut : 1. Shell Shell adalah bagian dari economizer dan merupakan rumah untuk tube dan header. Antara tube dan header terdapat fluida yang menerima atau melepaskan panas sesuai dengan proses yang terjadi 2. Tube Tube dapat dikatakan sebagai urat nadi pada proses perpindahan panas. Didalam dan diluar tube mengalir fluida. Fluida yang mengalir tersebut mempunyai kapasitas, temperature, tekanan, density serta jenis yang berbeda. Untuk mempertahankan posisi tube dan mencegah terjadinya getaran maka tube itu ditahan dengan sekat atau baffle. Tube juga harus mampu memindahkan panas antara fluida didalam tube dan fluida diluar tube. Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi dalam pengkonstruksi tube adalah a. Kemampuan memindahkan panas yang tinggi. b. Daya tahan terhadap panas. c. Daya tahan terhadap korosi d. Daya tahan terhadap erosi. e. Mempunyai sifat plastic yang baik Susunan tube alat penukar panas dapat dilihat pada gambar II.9 dibawah ini.


Gambar II.9 : Susunan Tube alat penukar panas

Kemampuan untuk melepas atau menerima panas suatu alat penukar panas dipengaruhi oleh besarnya luas permukaan. Besarnya luas permukaan itu bergantung dari panjang, ukuran dan jumlah tube yang digunakan pada alat tersebut. 3. Baffle atau sekat Baffle atau sekat yang dipasang pada economizer mempunyai beberapa fungsi yaitu : a. Struktur untuk menahan tube ataupun mempertahankan posisi tube. b. Sebagai penahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube. c. Sebagai alat pengontrol atau mengalirkan aliran fluida yang mengalir diluar tube.


Fungsi tersebut selalu menyatu pada setiap pemasangan baffle / sekat namun adakalanya satu sama lainnya harus diperketat persyaratannya untuk tujuan-tujuan yang khusus. Ditinjau dari segi konstruksi nya, baffle atau sekat dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok yaitu : a. Sekat plat berbentuk segmen ( segment baffle ) b.

Sekat batang ( rod baffle )

c. Sekat mendatar ( longitudinal baffle ) d. Sekat sentuh langsung ( impingement baffle ) Biasanya jenis sekat-sekat ini dipergunakan secara mandiri, namun dalam hal keperluan khusus dapat dikombinasikan jenis yang satu dengan jenis lainya. Jenis-jenis sekat pada alat penukar panas dapat dilihat pada gambar II.10 berikut ini.


Gambar 10 : Jenis-jenis Sekat pada Alat Penukar Panas


4. Header ( kotak pengumpul ) Header yang terdapat pada economizer ada dua buah, yaitu : a. Header ( kotak pengumpul ) atas b. Header ( kotak pengumpul ) bawah Fungsi dari header adalah sebagai tampat keterpasangan tube economizer, dimana pada header dibuat lubang-lubang konis yang sesuai dengan ujung-ujung tube. Sedangkan antara header atas dan header bawah ditekan satu sama lain diatas ujung-ujung tube sehingga diperoleh sambungan yang rapat dan tidak bocor. 5. Tie rods dan spacer Tie rods dan spacer digunakan untuk mempertahankan posisi antara sekat yang satu dengan sekat yang lain. Akibat dari getaran dapat menyebabkan posisi antara sekat dengan sekat yang lain dapat berubah, maka dengan adanya tie rods dan spacer posisi tersebut dapat dipertahankan.


BAB II LANDASAN TEORI. panas. Karena panas yang diperlukan untuk membuat uap air ini didapat dari hasil

Recommend Documents