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 UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2014
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
Muhammadiyah Malang.
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
( Muhammad Helmi Kurniawan )
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 2.2.4 Berdasarkan Jumlah Lorong.................................................................... 12
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 2.6.1 Perpindahan Panas Secara Pancaran (Radiasi)........................................ 36
2.6.2 Perpindahan Panas Secara Perambatan atau Konduksi. .......................... 37 2.6.3 Perpindahan Panas Secara Aliran atau Konveksi. ................................... 38 2.7 Alat 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 3.2 Pengambilan Data dan Studi Literatur. ............................................................. 59
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 Ruang Bakar dan Perpindahan Kalor ................................................................ 83
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 PUSTAKA ........................................................................................................ 104
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 7 Gambar Kerja
DAFTAR PUSTAKA
Abel, S, 1979, Soal-soal Ketel 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. Muin, SA, 1988, Pesawat-pesawat Konversi Energi I ( Ketel Uap), Rajawali pers,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. Sutrisno, EB, 2013, Perancangan Ketel Uap Berkapasitas 6500 Kg/jam Untuk Home Industri tahu, Universitas Muhammadiyah, Malang, Indonesia.
