Download - Tipe Tipe Boiler
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air
sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media
yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas
atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang
kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke
suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan
meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk
mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang
harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.
Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan
bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai
dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan
perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol
produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik
pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran
dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua
peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk
menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem
bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.
Setelah mengetahui beberapa hal tentang boiler, maka perlu diketahui
keanekaragaman boiler berdasarkan beberapa klasifikasi. Boiler dapat
diklasifikasikan berdasarkan bahan bakar yang digunakan, tipe pipa, tekanan
kerja, dan sirkulasi air. Oleh karena itu makalah ini dibuat agar kita
mengetahui manfaat, kerugian dan cara kerja boiler-boiler tersebut.
1.2 Tujuan
Mahasiswa dapat mempelajari dan memahami berbagai jenis boiler menurut
klasifikasinya masing-masing.
BAB II. PEMBAHASAN
Klasifikasi Boiler dapat dibagi menjadi beberapa bagian dengan jenis golongan
yang berbada, antara lain berdasarkan bahan bakar yang digunakan, tipe pipa,
tekanan kerja, dan sirkulasi air. Penjabaran tentang hal tersebut dibagi kedalam 4
poin sebagai berikut :
1. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan
Berikut ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai Boiler bila ditinjau
berdasarkan bahan bakar yang digunakan untuk pembuatan uap, yang dapat
diklasifikasikan sebagai berikut:
a) Boiler dengan bahan bakar padat (solid fuel).
Contoh dari bahan bakar padat adalah bahan bakar kayu (wood), sekam padi
(rice husk), serutan kayu (sawdust), batubara coklat (lignite), batubara bituminous
(seperti aspal), batubara jenis antrasit (antrasite coal), bahan bakar arang kayu
(wood charcoal), kokas (coke), briket (briquette), ampas (misal serabut kelapa
sawit atau ampas tebu).
Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik : harga bahan baku
pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan
bahan bakar buatan dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika
dibandingkan dengan boiler tipe elektrik/listrik.
Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran
bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu)
dengan oksigen dan sumber panas.
Gambar 1 : Solid Fuel BoilerSumber: :
http://www.jumo.ca/media/pictures/industry/heating_airconditioning/solid_fuel_boilers.jpg
b) Boiler dengan bahan bakar cair (fuel oil).
Tipe boiler bahan bakar buatan memiliki karakteristik : harga bahan baku
pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai efisiensi dari
tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler bahan bakar alami dan listrik.
Contoh dari bahan bakar buatan adalah solar, residu, kerosin, dll.
Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan
bakar buatan (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.
Gambar 2 : Fuel Oil Boiler
Sumber :
http://www.msue.msu.edu/objects/content_revision/download.cfm/revision_id.51
0825/workspace_id.-4/e2111fig2.jpg/
c) Boiler dengan dapur listrik
Boiler dengan dapur listrik yaitu ketel dengan menggunakan energi listrik
dimana terdapat elemen pemanas sebagai pemanas air ketel. Tipe Boiler ini
memiliki karakteristik: harga bahan baku pemanasan relatif lebih murah
dibandingkan dengan yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai efisiensi dari
tipe ini paling rendah jika dibandingkan dengan semua tipe boiler lainnya. Ada
dua tipe boiler jenis ini, yakni Resistance dan Elektroda.
Tipe resistance ini umumnya adalah voltase rendah dan kapasitas rendah,
dimana arus sebagai pembangkit panas mengalir melalui elemen (resistance),
kawatnya bukan sebagai pembangkit panasnya.
Tipe elektroda adalah dimana arus yang mengalir melalui air (dalam air) dan
tidak melalui suatu kawat, dimana air boiler merubah energi listrik menjadi energi
panas.
Cara kerja: pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai
sumber panas.
Gambar 3 : Electric Boiler
http://www.electric-boilers.org.uk/wp-content/uploads/2010/09/electric-
boiler-block-diagram1.jpg
d) Boiler dengan bahan bakar gas (Gaseous Fuel)
Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik : harga bahan baku
pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi
dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan
bahan bakar.
Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas
(LNG) dengan oksigen dan sumber panas.
Gambar 4 : Gas Hot Water Boiler
Sumber : https://secure.sceg.com/enercom/library/images/boiler.gif
Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
1 Solid Fuel
Bahan baku mudah
didapatkan.Sisa pembakaran sulit dibersihkan
Murah konstruksinya.Sulit mendapatkan bahan baku yang
baik.
2 Oil Fuel
Sisa pembakaran tidak
banyak dan lebih
mudah dibersihkan.
Harga bahan baku paling mahal.
Bahan bakunya mudah
didapatkan.Mahal konstruksinya.
3 Gaseous Fuel
Harga bahan bakar
paling murah.Mahal konstruksinya.
Paling baik nilai
effisiensinya.
Sulit didapatkan bahan bakunya, harus
ada jalur distribusi.
4 Electric Paling mudah Paling buruk nilai effisiensinya.
perawatannya.
Mudah konstruksinya
dan mudah didapatkan
sumbernya.
Temperatur pembakaran paling rendah.
2. Berdasarkan Tipe Pipa
a) Fire Tube Boiler
Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa – pipa dan air umpan boiler
adadidalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya
digunakanuntuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah
sampaisedang. Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan
steamsampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm. Fire tube boiler
dapatmenggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat
dalamoperasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler
dikonstruksisebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
Gambar 5 : Fire Tube Boiler
Sumber : http://www.fapdec.org/images/p13.jpg
b) Water Tube Boiler
Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk ke
dalam drum. Air yang tersikulasi 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.
Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara
4.500-12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boiler
yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.
Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum
dirancang secara paket.
Karakteristik water tube boiler sebagai berikut :
Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan
efisiensi pembakaran
Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan
air
Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi
Gambar 6 : Water Tube Boiler
Sumber : http://www.energyefficiencyasia.org/images/WaterTubeBoiler.jpg
c) Combinasi boiler (boiler kombinasi)
Merupakan kombinasi dari boiler pipa api dan pipa air. Pada bagian ruang
bakar (furnace), bagian dalam pipa air sementara pada badan boiler, bagian
dalamnya dialiri gas panas.
Gambar 7 : Combination Boiler
Sumber :
http://help.tradingdepot.co.uk/wp-content/uploads/2012/10/combination-
combi-boiler.gif
3. Berdasarkan Tekanan Kerja
Berdasarkan tekanan yang dihasilkan boiler dibagi menjkadi 3 jenis yakni boiler
tekanan rendah (Low Preassure) dan boiler tekanan tinggi (High Preassure)dan
bertekanan sedang. Boiler tekanan rendah memiliki tekanan steam operasi kurang
dari 15 psig atau menghasilkan panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau
temperature dibawah 2500F. Boiler tekanan tinggi memiliki tekan steam operasi
diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan di atas 160 psig atau
temperature di atas 2500F.
Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.
No. Tipe Boiler Keuntungan Kerugian
1 Low Pressure
Tekanan rendah
sehingga
penanganannya tidak
terlalu rumit
Tekanan yang dihasilkan
rendah, tidak dapat
membangkitkan listrik.
Area yang dibutuhkan
tidak terlalu besar, dan
biaya konstruksi tidak
lebih mahal dari high
pressure boiler
2 High Pressure
Tekanan yang
dihasilkan tinggi
sehingga dapat
membangkitkan listrik
dan sisanya dapat
didaur ulang untuk
mengoprasikan proses
industri
Tekanan tinggi sehingga
penanganannya perlu
diperhatikan aspek
keselamatannya.
Area yang dibutuhkan
besar dan biaya konstruksi
lebih mahal dari low
pressure boiler
High Pressure Boiler
Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan
steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan
diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 0F.
Gambar 8 : Oil gas high pressure boiler
Sumber : http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-g/oil-gas-high-
pressure-multi-fuel-boilers-789-2021151.jpg
Middle Pressure Boiler
Uap ini didapatkan melalui 3 cara yaitu :
- Uap bertekanan tinggi yang diekspansikan melalui turbin sehingga
memiliki tekanan 42 kg/cm2
- Uap yang di blow down yang berasal dari steam drum pada Package
Boiler
- Menurunkan tekanan uap bertekanan tinggi melalui valve
ekanan kerja rendah : ≤ 5 atm
b.Tekanan kerja sedang : > 5-40 atm
c.Tekanan kerja tinggi: > 40-80 atm
Low Pressure Boiler
Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan
steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan
dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F.
Uap ini dihasilkan dengan 3 cara yaitu :
- Hasil ekspansi uap bertekanan menengah yang keluar dari turbin
- Flashing dan blow down dari steam drum dan mud drum pada package
boiler
- Menurunkan tekanan uap bertekanan menengah melalui valve
Gambar 9 : Oil Gas Low Pressure Boiler
Sumber : http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-m/oil-gas-low-pressure-
steam-boilers-789-2022161.jpg
4. Berdasarkan Sirkulasi Air
Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler
mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke
turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi
dengan melalui economiser dan ditampung didalam steam drum.
Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke
drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari
superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.
Gambar 10 : Economiser tipe pipa bersirip (finned tubes)
Sumber : http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html
Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header
bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum
turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari
header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun
membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan
dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.
Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi
secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik
hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun
melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-
pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan
terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas.
Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan
tekanan serta temperaturnya.
Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation).
Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump).
Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7, artinya jumlah
air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari
sistem sirkulasi paksa antara lain :
Waktu start (pemanasan) lebih cepat
Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke
pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.
Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan
Gambar 11 : Sirkulasi air
Sumber : http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html
Air dipompakan kedalam boiler dengan menggunakan pompa air pengisi (Boiler
Feed Pump/BFP), melalui katup pengatur. Sebelum masuk kedalam boiler drum,
air dipanaskan terlebih dahulu di Low Pressure Heater juga dipanasi di High
Pressure Heater dan terakhir dipanasi di Economizer sehingga temperatur air
mendekati titik didihnya.
Dari dalam boiler drum air bersirkulasi melalui down comer dan riser sehingga
dengan adanya pemanasan dari ruang bakar terbentuklah uap air.
Sirkulasi ini dapat terjadi secara alami (natural circulation) ataupun sirkulasi yang
dibantu (assited circulation) dengan menggunakan pompa sirkulasi.
Salah satu bagian dari boiler adalah down comer. Down comer ini berada diluar
ruang bakar, menghubungkan antara boiler drum dengan bagian bawah tube wall
(Riser). Down comer tidak mendapat pemanasan dari ruang bakar boiler. Karena
air didalam riser mendapat pemanasan dari ruang bakar maka akan timbul uap air.
Campuran air dan uap yang berada didalam riser berat jenisnya akan lebih kecil
dari pada air yang ada didalam down comer, karena air didalam down comer tidak
menerima pemanasan.
Selanjutnya air dan uap yang ada didalam riser akan naik sedangkan air yang ada
didalam down comer akan turun.
Dengan demikian terjadilah sirkulasi air didalam boiler secara alami. Uap yang
dihasilkan ditampung didalam boiler drum kemudian dialirkan menuju turbin
melewati superheater. Komponen utama boiler dalam sirkulasi air adalah
Ekonomiser, drum boiler, heater, riser dan down comer.
KESIMPULAN
1. Boiler dapat diklasifikasikan berdasarkan bahan bakar yang digunakan,
tipe pipa, tekanan kerja, dan air sirkulasi.
2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan, boiler ada 4 jenis yaitu solid
fuel boiler, fuel oil boiler, gaseous fuel boiler, dan electric boiler.
3. Berdasarkan jenis pipa, boiled dapat dibedakan menjadi fire tube boiler,
water tube boiler, dan combination boiler.
4. Berdasarkan tekanan operasinya, boiler dapat dibagi menjadi low pressure
boiler, middle pressure boiler, dan high pressure boiler.
5. Berdasarkan air sirkulasinya, boiler dapat dibedakan menjadi dua jenis
yaitu boiler untuk air sirkulasi alami dan air sirkulasi paksa.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.boiler.co.id/jenis-jenis-boiler/ (Diakses pada tanggal 7 April 2014,
pada pukul 14.30)
http://deditutibiokim.blogspot.com/2011/12/boiler-dan-jenis-jenis-boiler.html
(Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada pukul 14.35)
http://aanhambaallah.blogspot.com/2012/04/v-behaviorurldefaultvmlo.html
(Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada pukul 14.48)
http://primardp.blogspot.com/2010/11/klasifikasi-boiler.html (Diakses pada
tanggal 7 April 2014, pada pukul 15.15)
http://myboilernovi.blogspot.com/ (Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada
pukul 15.30)
http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html (Diakses pada tanggal 7
April 2014, pada pukul 15.50)