KETEL UAP (Boiler)     (2)

Sebelum belajar lebih lanjut tentang ketel uap (boiller) terlebih dahulu kita belajar thermodinamika. Apa itu Thermo/thermodinamika ???

1.    THERMOdinamika

Termodinamika (berasal dari kata thermos (panas) dan dynamic (gerak atau perubahan)) adalah salah satu cabang dari ilmu fisika yang mempelajari panas dan temperatur, serta hubungan keduanya pada energi dan gerak.

Hukum Thermo 1 menjadi basic fundamental untuk mempelajari ilmu tentang yang berhubungan dengan prinsip konversi energi (energy conversion)

Hukum Termodinamika 1

Hukum termodinamika 1 menunjukkan hukum kekekalan energi.

“Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja”

Terdapat persamaan matematik yang menjelaskan hukum ini, yaitu:

    ...(1)

Dimana  adalah kalor/panas yang diterima/dilepas (J),  adalah energi/usaha (J), dan  adalah perubahan energi (J). J adalah satuan internasional untuk energi atau usaha, yaitu Joule. Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa seluruh kalor yang diterima atau dilepas oleh benda akan dijadikan usaha ditambahkan dengan perubahan energi.

Dari rumus Hk. Thermo 1 ini dapat diturunkan menjadi konsep 

- balance mass (kesetimbangan massa)

- balance energy (kesetimbangan energi)

*khusus untuk boiller

KESETIMBANGAN MASSA (inflow dan outflow) for typical boiller

Hukum kekekalan Massa = Mass tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.

Konsep Kesetimbangan Massa (Mass Balance) adalah Massa akan tetap sama konstan di setiap titiknya. Artinya keseimbangan massa dapat dinyatakan sebagai keseimbangan Massa Total. Keseimbangan massa digunakan untuk melacak aliran bahan masuk (inflow) dan keluar (outflow) dalam suatu proses dan menghasilkan kuantitas komponen2 atau proses secara keseluruhan.

Keseimbangan Massa Total, 

Persamaan yang digunakan adalah hukum kekekalan massa

 Massa masuk = Massa Keluar    ...(2)

Gambar 1. Mass Balance (kesetimbangan massa)

mdot in = mdot out

Fuel (in) + Air (in) + feed water (in) = Exhaust (out) + steam (out) + Blow down (out)

KESETIMBANGAN PANAS ENERGI (HEAT BALANCE) for Boiller

Sesuai dengan hukum thermodinamika 1, tentang kekekalan energi di mana “Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja”

Energi masuk = Energi keluar

Ein = Eout ....(3)

Panas Masuk = Panas Keluar

Qin = Qout ...(4)

Gambar 2. Heat Balance (kesetimbangan panas)

Contoh Soal : 

Diketahui suatu boiller memiliki kapasitas energi panas (100 kJ/kg). Dimana boiller tersebut memiliki effisiensi sebesar 60 %, rugi rugi (losses) terdiri dari rugi Radiasi dan Blow down masing-masing 2 %. gas buang (exhaust gas) yang dihasilkan cukup besar yaitu 36 %. Hitung/estimasi Heat Balance pada Boiler tersebut ? 

                                                                               

      Diketahui : 

                       Qin = 100 kJ/kg, asumsi effisiensi n = 60%, rugi2 akibat radiasi = 2%, Blowdown = 2 %,                     gas buang = 36 %.

      Ditanyakan : 

       Q out = ...?   Qin = Qout

      Jawab :

      Eff                 = 60% --> 0,6 x 100 kJ/kg = 60 kJ/kg

      losses radiasi = 2% --> 0,02 x 100 kJ/kg =  2 kJ/kg

     Blowdown      = 2% --> 0,02 x 100 kJ/kg =  2 kJ/kg

     Gas buang     = 36% --> 0,36 x 100 kJ/kg = 36 kJ/kg 

     Total  = 60 kJ/kg + 2 kJ/kg + 2 kJ/kg + 36 kJ/kg  

             Qout  = 100 kJ/kg

                                       maka Qin = Qout

  Gambar 3.  Solusi dengan Excel

     Calculation Sheet Excel (xls) di atas dapat di UNDUH DI DIEU

     

     Nilai Sementara MK.KU di SINI

created by : Rizki Muliawan.,M.T.

 KETEL UAP / BOILLER   (1)

KETEL UAP / BOILLER =

adalah alat untuk menghasilkan uap /steam dengan kapasitas tertentu ( mdot )* dan tekanan tertentu (p)*.  Karena berfungsi sebagai alat perpindahan panas/energi (HX)* dimana terjadi perubahan fasa yang semula air menjadi uap bertekanan maka kadang disebut Pressure Vessel atau juga boiller.

Uap/steam bertekanan tinggi tersebut dapat digunakan aplikasinya banyak di bidang engineering dan kehidupan sehari-hari.

*Catatan (notes) , dimana :

- mdot (flow) satuan  kg/s, kg/min, liter/sec dsb

- pressure (p) tekanan satuannya Pascal, atm, bar dsb. 

 Gambar 1. Contoh Prinsip Boiller / ketel 

Macam-macam dari Boiler (ketel Uap) dapat dilihat di dalam grafik di bawah ini;

Gambar 2. Jenis dari Boiler

Materi selengkapnya dapat di unduh di sini

created by : Rizki Muliawan, M.T