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.
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
created by : Rizki Muliawan.,M.T.
