53
Gambar 4. 1 Diagram Sirkulasi AirUap Pada Ketel Uap Vickers Hoskins Tipe TW 1756-75
4.1. Perpindahan Panas Pada Pipa-Pipa Evaporator Ketel Uap
Flux panas pada pipa-pipa konveksi
2
φ
lebih kecil dari flux panas pada pipa-pipa waterwall
1
φ . Hal ini karena flux panas pada pipa pipa waterwall
PIPA WATERWALL
PIPA PIPA RUANG
BAKAR DRUM UAP
AIR PIPA
PIPA LAYAR
RUANG BAKAR
UAP
PIPA PIPA KONVEKSI
PIPA SISI
RUANG BAKAR
DRUM LUMPUR
DOWNCOMER AIR
PENGISI SUPERHEATER
UAP
54 berasal dari radiasi dan konveksi dari ruang bakar. Besar flux panas ini dapat
dihitung dari persentase penyerapan panas pada saat pemanasan awal, penguapan dan superheater. Seperti gambar 4.2 berikut ini.
Gambar 4. 2 Persentase Penyerapaan Panas Pada Pemanasan Awal, Evaporasi dan Superheater pada ketel uap Industri dengan fungsi Tekanan Saturasi Bobcock and wilcock
Dari grafik diatas dengan cara interpolasi grafik, untuk tekanan 2.6 MPa diperoleh persentase penyerapan panas pada pipa konveksi dan pipa waterwall.
4 .
3 6
. 2
− −
= −
− L
x
Dari grafik L = 30 mm, maka jarak x adalah
] [
94 .
22 30
4 .
3 6
. 2
mm x
x =
−
−
− +
=
L
x
L
p re
= 19 m
m L
ev a
= 8 7.
5 mm
L
To t
= 11
4 m m
55 Sehingga dengan menarik garis lurus diatas tekanan 2.6 Mpa pada grafik
tersebut, didapat L
pre
=19 mm dan L
eva
=87.5 mm. maka penyerapan panas pipa- pipa konveksi dan pada pipa waterwall waterwall adalah :
67 .
16 100
114 19
= =
x q
pre
4 - 1
75 .
76 100
114 5
. 87
= =
x q
eva
4 - 2
Flux panas dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2-3 :
A q
=
φ Dimana :
A = Luas penampang pipa yang dipanasi
q
=Besar penyerapan panas pada pipa tersebut. Sehingga dengan memasukkan persamaan 4-1 atau 4-2, kedalam persamaan 2-3
diatas, maka flux panas untuk pipa pipa waterwall adalah :
ww
A q
× =
75 .
76
1
φ 4 - 3
dan flux panas untuk pipa pipa konveksi adalah :
konv
A q
× =
67 .
16
2
φ 4 - 4
Sehingga perbandingan flux panas pada pipa-pipa konveksi dan pipa-pipa waterwall dihitung dengan persamaan 4-5 berikut ini.
75 .
76 67
. 16
75 .
76 67
. 16
1 2
Conv ww
ww Conv
A A
A q
A q
=
×
× =
φ φ
4 - 5
Dimana :
ww
A
ww eff
total ww
L D
− −
× ×
=
π
konv
A
konv eff
total konv
L D
− −
× ×
=
π
ww
D = 0.0762 m
konv
D = 0.0762 m
56
SRB SRB
eff RB
RB eff
LR LR
eff LR
LR eff
ww eff
total
N L
N L
N L
N L
L ×
+ ×
+ ×
+ ×
=
− −
− −
− −
2 2
1 1
konv konv
eff konv
eff total
N L
L ×
=
− −
−
Dari data pipa waterwall pada bab 3 diketahui : Jumlah pipa-pipa konveksi N
konv
: 840 Buah
Jumlah pipa Layar Ruang Bakar 1 N
LR1
: 56 Buah
Jumlah pipa Layar Ruang Bakar 2 N
LR2
: 56 Buah
Jumlah pipa sisi ruang bakar N
SRB
: 31 Buah
Jumlah pipa ruang bakar N
RB
: 48 Buah
Panjang pipa efektif L
eff-LR2
: 6.7 m
Panjang pipa efektif L
eff-LR1
: 8.431 m
Panjang pipa Efektif L
eff-RB
: 7.7 m
Panjang pipa efektif L
eff-SRB
: 9.91 m
Panjang pipa efektif
eff-konv
: 7.5 m
] [
146 .
524 1
31 91
. 9
48 7
. 7
56 431
. 8
56 7
. 6
m L
ww eff
total
= ×
+ ×
+ ×
+ ×
=
− −
] [
300 6
840 5
. 7
m L
konv eff
total
= ×
=
− −
Maka perbandingan flux panas pada pipa-pipa konveksi dan pipa-pipa waterwall adalah :
0525 .
75 .
76 300
6 0762
. 67
. 16
146 .
524 1
0762 .
1 2
1 2
= ×
× ×
× ×
× =
φ φ
π π
φ φ
Dalam analisa ini diandaikan flux panas pada pipa waterwall
1
φ adalah 1 [MWm
2
] atau 1000000 Wattm
2
. Pengandaian ini dilakukan sebelum men- simulasikan analisa menggunakan program visual basic 6.0 sehingga dapat dibuat
prosedur simulasi analisa ketel uap. Maka flux panas pada pipa-pipa konveksi adalah :
] [
52500 000
000 1
0525 .
0525 .
2 2
1 2
m Watt
= ×
= ×
= φ
φ φ
Sirkulasi air pada pipa-pipa evaporasi dan laju aliran massa pada pipa-pipa konveksi dan waterwall dapat dilihat seperti gambar 4.3 berikut ini.
57
Gambar 4. 3 Laju aliran massa dan temperatur pada pipa-pipa evaporasi ketel
AIR T
Konv in
UAP PIPA-PIPA
KONVEKSI
DRUM LUMPUR
T
Konv out
D O
W N
C O
M E
R
PIPA LAYAR
RUANG BAKAR
1
φ
PIPA RUANG
BAKAR
1
φ
PIPA SISI
RUANG BAKAR
1
φ
2
φ
RB
IN
LR
IN
Konv
IN
LR
OUT
T
LR
OUT
RB
OUT
T
RB
OUT
SRB
OUT
T
SRB
OUT
SRB
IN
T
SRB
IN
58 Keterangan gambar:
2
φ = Flux panas pada pipa-pipa konveksi
1
φ = Flux panas pada pipa-pipa waterwall
Konv IN
= Laju aliran massa masuk pipa-pipa konveksi
LR IN
= Laju aliran massa masuk pipa-pipa layar ruang bakar
LR OUT
= Laju aliran massa keluar pipa-pipa layar ruang bakar
RB IN
= Laju aliran massa masuk pipa-pipa ruang bakar
RB OUT
= Laju aliran massa keluar pipa-pipa ruang bakar
SRB IN
= Laju aliran massa masuk pipa-pipa sisi ruang bakar
SRB OUT
= Laju aliran massa keluar pipa-pipa sisi ruang bakar
T
Konv IN
= Temperatur masuk drum atau masuk pipa-pipa konveksi
T
Konv OUT
= Temperatur keluar pipa-pipa konveksi
T
LR OUT
= Temperatur keluar pipa-pipa layar ruang bakar
T
RB OUT
= Temperatur keluar pipa-pipa ruang bakar
T
SRBIN
= Temperatur masuk pipa-pipa sisi ruang bakar
T
SRBOUT
= Temperatur keluar pipa-pipa sisi ruang bakar
4.2. Sirkulasi pada pipa pipa ketel uap