PERANCANGAN KETEL UAP KAPASITAS UAP 216 KG / 3 JAM
PERANCANGAN KETEL UAP KAPASITAS
UAP 216 KG / 3 JAM
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MOH. MIRZA HALIM MUHTADIN
NIM : 201110120311096
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrahim
Alhamdulillah, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,
berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Shalawat serta salam tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga dan
sahabatnya
Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak, kepada
semua pihak yang membantu kelancaran penulisan Tugas Akhir ini, baik
berupa dorongan moril maupun materil, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tak terhingga karena penulis yakin tanpa bantuan dan
dukungan tersebut, sulit rasanya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan
Tugas Akhir ini. Disamping itu, izinkan penulis untuk menyampaikan ucapan
terimakasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang tercinta, Ayahanda Moh Asj’ari dan ibunda
Mutmainah serta kakak Moh Faizul Umam yang dengan segala
pengorbanannya tidak akan pernah penulis lupakan atas jasa-jasa meeka.
Doa restu, nasihat dan petunjuk dari mereka kiranya merupakan dorongan
moril yang paling efektif bagi kelanjutan study penulis saat ini.
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin Bapak Ir. Daryono, MT dan sekertaris
Jurusan Bapak Budiono S,si MT beserta seluruh staffnya.
3. Bapak Budiono S,si.MT dan Ir. Sudarman, MT. yang telah dengan sabar
membimbing penulis dalam menempuh perkuliahan serta penyusunan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak dan Ibu dosen Fakultas Teknik/Teknik Mesin yang telah
memberikan ilmunya kepada penulis, semoga Bapak dan Ibu dosen selalu
dalam rahmat dan lindungan Allah SWT, sehingga ilmu yang diajarkan
bermanfaat dikemudian hari.
5. Teman-teman seperjuangan Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan
bantuan dan motivasinya terutama teman- teman seangkatan 2011.
6. Teman-teman satu daerah dan satu kontrakan yang telah mendukung untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Terimakasih banyak atas semua do’a dan dukungannya buat penulis.
Penulis menyadari bahwa dalam menysun Tugas Akhir ini masih jauh
dari kata sempurna, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran
yang sifatnya membangun guna sempurnanya tulisan Tugas Akhir ini. Penulis
berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya
dan bagi pihak-pihak lain umumnya.
Malang, 20 Januari 2016
Penulis,
Moh. Mirza Halim Muhtadin
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL............................................................................................... i
POSTER.............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI/KONSULTASI .......................................................... iv
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT.................................................. v
ABSTRAKSI INDONESIA ............................................................................. vi
ABSTRAKSI ENGLISH ................................................................................ vii
KATA PENGANTAR..................................................................................... viii
DAFTAR ISI...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN................................................................................... 1
1.1 LatarBelakang ........................................................................................ 1
1.2 Rumusan masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan perancangan ............................................................................... 4
1.4 Manfaat perancangan ............................................................................ 4
1.5 Batasan masalah..................................................................................... 5
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 6
2.1 Pembuatan kerupuk ............................................................................... 6
2.2 Pengertian dan prinsip kerja ketel uap (Boiler) ..................................... 6
2.3 ASME (American Society of Mechanical Engineering) ....................... 7
2.4 Klasifikasi ketel uap............................................................................... 8
2.4.1 Klasifikasi ketel uap menurut desain ............................................ 9
2.4.2 Klasifikasi ketel uap menurut material yang digunakan............. 10
2.4.3 Klasifikasi ketel uap menurut kegunaan ..................................... 10
2.4.4 Klasifikasi ketel uap menurut tube type (tipe pipa) .................... 11
2.5 Bagian-bagian ketel uap ...................................................................... 13
2.5.1 Badan ketel uap (Boiler) ............................................................ 13
2.5.2 Pipa api (Fire tube) .................................................................... 14
2.5.3 Tubesheet ................................................................................... 15
2.5.4 Ligament ..................................................................................... 16
2.5.5 Ruang bakar (Furnace) ............................................................... 17
2.6 Uap....................................................................................................... 17
2.7 Proses pembentukan uap...................................................................... 18
2.8 Perpindahan panas pada ketel uap ....................................................... 20
2.9 Proses pengeringan .............................................................................. 23
2.10Instrumen penunjang rancangan ketel uap........................................... 28
2.10.1 Manometer (Pressure Gauge) .................................................. 28
2.10.2 Thermometer............................................................................. 28
2.10.3 Water level gauge ..................................................................... 29
2.10.4 Safety valve............................................................................... 30
2.10.5 Main steam valve ...................................................................... 30
2.10.6 Blowdownd valve ..................................................................... 31
BAB III METODE PERANCANGAN .......................................................... 32
3.1 Studi literature mengenai perancangan ketel uap ............................... 32
3.2 Tahap Perancangan ............................................................................. 32
3.3 Konsep desain perancangan................................................................. 33
3.4 Perhitungan ketel uap........................................................................... 34
3.4.1 Heat transfer ............................................................................... 34
3.4.2 Luasan pipa penyalur uap ........................................................... 35
3.4.3 Kapasitas uap .............................................................................. 35
3.4.4 Kebutuhan kalor pada ketel uap.................................................. 35
3.4.5 Kebutuhan bahan bakar............................................................... 35
3.4.6 Kebutuhan supply air .................................................................. 35
3.4.7 Badan ketel uap (boiler).............................................................. 35
3.4.8 Pipa api........................................................................................ 36
3.4.9 Penopang pipa (tubesheet) ......................................................... 36
3.4.10 Jarak antar pipa (Ligament) ..................................................... 36
3.4.11 Ketebalan head.......................................................................... 36
3.5 Diagram alir perancangan .................................................................... 37
BAB IV PERHITUNGAN ............................................................................... 38
4.1 Heat transfer (Perpindahan panas) ...................................................... 38
4.1.1 Kebutuhan kalor.......................................................................... 38
4.1.2 Luasan pipa penyalur uap ........................................................... 40
4.1.3 Kapasitas uap .............................................................................. 42
4.1.4 Kebutuhan kalor pada ketel uap.................................................. 43
4.1.5 Kebutuhan bahan bakar............................................................... 44
4.1.6 Kebutuhan supply air .................................................................. 45
4.2 Kontruksi Ketel uap ............................................................................... 47
4.2.1 Perhitungan beban....................................................................... 47
4.2.2 Volume ruang uap....................................................................... 49
4.2.3 Tekanan air.................................................................................. 50
4.2.4 Badan ketel uap........................................................................... 52
4.2.5 Tubesheet .................................................................................... 54
4.2.6 Ligament ..................................................................................... 57
4.2.7 Pipa api (fire tube) ..................................................................... 59
4.2.8 Ketebalan head............................................................................ 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 64
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 64
5.2 Saran .................................................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 65
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan Klasifikasi Ketel Uap ............................................................ 9
Gambar 2.2 Pipa Api dan Pipa Air..................................................................... 13
Gambar 2.3 Pola Jarak Lubang Tubesheet......................................................... 17
Gambar 2.4 Pembentukan Uap .......................................................................... 20
Gambar 2.5 Grafik Temperatur Entropi untuk Air dan Uap .............................. 27
Gambar 2.6 Manometer / Pressure Gauge ......................................................... 28
Gambar 2.7 Thermometer .................................................................................. 28
Gambar 2.8 Water Level Gauge......................................................................... 29
Gambar 2.9 Indikator Pengisian Air .................................................................. 29
Gambar 2.10 Safety Valve ................................................................................. 30
Gambar 2.11 Main Steam Valve........................................................................ 30
Gambar 2.12 Blowdown Valve.......................................................................... 31
Gambar 3.1 Ketel Uap Pipa Api (Vertical Fire Tube Boiler) ........................... 33
Gambar 3.2 Bagian-bagian Boiler Pipa Api ...................................................... 34
Gambar 4.1 Perencanaan Desain Perancangan .................................................. 47
Gambar 4.2 Volume Ruang Uap........................................................................ 49
Gambar 4.3 Dimensi Ketel Uap ......................................................................... 51
Gambar 4.4 Badan Ketel Uap ............................................................................ 54
Gambar 4.5 Tubesheet ....................................................................................... 57
Gambar 4.6 Ligament......................................................................................... 58
Gambar 4.7 Pipa Api.......................................................................................... 60
Gambar 4.8 Head ............................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA
ASME.,2010. Boiler and Pressure Vessel code, Section IV Rules for Contruction
of Heating Boilers
Brooker et al, 2004 , Jurnal “Mengukur Faktor-faktor Pengeringan dalam proses
pengeringan”.
Handerson dan Perry, 2003 Laporan ”Penelitian Aplikasi sistim control Suhu pada
Pengeringan Buah Salak”.
Ir. M.J. Djokosetyardjo, 2003. Ketel Uap. Jakarta : Paradya paramita.
Ir. Sutrisno Koswara, MSi, 2009, Jurnal “Pengolahan Aneka Kerupuk”.
Ebookpangan.com.
Muin, Syamsir A. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap).
Jakarta: Rajawali Pers.
Mujumdar dan Devahastin, 2002 “Mekanisme Pengeringan Terhadap Perbedaan
Konsentrasi Pada Bagian Dalam dan Bagian Luar Bahan”.
Mohammed A. Malek 2004 “Power Boiler Design Inspection and Repair”. New
York : Mc Graw-Hill Professional.
Rusnoto. 2008. Perencanaan Ketel Uap Tekanan 6 Atm dengan Bahan Bakar
Kayu untuk Industri Sederhana. Oseatek, Edisi 4. Hal 32-35
Raharjo W. D dan Karnowo. 2008. Mesin Konversi Energi. Semarang :
Universitas Negeri Semarang Press.
Yohana E dan Askhabulyamin. 2009. Perhitungan Efisiensi Dan Konversi
Dari Bahan Bakar Solar Ke Gas Pada Boiler Ebara HKL 1800 KA.
Rotasi, Volume 11 No. 3. Hal: 13-16.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Proses produksi merupakan jantung dari suatu industri. Industri makanan,
industri garmen maupun industri lainnya, mengandalkan peralatan-peralatan yang
di gunakan dalam proses produksi. Industri kerupuk merupakan salah satu industri
makanan yang perlu di kembangkan dalam peralatan produksinya. Banyak para
pengusaha kerupuk yang masih menggunakan alat-alat sederhana dalam
memproduksi kerupuknya. Terutama industri kerupuk pada Desa Winong
Kecamatan Kedungwaru Kabupaten Tulungagung. Mereka masih menggunakan
cara pengeringan secara tradisional dengan mengandalkan adanya sinar matahari,
pengeringan secara tradisional tersebut hanya mengeringkan kerupuk di tempat
terbuka beralaskan bambu anyaman yang mempunyai kelemahan bahkan
kerugian. Hal ini di karenakan pengeringan secara tradisional memerlukan waktu
pengeringan sekitar 3-4 hari dan adanya proses pembalikan pada kerupuk agar
pengeringannya merata, belum lagi terkontaminasi debu dan polusi udara dari
lingkungan sekitar sehingga kualitas produk yang di hasilkan tidak maksimum
dan tidak higienis. Sehubungan dengan tingginya permintaan produk kerupuk
yang belum semuanya dapat terpenuhi dan permasalahan yang di hadapi oleh
industri kerupuk saat ini, maka akan di rancang alat yang berfungsi untuk
menggantikan peran dari panas sinar matahari yang bertujuan untuk menjamin
keberlangsungan proses produksi tanpa harus terganggu oleh kondisi cuaca dan
terbatasnya area penjemuran.
1
2
Perkembangan ilmu teknologi saat ini dapat mendukung perkembangan
alat-alat produksi pada industri kerupuk. Salah satunya teknologi dalam bidang
konversi energi ini
yang memunculkan banyak ide-ide kreatif untuk
memanfaatkannya pada dunia industri. Mesin-mesin konversi energi menjadi
sumber tenaga yang akan mengoperasikan berbagai mesin produksi dalam suatu
industri. Salah satu mesin konversi energi adalah boiler atau ketel uap. Boiler
mampu merubah air menjadi uap air yang dapat di manfaatkan tekannannya
maupun panas dari uap air tersebut. Pada skala yang besar boiler di gunakan
untuk instalasi tenaga atau pembangkit tenaga melalui turbin uap. Industri kecil
dan menengah banyak memanfaatkan boiler untuk proses pengolahan dan
pemanasan dengan memanfaatkan panas dari uap air yang di hasilkan.
Pada proses produksi kerupuk ini boiler memiliki fungsi yang sangat vital.
Sama vitalnya dengan instalasi yang bekerja pada mesin boiler itu sendiri. Boiler
menghasilkan uap air yang memiliki tekanan tinggi. Jika terjadi kebocoran akan
dapat melukai tenaga operatornya, atau bahkan dapat meledak dan akan merusak
lingkungan disekitarnya. Apabila kerusakan tersebut terjadi pada boiler maka
akan menunda proses produksi sehingga produk yang di hasilkan kualitasnya
menurun. Sedangkan uap air yang bertekanan tinggi yang di dapat dari boiler ini
sangat di butuhkan karena dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam proses
dalam produksi kerupuk ini misalnya, sebagai oven pengering ataupun proses
penanak adonan kerupuk.
Oleh karena itu perlu adanya perancangan boiler yang sesuai untuk industri
kerupuk. Jenis boiler yang di rancang yaitu boiler pipa api (fire tube boiler).
Boiler jenis ini banyak di pakai untuk industri pengolahan mulai skala kecil
3
sampai skala menengah (Raharjo dan Karnowo 2008 :180). Boiler pipa api ini
memiliki kontruksi yang sederhana, mudah perawatannya, murah dan pembuatan
yang mudah. Boiler direncanakan dalam bentuk tegak (vertical) karena tidak
memakan tempat, sehingga dapat di tempatkan pada ruangan yang rekatif kecil.
Kapasitas uap yang dibutuhkan yaitu 216 kg/3jam dalam bentuk uap basah. Skala
kapasitas boiler ini cukup mencakup kebutuhan industri kecil menengah seperti
industri kerupuk, industri pengolahan tahu, industri pengolahan pangan produk
buah manisan/asinan, dan sebagainya (Rusnoto 2008 : 32). Standart perancangan
boiler yang digunakan yaitu ASME (American Society of Mechanical Engineers),
dan di sesuaikan dengan kebutuhan untuk proses pemanasan sistem uap pada
industri kerupuk. Jadi perancangan boiler yang akan di buat memiliki kontruksi
yang aman untuk digunakan pada industri kerupuk.
Boiler inilah yang nantinya akan menyuplai uap air bertekanan tinggi yang
akan di salurkan dengan pipa yang terhubung pada oven pengering krupuk dan
juga tungku penanak adonan krupuk tersebut, suatu standart yang telah ditetapkan
untuk oven pengering haruslah bersuhu antara 500C sampai dengan 700C setara
dengan suhu dari sinar matahari yang di butuhkan dalam proses pengeringan
kerupuk agar dapat menghasilkan kualitas kerupuk yang baik serta proses
produksi yang cepat.
1.2. Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalahan yang akan dibahas
dalam skripsi ini adalah :
1.
Bagaimana perancangan kontruksi boiler berkapasitas 216 Kg / 3 Jam
jenis Vertical fire tube boiler yang akan menghasilkan uap jenuh pada
4
suhu 100°C, untuk digunakan pada proses pengeringan dan pemanasan
sistem uap pada industri kerupuk?
2.
Bagaimanakah perancangan konruksi boiler yang aman sesuai dengan
standart perancangan ASME (American Society of Mechanical
Engineers) untuk digunakan pada proses pemanasan sistem uap untuk
oven pengering dan tungku penanak pada industri kerupuk?
3.
Bagaimana mendapatkan dimensi dari komponen ketel uap (boiler)?
1.3. Tujuan Perancangan
Tujuan dari desain ini untuk menghasilkan rancangan ketel uap pipa api
(fire tube boiler) dengan kapasitas 216 Kg/3jam pada suhu 100°C berupa uap
jenuh dengan tekanan perancangan 6 bar.
1.4. Manfaat Perancangan
Dengan adanya perancangan mengenai boiler untuk oven pengering dan
pengukus adononan pada industri kerupuk dapat diambil manfaatnya antara lain :
1.
Dapat memberikan manfaat secara teoritis dalam dunia industri
2.
Menerapkan ilmu teoritik yang didapatkan selama kegiatan kuliah.
3.
Memberikan informasi mengenai perancangan boiler yang di gunakan
untuk proses pengeringan dan penanakan adonan pada industri
kerupuk
4.
Meningkatkan wawasan dan pengetahuan bagi pembuat boiler dan
khususnya bagi para pengusaha kerupuk.
5.
Memberikan
masyarakat.
informasi
tentang
pemanfaatan
boiler
kepada
5
6.
Memanfaatkan perkembangan teknologi untuk efisiensi waktu dan
bahan bakar yang di gunakan pada proses produksi guna
meningkatkan kualitas hasil produksi.
7.
Dapat dijadikan bahan pertimbangan atau dikembangkan lebih lanjut
serta referensi terhadap penelitian sejenis.
1.5. Batasan Masalah
Permasalahan yang dibahas terbatas pada beberapa batasan masalah berikut
ini :
1.
Boiler yang dirancang adalah tipe Vertical fire tube boiler yang
menghasilkan uap jenuh pada suhu 100°C.
2.
Metode pembuatan kerupuk.
3.
Tidak menghitung biaya produksi
4.
Tidak menghitung kekuatan las pada setiap sambungan-sambungan
boiler
5.
Tidak menghitung ukuran ruang bakar.
6.
Pengaruh uap terhadap kualitas kerupuk.
7.
Tidak menghitung dimensi oven pengering.
8.
Tidak menghitung dimensi tungku pengukus adonan kerupuk.
UAP 216 KG / 3 JAM
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh :
MOH. MIRZA HALIM MUHTADIN
NIM : 201110120311096
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrahim
Alhamdulillah, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,
berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Shalawat serta salam tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga dan
sahabatnya
Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak, kepada
semua pihak yang membantu kelancaran penulisan Tugas Akhir ini, baik
berupa dorongan moril maupun materil, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tak terhingga karena penulis yakin tanpa bantuan dan
dukungan tersebut, sulit rasanya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan
Tugas Akhir ini. Disamping itu, izinkan penulis untuk menyampaikan ucapan
terimakasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang tercinta, Ayahanda Moh Asj’ari dan ibunda
Mutmainah serta kakak Moh Faizul Umam yang dengan segala
pengorbanannya tidak akan pernah penulis lupakan atas jasa-jasa meeka.
Doa restu, nasihat dan petunjuk dari mereka kiranya merupakan dorongan
moril yang paling efektif bagi kelanjutan study penulis saat ini.
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin Bapak Ir. Daryono, MT dan sekertaris
Jurusan Bapak Budiono S,si MT beserta seluruh staffnya.
3. Bapak Budiono S,si.MT dan Ir. Sudarman, MT. yang telah dengan sabar
membimbing penulis dalam menempuh perkuliahan serta penyusunan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak dan Ibu dosen Fakultas Teknik/Teknik Mesin yang telah
memberikan ilmunya kepada penulis, semoga Bapak dan Ibu dosen selalu
dalam rahmat dan lindungan Allah SWT, sehingga ilmu yang diajarkan
bermanfaat dikemudian hari.
5. Teman-teman seperjuangan Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan
bantuan dan motivasinya terutama teman- teman seangkatan 2011.
6. Teman-teman satu daerah dan satu kontrakan yang telah mendukung untuk
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Terimakasih banyak atas semua do’a dan dukungannya buat penulis.
Penulis menyadari bahwa dalam menysun Tugas Akhir ini masih jauh
dari kata sempurna, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran
yang sifatnya membangun guna sempurnanya tulisan Tugas Akhir ini. Penulis
berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya
dan bagi pihak-pihak lain umumnya.
Malang, 20 Januari 2016
Penulis,
Moh. Mirza Halim Muhtadin
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL............................................................................................... i
POSTER.............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI/KONSULTASI .......................................................... iv
SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT.................................................. v
ABSTRAKSI INDONESIA ............................................................................. vi
ABSTRAKSI ENGLISH ................................................................................ vii
KATA PENGANTAR..................................................................................... viii
DAFTAR ISI...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN................................................................................... 1
1.1 LatarBelakang ........................................................................................ 1
1.2 Rumusan masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan perancangan ............................................................................... 4
1.4 Manfaat perancangan ............................................................................ 4
1.5 Batasan masalah..................................................................................... 5
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 6
2.1 Pembuatan kerupuk ............................................................................... 6
2.2 Pengertian dan prinsip kerja ketel uap (Boiler) ..................................... 6
2.3 ASME (American Society of Mechanical Engineering) ....................... 7
2.4 Klasifikasi ketel uap............................................................................... 8
2.4.1 Klasifikasi ketel uap menurut desain ............................................ 9
2.4.2 Klasifikasi ketel uap menurut material yang digunakan............. 10
2.4.3 Klasifikasi ketel uap menurut kegunaan ..................................... 10
2.4.4 Klasifikasi ketel uap menurut tube type (tipe pipa) .................... 11
2.5 Bagian-bagian ketel uap ...................................................................... 13
2.5.1 Badan ketel uap (Boiler) ............................................................ 13
2.5.2 Pipa api (Fire tube) .................................................................... 14
2.5.3 Tubesheet ................................................................................... 15
2.5.4 Ligament ..................................................................................... 16
2.5.5 Ruang bakar (Furnace) ............................................................... 17
2.6 Uap....................................................................................................... 17
2.7 Proses pembentukan uap...................................................................... 18
2.8 Perpindahan panas pada ketel uap ....................................................... 20
2.9 Proses pengeringan .............................................................................. 23
2.10Instrumen penunjang rancangan ketel uap........................................... 28
2.10.1 Manometer (Pressure Gauge) .................................................. 28
2.10.2 Thermometer............................................................................. 28
2.10.3 Water level gauge ..................................................................... 29
2.10.4 Safety valve............................................................................... 30
2.10.5 Main steam valve ...................................................................... 30
2.10.6 Blowdownd valve ..................................................................... 31
BAB III METODE PERANCANGAN .......................................................... 32
3.1 Studi literature mengenai perancangan ketel uap ............................... 32
3.2 Tahap Perancangan ............................................................................. 32
3.3 Konsep desain perancangan................................................................. 33
3.4 Perhitungan ketel uap........................................................................... 34
3.4.1 Heat transfer ............................................................................... 34
3.4.2 Luasan pipa penyalur uap ........................................................... 35
3.4.3 Kapasitas uap .............................................................................. 35
3.4.4 Kebutuhan kalor pada ketel uap.................................................. 35
3.4.5 Kebutuhan bahan bakar............................................................... 35
3.4.6 Kebutuhan supply air .................................................................. 35
3.4.7 Badan ketel uap (boiler).............................................................. 35
3.4.8 Pipa api........................................................................................ 36
3.4.9 Penopang pipa (tubesheet) ......................................................... 36
3.4.10 Jarak antar pipa (Ligament) ..................................................... 36
3.4.11 Ketebalan head.......................................................................... 36
3.5 Diagram alir perancangan .................................................................... 37
BAB IV PERHITUNGAN ............................................................................... 38
4.1 Heat transfer (Perpindahan panas) ...................................................... 38
4.1.1 Kebutuhan kalor.......................................................................... 38
4.1.2 Luasan pipa penyalur uap ........................................................... 40
4.1.3 Kapasitas uap .............................................................................. 42
4.1.4 Kebutuhan kalor pada ketel uap.................................................. 43
4.1.5 Kebutuhan bahan bakar............................................................... 44
4.1.6 Kebutuhan supply air .................................................................. 45
4.2 Kontruksi Ketel uap ............................................................................... 47
4.2.1 Perhitungan beban....................................................................... 47
4.2.2 Volume ruang uap....................................................................... 49
4.2.3 Tekanan air.................................................................................. 50
4.2.4 Badan ketel uap........................................................................... 52
4.2.5 Tubesheet .................................................................................... 54
4.2.6 Ligament ..................................................................................... 57
4.2.7 Pipa api (fire tube) ..................................................................... 59
4.2.8 Ketebalan head............................................................................ 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 64
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 64
5.2 Saran .................................................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 65
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan Klasifikasi Ketel Uap ............................................................ 9
Gambar 2.2 Pipa Api dan Pipa Air..................................................................... 13
Gambar 2.3 Pola Jarak Lubang Tubesheet......................................................... 17
Gambar 2.4 Pembentukan Uap .......................................................................... 20
Gambar 2.5 Grafik Temperatur Entropi untuk Air dan Uap .............................. 27
Gambar 2.6 Manometer / Pressure Gauge ......................................................... 28
Gambar 2.7 Thermometer .................................................................................. 28
Gambar 2.8 Water Level Gauge......................................................................... 29
Gambar 2.9 Indikator Pengisian Air .................................................................. 29
Gambar 2.10 Safety Valve ................................................................................. 30
Gambar 2.11 Main Steam Valve........................................................................ 30
Gambar 2.12 Blowdown Valve.......................................................................... 31
Gambar 3.1 Ketel Uap Pipa Api (Vertical Fire Tube Boiler) ........................... 33
Gambar 3.2 Bagian-bagian Boiler Pipa Api ...................................................... 34
Gambar 4.1 Perencanaan Desain Perancangan .................................................. 47
Gambar 4.2 Volume Ruang Uap........................................................................ 49
Gambar 4.3 Dimensi Ketel Uap ......................................................................... 51
Gambar 4.4 Badan Ketel Uap ............................................................................ 54
Gambar 4.5 Tubesheet ....................................................................................... 57
Gambar 4.6 Ligament......................................................................................... 58
Gambar 4.7 Pipa Api.......................................................................................... 60
Gambar 4.8 Head ............................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA
ASME.,2010. Boiler and Pressure Vessel code, Section IV Rules for Contruction
of Heating Boilers
Brooker et al, 2004 , Jurnal “Mengukur Faktor-faktor Pengeringan dalam proses
pengeringan”.
Handerson dan Perry, 2003 Laporan ”Penelitian Aplikasi sistim control Suhu pada
Pengeringan Buah Salak”.
Ir. M.J. Djokosetyardjo, 2003. Ketel Uap. Jakarta : Paradya paramita.
Ir. Sutrisno Koswara, MSi, 2009, Jurnal “Pengolahan Aneka Kerupuk”.
Ebookpangan.com.
Muin, Syamsir A. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap).
Jakarta: Rajawali Pers.
Mujumdar dan Devahastin, 2002 “Mekanisme Pengeringan Terhadap Perbedaan
Konsentrasi Pada Bagian Dalam dan Bagian Luar Bahan”.
Mohammed A. Malek 2004 “Power Boiler Design Inspection and Repair”. New
York : Mc Graw-Hill Professional.
Rusnoto. 2008. Perencanaan Ketel Uap Tekanan 6 Atm dengan Bahan Bakar
Kayu untuk Industri Sederhana. Oseatek, Edisi 4. Hal 32-35
Raharjo W. D dan Karnowo. 2008. Mesin Konversi Energi. Semarang :
Universitas Negeri Semarang Press.
Yohana E dan Askhabulyamin. 2009. Perhitungan Efisiensi Dan Konversi
Dari Bahan Bakar Solar Ke Gas Pada Boiler Ebara HKL 1800 KA.
Rotasi, Volume 11 No. 3. Hal: 13-16.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Proses produksi merupakan jantung dari suatu industri. Industri makanan,
industri garmen maupun industri lainnya, mengandalkan peralatan-peralatan yang
di gunakan dalam proses produksi. Industri kerupuk merupakan salah satu industri
makanan yang perlu di kembangkan dalam peralatan produksinya. Banyak para
pengusaha kerupuk yang masih menggunakan alat-alat sederhana dalam
memproduksi kerupuknya. Terutama industri kerupuk pada Desa Winong
Kecamatan Kedungwaru Kabupaten Tulungagung. Mereka masih menggunakan
cara pengeringan secara tradisional dengan mengandalkan adanya sinar matahari,
pengeringan secara tradisional tersebut hanya mengeringkan kerupuk di tempat
terbuka beralaskan bambu anyaman yang mempunyai kelemahan bahkan
kerugian. Hal ini di karenakan pengeringan secara tradisional memerlukan waktu
pengeringan sekitar 3-4 hari dan adanya proses pembalikan pada kerupuk agar
pengeringannya merata, belum lagi terkontaminasi debu dan polusi udara dari
lingkungan sekitar sehingga kualitas produk yang di hasilkan tidak maksimum
dan tidak higienis. Sehubungan dengan tingginya permintaan produk kerupuk
yang belum semuanya dapat terpenuhi dan permasalahan yang di hadapi oleh
industri kerupuk saat ini, maka akan di rancang alat yang berfungsi untuk
menggantikan peran dari panas sinar matahari yang bertujuan untuk menjamin
keberlangsungan proses produksi tanpa harus terganggu oleh kondisi cuaca dan
terbatasnya area penjemuran.
1
2
Perkembangan ilmu teknologi saat ini dapat mendukung perkembangan
alat-alat produksi pada industri kerupuk. Salah satunya teknologi dalam bidang
konversi energi ini
yang memunculkan banyak ide-ide kreatif untuk
memanfaatkannya pada dunia industri. Mesin-mesin konversi energi menjadi
sumber tenaga yang akan mengoperasikan berbagai mesin produksi dalam suatu
industri. Salah satu mesin konversi energi adalah boiler atau ketel uap. Boiler
mampu merubah air menjadi uap air yang dapat di manfaatkan tekannannya
maupun panas dari uap air tersebut. Pada skala yang besar boiler di gunakan
untuk instalasi tenaga atau pembangkit tenaga melalui turbin uap. Industri kecil
dan menengah banyak memanfaatkan boiler untuk proses pengolahan dan
pemanasan dengan memanfaatkan panas dari uap air yang di hasilkan.
Pada proses produksi kerupuk ini boiler memiliki fungsi yang sangat vital.
Sama vitalnya dengan instalasi yang bekerja pada mesin boiler itu sendiri. Boiler
menghasilkan uap air yang memiliki tekanan tinggi. Jika terjadi kebocoran akan
dapat melukai tenaga operatornya, atau bahkan dapat meledak dan akan merusak
lingkungan disekitarnya. Apabila kerusakan tersebut terjadi pada boiler maka
akan menunda proses produksi sehingga produk yang di hasilkan kualitasnya
menurun. Sedangkan uap air yang bertekanan tinggi yang di dapat dari boiler ini
sangat di butuhkan karena dapat dimanfaatkan untuk berbagai macam proses
dalam produksi kerupuk ini misalnya, sebagai oven pengering ataupun proses
penanak adonan kerupuk.
Oleh karena itu perlu adanya perancangan boiler yang sesuai untuk industri
kerupuk. Jenis boiler yang di rancang yaitu boiler pipa api (fire tube boiler).
Boiler jenis ini banyak di pakai untuk industri pengolahan mulai skala kecil
3
sampai skala menengah (Raharjo dan Karnowo 2008 :180). Boiler pipa api ini
memiliki kontruksi yang sederhana, mudah perawatannya, murah dan pembuatan
yang mudah. Boiler direncanakan dalam bentuk tegak (vertical) karena tidak
memakan tempat, sehingga dapat di tempatkan pada ruangan yang rekatif kecil.
Kapasitas uap yang dibutuhkan yaitu 216 kg/3jam dalam bentuk uap basah. Skala
kapasitas boiler ini cukup mencakup kebutuhan industri kecil menengah seperti
industri kerupuk, industri pengolahan tahu, industri pengolahan pangan produk
buah manisan/asinan, dan sebagainya (Rusnoto 2008 : 32). Standart perancangan
boiler yang digunakan yaitu ASME (American Society of Mechanical Engineers),
dan di sesuaikan dengan kebutuhan untuk proses pemanasan sistem uap pada
industri kerupuk. Jadi perancangan boiler yang akan di buat memiliki kontruksi
yang aman untuk digunakan pada industri kerupuk.
Boiler inilah yang nantinya akan menyuplai uap air bertekanan tinggi yang
akan di salurkan dengan pipa yang terhubung pada oven pengering krupuk dan
juga tungku penanak adonan krupuk tersebut, suatu standart yang telah ditetapkan
untuk oven pengering haruslah bersuhu antara 500C sampai dengan 700C setara
dengan suhu dari sinar matahari yang di butuhkan dalam proses pengeringan
kerupuk agar dapat menghasilkan kualitas kerupuk yang baik serta proses
produksi yang cepat.
1.2. Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalahan yang akan dibahas
dalam skripsi ini adalah :
1.
Bagaimana perancangan kontruksi boiler berkapasitas 216 Kg / 3 Jam
jenis Vertical fire tube boiler yang akan menghasilkan uap jenuh pada
4
suhu 100°C, untuk digunakan pada proses pengeringan dan pemanasan
sistem uap pada industri kerupuk?
2.
Bagaimanakah perancangan konruksi boiler yang aman sesuai dengan
standart perancangan ASME (American Society of Mechanical
Engineers) untuk digunakan pada proses pemanasan sistem uap untuk
oven pengering dan tungku penanak pada industri kerupuk?
3.
Bagaimana mendapatkan dimensi dari komponen ketel uap (boiler)?
1.3. Tujuan Perancangan
Tujuan dari desain ini untuk menghasilkan rancangan ketel uap pipa api
(fire tube boiler) dengan kapasitas 216 Kg/3jam pada suhu 100°C berupa uap
jenuh dengan tekanan perancangan 6 bar.
1.4. Manfaat Perancangan
Dengan adanya perancangan mengenai boiler untuk oven pengering dan
pengukus adononan pada industri kerupuk dapat diambil manfaatnya antara lain :
1.
Dapat memberikan manfaat secara teoritis dalam dunia industri
2.
Menerapkan ilmu teoritik yang didapatkan selama kegiatan kuliah.
3.
Memberikan informasi mengenai perancangan boiler yang di gunakan
untuk proses pengeringan dan penanakan adonan pada industri
kerupuk
4.
Meningkatkan wawasan dan pengetahuan bagi pembuat boiler dan
khususnya bagi para pengusaha kerupuk.
5.
Memberikan
masyarakat.
informasi
tentang
pemanfaatan
boiler
kepada
5
6.
Memanfaatkan perkembangan teknologi untuk efisiensi waktu dan
bahan bakar yang di gunakan pada proses produksi guna
meningkatkan kualitas hasil produksi.
7.
Dapat dijadikan bahan pertimbangan atau dikembangkan lebih lanjut
serta referensi terhadap penelitian sejenis.
1.5. Batasan Masalah
Permasalahan yang dibahas terbatas pada beberapa batasan masalah berikut
ini :
1.
Boiler yang dirancang adalah tipe Vertical fire tube boiler yang
menghasilkan uap jenuh pada suhu 100°C.
2.
Metode pembuatan kerupuk.
3.
Tidak menghitung biaya produksi
4.
Tidak menghitung kekuatan las pada setiap sambungan-sambungan
boiler
5.
Tidak menghitung ukuran ruang bakar.
6.
Pengaruh uap terhadap kualitas kerupuk.
7.
Tidak menghitung dimensi oven pengering.
8.
Tidak menghitung dimensi tungku pengukus adonan kerupuk.