TUGAS AKHIR Perencanaan Ketel Uap Pipa Api Dengan Kapasitas 25 Ton/Jam Dengan Bahan Bakar Batubara.
TUGAS AKHIR
PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM
DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA
Tugas Akhir ini disusun
untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1
pada Jurusan Taknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
YUDHA CIPTANING RAHARJO
N I M : D 200 080 040
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2013
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN KAPASITAS
25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1
pada
jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Juni 2013
Yang menyatakan,
Yudha Ciptaning Raharjo
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN
KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”,
telah disetujui oleh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian
persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
:
YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim
:
D.200 080 040
Disetujui pada
Hari
: Rabu
Tanggal
: 26 Juli 2013
Pembimbing Utama,
Pembimbing Pendamping,
Ir. Sunardi Wiyono, MT
Ir. Tri Tjahjono, MT
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Ketel Uap Pipa Api dengan
Kapasitas 25 Ton/Jam dengan Bahan Bakar Batubara”, telah
dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
:
YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim
:
D200 080 040
Disetujui pada
Hari
: Rabu
Tanggal
: 26 Juli 2013
Tim penguji
:
Ketua
: Ir. Sunardi Wiyono, MT ...............................
Anggota 1
: Ir. Tri Tjahjono, MT
...............................
Anggota 2
: Ir. Subroto, MT
...............................
Dekan,
Ketua Jurusan,
Ir. Agus Riyanto, MT
Ir. Sartono Putro, MT
iv
v
MOTTO
Suatu pekerjaan yang berat akan nampak selalu berat jika kita
hanya mendesah, berdiri dan segera lakukan sedikit demi sedikit maka
kamu akan merasa betapa mudah pekerjaan itu.
Impian, cita-cita hanyalah angan-angan yang tidak pasti,
Jawablah dengan ketekunan dan kegigihan semua impian pasti tampak
nyata
vi
ANALISA PEMBAKARAN PADA KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN
BAHAN BAKAR BATUBARA
Yudha Ciptaning Raharjo, Sunardi Wiyono, Tri Tjahjono
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
ABSTRAKSI
Ketel uap pipa api adalah jenis ketel yang memiliki banyak pipapipa api yang dimana didalam pipa-pipa api tersebut dialiri gas panas dari
hasil proses pembakaran yang kalornya ditransfer ke pipa-pipa api yang
dikelilingi oleh air, kemudian air tersebut berubah menjadi uap bertekanan
yang nantinya akan digunakan untuk proses industri.
Sistem pembakaran pada ketel uap ini menggunakan silinder api
yang dilengkapi dengan chain grate, kegunaan dari chain grate itu sendiri
adalah untuk tempat pembakaran batubara, udara pembakaran didapat
dari blower yang berada disekitar chain grate, gas panas hasil
pembakaran batubara nantinya akan menuju lemari api lalu menuju pipapipa api, kemudian lemari asap seterusnya akan menuju ke cerobong, Air
isian yang digunakan meliputi tiga jenis sumber awal, yaitu air sungai, air
sumur, dan air PAM. Diperlukan adanya perlakuan terhadap air isian ketel
agar dapat menjaga kualitas air bebas dari kotoran dan endapan yang
dapat mengakibatkan kerak pada silinder api dan pipa api.
Dari hasil analisa perhitungan didapat kesimpulan untuk silinder api
diameter luar = 3,57 ft, diameter dalam = 3,50 ft, tebal plat = 0,033 ft,
panjang = 11,45 ft, bahan plat silinder api = Carbon Steel SA-285 Grade B
sedangkan untuk pipa api diameter luar = 0,198 ft, diameter dalam pipa
api = 0,172 ft, Tebal plat pipa api = 0,013 ft, panjang = 10,24 ft, bahan
pipa api = Seamless Carbon Steel SA-106 Grade B dan untuk drum ketel
diameter luar = 2,64 ft, diameter dalam = 12,40 ft, tebal dinding = 0,12 ft,
panjang drum ketel = 11,45 ft, Tebal asbes isolasi = 0,07 ft,, bahan plat
drum ketel = Carbon Steel SA-285 Grade A.
Kata Kunci : Pembakaran, Air isian dan Batubara
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, mari kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul ” PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM BAHAN BAKAR BATUBARA”, dapat
terselesaikan atas dukungan dari pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa
terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada.
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT, selaku Dosen pembimbing utama
yang
telah
banyak
memberikan
ilmu
dan
arahan
serta
bimbingannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT, selaku Dosen Pembimbing pendamping
terima kasih atas waktu, pengarahan, saran, dan dorongan dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh
Dosen
Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta, terima kasih untuk ilmu yang telah diajarkan selama
berada dibangku kuliah.
6. Ayah dan Ibu tercinta yang telah banyak memberikan dorongan
baik moral, material dan do’a. Semoga ini menjadi awal langkah
sukses ananda.
7. Kakak dan adikku tercinta yang telah memberikan dukungannya
demi terselesaikannya tugas akhir ini.
viii
8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2008 yang telah membantu
informasi – informasi untuk tugas akhir ini.
9. Trivani Meintasari Karsono yang telah membantu menyelesaikan
tugas akhir ini.
10. Teman-teman kos yang telah memberi
dukungannya demi
terselesaikanya tugas akhir ini.
Menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
diterima dengan senang hati.
Wasalammu’alaikum,Wr.Wb
Surakarta, Juni 2013
Yudha Ciptaning Raharjo
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
iii
HALAMAN PENGESAHAN
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
v
HALAMAN MOTO.
vi
ABSTRAKSI
vii
KATA PENGANTAR
viii
DAFTAR ISI
x
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR TABEL
xvi
DAFTAR SIMBOL
xvii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Pengertian Umum Ketel Uap
1
1.2. Klasifikasi Ketel Uap
2
1.3. Jenis-jenis Ketel Uap
5
1.3.1 Ketel uap Pipa Api
5
1.3.2 Ketel uap Pipa Air
7
1.4. Pembatasan Masalah
9
1.5. Tujuan Penulisan
9
1.6. Sistematika Penulisan
9
BAB II TEORI DASAR
2.1. Perpindahan Kalor pada Ketel Uap
11
2.1.1 Perpindahan Kalor Secara Radiasi
11
2.1.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi
12
2.1.3 Perpindahan Kalor Secara Konduksi
13
2.2. Proses Terbentuknya Uap
x
15
BAB III AIR ISIAN KETEL
3.1. Pengertian Air Isian Ketel
16
3.2. Perlakuan Terhadap Air Isian Ketel
18
3.2.1. Pencegahan Terhadap Buih
18
3.2.2. Pencegahan Terhadap Korosi
19
3.2.3. Pencegahan Pembentukan Kerak dan Lumpur
19
3.1. Spesifikasi Air Isian Ketel
23
BAB IV BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN
4.1. Bahan Bakar
25
4.2. Proses Pembakaran
26
4.3. Nilai Kalor Pembakaran Bahan Bakar
27
4.4. Kebutuhan Bahan Bakar
28
4.5. Kebutuhan Udara Pembakaran
28
4.6. Kapasitas Gas Asap Hasil Pembakaran
31
4.7. Temperatur Pembakaran
33
BAB V KONSTRUKSI KETEL UAP
5.1. Silinder Api
35
5.1.1. Perhitungan Silinder Api
35
5.1.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Silinder Api 42
5.1.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Silinder Api
5.2. Pipa-pipa Api
44
45
5.2.1. Perhitungan Pipa Api
45
5.2.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Pipa Api
51
5.2.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Api
53
5.3. Drum Ketel
53
5.3.1. Perhitungan Diameter Drum Ketel
53
5.3.2. Perhitungan Tebal Dinding Drum Ketel
57
5.4. Perhitungan Tube Plate
59
5.5. Perhitungan Batang Tunjang
60
xi
5.6. Perhitungan Pipa Tunjang
62
5.6.1. Tinjauan Daerah Luasan I
63
5.6.2. Tinjauan Daerah Luasan II
64
5.6.3. Tinjauan Daerah Luasan III
66
5.7. Perhitungan Lemari Api
69
5.8. Perhitungan Lemari Asap
71
5.9. Perhitungan Cerobong
74
5.10.Konstruksi Pengelasan
79
5.11.Perhitungan Penyangga Ketel
82
5.12.1. Perhitungan Berat Ketel
83
5.12.2. Perhitungan Berat Perlengkapan
91
BAB VI KESETIMBANGAN KALOR DAN EFISIENSI KETEL
6.1. Kesetimbangan Kalor
96
6.1.1. Perhitungan Kerugian Kalor
96
6.1.1.1. Konduktifitas Perpindahan
Kalor Konduksi
96
6.1.1.2. Kerugian Kalor Radiasi
99
6.1.1.3. Pemeriksaan Kesetimbangan Kalor
99
6.2. Efisiensi Ketel Uap
101
6.2.1. Kerugian kalor yang terbawa gas asap
melalui cerobong
101
6.2.2. Kerugian kalor karena terbentuknya uap air
yang disebabkan adanya H2 dalam bahan bakar 102
6.2.3. Kerugian kalor karena adanya uap air
dalam udara
102
6.2.4. Kerugian kalor karena radiasi dan
kehilangan yang tidak terhitung lainnya
103
BAB VII PERLENGKAPAN DAN ALAT BANTU KETEL
7.1. Perlengkapan Ketel
104
7.1.1. Pompa
104
xii
7.2. Alat Bantu Ketel
105
7.2.1. Lubang Orang (Man Hole)
106
7.2.2. Safety Valve (katup Pengaman)
107
7.2.3. Gelas penduga
107
7.2.4. Regulator Feed Water Valve
108
7.2.5. Katup Penutup Uap Induk
109
7.2.6. Blow Down Valve (Katup Penguras)
109
7.2.7. Sight Glass (kaca pengintai)
110
7.2.8. Manometer
110
7.2.9. Blower
111
7.2.10. Termometer
112
7.2.11. Electrical Panel Board
112
BAB VIII PENUTUP
8.1. Kesimpulan
114
8.2. Saran
155
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Ketel Uap Pipa Api
5
Gambar 2
Boiler Scocth
6
Gambar 3
Boiler Lokomotif
6
Gambar 4
Ketel Uap Pipa Air
7
Gambar 5
Boiler Babcock & Wilcox
8
Gambar 6
Boiler Benson
8
Gambar 7
Perpindahan Kalor Secara Radiasi
11
Gambar 8
Perpindahan Kalor Secara Konveksi
12
Gambar 9
Perpindahan Kalor Secara Konduksi
14
Gambar 10
Proses Terbentuknya Uap
15
Gambar 11
Profil Silinder
35
Gambar 12
Penampang Silinder Api
41
Gambar 13
Penampang Las sistem”Double V-butt Weld”
58
Gambar 14
Penampang Pipa Tunjang
68
Gambar 15
Jenis Sambungan Las Double bevel butt
79
Gambar 16
Jenis Sambungan Las Double V-butt
79
Gambar 17
Sambungan Las pada Silinder Api dan Drum
80
Gambar 18
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Dinding Ketel
Gambar 19
80
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Pipa Api
Gambar 20
81
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang
Gambar 21
81
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang
82
Gambar 22
Kontruksi Penyangga Ketel
82
Gambar 23
Ilustrasi Perpindahan Kalor pada Dinding Ketel
96
Gambar 24
Safety Valve
107
Gambar 25
Gelas Penduga
108
xiv
Gambar 26
Regulator Feed Water Level Control
109
Gambar 27 Blow Down Valve
110
Gambar 28 Manometer
111
Gambar 29 Blower
111
Gambar 30 Electrical Panel Board
112
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1
Tabel kadar zat terlarut yang diperbolehkan
18
Tabel 2
Tabel komposisi bahan bakar
26
Tabel 3
Tabel keterangan Electrical Panel Board
113
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Q
= kalor yang dipindahkan
Btu/hr
k
= koefisien panas konduksi
Btu/ft hr0F
A
= luas permukaan
ft2
T
= temperatur
0F
x
= tebal dinding
ft
r
= radius
ft
L
= panjang silinder
ft
U
= konduktansi panas
Btu/ft2 hr0F
= 3,14
Re
= angka Reynolds
v
= viscositas kinematik
[ℓbm/ft hr]
= koefisien kontak bidang
ℓb/ft s
= rapat massa fluida
ℓb/ft2
Nu
= angka Nusselt
Pr
= angka Prandtl
h
= koefisien konveksi kalor
Btu/ft2 hr0F
hf
= entalpi air isian
[Btu/ℓb]
hg
= entalpi uap jenuh
[Btu/ℓb]
= konstanta Stepan Boltzmann
Btu/ft2 hr0F
H
= heat
Btu/hr
= efisiensi
p
= tekanan
psi
V
= volume
[ft3]
D, d
= diameter
ft
Pf
= kerugian tekanan
[in gas]
f
= faktor gesekan
xvii
PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM
DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA
Tugas Akhir ini disusun
untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat sarjana S1
pada Jurusan Taknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
YUDHA CIPTANING RAHARJO
N I M : D 200 080 040
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2013
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN KAPASITAS
25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1
pada
jurusan
Teknik
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau
pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Juni 2013
Yang menyatakan,
Yudha Ciptaning Raharjo
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API DENGAN
KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN BAHAN BAKAR BATUBARA”,
telah disetujui oleh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagian
persyaratan memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
:
YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim
:
D.200 080 040
Disetujui pada
Hari
: Rabu
Tanggal
: 26 Juli 2013
Pembimbing Utama,
Pembimbing Pendamping,
Ir. Sunardi Wiyono, MT
Ir. Tri Tjahjono, MT
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Ketel Uap Pipa Api dengan
Kapasitas 25 Ton/Jam dengan Bahan Bakar Batubara”, telah
dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama
:
YUDHA CIPTANING RAHARJO
Nim
:
D200 080 040
Disetujui pada
Hari
: Rabu
Tanggal
: 26 Juli 2013
Tim penguji
:
Ketua
: Ir. Sunardi Wiyono, MT ...............................
Anggota 1
: Ir. Tri Tjahjono, MT
...............................
Anggota 2
: Ir. Subroto, MT
...............................
Dekan,
Ketua Jurusan,
Ir. Agus Riyanto, MT
Ir. Sartono Putro, MT
iv
v
MOTTO
Suatu pekerjaan yang berat akan nampak selalu berat jika kita
hanya mendesah, berdiri dan segera lakukan sedikit demi sedikit maka
kamu akan merasa betapa mudah pekerjaan itu.
Impian, cita-cita hanyalah angan-angan yang tidak pasti,
Jawablah dengan ketekunan dan kegigihan semua impian pasti tampak
nyata
vi
ANALISA PEMBAKARAN PADA KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM DENGAN
BAHAN BAKAR BATUBARA
Yudha Ciptaning Raharjo, Sunardi Wiyono, Tri Tjahjono
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
ABSTRAKSI
Ketel uap pipa api adalah jenis ketel yang memiliki banyak pipapipa api yang dimana didalam pipa-pipa api tersebut dialiri gas panas dari
hasil proses pembakaran yang kalornya ditransfer ke pipa-pipa api yang
dikelilingi oleh air, kemudian air tersebut berubah menjadi uap bertekanan
yang nantinya akan digunakan untuk proses industri.
Sistem pembakaran pada ketel uap ini menggunakan silinder api
yang dilengkapi dengan chain grate, kegunaan dari chain grate itu sendiri
adalah untuk tempat pembakaran batubara, udara pembakaran didapat
dari blower yang berada disekitar chain grate, gas panas hasil
pembakaran batubara nantinya akan menuju lemari api lalu menuju pipapipa api, kemudian lemari asap seterusnya akan menuju ke cerobong, Air
isian yang digunakan meliputi tiga jenis sumber awal, yaitu air sungai, air
sumur, dan air PAM. Diperlukan adanya perlakuan terhadap air isian ketel
agar dapat menjaga kualitas air bebas dari kotoran dan endapan yang
dapat mengakibatkan kerak pada silinder api dan pipa api.
Dari hasil analisa perhitungan didapat kesimpulan untuk silinder api
diameter luar = 3,57 ft, diameter dalam = 3,50 ft, tebal plat = 0,033 ft,
panjang = 11,45 ft, bahan plat silinder api = Carbon Steel SA-285 Grade B
sedangkan untuk pipa api diameter luar = 0,198 ft, diameter dalam pipa
api = 0,172 ft, Tebal plat pipa api = 0,013 ft, panjang = 10,24 ft, bahan
pipa api = Seamless Carbon Steel SA-106 Grade B dan untuk drum ketel
diameter luar = 2,64 ft, diameter dalam = 12,40 ft, tebal dinding = 0,12 ft,
panjang drum ketel = 11,45 ft, Tebal asbes isolasi = 0,07 ft,, bahan plat
drum ketel = Carbon Steel SA-285 Grade A.
Kata Kunci : Pembakaran, Air isian dan Batubara
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, mari kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul ” PERENCANAAN KETEL UAP PIPA API
DENGAN KAPASITAS 25 TON/JAM BAHAN BAKAR BATUBARA”, dapat
terselesaikan atas dukungan dari pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa
terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada.
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT, selaku Dosen pembimbing utama
yang
telah
banyak
memberikan
ilmu
dan
arahan
serta
bimbingannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT, selaku Dosen Pembimbing pendamping
terima kasih atas waktu, pengarahan, saran, dan dorongan dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh
Dosen
Teknik
Mesin
Universitas
Muhammadiyah
Surakarta, terima kasih untuk ilmu yang telah diajarkan selama
berada dibangku kuliah.
6. Ayah dan Ibu tercinta yang telah banyak memberikan dorongan
baik moral, material dan do’a. Semoga ini menjadi awal langkah
sukses ananda.
7. Kakak dan adikku tercinta yang telah memberikan dukungannya
demi terselesaikannya tugas akhir ini.
viii
8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2008 yang telah membantu
informasi – informasi untuk tugas akhir ini.
9. Trivani Meintasari Karsono yang telah membantu menyelesaikan
tugas akhir ini.
10. Teman-teman kos yang telah memberi
dukungannya demi
terselesaikanya tugas akhir ini.
Menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
diterima dengan senang hati.
Wasalammu’alaikum,Wr.Wb
Surakarta, Juni 2013
Yudha Ciptaning Raharjo
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
iii
HALAMAN PENGESAHAN
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
v
HALAMAN MOTO.
vi
ABSTRAKSI
vii
KATA PENGANTAR
viii
DAFTAR ISI
x
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR TABEL
xvi
DAFTAR SIMBOL
xvii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Pengertian Umum Ketel Uap
1
1.2. Klasifikasi Ketel Uap
2
1.3. Jenis-jenis Ketel Uap
5
1.3.1 Ketel uap Pipa Api
5
1.3.2 Ketel uap Pipa Air
7
1.4. Pembatasan Masalah
9
1.5. Tujuan Penulisan
9
1.6. Sistematika Penulisan
9
BAB II TEORI DASAR
2.1. Perpindahan Kalor pada Ketel Uap
11
2.1.1 Perpindahan Kalor Secara Radiasi
11
2.1.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi
12
2.1.3 Perpindahan Kalor Secara Konduksi
13
2.2. Proses Terbentuknya Uap
x
15
BAB III AIR ISIAN KETEL
3.1. Pengertian Air Isian Ketel
16
3.2. Perlakuan Terhadap Air Isian Ketel
18
3.2.1. Pencegahan Terhadap Buih
18
3.2.2. Pencegahan Terhadap Korosi
19
3.2.3. Pencegahan Pembentukan Kerak dan Lumpur
19
3.1. Spesifikasi Air Isian Ketel
23
BAB IV BAHAN BAKAR DAN PROSES PEMBAKARAN
4.1. Bahan Bakar
25
4.2. Proses Pembakaran
26
4.3. Nilai Kalor Pembakaran Bahan Bakar
27
4.4. Kebutuhan Bahan Bakar
28
4.5. Kebutuhan Udara Pembakaran
28
4.6. Kapasitas Gas Asap Hasil Pembakaran
31
4.7. Temperatur Pembakaran
33
BAB V KONSTRUKSI KETEL UAP
5.1. Silinder Api
35
5.1.1. Perhitungan Silinder Api
35
5.1.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Silinder Api 42
5.1.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Silinder Api
5.2. Pipa-pipa Api
44
45
5.2.1. Perhitungan Pipa Api
45
5.2.2. Kerugian Tekanan Gas Asap dalam Pipa Api
51
5.2.3. Pengecekan Kekuatan Tebal Plat Api
53
5.3. Drum Ketel
53
5.3.1. Perhitungan Diameter Drum Ketel
53
5.3.2. Perhitungan Tebal Dinding Drum Ketel
57
5.4. Perhitungan Tube Plate
59
5.5. Perhitungan Batang Tunjang
60
xi
5.6. Perhitungan Pipa Tunjang
62
5.6.1. Tinjauan Daerah Luasan I
63
5.6.2. Tinjauan Daerah Luasan II
64
5.6.3. Tinjauan Daerah Luasan III
66
5.7. Perhitungan Lemari Api
69
5.8. Perhitungan Lemari Asap
71
5.9. Perhitungan Cerobong
74
5.10.Konstruksi Pengelasan
79
5.11.Perhitungan Penyangga Ketel
82
5.12.1. Perhitungan Berat Ketel
83
5.12.2. Perhitungan Berat Perlengkapan
91
BAB VI KESETIMBANGAN KALOR DAN EFISIENSI KETEL
6.1. Kesetimbangan Kalor
96
6.1.1. Perhitungan Kerugian Kalor
96
6.1.1.1. Konduktifitas Perpindahan
Kalor Konduksi
96
6.1.1.2. Kerugian Kalor Radiasi
99
6.1.1.3. Pemeriksaan Kesetimbangan Kalor
99
6.2. Efisiensi Ketel Uap
101
6.2.1. Kerugian kalor yang terbawa gas asap
melalui cerobong
101
6.2.2. Kerugian kalor karena terbentuknya uap air
yang disebabkan adanya H2 dalam bahan bakar 102
6.2.3. Kerugian kalor karena adanya uap air
dalam udara
102
6.2.4. Kerugian kalor karena radiasi dan
kehilangan yang tidak terhitung lainnya
103
BAB VII PERLENGKAPAN DAN ALAT BANTU KETEL
7.1. Perlengkapan Ketel
104
7.1.1. Pompa
104
xii
7.2. Alat Bantu Ketel
105
7.2.1. Lubang Orang (Man Hole)
106
7.2.2. Safety Valve (katup Pengaman)
107
7.2.3. Gelas penduga
107
7.2.4. Regulator Feed Water Valve
108
7.2.5. Katup Penutup Uap Induk
109
7.2.6. Blow Down Valve (Katup Penguras)
109
7.2.7. Sight Glass (kaca pengintai)
110
7.2.8. Manometer
110
7.2.9. Blower
111
7.2.10. Termometer
112
7.2.11. Electrical Panel Board
112
BAB VIII PENUTUP
8.1. Kesimpulan
114
8.2. Saran
155
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Ketel Uap Pipa Api
5
Gambar 2
Boiler Scocth
6
Gambar 3
Boiler Lokomotif
6
Gambar 4
Ketel Uap Pipa Air
7
Gambar 5
Boiler Babcock & Wilcox
8
Gambar 6
Boiler Benson
8
Gambar 7
Perpindahan Kalor Secara Radiasi
11
Gambar 8
Perpindahan Kalor Secara Konveksi
12
Gambar 9
Perpindahan Kalor Secara Konduksi
14
Gambar 10
Proses Terbentuknya Uap
15
Gambar 11
Profil Silinder
35
Gambar 12
Penampang Silinder Api
41
Gambar 13
Penampang Las sistem”Double V-butt Weld”
58
Gambar 14
Penampang Pipa Tunjang
68
Gambar 15
Jenis Sambungan Las Double bevel butt
79
Gambar 16
Jenis Sambungan Las Double V-butt
79
Gambar 17
Sambungan Las pada Silinder Api dan Drum
80
Gambar 18
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Dinding Ketel
Gambar 19
80
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Pipa Api
Gambar 20
81
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang
Gambar 21
81
Sambungan Las antara Tube Plate dengan
Batang Tunjang
82
Gambar 22
Kontruksi Penyangga Ketel
82
Gambar 23
Ilustrasi Perpindahan Kalor pada Dinding Ketel
96
Gambar 24
Safety Valve
107
Gambar 25
Gelas Penduga
108
xiv
Gambar 26
Regulator Feed Water Level Control
109
Gambar 27 Blow Down Valve
110
Gambar 28 Manometer
111
Gambar 29 Blower
111
Gambar 30 Electrical Panel Board
112
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1
Tabel kadar zat terlarut yang diperbolehkan
18
Tabel 2
Tabel komposisi bahan bakar
26
Tabel 3
Tabel keterangan Electrical Panel Board
113
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Q
= kalor yang dipindahkan
Btu/hr
k
= koefisien panas konduksi
Btu/ft hr0F
A
= luas permukaan
ft2
T
= temperatur
0F
x
= tebal dinding
ft
r
= radius
ft
L
= panjang silinder
ft
U
= konduktansi panas
Btu/ft2 hr0F
= 3,14
Re
= angka Reynolds
v
= viscositas kinematik
[ℓbm/ft hr]
= koefisien kontak bidang
ℓb/ft s
= rapat massa fluida
ℓb/ft2
Nu
= angka Nusselt
Pr
= angka Prandtl
h
= koefisien konveksi kalor
Btu/ft2 hr0F
hf
= entalpi air isian
[Btu/ℓb]
hg
= entalpi uap jenuh
[Btu/ℓb]
= konstanta Stepan Boltzmann
Btu/ft2 hr0F
H
= heat
Btu/hr
= efisiensi
p
= tekanan
psi
V
= volume
[ft3]
D, d
= diameter
ft
Pf
= kerugian tekanan
[in gas]
f
= faktor gesekan
xvii