DASAR TEORI PEMIPAAN PADA STEAM
Steam telah mengalami perjalanan jauh dari mulai hubungan tradisionalnya dengan
lokomotif dan Revolusi Industri. Sampai kini steam merupakan bagian penting dan tidak
terpisahkan dari teknologi modern. Tanpa steam, maka industri makanan kita, tekstil, bahan
kimia, bahan kedokteran, daya, pemanasan dan transportasi tidak akan ada atau muncul
seperti sekarang ini. Steam memberikan suatu cara pemindahan sejumlah energi yang
terkendali dari suatu pusat, ruang boiler yang otomatis, dimana energi dapat dihasilkan secara
efisien dan ekonomis, sampai ke titik penggunaan. Steam yang bergerak mengelilingi pabrik
dianggap sama dengan transportasi dan penyediaan energi. Untuk beberapa alasan, steam
merupakan komoditas yang paling banyak digunakan untuk membawa energi panas.
Penggunaannya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari produksi daya
mekanis sampai penggunaan proses dan pema nasan ruangan. Alasan dari penggunaan steam
adalah:
Steam efisien dan ekonomis untuk dihasilkan
Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik penggunaan
Steam mudah dikendalikan
Energinya mudah ditransfer ke proses
Plant steam yang modern mudah untuk dikendalikan
Steam bersifat fleksibel
Suatu pemahaman yang lebih baik terhadap sifat-sifat steam dapat tercapai dengan memahami
struktur molekul dan atom materi secara umum dan menerapkan pengetahuan ini terhadap es,
air dan steam. Sebuah molekul merupakan jumlah terkecil unsur atau senyawa suatu bahan
yang masih memiliki semua sifat-sifat kimia bahan tersebut. Molekul-molekul bahkan dapat
tersusun dari partikel-patikel yang lebih kecil yang disebut atom, yang merupakan elemen dasar
seperti hidrogen dan oksigen. Kombinasi spesifik unsur- unsur atom tersebut membentuk
senyawa. Salah satu senyawa tersebut dinyatakan dengan rumus kimia H2O, yang memiliki
molekul yang tersusun dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Air jumlanya sangat
melimpah di muka bumi adalah karena hidrogen dan oksigen merupakan unsur yang paling
melimpah di jagat raya ini. Karbon merupakan unsur lain yang juga cukup signifikan, dan
merupakan unsur kunci seluruh bahan organik. Hampir seluruh unsur mineral dapat berada
pada tiga keadaan fisiknya (padat, cair dan uap), yang merupakan fasenya. Dalam hal H2O,
istilah es, air dan steam digunakan untuk menunjukan ketiga fase masing-masing. Struktur
molekul es, air, dan steam masih belum sepenuhnya dimengerti, namun alangkah baiknya
untuk mempertimbangkan molekul sebagai sesuatu yang terikat bersama-sama oleh muatan
listrik (mengacu ke ikatan hidrogen). Derajat eksitasi molekul menentukan keadaan fisik (atau
fase) suatu bahan.
1. Contoh soal menghitung friksi pada pipa
Jawab :
Air mengalir dari sebuah reservoir ke sistem fluida seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Bila air
keluar dari sistem pipa dengan debit keluaran sebesar 1,20 ft3 /s hitung energi total (head loss) yang
hilang akibat katup (valve), belokan (elbow), pipa masuk (pipe entrance) dan gesekan pada pipa.
Menentukan luas penampang pipa :
d2=3 in
A2=7 ,069 in2
Konversi satuan
Data yang diketahui ;
Menghitung velocity head :
d2=3 in
A2=7 ,069 in2 [645 ,2 mm2
in2 ]¿4561 mm2=4 ,561x 10−3m2
Q=1 ,20ft 3
s [m3
s
35 ,3ft3
s]
=0 ,034m3
s
z1=25 ft [ m3 ,281 ft ]=7 ,62 m
V 1=0 hA=0 hR=0 z2=0 p1=po p2=po
z1=7 ,62 m A2=4 ,561 x10−3m2 Q=0 ,034m3
3
V 2=QA2
=0 ,034
4 ,561x 10−3=7 ,455
ms
V 22
2g=
7 ,4552
2( 9,8)=2 ,836 m
p1
γ+ z1+
V 12
2 g+hA−hR−hL=
p2
γ+z2+
V 22
2g→ hL=z1−
V 22
2 g
3. boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai
terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian
digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna
dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai
menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga
yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan
peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri
dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan
menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.
Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam
mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui
sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur
menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar
adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk
menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan
bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang
disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air
umpan adalah:
(1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan
(2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang
boiler dan plan proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi,
digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah
panas pada gas buang
hL=7 ,62−2 ,836=4 ,784 m
a. Paket Boiler
Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat
dikirim ke pabrik,
hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik
untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan
rancangan fire tube dengan
transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi. Ciri -ciri dari packaged boilers
adalah:
• Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan
penguapan yang lebih cepat Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya
memiliki perpindahan panas konvektif yang baik.
• Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.
• Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.
4. contoh soal penurunan tekanan
Jawab:
Contoh 5.1 :
Gas nitrogen pada tekanan 0,101 Mpa dialirkan kedalam “smooth straight circular pipe” dengan
ID 0.0254 m. Suhu dinding pipa rata-rata 155 K, sementara suhu bulk nitrogen 145 K pada laju
alir 0.1 kg/s. Hitung:
a. Koef heat transfer (h)
Tb
b. Laju heat transfer ke gas Nitrogen per satuan luas
c. Drop pressure per satuan panjang pipa
Solusi :
Properti gas nitrogen ditentukan dari suhu rata-rata film yaitu :
0.5 (Tw + Tb) = 0.5(155 + 145) = 150 K
Dari Lampiran (Appendix hal 566) didapat :
= 10.08 x 10-6 Pa.dt ; Cp= 1.047 kJ/kg K ; k= 13.77 x 10-3 W/m K ; = 2.289 kg/m3
Pr = Cp./k = (1.047x103)(10.08x10-6)/913.77x10-3) = 0.766
Untuk menentukan apakah pola aliran laminer/turbulent maka dihitung bilangan Reynoldnya:
Re = DeG/ = De.m/(A.) = (0.0245)(197.3)/(10.08 x 10-6) = 4.97x105
Karena aliran yg didapat adalah turbulen, maka dari Tabel 5.1, harga h dihitung menggunakan
persamaan:
h = (0.023)Cp.G.Re-0,2.Pr-2/3 = 0.4118 kJ/m2 dt K
Laju Perpindahan kalor persatuan luas:
Q/A = h(Tw - Tb) = 0.4118(155 – 145) = 4.118 kJ/m2
Drop pressure per satuan panjang pipa berdasarkan Tabel 5.1 menggunakan persamaan:
p/L = 0.092.G2/(Re0,2.gcDe)
= 0.092(197.3)2/(4.97x105)0,2(1)(0.0254)(2.289) = 4470 Pa/m
Tw
Gas Nitrogen
Tabel 5.1 Hubungan antara perpindahan kalor empiris dengan pressure drop pada
HE tabung konsentrik dan extended surface.
Saturated Steam Table
Steam Table
• Tabel uap terbagi atas dua bagian, yakni: tabel
uap jenuh (saturated steam) dan tabel uap lanjut
(superheated steam)
• Masing-masing tabel uap tersebut memuat
besaran-besaran berikut: tekanan (p),
temperatur (T), massa jenis (ρ), volume spesifik
(v), entalpi spesifik (h), entropi spesifik (s)
PERSYARATAN AIR UMPAN BOILER
Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang
penting.Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali.Dalam
suatu proses industri boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi.Oleh sebab itu adalah
penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan
dengan effisiensi dari boiler tersebut.
Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi
steam.Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya kandungan-
kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan
Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water).Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas
air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan boiler.Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air
sebagai garam karbonat, sulfat, bilkarbonat dan klorida.Berbeda dengan senyawa-senyawa
kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3,
CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, dll ; akan memiliki kalarutan yang makin kecil/redah
apabila suhu makin tinggi.Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang
harus segera diatasi.Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak(scalling) dan tentu saja akan
mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak
tersebut.Selain itu yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.
Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum
dibandingkan dengan untuk umpan boiler.Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang
ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh
manusia.Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral pada air minum
produksinya.Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler.Air minum
juga harus dijaga agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air
umpan boiler tidak perlu diberi desinfektan.
Adapun beberapa proses umum yang dilakukan untuk memperoleh air umpan boiler yang baik
adalah sebagai berikut:
Contoh kasus dalam pengolahan air untuk umpan boiler di PT.Krakakatu Tirta Industri adalah sebagai berikut:
Air yang diolah berasal dari PT. Krakakatu Tirta Industri yang masih berupa air baku atau air
industri. Air baku dari PT. Krakatau Tirta Industri pertama kali disaring dengan gravel filter yang
didalamnya terdapat unggun pasir kuarsa sebagai filter. Dalam gravel vilter terjadi pemisahan
secara fisika. Air dari garvel filter kemudian dialirkan ke kation exchanger. Ion-ion positif yang
terkandung dalam air akan diikat oleh resin-resin kation yang terdapat dalam ion exchanger.
Setelah itu air dilewatkan ke CO2 degasifier untuk menghilangkan gas gas yang terlarut dalam
air. Air dari CO2 degasifier diumpankan ke anion exchanger setelah itu dialirkan ke mix-bed
filter untuk mengikat ion-ion yang lolos dari kation dan anion exchanger kemudian air deionat
ditampung ditangki deionat. Air umpan boiler diolah dari air baku di WTP, sehingga air tersebut
dapat memenuhi syarat sebagai air umpan boiler.
Kualitas air umpan boiler adalah sebagai berikut:
Air Umpan Boiler
Kualitas air umpan boiler yang digunakan adalah sebagai berikut:
1.Tampak : Jernih dan tidak berwarna
2.Oksigen : 0.02 mg/liter
3.Kesadahan : Tak terdekteksi (sangat kecil)
4.Besi : 0.02 mg/liter
5.Karbondioksida : Sangat kecil
6.Daya hantar listrik pada 25oC : 0.2 mikroS/cm
7.Angka permanganat : 5
8.Minyak 0.5 mg/l
9.pH pada 250oC : 9
10.Silikat : 0.02 mg/l
ASME mengeluarkan beberapa kandungan mineral yang dapat menyebabkan scaling:
PENGOLAHAN AIR BERSIH MENJADI AIR UMPAN BOILER
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air
panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk
mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk
mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan
meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang
mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan
sangat baik. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar.
Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan
steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam
mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem
pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan
kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan
yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.
Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang
digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air
umpan. Dua sumber air umpan adalah:
(1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan
(2)Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan
plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer
untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.
Top Related