4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Boiler Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang mentransfer energi-energi kimia atau energi otomis menjadi kerja / usaha (Muin : 28). Boiler atauketel uap adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar, (Yohana dan Askhabul 2009 : 13). Boiler mengubah energi- energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonfersikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari 2 komponen utama, yaitu: 1. Dapur sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas. 2. Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas)menjadi energi potensial uap (energi panas). Boiler pada dasarnya terdiri dari bumbungan (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnya, dan dalam perkembangannya dilengkapi dalam pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang masing-masing (Muin 1988 : 8). Boiler berguna untuk menghasilkan uap yang akan digunakan untuk memasak (merebus) bubur kedelai. Tujuan perebusan adalah untuk mendenaturasi protein dari kedelai sehingga protein mudah terkoagulasi saat penambahan asam. Pada perancangan boiler ini akan dirancang boiler yang cocok untuk industry tahu. Yakni boiler bertipe pipa api.
33
Embed
BAB II TINJAUAN PUSTAKA - eprints.umm.ac.ideprints.umm.ac.id/41055/3/BAB II .pdf · BAB II TINJAUAN PUSTAKA . ... pada saat sistem bekerja pada 25% sampai dengan 75% dari rentang
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Boiler
Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang mentransfer
energi-energi kimia atau energi otomis menjadi kerja / usaha (Muin : 28). Boiler
atauketel uap adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk
menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air
dengan bahan bakar, (Yohana dan Askhabul 2009 : 13). Boiler mengubah energi-
energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler
dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber
pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Boiler berfungsi
sebagai pesawat konversi energi yang mengkonfersikan energi kimia (potensial)
dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari 2 komponen utama, yaitu:
1. Dapur sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas.
2. Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran (energi
panas)menjadi energi potensial uap (energi panas).
Boiler pada dasarnya terdiri dari bumbungan (drum) yang tertutup pada ujung
pangkalnya, dan dalam perkembangannya dilengkapi dalam pipa api maupun pipa
air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang
masing-masing (Muin 1988 : 8). Boiler berguna untuk menghasilkan uap yang akan
digunakan untuk memasak (merebus) bubur kedelai. Tujuan perebusan adalah
untuk mendenaturasi protein dari kedelai sehingga protein mudah terkoagulasi saat
penambahan asam.
Pada perancangan boiler ini akan dirancang boiler yang cocok untuk industry
tahu. Yakni boiler bertipe pipa api.
5
2.2 Uap Atau Steam
Uap air adalah sejenis fluida yang merupakan face gas dari air, bila mengalami
pemanasan sampai temperatur didih dibawah tekanan tertentu. Uap air tidak
berwarna, bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering. Uap air dipakai
pertama sekali sebagai fluida kerja adalah oleh James Watt yang terkenal sebagai
penemu Mesin Uap Torak.
Uap air tidak mengikuti hukum-hukum gas sempurna, sampai dia benar-benar
kering (kadar uap 100%). Bila uap adi kering dipanaskan lebih lanjut maka dia
menjadi uap adi panas (panas lanjut) dan selanjutnya dapat dianggap sebagai gas
sempurna. Uap air terbentuk dalam 3 jenis, yaitu :
1. Uap saturasi basah
2. Uap saturasi kering
3. Uap adi panas (muin,1988 : 109)
Uap yang digunakan untuk pemasakan bubur kedelai padapada perancangan
ketel industri tahu ialah uap saturasi kering,akan tetapi lebih efisien lagi jika dalam
pemasakan kedelai menggunakan uap adi panas. Maka dari itu perlu merancang
ketel dengan efisiensi yang tinggi agar menunjang dalam proses produksi tahu.
Ketel yang akan dirancang ialah ketel pipa api karena mempunyai efektivitas dan
efisiensi produksi uap yang tinggi.
2.3 Pemanasan Sistem Uap Pada Produksi Tahu
Tahu merupakan salah satu makanan tradisional yang populer. Bahan makanan
ini diolah dari kacang kedelai. Pada proses pembuatan tahu ini bahan bakunya yaitu
kacang kedelai, air, garam, dan bumbu yang lainnya. Proses pembuatan tahu
umumnya terdiri dari beberapa tahap yaitu :
1. Perendaman
2. Pencucian kedelai
3. Penggilingan
6
4. Perebusan/pemasakan
5. Penyaringan
6. Pengendapan dan penambahan bumbu
7. Pencetakan dan pengepresan
Proses perebusan bubur kedelai pada industri tahu umumnya masih dilakukan
dengan alat konfensional. Proses perebusan dilakukan yaitu dengan menggunakan
dandang yang dipanaskan diatas api dengan bahan bakar kayu. Proses perebusan
kedelai juga dapat dilakukan dengan menggunakan pemanasan sistem uap. Proses
perebusan ini dilakukan disebuah bak berbentuk bundar yang dibuat dari semen
atau dari logam yang dibagian bawahnya terdapat pemanas uap.
Uap panas berasal dari ketel uap atau boiler yang dialirkan melalui pipa besi.
Bahan bakar yang digunakan sebagai sumber panas adalah kayu bakar. Tujuan
perebusan adalah untuk mendenaturasi protein dari kedelai sehingga protein mudah
terkoagulasi saat penambahan bumbu. Titik akhir perebusan ditandai dengan
timbulnya gelembung-gelembung panas dan mengentalnya larutan/bubur kedelai
(purba,2017).
Pada perancangan boiler pipa api yang akan dirancang untuk industri tahu ini
, sistem pemanasan uapnya sama dengan pabrik tahu pada umumnya. Akan tetapi
yang membedakan ialah pemakaian bahan bakar. Pada industri umumnya
menggunakan bahan bakar kayu, dengan kelangkaan kayu saat ini maka
perancangan ini menggunakan bahan bakar alternative yakni bahan bakar pirolisis
sampah plastik
2.4 Bahan Bakar Cair
Bahan bakar cair berasal dari minyak bumi. Minyak bumi didapat dari dalam
tanah dengan jalan mengebornya di ladang-ladang minyak, dan memompanya
sampai ke atas permukaan bumi, untuk selanjutnya diolah lebih lanjut menjadi
berbagai jenis minyak bakar.
7
Umumnya dari minyak bumi (crude oil), dapat dipisah-pisahkan beberapa
macam bahan bakar cair, antara lain berbagai jenis bensin, minyak tanah, kerosin,
berbagai minyak solar serta berbagai jenis minyak bakar untuk ketel uap.
Pemisahan-pemisahan menjadi beberapa jenis bahan bakar tersebut dilakukan
dengan jalan distilasi bertingkat, melalui berbagai tingkatan temperatur
(Djokosetyardjo, 1989).
2.4.1 Minyak Pirolisis Plastik
Penggunaan plastik didalam kehidupan masyarakat sangat luas.Hal ini karena
plastik memiliki banyak kelebihan dibandingkan bahan lainnya.Sebagian besar
plastik yang digunakan masyarakat merupakan jenis plastik polietilena.Ada dua
jenis polietilena, yaitu high density polyethylene (HDPE) danlow density
polyethylene (LDPE).HDPE banyak digunakan sebagai botol plastik minuman,
sedangkan LDPE untuk kantong plastik.Sehingga tidak mengherankan jikalau
limbah plastik sangat banyak dan sulit untuk ditanggulangi, sehingga diharapkan
limbah plastic ini dapat didaur ulang menjadi bahan yang lebih bermanfaat.
Salah satu perusahaan di Indonesia yaitu PT. Artha Teknindo – Artech
mengatakan bahwa limbah plastik dapat menjadi BBM.Dalam mengolah limbah
plastik menjadi BBM, limbah plastik tidak diperlukan perlakuan pre‐sortir dan tidak
pula diperlukan kondisi yang harus bersih dari kotoran seperti pasir, abu, kaca,
logam, tekstil, air, minyak bekas dll.Setiap satuan berat plastik, dapat
menghasilkan70% Minyak, 16% Gas, 6% Carbon Solid dan 8% Air. Adapun
karakteritik dari minyak plastic yaitu antara lain massa jenis 0,73 kg/L dengan nilai
kalor sebesar 10498 kJ/kg.Menurut penelitian Joko Santoso, 2010, masa jenis
minyak plastik dengan suhu reaktor pada antara 350 oC sampai 450 oC,
menghasilkan massa jenis rata-rata sebesar 0,74 kg/L, viskositas 0,51 m2/s dan nilai
kalor sebesar 43,33 MJ/kg (Irawan,2015). Maka dari itu minyak dari sampah plastik
ini digunakan untuk bahan bakar ketel sebagai bahan bakar alternative juga
berperan mengurangi sampah plastic yang menumpuk.
8
Oleh alasan yang terperinci diatas, pada perancangan ketel pipa api untuk
industry tahu ini akan menggunakan bahan bakar pirolisis dari sampah plastik guna
mengurangi sampah plastic yang menumpuk serta mengurangi polusi yang
diakibatkan oleh pembakaran langsung dari sampah plastik ini.
2.5 Instrumen Boiler Penunjang Perancangan
Adapun instrument penyusun ketel adalah sebagai berikut
1. Pressure Gauge
Pressure Gauge berfungsi sebagai alat untuk menunjukkan besarnya
tekanan uap di dalam boiler. Pada pemasangan manometer ini digunakan
pipa angsa (symphon pipe) untuk menghindari kesalahan pengukuran
karena tekanan dan temperatur tinggi langsung dihubungkan dengan
manometer.
Gambar 2.1 Pressure Gauge
Perlu diketahui juga berapa kisaran dari kerja suatu Pressure Gauge
hal tersebut diperlukan untuk mengetahui tekanan maksimum yang
diijinkan pada perancangan ini di mana sistem atau peralatan dirancang
untuk beroperasi dengan aman. Pressure gauge yang digunakan ialah
pressure gauge tipe analog dengan tekanan yang tinggi. Pemilihan rentang
ukur pressure gauge biasanya mengacu pada tekanan normal pada saat
sistem bekerja. Standar ASME B40.1 merekomendasikan tekanan normal
9
pada saat sistem bekerja pada 25% sampai dengan 75% dari rentang ukur
pressure gauge. Namun, jika tekanan yang akan diukur ternyata gampang
berubah, ada baiknya tidak melebihi 50% dari rentang ukur pressure gauge.
2. Thermometer
Thermometer berfungsi untuk mengukur temperatur yang
beroperasi di dalam boiler. Thermometer yang digunakan harus melebihi
temperatur maksimal yang digunakan, yaitu harus lebih dari 1500 0C.
Gambar 2.2 Thermometer
Thermometer yang dipakai pada perancangan ini ialah thermometer
tipe bimetal, yang sistem kerjanya menggunakan logam sebagai bahan
untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam yang
memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.
3. Water level gauge
Pada pengoperasian boiler sebagai peralatan utamanya harus ada
alat pengukur ketinggian air (water level gauge). Level air harus dijaga agar
tetap berada pada standar level air, untuk itu harus dapat mengetahui tentang
level air secara benar.
10
Gambar 2.3 Water Level Gauge
Jenis water level gauge yang digunakan pada perancangan ini yaitu
reflex glass dengan mengetahui level air dari tabung kaca.
4. Safety valve
Safety valve berfungsi sebagai pengaman yang akan bekerja bila
terdapat tekanan lebih pada ketel uap atau tekanan pada ketel uap melebihi
batas tekanan yang diijinkan.
Gambar 2.4 Safety Valve
Safety valve yang digunakan pada perancangan ini ialah safety
valve yang umum digunakan pada ketel yang mengacu pada standart
ASME.
11
5. Main steam valve
Katub ini berfungsi sebagai pembuka dan penutup jalur utama
steam yang akan digunakan untuk proses produksi tahu. Main steam valve
yang digunakan pada perancangan ketel ini ialah yang sudah tertera pada
standart ASME ketel uap.
6. Blowdown valve
Berfungsi untuk membuang air maupun kotoran yang ada di dalam
boiler. Air dalam boiler akan menjadi kondesat dan di dalamnya juga
terdapat padatan-padatan dan dapat menjadi kerak. Blowdown valve ini
juga digunakan untuk memasukkan air pengisian (purba,2017).
Gambar 2.5 Blowdown Valve.
Blowdown yang digunakan pada perancangan ini ialah blowdown
yang mempunyai standart ASME yang telah dikeluarkan dan dikembangkan
dipasaran.
7. Burner
Di dalam pembakaran dari bahan bakar cair, diperlukan suatu proses
penguapan atau proses atomisasi bahan bakar. hal ini diperlukan untuk
mendapatkan pencampuran yang baik dengan udara pembakaran. Minyak
12
bakar distilat bisa terbakar dengan api yang biru jika secara sempurna bahan
bakar ini diuapkan dan tercampur merata (homogenous) dengan udara
sebelum terbakar. Burner yang digunakan untuk membakar bahan bakar
dalam bentuk uap atau bentuk atom-atom (spray-doplet) sebelum terbakar
berbeda konstruksi dasarnya, yaitu vaporizing burner dan atomizing burner.
Gambar 2.6 Burner Bahan Bakar Cair.
Instrument diatas dipasang pada perancangan ketel pipa api pada industry
pembuatan tahu karena diperlukan untuk pengontrolan uap yang keluar dari dalam
ketel menuju bak pemasakan tahu. Instrument diatas juga berguna untuk
mengatasi human error pada pengoperasiannya, sehingga dapat terhindar dari
kecelakaan yang diakibatkan oleh boiler.
2.6 Klasifikasi Ketel Uap
Ketel Uap banyak sekali macamnya, dan perkembangannya dapat
mengikuti kemajuan teknologi masa kini. Dari sekian banyak macam ketel perlu
dikelompokkan menjadi beberapa bagian. sesuai kegunaannya, konstruksinya dan
lain-iain. Di bawah ini akan diuraikan pengelompokan tersebut secara garis besar:
Ketel dibuat untuk menghasilkan uap dengan jalan memanasi air yang
ada di dalamnya oleh gas panas hasil pembakaran bahan bakar. Ketel harus
bekerja seefisien mungkin; artinya harus dapat menghasilkan uap sebanyak-
banyaknya dengan pemakaian bahan bakar yang seminimal mungkin. Oleh
karena itu konstruksi ketel harus sedemikian sehingga panas dari bahan bakar
harus sebanyak-banyaknya dapat diserap oleh air ketel guna menghasilkan uap.
13
Untuk mencapai hal tersebut maka konstruksi ketel dibuat dari susunan pipa-
pipa yang memisahkan antara air dan gas-gas panas yang memanaskan air
tersebut.
2.6.1 Dilihat dari zat yang mengalir di dalam pipanya, ketel dibagi menjadi
tiga golongan yaitu :
1. Ketel-ketel lorong api dan ketel-ketel pipa api
Yaitu ketel-ketel api dan gas asap yang digunakan untuk memanasi air
dan uap, akan melalui silinder api, lorong-lorong api dan pipa-pipa ataupun
tabung-tabung api (fire cylinder, fire duct, fire pipes and fire tubes), yang
dibagian luarnya terdapat air atau uap.
Jenis ketel-ketel uap yang tergolong dalam ketel lorong api atau ketel
pipa api adlah ketel-ketel uap kecil serta sederhana, yang hanya mampu
memproduksi uap maksimum sebanyak 10 ton uap per jam, dengan tekanan
maksimum 24 kg/cm2. Jadi tergolong ketel-ketel untuk tekanan rendah.
Ketel-ketel ini merupakan awal dari pembuatan ketel-ketel
selanjutnya. Ketel-ketel ini umumnya mempunyai isi air yang cukup besar,
sehingga merupakan tangki.
Yang termasuk dalam golongan ini ialah ketel-ketel :
a) Ketel cornwell dan ketel Lancashire
Gambar 2.7 Ketel Lancashire.
b) Ketel schots dan ketel schots kembar
14
Gambar 2.8 Ketel Schots.
c) Ketel kombinasi antara silinder api, lorong api, dan pipa-pipa api,
serta pipa uap, beserta beberapa varian
Gambar 2.9 Ketel Kombinasi.
d) Ketel lokomotif dan lokomobil
Gambar 2.10 Ketel Lokomotif.
e) Ketel-ketel tegak, ketel Cochran dan variannya
15
Gambar 2.11 Ketel Cochran.
2. Ketel-ketel pipa air biasa
Yaitu ketel-ketel air atau uap di dalam pipa-pipa atau tabung-tabung,
yang dipanasi olehapi atau asap di bagian luarnya. Ketel-ketel pipa air ini
umumnya bertekanan sedang yaitu antara 45 kg/cm2 sampai dengan 140
kg/cm2, dengan produksi uap mencapai 1000 ton uap setiap jamnya. Jenis-
jenis ketel ini mempunyai efisiensi total yang lebih besar dari ketel-ketelm
pipa api. Peralatan –peralatan pada ketel ini umumnya sudah tidak lagi
dilayani dengan tangan (manusia).
Yang termasuk dalam golongan ketel-ketel pipa air biasa ialah :
a) Ketel seksi (section boiler) dan beberapa variannya
Gambar 2.12 Ketel Seksi.
b) Ketel yarrow dan ketel-ketel berpipa terjal serta beberapa variannya
Gambar 2.13 Ketel Yarrow.
c) Ketel-D (D-boiler) atau ketel dengan dua drum.
16
Gambar 2.14 Ketel-D.
d) Ketel pancaran dan beberapa variannya
Gambar 2.15 Ketel Pancaran.
3. Ketel-ketel pipa air dengan perencanaan khusus
Ketel-ketel pipa air jenis ini direncanakan dengan berbagai maksud, antara
lain :
-digunakan untuk tekanan-tekanan tinggi dan tekanan superkritis,melebihi
225 kg/cm2
-untuk dapat menggunakan bahan bakar nuklir
-untuk menggunakan air dengan kualitas yang agak rendah
17
-untuk memperbesar beban tungkun ketel atau untuk memperbesar angka
perpindahan panasnya
-dan untukmaksud-maksud lain
Yang termasuk dalam golongan ketel-ketel pipa air dengan perencanaan
khusus ialah :
a. Ketel siklus ganda atau Binaire cycle boiler, dengan variannya
berupa ketel/reactornuklir.
Gambar 2.16 Reaktor Nuklir.
b. Ketel-ketel untuk tekanan super kritis, yaitu ketel Benson, ketel
Sulzer dan ketel Universal pressure boiler.
Gambar 2.17 Ketel Sulzer.
c. Ketel Loffler atau ketel siklus uap (circulating steam boiler) yang
memungkinkan pengguna air dengan kualitas agak rendah.
18
Gambar 2.18 Ketel Loffler.
d. Ketel Velox dan ketel-ketel dengan tungku bertekanan dengan
maksud memperbesar beban tungku serta memperbesar angka
perpindahan panasnya.
Gambar 2.19 Ketel Velox.
e. Ketel Merkuri, yang menggunakan air raksa dan uapnya
Ketel-ketel jenis ini didesain dengan maksud untuk penyempurnaan
ketel-ketel pipa air yang telah ada sebelumnya atau ketel-ketel pipa
air yang biasa.
19
Gambar 2.20 Ketel Merkuri.
2.6.2 Dilihat dari Letak Dapur (Furnace Position), ketel dibagi menjadi :
1. Ketel dengan pembakaran di dalam (internally fired steam boiler).
Dalam hai ini dapur berada (pembakaran terjadi )di bagian dalam ketel .
kebanyakan ketel pipa api memakai system ini.
Gambar 2.21 Ketel Pembakaran Dalam.
2. Ketel dengan pembakaran di luar (outernally fired steam boiler).
Dalam hai ini dapur berada (pembakaran terjadi )di bagian dalam ketel .
kebanyakan ketel pipa air memakai system ini.
Gambar 2.22 Ketel Pembakaran Luar.
20
2.6.3 Dilihat dari Porosnya Tutup Drum (Shell), ketel dibagi menjadi :