BOILER (ketel uap)

BOILER

Menurut Djokosetyardj M.J (1990), boiler merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan uap/steam untuk berbagai keperluan. Jenis air dan uap air sangat dipengaruhi oleh tingkat efisiensi boiler itu sendiri. Pada mesin boiler, jenis air yang digunakan harus dilakukan demineralisasi terlebih dahulu untuk mensterilkan air yang digunakan, sehingga pengaplikasian untuk dijadikan uap air dapat dimaksimalkan dengan baik. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan komponen economizer untuk meningkatkan efisiensi dari uap air yang dihasilkan.

Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadi perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air tersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panas memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding dengan air yang lebih dingin, sehingga terjadi perubahan berat jenis air di dalam boiler. Air yang memiliki berat jenis yang lebih kecil akan naik, dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang lebih tinggi akan turun ke dasar.

Uap air panas yang dihasilkan dari boiler sangat penting karena memiliki kemampuan seperti menyimpan dan membebaskan energi panas yang besar, pindah panas yang cepat, bersih, mudah disalurkan kemana saja, suhunya stabil sesuai tekanan, dan mudah diatur sehingga tidak over heating. Selanjutnya uap air yang dihasilkan boiler ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan dalam bidang industri seperti untuk pembangkit tenaga dengan cara mengalirkan uap panas sehingga mengerakkan turbin atau dapat juga digunakan untuk sterilisasi karena uap panas yang dihasilkan juga memiliki tekanan yang tinggi.

Boiler memiliki 3 sistem pengolahan yaitu 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 (Anonim, 2006).

Boiler dapat dibagai menjadi beberapa jenis berdasarkan bahan bakar yang digunakan, berdasarkan mekanisme fluida, berdasarkan tekanan, dan berdasarkan sirkulasi. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan boiler dibagi menjadi 3 jenis yaitu boiler bahan bakar padat, misalnya boiler yang digunakan pada industri penghasil gula dari tebu. Bahan bakar yang digunakan berupa bahan tebu. Bahan tebu merupakan bahan sampingan dari proses pengolahan tebu menjadi gula pasir. Kedua yaitu boiler bahan bakar cair, misalnya boiler yang digunakan pada industri penghasil gula semut yang ada di lapangan praktikum Leuwikopo_IPB Dramaga. Bahan bakar yang digunakan berupa bahan bakar solar. Ketiga boiler berbahan bakar gas. Gas yang digunakan dapat berupa LPG. Keempat, yaitu boiler listrik dimana boiler jenis ini menggunakan listrik sebagai sumbernya.

Menurut Febriantara (2008), berdasarkan mekanisme fluida yang digunakan, jenis mesin boiler ada dua, yaitu mesin boiler pipa api (Water Tube Boiler) dan mesin boiler pipa air (Fire Tube Boiler).

1.       Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

2. Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak watertube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik water tube boiler sebagai berikut:

-          Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.

-          Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

-          Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Prinsip kerja dari boiler pipa api ini adalah gas panas dari hasil pembakaran dialirkan melalui sebuah pipa dimana disekeliling pipa terdapat air sehingga gas panas tersebut memanaskan air yang terdapat di dalam boiler secara konduksi panas sehingga terbentuk uap panas. Uap (steam) yang dihasilkan oleh boiler pipa air ini memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah. Prinsip kerja dari boiler pipa air ini adalah air dilewatkan melalui pipa kemudian pipa tersebut dipanaskan dengan cara dibakar dengan api sehingga air berubah menjadi uap air. Uap yang dihasilkan boiler pipa air ini memiliki tekanan dan kapasitas yang lebih tinggi.

Boiler pipa api dan boiler pipa air masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Keuntungan boiler pipa api adalah proses pemanasan yang mudah dan cepat dan tidak membutuhkan setting khusus, investasi awal yang lebih murah karena harga boiler jenis ini lebih murahj daripada boiler pipa air, bentuknya lebih compact dan portable, dan tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler. Namun demikian boiler pipa api memiliki beberapa kekurangan seperti tekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar, kapasitas steam relative kecil (13.5 TPH) jika dibandingkan dengan boiler pipa air, tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya, serta nilai effisiensinya rendah karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack.

Adapun kelebihan penggunaan boiler pipa air yakni kapasitas steam yang besar sampai 450 THP, tekanan operasi mencapai 100 bar, nilai effisiensi yang relatif besar, dan perawatan yang lebih mudah karena tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.. Sedangkan kekurangannya yakni proses konstruksi yang lebih detail, investasi awal relativemahal karena harga boiler pipa air lebih mahal daripada boliler pipa api, lebih sulit dalam penangann air yang masuk karena komponen pendukungnya yang sensitif, dan membutuhkan tempat yang lebuh luas karena kemampuannya dalam menghasilkan kapasitas steam yang lebih besar (Djokosetyardjo, 1990)

Berdasarkan tekanan yang dihasilkan boiler dibagi menjkadi 2 jenis yakni boiler tekanan rendah (Low Preassure) dan boiler tekanan tinggi (High Preassure). Boiler tekanan rendah memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperature dibawah 250⁰F. Boiler tekanan tinggi memiliki tekan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan di atas 160 psig atau temperature di atas 250⁰F. Berdasarkan sirkulasi air boiler dibagi menjadi 2 yaitu boiler sirkulasi alami dan boiler sirkulasi paksa. Berikut tabel perbedaan jenis-jenis boiler.

Tabel 1.1. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tipe pipa.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Fire Tube	Proses pemasangan mudah dan cepat, Tidak membutuhkan setting khusus	Tekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar
		Investasi awal boiler ini murah	Kapasitas steam relatif kecil (13.5 TPH) jika diabndingkan dengan water tube
		Bentuknya lebih compact dan portable	Tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya.
		Tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler	Nilai effisiensinya rendah, karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack
2	Water Tube	Kapasitas steam besar sampai 450 TPH	Proses konstruksi lebih detail
		Tekanan operasi mencapai 100 bar	Investasi awal relatif lebih mahal
		Nilai effisiensinya relatif lebih tinggi dari fire tube boiler	Penanganan air yang masuk ke dalam boiler perlu dijaga, karena lebih sensitif untuk sistem ini, perlu komponen pendukung untuk hal ini
		Tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.	Karena mampu menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinya dibutuhkan area yang luas

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Solid Fuel	Bahan baku mudah didapatkan.	Sisa pembakaran sulit dibersihkan
		Murah konstruksinya.	Sulit mendapatkan bahan baku yang baik.
2	Oil Fuel	Sisa pembakaran tidak banyak dan lebih mudah dibersihkan.	Harga bahan baku paling mahal.
		Bahan bakunya mudah didapatkan.	Mahal konstruksinya.
3	Gaseous Fuel	Harga bahan bakar paling murah.	Mahal konstruksinya.
		Paling baik nilai effisiensinya.	Sulit didapatkan bahan bakunya, harus ada jalur distribusi.
4	Electric	Paling mudah perawatannya.	Paling buruk nilai effisiensinya.
		Mudah konstruksinya dan mudah didapatkan sumbernya.	Temperatur pembakaran paling rendah.

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.3. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan kegunaan.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Power Boiler	Dapat menghasilkan listrik dan sisa steam dapat menjalankan proses industri.	Konstruksi awal relatif mahal.
		Steam yang dihasilkan memiliki tekanan tinggi	Perlu diperhatikan faktor safety.
2	Industrial Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.
3	Commercial Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.
4	Residential Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.4. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan konstruksi.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Package Boiler	Mudah pengirimannya.	Terbatas tekanan dan kapasitas kerjanya.
		Dibutuhkan waktu yang singkat untuk mengoprasikan setelah pengiriman.	Komponen-komponen boiler tergantung pada produsen boiler.
2	Site Erected Boiler	Tekanan dan kapasitas kerjanya dapat disesuaikan keinginan.	Sulit pengirimannya, memakan biaya yang mahal.
		Komponen-komponen boiler dapat dipadukan dengan produsen lain.	Perlu waktu yang cukup lama setelah boiler berdiri, setelah proses pengiriman.

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Low Pressure	Tekanan rendah sehingga penanganannya tidak terlalu rumit	Tekanan yang dihasilkan rendah, tidak dapat membangkitkan listrik.
		Area yang dibutuhkan tidak terlalu besar, dan biaya konstruksi tidak lebih mahal dari high pressure boiler
2	High Pressure	Tekanan yang dihasilkan tinggi sehingga dapat membangkitkan listrik dan sisanya dapat didaur ulang untuk mengoprasikan proses industri	Tekanan tinggi sehingga penanganannya perlu diperhatikan aspek keselamatannya.

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.6. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan pembakaran.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Stoker Combustion	Konstruksinya relatif sederhana.	Limbah yang diproduksi pembakaran lebih banyak
			Panas yang dihasilkan kurang merata jika tidak ada komponen pendukung.
			Effisiensi relatif rendah
2	Pulverized	Efisiensi relatif tinggi	Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.
		Proses pembakaran lebih merata pada tungku pembakaran.
3	Fluidized Bed	Efisiensi relatif tinggi	Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.
		Suhu pembakaran tidak mencapai suhu 1000 0C sehingga tidak menimbulkan NOX
4	Firing	Limbah yang diproduksi pembakaran lebih sedikit	Konstruksi relatif rumit, perlu nozzle.
		Panas yang dihasilkan lebih merata
		Effisiensi relatif lebih baik

(Febriantara, 2008)

Tabel 1.7. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan material.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Steel	Kuat dan tahan lama.	Biaya relatif mahal.
		Dapat dialiri steam untuk tekanan tinggi.	Konstruksi lebih rumit.
2	Cast Iron	Biaya relatif murah.	Rentan dan mudah rusak.
		Konstruksi lebih sederhana.	Dapat dialiri steam untuk tekanan yang terbatas.

(Febriantara, 2008)

Menurut Anonim (2011), boiler terdiri dari beberapa bagian yaitu fumace, steam drum, superhetaer, air heater, economizer, safety valve, blowdown valve.

-  Fumace, merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Adapun bagian-bagian dari fumace adalah refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.

-     Steam Drum, merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam). Selain itu steam drum juga berfungsi untuk memisahkan uap dan air yang dipisahkan di ruang bakar (fumace), mengatur kualitas air boiler dengan membuang kotoran-kotaran terlarut di dalam boiler melalui continuous blowdown, mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.

- Team drum terdiri dari feed pipe, chemical pipe, sampling pipe, baffle pipe, separator, scrubber, dryer, dan dry box. Perlu diperhatikan agar level air di dalam drum tetap dijaga (agar tetap konstan) agar selalu setengah dari tinggi drum sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum.

-   Superheater, merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk mengerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

-   Air Heater, merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisai udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.

-  Economizer, merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensai dari sitem sebelumnya maupun air umpan baru.

-   Safety Valve, merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

-  Blowdown Valve, merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.

Menurut Payne dan Richard (1999), untuk meningkatkan efisiensi dari boiler dapat dilakukan beberapa langkah berikut : membersihkan permukaan pipa yang kontak langsung dengan udara panas, membersihkan permukaan pipa yang kontak denagn air denagn cara menyemburkan air panas keluar (blow down), menambahakan bahan kimia, serta menghilangkan kesadahan air yang digunakan dengan penambahan kapur+soda atau ion exchange resin. Perlu diperhatikan agar air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler.

Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler. Jika hal ini tidak dipenuhi maka akan menyebabkan masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas uap yang dihasilkan. Masalah-masalah tersebut dapat berupa terjadinya pembentukkan kerak, peristiwa korosi, pembentukkan deposit, dan terbawanya uap (steam carryover). 

 Boiler banyak digunakan untuk mengerakkan mesin-mesin produksi yang ada di industri. Misalnya pada industri pengolahan tebu menjadi gula pasir. Jenis boiler yang digunakan pada umumnya adalah jenis boiler yang menggunakan bahan bakar padat yakni bagas tebu dan digunakan juga dalam industri penghasil gula semut. Adapun jenis boiler yang digunakan adalah boiler pipa air denagn bahan bakar cair beruba solar.

DAFTAR PUSTAKA :

Anonim. 2006. Peralatan Energi Panas: Boiler &PemanasFluidaTermis. UNEP.

Anonim.2011. Bagian-Bagian Boiler. [terhubung berkala] http://scribd.com (24 Januari 2013)

Djokosetyardjo, Ir. MJ. 1990. Ketel Uap. Jakarta:Pradnya Paramita.

Djokosetyardjo,M.J. 1990. Penjelasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap. P.T. Pradya Paramitha.  Jakarta

Febriantara, Aris. 2008. Klasifikasi Mesin Boiler. Jakarta.

Payne, F. William dan Richard E. Thompson. 1999. Efficient Boiler Operations Sourcebook. United State of America: The Fairmont Press, Inc