Ketel Uap (Boiler) dalam industri

Energi kalor sangat penting dalam kehidupan sehari-hari setiap orang. Baik itu kalor untuk menghangatkan lingkungan kita, atau kalor untuk memasak makanan, kita semua menggunakannya sampai batas tertentu dalam aktivitas sehari-hari. Manusia biasa menggunakan peralatan bernama boiler untuk mendapatkan kalor dari air dan uap.

Boiler adalah bejana tertutup yang menjadi sarana pembakaran dan mentransfer kalor ke air hingga menjadi air panas atau uap. Air panas atau uap ini kemudian digunakan untuk mentransfer energi kalor ke suatu proses. Air adalah zat yang tidak berbahaya dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Selain air mudah didapat, air akan mudah bertambah volumenya jika dipanaskan. Air juga memiliki energi potensial kalor yang cukup besar. Jadi, boiler harus dikelola dan dirawat secara baik.

Skema Kinerja Boiler

Prinsip sederhananya adalah air dari sumber (water source) akan dipanaskan di ruang bakar dan dimanfaatkan uap panasnya untuk menggerakan sistem. Namun, kenyataannya dilapangan terdapat berbagai macam komponen untuk menunjang efisiensi dari boiler. Seperti blowdown yang berguna untuk membuang air sisa yang tidak digunakan proses dari raung boiler, economizer yang berguna untuk memanfaatkan kalor sisa dari hasil proses, dan deaerator berguna menghilangkan kadar gas yang terlarut dalam air dari sisa hasil proses dan disalurkan menuju economizer.

Jenis-jenis Boiler Yang Sering Dijumpai

Water tube boiler

Digunakan untuk kebutuhan uap bersuhu dan bertekanan tinggi
Kisaran kapasitas 4.500 – 120.000 kg / jam
Efisiensi pembakaran ditingkatkan dengan ketentuan draft yang diinduksi
Toleransi yang lebih rendah untuk kualitas air dan kebutuhan instalasi pengolahan air
Sering dijumpai di industri kimia, kertas, dan pembangkit listrik.

Fire tube boiler

Fired tube boiler. Sumber: https://slideplayer.com/slide/10983979/

Kapasitas uap yang relatif kecil (12.000 kg / jam)
Tekanan uap rendah sampai sedang (18 kg / cm2)
Beroperasi dengan bahan bakar minyak, gas, atau bahan bakar padat
Contoh paling terkenal adalah mesin lokomotif kereta api uap.

Stoke fired boiler

Batubara dibakar pada jeruji baja yang bergerak
Gerbang batubara mengontrol laju pengumpanan batubara
Ukuran batubara seragam untuk pembakaran sempurna
Biasa digunakan pada pembangkit listrik

Efisiensi Boiler

Secara umum efisiensi boiler adalah perbandingan antara energi kalor yang keluar dengan energi kalor yang masuk dari sistem.

Efisiensi = (h output/h input)100%

h= entalpi (Kj/Kg)

Efisiensi juga bisa dihitung dari pengurangan energi potensial kalor pada bahan bakar dikurangi dengan energi kalor yang dipakai sistem ditambah dengan kerugiannnya.

Efisiensi = 100% energi pada bahan bakar – (Kalor yang digunakan sistem+kerugian)

Kerugian pada boiler terdapat banyak macam seperti perpindahan panas secara konveksi dan radiasi keluar ruang boiler, residu pembakaran yang tidak sempurna, pressure drop, dan lain-lain.

Cara meningkatkan Efisiensi

Pengecekan blower, fan, dan pompa
Penggantian komponen boiler secara berkala
Pengurangan kerugian konveksi dan radiasi dengan memperbaiki badan (shell) dan sistem penutupan ruang (insulation) dari boiler
Pengecekan kadar udara yang berlebihan yang masuk pada sistem boiler
Mengurangi munculnya pembakaran tidak sempurna seperti menyeragamkan bentuk bahan bakar batu bara menjadi partikel yang lebih kecil.
Pemasangan economizer

Dalam mendesain sebuah sistem boiler, terdapat interaksi aliran fluida dan perubahan fasa yang cukup kompleks. Misalkan untuk memperhitungkan efisiensi boiler, kita tidak dapat sepenuhnya mengandalkan perhitungan analitis jika dibutuhkan hasil perhitungan yang akurat, karena tidak mencakup detail dari aliran yang ada di dalam boiler. Salah satu metode yang cukup umum digunakan dalam mendesain boiler dengan detail namun tetap komprehensif adalah menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) yaitu suatu metode numerik dengan memodelkan boiler secara utuh menggunakan komputer untuk menghitung parameter-parameter aliranya, misalkan kecepatan, tekanan, temperature, fasa gas/vapor/cair dan lain sebagainya. Untuk mempelajari selengkapnya tentang CFD >>Klik di sini!

Kami juga memberikan training bagi anda mechanical engineer yang ingin meningkatkan kompetensi terutama seputar tema boiler yang diberikan oleh trainer-trainer handal yang sudah berpengalaman baik di lapangan maupun secara akademis. Berikut adalah training yang kami tawarkan seputar tema boiler:

>>Training: Boiler control and protection systems

>>Training: Improving boiler performance

>>Training: Boiler water systems: requirement, process, and treatment

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama