Download - (681509265) Makalah Utilitas Steam
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
1/27
UTILITAS
PENYEDIAAN STEAM DALAM INDUSTRI KIMIA
Disusun Oleh:
Deta Annisa Lisnandar 210011101!"
Intadar#h Rahila Pra$t%ana 210011101!
Ir&a Meidit%a 210011101'0
Prana Mahisa 21001112000(
Muha&ad )ildan 2100112100((
Satria Mahardi*a Sur%# P+
,URUSAN TEKNIK KIMIA -AKULTAS TEKNIK
UNI.ERSITAS DIPONE/ORO SEMARAN/
201"
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
2/27
ii
PRAKATA
Dipanjatkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan
segala rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas mata kuliah utilitas dengan judul “Penyediaan
Steam Dalam Industri Kimia ini berhasil diselesaikan!
Dalam penyusunan tugas ini tidak terlepas dari bantuan pihak-pihak lain! "leh
karena itu# dalam kesempatan ini diu$apkan terima kasih kepada % Ir! Slamet Priyant M!S!
selaku d&sen pengampu mata kuliah utilitas# "rang tua dan keluarga kami yang selalu
memberikan dukungan kepada kami# serta semua pihak yang telah membantu penyelesaian
tugas ini!
'khirnya# disadari bah(a tugas ini masih jauh dari kata sempurna! "leh karena itu
diharapkan kritik dan saran yang bersi)at membangun demi sempurnanya tugas ini! Sem&ga
tugas ini dapat memberikan man)aat bagi peneliti dan para pemba$a dalam pengembangan
ilmu pengetahuan!
Semarang# *+ N&,ember +*.
Penulis
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
3/27
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
4/27
9
yang dapat meningkatkan suhu steam tersebut! Dengan kata lain# steam yang
dipanaskan melebihi tingkatan saturated steam disebut dengan superheated steam!
Saturated steam lebih banyak digunakan dalam industri sebagai media pemanas#
memasak# pengeringan# dan lain sebagainya! Sedangkan superheated steam hanya
digunakan sebagai penggerak turbin!
Steam dihasilkan &leh pembangkit steam di dalam ketel uap: steam dengan
mengunakan bahan bakar batu bara# minyak pemanas# atau listrik! Steam ini dibuat
dari air yang telah dihilangkan seluruh garam- garam dan gasnya 2air umpan ketel3!
Di sini terbentuk steam pada temperatur yang sesuai dengan tekanan di dalam ketel!
Steam yang terbentuk dipanaskan kembali &leh gas buang sehingga kehilangan
panas pada saat transp&rtasi ke tempat pemakaian tidak segera menyebabkan
terjadinya k&ndensasi! Setelah tekanan tinggi direduksi di dalam turbin uap# dan air
diinjeksikan ke dalam steam berkal&r lebih# steam tersebut kemudian dialirkan ke
k&nsumen melalui saluran-saluran yang teris&lasi dengan baik! Di tempat
pemakaian# yang dibutuhkan terutama ialah panas k&ndensasinya! Karena steam
tidak dapat disimpan# maka kelebihan steam akan diubah menjadi air panas atau air
hangat!
Media pemanas berupa steam sering digunakan dikarenakan dapat diatur
dengan mudah! Pemanasan dapat dilakukan dengan mengalirkan steam langsung ke
bahan yang akan dipanaskan! Temperatur pemanasan maksimal yang dapat di$apai
pada peralatan yang menggunakan ,entilasi adalah * &4! 4ara ini hanya dapat
digunakan bila air maupun penambahan ,&lume tidak mengganggu sistem!
Panggunaan steam dapat dilakukan se$ara tidak langsung# misalnya dalam alat
penukar panas! Temperatur yang dapat di$apai se$ara te&ritis sama dengan
temperatur k&ndensasi steam!
Menurut 0nited Nati&nal En,ir&nment +8# steam memberikan suatu $ara
pemindahan sejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat# ruang b&iler yang
&t&matis# dimana energi dapat dihasilkan se$ara e)isien dan ek&n&mis# sampai ke
titik penggunaan! Steam yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan
transp&rtasi dan penyediaan energi! 0ntuk beberapa alasan# steam merupakan
k&m&ditas yang paling banyak digunakan untuk memba(a energi panas!
Penggunaannya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari pr&duksi
daya mekanis sampai penggunaan pr&ses dan pemanasan ruangan! 'lasan dari penggunaan steam adalah% 20NEP# +83
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
5/27
.
'! Steam e)isien dan ek&n&mis untuk dihasilkan
;! Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke
titik penggunaan
4! Steam mudah dikendalikan
D! Energinya mudah ditrans)er ke pr&ses
E! Plant steam yang m&dern mudah untuk dikendalikan5! Steam bersi)at )leksibel
I+2+ Ru&usan Masalah
• ;agaimana pr&ses pembentukan steam
• 'pa saja )akt&r < )akt&r yang mempengaruhi kualitas steam
• 'pa saja kegunaan steam dalam pabrik
• ;agaimana meran$ang steam dalam industri
I++ Tu3uan
• Mengetahui pr&ses pembetukan steam
• Mengetahui )a$t&r < )a$t&r yang mempengaruhi kualitas steam
• Mengetahui kegunaan dan man)aat steam dalam pabrik
• Mempelajari pr&ses peran$angan steam
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
6/27
A II
PERMASALAAN
II+1+ Stea&
Steam berbahan dasar air 26+"3 yang m&lekulnya tersusun dari hidr&gen dan
&ksigen! 6al yang perlu diperhatikan dalam pembuatan steam ialah suhu dan tekanan
dimana pada tekanan atm&s)ir suhu jenuhnya adalah *=4! Tetapi# jika tekanannya
bertambah# maka akan ada penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu
tanpa perubahan )ase! "leh karena itu# kenaikan tekanan se$ara e)ekti) akan
meningkatkan entalpi air dan suhu jenuh! 6ubungan antara suhu jenuh dan tekanan
dikenal sebagai kur,a steam jenuh 2>ambar *3!
>ambar +!*! Kur,a Steam ?enuh 2Sumber% 0NEP# +83
'ir dan steam dapat berada se$ara bersamaan pada berbagai tekanan pada kur,a ini#
keduanya akan berada pada suhu jenuh! Steam pada k&ndisi diatas kur,a jenuh dikenal
dengan superheated steam/ steam le(at jenuh%
• Suhu diatas suhu jenuh disebut derajat steam le(at jenuh
• 'ir pada k&ndisi diba(ah kur,a disebut air sub- jenuh!
Perubahan )ase air menjadi steam ditunjukkan dalam diagram )ase berikut ini%
>ambar +!+! Diagram 5ase Entalpi Suhu 2Sumber% 0NEP# +83
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
7/27
Ketika air dipanaskan dari =4 sampai suhu jenuhnya# k&ndisinya mengikuti
garis $air jenuh sampai menerima seluruh entalpi $airannya# h)# 2' - ;3! ?ika panas
ditambahkan lebih lanjut# maka akan merubah )ase ke steam jenuh dan berlanjut
meningkakan entalpi sambil tetap pada suhu jenuhnya# h)g# 2; - 43! ?ika $ampuran
steam:air meningkat kekeringannya# k&ndisinya bergerak dari garis $air jenuh ke garis
uap jenuh! "leh karena itu pada titik tepat setengah diantara kedua keadaan tersebut#
)raksi kekeringan 2@3 nya sebesar #.! 6al yang sama# pada garis uap jenuh steamnya
* persen kering! ;egitu menerima seluruh entalpi penguapannya maka akan
men$apai garis uap jenuh! ?ika pemanas dilanjutkan setelah titik ini# suhu steam akan
mulai naik men$apai le(at jenuh 24 - D3!
>aris-garis $airan jenuh dan uap jenuh menutup (ilayah dimana terdapat
$ampuran steam:air
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
8/27
'kibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan b&iler akan
menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut%
*! Pembentukan Kerak
Terbentuk kerak pada dinding b&iler terjadi akibat adanya
mineral-mineral pembentukan kerak# misalnya i&n-i&n kesadahan
seperti 4a+C dan Mg+C dan akibat pengaruh gas penguapan! Diamping
itu pula dapat disebabkan &leh mekanisme pemekatan didalam b&iler
karena adanya pemanasan! ?enis-jenis kerak yang umum dalam b&iler
adalah kalsium sul)at# senya(a silikat dan karb&nat! at-at dapat
membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila lama
penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan! Silika diendapkan
bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak
semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan!
Kerak yang menyelimuti permukaan b&iler berpengaruh
terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat
utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air
yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur# dan
menurunnya e)isiensi b&iler
+! Peristi(a K&r&si
K&r&si dapat disebabkan &leh &ksigen dan karb&n di&ksida yang
terdapat dalam uap yang terk&ndensasi! K&r&si merupakan peristi(a
l&gam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi &ksida
besi# alumunium dan lain-lain! Peristi(a k&r&si dapat terjadi
disebabkan &leh%
- >as-gas yang bersi)at k&r&si) seperti "+# 4"+# 6+S
- Kerak dan dep&sit
- Perbedaan l&gam 2k&r&si gal,anis3
- p6 yang terlalu rendah dan lain-lain
?enis k&r&si yang dijumpai pada b&iler dan sistem uap adalah
general corrosion, pitting 2terbentuknya lubang3 dan embrittlement
2peretakan baja3! 'danya gas yang terlarut# &ksigen dan karb&n
di&ksida pada air umpan b&iler adalah penyebab utama general
corrosion dan pitting corrosion 2tipe &ksigen elektr& kimia dandi))rensial3! Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan b&iler menurun
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
9/27
B
jika suhu naik! Kebanyakan &ksigen akan memisah pada ruang uap#
tetapi sejumlah ke$il residu akan tertinggal dalam larutan atau
terperangkap pada kant&ng-kant&ng atau diba(ah dep&sit# hal ini
dapat menyebabkan k&r&si pada l&gam-l&gam b&iler! Karena itu
pentinguntuk melakukan pr&ses de&ksigenasi air b&iler!
?umlah rata-rata k&r&si atau serangan elektr&kimia akan naik
jika nilai p6 air menurun! Selain itu air umpan b&iler akan
dik&ndisikan se$ara kimia men$apai nilai p6 yang relati) tinggi!
;entuk k&r&si yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk k&r&si
embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika
berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak
sesuai! Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja
yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan
kimia yang tidak sesuai! Caustic embrittlement terjadi pada sambungan
penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana $elah
memungkinkan perkembangan suatu lingkungan $austi$ yang
terk&nsentrasi!
/! Pembentukan Dep&sit
Dep&sit merupakan peristi(a penggumpalan at dalam air
umpan b&iler yang disebabkan &leh adanya at padat tersuspensi
misalnya &ksida besi# &ksida tembaga dan lain-lain! Peristi(a ini dapat
juga disebabkan &leh k&ntaminsi uap dari pr&duk hasil pr&ses
pr&duksi! Sumber dep&sit didalam air seperti garam-garam yang
terlarut dan at- at yang tersuspensi didalam air umpan b&iler!
Pemanasan dan dengan adanya at tersuspensi dalam air pada b&iler
menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya
kelarutan# jika temperaturnya dinaikkan! 6al ini menjelaskan mengapa
kerak dan sludge 2lumpur3 terbentuk! Kerak merupakan bentuk
dep&sit-dep&sit yang tetap berada pada permukaan b&iler sedangkan
sludge merupakan bentuk dep&sit-dep&sit yang tidak menetap atau
dep&sit lunak!
9! Terba(anya 0ap 2Steam Carryover 3
Ketika air b&iler mengandung garam terlarut dan at tersuspensidengan k&nsentrasi yang tinggi# ada ke$endrungan baginya untuk
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
10/27
F
membentuk busa se$ara berlebihan sehingga dapat menyebabkan
steam carryover at-at padat dan $airan peng&t&r kedalam uap!
Steam
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
11/27
carryover terjadi jika mineral-mineral dari b&iler ikut keluar bersama
dengan uap ke alat-alat seperti superheater# turbin# dan lain-lain!
K&ntaminasi-k&ntaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem
uap atau at-at itu akan meng&ntaminasi pr&ses atau material-material
yang diperlukan steam!
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
12/27
A III
PEMAASAN MASALA
III+1+ #iler
;&iler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air
sampai terbentuk air pr&ses atau steam! 'ir adalah media yang berguna dan murah
untuk mengalirkan panas ke suatu pr&ses! ;&iler mengubah energi-energi kimia
menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja! ;&iler diran$ang untuk
melakukan atau memindahkan kal&r dari suatu sumber pembakaran# yang biasanya
berupa pembakaran bahanbakar! 5akt&r yang mendasari pemilihan jenis b&iler
adalah sebagai berikut%
a! Kapasitas yang digunakan
b! K&ndisi uap yang dibutuhkan
$! ;ahan bakar yang dibutuhkan
d! K&nstruksi yang sederhana
III+1+1+ Su&5er Pen%ediaan Air U&$an #iler
'ir yang digunakan pada air umpan b&iler diper&leh dari air sungai#
air (aduk# sumur b&r dan sumber mata air lainnya! Kualitas air tersebut
tidak sama (alaupun menggunakan sumber air sejenis# hal ini dipengaruhi
&leh lingkungan asal air tersebut! "leh karena itu untuk dapat digunakan
sebagai air umpan b&iler maka air baku dari sumber air harus dilakukan
peng&lahan terlebih dahulu yang bertujuan untuk menghilangkan unsur-
unsur atau padatan yang terkandung didalam air baik dalam bentuk
tersuspensi# terlarut# ataupun k&l&id yang dapat menyebabkan terjadinya
kerak# k&r&si dan pembusaan dalam b&iler! Disamping itu senya(a &rganik
dapat menyebabkan berbagai masalah dalam &perasi b&iler! Kualitas air
umpan b&iler juga dipengaruhi &leh k&ndisi &perasi b&iler# dimana semakin
tinggi tekanan dan temperature &perasi maka semakin murni kualitas air
umpan yang diperlukan! ;atasan terhadap nilai parameter-parameter penting
untuk air umpan b&iler# sering ditentukan &leh pihak pembuat alat# atau
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
13/27
dapat menga$u pada $riteria dari badan-badan Internati&nal seperti 'SME
dan ';M'!
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
14/27
III+1+2+ Ua$ 6Stea&7
0ap air adalah sejenis )luida yang merupakan )ase gas dari air# bila
mengalami pemanasan sampai temperatur didih diba(ah tekanan tertentu!
0ap air tidak ber(arna# bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni
kering! 0ap air dipakai pertama sekali sebagai )luida kerja adalah &leh
?ames Aatt yang terkenal sebagai penemu Mesin 0ap T&rak!
0ap air tidak mengikuti hukum-hukum gas sempurna# sampai dia
benar-benar kering 2kadar uap *G3! ;ila uap adi kering dipanaskan lebih
lanjut maka dia menjadi uap adi panas 2panas lanjut3 dan selanjutnya dapat
dianggap sebagai gas sempurna!
0ap air terbentuk dalam tiga jenis# yaitu%
*! 0ap saturasi basah 2H *3
+! 0ap saturasi kering 2H J *3
/! 0ap adi panas
Sebagaimana kita ketahui bah(a pada pemanasan air dan penguapan
berlangsung pada tekanan tetap! ;egitu pula pada pemanasan lanjut uap
berlangsung pada tekanan tetap! Entr&pi uap pada tekanan tetap# terdiri dari%
*! Kenaikan entr&pi air selama pemanasannya dari titik lebur sampai ke
titik didih diba(ah tekanan tertentu
+! Kenaikan entr&pi selama peristi(a penguapan
/! Kenaikan entr&pi selama pemanasan lanjut
Diagram entr&pi-temperatur 2diagram T-S3 sangat berguna untuk
menyelesaikan s&al-s&al ekspansi se$ara adiabatis! 'bsis dari diagram
menunjukkan entr&pi dari )luida 2air atau uap3# di atas titik air# sedang
&rdinatnya menyatakan temperatur )luida! Dalam gambar gra)ik ';4D
menggambarkan pemanasan * kg air dari titik $air 2"43 sampai suhu adi panas 2tsup "43 pada tekanan tetap 2$&nstant3! >ra)ik '; menggambarkan
pemanasan air sampai temperatur saturasi 2tsup "43! Kenaikan entr&pi % S(
kkal:kg"4 diukur sepanjang garis ';2E))endi# +*/3!
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
15/27
>ambar /!*! Diagram Suhu-Entr&pi untuk 'ir dan 0ap 2Sumber%
E))endi# +*/3
III+ 2+ Pr#ses Ker3a #iler
Prinsip kerja dari b&iler 2Saturated steam3 bisa dilihat pada gambar di ba(ah ini!
;erikut adalah penjelasan kerja b&iler ditiap bagiannya %
• E$&n&mier
'ir 0mpan setelah melalui pr&ses pretreatment di s&)tener atau air $&ndensate
dip&mpakan ke e$&n&mier! Di e$&n&mier terjadi pemanasan a(al se$ara
perlahan sebelum men$apai sistem berikutnya yang meman)aatkan panas buang di
$himney! Pemanasan a(al dimaksudkan untuk meningkatkan e)isiensi dari b&iler!
• Steam drum
Dari e$&n&mier# air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa! Dia(al pr&ses# saat steam 2uap air3 belum men$apai saturated steam# maka separat&r
http://dunia-engineer.blogspot.com/2011/10/pengolahan-air-umpan-boiler.htmlhttp://dunia-engineer.blogspot.com/2011/10/pengolahan-air-umpan-boiler.html
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
16/27
2pemisah3 didalam steam drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun
ke tahap selanjutnya!
• D&(n$&mer
D&(n$&mer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terba(ah dari sistem
selanjutnya melalui l&(er $&nne$ting pipes!
•
5urna$eSelanjutnya air dari d&(n$&mer akan masuk ke )urna$e bagian paling ba(ah dan
ditampung didalam b&tt&m header yang kemudian karena sistem pembakaran batu
bara# &il dan limest&ne didalam )urna$e# perlahan-lahan akan berubah bentuk
menjadi uap basah! Sesuai dengan si)atnya# uap akan merambat keatas dengan
sendirinya didalam tube 2karena pr&ses pemanasan yang k&nstan didalam b&iler3!
0ap air tersebut ditampung didalam upper header 2&utlet header3 pada bagian atas
)urna$e! Disinilah terjadinya sistem k&n,ersi energy! Setelah itu uap akan kembali
disupply ke steam drum melalui upper $&nne$ting pipes# dan# kembali &leh
separat&rnya# uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem
berikutnya!
• Superheater Disini terdapat beberapa kali ba$kpass 2umpan balik3 steam dari l&( temperature
superheater ke medium temperature superheater lalu disupply ke steam drum# lalu
kembali ke high temperature superheater : )inal superheater! Di high : )inal
termperature superheater inilah pr&ses terakhir steam setelah melalui pemanasan
berulang-ulang kali di dalam l&( dan medium superheater!
• Main Steam Pipe
Inilah pipa terpenting dalam pr&ses p&(er plant# dikarenakan pipa ini yang
nantinya akan mensuplai superheated steam ke turbin! Material# ka(at las dan test
nya pun 2N&n Destru$ti,e Test3 terg&l&ng istime(a karena membutuhkan
perlakuan khusus dan tim khusus untuk mengerjakannya! Disinilah temperatur
dan pressure tertinggi di b&iler berada!
Selain itu 5#iler$un &e&ili* siste&8 %aitu :
• Siste& Air u&$an
'ir umpan adalah air yang disuplai ke b&iler untuk dirubah menjadi steam!
Sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air se$ara &t&matis untuk
b&iler sesuai dengan kebutuhan steam! 'da dua sumber 'ir umpan# yaitu%
& K&ndensat % steam yang telah berubah )asa menjadi air 2mengembun3
& 'ir make up % air baku yang sudah di&lah0ntuk meningkatkan e)isiensi b&iler air umpan sebelum di suplai ke b&iler
dipanaskan terlebih dahulu menggunakan limbah panas dari $himney!
• Siste& Stea&
Sistem steam adalah pr&ses peng&ntr&lan pr&duksi steam dalam b&iler#
seperti% kapasitas# pressure# dsb! Selanjutnya steam didistribusikan ke pengguna
melalui jalur perpipaan!
• Siste& ahan 5a*ar
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
17/27
Sistem bahan bakar adalah semua e1uipment atau peralatan yang digunakan
untuk menyediakan bahan bakar b&iler! Peralatan yang digunakan tergantung pada
jenis bahan bakar yang digunakan b&iler! 2'ryandriadi#+*/3
III++ a*u Mutu Air #iler
0ap atau steam merupakan gas yang dihasilkan dari pr&ses yang disebut
penguapan! ;ahan baku yangdigunakan untuk menghasilkan steam adalah air! Se$ara
umum air yang akan digunakan sebagai air umpan b&iler adalah air yang tidak
mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat
membentuk kerak pada b&iler# air yang tidak mengandung unsur yang dapat
menyebabkan k&r&si terhadap b&iler! Dengan demikian airini di treatment hingga
memenuhi standar karakteristik air umpan b&iler! ;erikut ini merupakan persyaratan
baku mutu air umpan b&iler%
Ta5el 1+1 a*u Mutu Air U&$an #ilerPara&et
er
Satua
n U*uran
p6 unit
*#.-
**#.
4&ndu$ti
,ity
mh&s
:$m
.#
ma@
TDS ppm
/.#
ma@
P-
'lkalinit
y ppm -
M-
'lkalinit
y ppm
F#
ma@
"-
'lkalinit
y ppm
+#. @
Si"+#
min
T
6ardness ppm -
Silika ppm
*.#
ma@;esi ppm +#ma@
Ph&spat
residual ppm
Sul)ite
residual ppm +-.
p6
$&ndensa
te unit F#-L#
Di dalam industri kimia# steam merupakan suatu k&mp&nen penunjang yang sangat penting! Penggunaan steam dalam industri kimia misalkan sebagai pembangkit
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
18/27
tenaga# pemanas# )luida pada jet eje$t&r# dan lain sebagainya! Steam ini dihasilkan
dari suatu alat yang dinamakan b&iler!
Parameter-parameter yang mempengaruhi kualitas air umpan b&iler antara lain %
*!"ksigen terlarut Dalam jumlah yang tinggi dapat menyebabkan k&r&si pada
peralatan b&iler!
+!Kekeruhan Dapat mengendap pada perpipaan dan peralatan pr&ses serta
mengganggu pr&ses!
/!p6 ;ila tidak sesuai dengan standart kualitas air umpan b&iler dapat menyebabkan
k&r&si pada peralatan!
9!Kesadahan Merupakan kandungan i&n 4a dan Mg yang dapat menyebabkan kerak
pada peralatan dan perpipaan b&iler sehingga menimbulkan l&$al &,erheating!
.!5e 5e dapat menyebabkan air ber(arna dan mengendap di saluran air dan b&iler
bila ter&ksidasi &leh &ksigen!
8!'siditas Kadar asiditas yang tinggi dapat menyebabkan k&r&si
Pada pr&ses penguapan dalam ketel uap# air menjadi uap! 0ap yangdihasilkan adalah air murni dalam )asa uap 26+"3 dimana i&n-i&n yang terkandung
dalam air b&ilernya tidak turut menguap! Sebagai akibatnya# k&nsentrasi i&n-i&n
yang berada dalam )asa $airnya 2air b&iler3 semakin lama akan semakin tinggi
dimana apabila hal ini tidak dikendalikan kenaikan k&nsentrasi i&n-i&n tersebut akan
menuju bilangan tak terhingga# sehingga k&nsekuensinya pengerakan pada pipa-pipa
b&iler tidak akan bisa dihindarkan! Pengendalian i&n-i&n dalam air b&iler tersebut
pada sistim b&iler dilakukan dengan membuang sebagian dari air b&iler se$ara
k&ntinyu dan disebut sebagai bl&(-d&(n!Tujuan bl&(-d&(n adalah untuk menjaga
agar i&n-i&n yang ada dalam air b&iler tidak melebihi batasan-batasan yang telah
ditentukan! 2'n&nim#+*/3
III+'+ Penendalian Mutu Air U&$an #iler
'ir umpan b&iler memiliki standarbaku mutu tertentu! Namun# sumber air
baku untuk umpan b&iler belum memenuhi standar yang telah ditentukan! "leh
karena itu# dilakuka npeng&lahan se$ara eksternal untuk membuang padatan
tersuspensi# padatan terlarut 2terutama i&n kalsium dan magnesium yang merupakan
penyebab utama pembentukan kerak3 dan gas-gas terlarut 2&ksigen dan
karb&ndi&ksida3! Pr&ses peng&lahan eksternal dilakukan melalui beberapa tahapansebagai berikut%
*! K&agulasi dan 5l&kulasi
+! Sedimentasi
/! 5iltrasi
9! Demineralisasi
.! S&)tening
8! Deaerasi
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
19/27
>ambar /!/! Diagram Peng&lahan 'ir 0mpan ;&iler 2Sumber% 0NEP# +83
III+"+ Kualitas stea&
Steam harus tersedia pada titik penggunaan%
*! Dalam jumlah yang benar untuk menjamin bah(a aliran panas yang memadai
tersedia
untuk perpindahan panas
+! Pada suhu dan tekanan yang benar# atau akan mempengaruhi kinerja
/! ;ebas dari udara dan gas yang dapat mengembun yang dapat menghambat
perpindahan
panas9! ;ersih# karena kerak 2misal karat atau endapan karb&nat3 atau k&t&ran dapat
meningkatkan laju er&si pada lengkungan pipa dan orifice ke$il dari steam traps dan
kran
.! Kering# dengan adanya tetesan air dalam steam akan menurunkan entalpi penguapan
aktual# dan juga akan mengakibatkan pembentukan kerak pada dinding pipa dan
permukaan perpindahan panas!20NEP#+83
III+! Pe&an9aatan *e&5ali *#ndensat
;ila satu kil&gram steam mengembun seluruhnya# maka akan terbentuk satu
kil&gram k&ndensat pada suhu dan tekanan yang sama! Sistim steam yang e)isien
akan mengguna ulang k&ndensat ini! Kegagalan dalam memper&leh kembali dan
mengguna ulang k&ndensat membuat tidak adanya keuntungan se$ara )inansial#
teknis atau lingkungan! Steam jenuh yang digunakan untuk pemanasan menyerahkan
panas latennya 2entalpi penguapan3# yang merupakan pr&p&rsi yang besar dari panas
t&tal yang terkandung didalamnya! Panas tersisa dalam steam tertahan dalam
k&ndensat sebagai panas sensibel 2entalpi air3 sebagaimana ditunjukkan dalam
>ambar //!
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
20/27
Seperti halnya dengan kandungan pana s# k&ndensat pada dasarnya
merupakan air suling# yang ideal untuk penggunaan air umpan b&iler! Suatu sistim
steam yan e)isien akan mengumpulkan k&ndesat ini dan mengembalikannya ke
deaerat&r# tangki umpan b&iler# atau menggunakannya dalam pr&ses lain! 6anya jika
benar-benar terdapat resik& pen$emaran maka k&ndensat tidak b&leh dikembalikan
ke b&iler! ;ahkan# memungkinkan untuk mengumpulkan k&ndensat dan
menggunakannya sebagai air pr&ses panas atau mele(atkannya melalui sebuah alat penukar panas dimana kandungan panasnya dapat diman)aatkan kembali sebelum air
dibuang! K&ndensat dibuang dari plant dan peralatan steam melalui steam traps dari
tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah! Sebagai akibat dari turunnya
tekanan# beberapa k&ndensat akan menguap kembali menjadi ‘flash steam’ ! ;agian
steam yang akan ‘flash off’ dengan $ara ini ditentukan &leh sejumlah panas yang
dapat ditahan dalam steam dan k&ndensat! ;iasanya jumlah flash steam sekitar *G
sampai*.G# tetapi dapat juga lebih dari itu! K&ndensat pada tekanan B bar g akan
kehilangan massanya sekitar */G bila flashing ke tekanan atm&s)ir# namun steam
yang dihasilkan akan memerlukan ruang + kali lebih besar daripada k&ndensat
darimana bahan ini dibentuk! K&ndensat ini berpengaruh terhadap penghambatan
jalur pembuangan trap yang berukuran lebih ke$il dari yang semestinya# dan harus
diperhitungkan ketika menghitung ukuran jalur tersebut!
'lasan-alasan untuk peman)aatan kembali k&ndensat adalah%
• Alasan Keuangan: K&ndensat merupakan sumber daya yang be rharga dan bahkan
peman)aatan kembali dalam jumlah ke$ilpun seringkali se$ara ek&n&mis dapat
dibenarkan! Pembuangan dari sebuah steam trap tunggal seringkali merupakan
peman)aatan kembali yang berharga! K&ndensat yang tidak terman)aatkan kembali
harus diganti dalam ruang b&iler &leh air make-up dingin dengan biaya tambahanuntuk peng&lahan air dan bahan bakar untuk memanaskan air dari suhu yang lebih
rendah!
• Biaya air : K&ndensat yang tidak dikembalikan perlu diganti dengan air make-up#
sehingga perlu membayar air untuk keperluan!
• Larangan terhadap Effluent : di Inggris $&nt&hnya# air bersuhu diatas 9/=4
berdasarkan
hukum yang berlaku tidak b&leh dikembalikan ke saluran air k&t&r# sebab
membahayakan
bagi lingkungan dan dapat merusak pipa-pipa yang terbuat dari tanah! K&ndensat
diatas suhu ini harus didinginkan terlebih dahulu sebelum dibuang# dapat
mendatangkan biaya energy ekstra! arangan serupa diterapkan hampir diseluruh
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
21/27
negeri# dan dapat dikenakan biaya dan denda &leh pemas&k air bagi yang tidak
mentaatinya!
• Memaksimalkan keluaran boiler : 'ir umpan b&iler yang lebih dingin akan
menurunkan laju pembangkitan steam pada b&iler! Semakin rendah suhu air umpan#
semakin banyak panas dan bahan baker yang dibutuhkan untuk memanaskan air!
• Kualitas air umpan boiler : K&ndensat merupakan air suling yang hampir tidak
mengandung t&tal padatan terlarut 2TDS3! ;&iler perlu di-blodon untuk
mengurangi k&nsentrasi padatan terlarut dalam air b&iler! Mengembalikan lebih
banyak k&ndensat ke tangki umpan akan menurunkan kebutuhan bagi blodon dan
dengan begitu mengurangi hilangnya energy dari b&iler! 2 0NEP#+83
III++ Utilitas Penuna Stea&
;erikut beberapa utilitas yang umum dijumpai dalam industri kimia dan
menggunakan steam%
!oiler
!oiler merupakan alat pembuat steam yang umum dijumpai dalam industri
kimia# yang ber)ungsi untuk menyuplai steam menuju alat penukar panas#
e,ap&rat&r# dan reakt&r! !oiler terdiri dari tiga sistem# yaitu% sistem air umpan#
ber)ungsi untuk meng&ntr&l air yang disuplai ke dalam b&iler untuk diubah menjadi
steam! Sistem steam# ber)ungsi untuk meng&ntr&l pr&duksi steam dalam b&iler yang
bekerja dengan $ara mengalirkan steam melalui sistem perpipaan ke titik pengguna!
Sistem bahan bakar# ber)ungsi untuk menyediakan bahan bakar yang ber)ungsi
sebagai energi penghasil panas yang dibutuhkan &leh boiler !
"eat #$changer
Prinsip kerja pada alat penukar panas adalah terdapat dua )luida dengan suhu
yang berbeda# dialirkan melalui shell dan tube sehingga pada kedua )luida tersebut
terjadi perpindahan panas se$ara tidak langsung! 'dapun steam yang digunakan pada
alat penukar panas umumnya berjenis saturated steam# meskipun tidak jarang
dijumpai heat e$changer dengan pemanas berupa superheated steam!
#vaporator #vaporator merupakan alat yang ber)ungsi untuk memisahkan solvent dari
larutan solute berdasarkan perbedaan titik didih yang dimiliki keduanya# untuk
menghasilkan pr&duk yang lebih pekat! 0ntuk pr&ses pemisahan solvent dari larutan
solute# maka dibutuhkan panas 2kal&r3 yang umumnya didapat dari boiler atau
furnace!
Terdapat beberapa k&mp&nen dasar dari sebuah evaporator # yaitu%
• "eat e$changer # yang ber)ungsi untuk menukar panas dari medium pemanas 2 steam3
ke pr&duk se$ara tidak langsung!
•
%acuum# ber)ungsi untuk menjaga pr&duk tetap pada suhu rendah yang ber)ungsiuntuk men$egah kerusakan kandungan-kandungan dalam pr&duk!
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
22/27
• %apour separator # ber)ungsi untuk mengembalikan padatan dan uap air ke
condenser ! Condenser # ber)ungsi untuk mengubah uap air menjadi air dalam )asa
li1uid dalam heat e$changer !
III+(+ ;#nt#h S#al
Sebuah siklus 7ankine sederhana ideal bekerja pada temperatur 9 &4 dan tekanan
F bar! Tekanan k&ndens&r #* bar! 'liran massa uap yang masuk ke turbin * kg:s!
6itunglah kerja turbin# kerja p&mpa# kal&r masuk# kal&r keluar dan e)isiensi siklus!
daya yang dihasilkan turbin dan daya nett& siklus!
,aambar B data dari s&al
Ditanya % kerja turbin 2A t3 Kerja p&mpa 2A p3# kal&r masuk 2Oin3# kal&r keluar 2O&ut3#
e)isiensi term&dinamika 2th3# daya turbin 2Pt3 dan daya nett& siklus 2Pnett3!
Dari tabel si)at-si)at uap panas lanjut di dapat %
Entalpi uap masuk ke turbin % h* J /*/L#9 k?:kg
Entr&pi uap masuk ke turbin % s* J 8#/8.F k?:kg!K
Entr&pi uap keluar turbin sama dengan entr&pi uap masul turbin 2pr&ses ideal atau
isentr&pis3 sehingga s* J s+ J 8#/8.F k?:kg!K
Dari tabel uap jenuh# pada tekanan #* bar 2* kPa3 didapat %
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
23/27
Entalpi )ase uap 2hg+3 J +.F/#L k?:kg
Entalpi )ase $air 2h)+3 J *L*#F* k?:kg
Entalpi perubahan )ase 2h)g+3 J +/L+#* kj:kg
Entr&pi )ase uap 2sg*3 J F#*9FF k?:kg!K
Entr&pi )ase $air 2s)+3 J #89L+ k?:kg!K
Entr&pi perubahan )ase 2s)g+3 J B#9LL8 k?:kg!K
5raksi 2kadar3 uap 2H3 dapat dihitung %
'rtinya kadar uap yang keluar dari turbin menuju k&ndens&r adalah B8#++ G atau
)luida yang keluar dari turbin B8#++ G uap dan +/!BF G $air! ;agian yang $air ini
tidak perlu lagi diembunkan# tetapi B8#++ G uap ini yang harus dibuang kal&rnya
supaya )asenya berubah menjadi $air! Maka energi t&tal yang terkandung di dalam
B8#++G uap dapat dihitung %
Maka kerja turbin dapat dihitung yaitu %
Daya turbin adalah %
Kal&r yang dibuang &leh k&ndens&r %
h+ adalah entalpi uap yang masuk ke k&ndens&r J +*.#B k?:kg
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
24/27
h/ adalah entalpi air yang keluar dari k&ndens&r J *L*#F* k?:kg
maka kal&r yang dibuang &leh k&ndens&r adalah %
Daya k&ndens&r yang dibutuhkan untuk membuang kal&r tersebut adalah %
Kerja p&mpa dapat dihitung dengan rumus %
J ,&lume jenis air pada tekanan #* bar J #** m /:kg
p9 J tekanan air keluar p&mpa J tekanan b&iler 2pr&ses ideal tidak ada rugi-rugi
tekanan3 maka p9 J p* J F bar J F Mpa!
p/ J tekanan air masuk p&mpa J tekanan air keluar k&ndens&r# untuk pr&ses ideal
tidak ada rugi-rugi tekanan sehingga p/ J #* bar J * kPa
maka kerja p&mpa %
;ila aliran massa air yang dip&mpa * kg:s maka daya yang diperlukan &leh p&mpa
adalah%
Daya nett& siklus %
Kal&r yang masuk ke sistem 21in3 dapat dihitung %
F#8LLF!-*
F8#LLF#8LL
***./B#/* kA J ***#./B MAF8#LL
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
25/27
h* J entalpi uap panas lanjut keluar dari b&iler J /*/L#9 k?:kg
h9 J entalpi air keluar p&mpa yang besarnya J entalpi air masuk p&mpa C kerja p&mpa# maka h9 J *L*#F* C F#8LL J *LL#FBLL k?:kg
maka kal&r yang masuk ke sistem adalah %
Daya yang dihasilkan ;&iler % P; J +L/L#. k?:kg @ * kg:s J +L/!L. kA J +L/#L.
MA
E)isiensi term&dinamika siklus adalah %
Dari hasil perhitungan dapat dilihat hanya /B#/B G dari daya yang diberikan ke
dalam b&iler yang dapat diubah menjadi energi mekanis# sisanya hilang atau dibuang
ke alam melalui k&ndens&r dan ada sebagian ke$il yang digunakan untuk
mengerakan p&mpa!
*LL#F J+L/L#.
+L/L#.
F 8LL
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
26/27
A I.
PENUTUP
IQ!*! Kesimpulan
*! ;&iler merupakan bejana tertutup di mana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air pr&ses atau steam! Media yang digunakan adalah air untuk
mengalirkan panas ke suatu pr&ses karena murah!
+! 5akt&r yang mendasari pemilihan jenis b&iler adalah sebagai berikut# kapasitas
yang digunakan# k&ndisi uap yang dibutuhkan# bahan bakar yang dibutuhkan# dan
k&nstruksi yang sederhana!
/! 0ap air adalah sejenis )luida yang merupakan )ase gas dari air# bila mengalami
pemanasan sampai temperatur didih diba(ah tekanan tertentu! 0ap air tidak
ber(arna# bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering! 0ap air dipakai
pertama sekali sebagai )luida kerja adalah &leh ?ames Aatt yang terkenal sebagai
penemu Mesin 0ap T&rak!
.! 0ntuk memenuhi baku mutu air umpan b&iler maka harus ada pengendaliaannya#
maka dilakukan peng&lahan se$ara e@ternal yang meliputi diantaranya adalah#
k&agulasi dan )l&kulasi sedimentasi )iltrasi demineralisasi s&)tening dan deaerasi!
8! ;erbagai permasalahan dapat terjadi pada b&iler yang disebabkan &leh perlakuan
air umpan b&iler yang tidak memenuhi persyaratan# untuk pemeliharaannya dapat
dilakukan dengan pr&ses $&mmisi&ning a(al &perasi pada keadaan n&rmal dan
emergen$y penga(asan dan pera(atan dan ruangan ketel!
IQ!+! Saran
*! Perlunya beberapa pertimbangan dalam pemilihan b&iler!
+! Selain diadakan peng&lahan eksternal# untuk menjaga agar b&iler tidak $epat
rusak# serta tidak terbentuk )&uling# s$aling# dan sebagainya# maka diperlukan
peng&lahan lebih lanjut peng&lahan internal!
/! Pada umumnya# diperlukan pembersihan se$ara rutin pada alat penukar panas
untuk meng&ptimalkan pr&ses perpindahan panas yang terjadi!
DA-TAR PUSTAKA
'ryandriadi#+*/!Prinsip Kerja ;&iler Ketel 0ap! http%::aryandriadi!$&m:+*/:*:prinsip-
kerja-b&iler-ketel-uap!html! diakses pada tanggal ** N&,ember +*.
'n&nim! +*/! 'ir 0mpan ;&iler! http%::phant&m-al$hemist!$&m:+*/:+:air-umpan-
b&iler!html ! diakses pada tanggal ** N&,ember +*.
Djukarna!+*.! Siklus &enkine' djukarna!(&rdpress!$&m:term&dinamika:siklus-rankine!Diakses pada ** N&,ember +*.
http://aryandriadi.com/2013/01/prinsip-kerja-boiler-ketel-uap.htmlhttp://aryandriadi.com/2013/01/prinsip-kerja-boiler-ketel-uap.htmlhttp://aryandriadi.com/2013/01/prinsip-kerja-boiler-ketel-uap.htmlhttp://aryandriadi.com/2013/01/prinsip-kerja-boiler-ketel-uap.html
-
8/15/2019 (681509265) Makalah Utilitas Steam
27/27
0nited Nati&ns En,ir&nment Pr&gramme 20NEP3! +8! Cleaner Production ( #nergy
#fficiency )anual ( *uidelines for the integration of Cleaner Production and #nergy
#fficiency! 2distribusi steam dan penggunaanya3 (((!uneptie!&rg! Diakses pada tanggal
** N&,ember +*.!