Performance (penampilan) sebuah ketel uap dapat diukur dalam
istilah kapasitas penguapannya. Kapasitas penguapan atau power dari
sebuah ketel adalah jumlah air yang diuapkan atau steam yang
dihasilkan dalam kg/jam, dapat juga dinyatakan kg/kg bahan bakar
yang dibakar atau kg/jam m2 luas permukaan pemanas. Kapasitas
penguapan dari dua ketel tidak dapat dibandingkan jika kedua ketel
tidak mempunyai kondisi yang sama (suhu air umpan,tekanan kerja,
bahan bakar dan kondisi akhir steam).A-Ha 1
1. Penguapan ekuivalen.Penguapan ekuivalen adalah jumlah air
yang diuapkan dari air umpan pada 100 oC dan dibentuk menjadi uap
kering jenuh pada 100 oC dan tekanan atmosfir. Ini hanya memerlukan
panas laten pada 101,42 kPa untuk merubah menjadi uap pada suhu 100
oC. Harga panas laten diambil sebesar 2256,4 kJ/kg. Secara
matematik dapat ditulis : E=Total panas yang diperlukan untuk
menguapkan air umpan2256,4
A-Ha
2
Dimana : t1 = suhu air umpan, oC hf = panas sensible dari pada
air umpan (kJ/kg) steam sesuai dengan t1 oC. H = total panas uap
(kJ/kg) uap pada tekanan kerja yang diberikan. = hf + x hfg ( untuk
uap basah) = hf + hg (untuk uap kering) = Hsup = hf + hfg + cp
(Tsup tsat) (untuk uap panas lanjut) x = Dryness fraction We =
Berat air sebenarnya yang diuapkan atau uap yang dihasilkan (kg/jam
atau kg/kg bahan bakar yang dibakar)A-Ha 3
Dimana panas yang diperlukan menguapkan 1 kg air adalah : = H hf
Jadi total panas yang diperlukan menguapkan We kg air adalah : = We
(H- hf ) dan E = We (H - hf) kg/kg bahan bakar2256,4
untuk
untuk
harga dikenal juga sebagai faktor penguapan yang ditandai dengan
Fe, maka Fe =(H - hf) 2256,4A-Ha 4
(H - hf) 2256,4
2.Efisiensi Ketel UapEfisiensi ketel uap dinyatakan sebagai
perbandingan panas sebenarnya yang digunakan dalam pembentukan uap
terhadap panas yang dipancarkan didalam dapur. Ini juga dikenal
dengan efisiensi thermal dari ketel. Secara matematik : = =
Panas sebenarnya yang digunakan panas yang dipancarkan didalam
dapurWe (H hf) CA-Ha 5
dimana : We = Berat air sebenarnya yang diuapkan atau penguapan
sebenarnya (kg/kg bahan bakar) C = Nilai kalori dari pada bahan
bakar (kJ/kg bahan bakar) Catatan : a). Jika Ws = Total berat air
yang diuapkan menjadi uap, (kg) Wf = Berat bahan bakar yang
digunakan (kg)
A-Ha
6
We = Maka :
Ws Wf
kg/kg bahan bakarWs (H h f ) Wf C
=
b). Jika ketel terdiri dari ekonomiser dan superheater dan
anggap satu unit tunggal, maka efisiensi dinyatakan sebagai overall
efficiency (efisiensi keseluruhan) dari sebuah ketel
A-Ha
7
3. BOILER HORSE POWER (Daya Ketel)American society of mechanical
Engineers (ASME) telah merekomendasi bahwa 1 HP (Horse Power) dari
sebuah ketel adalah ekuivalen terhadap penguapan 15,653 kg air per
jam dan pada 100 oC. Atau : BOILER HP =Ws (H h f ) 15,653 x
2256,4
A-Ha
8
Contoh 1:
Sebuah ketel menguapkan 3,6 kg air per kg bahan bakar menjadi
uap jenuh pada 980 kPa absolut. suhu air umpan 32 oC. Berapa
penguapan ekuivalen dari dan pada 100 oC dan faktor pengupannya.
Jawab : We = 3,6 kg/kg bahan bakar. p = 980 kPa t1= 32 oC Penguapan
ekuivalen dari dan pada 100 oC adalah panas sensible dari air
umpan. hf = 134 kJ/kgA-Ha 9
Dari tabel uap, untuk tekanan 147 lb/in2 diperoleh : H = 2777
kJ/kg Dengan menggunakan persamaan : E=We (H - h f ) 2256,4
kg/kg bahan bakar
A-Ha
10
=
3,6 (2777 - 134) 2256,4
lb/lb bahan bakar
= 4,2 kg/kg bahan bakar Faktor penguapan, Fe = = = 1,17
(H - h f ) 2256,4A-Ha
(2777 - 134) 2256,4
11
Contoh 2
Berikut adalah hasil pengamatan dari percobaan sebuah ketel:
Bahan bakar yang digunakan 250 kg dengan nilai kalor 29726 kJ/kg.
Air yang diuapkan 2000 kg. Tekanan uap 1100 kPa. Dryness fraction
uap 0,95. Suhu air umpan 34 oC. Hitunglah penguapan ekuivalen dari
dan pada 100 oC per kg bahan bakar dan efisiensi ketel
A-Ha
12
Jawab: Wt = 250 kg C = 29726 kJ/kg Ws = 2000 kg P = 1100 kPa x =
0,95 T1 = 34 oC hf = 142,5 kJ/kg Penguapan ekuivalen dari dan pada
100 oC adalah : Berat air sebenarnya yang diuapkan . We =Ws 2000 !
!8 Wf 250
kg/kg bahan bakar
A-Ha
13
Dari tabel uap untuk tekanan 1100 kPa diperoleh : hf = 781,03
kJ/kg hfg = 1999,6 kJ/kg Jadi H = hf + x hfg = 781,03 + 0,95
(1999,6) = 2680,65 kJ/kg Dengan menggunakan persamaan : E=We (H - h
f ) 2256,4A-Ha 14
E=
8 (2680,65 -142,5) 2256,4
= 8,9 kg/kg bahan bakar
Effisiensi ketel : =We (H hf) C
=
8 (2680,65 -142,5) 29726
= 0,683 atau 68,3 %A-Ha 15
Contoh 3 Sebuah ketel Lancashire menghasilkan 2400 kg uap kering
pada tekanan 1000 kPa. Luas tungku api (permukaan panas) 3 m2 dan
90 kg bahan bakar per m2 tungku api per jam. Nilai kalor bahan
bakar 33100 kJ/kg dan suhu air umpan 20 oC Hitung : a) Penguapan
sebenarnya per kg bahan bakar b) HP ketel c) Effisiensi ketel d)
Faktor penguapanA-Ha 16
Jawab : Ws = 2400 kg P = 1000 kPa abs Luas tungku api = 3 m2
Berat bahan bakar yang dibakar = 90 kg/m2 jam Jadi berat bahan
bakar yang dibakar per jam. Wf = 3 x 90 = 270 kg C = 33100 kJ/kg T1
= 20 oC hf = 83,915 kJ/kgA-Ha 17
a). Penguapan sebenarnya per lb bahan bakarWs We = = Wf2400 =
8,89 270
kg/kg bahan bakar
b). HP ketel Dari tabel uap pada tekanan 1000 kPa diperoleh : H
= 2777,1 kJ/kg Maka : We (H h f ) =15,563 x 2256,4
=
8,89 (2777,1 83,915) = 0,68 h.p. 15,563 x 2256,4A-Ha 18
c). Effisiensi ketel :We (H hf) = = C8,89 (2777,1 83,9) = 0,7233
33100
atau d). Faktor penguapan Fe =(H - h f ) = 2256,4A-Ha
= 72,33%
(2777,1 83,9) = 1,2 2256,4
19
4. Kehilangan PanasKehilangan panas adalah selisih panas yang
dipancarkan didalam dapur dengan panas yang digunakan untuk
menghasilkan uap Kehilangan panas pada sebuah ketel adalah melalui
beberapa subyek yakni : a. kehilangan panas (heat losess) melalui
gas asap b. kehilangan panas (heat losess) karena kelembaban atau
kandungan air didalam bahan bakar.
A-Ha
20
kehilangan panas (heat losess) melalui uap yang terbentuk dari
reaksi pembakaran hydrogen per kg bahan bakar d. kehilangan panas
(heat losess) karena karbon yang tidak terbakar didalam tempat abu
e. kehilangan panas (heat losess) karena pembakaran karbon pada
karbo monoksida (CO) f. kehilangan panas (heat losess) melalui
radiasi dinding dapur ketel.c.A-Ha 21
4.1 Kehilangan panas (heat losess) melalui gas
asap
Kehilangan panas (heat losess) melalui gas asap per kg bahan
bakar dinyatakan sebagai berikut q1 = W x cp (tf tb) Dimana : q1 =
kehilangan panas (heat losess) melalui gas asap kJ/kg bahan bakar W
= berat gas asap per kg bahan bakar cp = panas jenis rata-rata gas
asap Tf = suhu gas asap meninggalkan cerobong Tb = suhu ruang
disekitar ketel uap.A-Ha 22
4.2.
Kehilangan panas (heat kelembaban bahan bakar
losess)
karena
Kehilangan panas (heat losess) ini dianggap bahwa kelembaban
dikonversi menjadi super heated steam pada tekanan atmosfir (101,33
kPa). Kehilangan panas (heat losess) karena kelembaban bahan bakar
dapat dihitung dengan formula sebagai berikut : q2 = W x (Hsup hb)
= W [(h + hfg + cp (tf tsat)) hb] = W [(419,06 + 2256,4 + cp(tf
100)) hb]A-Ha 23
untuk : P = 101,3 kPa hfg = 2256,4 kJ/kg,
h = 419,06 kJ/kg tsat = 100 oC
q2 = W [ (2675,46 + cp (tf 100)) hb] dimana : W = Berat
kandungan air didalam bahan bakar per kg cp = panas jenis rata-rata
dari superheated steam didalam gas asap Tf = suhu gas asap
meninggalkan cerobong. Tsat = suhu jenuh hb = sensible heat air
pada suhu ruangan sekitar ketel
A-Ha
24
4.3. Kehilangan panas melalui steam yang reaksi pembakaran
terbentuk dari
H adalah berat hydrogen yang terkandung didalam setiap kg bahan
bakar. Berat steam yang terbentuk dari hasil pembakaran adalah : =
9 H2 kemudian panas yang hilang : q3 = 9 H2 [ (2675,46 + cp (tf
100)) hb]
A-Ha
25
catatan : panas yang hilang melalui steam yang terbentuk karena
reaksi pembakaran, dan kelembaban bahan bakar per kg adalah : q2.3
= (9H2 + W) [ (2675,46 + cp (tf 100)) hb]
A-Ha
26
4.5. Kehilangan panas karena pembakaran karbon pada karbon
monoksida (CO)Umumnya kehilangan panas ini terjadi pada ketel uap
yang suplay udaranya tidak cukup. Kehilangan panas terhadap
pembaaran yang tidak sempurna, q5 = W2 x C2 Dimana : W2 = berat
karbon monoksida didalam gas asap per kg bahan bakar C2 = Nilai
kalori karbon monoksida
A-Ha
27
4.6. Kehilanagan panas melalui radiasiKehilangan panas karena
radiasi melalui dinding ketel ini secara tidak langsung merupakan
selisih dari panas yang dipancarkan dan jumlah kehilangan panas
setelah dikurangi oleh panas yang digunakan untuk menghasilkan uap.
Untuk perhitungan yang lebih teliti besarnya kehilangan panas
akibat radiasi melalui dinding dapur dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan perpindahan panas secara radiasi.
A-Ha
28
5. NERACA PANAS suatu perhitungan panas yang Neraca panas
adalah
menunjukkan perhitungan yang lengkap dari panas yang diberika
oleh 1 kg bahan bakar dan panas yang dipakai. Panas yang diberikan
terutama digunakan untuk menghasilkan uap dan sisanya adalah panas
yang hilang. Panas yang digunakan untuk menghasilkan uap besarnya
adalah : = We (H hf ) Neraca panas untuk sebuah ketel uap
ditunjukkan dalam kolom neraca seperti berikut :A-Ha 29
Bentuk neraca panas pada sebuah ketel uap per lb bahan
bakar.Panas yang diberikan Dari 1 kg bahan bakar kJ q % Panas yang
dipakai Untuk kJ qs q1 q2 q3 q4 %
100 1. Produksi uap 2. Terbawa gas asap 3. Kelembaban 4. uap
dari pembakaran 5. Karbon tidak terbakar
6. Pembakaran tidak sempurnaA-Ha
q5
30
7. Radiasi
q-(q +q +q +
Contoh 5 : Dalam percobaan sebuah ketel, dari hasil pengamatan
diperoleh data sebagai berikut: Tekanan uap = 1000 kPa. Uap yang
dikondensasikan = 540 kg/jam Bahan bakar yang digunakan 65 kg/jam
Kelembaban didalam bahan bakar 2% berat Berat gas asap 9 kg/kg
bahan bakar Nilai kalori rendah bahan bakar 33500 kJ/kg Suhu gas
asap 325 oC. Suhu air umpan 50 oC. Suhu sekitar ketel 28 oC. Panas
jenis rata-rata gas asap 1,0048 kJ/kg K Panas jenis rata-rata uap =
2,09 kJ/kg K. Dryness fraction 0,95 Buat neraca panas untuk ketel
tersebutA-Ha 31
Jawab :Ws = 540 kg/jam h1 = 209,34 kJ/kg x = 0,95 W = 9 kg/kg
bahan bakar cp uap panas lanjut = 0,5 tb = 28 oC hb = 117,4 kJ/kg w
= 0,02 kg/kg bahan bakar t1 P Wf Tf = 50 oC = 1000 kPa abs = 65
kg/jam cp gas asap = 0,24 = 325 oF C = 33500 kJ/kg
Pertama-tama tentukan panas yang diberikan oleh 1 kg bahan bakar
selama kelembaban ada didalam bahan bakar, maka panas yang
diberikan oleh 1 kg bahan bakar = (1 - 0,02) kg x 33500 kJ/kg =
32562 kJ
A-Ha
32
a. Panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan uap, dimana berat
air sebenarnyayang diuapkan per lb bahan bakar adalah :
Ws We = = Wf
540 = 8,3 kg/kg bahan bakar 65
dari tabel uap pada teknan 1000 kPa diperoleh hf = 762,51 kJ/kg
hfg = 2014,6 kJ/kgA-Ha 33
Panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan uap : = We (H h1) = We
[(hf + x hfg) h1] = 8,3 [(762,51 + (0,95 x 2014,6)) 209,34 ] =
20476,432 kJ/kg bahan bakar
A-Ha
34
b. Panas yang terbawa oleh gas asap : = W x cp (tf tb) = 9 x
1,0048 (325 28) = 2685,83 kJ/kg bahan bakar c. Panas yang terbawa
oleh kelembaban didalam bahan bakar = w [(2675,46 + cp (tf 100))
hb] = 0,02 [(2675,46 + 2,09 (325 100)) 117,4] = 60,57 kJ/kg bahan
bakar d. Kehilangan panas karena radiasi = 32562 (20476,432 +
2685,83 + 60,57) = 9339,17 kJ/kg bahan bakar
A-Ha
35
Neraca panas per kg/bahan bakar.Panas yang diberikan Dari 1 kg
bahan bakar kJ 32562 % 100 Untuk 1. Produksi uap Panas yang dipakai
kJ 20476,43 % 62,88
2. Terbawa gas asap 3. Kelembaban
2685,83 60,57
8,2 0,186
4. Radiasi Total 32562 100 Total
9339,17 32562
28,68 100
A-Ha
36
