BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas

atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke

suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan

meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang

harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

Sistem boiler 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.

Setelah mengetahui beberapa hal tentang boiler, maka perlu diketahui

keanekaragaman boiler berdasarkan beberapa klasifikasi. Boiler dapat

diklasifikasikan berdasarkan bahan bakar yang digunakan, tipe pipa, tekanan

kerja, dan sirkulasi air. Oleh karena itu makalah ini dibuat agar kita

mengetahui manfaat, kerugian dan cara kerja boiler-boiler tersebut.

1.2 Tujuan

Mahasiswa dapat mempelajari dan memahami berbagai jenis boiler menurut

klasifikasinya masing-masing.

BAB II. PEMBAHASAN

Klasifikasi Boiler dapat dibagi menjadi beberapa bagian dengan jenis golongan

yang berbada, antara lain berdasarkan bahan bakar yang digunakan, tipe pipa,

tekanan kerja, dan sirkulasi air. Penjabaran tentang hal tersebut dibagi kedalam 4

poin sebagai berikut :

1. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan

Berikut ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai Boiler bila ditinjau

berdasarkan bahan bakar yang digunakan untuk pembuatan uap, yang dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

a) Boiler dengan bahan bakar padat (solid fuel).

Contoh dari bahan bakar padat adalah bahan bakar kayu (wood), sekam padi

(rice husk), serutan kayu (sawdust), batubara coklat (lignite), batubara bituminous

(seperti aspal), batubara jenis antrasit (antrasite coal), bahan bakar arang kayu

(wood charcoal), kokas (coke), briket (briquette), ampas (misal serabut kelapa

sawit atau ampas tebu).

Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik : harga bahan baku

pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan

bahan bakar buatan dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika

dibandingkan dengan boiler tipe elektrik/listrik.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran

bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu)

dengan oksigen dan sumber panas.

Gambar 1 : Solid Fuel BoilerSumber: :

http://www.jumo.ca/media/pictures/industry/heating_airconditioning/solid_fuel_boilers.jpg

b) Boiler dengan bahan bakar cair (fuel oil).

Tipe boiler bahan bakar buatan memiliki karakteristik : harga bahan baku

pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai efisiensi dari

tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler bahan bakar alami dan listrik.

Contoh dari bahan bakar buatan adalah solar, residu, kerosin, dll.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan

bakar buatan (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

Gambar 2 : Fuel Oil Boiler

Sumber :

http://www.msue.msu.edu/objects/content_revision/download.cfm/revision_id.51

0825/workspace_id.-4/e2111fig2.jpg/

c) Boiler dengan dapur listrik

Boiler dengan dapur listrik yaitu ketel dengan menggunakan energi listrik

dimana terdapat elemen pemanas sebagai pemanas air ketel.  Tipe Boiler ini

memiliki karakteristik: harga bahan baku pemanasan relatif lebih murah

dibandingkan dengan yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai efisiensi dari

tipe ini paling rendah jika dibandingkan dengan semua tipe boiler lainnya. Ada

dua tipe boiler jenis ini, yakni Resistance dan Elektroda.

Tipe resistance ini umumnya adalah voltase rendah dan kapasitas rendah,

dimana arus sebagai pembangkit panas mengalir melalui elemen (resistance),

kawatnya bukan sebagai pembangkit panasnya.

Tipe elektroda adalah dimana arus yang mengalir melalui air (dalam air) dan

tidak melalui suatu kawat, dimana air boiler merubah energi listrik menjadi energi

panas.

Cara kerja: pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai

sumber panas.

Gambar 3 : Electric Boiler

http://www.electric-boilers.org.uk/wp-content/uploads/2010/09/electric-

boiler-block-diagram1.jpg

d) Boiler dengan bahan bakar gas (Gaseous Fuel)

Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik : harga bahan baku

pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi

dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan

bahan bakar.

Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas

(LNG) dengan oksigen dan sumber panas.

Gambar 4 : Gas Hot Water Boiler

Sumber : https://secure.sceg.com/enercom/library/images/boiler.gif

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 Paling buruk nilai effisiensinya.

perawatannya.

Mudah konstruksinya

dan mudah didapatkan

sumbernya.

Temperatur pembakaran paling rendah.

2. Berdasarkan Tipe Pipa

a) Fire Tube Boiler 

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa – pipa dan air umpan boiler

adadidalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya

digunakanuntuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah

sampaisedang. Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan

steamsampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm. Fire tube boiler

dapatmenggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat

dalamoperasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler

dikonstruksisebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

Gambar 5 : Fire Tube Boiler

Sumber : http://www.fapdec.org/images/p13.jpg

b) Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk ke

dalam drum. Air yang tersikulasi 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 water tube boiler

yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.

Untuk water tube boiler 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

Gambar 6 : Water Tube Boiler

Sumber : http://www.energyefficiencyasia.org/images/WaterTubeBoiler.jpg

c) Combinasi boiler (boiler kombinasi)

Merupakan kombinasi dari boiler pipa api dan pipa air. Pada bagian ruang

bakar (furnace), bagian dalam pipa air sementara pada badan boiler, bagian

dalamnya dialiri gas panas.

Gambar 7 : Combination Boiler

Sumber :

http://help.tradingdepot.co.uk/wp-content/uploads/2012/10/combination-

combi-boiler.gif

3. Berdasarkan Tekanan Kerja

Berdasarkan tekanan yang dihasilkan boiler dibagi menjkadi 3 jenis yakni boiler

tekanan rendah (Low Preassure) dan boiler tekanan tinggi (High Preassure)dan

bertekanan sedang. 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.

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.

Area yang dibutuhkan

besar dan biaya konstruksi

lebih mahal dari low

pressure boiler

High Pressure Boiler

Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan

steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan

diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 0F.

Gambar 8 : Oil gas high pressure boiler

Sumber : http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-g/oil-gas-high-

pressure-multi-fuel-boilers-789-2021151.jpg

Middle Pressure Boiler

Uap ini didapatkan melalui 3 cara yaitu :

-        Uap bertekanan tinggi yang diekspansikan melalui turbin sehingga

memiliki tekanan 42  kg/cm2

-        Uap yang di blow down yang berasal dari steam drum pada Package

Boiler

-          Menurunkan tekanan uap bertekanan tinggi melalui valve

ekanan kerja rendah : ≤ 5 atm

b.Tekanan kerja sedang : > 5-40 atm

c.Tekanan kerja tinggi: > 40-80 atm

  Low Pressure Boiler

Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan

steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan

dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 0F.

Uap ini dihasilkan dengan 3 cara yaitu :

-        Hasil ekspansi uap bertekanan menengah yang keluar dari turbin

-        Flashing dan blow down dari steam drum dan mud drum pada package

boiler

-        Menurunkan tekanan uap bertekanan menengah melalui valve

Gambar 9 : Oil Gas Low Pressure Boiler

Sumber : http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-m/oil-gas-low-pressure-

steam-boilers-789-2022161.jpg

4. Berdasarkan Sirkulasi Air

Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler

mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke

turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi

dengan melalui economiser dan ditampung didalam steam drum.

Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke

drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari

superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

Gambar 10 : Economiser tipe pipa bersirip (finned tubes)

Sumber : http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html

Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header

bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum

turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari

header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun

membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan

dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.

         Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi

secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik

hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun

melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-

pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan

terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas.

Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan

tekanan serta temperaturnya.

         Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation).

Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump).

Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7, artinya jumlah

air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari

sistem sirkulasi paksa  antara lain :

Waktu start (pemanasan) lebih cepat

Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke

pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.

Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan

Gambar 11 : Sirkulasi air

Sumber : http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html

Air dipompakan kedalam boiler dengan menggunakan pompa air pengisi (Boiler

Feed Pump/BFP), melalui katup pengatur. Sebelum masuk kedalam boiler drum,

air dipanaskan terlebih dahulu di Low Pressure Heater juga dipanasi di High

Pressure Heater dan terakhir dipanasi di Economizer sehingga temperatur air

mendekati titik didihnya.

Dari dalam boiler drum air bersirkulasi melalui down comer dan riser sehingga

dengan adanya pemanasan dari ruang bakar terbentuklah uap air.

Sirkulasi ini dapat terjadi secara alami (natural circulation) ataupun sirkulasi yang

dibantu (assited circulation) dengan menggunakan pompa sirkulasi.

Salah satu bagian dari boiler adalah down comer. Down comer ini berada diluar

ruang bakar, menghubungkan antara boiler drum dengan bagian bawah tube wall

(Riser). Down comer tidak mendapat pemanasan dari ruang bakar boiler. Karena

air didalam riser mendapat pemanasan dari ruang bakar maka akan timbul uap air.

Campuran air dan uap yang berada didalam riser berat jenisnya akan lebih kecil

dari pada air yang ada didalam down comer, karena air didalam down comer tidak

menerima pemanasan.

Selanjutnya air dan uap yang ada didalam riser akan naik sedangkan air yang ada

didalam down comer akan turun.

Dengan demikian terjadilah sirkulasi air didalam boiler secara alami. Uap yang

dihasilkan ditampung didalam boiler drum kemudian dialirkan menuju turbin

melewati superheater. Komponen utama boiler dalam sirkulasi air adalah

Ekonomiser, drum boiler, heater, riser dan down comer.

KESIMPULAN

1. Boiler dapat diklasifikasikan berdasarkan bahan bakar yang digunakan,

tipe pipa, tekanan kerja, dan air sirkulasi.

2. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan, boiler ada 4 jenis yaitu solid

fuel boiler, fuel oil boiler, gaseous fuel boiler, dan electric boiler.

3. Berdasarkan jenis pipa, boiled dapat dibedakan menjadi fire tube boiler,

water tube boiler, dan combination boiler.

4. Berdasarkan tekanan operasinya, boiler dapat dibagi menjadi low pressure

boiler, middle pressure boiler, dan high pressure boiler.

5. Berdasarkan air sirkulasinya, boiler dapat dibedakan menjadi dua jenis

yaitu boiler untuk air sirkulasi alami dan air sirkulasi paksa.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.boiler.co.id/jenis-jenis-boiler/ (Diakses pada tanggal 7 April 2014,

pada pukul 14.30)

http://deditutibiokim.blogspot.com/2011/12/boiler-dan-jenis-jenis-boiler.html

(Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada pukul 14.35)

http://aanhambaallah.blogspot.com/2012/04/v-behaviorurldefaultvmlo.html

(Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada pukul 14.48)

http://primardp.blogspot.com/2010/11/klasifikasi-boiler.html (Diakses pada

tanggal 7 April 2014, pada pukul 15.15)

http://myboilernovi.blogspot.com/ (Diakses pada tanggal 7 April 2014, pada

pukul 15.30)

http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerja-boiler.html (Diakses pada tanggal 7

April 2014, pada pukul 15.50)