ANAI,ISA PENGARUH KERAK PADA PIPAAIR TERII.{I}AP MFISIENSI KETEL UAP

SKR.IPSI

Diajukan untuk Memenuhi Fersyaratan Ujian Sarjana pada Program StudiTeknik Mesin

Oleh :

MIID NURI}IANSYAH08.813.0007

PROGRA1VI STUI}I TEKNIK MESINFAKUT.,TAS TEKNIK

UNIVERSITAS MEDANAREAMEDAN

20,4

UNIVERSITAS MEDAN AREA

ANALTSA, PMNSARUH KBRAKPANA PEPAA.ER TMffi}TAMAP ffiFXSTENST KETEL T}AF

?&]GAS AKXAHR

Dlajukan *eb*gai solsh satu penyaratam umtuk ujian $ari*na p*daPrugrann Studt Telon&k Meslm

Oleh :

MSIB NM]RSIANSYAHCI8"813.0047

Disetujui oleh

Fembimbing I Pernbimbing II

'Kon,MT.)(h" Husin lbrahim, MT.)

h4*mgetahrai

Ka. Prograrn Stud|

M(Dr"h.Suditanra ,MT.)

/ti.\.,/_ n

J

UNIVERSITAS MEDAN AREA

KATA PENGANTAR

puji si,gkur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang lviaha Esa, karena atzs

rahmat dan karunia-Nva sehingga penulis dapat r',renyelesaikan Skripsi ini irengan

baik. Skripsi ini a{alah merupakan salah satri sya-rat yang herus Clselesaikan r-leir

setiap mahasiswa untuk memperoieh gelar sa4ana d'r Prograrc Stud.i Tir^knik

Mesin. Fakulta; Teknik, Universitas Medan Area'

Dalam pernbuatan Tugas Sarjana ini penuiis mengambil judul " Analisa

Pengaruh Kerak pada Pipa Au Terhadap Efi:iensi Ketel {Iap".Dalarn ponyusunan

Skripsi ini penulis menemui banyak kesulitan dan menyadari masih ban;'ak pula

kekurangan & kesalahan yang terja<ii. Oleh sebab itu penulis dengatr senang hati

menerima loitik dan saran yarrg bersifat membangun untuk kesempumaan Skripsi

ini"

Pada kesempatan ini tidak lupa pula penulis menyampaikan ucapan terima

kasih yang sebanyak-banyaknya atas segala bantuarl arahan da:r bimbingan yang

tetah diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini, yaitu kepada :

1. Ibu Hj. HantzaA. Susanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Medan Area-

2. Bapak Dr.tr. Suditam4 MT. setaku Ketua Program Studi Teknik- Mesin

Fakultas Teknik UMA.

3. Bapak Ir. Amirsyam Nasution, MT. selaku dosen pembimbing I dan

sekaligus Wakil Dekan bidang kemahasiswaan Fakultas Teknik UMA.

,t-

UNIVERSITAS MEDAN AREA

4.

5.

Bapak Ir. l{usin lbrahirn, MT selaku dosen pernbimbing II Skripsi ini.

yang telah memtredkan arahan dan bimbingan dari awal hingga selesainl,'a

tugas sarjana ini.

Bapak-Bapak seluruh staf pengajar Prograrn Studi Tekrdk Mesin Fakultas

Teknik Universitas lv{edan Area.

Ibwrda dan Ayah handa serta Istri dan ananda tercinta terimakasih atas doa

dan suportnya

Rekan-rekan mahasiswa yang telali membantu penulisan fugas sarjana ini

hingga selesai.

Seluruh staf Pegawai administrasi Fakultas Teknik Universitas Medan

Area

Akhir kata semoga tugas sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan

untuk perkembangan lfunu Pengetahuan dan Teknologi dimasa yang akan dating,

Auriiin.

Medan, Maret ?014

Penulis

.|l.

Iil

tr

UNIVERSITAS MEDAN AREA

ABSTRAK

Penulisan tugas sarjana ini berjutuan untuk mengetahui secsra actual

pengaruh tebal kerak terhadap perpindahan ponas pada pipa water wall,

sehingga didapat jumlah panos yang maksimal untuk uap kering pada Industri

Tepung Roti dengan kapasiras j0 ton/jam pada tekanaru 23 bar don 2804C. Dalam

menyelesaikan tugas akhir ini penulis melakukan tinjauan ke pabrik tenoga u.ap.

Tujuan dari riset ini untuk mendopatkan data-data yang relevan dan efehip yang

dapat dipergunaknn dalam menganalisis pengaruh kerak terhadap perpindahan

panas pada pipa water wall. Kesimpulan dari analisis ini bahwa kerak sangat

mempengoruhi perpindahan panas pada pipa water wall, semakin tebal kerak

yang menempel pada pipa water wall makn loefisien perpindohan panas yong

dibutuhkan pipa water wall akan naik dan pemalmian bahan bakar iuga

meningknt.

Kats kunci : Pipa water wall, kerak

ivUNIVERSITAS MEDAN AREA

DAFTAR iSI

DAFTAR ISI......

I]AF'TAT( GAMBAR

DAFTAR TABEI- ....... tx

BAB T PEI'{T}ATIUL{.IAN

1.i. Latar Eelakang.. -......-........ I

1I.2. Perumusan h{asalah

1 .3. ilatasan N{a.salalr

1.4. Tujuan Analisa.....

I .5. l\4anfaat Analisa.....

BAB II TII{JAUAI'{ PUSTAKA

Ii.1. Defenisi Ketel Uap........... .............. 6

II.2. Pipa Water WaII......... .................. 11

IlI.3. Pengisian Air PadaPipa Air KetelUap............. ................ l2

III.4. Faktor Pengerakan Pada Pipa water WaIl.......... ......"....-.. l6

II.5. ProsesPerpindahanPanas .............. 19

1I.6. Pengolahan Air Pengisian Ketel Uap.......... ... 26

BAB 3 : METOBE PERENCANAAN

III. 1. Survey lLapaagan .............

III.2. Literatur ..........

a.-il

4

4

?̂

J_'\

JL

UNIVERSITAS MEDAN AREA

III.3. .A.nalisa ..............

III.4. Kesirnpulan dan Saran

BAB 4:ANALISAT}ATA

IV.l. ,Analisa Pengaruh Kerak Terhadap Pipa ,'rir iietel Uap ..-..-'...-.-....-. 36

IV.2. Gerafik Hasil Perhitungan Perpindahan Panas -.......-.----- 57

BAI] 5 : I{OSII-IPULAN DAN SARIN

V.1. Kesimpuian ..."..-..'.----. o0

V.2. Saranr ..-.--.'. 61

IIAFTAR PUSTAKA -. -.-....-.-.... 62

T,AMPIR.AN

at-: -i

J)

viUNIVERSITAS MEDAN AREA

}AFTAR GAhTBAR

Gambar f .i.

Garnbr 2. i.

{3arobar2.2.

Glni;;er 2.3.

Gambar 2.4.

Gambar 2.5.

Ga:ntar 2.6.

Gunbar 2-7.

Gambar 2.8.

Gambar 2.9.

Gambar 3.1.

Gambar 4.2.

Gambar 4.3.

Gambar 4.1.

Ilustrasi Terjadinya Kerak .-.......-......2

Ketcl tjap Pipa apr Type Schote .....-...'.... -...----..7

Ketel Uap Pipa Air (Warer Tube Roiler) ..-. -.......-....---..-...-. I

iuinsip I(erja i(etel Lrap Pipa Air ...-......-.'.'...... t

Boiler ..-.--.-....12

Pembentuka Kerak -.-....-- 16

Perpindahan Panas Konveksi Pada Pipa -.--------- 20

Perpindahan Panas Konduksi .-....-...- 21

Aliran Kaicr Satu Dimensi Melalui Silinder Bolong ..---..-..- 23

aliran Kalor Dimensi Meialui Penampang Silinder ---..--.--.' 24

Diagram Alir .......... .----.-- 34

Aliran Gambar Pada Sebuah dan Analog Listrik ----.---..----..- 37

Aliran Kalor Pada Sebuah l'}ipa Yang Terdapat Endapa-n Kerak

Pada Sisi Luar dan Dalarn Analogi dan listriknya ------------.-.--- 42

Grafik Koefisien Perpindahan Kalor Menl'eluruh (U) Tebal

-......... 58Kerak Pada Luar dan Dalam Menyeluruh

Gambar 4.2. Geraft. Temperatur (tI) Tebal Kerzrk Pada Sisiluar Pipa

WaterWall .--.-.--..-..56

-

UNIVERSITAS MEDAN AREA

EAFT]AR TAEEL

Tabel 4.1.

Tabrl 4 2.

Tabei 4.]-

i{al

Data. KetebaianKerakPadaPipa Water Wall ......... .................... 42

PengaruirE;i<ia.psrrKerakTerh ad ap P erpi nCa hanPanas

Kalcrlvferryeluruh ..-....-......... 55

p i:,., gai".:i d: l.d ap a-nKc cak'[ e rirad a r-. !- rr. ( P ip "-$ 6gi an L-u.ar)

?ai,aPipaWater iYall..... ......56

villUNIVERSITAS MEDAN AREA

I}AFTAR II{OTASI

a : Keseimbangan energi (energ; baiance)

dl : Laju aliran marssa fluiiia

Cp : Capasitas pal'as koltsi3n flui'la

AT* : Selisih ternpsratalr rata-rata

Uu - KoeSsien perniridlhan pana:l Cesa:r:d

i'r : Temperahre masuk fiuida dalan tul'e

T2 : Temperat-rr keluar fluida daLam tube

tr = Terrrperature mas'lk fluida diiuar tube

tz : Temperatur k-ehnr iiuida diluar tube

A : Luas perPindahalpanas

U : Koefisien Perpindahan panas menyeluruh

LIo : Koefisien perpindahan panas desaind

Ureq : Syarat koefisien perpindahan panas

D" : diameter luw tube

Di : diarneter dalam tube

D" : Dianreter ekivalent

D, : Diameter dalun shell

hi : koefisien perpidahan panas didalam tube

h" : koefisien perpindahan panas diluar tube

Roi,Roo : Fakator pengotor \foulingfcctor)

F : LNLTD factar korection

ATrn : Selisih ternperatur rata-ratz

I ).iUNIVERSITAS MEDAN AREA

EAB I

PENI}A[iULU,qN

1.7. Latzr llela}:ang

Perkembangan Teknologi pada masa sekamng ini, ketel uep suriah

r,rerupakan salah satu komponen yarig sangat penting pada suatu sistem h--,dusir"i.

Ketcl uap n.snherikair konstribusi ymg t,esar' dalarn sisteirl niek,ar'isnre

pemhapgu,ralr d.engan metnan{hatkarr sr.rmber c-ia1'a alain utituk kcpertti:lqai-r

ilanusia. Kebutuhan ketel uap memegang peranan dalan-r durria industri seperti

dalam pablik pengolalian keiapa sawit. Pada pabrik Pengolairan Kelspa sar''rit

(PKS), kctel uap herperan rnemproduksi uap untuk proses pemanasan, perebusan

dan pengeringan clalam proses produksinya'

Air yang mastik ke dalam ketel uap harus memiliki persyaratan kwalitas

tertentu, sehingga produksi uap dan kekuatan peralatan 1"1s1 rmp dapat dijaga

sesuai dengan perencanaan semula. Pengolahan air sebelum masuk ketel uap

adalali salah satu ma*"alah yang perlu mendapat perhatian dalam pereilcaflsan

sebuah ketel Uap. Secara garis besar, air yang berasal dali rvaduk yang

dipompakan ke suatu bak yang diberi sekat/batlle dengan sistem aliran orrerflcv',

dan uncierflow dengan tujuan untuk mengendapkan rat-zat padat yang terikut

dalam air sungai. Selanjutnya ditambahkan taw'as aquaflock AN-9 daft soda ash ke

dalam air, agar zatpadatyang melayang menjadi flok dan mengkogtrlasi, sehingga

mudah untuk dipisahkan. Banyaknya penambaltan zzt kimia tergantung pada

kuatitas air..

Kemudian di -de min erali s as i atav memurnikan air dari mineral+nineralnya,

terutarna bila air banyak silica Sistem demineraiisasi terdiri dari alion exciranger

UNIVERSITAS MEDAN AREA

EAB I

PENIlAliULUat"d

I.1. Latar Belakang

Perkembangan .feknologi pada masa sckarang ini, ketel ue6 suda|

rrrerupakal salah satu komponen yarig sangat penting pada suatu sistem Indusrri.

Ke:tel uz,.p n.ernherikaa konstribusi ymg L;esar' dalarrr sistein n;ekanisue

pemhapgu,ran dengan men:anfaatl:arr sumbcr cial'a alain untuk kcpentiilqai-l

irianusia. Kebutuhan ketel uap memegang peranan dal:rm durria ind'lstri seperii

dalam pablik pengollhan kelapa sawit. Pada pabrik Fengolairan Kelapa sar"it

(PKS), kctel uap hcrperan rnemproduksi uap untuk prcses pelnanesan, perebusan

dan pengeriugan dalam proses produksinya'

Air yang masuk ke dalam ketel uap hanis memiliki persyaratan kwalitas

tertentu, sehingga produksi uap dan kekuatan peralatan ketel rrap dapat dijaga

sesuai dengan perencanaan semula. Pengolahan air sebeltrm masuk ketel uap

adalali salah satu ma-.alah 5,ang perlu mendapat perhatian dalam pereflcariaan

sebuah ketel Uap. Secara garis besar, air yang berasal dari wadul: yang

clipompakan ke suatu bak yang diberi sekat/balile dengan sistem aliran orrerflov"

dan un<ierflow dengan tujuan untuk mengendapkan zat-zat padat yang teril':ut

clalam air sungai. Selanjutnya ditambahkan tawas aquaflock AN-9 dan soda ash ke

dalam air, agar zat padat yang melayang menjadi tlok dan mengkog:lasi, sehingga

mudah untuk dipisahkan. Banyaknya penarlbahan zat kimia tergantung pada

kualitas air.

Kemudian di-demine.r{tlisasi atau rnemurnikan air dari mineral-rnineralnya,

terutania bitra air ba-nyak silica Sistem dernineralisasi terdiri dari anion exciranger

re

UNIVERSITAS MEDAN AREA

DAFTAR PUSTAKA

l. Michael. i. Moran, Hos,ard. Ii. si,apiro,20}4 "Thermodinan:ikc tehzik", Edisi

ketinpat. penerhii iiriangea. ;'akai'ta.

2. J. P Hoir:rer-1, E. Ja:ill i9v4 "lterpindohan kaior"- Edisi kcenaa;ri, Penerbit

Fr.r langga Jakarta.

3. Syamsir A.Muin. 1988 "itesewa!-pe,sawat konvers energi,I", Edisi peftama-

penerbit CV. R.aja'wali. jakarta.

4. i'l.J 2005 Djokosetyardyo "ketelm uap" Penerbit PT. prandya paramita,

iakarta.

E.P. Podov, 1993 "Meksnika teknik", Edisi kedua, penerbit Erlanggajakarta.

Buku panduan 2CC3 "Pendidikanr Dari Pelatihan CperatoriAnalisi Mekanik",

PTPN ilI (persero) Unit Rambutan-

5.

6.

()i

UNIVERSITAS MEDAN AREA