Ketel Uap (Steam Boiler)

Sebuah ketel uap biasanya merupakan bejana tertutup yang terbuat dari baja. Fungsinya adalah memindahkan panas yang dihasilkan pembakaran bahan bakar ke air yang pada akhirnya akan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk:
1. mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin.
2. suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti industri pemintalan, pabrik gula dsb.
3. menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas bertekanan rendah.

Istilah-istilah penting pada ketel uap :
1. Kulit ketel. 
(boiler shell) Dibuat dari pelat baja yang dilengkungkan membentuk silinder dan di keling atau dilas. Kulit ketel harus mempunyai kapasitas yang cukup bagi air dan uap.
2. Ruang bakar. 
Adalah ruang, umumnya dibawah kulit boiler, tempat membakar bahan bakar yang akan digunakan untuk memanaskan air.
3. Panggangan. 
Adalah sebuah pelat datar di dalam ruang bakar, dimana bahan bakar (batubara atau kayu) dibakar. Panggangan biasanya terdiri dari batang besi cor yang berjarak diantaranya supaya udara untuk pembakaran bisa melewatinya.
4. Tungku. 
Adalah ruang diatas panggangan dan di bawah kulit ketel. Tungku biasa disebut juga kotak api (firebox).

5. Permukaan pemanas. 
Adalah bagian dari permukaan ketel, dimana terkena langsung ke api (atau gas panas dari api).
6. Mounting.
Adalah semua fitting yang dipasang pada ketel supaya bisa beroperasi dengan benar. Fitting ini diantaranya adalah : indikator ketinggian, pengukur tekanan, katup pengaman dsb. 7. Asesoris. Adalah piranti-piranti yang merupakan bagian integral dari ketel namun tidak langsung terpasang pada bodi ketel. Yang termasuk asesoris antara lain: superheater (pemanas lanjut), ekonomiser, pompa umpan dsb.

Esensi Ketel Uap Yang Baik Berikut ini adalah esensi dari ketel uap yang baik. 
1. Harus menghasilkan kuantitas maksimum uap dengan bahan bakar yang diberikan.
2. Harus ekonomis ketika dipasang, dan menghendaki sedikit perhatian ketika beroperasi.
3. Harus secara cepat bisa memenuhi beban yang berfluktuasi.
4. Harus bisa distarter dengan cepat.
5. Beratnya harus ringan.
6. Harus menempati ruang yang kecil.
7. Sambungan harus sesedikit mungkin dan bisa dinspeksi.
8. Lumpur atau endapan lainnya tidak boleh mengumpul pada pelat pemanas.
9. Tube tidak boleh mengakumulasi jelaga atau kotoran air, dan harus mempunyai toleransi ketebalan untuk keausan dan korosi.
10. Rangkaian air dan gas asap harus didesain supaya bisa memberikan kecepatan fluida maksimum tanpa mengakibatkan kerugian gesek yang besar.

Pemilihan Ketel Uap Pemilihan jenis dan ukuran ketel uap tergantung pada faktor-faktor berikut:
1. Daya yang diperlukan dan tekanan kerja.
2. Posisi geografi dari power house (sumber tenaga).
3. Ketersediaan bahan bakar dan air.
4. Kemungkinan stasiun permanen.
5. Faktor beban yang mungkin.

Klasifikasi Ketel Uap Ada banyak klasifikasi ketel uap, berikut ini diberikan beberapa klasifikasi ketel uap yang penting. 
1. Berdasarkan isi tube/pipa.
 (a) Pipa api atau pipa asap, dan (b) pipa air. Pada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan pembakaran, mengalir melalui pipa yang dikelilingi oleh air. Panas dikonduksikan melalui dinding pipa dari gas panas ke air di sekeliling pipa tersebut. Contoh ketel uap pipa air sederhana: ketel vertikal sederhana, ketel Cochran, ketel Lanchasire, ketel Cornish, kete Scotch marine, ketel lokomotif dan ketel Velcon. Pada ketel pipa air, air dimasukkan ke dalam pipa dimana pipa dikelilingi oleh nyala api dan gas panas dari luar. Contoh ketel jenis ini : ketel Babcock dan Wilcox, ketel Stirling, ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Yarrow dan ketel Loeffler.

2. Berdasarkan posisi dapur pembakar.
 (a) Dibakar di dalam, dan (b) dibakar di luar. Pada ketel uap dibakar di dalam, dapur diletakkan di dalam kulit boiler. Sebagaian besar ketel pipa api mempunyai jenis ini. Pada ketel uap dibakar di luar, dapur disusun dibawah susunan bata. Ktel pipa air selalu dibakar di luar.

3. Berdasarkan sumbu shell/kulit. 
(a) Vertikal, dan (b) horizontal. Pada ketel uap vertikal, sumbu shell vertikal, sedangkan pada jenis horisontal, sumbu shellnya horisontal.

4. Berdasarkan jumlah pipa. 
(a) Pipa tunggal, dan (b) pipa banyak. Pada ketel uap pipa tunggal, hanya ada satu buah pipa api atau pipa air. Ketel vertikal sederhana dan ketel Cornish adalah jenis ketel pipa tunggal. Pada ketel pipa banyak, ada dua atau lebih pipa api atau pipa air.

5. Berdasarkan metode sirkulasi air dan uap
(a) Sirkulasi alami, dan (b) sirkulasi paksa. Pada ketel dengan sirkulasi alami, sirkulasi air adalah dengan arus konveksi alami/natural, dimana dihasilkan karena pemanasan air. Pada ketel uap dengan sirkulasi paksa, ada sirkulasi paksa pada air dengan memakai penggerak pompa. Penggunaan sirkulasi paksa dilakukan pada ketel seperti ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Loefler dan ketel Velcon.

6. Berdasarkan penggunaannya. 
(a) Stasioner, dan (b) mobil (bergerak). Ketel uap stasioner digunakan di pusat pembangkit tenaga, dan di industri proses. Ketel ini disebut stasioner karena ketel tidak berpindah dari satu ke tempat lainnya. Ketel uap mobil adalah ketel yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Ketel jenis ini seperti ketel lokomotif dan ketel marine.

7. Berdasarkan sumber panas. 
Sumber panas bisa berupa pembakaran bahan bakar padat, cair atau gas, gas sisa panas yang dihasilkan dari proses kimia, energi listrik atau energi nuklir.

Unjuk Kerja Ketel Uap 
1. Penguapan Ekivalen 
Jika sejumlah air diuapkan dari air umpan pada 1000 C dan menghasilkan uap jenuh dan kering pada 1000 C dan tekanan atmosfir, biasanya dinyatakan dengan dari dan pada 1000 C”. Jika air sudah berada pada temperatur didihnya, maka panas yang dibutuhkan air hanyalah panas laten pada tekanan 1,033 kg/cm2 untuk merubahnya ke dalam bentuk uap pada temperatur 1000 C. Harga kalor laten ini diambil 539,0 kcal/kg. Secara matematik, penguapan ekivalen “dari dan pada 1000 C”:

2. Efisiensi Ketel

Adalah rasio panas yang digunakan dalam memproduksi uap terhadap panas yang dihasilkan dapur. Secara matematik: 

dimana : 

We = berat air sebenarnya menguap atau penguapan sebenarnya dalam kg/kg bahan bakar 

C = nilai kalor bahan bakar dalam kcal/kg bahan bakar. 

Jika Ws adalah berat air yang diuapkan dalam kg dan Wf adalah berat bahan bakar yang digunakan dalam kg, maka: 

Catatan: jika ketel terdiri dari ekonomiser dan superheater, dianggap sebagai unit tunggal, kemudian efisiensi adalah efisiensi keseluruhan ketel.

 3. Daya Ketel 

American Society of Mechanical Engineers (ASME) menentukan bahwa satu daya kuda ketel adalah ekivalen dengan penguapan 15,653 kg air per jam dari dan pada 100 derajat celcius. Secara matematik:

dimana, 

We = berat air yang sebenarnya menguap 

H = kalor total uap yang dihasilkan 

h1 = Kalor sensibel/nyata air umpan