SIRKULASI AIR (WATER CIRCULATION)

Berdasarkan penggerak sirkulasi air boiler dibagi menjadi :

1. Boiler sirkulasi alam (natural circulation)2. Boiler sirkulasi paksa (forced circulation)3. Boiler sekali jalan (once-through boiler)

Boiler sirkulasi alam (natural circulation)

• Sirkulasi disebabkan perbedaan densitas• Air tersirkulasi dari drum uap (steam drum) menuju bottom

header melalui pipa downcomer dan kembali keatas melalui tabung air (water tube)

• Pada tabung air pendidihan diusahakan terjadi sebagian, kaena bila pendidihan total akan menimbulkan burn out pada tabung karena hasil dari DNB (departure from nucleate boiling)

• Pipa yang turun dari drum disebut downcomer, sedangkan yang naik disebut riser.

• Tidak sesuai untuk boiler tekanan tinggi karena perbedaan densitas

Boiler sirkulasi paksa (forced circulation)

• Sirkulasi dilakukan dengan pompa • Pompa mengambil air dari drum dan diberikan

pada header bawah boiler• Menggunakan pipa ukuran kecil, untuk

memperoleh temperatur dan tekanan yang merata

Boiler sekali jalan (once-through boiler)

• Identik dengan boiler sirkulasi paksa• Tidak menggunakan drum• Air mengalir langsung dibagian penguapan

(evaporator) tanpa sirkulasi ulang• Konstruksi untuk tekanan uap mencapai

kondisi kritis

Boiler sirkulasi alam

• Tekanan angkat (driving pressure) :

• α didefinisikan sebagai berikut:

• x merupakan kualitas uap :

Contoh :Suatu sistem terdiri atas downcomer-riser tingginya 40 ft pada tekanan 2500 psia. Pada bagian riser menerima fluks panas yang seragam (uniform) dan air pada kondisi jenuh (saturated). Kualitas keluar sebesar 50 %. Hitung tekanan angkat (driving pressure), bila S = 1,2

Jawab :

Drum Uap (Steam Drum)

• Drum uap adalah tempat air umpan dari ekonomizer dan selanjutnya uap jenuh dipisahkan dari air mendidih dan air diresirkulasi

• Drum harus mempunyai cukup volume untuk mengikuti perubahan level air yang disebabkan oleh perubahan beban, juga untuk mencegah kondisi level air yang sangat rendah atau carryover dari air menuju superheater deposit pada tabung superheater, temperatur material meningkat

menimbulkan burnout

• Fungsi steam drum yang penting adalah pemisahan uap dari air mendidih.

• Metoda pemisahan grafitasi (gravity separation) dipengaruhi oleh perbedaan kerapatan air dan uap, sehingga paling ekonomis untuk kapasitas uap rendah dan tekanan operasi rendah

• Boiler dengan kapasitas tinggi dan tekanan tinggi dilakukan pemisahan secara mekanis (mechanical separation), dilakukan dengan 2 tahap yaitu primer (primary) dan sekunder (secondary)

• Primary separation: memindahkan air dari uap dan mencegah carryunder dengan mensirkulasi air ke downcomer dan riser

• Secondary separation disebut juga steam scrubbing atau drying: memindahkan droplet dan padatan yang terbawa oleh uap sehingga dihasilkan uap kering (dry) dan jenuh (saturated)

• mechanical separation dilakukan dengan buffle, screen, bent dan centrifugal separator

Gambar steam drum separation:(a) gravity (b) mechanical primary (buffler) and secondary (screen) (c) centrifugal

• Buffle dipasang pada arah yang berlawanan dengan aliran uap, sehingga membantu pemisahan gravitasi (gambar b)

• Pada tekanan tinggi dimana perbedaan kerapatan antara air dan uap kecil, maka digunakan gaya sentrifugal yang lebih besar dari gaya gravitasi (gambarc)

Superheater dan Reheater

• Material pipa harus dipilih dengan baik, karena mengalami temperatur tinggi, tekanan tinggi, thermal stress

• Proses perpindahan panas :a. Konveksi: semakin besar laju uap, maka perpindahan panas konveksi juga meningkat, sehingga temperatur uap meningkatb. Radiasi: semakin besar laju uap, maka perpindahan panas konveksi meingikat, temperatur diding juga meningkat. Tetapi perbadaan gas pembakar kecil, sehingga perpindahan panas radiasi turunPerpindahan panas total naik seiring dengan laju uap

• Pertimbangan desain reheat sama dengan superheater, temperaturnya sama, yang berbeda tekanannya (tekanan reheater lebih rendah)

ai

• Jenis konstruksi pipa yang digunakan :

a. Pendant (digantung)Kelebihan: memudahkan pemasangan penunjang (support)Kekurangan: menimbulkan aliran tersumbat sebagai hasil uap terkondensasi stelah shutdown

b. Inverted (support dipasang dibawah)Kelebihan: Aliran uap terkondensasi berjalan lancarKekurangan: kekuatan berkurang terutama bila laju aliran gas sangat tinggi (jatang dipakai)

c. HorizontalPerpindahan panas yang utama secara konveksi. Mempunyai aliran dan kekuatan yang baik