BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kombinasi pemisahan dan penyeratan kalorimeter digunakan untuk

menentukan kualitas uap ( tingkat kekeringan uap ). Kalorimeter merupakan

alat untuk memisahkan kandungan air dari uap melalui proses mekanis.

Saat ini banyak sekali industri yang menggunakan boiler. Boiler-boiler

tersebut menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan energi yang

kemudian digunakan untuk memanaskan air dan mengubah fase air menjadi

uap air. Untuk memisahkan kandungan air dalam uap tersebut maka

digunakan alat yang bernama kalorimeter. Pada praktikum ini kita diajarkan

untuk mengerti, memahami dan sekaligus mengaplikasikan kalorimeter yang

terdapat pada boiler di PPNS. Hal tersebut sangat berguna bagi kita di dalam

dunia kerja, apabila kita bekerja di suatu perusahaan yang mempunyai boiler.

1.2 Tujuan

1.2.1 Tujuan Instruksional Umum

Mahasiswa akan dapat mengoprasikan / mendemonstrasikan dengan

benar pengoprasian : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater,

dan Steam Turbin.

Mahasiswa akan dapat mengukur, menghitung, menganalisa performance

/ karakteristik dari : boiler, calorimeter, steam engine, super heater, dan

steam turbine.

1.2.2 Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa akan dapat melakukan / melaksanakan pengukuran parameter

yang dibutuhkan untuk menghitung fraksi uap.

Mahasiswa akan dapat menjelaskan fungsi dan cara kerja kalorimeter

pemisah dan penyeratan.

Mahasiswa akan dapat menghitung fraksi kekeringan uap.

Mahasiswa akan dapat membuat gambar skematis pengukuran yang

digunakan dalam pengukuran.

Mahasiswa akan dapat menyimpulkan hasil percobaan.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian

Kombinasi pemisahan dan penyeratan kalorimeter digunakan untuk

menentukan kualitas uap ( tingkat kekeringan uap ). Pemisah kalorimeter

merupakan alat untuk memisahkan kandungan air dari uap melalui proses

mekanis.

Proses mekanis tersebut adalah sebagai berikut :

Uap basah yang masih mengandung air dilewatkan pada pemisah

kalorimeter, karena perapatan air lebih besar dari uap, maka air akan

cenderung terlempar dari uap. Air ini dikumpulkan dan jumlahnya dapat

diukur.

Sedang uap yang relative tidak mengadung air dialirkan ke throttling

calorimeter, sehingga tekanannya turun tekanan setelah throttling

menjadi sedikit dibawah temperatur atmosfer. Ini menyebabkan uap

menjadi kering. Dengan pengukuran temperatur dan tekanan akhir uap,

maka tingkat kekeringan uap dapat dihitung. Karena jenis kalorimeter

tersebut mempunyai keterbatasan, maka digunakan kombinasi pemisah

dan throttling kalorimeter.

a. Dryness fraction ( kualitas uap )

Dryness fraction dari uap didefinisikan sebagai jumlah uap kering

yang terdapat didalam campuran uap basah.

Dryness Fraction =

jumlah uap ker ingJumlah uap ker ing+air

b. Sparating Kalorimeter

Disini terjadi proses mekanika dimana pemasukan uap kalorimeter

dibuat mengalir secara seri terhadap sudut tumpul sehingga momen

inersia dari air menyebabkan mereka terpisah dari alirannya.

Jika :

Wt = Berat dari uap kering yang diisikan ke dalam kalorimeter

Ws = Berat air yang dipisahkan didalam kalorimeter dalam waktu

yang sama

Xs = Dryness fraction yang diukur melalui kalorimeter sparasi,

Maka :

Xs =

WtWt+Ws

c. Trottling Kalorimeter ( kalorimeter penghambat )

Trottling kalorimeter terdiri dari aliran fluida melalui sebuah

prifice penghambat dari tekanan lebih tinggi P1 ke tekanan lebih

rendah P2. Dari persamaan energi kondisi steady dapat ditunjukkan

bahwa penghambat adiabatik (adiabatik trottling) adalah proses

entalphi konstan.

Enthalpi uap basah sebelum trottling :

H1 = hf1 + xt. hfg1

Enthalpi uap basah setelah trottling :

H2 = hg2 + cp.(t2 – ts2)

Proses enthalpi konstan :

H1 = H2

hf1 + hfg1 = hg2 + cp (t2 - ts2)

xt = {hg2 + cp (t2 - ts2) – hf1 } / hfg1

dimana :

hf1 = Panas sensibel kondisi 1, dengan tekanan P1

xt = Dryness fraction pada kondisi trottling kalorimeter

hfg1 = Panas laten kondisi 1, dengan tekanan P1

hg2 = Enta\halpi dari uap dengan tekanan P2, (kJ/kg)

cp = Panas spesifik pada tekanan kostan, (kJ/ kg. K)

t2 = Suhu uap pada trottling kalorimeter, (K)

ts2 = Suhu uap jenuh pada tekanan P2, (K)

Kombinasi Sparating dan trottling

Jika W = berat air dalam uap yang meninggalkan separating kalorimeter

dan masuk ke dalam trottling kalorimeter.

Kemudian dengan definisi dryness fraction :

Xt = (Wt – W)/W dan W = W1 (1-xt)

Tetapi sparating kalorimeter telah memisahkan air seberat Ws, sehingga

berat total air dalam uap basah (Ws + Wt) adalah :

Ws + W

Gambar 2.1

2.2 Rumus

2.2.1 Tingkat Kekeringan Uap

Tingkat kekeringanuap atau biasa disebut fraksi uap adalah banyaknya

uap kering yang ada dalam campura uap basah.

Fraksi kekeringan =

banyaknyauapker ingbanyaknyauap ker ing+kandunganair

2.2.2 Pemisahan Calorimeter

Didalam kondisi yang sebenarnya tidak semua air dapat

dipisahkan dari uap yang masuk kedalam kalorimeter. Jika berat uap

kering yang keluar dari kalorimeter = Wt dan berat air yang

dipisahkan dalam kalorimeter pada waktu yang sama = Ws, maka

fraksi uap yang diukur melalui pemisah kalorimeter ini ( Xs ) adalah :

Xs =

WtWt+Ws

2.2.3 Penyeratan Calorimeter

Memberikan aliran suatu fluida melalui throttling orifice dari tekanan

tinggi P1 ke tekanan rendah P2. dari persamaan energi aliran tunak

( steady flow ) dapat ditunjukkan bahwa proses yang terjadi adalah

penyeratan adiabatais, yaitu proses adiabatic entalpi tetap. Uap basah

sebelum penyeratan akan menjadi uap kering pada tekanan rendah

setelah penyeratan.

Entalpi uap basah sebelum penyeratan :

H1 = hfl + Xt. hfg

Entalpi uap basah setelah penyeratan :

H2 = hg2 + Cp (t2 – ts2)

Karena : H1 = H2

Hfl + X1 hfg = hg2 + Cp (t2 – ts2)

Maka :

Xt =

hg 2+Cp( t 2+ts 2)−hflhfgl

Dimana :

Hfl : panas densibel bergantung tekanan P1

Xt : fraksi kekeringan padathrottling calorimeter cerat

hfgl: panas laten tergantung tekanan P1

Cp : panas jenis pada tekanan tetap

T2 : temperature uap pada throttling calorimeter cerat

Ts2 : temperature uap saturasi tergantung kepada tekanan P2

2.2.4 Kombinasi Pemisah dan Penyeratan

Jika W = berat air dalam uap meninggalkan pemisah

kalorometer dan masuk penyeratan kalorimeter cerat, maka sasuai

definisi singkat.

X t =

Wt−wWt dan W Wt (t - Xt)

Tetapi kalorimeter pemisah telah memisahkan air sebesar Ws, oleh

karena itu total berat air ada;ah ( Ws = w ) didalam uap basah

Ws + Wt. sesuai definisi fraksi uap :

X =

(Ws+Wt )−(Ws+w )(Ws+Wt ) atau,

=

Wt−wWs+Wt tetapi w = Wt (1 - Xt)

=

Wt−Wt (1−Xt )Wt+Ws

=

WtXtWt−Ws

=

WtWt=Ws Xt

Fraksi kekeringan sesungguhnya ( actual ) adalah :

X = Xs x Xt

2.3 Perhitungan

Dalam perhitungan diperlukan tabel uap air untuk menentukan

nilai persamaan berikut :

Xs =

WtWs+Wt

Sehingga Xt dapat dicari :

Xt =

hg 2+Cp( t 2− ts2 )−hflhfgl

BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 Peralatan yang diperlukan

1. Seperangkat ketel uap

2. Pipa uap utama

3. Pemisah dan throttle calorimeter

4. Thermometer

5. Manometer jenis bourdon dan pipa U

6. Tabel uap

3.2 Langkah Kerja

1. Menstart aliran air pendingin melalui kondensor.

2. Meletakkan penampung air kondensat dibawah outlet kondensat.

3. Membuka katup uap dan mengalirkan uap melalui kalorimeter untuk

pemanasan sistem.

4. Memeriksa permukaan kondensat sparasi naik sampai cairan itu dapat

dilihat dalam pipa kondensat kalorimeter.

5. Membuang kondensat utama dalam penampung kondensat.

6. Mengukur dan mencatat permukaan awal cairan dalam sparating

kalorimeter, harga awal dari permukaan kondensat dalam penampung

kondensat, tekanan uap suply, tekanan uap keluar, tekanan atmosfer,

suhu uap suply dan suhu uap dalam trottling kalorimeter.

7. Mengukur hal tersebut sebanyak lima kali dalam interval waktu yang

sama.

8. Mematikan aliran uap supply dengan katup uap.

9. Mendinginkan peralatan dan mematikan air pendingin kondensor.

10. Drain kalorimeter Sparasi.

3.3 Gambar Rangkaian Percobaan

Nama – nama bagian rangkaian diatas :

1.Meter Tekanan

2.Katup Pipa masuk

3.Pengindera Temperatur

4.Pipa Kaca

5.Meter Temperatur

6.Throttling

7.Meter Tekanan

8. Pengindera Lampu

9. Pendinginan

4.3 Analisa

Berdasarkan praktikum yang dilakukan maka dapat dianalisa bahwa

semakin tinggi tekanan uap yang masuk, maka suhu uap semakin tinggi pula.

Suhu uap akan semakin menurun setelah dilakukan throttling. Semakin

tinggi tekanan uap yang masuk, maka jumlah air kondensat akan semakin

tinggi pula.

4.4 Pembahasan

Uap bertekanan yang disuplai dari boiler ke kalorimeter kemudian

diukur. Pada kalorimeter terdapat separator untuk menampung uap basah dan

throtling untuk menampung uap kering. Dimana pada keduanya dipasang

pengindera ( detektor ) temperatur yang kemudian diinterlock dengan

temperatur meter untuk mengetahui suhunya. Pada throtling terdapat sistem

air pendingin ( cooling ) yang digunakan untuk mengkondensasikan uap.

Kemudian pengukuran dimulai dengan membuka valve dari steam supply ke

kalorimeter selama waktu yang ditentukan yaitu 5 menit. Kemudian suhu dari

uap yang masuk ke separator dan uap yang masuk ke throtling dicatat.

Selain itu tekanan uap pada pipa utama juga dicatat. Setelah 5 menit uap

di suplai ke kalorimeter, valve ditutup dan ditunggu sampai tekanan uap

mencapai 0 bar atau mendekati 0 bar. Ini untuk memberikan waktu kepada

uap untuk berkondensasi sehingga dapat diukur jumlah air condensatenya.

Setelah mecapai 0 bar, valve untuk mengalirkan air kondensasi dari separator

dibuka dan kemudian air kondensasinya ditampung dan diukur. Selain itu air

kondensasi yang berasal dari throtling juga diukur. Ternyata jumlah air

condensate dari separator lebih sedikit dibandingkan air condensate pada

throtling. Ini dikarenakan pada throtling menggunakan sistem cooling water

untuk mempercepat kondensasi dari uap yang masuk sehingga jumlah air

condensatenya lebih banyak.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang telah kami lakukan, maka dapat

disimpulkan bahwa:

1. Uap yang dihasilkan dari boiler dapat dikondensasikan menggunakan

kalorimeter sehingga dapat diketahui tingkat kekeringan uap dan

kualitas uap.

2. Dapat mengetahui kualitas uap dan kadar air yang terkandung dalam

uap tersebut.

3. Dengan menggunakan calorimeter suhu dari uap yang keluar dari

boiler dapat diketahui sehingga dapat diperhitungkan tindakan safety

apa saja yang harus dilakukan ketika akan mengoperasikan

calorimeter.

5.2 Pertanyaan dan Tugas

1. Analisakan percobaan anda?

2. Simpulkan hasil percobaan anda?

Dari hasil percobaan yang kami lakukan, dapat disimpulkan bahwa uap

yang dihasilkan oleh boiler masih terdapat beberapa persen air, tetapi

prosentase uap lebih besar dari prosentase air yang dihasilkan boiler

tersebut.

3. Untuk kualitas apa diuji?

Untuk menentukan kualitas boiler,apakah boiler tersebut masih

mempunyai effisiensi bagus atau jelek.

DAFTAR PUSTAKA

G.Cussons Ltd. 1986. Boiler, Instructional manual Hand Book. England 1

December 1986, 2 march 1987.

M.J Djokosetyardjo. 1999. Ketel Uap. Jakarta : PT Pradnya Paramita.

Mardjo. 1995. Petunjuk Praktikum Mesin Konversi. Bandung : Penerbit Pusat

Pembangan Pendidikan Politeknik