Pengertian Boiler, Fungsi, Cara Kerja, dan Komponenya

Pengertian Boiler

Boiler adalah sebuah wadah tertutup di mana panas dari pembakaran dialirkan ke air untuk menghasilkan uap panas atau steam yang berfungsi sebagai sumber energi. Air digunakan sebagai media yang efisien dan ekonomis untuk mentransfer panas ke dalam proses. Uap panas pada tekanan dan suhu tertentu memiliki energi yang dapat digunakan untuk mentransfer panas dalam bentuk energi kalor ke dalam suatu proses. Efisiensi boiler dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti aliran massa, tekanan dan suhu uap yang masuk dan keluar dari boiler.

Proses penentuan efisiensi boiler dimulai dengan pengumpulan data tekanan, suhu masukan, dan suhu keluaran boiler. Data tersebut kemudian dikonversi menjadi entalpi panas dalam satuan kJ/kg untuk mendapatkan nilai energi keluaran dan energi masukan. Energi kalor yang dihasilkan oleh sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan penggunaan steam selanjutnya.

Sistem boiler terbagi menjadi tiga bagian utama, yaitu sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam, dan terdapat berbagai kran untuk perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler, kemudian mengalirkannya melalui sistem pemipaan ke titik pengguna.

Tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar melibatkan semua peralatan yang diperlukan untuk menyediakan bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan panas, tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan dalam sistem.

Fungsi Boiler

Boiler memiliki fungsi utama yaitu menghasilkan uap yang dapat dimanfaatkan di berbagai industri. Berikut adalah beberapa industri yang menggunakan boiler:

• Industri kelapa sawit
• Pabrik makanan dan minuman
• Pabrik gula
• Pabrik karet
• Pabrik farmasi
• Kapal

Baca juga: Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Prinsip Kerja Boiler

Pada umumnya prinsip kerja boiler cukup sederhana dan sama seperti pada saat kita sedang mendidihkan air menggunakan panci. Proses pendidihan air ini akan selalu diiringi dengan proses perpindahan panas serta melibatkan bahan bakar, udara, material wadah air, serta air itu sendiri.

Pembangkaran dilakukang secara berkelanjutan di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. Uap yang dihasilkan oleh boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan suhu yang tinggi. Produksi uap dipengaruhi oleh luas permukaan pertukaran panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan.

Untuk boiler yang konstruksinya berupa pipa-pipa yang berisi air, sering kali disebut sebagai steam generator (pembangkit uap) karena istilah "boiler" hanya merujuk pada pendidih, sementara sebenarnya ini merujuk pada ketel superheat dengan tekanan tinggi.

Jenis-Jenis Ketel Uap (Boiler)

Ketel uap dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan, seperti gas, minyak, LPG, dan biomassa. Berikut adalah penjelasan mengenai beberapa jenis ketel uap yang umum digunakan.

1. Ketel Pipa Air (Water Tube Boiler)

Pada ketel pipa air, air umpan dialirkan melalui pipa-pipa menuju drum. Gas hasil pembakaran memanaskan air yang bersirkulasi di dalam pipa, sehingga menghasilkan uap di bagian drum.

Ketel jenis ini biasanya dipilih ketika kebutuhan uap dan tekanan uap sangat tinggi, misalnya pada pembangkit listrik. Desain modern ketel pipa air mampu menghasilkan uap dengan kapasitas 4.500–12.000 kg/jam pada tekanan yang sangat tinggi.

Umumnya, ketel pipa air berbentuk bundel jika menggunakan bahan bakar minyak atau gas. Namun, ketel pipa air yang menggunakan bahan bakar padat biasanya tidak dirancang dalam bentuk paket.

2. Ketel Pipa Api (Fire Tube Boiler)

Pada ketel pipa api, gas panas mengalir melalui pipa, sementara air umpan berada di dalam selubung untuk dipanaskan hingga menjadi uap. Ketel ini biasanya digunakan untuk kapasitas uap yang relatif kecil dengan tekanan rendah hingga sedang.

Sebagai acuan, ketel pipa api mampu menghasilkan uap hingga 12.000 kg/jam dengan tekanan maksimal 18 kg/cm² dan tetap efisien.

Jenis ini dapat beroperasi menggunakan bahan bakar minyak, gas, atau padat. Untuk alasan efisiensi biaya, sebagian besar ketel pipa api diproduksi dalam bentuk paket (sudah terpasang dari pabrik) untuk semua jenis bahan bakar.

3. Ketel Paket (Paket Boiler)

Ketel ini disebut paket karena sudah dilengkapi dengan berbagai komponen yang siap digunakan. Ketika dikirim ke lokasi, pengguna hanya perlu menyambungkan saluran uap, saluran air, pasokan bahan bakar, dan koneksi listrik sebelum ketel dapat dioperasikan.

Struktur ketel paket umumnya terdiri dari shell and tube header dengan efisiensi perpindahan panas yang tinggi, baik secara radiasi maupun konveksi.

Dengan ruang pembakaran yang kompak dan pelepasan panas yang optimal, ketel ini mampu menghasilkan penguapan lebih cepat. Selain itu, banyaknya pipa berdiameter kecil di dalamnya memastikan perpindahan panas konvektif berlangsung dengan baik.

Komponen Utama Ketel Uap (Boiler)

Ketel uap terdiri dari berbagai komponen yang bekerja bersama untuk menghasilkan uap. Masing-masing komponen memiliki peran penting dalam menjalankan fungsi boiler secara efisien.

1. Drum Ketel

Drum ketel berperan sebagai tempat penyimpanan air panas sekaligus pembangkit uap. Di dalamnya, terdapat campuran uap dan air jenuh dengan komposisi sekitar 50% air dan 50% uap.

Drum ini dirancang sedemikian rupa agar air dan uap tidak bercampur. Air dengan suhu lebih rendah akan turun ke dasar, sementara air panas naik ke permukaan dan berubah menjadi uap.

2. Furnace (Tungku Pembakaran)

Tungku pembakaran merupakan tempat pembakaran bahan bakar yang menjadi sumber panas. Panas yang dihasilkan diserap oleh air melalui pipa-pipa yang terpasang di dinding tungku.

Tungku ini terbagi menjadi dua ruang:

• Ruang Pertama: Proses pemanasan langsung terjadi di sini, di mana panas dari pembakaran diserap oleh pipa air.
• Ruang Kedua: Menyerap panas sisa dari ruang pertama untuk meminimalkan pemborosan energi dan mengatur suhu cairan agar tidak terjadi kehilangan panas berlebihan.

3. Superheater

Superheater berfungsi mengeringkan uap yang masih basah setelah keluar dari drum utama. Komponen ini menggunakan pemanas tubular untuk meningkatkan suhu uap hingga 260–350°C, sehingga uap menjadi kering dan siap digunakan untuk menggerakkan turbin atau peralatan lain.

4. Air Heater

Air heater memanaskan udara yang digunakan untuk membantu pembakaran bahan bakar. Udara yang awalnya bersuhu normal (38°C) dipanaskan hingga 230°C untuk menghilangkan kandungan uap air yang dapat mengganggu proses pembakaran.

5. Economizer

Economizer memanfaatkan panas sisa gas buang setelah melewati superheater untuk memanaskan air umpan boiler. Hal ini mengurangi perbedaan suhu antara air umpan dan air dalam drum, sehingga mencegah thermal stress (tegangan panas) pada drum. Selain itu, penggunaan panas sisa meningkatkan efisiensi boiler dan mempercepat produksi uap.

6. Sight Glass (Kaca Pengamat)

Kaca pengamat dipasang pada drum untuk memantau ketinggian air di dalam ketel. Komponen ini membantu operator mengontrol level air selama boiler beroperasi. Agar berfungsi optimal, kaca ini harus dibersihkan secara berkala untuk mencegah penyumbatan yang dapat mengganggu pembacaan level air.

7. Safety Valve (Katup Pengaman)

Katup pengaman berfungsi membuang uap berlebih saat tekanan melebihi batas aman. Terdapat dua jenis safety valve:

• Katup uap basah: Diatur pada tekanan 21 kg/cm².
• Katup uap kering: Diatur pada tekanan 20,5 kg/cm².

Pengaturan ini dapat disesuaikan sesuai kebutuhan operasional.

8. Pengatur Gas Buang (IDF - Induced Draft Fan)

IDF berfungsi menarik asap dari ruang bakar melalui dust collector sebelum dibuang melalui cerobong. Katup kontrol gas buang dapat diatur untuk mengatur daya hisap IDF. Semakin besar bukaan katup, semakin kuat hisapan dari dalam tungku.

Kalau kamu punya pertanyaan seputar artikel yang Kelasteknisi.com tulis atau butuh rekomendasi kabel listrik terbaik, jangan ragu buat hubungi kami lewat Instagram atau Twitter/X, ya! Kami bakal dengan senang hati bantu jawab dan kasih solusi terbaik untuk kebutuhan kabel listrikmu. Yuk, langsung aja kirim pertanyaanmu!