Boiler Pipa Air (Water Tube) dan Pipa Api (Fire Tube)

Pengertian Boiler

    Boiler merupakan suatu wadah yang berfungsi sebagai pemanas air, panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dengan baik. Bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler bisa berupa gas, minyak dan batu bara.

Sedangkan menurut Djokosetyardj M.J (1990), boiler merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan uap/steam untuk berbagai keperluan. Jenis air dan uap air sangat dipengaruhi oleh tingkat efisiensi boiler itu sendiri. Pada mesin boiler, jenis air yang digunakan harus dilakukan demineralisasi terlebih dahulu untuk mensterilkan air yang digunakan, sehingga pengaplikasian untuk dijadikan uap air dapat dimaksimalkan dengan baik.

Komponen-komponen pada boiler :

1) Drum Air dan Drum Uap
Drum air terletak pada bagian bawah yang berisi dari tangki kondensat yang dipanaskan dalam daerator, disamping itu berfungsi sebagai tempat pengendapan kotoran-kotoran dalam air yang dikeluarkan melalui proses blowdown. Drum uap terletak pada bagian atas yang berisi uap yang kemudian disalurkan ke steam header.

2) Ruang Pembakaran (Furnace)
Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran, yang terdapat fire gate di bagian bawah sebagai alas bahan bakar dan sekelilingnya adalah pipa – pipa air boiler yang menempel pada dinding tembok ruang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar secara radiasi, konduksi, dan konveksi.

                                                   Gambar 2.1 Ruang Bakar

3) Air Heater
Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.

4) Pompa Air Pengisi Boiler
Pompa air pengisi boiler berfungsi untuk melayani kebutuhan air pengisi boiler yang dijadikan uap, sampai dengan kapasitas boiler yang maksimum, sehingga boiler akan dapat bekerja dengan aman. Kapasitas pompa harus lebih tinggi dari kapasitas boiler, minimum 1,25 kali, tekanan pompa juga harus lebih tinggi dari tekanan kerja boiler, agar dapat mensupply air kedalam boiler.
5) Economiser

Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan komponen economizer untuk meningkatkan efisiensi dari uap air yang dihasilkan.

6) Cerobong Asap
Cerobong asap (Chimney) berfungsi untuk membuang udara sisa pembakaran. Tempat keluarnya asap yang sudah tidak digunakan lagi.

7) Blower
Blower adalah bagian penyiapan udara untuk proses pembakaran dengan menggunakan motor.

2.2 Klasifikasian dan Jenis Boiler
Jenis boiler yang paling umum digunakan di industri adalah fire tube boiler dan water tube boiler. Berdasarkan jenisnya, boiler dibedakan menjadi 2 macam yaitu :
2.2.1 Boiler  Pipa Api (Fire Tube Boiler)

Terdiri dari tanki air yang dilubangi dan dilalui pipa-pipa, dimana gas panas yang mengalir pada tanki tersebut digunakan untuk memanaskan air di tanki. Air yang dipanaskan menhasilkan uap panas yang dapat digunakan untuk memanaskan air di kamar mandi ataupun laundry. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boiler dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas dalam operasinya.

                                         Gambar 2.2 Skema Fire Tube Boiler

Prinsip kerja dari boiler pipa api ini adalah gas panas dari hasil pembakaran dialirkan melalui sebuah pipa dimana disekeliling pipa terdapat air sehingga gas panas tersebut memanaskan air yang terdapat di dalam boiler secara konduksi panas sehingga terbentuk uap panas. Uap (steam) yang dihasilkan oleh boiler pipa air ini memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah. Prinsip kerja dari boiler pipa air ini adalah air dilewatkan melalui pipa kemudian pipa tersebut dipanaskan dengan cara dibakar dengan api sehingga air berubah menjadi uap air. Uap yang dihasilkan boiler pipa air ini memiliki tekanan dan kapasitas yang lebih tinggi.

Boiler pipa api dan boiler pipa air masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Keuntungan boiler pipa api adalah proses pemanasan yang mudah dan cepat dan tidak membutuhkan setting khusus, investasi awal yang lebih murah karena harga boiler jenis ini lebih murahj daripada boiler pipa air, bentuknya lebih compact dan portable, dan tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler. Namun demikian boiler pipa api memiliki beberapa kekurangan seperti tekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar, kapasitas steam relative kecil (13.5 TPH) jika dibandingkan dengan boiler pipa air, tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya, serta nilai effisiensinya rendah karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack.

2.2.2 (Boiler  Pipa Air) Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boiler yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. (Klaus Topfer, 2006)

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:
1) Forced,induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.

2) Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

3)  Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Adapun kelebihan penggunaan boiler pipa air yakni kapasitas steam yang besar sampai 450 THP, tekanan operasi mencapai 100 bar, nilai effisiensi yang relatif besar, dan perawatan yang lebih mudah karena tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.. Sedangkan kekurangannya yakni proses konstruksi yang lebih detail, investasi awal relativemahal karena harga boiler pipa air lebih mahal daripada boliler pipa api, lebih sulit dalam penangann air yang masuk karena komponen pendukungnya yang sensitif, dan membutuhkan tempat yang lebuh luas karena kemampuannya dalam menghasilkan kapasitas steam yang lebih besar (Djokosetyardjo, 1990)

                                         Gambar 2.3 Skema Water Tube Boiler

Berdasarkan tekanan yang dihasilkan boiler dibagi menjkadi 2 jenis yakni boiler tekanan rendah (Low Preassure) dan boiler tekanan tinggi (High Preassure). Boiler tekanan rendah memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperature dibawah 250⁰F. Boiler tekanan tinggi memiliki tekan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan di atas 160 psig atau temperature di atas 250⁰F. Berdasarkan sirkulasi air boiler dibagi menjadi 2 yaitu boiler sirkulasi alami dan boiler sirkulasi paksa.