Perhitungan Pada Mesin Boiler

Perancangan  boiler,  pertama  menentukan  tekanan-tekanan  yang  bekerja pada struktur boiler. Untuk menentukan ketebalan pada struktur boiler harus mengetahui spesifikasi material yang akan digunakan. Struktur boiler yang akan dihitung yaitu tebal badan boiler, pipa api (fire tube), Flat heads (heating plate), tubesheet, ligament dan nosel-nosel pipa

• 1) Badan Boiler

Jenis boiler yang dipilih dari jenis boiler pipa api (fire tube). Boiler pipa api (fire  tube  boiler) bekerja  dengan  pipa-pipa  api  yang  berada  didalam  silinder tabung. Pemanasan dihasilkan dari pembakaran kayu di ruang bakar dan menyalurkan panas melalui pipa api. Air berada disekitar permukaan pipa api selanjutnya  temperatur  air  naik  dan  menghasilkan  uap  air  yang  disalurkan ke tempat perebusan.

Boiler yang akan dirancang merupakan boiler dengan kapasitas kecil, sehingga meterial-material dalam merencanakan boiler ini disesuaikan dengan kebutuhan. Badan boiler bekerja dengan mendapatkan tekanan dari dalam (Parts under Internal Pressure), perhitungan dengan rumus:

(ASME Section IV 2004:3)

P  =  Tekanan  perancangan  (design  pressure)  tidak  kurang  dari  30  psi (200kPa)

S = Kekuatan stres maksimum material (maximum allowable stress)(psi)

t = Tebal dinding silinder yang dibutuhkan (inchi) R = Radius dalam silinder

E = Efisiensi sambungan pada silinder (efficiency) (E=1)

• 2) Pipa Api (Fire Tube)

Pipa api merupakan bagian alat penguapan  (evaporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial uap, yaitu panas dari api memanaskan air dan menjadi uap air. Pipa api bekerja dengan mendapatkan gaya  tekan  dari  luar  (Parts  Under  External  Pressure),  sesuai dengan  rumus perhitungan berikut ini:

(ASME Sec. IV Chapter 18 2008:5)

P  =  Tekanan  perancangan  (design  pressure)  tidak  kurang  dari  30  psi (200kPa)

S = Kekuatan stres maksimum material (maximum allowable stress)(psi)

t = Tebal pipa api (inchi) R = Radius dalam silinder

E = Efisiensi sambungan pada silinder (efficiency) (E=1)

• 3) Tubesheet

Pipa api pada boiler firetube digunakan dengan  pemasangan  yang tetap. Tubesheet adalah tempat untuk menopang pipa-pipa api pada boiler. Ketebalan yang dibutuhkan, maksimal jarak antar pipa api, dan tekanan perancangan untuk tubesheet  dengan  pipa  api  yang  digunakan  dengan pemasangan  tetap  dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

t = Tebal pelat yang dibutuhkan

p = Maksimal jarak antar pipa api  (inchi)

C = 2.7 untuk pipa api pengelasan ketebalan kurang dari 11 mm (7/16inchi) C = 2.8 untuk pipa api pengelasan ketebalan lebih dari 11 mm (7/16inchi)

S = kekuatan stres maksimum material (maximum allowable stress) (Psi) 

P = Tekanan perancangan (design pressure) (Psi)

D = Diameter luar pipa (inchi)

• 4) Ligament

Ligament adalah jarak plat antar lubang pipa api pada tubesheet. Pengaturan pengaplikasian ligament untuk bukaan silinder bertekanan (cylindrical-pressure) disesuaikan dengan pola yang akan digunakan. Desain Ligament menggunakan pola jarak  yang  sama pada setiap  baris.  Efisiensi ligament  ditentukan  dengan menggunakan rumus:

E = Efisiensi ligament

p = Jarak antar lubang (Inchi)

d = Diameter Lubang Pipa (inchi)

Gambar : Contoh pola jarak lubang tubesheet yang sama pada setiap baris