Prinsip Kerja Boiler (ketel uap)

Boiler atau  ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.

Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi :

·         PLTU Batubara

·         PLTU Minyak

·         PLTU gas

·         PLTU nuklir atau PLTN

Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal / PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized Bed).

Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta penanganan limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih kompleks dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya.

Siklus Air di Boiler

Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi dengan melalui economiser dan ditampung didalamsteam drum.

Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalameconomiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

             Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipadown comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.

         Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya.

         

materi: Hukum Bernoulli

Dalam ilmu fisika, dikenal salah satu konsep mengenai mekanika fluida atau secara sederhana dapat dikatakan sebagai konsep yang membahas gerak (aliran) zat cair dan gas. Pada konsep mekanika fluida terdapat salah satu hukum (konsep dasar) yang dikenal dengan nama hukum Bernoulli.

Hukum Bernoulli merupakan sebuah konsep dasar dalam mekanika fluida yang disampaikan oleh seorang ahli matematika yang dilahirkan di Goningen, Belanda sekitar tahun 1700 bernama Daniel Bernoulli. Ia adalah anak seorang ahli matematika bernama Johann Bernoulli, dua dari tiga orang turunan keluarga Bernoulli yang terkenal ahli matematika.

Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli menjelaskan tentang konsep dasar aliran fluida (zat cair dan gas) bahwa peningkatan kecepatan pada suatu aliran zat cair atau gas, akan mengakibatkan penurunan tekanan pada zat cair atau gas tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan energi potensial pada aliran fluida tersebut.

Konsep dasar ini berlaku pada fluida aliran termampatkan (compressible flow), juga pada fluida dengan aliran tak-termampatkan (incompressible-flow). Hukum Bernoulli sebetulnya dapat dikatakan sebagai bentuk khusus dari konsep dalam mekanika fluida secara umum, yang dikenal dalam persamaan Bernoulli.

Persamaan Bernoulli menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida yang tertutup, banyaknya energi suatu fluida di suatu titik sama dengan dengan banyaknya energi di titik lain.  

Di awal dikatakan bahwa hukum Bernoulli berlaku pada dua jenis aliran fluida, yaitu termampatkan dan tak-termampatkan. Suatu fluida dengan aliran termampatkan merupakan suatu aliran fluida yang mempunyai karakteristik khusus adanya perubahan kerapatan massa (density) pada sepanjang alirannya.

Contoh aliran fluida termampatkan adalah udara atau gas alam. Adapun fluida dikatakan mempunyai aliran tak-termampatkan adalah fluida yang mempunyai karakteristik tidak terdapat perubahan kerapatan massa (density) pada sepanjang aliran fluida tersebut. Contohnya adalah air, macam-macam minyak, campuran lemak dan larutan basa (emulsi).

Hukum Bernoulli dapat dianggap sebagai konsep dasar yang menyatakan kekekalan energi, seperti yang telah diungkapkan pada konsep dasar persamaan Bernoulli. Selanjutnya, lebih jauh kita dapat menyatakan tentang kekekalan energi tersebut berkaitan dengan energi kinetik dan energi potensial yang terdapat pada suatu aliran fluida. Dengan demikian, penjumlahan energi kinetik dan energi potensial pada suatu aliran fluida akan konstan di setiap titik.

Adapun berkaitan dengan hukum Bernoulli, suatu fluida dikatakan mempunyai peningkatan kecepatan, jika fluida tersebut mengalir dari suatu bagian dengan tekanan tinggi menuju bagian lainnya yang bertekanan rendah. Sedangkan suatu fluida dikatakan mempunyai penurunan kecepatan, jika fluida tersebut mengalir dari suatu bagian bertekanan rendah, menuju bagian lain bertekanan tinggi.

Aplikasi Hukum Bernoulli

Dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat menemukan aplikasi hukum Bernoulli yang sudah banyak diterapkan pada sarana dan prasarana yang menunjang kehidupan manusia masa kini. Meskipun kenyataannya, tak ada jenis fluida yang memiliki kecairan dan kekentalan seperti yang disyaratkan dalam konsep dasar tersebut, yaitu kecairan yang merata dan sedikit kekentalan.

Berikut ini beberapa contoh aplikasi hukum Bernoulli tersebut.

·       Hukum Bernoulli digunakan untuk menentukan gaya angkat pada sayap dan badan pesawat terbang sehingga diperoleh ukuran presisi yang sesuai.

·    Hukum Bernoulli dipakai pada penggunaan mesin karburator yang berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar dan mencampurnya dengan aliran udara yang masuk. Salah satu pemakaian karburator adalah dalam kendaraan bermotor, seperti mobil.

·   Hukum Bernoulli berlaku pada aliran air melalui pipa dari tangki penampung menuju bak-bak penampung. Biasanya digunakan di rumah-rumah pemukiman.

·         Hukum Bernoulli juga digunakan pada mesin yang mempercepat laju kapal layar.

Perubahan Wujud Zat Beserta Contohnya

Perubahan Wujud Zat Beserta Contohnya – Perubahan wujud zat yaitu perubahantermodinamika dari satu fase benda ke keadaan wujud zat yang lain. Wujud zat sendiri merupakan bentuk-bentuk berbeda yang didapatkan dari berbagai fase materi berlainan. Sejarahnya, pembedaan ini didasari oleh perbedaan kualitatif dalam sifat bulk dengan keadaan padatan zat mempertahankan bentuk dan volume, dalam keadaan cairan zat mempertahankan volume tetapi menyesuaikan dengan bentuk wadah tersebut; dan sedangkan gas mengembang untuk menempati volume apa pun yang tersedia.

Perubahan wujud zat dapat terjadi karena peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor. Wujud zat merubah ketika titik tertentu tercapai oleh atam/senyawa zat tersebut yang biasanya dikuantitaskan dalam angka suhu. Semisal air untuk menjadi padat harus mencapai titik bekunya dan air menjadi gas harus mencapai titik didihnya.

Selain itu, wujud zat juga dapat didefinisikan menggunakan konsep transisi fase. Sebuah transisi fase menandakan perubahan struktur dan dapat dikenali dari perubahan drastis dari sifat-sifatnya. Perbedaan wujud zat yang berbeda adalah tiap keadaan termodinamika yang dibedakan dari keadaan lain dengan sebuah transisi fase. Air dapat dikatakan memiliki beberapa wujud padat yang berbeda.

Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud zat benda sendiri digolongkan menjadi 3 jenis, simak penjelasan singkat dibawah ini :

1. Benda cair
contohnya : air, bensin, minyak goreng, spirtus, dan sebagainya.
Sifat benda cair, adalah sebagai berikut ini:
- Benda cair mengalir ke tempat yang lebih rendah.
- Benda cair menekan ke segala arah.
- Bentuk permukaan benda cair yang tenang selalu datar.
- Bentuknya tidak tetap, selalu mengikuti bentuk wadahnya.
- Benda cair meresap melalui celah-celah kecil (kapilaritas).

2. Benda gas
contohnya : udara
Benda gas tidak bisa diperhatikan secara kasat mata akan tetapi bisa dirasakan keberadaannya. Sifat benda gas yaitu :
- Bentuknya tidak tetap karena selalu memenuhi ruangan yang ditempatinya
- Menekan ke segala arah

3. Benda padat
contohnya : papan tulis, penghapus, es batu, dan sebagainya.
Sifat yang dipunyai benda padat yaitu
- Bentuknya tetap
- Mencair jika dipanaskan pada suhu tertentu.

Perubahan Wujud Zat

Dalam pelajaran fisika, bentuk zat bisa terjadi tanpa menghasilkan zat baru. Macam-macamperubahan wujud zat dalam fisika yaitu :

A. Menguap

Menguap adalah peristiwa perubahan zat cair menjadi gas. Terdapat 4 cara untuk mempercepat terjadinya penguapan, yaitu: Memanaskan, Memperluas permukaan, Meniup udara di atas permukaan, dan menguranig tekanan di atas permukaan. Prinsip penguapan ini kemudian dipakai sebagai dasar untuk membuat AC dan Kulkas.

Contohnya air yang direbus jika dibiarkan lama-kelamaan akan habis, bensin yang dibiarkan berada pada tempat terbuka lama-lama juga akan habis berubah menjadi gas.

B. Membeku

Membeku ialah peristiwa perubahan zat cair menjadi padat, karena adanya pendinginan. Es adalah bentuk atau wujud dari air dalam bentuk padat. Air dapat membeku apabila mengalami penurunan suhu yang sangat dingin.

Misalnya air dimasukkan dalam freezer akan menjadi es batu, lilin cair yang didinginkan.

C. Mencair

Mencair merupakan peristiwa perubahan zat padat menjadi cair, hal ini  karena adanya kenaikan suhu (panas).
Contoh perubahan Zat Padat Menjadi Zat Cair misalnya es dalam sirup lama-lama berubah menjadi air. Juga mentega yang dipanaskan di wajan berubah menjadi minyak. Peristiwa mencair yang lain yaitu pada batu es yang berubah menjadi air, lilin yang dipanaskan, dan lain-lain.

D. Mengkristal

Mengkristal dalam peristiwa perubahan wujud zat dari gas menjadi padat ataupun sebaliknya.
Untuk membedakannya, kamu bisa menggunakan istilah melenyap dan mengkristal. Melenyap adalah peristiwa perubahan wujud padat menjadi gas. Mengkristal adalah peristiwa perubahanwujud gas menjadi padat.

Contohnya adalah kapur barus atau pada peristiwa berubahnya uap menjadi salju.

E. Mengembun

Mengembun suatu peristiwa perubahan benda gas menjadi air yang merupakan kebalikan dari menguap. Secara sederhana, dapat kita lihat minuman dingin seperti es teh. Kalau kita amati dengan seksama, permukaan luar dari wadah minuan es tersebut menjadi basah. Mengapa? Karena uap air dalam udara yang menyentuh gelas mengembun. Hal ini disebabkan suhu gelas lebih rendah dari pada suhu uap air di sekitar gelas.

Contoh mengembun yang lain adalah ketika kita menyimpan es batu dalam sebuah gelas maka bagian luar gelas akan basah, atau rumput di lapangan pada pagi hari menjadi basah walaupun malam harinya tidak hujan.

F. Menyublim

Menyublim merupakan suatu peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi gas atau sebaliknya.
Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper) yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.

materi

Gejala pemuaian dalam kehidupan manusia

Ternyata dalam sistem pemuaian, kehidupan manusia terkena dampak dari gejala pemuaian juga. Pemuaian pada benda-benda memiliki pengaruh yang berbeda-beda. Ada yang dampaknya baik bagi manusia, namun ada pula yang tidak baik. Berikut ini adalah beberapa contoh dari gejala pemuaian dalam kehidupan manusia seperti berikut ini.

1.       Pemuaian pada sambungan rel kereta api

Pemasangan sambungan rel kereta api dibuat dengan renggang, mengapa..? karena agar terdapat ruang untuk pemuaian rel di siang hari. Hal ini dilakukan untuk mencegah agar rel kereta tidak melengkung ketika memuai karena dapat membahayakan perjalanan kereta api.

2.       Sambungan jembatan baja dan konstruksi baja bangunan
Di antara sambungan baja pada jembatan dan konstruksi bangunan selalu dibuat celah, kenapa..? karena celah itu dipergunakan untuk memberikan ruang bagi pemuaian di siang hari.

3.       Kabel telepon atau listrik

Kabel telepon atau listrik yang dipasang di antara dua tiang selalu dibuat kendor , mengapa…? Karena untuk mencegah agar kabel tidak putus ketika terjadi penyusutan di malam hari karena turunnya suhu.

4.        Pemuaian kaca jendela

Ukuran bingkai jendela selalu dibuat sedikit lebih besar daripada ukuran kaca, mengapa..  Hal Ini terjadi dimaksudkan untuk memberi ruang bagi pemuaian kaca di siang hari. Jika tidak ada ruang untuk pemuaian maka, kaca bisa pecah saat terjadi pemuaian.

Manfaat pemuaian

Dari kehidupan sehari-hari kita, kita dapat menemukan beberapa contoh dari manfaat pemuaian tersebut Berikut ini adalah Beberapa manfaat pemuaian yang ada dalam kehidupan sehari-hari kita sebagai berikut.

1.       Pemasangan roda baja

Ban baja yang berdiameter lebih kecil dari pelek roda ketika ingin dipasang harus dimuaikan lebih duluuntuk mempermudah.

2.        Pengelingan

Pengelingan adalah proses penyambungan dua plat logam menggunakan palu khusus. Pengelingan sering dilakukan pada pembuatan jembatan, pabrik otomotif, pembuatan badan kapal laut, mobil, dan pesawat terbang.

3.       Membuka tutup botol logam

Botol kaca yang memiliki tutup logam sering kali sukar untuk dibuka. Untuk membukanya, tutup botol dipanaskan terlebih dahulu dengan api. Ketika dipanaskan, tutup botol logam akan memuai lebih cepat daripada botol kaca sehingga tutup akan longgar dan mudah dibuka.

4.       Keping bimetal

Keping bimetal adalah dua keping logam berbeda yang dikeling menjadi satu. Ketika dipanaskan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil, karena logam yang berbeda akan memiliki nilai koefisien muai yang berbeda pula. Saat di dinginkan, keping akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien muai lebih besar.

Mengapa Kapal Laut Bisa Mengapung

Anda pasti bertanya-tanya mengapa kapal bisa mengapung di laut.? Walaupun kapal mangangkut beban berton-ton namun kapal tersebut tetap dapat mengapung dan dapat mengarungi lautan. Sedangkan apabila kita lemparkan batu kecil saja ke dalam air pasti akan tenggelam. Mengapa hal itu bisa terjadi.?

Sebuah benda akan terapung, melayang, tenggelam di dalam sebuah cairan, disebabkan oleh massa jenis benda itu dibandingkan dengan massa jenis cairan tempat benda itu dicelupkan. Benda akan terapung jika massa jenis benda itu lebih kecil dari massa jenis cairan. Benda akan melayang jika massa jenis benda dan cairannya sama. Benda akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar dari massa jenis cairan. 

Sebagai contoh minyak memiliki massa jenis yang lebih kecil dari air, maka minyak akan selalu berada di permukaan air. Es batu terlihat mengapung pada air, hal ini disebabkan karena es batu tersebut memiliki massa jenis yang lebih rendah dari air. Bukannya es batu merupakan air yang berbentuk padat, harusnya memiliki massa jenis yang sama? Memang betul sama-sama dari air, namun massa jenis merupakan fungsi suhu, sehingga apabila ada perubahan suhu maka terjadi perubahan massa jenis. Massa jenis adalah karakteristik yang dimiliki suatu benda, yakni hasil dari massa dibagi volume. Air memiliki massa jenis 1000 kg/m3, coba kita ambil bahan besi sebagai komponen utama dari kapal yang memiliki massa jenis 7900 kg/3. Dari data tersebut sudah terlihat bahwa besi memiliki massa jenis yang jauh lebih besar dari air, artinya harusnya besi itu tenggelam di dalam air. Mari kita tulis kembali rumus massa jenis :

ρ = m/v

dengan ρ = massa jenis ; m = massa; v = volume

Dari rumus tersebut bisa terlihat bahwa massa jenis merupakan fungsi dari massa dan volume, apabila kita memperbesar volume benda namun massanya tetap, maka akan kita peroleh massa jenis yang lebih kecil. kita ambil contoh drum kosong yang apabila kita tutup rapat, apabila kita masukkan ke air maka akan mengapung, dengan syarat tidak ada kebocoran sehingga air tidak dapat masuk ke dalam drum tersebut.

Jika anda masih belum paham? Mari kita coba jelaskan berdasarkan Hukum Archimedes. Ketika kapal laut berada di atas air maka kapal laut memberi tekanan kepada air. Berat dari kapal laut menekan air ke bawah, lalu dengan gaya yang sama besar, air tersebut memberikan tekanan kepada kapal laut dengan arah yang berlawanan atau ke atas.

Untuk lebih mudahnya coba ikuti langkah-langkah berikut ini, ambillah sebuah mangkuk kosong lalu taruh mangkuk tersebut di atas air. Apa yang terjadi? mangkuk tersebut akan mengapung mirip kapal laut. Kemudian tekan mangkuknya perlahan-lahan ke dalam air. Apa yang terjadi? Semakin kamu menekan mangkuk ke bawah, seolah-olah air memberikan dorongan dengan memberikan reaksi yaitu menekan mangkuk ke arah atas sehingga mangkuk tersebut tetap mengapung.

Kapal laut menggunakan prinsip tersebut, dengan cara memperbesar volume kapal (memperbesar lambung kapal) maka akan membuat massa jenis kapal lebih ringan dari air (1000 kg/m3).

Nah, sekarang kalian sudah tahu kan mengapa kapal bisa mengapung di laut.