Pendidih

Pendidih atau ketel uap (bahasa Inggris: steam boiler) adalah alat untuk menghasilkan uap air, yang akan digunakan untuk pemanasan atau tenaga gerak. Bahan bakar pendidih bermacam-macam dari yang populer batubara dan minyak bakar, sampai listrik, gas, biomassa, nuklir dan lain-lain. Pendidih merupakan bagian terpenting dari penemuan mesin uap yang merupakan pemicu lahirnya revolusi industri.

Diagram ketel uap firebox dengan superheater

Penampang steam boiler. Pipa-pipa kecil adalah pipa superheater.

Pipa besar (dalam bercat putih) adalah adalah pipa super kompresi yang menuju mesin uap yang menggerakkan roda lokomotif

Scotch marine boiler, pendidih dengan superheater

Boiler tradisional, atau boiler konvensional, adalah sistem pemanas yang memanaskan air menggunakan bahan bakar untuk menyediakan air panas dan pemanas sentral untuk rumah dan mungkin dikombinasikan untuk pemanas ruangan juda sebagai tungku untuk memasak. Sistem ini menggunakan tangki air dingin dan tabung penyimpanan air panas terpisah untuk menyimpan air panas yang dihasilkan. Desainnya cenderung memakan ruang lebih banyak karena membutuhkan tangki-tangki penyimpanan ini, dan pemanasannya mungkin lebih lambat jika dibandingkan dengan sistem modern.

Boiler pemanas uap industri berfungsi menghasilkan uap panas untuk kebutuhan industri seperti laundry, pengolahan makanan, atau pemanas ruangan. Istilah ini juga bisa merujuk pada burner tungku api yang digunakan sebagai komponen untuk menghasilkan api pada boiler industri, oven, steamer, atau alat masak sejenis lainnya. Selain itu, bisa juga merujuk pada boiler ganda (double boiler), yaitu alat masak yang menggunakan uap untuk memanaskan makanan secara lembut.

Boiler penggerak tenaga adalah suatu sistem yang menggunakan energi panas dari pembakaran bahan bakar untuk mengubah air menjadi uap bertekanan tinggi, yang kemudian digunakan sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan mesin atau peralatan lainnya, seperti turbin atau piston. Prinsip dasar ini menjadi kunci dalam Revolusi Industri, menggerakkan pabrik, kereta api, dan kapal pada masa itu.

Boiler dapat dibedakan berdasarkan fungsinya (pemanasan, pembangkit listrik, sterilisasi, dan penggerak mesin) dan jenisnya (kombinasi, pemanas air saja, atau uap). Kegunaan utama boiler sangat beragam, mulai dari skala rumah tangga untuk memanaskan air, hingga skala industri besar seperti pada industri makanan, tekstil, manufaktur, dan pembangkit listrik.

• Pemanasan & air panas: Digunakan untuk pemanasan rumah tangga atau komersial, serta menyediakan air panas untuk berbagai kebutuhan seperti mesin pencuci piring komersial, pemanas lantai, dan lain-lain.
• Pembangkit listrik: Boiler menghasilkan uap yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin generator, terutama pada industri energi dan manufaktur.
• Proses industri: Memanaskan air atau cairan untuk proses di berbagai industri, seperti sterilisasi bahan mentah di industri makanan dan minuman, serta pemanasan dalam proses manufaktur dan tekstil.
• Penggerak mesin: Uap dari boiler dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan mesin-mesin di berbagai proses industri, mulai dari manufaktur hingga konstruksi.

Berdasarkan Bahan Bakar

• Gas: Menggunakan gas alam sebagai bahan bakar, cocok di daerah dengan jaringan gas.
• Minyak: Menggunakan minyak solar atau minyak berat, ideal untuk area terpencil yang tidak memiliki akses gas.
• Biomassa: Menggunakan bahan bakar organik seperti sekam padi atau serpihan kayu, merupakan pilihan yang lebih ramah lingkungan.
• Listrik: Menggunakan energi listrik, ideal untuk skala kecil dan tidak memerlukan sistem pembakaran, tetapi konsumsi listriknya tinggi.

Material

Bejana pada suatu ketel uap biasanya terbuat dari baja (steel /alloy steel), atau awalnya dari besi tempa. Baja stainless sebenarnya tidak disarankan (oleh ASME Boiler Code) untuk digunakan pada bagian-bagian yang basah dari ketel uap modern, tetapi sering kali digunakan pada bagian super heater yang tidak akan terpapar ke cairan ketel uap. Tembaga atau kuningan sering digunakan karena lebih mudah di-fabrikasi untuk ketel uap ukuran kecil. Sejarahnya, tembaga sering digunakan untuk peti api (firebox) terutama untuk lokomotif uap air, karena kemudahannya dibentuk dan pengantar panas yang tinggi; namun, saat ini, harga tembaga yang tinggi menjadi pilihan yang tidak ekonomis dan lebih murah menggunakan material pengganti (seperti baja)

Untuk kebanyakan ketel uap Victorian, hanya menggunakan besi tempa kualitas paling tinggi, yang dirakit menggunakan keling (rivet). Kualitas yang tinggi dari lembaran dan kecocokan untuk kehandalan yang tinggi digunakan pada aplikasi yang kritikal, seperti ketel uap tekanan tinggi. Pada abad 20, untuk praktisnya desain bergerak kearah penggunaan baja, di mana lebih kuat dan lebih murah, dengan konstruksi las, yang lebih cepat dan sedikit pekerja.

Besi tuang (cast iron) digunakan untuk bejana pemanas untuk pemanas air. Walaupun suatu pemanas biasanya disebut "pendidih" (boiler), karena tujuannya adalah untuk membuat air panas, bukan uap air, karena dioperasikan pada tekanan rendah dan menghindari pendidihan sebenarnya. Kerapuhan dari besi tuang menjadikannya tidak cocok untuk ketel uap tekanan tinggi.

Peraturan yang berlaku

Sertifikasi bagi operator Ketel Uap dan Ketel Uap mengacu pada peraturan berikut:

1. ASME sect. I, II, dan V
2. Undang-Undang Uap Thn 1930
3. Peraturan Uap thn 1930
4. Undang- undang No.1 thn 1970

Pemeriksaan dilakukan oleh ahli Keselamatan Kerja Pesawat Uap dan bejana tekan, melalui badan yang ditunjuk oleh Depnaker. Operator harus mengikuti pelatihan boiler melalui pihak ke-3 yang ditunjuk oleh Depnaker utk menyelenggarakan pelatihan dan mengeluarkan sertifikatnya.

Klasifikasi Ketel Uap

Berdasarkan tekanannya, Ketel Uap terbagi menjadi:

• Ketel Uap tekanan rendah (Tekanan Kerja <= 0.5 kg/cm2 melebihi tekanan udara luar)
• Ketel Uap (Tekanan Kerja > 0.5 kg/cm2 melebihi tekanan udara luar)

Berdasarkan tempat pemakaiannya, Ketel Uap terbagi menjadi:

• Ketel Uap darat (uji berkala tiap 2 tahun)
• Ketel Uap kapal (uji berkala tiap 1 tahun)
• Ketel Uap lokomotif (uji berkala tiap 3 tahun)

Boiler pipa api

Diagram of a fire-tube boiler

Boiler pipa api adalah jenis ketel yang ditemukan pada tahun 1828 oleh Marc Seguin, di mana gas panas mengalir dari api melalui satu atau lebih pipa yang mengalir melalui wadah air tertutup. Panas gas ditransfer melalui dinding pipa melalui konduksi termal, memanaskan air, dan akhirnya menghasilkan uap. Aliran Fluida berupa Gas panas mengalir di dalam tabung, air mengelilingi tabung.

Ketel pipa api berkembang sebagai jenis ketel ketiga dari empat jenis ketel utama dalam sejarah: ketel tangki bertekanan rendah atau "tumpukan jerami", ketel bercerobong asap dengan satu atau dua cerobong asap besar, ketel pipa api dengan banyak pipa kecil, dan ketel pipa air bertekanan tinggi. Keunggulannya dibandingkan ketel bercerobong asap dengan satu cerobong asap besar adalah banyaknya pipa kecil menawarkan luas permukaan pemanas yang jauh lebih besar untuk volume ketel yang sama. Konstruksi umumnya berupa tangki air yang ditembus oleh pipa-pipa yang membawa gas buang panas dari api. Tangki biasanya sebagian besar berbentuk silinder—menjadi bentuk praktis terkuat untuk wadah bertekanan—dan tangki silinder ini dapat berbentuk horizontal atau vertikal.

Ketel jenis ini digunakan pada hampir semua lokomotif uap berbentuk horizontal. Ketel ini memiliki laras silinder yang berisi tabung-tabung api, tetapi juga memiliki perpanjangan di salah satu ujungnya untuk menampung "kotak api". Kotak api ini memiliki alas terbuka untuk menyediakan area kisi-kisi yang luas dan seringkali memanjang melewati laras silinder untuk membentuk penutup persegi panjang atau meruncing. Ketel tabung api horizontal juga umum digunakan untuk aplikasi kelautan, menggunakan ketel Scotch; oleh karena itu, ketel ini umumnya disebut sebagai ketel tipe "scotch-marine" atau "marine". Ketel vertikal juga telah dibuat dengan tipe tabung api ganda, meskipun relatif jarang; sebagian besar ketel vertikal memiliki cerobong asap atau tabung air silang.

Boiler pipa air

Diagram of a water-tube boiler.

Boiler pipa air bertekanan tinggi (juga dieja tabung air dan tabung air) adalah jenis ketel di mana air bersirkulasi dalam tabung yang dipanaskan secara eksternal oleh api. Bahan bakar dibakar di dalam tungku, menghasilkan gas panas yang mendidihkan air di dalam tabung pembangkit uap. Pada ketel yang lebih kecil, tabung pembangkit tambahan terpisah di dalam tungku, sementara ketel utilitas yang lebih besar mengandalkan tabung berisi air yang membentuk dinding tungku untuk menghasilkan uap. Aliran Fluida berupa air mengalir di dalam tabung, gas panas mengelilingi tabung.

Campuran air/uap panas kemudian naik ke dalam drum uap. Di sini, uap jenuh ditarik dari atas drum. Dalam beberapa layanan, uap melewati tabung di jalur gas panas (superheater) untuk menjadi super panas. Uap super panas adalah gas kering dan oleh karena itu biasanya digunakan untuk menggerakkan turbin, karena tetesan air dapat merusak bilah turbin secara parah.

Air jenuh di bagian bawah drum uap kembali ke drum bawah melalui 'tabung downcomer' berdiameter besar, tempat air tersebut memanaskan terlebih dahulu pasokan air umpan. (Pada boiler utilitas besar, air umpan disuplai ke drum uap dan downcomer memasok air ke dasar dinding air). Untuk meningkatkan efisiensi boiler, gas buang juga digunakan untuk memanaskan awal udara pembakaran yang dihembuskan ke dalam burner, dan untuk menghangatkan pasokan air umpan di ekonomizer. Boiler tabung air seperti ini di pembangkit listrik termal juga disebut unit pembangkit uap.

Desain boiler tabung api yang lebih tua, di mana air mengelilingi sumber panas dan gas hasil pembakaran melewati tabung di dalam ruang air, biasanya merupakan struktur yang jauh lebih lemah dan jarang digunakan untuk tekanan di atas 2,4 MPa (350 psi). Keuntungan signifikan dari boiler tabung air adalah lebih kecil kemungkinannya terjadi kegagalan yang fatal: tidak ada volume air yang besar di dalam boiler, juga tidak ada elemen mekanis besar yang rentan terhadap kegagalan.

Boiler tabung air dipatenkan oleh Blakey dari Inggris pada tahun 1766 dan dibuat oleh Dallery dari Prancis pada tahun 1780.

Setrika uap

Pendidih setrika uap merupakan alat yang berfungsi untuk menghasilkan uap panas bertekanan tinggi dengan bahan bakar LPG yang memudahkan dalam merapikan pakaian. Alat ini dilengkapi setrika khusus yaitu setrika uap yang bentuknya berbeda dengan model setrika listrik pada umumnya. Setrika uap mempunyai pori-pori / lubang pada alas setrika, yang berguna untuk mengeluarkan uap air dari boiler yang diisi air pada level tertentu sesuai kapasitas boiler, dan sudah dididihkan lewat kompor berbahan bakar LPG.

Lihat pula

• Mesin uap
• Turbin uap

Referensi

• American Society of Mechanical Engineers: ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I. Updated every 3 years.
• Association of Water Technologies: Association of Water Technologies (AWT).
• The Babcock & Wilcox Co. (1902): "Steam, its generation and use", New York-London, republished by Nabu Press, ISBN 978-1-147-61244-8 (2010)