Boiler atau ketel uap merupakan suatu alat yang berbentuk bejana tertutup yang terbuat dari baja. Alat ini digunakan untuk menghasilkan uap (steam).

Uap dari hasil pemanasan air di dalam bejana memiliki berbagai manfaat seperti pembangkit listrik tenaga uap, penggerak baling - baling pada kapal laut maupun kapal selam bertenaga nuklir.

Dahulu, boiler digunakan pada lokomotif  untuk menggerakan mesin dengan bahan bakar batu bara.

Fire tube boiler

Boiler terdapat beberapa klasifikasi. Salah satunya adalah Fire tube boiler atau ketel uap pipa api.

Penamaan ketel uap pipa api karena fluida yang mengalir pada pipa adalah uap panas hasil pembakaran pada tungku pembakar.

Uap bergerak melalui pipa dan mengalirkan panas secara konduksi dari permukaan dalam pipa ke bagian luar pipa. Hal ini menyebabkan penyebaran panas pada air di dalam tabung boiler sehingga air mencapai titik didih dan berubah menjadi uap.

Skema fire tube boiler

Pada beberapa mahasiswa seringkali kesulitan untuk mencari formula yang tepat untuk merancang pipa api. Penyebabnya adalah terjadi kesalahan perancangan dengan menggunakan rumus tabung ketel uap.

Kesalahan tersebut karena rumus tabung ketel uap adalah rumus untuk pipa atau tabung yang mengalami tekanan internal, sedangkan pipa api mengalami tekanan eksternal.

Pada ketel pipa api terdapat beberapa pipa. Diantaranya adalah pila pada tubesheets ketebalan pipa api tidak dikalkulasi berdasarkan jumlah, jarak antar lubang dari titik pusat pipa api.

Perancangan pipa api

Perhitungan dilakukan berdasarkan tekanan eksternal yang akan terjadi. Sehingga formula yang digunakan adalah : P=B/(D_o/t) berdasarkan ASME BPVC sec. IV HG-312.3 2017:11. bukan t=PR/SE-0,6P.

Penentuan awal adalah dengan mengasumsikan nilai D_o/t pada grafik FIG. G di bawah ini :

Do/t pada prosedur normal diasumsikan dengan nilai 50, lalu untuk L/D_o dengan keterangan sebagai berikut :

L = Panjang pipa api yang direncanakan

D_o = Diameter luar pipa api

Setelah mendapatkan nilai factor A, gunakan grafik FIG.HA-1 (untuk baja Austenitik dengan komposisi kimia 18% Chrome dan 8% Nickel) :

 Nilai Factor B didapatkan dari membuat garis pada Factor A yang disesuaikan pada suhu kerja. Setelah didapatkan nilai Factor B kalkulasikanlah P=B/(D_o/t) sehingga didapatkan tekanan maksimumnya.

Nilai tekanan maksimum harus lebih besar daripada tekanan kerja (working pressure) yang direncanakan P>P1. Setelah mendapatkan nilai Do/t yang tepat, kalkulasikanlah untuk mendapatkan ketebalan pipa api.

Perlu diperhatikan, bahwa ketebalan pipa api sangat berpengaruh terhadap keamanan boiler. Kalkulasikan dengan teliti menggunakan standar ASME dengan buku ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IV 2017, Rules for Construction of Heating Boilers. Kesalahan pada perancangan akan beresiko pada kegagalan konstruksi yang menyebabkan kebocoran maupun ledakan.