UTILITAS PENYEDIAAN STEAM DALAM INDUSTRI KIMIA
Disusun Oleh: Deta Annisa Lisnandar Intadar#h Rahila Pra$t%ana Ir&a Meidit%a Prana Mahisa Muha&ad )ildan Satria Mahardi*a Sur%# P+
210011101!" 210011101! 210011101'0 21001112000( 2100112100((
,URUSAN TEKNIK KIMIA -AKULTAS TEKNIK UNI.ERSITAS DIPONE/ORO SEMARAN/ 201"
PRAKATA
Dipanjatkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan segala rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas mata kuliah utilitas dengan judul “Penyediaan Steam Dalam Industri Kimia ini berhasil diselesaikan! Dalam penyusunan tugas ini tidak terlepas dari bantuan pihak-pihak lain! "leh karena itu# dalam kesempatan ini diu$apkan terima kasih kepada % Ir! Slamet Priyant&# M!S! selaku d&sen pengampu mata kuliah utilitas# "rang tua dan keluarga kami yang selalu memberikan dukungan kepada kami# serta semua pihak yang telah membantu penyelesaian tugas ini! 'khirnya# disadari bah(a tugas ini masih jauh dari kata sempurna! "leh karena itu diharapkan kritik dan saran yang bersi)at membangun demi sempurnanya tugas ini! Sem&ga tugas ini dapat memberikan man)aat bagi peneliti dan para pemba$a dalam pengembangan ilmu pengetahuan!
Semarang# *+ N&,ember +*.
Penulis
ii
A I PENDAULUAN
I+1+
Latar ela*an
Steam adalah bahasa teknis dari uap air# yaitu )ase gas dari air yang terbentuk ketika air mendidih! 0ntuk mengubah air dari )ase li1uid 2$air3 menjadi )ase gas 2steam3 diperlukan energi panas untuk menaikan temperature air yang biasa disebut sebagai “ Sensible Heat ! Pada tekanan atm&sphere titik didih air adalah * 4 2+*+53 sedangkan apabila tekanan pada sistem dinaikan maka energi panas yang diperlukan juga ikut naik! Sedangkan apabila ditinjau se$ara m&lekuler adalah 6+" yang mengalami pemanasan hingga titik didihnya sehingga mengalami perubahan )ase! Dengan meningkatnya suhu dan air mendekati k&ndisi didihnya# beberapa m&lekul mendapatkan energi kinetik yang $ukup untuk men$apai ke$epatan yang membuatnya se(aktu-(aktu lepas dari $airan ke ruang diatas permukaan# sebelum jatuh kembali ke $airan! Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besar dan sejumlah m&lekul dengan energi $ukup untuk meninggalkan $airan jadi meningkat! Dengan mempertimbangkan struktur m&lekul $airan dan uap# masuk akal bah(a densitas steam lebih ke$il dari air# sebab m&lekul steam terpisah jauh satu dengan yang lainnya! 7uang yang se$ara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisi dengan m&lekul steam yang kurang padat 20NEP# +83 + 'ir memiliki
panas
k&ndensasi
yang besar sekali sehingga
sangat
menguntungkan jika digunakan sebagai media pemanas# tidak mudah terbakar# dan tidak bera$un! Steam dapat mengakibatkan luka bakar yang parah terutama bila seluruh panas k&ndensasi dibebaskan di atas kulit! "leh karena itu# saluran-saluran yang dialiri steam tidak b&leh dimanipulasi sebelum saluran dibebaskan dari tekanan dan didinginkan! Steam yang umum dijumpai dalam industri kimia dibedakan menjadi + jenis! Yang pertama adalah saturated steam yang terbentuk ketika air diberi panas sensible hingga men$apai titik didih! Ketika titik didih air ter$apai# suhu air akan terus meningkat dan men$apai titik k&nstan hingga semua air berubah )ase menjadi uap! Selama masih terdapat air dalam )ase $air dalam sistem# suhu steam akan sama dengan suhu air dalam )ase $air tersebut! Yang kedua adalah superheated steam# dimana ketika seluruh air berubah )ase menjadi uap# terdapat penambahan kal&r /
yang dapat meningkatkan suhu steam tersebut! Dengan kata lain# steam yang dipanaskan melebihi tingkatan saturated steam disebut dengan superheated steam! Saturated steam lebih banyak digunakan dalam industri sebagai media pemanas# memasak# pengeringan# dan lain sebagainya! Sedangkan superheated steam hanya digunakan sebagai penggerak turbin! Steam dihasilkan &leh pembangkit steam di dalam ketel uap: steam dengan mengunakan bahan bakar batu bara# minyak pemanas# atau listrik! Steam ini dibuat dari air yang telah dihilangkan seluruh garam- garam dan gasnya 2air umpan ketel3! Di sini terbentuk steam pada temperatur yang sesuai dengan tekanan di dalam ketel! Steam yang terbentuk dipanaskan kembali &leh gas buang sehingga kehilangan panas pada saat transp&rtasi ke tempat pemakaian tidak segera menyebabkan terjadinya k&ndensasi! Setelah tekanan tinggi direduksi di dalam turbin uap# dan air diinjeksikan ke dalam steam berkal&r lebih# steam tersebut kemudian dialirkan ke k&nsumen melalui saluran-saluran yang teris&lasi dengan baik! Di tempat pemakaian# yang dibutuhkan terutama ialah panas k&ndensasinya! Karena steam tidak dapat disimpan# maka kelebihan steam akan diubah menjadi air panas atau air hangat! Media pemanas berupa steam sering digunakan dikarenakan dapat diatur dengan mudah! Pemanasan dapat dilakukan dengan mengalirkan steam langsung ke bahan yang akan dipanaskan! Temperatur pemanasan maksimal yang dapat di$apai pada peralatan yang menggunakan ,entilasi adalah * &4! 4ara ini hanya dapat digunakan bila air maupun penambahan ,&lume tidak mengganggu sistem! Panggunaan steam dapat dilakukan se$ara tidak langsung# misalnya dalam alat penukar panas! Temperatur yang dapat di$apai se$ara te&ritis sama dengan temperatur k&ndensasi steam! Menurut 0nited Nati&nal En,ir&nment +8# steam memberikan suatu $ara pemindahan sejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat# ruang b&iler yang &t&matis# dimana energi dapat dihasilkan se$ara e)isien dan ek&n&mis# sampai ke titik penggunaan! Steam yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan transp&rtasi dan penyediaan energi! 0ntuk beberapa alasan# steam merupakan k&m&ditas yang paling banyak digunakan untuk memba(a energi panas! Penggunaannya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari pr&duksi daya mekanis sampai penggunaan pr&ses dan pemanasan ruangan! 'lasan dari penggunaan steam adalah% 20NEP# +83 9
'! Steam e)isien dan ek&n&mis untuk dihasilkan ;! Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik penggunaan 4! Steam mudah dikendalikan D! Energinya mudah ditrans)er ke pr&ses E! Plant steam yang m&dern mudah untuk dikendalikan 5! Steam bersi)at )leksibel I+2+
I++
Ru&usan Masalah •
;agaimana pr&ses pembentukan steam
•
'pa saja )akt&r < )akt&r yang mempengaruhi kualitas steam
•
'pa saja kegunaan steam dalam pabrik
•
;agaimana meran$ang steam dalam industri
Tu3uan •
Mengetahui pr&ses pembetukan steam
•
Mengetahui )a$t&r < )a$t&r yang mempengaruhi kualitas steam
•
Mengetahui kegunaan dan man)aat steam dalam pabrik
•
Mempelajari pr&ses peran$angan steam
.
A II PERMASALAAN
II+1+ Stea&
Steam berbahan dasar air 26+"3 yang m&lekulnya tersusun dari hidr&gen dan &ksigen! 6al yang perlu diperhatikan dalam pembuatan steam ialah suhu dan tekanan dimana pada tekanan atm&s)ir suhu jenuhnya adalah *=4! Tetapi# jika tekanannya bertambah# maka akan ada penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu tanpa perubahan )ase! "leh karena itu# kenaikan tekanan se$ara e)ekti) akan meningkatkan entalpi air dan suhu jenuh! 6ubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kur,a steam jenuh 2>ambar *3!
>ambar +!*! Kur,a Steam ?enuh 2Sumber% 0NEP# +83 'ir dan steam dapat berada se$ara bersamaan pada berbagai tekanan pada kur,a ini# keduanya akan berada pada suhu jenuh! Steam pada k&ndisi diatas kur,a jenuh dikenal dengan superheated steam/ steam le(at jenuh% •
Suhu diatas suhu jenuh disebut derajat steam le(at jenuh
•
'ir pada k&ndisi diba(ah kur,a disebut air sub- jenuh!
Perubahan )ase air menjadi steam ditunjukkan dalam diagram )ase berikut ini%
>ambar +!+! Diagram 5ase Entalpi Suhu 2Sumber% 0NEP# +83
Ketika air dipanaskan dari =4 sampai suhu jenuhnya# k&ndisinya mengikuti garis $air jenuh sampai menerima seluruh entalpi $airannya# h)# 2' - ;3! ?ika panas ditambahkan lebih lanjut# maka akan merubah )ase ke steam jenuh dan berlanjut meningkakan entalpi sambil tetap pada suhu jenuhnya# h)g# 2; - 43! ?ika $ampuran steam:air meningkat kekeringannya# k&ndisinya bergerak dari garis $air jenuh ke garis uap jenuh! "leh karena itu pada titik tepat setengah diantara kedua keadaan tersebut# )raksi kekeringan 2@3 nya sebesar #.! 6al yang sama# pada garis uap jenuh steamnya * persen kering! ;egitu menerima seluruh entalpi penguapannya maka akan men$apai garis uap jenuh! ?ika pemanas dilanjutkan setelah titik ini# suhu steam akan mulai naik men$apai le(at jenuh 24 - D3! >aris-garis $airan jenuh dan uap jenuh menutup (ilayah dimana terdapat $ampuran steam:air
Suatu b&iler atau pembangkit uap yang di&perasikan tanpa k&ndisi air yang baik# $epat atau lambat akan menimbulkan masalah-masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas dari sistem pembangkit uap! ;anyak masalah-masalah yang ditimbulkan akibat dari kurangnya penanganan dan perhatian khusus terhadap penggunaan air umpan b&iler!
'kibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan b&iler akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut% *! Pembentukan Kerak Terbentuk kerak pada dinding b&iler terjadi akibat adanya mineral-mineral pembentukan kerak# misalnya i&n-i&n kesadahan seperti 4a+C dan Mg+C dan akibat pengaruh gas penguapan! Diamping itu pula dapat disebabkan &leh mekanisme pemekatan didalam b&iler karena adanya pemanasan! ?enis-jenis kerak yang umum dalam b&iler adalah kalsium sul)at# senya(a silikat dan karb&nat! at-at dapat membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila lama penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan! Silika diendapkan bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan! Kerak yang
menyelimuti permukaan b&iler
berpengaruh
terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur# dan menurunnya e)isiensi b&iler +! Peristi(a K&r&si K&r&si dapat disebabkan &leh &ksigen dan karb&n di&ksida yang terdapat dalam uap yang terk&ndensasi! K&r&si merupakan peristi(a l&gam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi &ksida besi# alumunium dan lain-lain! Peristi(a
k&r&si dapat terjadi
disebabkan &leh% - >as-gas yang bersi)at k&r&si) seperti " +# 4"+# 6+S - Kerak dan dep&sit - Perbedaan l&gam 2k&r&si gal,anis3 - p6 yang terlalu rendah dan lain-lain ?enis k&r&si yang dijumpai pada b&iler dan sistem uap adalah general corrosion, pitting 2terbentuknya lubang3 dan embrittlement 2peretakan baja3! 'danya gas yang terlarut# &ksigen dan karb&n di&ksida pada air umpan b&iler adalah penye bab utama general corrosion dan pitting corrosion 2tipe &ksigen elektr& kimia dan di))rensial3! Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan b&iler menurun
jika suhu naik! Kebanyakan &ksigen akan memisah pada ruang uap# tetapi sejumlah ke$il residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kant&ng-kant&ng atau diba(ah dep&sit# hal ini dapat menyebabkan k&r&si pada l&gam-l&gam b&iler! Karena itu pentinguntuk melakukan pr&ses de&ksigenasi air b&iler! ?umlah rata-rata k&r&si atau serangan elektr&kimia akan naik jika nilai p6 air menurun! Selain itu air umpan b&iler akan dik&ndisikan se$ara kimia men$apai nilai p6 yang relati) tinggi! ;entuk k&r&si yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk k&r&si embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai! Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai! Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat
dan
memungkinkan
meluas
pada
perkembangan
ujung suatu
tabung
lingkungan
dimana $austi$
$elah yang
terk&nsentrasi! /! Pembentukan Dep&sit Dep&sit merupakan peristi(a penggumpalan at dalam air umpan b&iler yang disebabkan &leh adanya at padat tersuspensi misalnya &ksida besi# &ksida tembaga dan lain-lain! Peristi(a ini dapat juga disebabkan &leh k&ntaminsi uap dari pr&duk hasil pr&ses pr&duksi! Sumber dep&sit didalam air seperti garam-garam yang terlarut dan at- at yang tersuspensi didalam air umpan b&iler! Pemanasan dan dengan adanya at tersuspensi dalam air pada b&iler menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya kelarutan# jika temperaturnya dinaikkan! 6al ini menjelaskan mengapa kerak dan sludge 2lumpur3 terbentuk! Kerak merupakan bentuk dep&sit-dep&sit yang tetap berada pada permukaan b&iler sedangkan sludge merupakan bentuk dep&sit-dep&sit yang tidak menetap atau dep&sit lunak! 9! Terba(anya 0ap 2Steam Carryover 3 Ketika air b&iler mengandung garam terlarut dan at tersuspensi dengan k&nsentrasi yang tinggi# ada ke$endrungan baginya untuk B
membentuk busa se$ara berlebihan sehingga dapat menyebabkan steam carryover at-at padat dan $airan peng&t&r kedalam uap! Steam
F
carryover terjadi jika mineral-mineral dari b&iler ikut keluar bersama dengan uap ke alat-alat seperti superheater# turbin# dan lain-lain! K&ntaminasi-k&ntaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau at-at itu akan meng&ntaminasi pr&ses atau material-material yang diperlukan steam!
A III PEMAASAN MASALA
III+1+ #iler
;&iler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air pr&ses atau steam! 'ir adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu pr&ses! ;&iler mengubah energi-energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja! ;&iler diran$ang untuk melakukan atau memindahkan kal&r dari suatu sumber pembakaran# yang biasanya berupa pembakaran bahanbakar! 5akt&r yang mendasari pemilihan jenis b&iler adalah sebagai berikut% a! Kapasitas yang digunakan b! K&ndisi uap yang dibutuhkan $! ;ahan bakar yang dibutuhkan d! K&nstruksi yang sederhana III+1+1+ Su&5er Pen%ediaan Air U&$an #iler
'ir yang digunakan pada air umpan b&iler diper&leh dari air sungai# air (aduk# sumur b&r dan sumber mata air lainnya! Kualitas air tersebut tidak sama (alaupun menggunakan sumber air sejenis# hal ini dipengaruhi &leh lingkungan asal air tersebut! "leh karena itu untuk dapat digunakan sebagai air umpan b&iler maka air baku dari sumber air harus dilakukan peng&lahan terlebih dahulu yang bertujuan untuk menghilangkan unsurunsur atau padatan yang terkandung didalam air baik dalam bentuk tersuspensi# terlarut# ataupun k&l&id yang dapat menyebabkan terjadinya kerak# k&r&si dan pembusaan dalam b&iler! Disamping itu senya(a &rganik dapat menyebabkan berbagai masalah dalam &perasi b&iler! Kualitas air umpan b&iler juga dipengaruhi &leh k&ndisi &perasi b&iler# dimana semakin tinggi tekanan dan temperature &perasi maka semakin murni kualitas air umpan yang diperlukan! ;atasan terhadap nilai parameter-parameter penting untuk air umpan b&iler# sering ditentukan &leh pihak pembuat alat# atau
dapat menga$u pada $riteria dari badan-badan Internati&nal seperti 'SME dan ';M'!
III+1+2+ Ua$ 6Stea&7
0ap air adalah sejenis )luida yang merupakan )ase gas dari air# bila mengalami pemanasan sampai temperatur didih diba(ah tekanan tertentu! 0ap air tidak ber(arna# bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering! 0ap air dipakai pertama sekali sebagai )luida kerja adalah &leh ?ames Aatt yang terkenal sebagai penemu Mesin 0ap T&rak! 0ap air tidak mengikuti hukum-hukum gas sempurna# sampai dia benar-benar kering 2kadar uap *G3! ;ila uap adi kering dipanaskan lebih lanjut maka dia menjadi uap adi panas 2panas lanjut3 dan selanjutnya dapat dianggap sebagai gas sempurna! 0ap air terbentuk dalam tiga jenis# yaitu% *! 0ap saturasi basah 2H *3 +! 0ap saturasi kering 2H J *3 /! 0ap adi panas Sebagaimana kita ketahui bah(a pada pemanasan air dan penguapan berlangsung pada tekanan tetap! ;egitu pula pada pemanasan lanjut uap berlangsung pada tekanan tetap! Entr&pi uap pada tekanan tetap# terdiri dari% *! Kenaikan entr&pi air selama pemanasannya dari titik lebur sampai ke titik didih diba(ah tekanan tertentu +! Kenaikan entr&pi selama peristi(a penguapan /! Kenaikan entr&pi selama pemanasan lanjut Diagram entr&pi-temperatur 2diagram T-S3 sangat berguna untuk menyelesaikan s&al-s&al ekspansi se$ara adiabatis! 'bsis dari diagram menunjukkan entr&pi dari )luida 2air atau uap3# di atas titik air# sedang &rdinatnya menyatakan temperatur )luida! Dalam gambar gra)ik ';4D menggambarkan pemanasan * kg air dari titik $air 2"43 sampai suhu adi panas 2tsup "43 pada tekanan tetap 2$&nstant3! >ra)ik '; menggambarkan pemanasan air sampai temperatur saturasi 2tsup "43! Kenaikan entr&pi % S( kkal:kg"4 diukur sepanjang garis ';2E))endi# +*/3!
>ambar /!*! Diagram Suhu-Entr&pi untuk 'ir dan 0ap 2Sumber% E))endi# +*/3 III+ 2+ Pr#ses Ker3a #iler Prinsip kerja dari b&iler 2Saturated steam3 bisa dilihat pada gambar di ba(ah ini!
;erikut adalah penjelasan kerja b&iler ditiap bagiannya % •
•
E$&n&mier 'ir 0mpan setelah melalui pr&ses pretreatment di s&)tener atau air $&ndensate dip&mpakan ke e$&n&mier! Di e$&n&mier terjadi pemanasan a(al se$ara perlahan sebelum men$apai sistem berikutnya yang meman)aatkan panas buang di $himney! Pemanasan a(al dimaksudkan untuk meningkatkan e)isiensi dari b&iler! Steam drum Dari e$&n&mier# air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa! Dia(al pr&ses# saat steam 2uap air3 belum men$apai saturated steam# maka separat&r
•
•
•
•
2pemisah3 didalam steam drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya! D&(n$&mer D&(n$&mer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terba(ah dari sistem selanjutnya melalui l&(er $&nne$ting pipes! 5urna$e Selanjutnya air dari d&(n$&mer akan masuk ke )urna$e bagian paling ba(ah dan ditampung didalam b&tt&m header yang kemudian karena sistem pembakaran batu bara# &il dan limest&ne didalam )urna$e# perlahan-lahan akan berubah bentuk menjadi uap basah! Sesuai dengan si)atnya# uap akan merambat keatas dengan sendirinya didalam tube 2karena pr&ses pemanasan yang k&nstan didalam b&iler3! 0ap air tersebut ditampung didalam upper header 2&utlet header3 pada bagian atas )urna$e! Disinilah terjadinya sistem k&n,ersi energy! Setelah itu uap akan kembali disupply ke steam drum melalui upper $&nne$ting pipes# dan# kembali &leh separat&rnya# uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem berikutnya! Superheater Disini terdapat beberapa kali ba$kpass 2umpan balik3 steam dari l&( temperature superheater ke medium temperature superheater lalu disupply ke steam drum# lalu kembali ke high temperature superheater : )inal superheater! Di high : )inal termperature superheater inilah pr&ses terakhir steam setelah melalui pemanasan berulang-ulang kali di dalam l&( dan medium superheater! Main Steam Pipe Inilah pipa terpenting dalam pr&ses p&(er plant# dikarenakan pipa ini yang nantinya akan mensuplai superheated steam ke turbin! Material# ka(at las dan test nya pun 2N&n Destru$ti,e Test3 terg&l&ng istime(a karena membutuhkan perlakuan khusus dan tim khusus untuk mengerjakannya! Disinilah temperatur dan pressure tertinggi di b&iler berada!
Selain itu 5#iler$un &e&ili* siste&8 %aitu : •
Siste& Air u&$an
'ir umpan adalah air yang disuplai ke b&iler untuk dirubah menjadi steam! Sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air se$ara &t&matis untuk b&iler sesuai dengan kebutuhan steam! 'da dua sumber 'ir umpan# yaitu% & K&ndensat % steam yang telah berubah )asa menjadi air 2mengembun3 & 'ir make up % air baku yang sudah di&lah 0ntuk meningkatkan e)isiensi b&iler air umpan sebelum di suplai ke b&iler dipanaskan terlebih dahulu menggunakan limbah panas dari $himney! •
Siste& Stea&
Sistem steam adalah pr&ses peng&ntr&lan pr&duksi steam dalam b&iler# seperti% kapasitas# pressure# dsb! Selanjutnya steam didistribusikan ke pengguna melalui jalur perpipaan! •
Siste& ahan 5a*ar
Sistem bahan bakar adalah semua e1uipment atau peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar b&iler! Peralatan yang digunakan tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan b&iler! 2'ryandriadi#+*/3
III++ a*u Mutu Air #iler 0ap atau steam merupakan gas yang dihasilkan dari pr&ses yang disebut penguapan! ;ahan baku yangdigunakan untuk menghasilkan steam adalah air! Se$ara umum air yang akan digunakan sebagai air umpan b&iler adalah air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak pada b&iler# air yang tidak mengandung unsur yang dapat menyebabkan k&r&si terhadap b&iler! Dengan demikian airini di treatment hingga memenuhi standar karakteristik air umpan b&iler! ;erikut ini merupakan persyaratan baku mutu air umpan b&iler% Ta5el 1+1 a*u Mutu Air U&$an #iler Para&et Satua er n
p6 4&ndu$ti ,ity
unit mh&s :$m
TDS P'lkalinit y M'lkalinit y "'lkalinit y T 6ardness
ppm
U*uran *#.**#. .# ma@ /.# ma@
ppm
-
Silika ;esi Ph&spat residual Sul)ite residual p6 $&ndensa te
ppm ppm
ppm
ppm ppm
F# ma@ +#. @ Si"+# min *.# ma@ +#ma@
ppm ppm
+-.
unit
F#-L#
Di dalam industri kimia# steam merupakan suatu k&mp&nen penunjang yang sangat penting! Penggunaan steam dalam industri kimia misalkan sebagai pembangkit
tenaga# pemanas# )luida pada jet eje$t&r# dan lain sebagainya! Steam ini dihasilkan dari suatu alat yang dinamakan b&iler! Parameter-parameter yang mempengaruhi kualitas air umpan b&iler antara lain % *!"ksigen terlarut Dalam jumlah yang tinggi dapat menyebabkan k&r&si pada peralatan b&iler! +!Kekeruhan Dapat mengendap pada perpipaan dan peralatan pr&ses serta mengganggu pr&ses! /!p6 ;ila tidak sesuai dengan standart kualitas air umpan b&iler dapat menyebabkan k&r&si pada peralatan! 9!Kesadahan Merupakan kandungan i&n 4a dan Mg yang dapat menyebabkan kerak pada peralatan dan perpipaan b&iler sehingga menimbulkan l&$al &,erheating! .!5e 5e dapat menyebabkan air ber(arna dan mengendap di saluran air dan b&iler bila ter&ksidasi &leh &ksigen! 8!'siditas Kadar asiditas yang tinggi dapat menyebabkan k&r&si Pada pr&ses penguapan dalam ketel uap# air menjadi uap! 0ap yang dihasilkan adalah air murni dalam )asa uap 26+"3 dimana i&n-i&n yang terkandung dalam air b&ilernya tidak turut menguap! Sebagai akibatnya# k&nsentrasi i&n-i&n yang berada dalam )asa $airnya 2air b&iler3 semakin lama akan semakin tinggi dimana apabila hal ini tidak dikendalikan kenaikan k&nsentrasi i&n-i&n tersebut akan menuju bilangan tak terhingga# sehingga k&nsekuensinya pengerakan pada pipa-pipa b&iler tidak akan bisa dihindarkan! Pengendalian i&n-i&n dalam air b&iler tersebut pada sistim b&iler dilakukan dengan membuang sebagian dari air b&iler se$ara k&ntinyu dan disebut sebagai bl&(-d&(n!Tujuan bl&(-d&(n adalah untuk menjaga agar i&n-i&n yang ada dalam air b&iler tidak melebihi batasan-batasan yang telah ditentukan! 2'n&nim#+*/3 III+'+ Penendalian Mutu Air U&$an #iler
*! +! /! 9! .! 8!
'ir umpan b&iler memiliki standarbaku mutu tertentu! Namun# sumber air baku untuk umpan b&iler belum memenuhi standar yang telah ditentukan! "leh karena itu# dilakuka npeng&lahan se$ara eksternal untuk membuang padatan tersuspensi# padatan terlarut 2terutama i&n kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak3 dan gas-gas terlarut 2&ksigen dan karb&ndi&ksida3! Pr&ses peng&lahan eksternal dilakukan melalui beberapa tahapan sebagai berikut% K&agulasi dan 5l&kulasi Sedimentasi 5iltrasi Demineralisasi S&)tening Deaerasi
>ambar /!/! Diagram Peng&lahan 'ir 0mpan ;&iler 2Sumber% 0NEP# +83 III+"+ Kualitas stea&
*!
+! /!
9!
.!
Steam harus tersedia pada titik penggunaan% Dalam jumlah yang benar untuk menjamin bah(a aliran panas yang memadai tersedia untuk perpindahan panas Pada suhu dan tekanan yang benar# atau akan mempengaruhi kinerja ;ebas dari udara dan gas yang dapat mengembun yang dapat menghambat perpindahan panas ;ersih# karena kerak 2misal karat atau endapan karb&nat3 atau k&t&ran dapat meningkatkan laju er&si pada lengkungan pipa dan orifice ke$il dari steam traps dan kran Kering# dengan adanya tetesan air dalam steam akan menurunkan entalpi penguapan aktual# dan juga akan mengakibatkan pembentukan kerak pada dinding pipa dan permukaan perpindahan panas!20NEP#+83
III+! Pe&an9aatan *e&5ali *#ndensat
;ila satu kil&gram steam mengembun seluruhnya# maka akan terbentuk satu kil&gram k&ndensat pada suhu dan tekanan yang sama! Sistim steam yang e)isien akan mengguna ulang k&ndensat ini! Kegagalan dalam memper&leh kembali dan mengguna ulang k&ndensat membuat tidak adanya keuntungan se$ara )inansial# teknis atau lingkungan! Steam jenuh yang digunakan untuk pemanasan menyerahkan panas latennya 2entalpi penguapan3# yang merupakan pr&p&rsi yang besar dari panas t&tal yang terkandung didalamnya! Panas tersisa dalam steam tertahan dalam k&ndensat sebagai panas sensibel 2entalpi air3 sebagaimana ditunjukkan dalam >ambar //!
Seperti halnya dengan kandungan pana s# k&ndensat pada dasarnya merupakan air suling# yang ideal untuk penggunaan air umpan b&iler! Suatu sistim steam yan e)isien akan mengumpulkan k&ndesat ini dan mengembalikannya ke deaerat&r# tangki umpan b&iler# atau menggunakannya dalam pr&ses lain! 6anya jika benar-benar terdapat resik& pen$emaran maka k&ndensat tidak b&leh dikembalikan ke b&iler! ;ahkan# memungkinkan untuk mengumpulkan k&ndensat dan menggunakannya sebagai air pr&ses panas atau mele(atkannya melalui sebuah alat penukar panas dimana kandungan panasnya dapat diman)aatkan kembali sebelum air dibuang! K&ndensat dibuang dari plant dan peralatan steam melalui steam traps dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah! Sebagai akibat dari turunnya tekanan# beberapa k&ndensat akan menguap kembali menjadi ‘flash steam’ ! ;agian steam yang akan ‘flash off’ dengan $ara ini ditentukan &leh sejumlah panas yang dapat ditahan dalam steam dan k&ndensat! ;iasanya jumlah flash steam sekitar *G sampai*.G# tetapi dapat juga lebih dari itu! K&ndensat pada tekanan B bar g akan kehilangan massanya sekitar */G bila flashing ke tekanan atm&s)ir# namun steam yang dihasilkan akan memerlukan ruang + kali lebih besar daripada k&ndensat darimana bahan ini dibentuk! K&ndensat ini berpengaruh terhadap penghambatan jalur pembuangan trap yang berukuran lebih ke$il dari yang semestinya# dan harus diperhitungkan ketika menghitung ukuran jalur tersebut! 'lasan-alasan untuk peman)aatan kembali k&ndensat adalah%
•
Alasan Keuangan: K&ndensat merupakan sumber daya yang be rharga dan bahkan peman)aatan kembali dalam jumlah ke$ilpun seringkali se$ara ek&n&mis dapat dibenarkan! Pembuangan dari sebuah steam trap tunggal seringkali merupakan peman)aatan kembali yang berharga! K&ndensat yang tidak terman)aatkan kembali harus diganti dalam ruang b&iler &leh air make-up dingin dengan biaya tambahan untuk peng&lahan air dan bahan bakar untuk memanaskan air dari suhu yang lebih rendah! Biaya air : K&ndensat yang tidak dikembalikan perlu diganti dengan air make-up#
•
sehingga perlu membayar air untuk keperluan! Larangan terhadap Effluent : di Inggris $&nt&hnya# air bersuhu diatas 9/=4
•
berdasarkan hukum yang berlaku tidak b&leh dikembalikan ke saluran air k&t&r# sebab membahayakan bagi lingkungan dan dapat merusak pipa-pipa yang terbuat dari tanah! K&ndensat diatas suhu ini harus didinginkan terlebih dahulu sebelum dibuang# dapat mendatangkan biaya energy ekstra! arangan serupa diterapkan hampir diseluruh
•
negeri# dan dapat dikenakan biaya dan denda &leh pemas&k air bagi yang tidak mentaatinya! Memaksimalkan keluaran boiler : 'ir umpan b&iler yang lebih dingin akan
•
menurunkan laju pembangkitan steam pada b&iler! Semakin rendah suhu air umpan# semakin banyak panas dan bahan baker yang dibutuhkan untuk memanaskan air! Kualitas air umpan boiler : K&ndensat merupakan air suling yang hampir tidak mengandung t&tal padatan terlarut 2TDS3! ;&iler perlu di-blodon untuk mengurangi k&nsentrasi padatan terlarut dalam air b&iler! Mengembalikan lebih banyak k&ndensat ke tangki umpan akan menurunkan kebutuhan bagi blodon dan dengan begitu mengurangi hilangnya energy dari b&iler! 2 0NEP#+83
III++ Utilitas Penuna Stea&
;erikut beberapa utilitas yang umum dijumpai dalam industri kimia dan menggunakan steam%
!oiler !oiler merupakan alat pembuat steam yang umum dijumpai dalam industri kimia# yang ber)ungsi untuk menyuplai steam menuju alat penukar panas# e,ap&rat&r# dan reakt&r! !oiler terdiri dari tiga sistem# yaitu% sistem air umpan# ber)ungsi untuk meng&ntr&l air yang disuplai ke dalam b&iler untuk diubah menjadi steam! Sistem steam# ber)ungsi untuk meng&ntr&l pr&duksi steam dalam b&iler yang bekerja dengan $ara mengalirkan steam melalui sistem perpipaan ke titik pengguna! Sistem bahan bakar# ber)ungsi untuk menyediakan bahan bakar yang ber)ungsi sebagai energi penghasil panas yang dibutuhkan &leh boiler ! "eat #$changer Prinsip kerja pada alat penukar panas adalah terdapat dua )luida dengan suhu yang berbeda# dialirkan melalui shell dan tube sehingga pada kedua )luida tersebut terjadi perpindahan panas se$ara tidak langsung! 'dapun steam yang digunakan pada alat penukar panas umumnya berjenis saturated steam# meskipun tidak jarang dijumpai heat e$changer dengan pemanas berupa superheated steam! #vaporator #vaporator merupakan alat yang ber)ungsi untuk memisahkan solvent dari larutan solute berdasarkan perbedaan titik didih yang dimiliki keduanya# untuk menghasilkan pr&duk yang lebih pekat! 0ntuk pr&ses pemisahan solvent dari larutan solute# maka dibutuhkan panas 2kal&r3 yang umumnya didapat dari boiler atau furnace! Terdapat beberapa k&mp&nen dasar dari sebuah evaporator # yaitu% •
"eat e$changer # yang ber)ungsi untuk menukar panas dari medium pemanas 2 steam3 ke pr&duk se$ara tidak langsung!
•
%acuum# ber)ungsi untuk menjaga pr&duk tetap pada suhu rendah yang ber)ungsi untuk men$egah kerusakan kandungan-kandungan dalam pr&duk!
•
%apour separator # ber)ungsi untuk mengembalikan padatan dan uap air ke condenser ! Condenser # ber)ungsi untuk mengubah uap air menjadi air dalam )asa li1uid dalam heat e$changer !
III+(+ ;#nt#h S#al
Sebuah siklus 7ankine sederhana ideal bekerja pada temperatur 9 &4 dan tekanan F bar! Tekanan k&ndens&r #* bar! 'liran massa uap yang masuk ke turbin * kg:s! 6itunglah kerja turbin# kerja p&mpa# kal&r masuk# kal&r keluar dan e)isiensi siklus! daya yang dihasilkan turbin dan daya nett& siklus! ,a
Pertama-tama gambarkan skema siklus 7ankine sederhana dan lengkapi dengan data-data yang ada di dalam s&al
>ambar B data dari s&al Ditanya % kerja turbin 2A t3 Kerja p&mpa 2A p3# kal&r masuk 2O in3# kal&r keluar 2O &ut3# e)isiensi term&dinamika 2th3# daya turbin 2Pt3 dan daya nett& siklus 2P nett3! Dari tabel si)at-si)at uap panas lanjut di dapat % Entalpi uap masuk ke turbin % h * J /*/L#9 k?:kg Entr&pi uap masuk ke turbin % s * J 8#/8.F k?:kg!K Entr&pi uap keluar turbin sama dengan entr&pi uap masul turbin 2pr&ses ideal atau isentr&pis3 sehingga s* J s+ J 8#/8.F k?:kg!K Dari tabel uap jenuh# pada tekanan #* bar 2* kPa3 didapat %
Entalpi )ase uap 2hg+3 J +.F/#L k?:kg Entalpi )ase $air 2h)+3 J *L*#F* k?:kg Entalpi perubahan )ase 2h)g+3 J +/L+#* kj:kg Entr&pi )ase uap 2sg*3 J F#*9FF k?:kg!K Entr&pi )ase $air 2s)+3 J #89L+ k?:kg!K Entr&pi perubahan )ase 2s)g+3 J B#9LL8 k?:kg!K 5raksi 2kadar3 uap 2H3 dapat dihitung %
'rtinya kadar uap yang keluar dari turbin menuju k&ndens&r adalah B8#++ G atau )luida yang keluar dari turbin B8#++ G uap dan +/!BF G $air! ;agian yang $air ini tidak perlu lagi diembunkan# tetapi B8#++ G uap ini yang harus dibuang kal&rnya supaya )asenya berubah menjadi $air! Maka energi t&tal yang terkandung di dalam B8#++G uap dapat dihitung %
Maka kerja turbin dapat dihitung yaitu %
Daya turbin adalah %
Kal&r yang dibuang &leh k&ndens&r %
h+ adalah entalpi uap yang masuk ke k&ndens&r J +*.#B k?:kg
h/ adalah entalpi air yang keluar dari k&ndens&r J *L*#F* k?:kg maka kal&r yang dibuang &leh k&ndens&r adalah %
Daya k&ndens&r yang dibutuhkan untuk membuang kal&r tersebut adalah %
Kerja p&mpa dapat dihitung dengan rumus %
J ,&lume jenis air pada tekanan #* bar J #** m /:kg p9 J tekanan air keluar p&mpa J tekanan b&iler 2pr&ses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan3 maka p9 J p* J F bar J F Mpa! p/ J tekanan air masuk p&mpa J tekanan air keluar k&ndens&r# untuk pr&ses ideal tidak ada rugi-rugi tekanan sehingga p / J #* bar J * kPa maka kerja p&mpa %
F!-*
F#8LL
;ila aliran massa air yang dip&mpa * kg:s maka daya yang diperlukan &leh p&mpa adalah%
F#8LL
F8#LL
Daya nett& siklus %
F8#LL
***./B#/* kA J ***#./B MA
Kal&r yang masuk ke sistem 21 in3 dapat dihitung %
h* J entalpi uap panas lanjut keluar dari b&iler J /*/L#9 k?:kg h9 J entalpi air keluar p&mpa yang besarnya J entalpi air masuk p&mpa C kerja p&mpa# maka h9 J *L*#F* C F#8LL J *LL#FBLL k?:kg maka kal&r yang masuk ke sistem adalah %
*LL#F
J+L/L#.
Daya yang dihasilkan ;&iler % P ; J +L/L#. k?:kg @ * kg:s J +L/!L. kA J +L/#L. MA E)isiensi term&dinamika siklus adalah %
F 8LL +L/L#.
Dari hasil perhitungan dapat dilihat hanya /B#/B G dari daya yang diberikan ke dalam b&iler yang dapat diubah menjadi energi mekanis# sisanya hilang atau dibuang ke alam melalui k&ndens&r dan ada sebagian ke$il yang digunakan untuk mengerakan p&mpa!
A I. PENUTUP
IQ!*! Kesimpulan *! ;&iler merupakan bejana tertutup di mana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air pr&ses atau steam! Media yang digunakan adalah air untuk mengalirkan panas ke suatu pr&ses karena murah! +! 5akt&r yang mendasari pemilihan jenis b&iler adalah sebagai berikut# kapasitas yang digunakan# k&ndisi uap yang dibutuhkan# bahan bakar yang dibutuhkan# dan k&nstruksi yang sederhana! /! 0ap air adalah sejenis )luida yang merupakan )ase gas dari air# bila mengalami pemanasan sampai temperatur didih diba(ah tekanan tertentu! 0ap air tidak ber(arna# bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering! 0ap air dipakai pertama sekali sebagai )luida kerja adalah &leh ?ames Aatt yang terkenal sebagai penemu Mesin 0ap T&rak! .! 0ntuk memenuhi baku mutu air umpan b&iler maka harus ada pengendaliaannya# maka dilakukan peng&lahan se$ara e@ternal yang meliputi diantaranya adalah# k&agulasi dan )l&kulasi sedimentasi )iltrasi demineralisasi s&)tening dan deaerasi! 8! ;erbagai permasalahan dapat terjadi pada b&iler yang disebabkan &leh perlakuan air umpan b&iler yang tidak memenuhi persyaratan# untuk pemeliharaannya dapat dilakukan dengan pr&ses $&mmisi&ning a(al &perasi pada keadaan n&rmal dan emergen$y penga(asan dan pera(atan dan ruangan ketel! IQ!+! Saran *! Perlunya beberapa pertimbangan dalam pemilihan b&iler! +! Selain diadakan peng&lahan eksternal# untuk menjaga agar b&iler tidak $epat rusak# serta tidak terbentuk )&uling# s$aling# dan sebagainya# maka diperlukan peng&lahan lebih lanjut peng&lahan internal! /! Pada umumnya# diperlukan pembersihan se$ara rutin pada alat penukar panas untuk meng&ptimalkan pr&ses perpindahan panas yang terjadi!
DA-TAR PUSTAKA
'ryandriadi#+*/!Prinsip Kerja ;&iler Ketel 0ap! http%::aryandriadi!$&m:+*/:*:prinsipkerja-b&iler-ketel-uap!html! diakses pada tanggal ** N&,ember +*. 'n&nim! +*/! 'ir 0mpan ;&iler! http%::phant&m-al$hemist!$&m:+*/:+:air-umpan b&iler!html ! diakses pada tanggal ** N&,ember +*. Djukarna!+*.! Siklus &enkine' djukarna!(&rdpress!$&m:term&dinamika:siklus-rankine! Diakses pada ** N&,ember +*.
0nited Nati&ns En,ir&nment Pr&gramme 20NEP3! +8! Cleaner Production ( #nergy #fficiency )anual ( *uidelines for the integration of Cleaner Production and #nergy #fficiency! 2distribusi steam dan penggunaanya3 (((!uneptie!&rg! Diakses pada tanggal ** N&,ember +*.!
