BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kebutuhan
energi
listrik
meningkat
seiring
berkembangnya
perekonomian, oleh karena itu upaya pembaharuaan energi untuk memanfaatkan seluruh sumber daya alam sudah merupakan solusi untuk mengatasi terbatasnya minyak bumi, gas dan batu bara. Indonesia mempunyai potensi energi panas bumi terbesar di dunia sebesar ±27.510 MWe.Karakteristik dari panas bumi ialah, bisa didapat secara terus – menerus tanpa terpengaruh oleh keadaan musim, selain dari pada itu untuk mengubah energi panas bumi menjadi energi listrik memerlukan proses yang relative sederhana dibandingkan dengan Pembangkit thermal lainnya. Untuk menunjang beroperasinya unit Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) terdiri dari beberapa sistem pendingin. Sistem pendinginan yang terdapat pada unit PLTP salah satunya adalah cooling tower ( menara pendingin ). Peran Cooling tower pada unit PLTP sebagai pendingin sangat vital karena mempengaruhi dan menentukan kinerja unit pembangkit, sehingga penyusun berminat untuk menginformasikan data tersebut sebagai bahan kajian bersama. 1.2. Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan masalahnya sebagai berikut : 1. Sistem Operasi Cooling Tower 2. Klasifikasi Cooling Tower 3. Komponen Cooling Tower 4. Pemeliharaan Cooling Tower 1.3. Batasan masalah Untuk menghindari meluasnya masalah maka permasalahan dibatasi yaitu: 1. Peran Cooling Tower di industri pembangkit listrik 1
2. Sistem operasi Cooling Tower 3. Klasifikasi Cooling Tower 4. Komponen Cooling Tower 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian Adapun tujuan dibuatnya seminar mengenai Cooling Tower ini adalah : 1. Mendapatkan gambaran dan pemahaman secara jelas mengenai cara kerja dari Cooling Tower pada unit PLTP 2. Mengenal Komponen – komponen dari Cooling Tower 3. Mengenal Klasifikasi Cooling Tower 4. Mengenal dan mempelajari berbagai hal tentang permasalahan yang terdapat di Cooling Tower pada unit PLTP
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Produksi PLTP Uap dari sumur produksi dialirkan ke steam receiving header ( 1 ), yang berfungsi menampung pasokan uap serta tekanan uap diatur 6,5 Bar sehingga
2
tidak mengalami gangguan meskipun terjadi kelebihan pasokan uap dari sumur produksi. Selanjutnya uap dialirkan ke separator ( 2 ) untuk memisahkan partikel – partikel padat dari uap, selanjutnya uap melalui flow meter agar diketahui jumlah uap yang akan masuk turbin ( 3 ). Sebelum masuk turbin uap melalui demister untuk memisahkan bintik – bintik air yang terkandung di uap ( 4 ). Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya getaran, erosi, serta pembentukan kerak pada sudu dan nozzle turbin. Uap yang telah bersih itu di alirkan melalui main stop valve lalu disitribusikan ke governor valve ( 5 ) menuju ke turbin ( 6 ). Turbin di PLTP pada umumnya menggunakan jenis double flow yang dikopel dengan generator ( 7 ), pada kecepatan 3000 rpm. Proses ini menghasilkan energi listrik dengan arus 3 fasa, frekuensi 50 Hz, dan tegangan output generator sebesar 11,8 Kv. Melalui step up transformer ( 8 ) tegangan dinaikkan hingga 150 Kv, selanjutnya dihubungkan melalui PMT 150 kv ( parallel ) dengan sistem penyaluran distribusi ( 9 ). Exhaust steam yang keluar dari turbin dikondensasikan di dalam kondensor dengan cara kontak langsung dengan air pendingin yang berasal dari cooling tower, exhaust steam yang tidak terkondensasi di kondensor dihisap menggunakan ejector first stage dan second stage ( 10 ). Ketinggian permukaan air pada kondensor selalu dijaga dalam kondisi normal ( NWL = 1500 ) oleh main cooling water pump ( 11 ), lalu dipompakan menuju cooling tower untuk proses pendinginan ( 12 ) sebelum disirkulasikan kembali kondensor. Proses pendinginan yang terjadi pada cooling tower berlangsung dengan sistem kerja penukaran panas yang menggunakan media udara dan air, berkontak langsung satu sama lain sehingga terjadi perpindahan panas. Kelebihan air kondensat dari proses yang terjadi pada menara pendingin akan diinjeksikan kembali ke dalam sumur reinjeksi ( 13 ). Reinjeksi dilakukan untuk mengurangi pengaruh pencemaran lingkungan, mengurangi ground subsidence serta recharge water bagi reservoir di perut bumi.
3
2.2 Sistem Pendinginan Sistem pendingin pada unit PLTP terdiri dari dua macam sistem sirkulasi yaitu sistem air pendingin utama ( Main Cooling Water System ) yang melayani pendinginan pada kondensor dan sistem air pendingin sekunder ( Secondary Cooling Water System ), yang melayani pendinginan untuk peralatan bantu seperti Oil Cooler, Generator Air Cooler, dan Compressor Air Cooler. Pendinginan ini terjadi sebagai akibat adanya penguapan dari sebagian air kedalam aliran udara yang mempunyai kelembaban rendah, sehingga air panas akan melepaskan sebagian panas sensibelnya dengan jumlah yang sama dengan jumlah panas laten yang diperlukan untuk terjadinya penguapan tersebut.
BAB III METODE 3.1 Tempat dan Waktu Penggalian Data
4
Data yang digunakan dalam penulisan ini berasal dari data yang didapatkan dari hasil studi literatur dari beberapa referensi buku dan internet. Materi yang diambil adalah mengenai data-data yang menyangkut Cooling Tower pada Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP). 3.2 Data 3.2.1 Sumber Data Data yang digunakan dalam penulisan ini didapatkan dari hasil studi literatur dari beberapa referensi buku dan internet. 3.2.2 Jenis Data Data-data yang dipakai dalam penyusunan seminar ini berupa Data Sekunder, yaitu data yang didapat dengan membaca literatur-literatur yang berkaitan dengan tema pembahasan. 3.2.3 Analisa Data Data yang didapatkan dianalisis dengan mengkaji dan mempelajari literature yang ada yang berkaitan dengan permasalahan, serta pengumpulan data - data melalui buku-buku literatur atau buku petunjuk pengoperasian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Definisi Cooling tower
5
Secara umum cooling tower dapat dikategorikan sebagai pendingin evaporatif yang digunakan untuk mendinginkan air atau media kerja lainnya sampai bertemperatur mendekati temperatur bola basah udara sekitar. Kegunaan utama dari cooling tower adalah untuk membuang panas yang diserap akibat sirkulasi air sistem pendingin yang digunakan pada pembangkit daya, kilang petroleum, pabrik petrokimia, pabrik pemrosesan gas alam, pabrik makanan, pabrik semikonduktor, dan fasilitas-fasilitas industri lainnya.
Jika suatu pabrik tidak dilengkapi dengan cooling tower dan hanya menggunakan sirkulasi air pendingin sekali pakai, air pendingin yang telah digunakan dan mengalami kenaikkan temperatur selanjutnya dibuang ke laut, danau atau sungai yang ditentukan. Pembuangan sejumlah air hangat tersebut dapat meningkatkan temperatur sungai atau danau tersebut sehingga dapat merusak ekosistem lokal. Cooling tower dapat digunakan untuk membuang panas ke atmosfir sebagai pengganti angin serta difusi udara yang menyebarkan panas ke area yang lebih luas. Sistem operasi dari cooling tower ditunjukkan pada gambar.
6
Gambar 1. Sistem operasi cooling tower
Pada PLTP, sistem pendinginannya memanfaatkan udara pegunungan yang dingin dan bersih. Akan tetapi, karena udara bersifat sebagai gas, maka dibutuhkan volume yang besar, dan permukaan pertukaran panas yang luas, agar pendinginannya sempurna. Untuk itu dibutuhkan suatu menara yang tinggi. Pada menara pendingin ini, udara dihisap kedalam dan setelah mendinginkan
kondensator, udara
yang
telah
menjadi
panas
ini,
dihembuskan keluar melalui cerobong menara disebelah atas.
Gambar 2. Diagram skematik sistim menara pendingin 4.2
Klasifikasi Cooling Tower Cooling tower dapat diklasifikasikan menurut beberapa hal, antara lain: 1. Menurut metode perpindahan panas a. Wet CoolingTower (cooling tower basah) Pada cooling tower jenis ini, air panas didinginkan sampai pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur bola basah udara sekitar, jika udara relatif kering. Seperti udara jenuh yang melewati aliran air, kedua
7
aliran akan relatif sama. Udara, jika tidak jenuh, akan menyerap uap air lebih banyak, meninggalkan sedikit panas pada aliran air. b. Dry cooler (pendingin kering) Cooling tower ini beroperasi dengan pemindahan panas melewati permukaan yang memisahkan fluida kerja dengan udara ambient. Dengan demikian akan terjadi perpindahan panas konveksi dari fluida kerja, panas yang dipindahkan lebih besar daripada proses penguapan. c. Fluid cooler (pendingin fluida) Pada cooling tower ini saluran fluida kerja dilewatkan melalui pipa, dimana air hangat dipercikkan dan kipas dihidupkan untuk membuang panas dari air. Perpindahan panas yang dihasilkan lebih mendekati ke cooling tower basah, dengan keuntungan seperti pada pendingin kering yakni melindungi fluida kerja dari lingkungan terbuka. 2. Menurut metode pembangkitan aliran udara a. Natural draft (penggerak udara alami) Menara pendingin jenis natural draft atau hiperbola menggunakan perbedaan suhu antara udara ambien dan udara yang lebih panas dibagian dalam menara. Begitu udara panas mengalir ke atas melalui menara (sebab udara panas akan naik), udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Tidak diperlukan fandan disana hampir tidak ada sirkulasi udara panas yang dapat mempengaruhi kinerja. Kontruksi beton banyak digunakan untuk dinding menara dengan ketinggian hingga mencapai 200 m. Menara pendingin tersebut kebanyakan hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal. Terdapat dua jenis utama menara natural draft:
Menara aliran melintang udara dialirkan melintasi air yang jatuh dan bahan
8
pengisi berada diluar menara.
Menara dengan aliran yang berlawanan arah : udara dihisap melalui air yang jatuh dan oleh karena itu bahan pengisi terletak dibagian dalam menara, walaupun desain tergantung pada kondisi tempat yang spesifik.
b. Mechanical draft (penggerak udara mekanik), Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk meningkatkan waktu kontak antara air dan udara – hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Laju pendinginan menara draft mekanis tergantung pada banyak parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, bahan pengisi untuk tahanan sistim dll. Menara draft mekanik tersedia dalam range kapasitas yang besar. Menara tersedia dalambentuk rakitan pabrik atau didirikan dilapangan – sebagai contoh menara beton hanya bisa dibuat dilapangan. Banyak menara telah dibangun dan dapat digabungkan untuk mendapatkan kapasitas yang dikehendaki. Jadi, banyak menara pendingin yang merupakan rakitan dari dua atau lebih menara pendingin individu atau “sel”. Jumlah sel yang mereka miliki, misalnya suatu menara delapan sel, dinamakan sesuai dengan jumlah selnya. Menara dengan jumlah sel banyak, dapat berupa garis lurus, segi empat, atau bundar tergantung pada bentuk individu sel dan tempat saluran udara masuk ditempatkan pada sisi atau dibawah sel. Menurut letak kipasnya, jenis ini terbagi menjadi dua, antara lain:
Induced draft Kipas pada cooling tower ini berada di bagian keluaran yang menghisap
udara melintasi menara. Hal ini menghasilkan kecepatan udara masukan
9
rendah dan kecepatan udara keluaran yang tinggi, sehingga mengurangi kemungkinan resirkulasi udara.
Forced draft Pada cooling tower ini kipas terletak pada bagian masukan tower,
sehingga menyebabkan kecepatan udara yang tinggi pada bagian masukan dan kecepatan yang rendah pada bagian keluaran. Kecepatan yang rendah pada bagian keluaran menyebabkan lebih mudah terjadi resirkulasi udara. Kerugian lainnya desain penggerak paksa membutuhkan daya motor yang lebih tinggi daripada desain kipas pada tipe induced draft. Keuntungan penggerak paksa adalah kemampuannya dalam bekerja pada tekanan statik yang tinggi. Tiga jenis menara draft mekanik dijelaskan dalam Tabel 1.
Jenis menara pendingin Keuntungan Menara pendingin forced draft : Cocok untuk resistansi udara yang tinggi karena udara dihembuskan ke adanya fan dengan menara oleh sebuah fan yang blower sentrifugal terletak pada saluran udara masuk
Fan relatif tidak berisik
Kerugian Resirkulasi karena kecepatan udara masuk yang tinggi dan udara keluar yang rendah, yang dapat diselesaikan dengan menempatkan menara diruangan pabrik digabung dengan saluran pembuangan
10
Lebih sedikit resirkulasi daripada menara forced melintang induced draft : draft sebab kecepatan Air masuk pada puncak dan keluarnya 3 hingga 4 kali melewati bahan pengisi lebih tinggi daripada Udara masuk dari salah satu udara masuk sisi (menara aliran tunggal) atau pada sisi yang berlawanan (menara aliran ganda) Fan induced draft mengalirkan udara melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar pada puncak menara Menara pendingin aliran
Fan dan mekanisme penggerak motor dibutuhkan yang tahan cuaca terhadap embun dan korosi sebab mereka berada pada jalur udara keluar yang lembab
Menara pendingin aliran berlawanan induced draft :
Air panas masuk pada puncak Udara masuk dari bawah dan keluar pada puncak Menggunakan fan forced dan induced draft Tabel 1. Ciri – Ciri Berbagai jenis menara draft
3. Menurut arah aliran udara terhadap aliran air a. Aliran crossflow Pada tipe ini, aliran udara bergerak memotong secara tegak lurus terhadap aliran air pada bahan pengisi. Kemudian udara melintasi menara melalui bagian keluaran udara akibat gaya tarik dari fan yang berputar. Gambar 3 menunjukkan desain tipe cooling tower dengan aliran crossflow.
11
Gambar 3. Cooling tower tipe aliran crossflow b. Aliran counterflow Pada tipe ini, aliran udara pada saat melewati bahan pengisi ( fill material) sejajar dengan aliran air dengan arah yang berlawanan. Gambar 4 menunjukkan desain tipe cooling tower dengan aliran counterflow.
12
Gambar 4. Cooling tower tipe aliran counterflow
4.3 Komponen Cooling Tower Komponen dasar sebuah cooling tower meliputi rangka dan wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louver, nosel dan fan. • Rangka dan wadah Menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar ( wadah/casing , motor, fan, dan komponen lainnya. • Bahan Pengisi Hampir seluruh menara menggunakan bahan pengisi ( terbuat dari plastik atau kayu ) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air. Terdapat dua jenis bahan pengisi: 1. Bahan pengisi berbentuk percikan / Splash fill Air jatuh diatas lapisan yang berurut dari batang pemercik horisontal, secara terus menerus pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, sambil membasahi permukaan bahan pengisi. Bahan pengisi percikan dari
13
plastik memberikan perpindahan panas yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu. 2. Bahan pengisi berbentuk film Terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak yang berdekatan dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk lapisan film yang tipis dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat berbentuk datar, bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Jenis bahan pengisi film lebih efisien dan memberi perpindahan panas yang sama dalam volume yang lebih kecil daripada bahan pengisi jenis splash.
Gambar 5. Bahan pengisi berbentuk film • Kolam air dingin Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. • Drift eliminator
14
Alat ini berfungsi untuk menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya tidak hilang ke atmosfir. Saat ini hampir kebanyakan spesifikasi pengguna akhir mengasumsikan kehilangan karena kerugian ini sebesar 0,02%.
Gambar 6. Drift eliminator • Saluran udara masuk Merupakan titik masuk bagi udara menuju menara. Saluran masuk bisa berada pada seluruh sisi menara ( desain aliran crossflow ) atau berada di bagian bawah menara ( desain aliran counterflow ). • Louver Pada umumnya, menara dengan aliran crossflow memiliki saluran masuk louver. Kegunaan louver adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara. Material yang sering digunakan untuk louver adalah asbes. Beberapa desain untuk menara aliran counterflow tidak memerlukan louver.
15
Gambar 7. Louver • Nosel Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang berputar seperti pada menara dengan beberapa potongan lintang yang memutar.
Gambar 8. Nosel •Fan
16
Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam menara. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada menara induced draft dan baik fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapat dirubahrubah/ diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara otomatis dapat digunakan diatas range yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk mengirim aliran udara yang dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi beban.
Gambar 9. Fan aksia BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Berdasarkan uraian diatas, peranan cooling tower sebagai salah satu alat dalam sistem air pendingin utama ( Main Cooling Water System ) yang melayani pendinginan pada kondensor pada unit PLTP sangat penting peranannya, mengingat pasokan air pendingin tidak lagi menggunakan air laut pada PLTU konvensional.
17
4.2 Saran Dari pembahasan diatas saran-saran yang dapat penyusun sampaikan yaitu: 1.
Diharapkan kepada mahasiswa yang ingin mengambil seminar, Kerja Praktek maupun Skripsi mengarah ke Pembangkit Energi alternatif dengan harapan Pembangkit energy alternatif dapat berkembang lagi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyadari bahwa Laporan Seminar ini tidak akan dapat terlaksana tanpa bantuan, bimbingan, petunjuk serta saran-saran dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah saya untuk menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
18
1. Bpk. Ir. Ammar Assof, MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya hingga selesainya Laporan Seminar ini. 2. Bpk Ir. Bambang Isti Eddy, MM selaku ketua Jususan S1 Teknik Mesin. 3. Seluruh staf Jurusan Teknik Mesin yang tidak dapat saya sebutkan satu – persatu. 4. Teman-teman S1 Teknik Mesin yang selalu memberikan dukungan dan semangat, serta semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu. Semoga Allah SWT memberikan balasan yang sesuai atas dukungan dan bantuan yang telah diberikan.
DAFTAR PUSTAKA 1. Diktat Kuliah, SUMBER ENERGI DAN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK NON KONVENSIONAL oleh Ir. Imam Subekti, MSc.
2. www.google.com COOLING TOWER PLTP, Diakses pada 15 Juni 2012. 3. www.scribd.com Chapter Cooling Tower, Diakses pada 18 Juni 2012
19
20
