SOAL UTILITAS KUIS 1 (50 menit)
1. Tulis dan jelaskan permasalahan yang sering muncul pada industri kimia berkaitan dengan : a. Steam Permasalahan yang sering muncul pada industri kimia berkaitan dengan steam adalah pemilihan air umpan boiler. Suatu boiler atau pembangkit steam ste am yang dioperasikan tanpa kondisi air yang baik, akan menimbulkan masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas atau efisiensi dari sistem pembangkit uap. Akibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan boiler akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut :
Pembentukan Kerak Terbentuk kerak pada dinding boiler terjadi akibat adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. Diamping itu pula dapat disebabkan oleh mekanisme pemekatan didalam boiler karena adanya pemanasan. Jenis-jenis kerak yang umum dalam boiler adalah kalsium sulfat, senyawa silikat dan karbonat. Zat-zat 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 boiler 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 efisiensi boiler. Peristiwa Korosi Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh: Gas-gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S Kerak dan deposit Perbedaan logam (korosi galvanis) pH yang terlalu rendah dan lain-lain Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah general corrosion, pitting (terbentuknya lubang) dan embrittlement (peretakan baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion (tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial). Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu penting untuk melakukan proses deoksigenasi air boiler. Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi 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 meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi.
Pembentukan Deposit Deposit merupakan peristiwa penggumpalan zat dalam air umpan boiler yang disebabkan oleh adanya zat padat tersuspensi misalnya oksida besi, oksida tembaga dan lain-lain. Peristiwa ini dapat juga disebabkan oleh kontaminsi uap dari produk hasil proses produksi. Sumber deposit didalam air seperti garam-garam yang terlarut dan zat-zat yang tersuspensi didalam air umpan boiler. Pemanasan dan dengan adanya zat tersuspensi dalam air pada boiler menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya kelarutan, jika temperaturnya dinaikkan. Hal ini menjelaskan mengapa kerak dan sludge (lumpur) terbentuk. Kerak merupakan bentuk deposit-deposit yang tetap berada pada permukaan boiler sedangkan sludge merupakan bentuk deposit-deposit yang tidak menetap atau deposit lunak. Terbawanya Uap (Steam Carryover ) Ketika air boiler mengandung garam terlarut dan zat tersuspensi dengan konsentrasi yang tinggi, ada kecendrungan baginya untuk membentuk busa secara berlebihan sehingga dapat menyebabkan steam carryover zat-zat padat dan cairan pengotor kedalam uap. Steam carryover terjadi jika mineral-mineral dari boiler ikut keluar bersama dengan uap ke alat-alat seperti superheater, turbin, dan lain-lain. Kontaminasi-kontaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau zat-zat itu akan mengontaminasi proses atau material-material yang diperlukan steam.
b. Bahan bakar Permasalahan yang sering muncul pada industri kimia berkaitan dengan bahan bakar adalah pemilihan bahan bakar yang tepat, baik menggunakan bahan bakar padat, cair, maupun gas. Pemilihan bahan bakar yang perlu diperhatikan adalah densitas, specific gravity, viskositas, volatilitas, titik nyala, panas jenis, nilai kalor, heating value, fixed carbon, hydrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, kadar abu dan air. Selain itu, Dalam pemilihan bahan bakar bergantung dari jenis plant yang digunakan, peralatan yang dibutuhkan, kondisi operasi yang dibutuhkan (suhu, tekanan, rasio kompresi), dan harga bahan bakar. Bahan bakar padat kebanyakan menjadi sumber energi panas, misalnya kayu dan batubara. Energi panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi, biasanya digunakan pada pembangkit listrik dan bahan bakar utama bagi produksi baja dan semen. Bahan bakar cair merupakan bahan bakar yang strukturnya tidak rapat, dibandingkan dengan bahan bakar padat, molekulnya dapat bergerak bebas. Bensin/gasolin/premium, minyak solar, minyak tanah adalah contoh bahan bakar cair. Bahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi kendaraan bermotor maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa : parafin, naphtena, olefin, dan aromatik.
Bahan bakar gas tersusun dari campuran senyawa-senyawa karbon dan hidrogen (yang mudah terbakar) dan gas-gas yang tidak terbakar. Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri dari gas alam (metana), sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama bahannya dengan Bahan Bakar Gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor. c. Udara tekan Permasalahan yang sering muncul pada industri kimia berkaitan dengan udara tekan adalah kebocoran dari system udara tekan (kompresor). Kebocoran dapat menjadi sumber yang signifikan dari energi yang terbuang dalam sistim udara tekan di industri, kadangkadang memboroskan 20 hingga 30 persen dari keluaran kompresor. Sebuah plant yang tidak terawat dengan baik mungkin akan memiliki laju kebocoran setara 20 persen dari kapasitas produksi udara tekan total. Pendeteksian dan perbaikan kebocoran secara proaktif dapat mengurangi kebocoran kurang dari 10 persen dari keluaran kompresor. Disamping sebagai sumber pemborosan energi, kebocoran dapat juga berkontribusi terhadap kehilangan operasi lainnya. Kebocoran menyebabkan penurunan tekanan sistim, yang dapat membuat fungsi peralatan udara jadi kurang efisien, memberi pengaruh yang merugikan terhadap produksi. Lagipula, dengan memaksakan peralatan bekerja lebih lama, kebocoran akan memperpendek umur hampir seluruh peralatan sistim (termasuk paket kompresor itu sendiri). Meningkatnya waktu operasi dapat juga menyebabkan permintaan perawatan tambahan dan meningkatkan waktu penghentian operasi yang tidak terjadwal. Akhirnya, kebocoran dapat menyebabkan bertambahnya kapasitas kompresor yang tidak diperlukan. Kebocoran dapat berasal dari berbagai bagian dari sistim, tetapi area permasalahan yang paling umum adalah kopling, pipa, tabung, dan sambungan, pengatur tekanan, traps kondensat terbuka dan kran untuk mematikan, Sambungan pipa, pemutus, dan sil karet. 2. Tulis dan jelaskan diagram alir terintegrasi pemakaian steam bersama-sama dengan bahan bakar dan udara tekan !
Uap jenuh (saturated steam) yang dihasilkan boiler dipanaskan lebih lanjut pada superheater untuk menghasilkan uap lewat jenuh (superheated steam). Sebagai pemanas di superheater adalah gas panas dari boiler yang masih tinggi suhunya. Gas panas yang keluar superheater karena suhunya masih cukup tinggi maka dimanfaatkan lagi sebagai pemanas air umpan boiler (BWF) dialat yang namanya economizer. BFW yang sudah dipanaskan dalam economizer ini kemudian baru dimasukkan ke boiler. Gas panas yang keluar dari economizer kemudian dipakai untuk pemanasan udara di air heater untuk selanjutnya dibuang melalui cerobong sebagai gas buang. Udara panas hasil pemanasan di air heater selanjutnya dipakai sebagai udara pembakaran yang dibantu dengan kompresor (udara tekan) dan bersama bahan bakar masuk furnace untuk menghasilkan gas pembakaran yang panas. 3. Gambar dan jelaskan prinsip kerja untuk : a. Boiler pembangkit steam
Prinsip kerja boiler pembangkit steam ditiap bagiannya :
Economizer Air Umpan setelah melalui proses pretreatment di softener atau air condensate dipompakan ke economizer. Di economizer terjadi pemanasan awal secara perlahan sebelum mencapai sistem berikutnya yang memanfaatkan panas buang di chimney. Pemanasan awal dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi dari boiler. Steam drum Dari economizer, air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa. Diawal proses, saat steam (uap air) belum mencapai saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya. Downcomer Downcomer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terbawah dari sistem selanjutnya melalui lower connecting pipes. Furnace
Selanjutnya air dari downcomer akan masuk ke furnace bagian paling bawah dan ditampung didalam bottom header yang kemudian karena sistem pembakaran batu bara, oil dan limestone didalam furnace, perlahan-lahan akan berubah bentuk menjadi uap basah. Sesuai dengan sifatnya, uap akan merambat keatas dengan sendirinya didalam tube (karena proses pemanasan yang konstan didalam boiler). Uap air tersebut ditampung didalam upper header (outlet header) pada bagian atas furnace. Disinilah terjadinya sistem konversi energy. Setelah itu uap akan kembali disupply ke steam drum melalui upper connecting pipes, dan, kembali oleh separatornya, uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem berikutnya.
Superheater Disini terdapat beberapa kali backpass (umpan balik) steam dari low temperature superheater ke medium temperature superheater lalu disupply ke steam drum, lalu kembali ke high temperature superheater / final superheater. Di high / final termperature superheater inilah proses terakhir steam setelah melalui pemanasan berulang-ulang kali di dalam low dan medium superheater.
b. Furnace pembangkit bahan bakar
Prinsip kerja furnace pembangkit bahan bakar : Di dalam furnace ini terjadi Proses Pembakaran antara bahan bakar dengan udara. proses pembakaran yang terjadi di dalam furnace adalah bahan bakar disebarkan ke seluruh permukaan kisi pembakaran melalui dua pemasuk bahan bakar (feeder). Kemudian udara pembakaran dimasukkan pada furnace melalui tiga sistem pemasukkan yaitu : Udara pembawa/distribusi bahan bakar (fuel feeder fan) Udara primer yang mengalir dari bawah kisi pembakaran (primary air fan). Udara primer yang dibutuhkan untuk proses pembakaran diatur oleh suatu tingkap pengatur aliran udara atau damper yang berada pada pipa udara primer. Udara sekunder yang mengalir melalui nozzle-nozzle pada dinding belakang furnace (secondary air fan). Penambahan udara sekunder dengan tekanan hingga 50 mbar masuk
melalui pipa udara yang dilengkapi dengan tingkap pengatur aliran udara yang ditempatkan sebelum nozzle. Dengan besar tekanan tersebut maka udara dalam kondisi berkecepatan tinggi. Akibat dari kecepatan yang tinggi akan terjadi turbulensi aliran udara sehingga terjadi proses pengadukan bahan bakar. Setelah bahan bakar dan udara masuk dalam furnace, maka akan terjadi proses pembakaran dalam furnace. Pembakaran ini akan mengubah air dalam furnace menjadi Uap Basah. Uap akan merambat ke atas menuju suatu tube akibat dari perubahan densitasnya. Uap air tersebut akan ditampung pada upper header (outlet header) pada bagian atas furnace. Kemudian uap akan kembali dialirkan ke steam drum melalui upper connecting pipes dan separator akan mengalirkan uap ke sistem yang selanjutnya. c. Kompresor pembangkit udara tekan
Prinsip kerja kompresor pembangkit udara tekan biasanya terbagi menjadi 4 prinsip utama :
Staging
Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin kompresor menjadi tinggi dan meningkat sesuai dengan tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistim ini lebih dikenal dengan nama polytopic compression. Jumlah tekanan yang terdapat pada kompresor juga meningkat seiring dengan peningkatan dari suhu kompresor itu sendiri. Kompresor mempunyai kemampuan untuk menurunkan suhu tekanan udara dan meningkatkan efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan oleh kompresor mampu mengendalikan suhu dari kompresor untuk melanjutkan proses berikutnya.
Intercooling
Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan intercooler merupakan salah satu langkah penting dalam proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi untuk mendinginkan tekanan udara yang terdapat dalam tabung kompresor, sehingga mampu digunakan untuk keperluan lainya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan udara dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika dibandingkan dengan suhu ruangan, dengan
perbedaan suhu berkisar antara 10°Fahrenheit (sekitar -12°Celcius) sampai dengan 15°Fahrenheit (sekitar -9°Celcius).
Compressor Displacement and Volumetric Efficiency
Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama dengan jumlah tekanan udara yang dapat ditampung oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas sesungguhnya dari kompresor dapat mengalami penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat diakibatkan oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini pada udara yang masuk ke kompresor, kebocoran, dan ekspansi volume udara. Sedangkan yang dimaksud dengan volumetric efficiency adalah rasio antara kapasitas kompresor dengan compressor displacement.
Specific Energy Consumption
Yang dimaksud dengan specific energy consumption pada kompresor adalah tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk melakukan kompresi udara dalam setiap unit kapasitas kompresor. Biasanya specific energy consumption pada kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm. 4. Jelaskan pemakaian pada industri kimia : a. Saturated steam Pemakaian saturated steam pada industri kimia digunakan sebagai media pemanas (untuk keperluan pemanas dipakai uap jenuh dengan tekanan rendah), media memasak, pengeringan (drying), dan steam jet ejector (untuk menjadikan tekanan rendah dalam suatu ruangan) serta digunakan untuk menggerakan pompa. Saturated steam yang terbentuk ketika air diberi panas sensible hingga mencapai titik didih. Ketika titik didih air tercapai, suhu air akan terus meningkat dan mencapai titik konstan hingga semua air berubah fase menjadi uap. Selama masih terdapat air dalam fase cair dalam sistem, suhu steam akan sama dengan suhu air dalam fase cair tersebut. b. Superheated steam Pemakaian superheated steam pada industri kimia digunakan untuk pembangkit tenaga listrik (menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan dengan generator sehingga dapat menghasilkan energi listrik). Superheated steam akan terbentuk apabila dimana ketika seluruh air berubah fase menjadi uap, terdapat penambahan kalor yang dapat meningkatkan suhu steam tersebut. Dengan kata lain, steam yang dipanaskan melebihi tingkatan saturated steam. 5. Jelaskan dan disertai persamaan pendukungnya efisiensi mekanis dan efisiensi panas pada boiler pembangkit steam ! Efisiensi total () adalah perbandingan antara panas yang berguna untuk pembentukan uap dengan panas yang tersedia dalam bahan bakar, pada waktu yang sama. Cara menyatakan efisiensi pada boiler pembangkit steam ada dua :
Efisiensi mekanis pada boiler
Berdasarkan uap yang dihasilkan
=
( − ℎ )
100%
Keterangan : Ms (H-hf ) = penguapan ekuivalen mf = berat bahan bakar yang terbakar, lb/jam untuk bahan bakar cair : cuft/jam untuk bahan bakar gas) F = nilai bakar (gross heating value) Btu/lb ; Btu/ft 3
Efisiensi panas pada boiler Berdasarkan kerugian kalor dari proses pembakaran apabila kerugian kalor dari proses pembakaran bahan bakar pada ketel diketahui, maka dapat dihitung efisiensi ketel tersebut : = 100% - (jumlah kerugian-kerugian kalor) Berdasarkan neraca panas efisiensi ketel dirumuskan sebagai berikut : = 100% ℎ ℎ Panas berguna ini adalah : panas yang diserap oleh superheater + panas yang diserap oleh ketel (vaporized) + panas yang diserap oleh economizer (Q tot) Maka: = 100%
6. Jelaskan tahap-tahap pemilihan bahan bakar yang akan digunakan dalam industri kimia ! Tahap-tahap pemilihan bahan bakar yang perlu diperhatikan dalam industri kimia adalah pemilihan bahan bakar menggunakan bahan bakar padat, cair, atau gas dengan memperhatikan densitas, specific gravity, viskositas, volatilitas, titik nyala, panas jenis, nilai kalor, heating value, fixed carbon, hydrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, kadar abu dan air. Selain itu, dalam pemilihan bahan bakar bergantung dari jenis plant yang digunakan, peralatan yang dibutuhkan, kondisi operasi yang dibutuhkan (suhu, tekanan, rasio kompresi), dan harga bahan bakar. Bahan bakar padat kebanyakan menjadi sumber energi panas, misalnya kayu dan batubara. Energi panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi, biasanya digunakan pada pembangkit listrik dan bahan bakar utama bagi produksi baja dan semen. Bahan bakar cair merupakan bahan bakar yang strukturnya tidak rapat, dibandingkan dengan bahan bakar padat, molekulnya dapat bergerak bebas. Bensin/gasolin/premium, minyak solar, minyak tanah adalah contoh bahan bakar cair. Bahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi kendaraan bermotor maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa : parafin, naphtena, olefin, dan aromatik. Bahan bakar gas tersusun dari campuran senyawa-senyawa karbon dan hidrogen (yang mudah terbakar) dan gas-gas yang tidak terbakar. Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni
Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri dari gas alam (metana), sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama bahannya dengan Bahan Bakar Gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.
SOAL UTILITAS KUIS 2 (45 menit)
1. Di dalam pabrik industri kimia, pemakaian secara sinergis antara steam, udara tekan, dan bahan bakar khususnya amat penting. a. Jelaskan pengertian tersebut ! Dalam industri kimia agar dihasilkan produk sesuai dengan kriteria konsumen maka diperlukan sebuah sistem unit proses yang dapat mewujudkannya. Salah satu contoh sistem unit proses tersebut adalah setam, udara tekan dan bahan bakar. Ketiga unit proses tersebut bekerja secara sinergis dan tidak dapat di pisahkan antara satu sama lain karena jika hal itu terjadi maka sistem tersebut akan terganggu sehingga mengakibatkan produk yang tercipta tidak sesuai dengan kriteria konsumen. b. Berikan diagram alir secara sinergis dalam penerapannya di pabrik tersebut, berikan penjelasan secukupnya !
Uap jenuh (saturated steam) yang dihasilkan boiler dipanaskan lebih lanjut pada superheater untuk menghasilkan uap lewat jenuh (superheated steam). Sebagai pemanas di superheater adalah gas panas dari boiler yang masih tinggi suhunya. Gas panas yang keluar superheater karena suhunya masih cukup tinggi maka dimanfaatkan lagi sebagai pemanas air umpan boiler (BWF) dialat yang namanya economizer. BFW yang sudah dipanaskan dalam economizer ini kemudian baru dimasukkan ke boiler. Gas panas yang keluar dari economizer kemudian dipakai untuk pemanasan udara di air heater untuk selanjutnya dibuang melalui cerobong sebagai gas buang. Udara panas hasil pemanasan di air heater selanjutnya dipakai sebagai udara pembakaran yang dibantu dengan kompresor (udara tekan) dan bersama bahan bakar masuk furnace untuk menghasilkan gas pembakaran yang panas.
2. Di dalam pabrik industri kimia, sering digunakan steam saturated dan superheated. a. Bagaimana pembuatannya masing-masing ! Steam adalah bahasa teknis dari uap air, yaitu fase gas dari air yang terbentuk ketika air mendidih. Untuk mengubah air dari fase liquid (cair) menjadi fase gas (steam) diperlukan energi panas untuk menaikan temperatur e air yang biasa disebut sebagai “ Sensible H eat ”. Pada tekanan atmosphere titik didih air adalah 100°C (212°F) sedangkan ap abila tekanan pada sistem dinaikan maka energi panas yang diperlukan juga ikut naik. Sedangkan apabila ditinjau secara molekuler adalah H2O yang mengalami pemanasan hingga titik didihnya sehingga mengalami perubahan fase. Terdapat dua jenis steam yang umum dijumpai dalam industri kimia.
Yang pertama adalah saturated steam, yang terbentuk ketika air diberi panas sensible hingga mencapai titik didih. Ketika titik didih air tercapai, suhu air akan terus meningkat dan mencapai titik konstan hingga semua air berubah fase menjadi uap. Selama masih terdapat air dalam fase cair dalam sistem, suhu steam akan sama dengan suhu air dalam fase cair tersebut. Saturated steam atau steam basah merupakan steam yang dihasilkan dari proses pembuatan steam tingkat pertama di boiler dimana biasanya suhunya berkisar 150 sampai 300°C. pada proses ini suhu pemanggangan sendiri biasanya sekitar 350°C. ciri khas dari saturated steam ini adalah selain kisaran suhunya seperti yang disebutkan diatas juga saturated steam ini masih banyak mengandung air sehingga mudah membentuk air kembali akibat kondensasi karena penurunan suhu akibat pipa distribusi steam yang terlalu jauh atau karena jaket/isolasi pipa steam yang tidak bagus. atau jika anda semprotkan saturated steam ke suatu benda maka benda tersebut masih akan basah. itulah kenapa steam jenis ini disebut saturated steam atau steam basah.
Yang kedua adalah superheated steam, dimana ketika seluruh air berubah fase menjadi uap, terdapat penambahan kalor yang dapat meningkatkan suhu steam tersebut. Dengan kata lain, steam yang dipanaskan melebihi tingkatan saturated steam disebut dengan superheated steam. Superheated steam sendiri merupakan steam yang dibuat dari saturated steam yang dipanaskan kembali dalam boiler sampai suhu ± 700°C. steam ini benar benar kering sehingga benda yang anda semprot dengan superhetad steam tidak akan basah. Hal yang menyebabkan kenapa diproduksi steam yang berbeda adalah karena beban kerjanya, dimana beban kerja superheated steam lebih tinggi daripada beban kerja saturated steam. Tentunya untuk membuat superheated steam umpan air boilernya harus memenuhi spesifikasi yang jauh lebih ketat daripada saturated steam. b. Kapan digunakan masing-masing ! Berikan contoh pabriknya atau bagian dari pabrik tersebut !
Pemakaian saturated steam pada industri kimia digunakan sebagai media pemanas (untuk keperluan pemanas dipakai uap jenuh dengan tekanan rendah), media memasak, pengeringan (drying), dan steam jet ejector (untuk menjadikan tekanan rendah dalam suatu ruangan) serta digunakan untuk menggerakan pompa. Saturated steam lebih banyak digunakan dalam industri sebagai media pemanas, memasak,
pengeringan, dan lain sebagainya. Contoh bagian pabrik yang menggunakan steam ini adalah evaporator, heat exchanger dan lain”.
Pemakaian superheated steam pada industri kimia digunakan untuk pembangkit tenaga listrik (menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan dengan generator sehingga dapat menghasilkan energi listrik). Superheated steam hanya digunakan sebagai penggerak turbin. Contoh bagian pabrik yang menggunakan steam ini adalah generator pembangkit listrik yang dilengkapi dengan turbin .
3. Gambar dan jelaskan prinsip kerja dari : a. Boiler !
Prinsip kerja boiler pembangkit steam ditiap bagiannya :
Economizer Air Umpan setelah melalui proses pretreatment di softener atau air condensate dipompakan ke economizer. Di economizer terjadi pemanasan awal secara perlahan sebelum mencapai sistem berikutnya yang memanfaatkan panas buang di chimney. Pemanasan awal dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi dari boiler. Steam drum Dari economizer, air kemudian disupply ke steam drum melalui pipa. Diawal proses, saat steam (uap air) belum mencapai saturated steam, maka separator (pemisah) didalam steam drum akan melakukan bypass dan membiarkan air turun ke tahap selanjutnya. Downcomer Downcomer yang berbentuk pipa mengalirkan air ke bagian terbawah dari sistem selanjutnya melalui lower connecting pipes. Furnace Selanjutnya air dari downcomer akan masuk ke furnace bagian paling bawah dan ditampung didalam bottom header yang kemudian karena sistem pembakaran batu bara, oil dan limestone didalam furnace, perlahan-lahan akan berubah bentuk menjadi uap basah. Sesuai dengan sifatnya, uap akan merambat keatas dengan sendirinya
didalam tube (karena proses pemanasan yang konstan didalam boiler). Uap air tersebut ditampung didalam upper header (outlet header) pada bagian atas furnace. Disinilah terjadinya sistem konversi energy. Setelah itu uap akan kembali disupply ke steam drum melalui upper connecting pipes, dan, kembali oleh separatornya, uap tersebut disupply kembali dari steam drum menuju sistem berikutnya.
Superheater Disini terdapat beberapa kali backpass (umpan balik) steam dari low temperature superheater ke medium temperature superheater lalu disupply ke steam drum, lalu kembali ke high temperature superheater / final superheater. Di high / final termperature superheater inilah proses terakhir steam setelah melalui pemanasan berulang-ulang kali di dalam low dan medium superheater.
b. Kompresor !
Prinsip kerja kompresor pembangkit udara tekan biasanya terbagi menjadi 4 prinsip utama :
Staging
Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin kompresor menjadi tinggi dan meningkat sesuai dengan tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistim ini lebih dikenal dengan nama polytopic compression. Jumlah tekanan yang terdapat pada kompresor juga meningkat seiring dengan peningkatan dari suhu kompresor itu sendiri. Kompresor mempunyai kemampuan untuk menurunkan suhu tekanan udara dan meningkatkan efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan oleh kompresor mampu mengendalikan suhu dari kompresor untuk melanjutkan proses berikutnya.
Intercooling
Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan intercooler merupakan salah satu langkah penting dalam proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi untuk
mendinginkan tekanan udara yang terdapat dalam tabung kompresor, sehingga mampu digunakan untuk keperluan lainya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan udara dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika dibandingkan dengan suhu ruangan, dengan perbedaan suhu berkisar antara 10°Fahrenheit (sekitar -12°Celcius) sampai dengan 15°Fahrenheit (sekitar -9°Celcius).
Compressor Displacement and Volumetric Efficiency
Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama dengan jumlah tekanan udara yang dapat ditampung oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas sesungguhnya dari kompresor dapat mengalami penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat diakibatkan oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini pada udara yang masuk ke kompresor, kebocoran, dan ekspansi volume udara. Sedangkan yang dimaksud dengan volumetric efficiency adalah rasio antara kapasitas kompresor dengan compressor displacement.
Specific Energy Consumption
Yang dimaksud dengan specific energy consumption pada kompresor adalah tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk melakukan kompresi udara dalam setiap unit kapasitas kompresor. Biasanya specific energy consumption pada kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm. c. Sistem listrik 3 fasa ! Listrik 3-phase adalah listrik AC (alternating current ) yang menggunakan 3 penghantar (konduktor) yang mempunyai tegangan sama tetapi berbeda dalam sudut phase sebesar 120o (Sepertiga dari "siklus" 360 derajat). Oleh karena itu, tegangan pada konduktor setiap mencapai puncaknya pada sepertiga dari siklus setelah salah satu konduktor lain dan sepertiga dari siklus sebelum konduktor ketiga. Sistem listrik 3 fasa ini diperkenalkan dan dipatenkan oleh Nikola Tesla pada tahun 1887 dan 1888. Hampir seluruh perusahaan penyedia tenaga listrik menggunakan sistem listrik 3-phase ini. Pada istilah umum di Indonesia, sistem 3-phase ini lebih familiar dengan nama sistem R-S-T. karena memang umumnya menggunakan simbol “R”, “S” , “T” untuk tiap penghantar phasenya serta simbol “N” untuk penghantar netral. Cara kerja sistem listrik 3 fase : Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, P pembangkitan = P pemakain, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan yang lainnya mempunyai beda fase sebesar 120° listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).
Gambar Hubungan Bintang dan Hubungan Segitiga Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga membentuk hubungan segitiga 3 fase. Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal terhadap titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan “fase” atau Vf.
Gambar sistem 3 fase Gambar di atas menunjukan fasor diagram dari tegangan fase. Bila fasor-fasor tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam (arah positif), maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut-turut untuk fase V1, V2 dan V3. sistem 3 fase ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c . sistem tegangan 3 fase dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fase. d. Layout lab pengujian yang direkomendasikan KAN ! KAN memberikan akreditasi untuk laboratorium penguji (selanjutnya setela h disebut LP). Laboratorium penguji ini dapat memenuhi persyaratan dalam SNI ISO/IEC 17025:2008 “Persyaratan umum kompetensi laboratorium pengujian dan laboratorium kalibrasi” yang merupakan adopsi identik dari ISO/IEC 17025:2005 “General requirements for the competence of testing and calibration laboratories.” Berikut layout laboratorium : Ruangan Laboratorium
Ruangan laboratorium harus bersih dari sampah dan tidak licin, lampu penerangan, lemari asam, APAR, emergency shower, eye wash, kotak P3K, pintu darurat, dan telepon darurat . Ruangan laboratorium terdiri dari ruang utama dan ruang-ruang pelengkap (Riandi, 2012). 1. Ruang utama adalah ruangan tempat para siswa atau mahasiswa melakukan praktikum. 2. Ruang pelengkap umumnya terdiri dari ruang persiapan dan ruang penyimpanan. a. Ruang persiapan digunakan untuk menyiapkan alat-alat dan bahan-bahan yang akan dipakai percobaan. b. Ruang penyimpanan atau gudang terutama digunakan untuk menyimpan bahan-bahan persediaan (termasuk bahan kimia) dan alat-alat yang penggunaannya tidak setiap saat (jarang). c. Selain ruangan-ruangan tersebut, mungkin juga sebuah laboratorium memiliki ruang gelap (dark room), ruangan spesimen, ruangan khusus untuk penyimpanan bahan bahan kimia dan ruang adminitrasi atau staf . d. Hal ini didasarkan atas pertimbangan keamanan berbagai peralatan laboratorium dan kenyamanan para pengguna laboratorium. Penyimpanan alat-alat di dalam gudang tidak boleh disatukan dengan bahan kimia. Demikian pula penyimpanan alat-alat gelas tidak boleh disatukan dengan alat-alat yang terbuat dari logam.
Gambar Layout Laboratorium
