Download - Kelompok Utilitas 5 Cooling Water
-
MAKALAH TUGAS UTILITAS KELAS A
AIR PENDINGIN DAN SISTEM PENDINGINAN AIR
Anggota Kelompok 5 :
Anissa Rizky Cesaria 21030113140174
Anggita Widiasari 21030113120045
Faishal Miftahul H. 21030113130184
Febrina Faradhiba 21030113140190
Hikmah Olivia 21030113120091
Indriana Rizky R. 21030113140168
Jurinda Fadillah 21030112120027
Lathifah Kurnia N. 21030113120089
Putri Rousan N. 21030113130182
Raja Haris Pratama 21030113120035
Rakhmat Adiwijaya 21030113130181
R. Nugroho Hutomo S. 21030113130134
Ridwan Risky A. 21030113120088
Rossa Dwi P. 21030113130153
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
2015
-
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan
lain dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air
permukaan, air sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah
mengharuskan untuk mengolah air. Air merupakan kebutuhan penting dalam
proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Untuk itu diperlukan
penyediaan air bersih yang secara kualitas memenuhi standar yang berlaku
dan secara kuantitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri
sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya
standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap industri memiliki
pengolahan air sendiri-sendiri sesuai dengan kebutuhan industri (Hardayanti,
2006).
Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang diperlukan dalam
proses industri. Kualitas air pendingin akan mempengaruhi integritas komponen
atau struktur reaktor, karena pada dasarnya air sebagai pendingin akan
berhubungan langsung dengan komponen atau struktur reaktor. Air yang
digunakan sebagai pendingin harus memenuhi persyaratan yang sesuai dengan
komponen atau struktur yang dirumuskan dalam spesifikasi kualitas air pendingin
(Lestari, 2006). Dalam memenuhui spesifikasi dari air pendingin maka dilakukan
pengolahan terhadap air pendingin tersebut dengan berbagai metode dan teknologi
peralatan yang bervariasi. Oleh karena itu, dalam makalah ini kami akan mencoba
menjelaskan mengenai air pendingin atau biasa disebut dengan cooling water.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari makalah ini antara lain:
1. Apakah definisi air pendingin (cooling water) itu?
2. Apa saja jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri?
3. Apa saja komponen sistem air pendingin?
4. Apa saja masalah yang sering terjadi dalam air pendingin?
-
5. Apa saja teknologi yang berhubungan dengan air pendingin?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini, antara lain:
1. Mengetahui definisi mengenai air pendingin (cooling water)
2. Mengetahui jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri.
3. Mengetahui komponen sistem air pendingin.
4. Memahami masalah yang sering terjadi dalam air pendingin.
5. Mengetahui teknologi yang berhubungan dengan air pendingin.
-
BAB II
ISI
2.1 Air Pendingin
Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya
over heating (panas yang berlebihan) pada mesin agar mesin bisa bekerja secara
stabil. Air pendingin (cooling water) adalah air yang dilewatkan melalui alat
penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya.
Sistem yang dilalui oleh aliran air pendingin disebut sebagai sistem air pendingin
(cooling water system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yaitu jenis
resirkulasi dan jenis sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air
pendingin yang telah digunakan, digunakan kembali untuk keperluan yang sama,
sedangkan pada sistem sekali-lewat air yang telah digunakan langsung dibuang.
Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis, yaitu resirkulasi terbuka dan
resirkulasi tertutup. Pada sistem resirkulasi terbuka sebagian air yang telah
digunakan diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya. Pada sistem
resirkulasi tertutup, pendinginan kembali tidak dengan cara memanfaatkan
panas laten penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar
panas. Sistem air pendingin merupakan bagian yang terintegrasi dari proses
operasi pada industri. Untuk produktifitas pabrik yang kontinu, sistem tersebut
memerlukan pengolahan kimia yang tepat, tindakan pencegahan, dan perawatan
yang baik. Kebanyakan proses produksi pada industri memerlukan air pendingin
untuk efisiensi dan operasi yang baik. Air pendingin sistem mengontrol suhu dan
tekanan dengan cara memindahkan panas dari fluida proses ke air pendingin yang
kemudian akan membawa panasnya. Total nilai dari proses produksi akan menjadi
berarti jika sistem pendingin ini dapat menjaga suhu dan tekanan proses dengan
baik. Memonitor & mengatur korosi, deposisi, pertumbuhan mikroba, dan sistem
operasi sangat penting untuk mencapai Total Cost of Operation (TCO) yang
optimal.
Air pendingin mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap efisiensi
total engine serta umur engine. Apabila temperatur air pendingin masuk engine
terlalu tinggi, maka efisiensi mekanis engineakan menurun dan dikhawatirkan
dapat terjadi over - heatingi pada engine. Sedang bila temperatur air terlalu
-
rendah, maka efisiensi termal akan menurun (Handoyo, 1999). Proses
pendinginan melibatkan pemindahan panas dari satu substansi ke substansi yang
lain. Substansi yang kehilangan panas disebut cooled, dan yang menerima panas
disebut coolant. Beberapa faktor yang membuat air menjadi coolant yang baik
adalah :
1. Sangar berlimpah dan tidak mahal.
2. Dapat ditangani dengan mudah dan aman digunakan.
3. Dapat membawa panas per unit volume dalam jumlah yang besar.
4. Tidak mengembang ataupun menyusut (volumenya) pada perubahan suhu
dalam range normal.
5. Tidak terdekomposisi.
Beberapa parameter penting dalam sistem air pendingin :
1. Konduktivitas mengindikasikan jumlah dissolved mineral dalam air.
2. pH, menunjukkan indikasi dari tingkat keasaman atau kebasaan dari air.
3. Alkalinitas, berupa ion carbonate (CO3-2) dan ion bicarbonate (HCO3-).
4. Hardness / kesadahan, menunjukkan jumlah ion calcium dan magnesium
yang ada dalam air.
Pada umumnya air digunakan sebagai media pendingin karena faktor-
faktor sebagai berikut:
1.Air merupakan malcri yang dapat diperoleh dalam jumlah besar.
2.Mudah dalam pcngaturan dan pengolahan.
3.Menyerap panas yang relatif tinggi persatuan volume.
4.Tidak mudah menyusut secara berarti dalam batasan dengan adanya
perubahan temperatur pendingin.
5.Tidak terdekomposisi.
Adapun syarat-syarat air yang digunakan sebagai media pendingin:
1.Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel-parlikel kasar
yaitu batu, krikil atau partikel-partikel halus seperti pasir, tanah dan lumut
yang dapat menyebabkan air kotor.
2.Tidak menyebabkan korosi.
3.Tidak menyebabkan fouling, fouling disebabkan oleh kotoran yang terikut
saat air masuk unit pengolahan airseperti pasir, mikroba dan zat-zat organik.
-
Berikut ini adalah standar industri terhadap air pendingin yang digunakan:
No. Jenis Air
Limbah Parameter
Kadar
Maksimum
(mg/L)
Metode
Pengukuran
1. Air Pendingin
Residu Klorin 2 Standard Method
4500-Cl
Karbon Organik
Total 5
SNI-06-6989.28-
2005 atau APHA
5310
Tabel 1.1: Standar Industri Terhadap Air Pendingin(KEP-9/MENLH/11/2010)
Secara umum, industri menerapkan parameter air pendingin ialah sebagai berikut:
Tabel 1.2: Parameter Air Pendingin (Setiadi, 2007)
Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu :
1. Once through.system
2. Open evaporative recirculating.
3. Closed non-evaporative recirculating.
2.2 Jenis Sistem Air Pendingin
2.2.1 Once through systems
Air pendingin digunakan sebagai pendingin pada heat exchanger hanya
dilewatkan sekali, selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke badan air.Once
-
through systems digunakan bilamana kebutuhan air pendinginsangat banyak,
ketersediaan sumber air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk
menangani buangan air panas dari air pendinginyang sudah digunakan.Once
through system dimana air pendingin akan melewati HE hanya sekali. Mineral-
mineral dalam air akan relatif tetap jumlahnya, tidak berubah. Polusi suhu yang
disebabkan discharge dari sistem ini menjadi perhatian lingkungan.
Keuntungan menggunakan Once through systems :
a. Tidak diperlukan cooling tower
b. Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan
Kerugian menggunakan once through systems :
a. Korosi
b. Fouling
c. Sampah dan kotoran
d. Polusi / pencemaran temperatur di badan air
Gambar 1.1: Once through.system (Gumilar, 2011)
2.2.2 Open Evaporative Recirculating Systems
Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai
make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment
(sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk
mendinginkan proses-proses di dalam pabrik.
Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower
untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga
kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan
(scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu.
Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blow-down.
-
Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan
sumber air tawar atau jauh dari laut.Spesifikasi material untuk peralatan
yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang
menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan
dengan air laut.Open recirculating system banyak digunakan dalam
industri. Sistem ini terdiri dari pompa, HE, dan cooling tower. Pompa akan
meresirkulasikan air melalui HE, mengambil panasnya, lalu membuangnya
di cooling tower dimana panas tersebut akan dibuang dari air dengan cara
evaporasi. Dalam sistem ini, chemical akan lebih banyak digunakan karena
komposisi air akan berubah saat evaporasi berlangsung, dimana konstituen
korosi dan scaling akan lebih pekat (Gumilar, 2011).
Air pendinginteruapkan sekitar 1% water. Kehilangan air akibat
penguapan ini harus dikompensasi oleh make up air pendingin.
Keuntungan menggunakan Open evaporative recirculating systems :
a. Jumlah kebutuhan air medikit (make up);
b. Memungkinkan untuk mengontrol korosi
Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems :
a. Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through;
b. Memerlukan cooling tower yang cukup besar;
c. System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan
pencemaran lingkungan
Gambar 1.2: Open evaporative recirculating systems(Gumilar,
2011)
-
2.2.3 Closed Non-evaporative Recirculating Systems
Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses
didalam pabrik.Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di
suatu secondary cooler (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya
disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk
mendinginkan secondary cooler dengan cara hanya sekali pakai (once through),
sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut.Closed Nonevaporative
Recirculating Systems yang menggunakan air pendingin yang sama dan
disirkulasikan berulang kali dalam siklus yang kontinu. Pada sistem ini, komposisi
air juga relatif konstan.
Air pendingindidinginkan pada secondary heat exchanger. Tidak ada
kehilangan akibat penguapan juga tidak ada pengembalian.
Keungtungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
a. Air pendinginyang kembali relatif bersih
b. Temperatur air pendingin memungkinkan lebih tinggi dari 100oC
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
a. Investasi / capital cost sangat tinggi
b. Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
Gambar 1.3: Closed nonevaporative recirculating
systems(Gumilar, 2011)
-
2.3 Komponen Sistem Air Pendingin
2.3.1 Komponen Sistem Air Pendingin Utama
Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin
utama, dan cooling tower.Sistem ini mempertahankan vakum pada sisi
pembuangan turbin dengan mengalirkan air pendingin yang cukup untuk
mengkondensasikan uap pembuangan turbin.
2.3.1.1 Kondensor
Fungsi Kondensor adalah untuk mendinginkan (mengkondensasikan) uap
bekas dari turbin dengan cara menyemprotkan air pendingin utama melalui
noozle-noozle langsung bersingggungan dengan uap bekas sehingga terjadi
perubahan phase dari uap menjadi air.Parameter yang dipantau adalah
tekanan condensor, level condensor, hot well temperatur dan ekhaust turbin.
Pada kondensor terdapat vacuum breaker yang berfungsi untuk mengisolasi
tekanan udara luar dengan tekanan dalam ruangan kondensor sehingga
kevakuman kondensor dapat dipertahankan, alat ini akan terus dibuka selama
kondensor belum vakum, dan akan ditutup ketika kondensor vakum. Vacuum
breaker digunakan untuk membuat kevakuman kondensor sebelum dilakukan
rolling turbin.
2.3.1.2 Maincooling water Pump
Main cooling water pump (MCWP) adalah pompa pendingin utama yang
berfungsi untuk memompakan air kondensat dari kondensor ke hot water
basin cooling tower untuk kemudian didinginkan.
Parameter yang dipantau adalah tekanan masuk/keluar pompa, arus dan
tegangan motor, temperatur bearing,vibrasi motor dan flow air condensat.
2.3.1.3 Cooling Tower
Menara pendingin (Cooling tower)merupakan alat yang digunakan untuk
menembalikan panas ke atmosfer dengan cara mengekstraksi panas dari air
dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan
penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan
kemudian dibuang ke atmosfir.Fakta bahwa air membutuhkan biaya yang
-
rendah, mudah didapatkan dan merupakan media yang efektif yang
digunakan sebagai penukar panas (Keister, 2008).Air yang dipompakan dari
kondensor didistribusikan kedalam bak (Hot Water Basin) yang terdapat di
bagian atas cooling tower. Bak tesebut juga dilengkapi dengan noozle yang
berfungsi utuk memancarkan air sehingga menjadi butiran butiran kecil dan
didinginkan dengan cara kontak langsung dengan udara pendingin. Setelah
terjadi proses pendinginan air menuju bak penampung (Cool Water Basin)
dan seterusnya dialirkan ke kondensor yang sebelumnya melewati 4 buah
screen untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat dalam air.
2.3.2 Komponen Sistem Air Pendingin Bantu
2.3.2.1 Komponen Sistem Primary Intercooler
2.3.2.1.1 Inter Condenser and After Condensor
Inter condensor and after condensor berfungsi untuk mengkondensasikan
NCG (Not condensable gases) yang tidak dapat terkondensasi pada
kondensor, gas tersebut dihisap oleh steam ejector tingkat pertama untuk
diteruskan ke inter condensor.
Gas-gas yang tidak dapat dikondensasi pada inter condenser dihisap oleh
Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) atau steam ejector tingkat 2 untuk
diteruskan ke after condenser. Air hasil kondensasi NCG dikembalikan ke
kondensor, sedangkan sisa gas yang tidak dapat dikondensasikan di buang ke
udara.
2.3.2.1.2 Intercooler
Intercooler berfungsi sebagai alat penukar panas antara air pendingin primer
dengan air pendingin sekunder.Pada intercooler air pendingin primer
dialirkan untuk mendinginkan air pendingin sekundary.
2.3.2.1.3 Primary Intercooler Pump (Pompa Pendingin Primer)
Primary intercooler pump adalah pompa pendingin primary, berfungsi untuk
memompa air pendingin primary dari cold basin cooling tower yang masuk
ke intercooler, inter condensor, after condensor, dan perapat poros MCWP.
2.3.2.2 Secondary Intercooler
-
Secondary intercooler adalah pendingin sekundary, berfungsi untuk
mendinginkan instalasi/peralatan minyak pelumas, udara pendingin
generator, dan udara kompresor.
2.3.2.2.1 Treated Water Transfer Pump
Treated water transfer pump berfungsi untuk memompa air dari water
storage menuju water header tank.Air pada tangki ini digunakan sebagai air
secondary intercooler.Treated water transfer pump terdiri dari dua buah
yaitu pompa A/B, hal itu bertujuan agar pompa yang satu bisa terus
beroperasi ketika pompa lainya dilakukan pemeliharaan.
2.3.2.2.2 Lube Oil Cooler
Lube oil cooler adalah pendingin minyak pelumas setelah melumasi bearing
turbin dan generator, berfungsi untuk menjaga tingkat kekentalan minyak
pelumas agar viskositas minyak pelumas tetap sesuai standar. Prinsip
kerjanya adalah memindahkan panas dari minyak pelumas ke air pendingin .
2.3.2.2.3 Generator air Cooler
Generator air cooler adalah pendingin udara generator, berfungsi untuk
menjaga temperature udara di dalam generator agar sesuai dengan batasan
operasi, prinsip kerjanya adalah memindahkan panas dari udara yang keluar
generator ke air pendingin sekundary.
2.3.2.2.4 Compressor Air Cooler
Compressor air cooler adalah pendingin udara kompresor, berfungsi untuk
menjaga temperature udara di dalam kompresor agar sesuai dengan batasan
operasi, prinsip kerjanya adalah memindahkan panas dari udara yang keluar
kompresor ke air pendingin.
2.3.2.2.5 Secondary Intercooler Pump (Pompa Pendingin Sekundary)
Secondary intercooler pump adalah pompa pendingin sekundary, berfungsi
untuk memompa air pendingin sekundary dari intercooler ke
instalasi/peralatan minyak pelumas, udara pendingin generator, dan udara
kompresor (Roepandi, 2008).
-
2.4 Masalah dalam Air Pendingin
Permasalahan pada air pendingin, apabila tidak dikontrol dengan baik,
akan menimbulkan efek negatif pada keseluruhan proses atau operasi. Contohnya
meningkatkan biaya perawatan, perbaikan peralatan, frekuensi shutdown lebih
sering (untuk cleaning), mengurangi efisiensi transfer panas, menimbulkan
pemborosan bahan bakar untuk power plant, dan lain-lain.Beberapa permasalahan
umum pada air pendingin, adalah sebagai berikut:
2.4.1 Korosi
Korosi adalah proses elektrokimia dimana logam kembali ke bentuk
alaminya sebagai oksida. Beberapa tipe korosi yang sering terjadi antara
laingeneral attack, pitting, dan galvanic attack.Kerugian yang ditimbulkan oleh
korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem
perpipaan.Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-
kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas.
General attack terjadi apabila korosi yang muncul terdistribusi merata
dan sama di semua permukaan logam. Sedangkan pitting terjadi ketika hanya
sebagian kecil dari logam yang mengalami korosi.Walaupun begitu, pitting sangat
berbahaya karena hanya terpusat di sebagian area saja.Galvanic attack terjadi
ketika dua logam yang berbeda berkontak. Logam yang lebih aktif akan terkorosi
secara cepat.
Faktor utama yang mempangaruhi terjadinya korosi adalah kondisi air pendingin
itu sendiri. Beberapa kondisi tersebut antara lain :
1. Oksigen atau dissolved gas yang lain.
2. Dissolved dan suspended solid.
3. Alkalinitas (pH).
4. Suhu.
5. Aktifitas mikroba.
Metode yang digunakan untuk mencegah / meminimalisir korosi antara lain :
1. Memililih material anti korosi saat mendesain proses.
2. Menggunakan protective coatings seperti cat, metal plating, tar, atau
plastik.
-
3. Melindungi dari substansi yang bersifat katiodik, menggunakan anoda dan
atau yang lain.
4. Menambahkan corrosion inhibitor (anodic : molybdate, orthophosphate,
nitrate, silicate katiodik : PSO, bicarbonate, polyphosphate, zinc
general : soluble oils, triazoles copper).
2.4.2 Scale
Scale adalah lapisan padat dari material inorganikyang terbentuk karena
pengendapan. Beberapa scale yang sering terjadi berupa calcium carbonat,
calcium phosphate, magnesium silicate, dan silica.
2.4.3 Fouling
Fouling adalah akumulasi dari material solid yang berbeda dari
scale.Fouling dapat dikendalikan secara mekanikal atau dengan menggunakan
pengolahan kimia. Pengendalian fouling pada cooling system melibatkan 3 hal :
1. Prevention Pendekatan terbaik adalah mencegah foulant memasuki
cooling system. Pendekatan ini juga termasuk perlakuan mekanik ataupun
chemical untuk clarify makeup water.
2. Reduction Menghilangkan atau mengurangi jumlah foulantyang tidak
dapat dicegah memasuki sistem. Pendekatan ini melibatkan sidestream
filtering atau dapat juga melakukan pembersihan basin tower secara
perodik.
3. Ongoing Control Menambahkan chemical dispersants atau back flushing
exchangers.
2.4.4 Biological Contamination
Biological contamination adalah pertumbuhan tidak terkontrol dari
mikroba yang dapat menimbulkan pembentukan deposit, fouling, corrosion, dan
scale.Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air
pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan
perkembangan mikroorganisma.Algae dapat berkembang dengan baik pada
bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat
berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini.
Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul)
yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi
-
perpindahan panas. Penggunaan air yang memenuhi persyaratan dapat mencegah
timbulnya masalah-masalah dalam sistem air pendingin.Persyaratan bagi air yang
dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat persyaratan untuk umpan ketel.
Slime mikrobial, seperti fouling pada umumnya, mengurangi efisiensi
transfer panas. Terlebih lagi, slime mikrobial lebih bersifat insulator dari deposit
pada umumnya. Slime dapat menjerat deposit lain, membuat permasalahan
menjadi lebih buruk. Mikroba dapat masuk melalui makeup water, atau bisa juga
melalui udara yang masuk ke cooling tower.Faktor yang mendukung pertumbuhan
mikroba antara lain :
1. Nutrien, hidrokarbon atau substansi organik lainnya sbg makanan dari
mikroba.
2. Atmosfir, pertumbuhan organisme bergantung pada ketersediaan oksigen
atau karbondioksida.
3. Temperatur, organisme dapat membentuk slime dapat membentuk slime
pada suhu 4,4 65,6 C.
Tiga golongan kimia yang umum digunakan untuk mengontrol mikroba
adalah biosida oksidasi, biosida non-oksidasi, dan biodispersan. Biosida oksidasi
berperan mengoksidasi sel-sel penting pada mikroba sehingga mikroba tersebut
akan mati. Contoh dari biosida oksidasi ini, seperti yang telah disebutkan di atas,
adalah chlorine dan bromine. Biosida non-oksidasi adalah senyawa organik yang
bereaksi dengan sel-sel spesifik pada mikroba, yang secara langsung akan
menghancurkan sel-sel tersebut. Sedangkan untuk biodispersan tidak mematikan
mikroba. Biodispersan hanya mengurangi deposit microbial, yang akan terlepas
dari permukaan logam, dan kemudian dibuang (Setiadi, 2007).
2.5 Cara Pengendalian Air Pendingin
2.5.1 Pengendalian Pembentukan Kerak
Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air.
CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan
terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan
ini dimaksudkan untuk mencegah pembentukan kerak CaCO3 dengan menjaga
agar kadar Ca dan alkalinitas dalam air sirkulasi cukup rendah, dan mencegah
-
pengendapan kerak pada permukaan logam. Untuk maksud pertama dapat
ditempuh dua cara, yaitu :
1. Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau
2. Menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7. Dapat digunakan
inhibitor kerak berupa bahan kimiasepertipolifosfat, fosfonat, ester fosfonat
dan poliacrylat.
2.5.2 Pengendalian Korosi
Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan bahan
kimiayangberfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai
adalahpolifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis
inhibitoryang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja
efektif setelahkadarnya mencapai harga tertentu. Kadar minimum yang
dibutuhkan oleh suatuinhibitor agar dapat bekerja secara efektif disebut batas
kritis. Pemakaian inhibitor yang melebihi batas kritis akan menambah biaya
operasi. Jika kadar inhibitor turun dibawah batas kritis, bukan saja menjadi tidak
efektif, tetapi dapat pula menyebabkan pitting(Setiadi, 2007).
2.5.3 Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan
Tersuspensi
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah
atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal,
ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). Klorin
merupakan chemicals yang paling banyak dipakai. Dosis pemakaian klorin yang
efektif adalah sebesar 0,3 sampai 1,0 ppm. Pengolahan yang tepat diperoleh
secara percobaan, karena penggunaan beberapa biosida secara bersama-sama
kadang-kadang memberikan hasil yang lebih baik dan senyawa-senyawa tersebut
acap kali digunakan bersama klorin. Padatan tersuspensi dalam air merupakan
masalah yang cukup serius. Padatan tersuspensi tersebut dapat menempel pada
permukaan perpindahan panas sehingga mengakibatkan berkurangnya efisiensi
perpindahan panas. Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan
padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap
sebagian air yang disirkulasi.
-
2.5.4 Penanganan Masalah Lumut/ Mikroorganisme
Cara mengatasi tumbuhnya lumut dan mikroorganisme pada
pendinginsekunder adalah sebagai berikut:
1. Pencegahan kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi pada air pendingin.
Untuk mencegah agar sekecil mungkin kontaminasi nutrisi dan padatan
tersuspensi yang berasal dari air make-up, dilakukan pra-pengolahan seperti
penyaringan.
2. Pemakaian bahan pengontrol lumut. Fungsi dari bahan pengontrol lumut
diklasifikasikan atas sterilisasi. Karena setiap bahan pengontrol lumut
mempunyai mekanisme kerja yang berbeda, maka apabila penanggulangan
lumut dilakukan, kondisi deposit lumut harus dipelajari supaya dapat memilih
bahan kimia yang sesuai.
3. Sterilisasi adalah suatu perawatan untuk merendahkan potensi pelekatan
mikroorganisme dalam sistem air pendingin dengan jalan pembunuhan
mikroorganisme. Bahan kimia yang mempunyai efek sterilisasi adalah
senyawa klor, senyawa organik, nitrogen-sulfur dan lain-lain. Mekanisme
kerja bahan-bahan kimia ini diperkirakan sebagai berikut: Bahan kimia ini
mempunyai reaktivitas yang tinggi terhadap radikal SH sistein (komponen
protein dalam mikroorganisme), dan membunuh mikroorganisme dengan jalan
melumpuhkan enzim (bagian yang aktif) radikal SH, atau membunuh
mikroorganisme dengan daya oksidasi dari bahan kimia tersebut. Secara
umum, klorinasi digunakan untuk sterilisasi karena efektif dan murah. Namun,
karena klor bersifat korosif terhadap metal, maka konsentrasi sisa klor
(residual chlorine) dalam air pendingin harus dikontrol meksimum 1 ppm
(Cl2).
4. Peredaman pertumbuhan mikroorganisme . Ini adalah perawatan dengan
menurunkan kecepatan pertumbuhan lumut dengan jalan meredam
pertumbuhan mikroorganisme dalam sistem pendingin air sekunder.
Mekanisme kerja bahan kimia yang digunakan hampir sama dengan
mekanisme kerja biocide-boicide lainnya, hanya penggunaannya yang
berbeda. Pada perawatan ini perlu dipertahankan pemakaian bahan kimia
secara kontinu / dalam waktu relatif lama walaupun konsentrasi kecil.
-
Sedangkan biocide lainnya adalah sebaliknya. Bahan kimia yang cocok untuk
perawatan secara biostatik adalah senyawa organik nitrogen-sulfur dan
senyawa-senyawa amina.
5. Pencegahan pelekatan: getah lendir yang diproduksi mikroorganisme bertalian
dengan pelekatan mikroorganisme pada permukaan padatan. Dalam
pencegahan pelekatan lumut, bahan kimia bereaksi dengan getah lendir dan
kemudian menetralisasinya, sehingga daya pelekatan mikroorganisme
diturunkan atau dilemahkan. Bahan kimia yang mempunyai efek seperti ini
adalah senyawa garam ammonium kwartener, senyawa bromine dan lain-lain.
6. Pengikisan lumut: perawatan ini adalah mengikis lumut yang melekat pada
system pendingin dengan bahan-bahan kimia. Bahan kimia yang mempunyai
efek mengikis adalah senyawa klor, peroksida, senyawa amina dan lainlain.
Mekanisme kerja bahan-bahan kimia ini menurunkan daya pelekatan lumut
dengan jalan denaturasi getah lendir dan membentuk gelembung- gelembung,
akibat reaksi bahan kimia dengan lumut, sehingga lumut secara alami terkikis.
Dengan demikian setelah penambahan bahan kimia, dengan menaikkan
kecepatan aliran air akan meningkatkan efek pengikisan.
7. Pendispersi lumpur: padatan tersuspensi dalam air akan menjadi gumpalan
(flocs) akibat aktivitas mikroorganisme dan terakumulasi sebagai lumpur.
Pengolahan dispersi lumpur bukan hanya meredam pembentukan gumpalan
tetapi juga mendispersi gumpalan yang telah terbentuk. Padatan tersuspensi
yang terdispesi dibuang keluar melalui air blowdown sehingga volume
akumulasi lumpur dikurangi. Bahan kimia untuk pencegahan pelekatan lumut
dan pengikisan lumut juga digunakan untuk pendispersi lumut dan untuk
bioflokulasi (penggumpalan akibat mikrobiologi) padatan tersuspensi. Juga
polielektrolit atau polimer digunakan untuk pendispersi anorganik padatan
tersuspensi atau peredaman penggumpalan padatan tersuspensi.
8. Penyaringan pembantumerupakan suatu pengolahan untuk menurunkan
akumulasi lumpur dan pelekatan lumut yaitu dengan jalan penyaringan
sebagian air pendingin yang disirkulasikan untuk membuang padatan
tersuspensi(Lestari, 2010).
-
2.5.5 Pengendalian Scale
Scale dapat dikendalikan dengan beberapa cara, yaitu :
1. Membatasi konsentrasi dari mineral-mineral pembentuk scale.
2. Menambahkan asam untuk menjaga agar mineral pembentuk scale (contoh
: calcium carbonate) tetap larut.
3. Meningkatkan aliran air dengan luas permukaan yang besar.
4. Menambahkan bahan kimia anti scale.
2.6 Teknologi Cooling Tower (Menara Pendingin)
Proses perpindahan panas selalu dijumpai industri-industri kimia
yang dijalankan dalam alat penukar panas. Penukar panas atau dalam
istilah bahasa inggrisnya heat exchanger (HE) adalah suatu alat yang
memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas
maupun sebagai pendingin.Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat
panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling
water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas
antar fluida dapat berlangsung secara efisien (Maruli tua saud,2007).Salah
satu alat penukar panas adalah menara pendingin (cooling tower). Menara
pendingin merupakan merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk
menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan
mengemisikannya ke atmosfir.
Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air
diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke
atmosfir.Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara
signifikan.Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari
peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang
panas.Berikut ini adalah beberapa teknologi yang digunakan dalam
pengolahan air pendingin yang digunakan dalam berbagai industri yang
disesuaikan dengan kebutuhan dan spesifikasinya (Roepandi, 2008). Proses
yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk system AC sentral
dengan system kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi,
ekspansi(perubahan tekanan) dan evaporasi. Proses ini terjadi dalam satu
-
siklus tertutup yang menggunakan media berupa refrigerant yang mengalir
dalam system pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke komponen
lainnya. Untuk mendinginkan refrigran, Kondensor menggunakan air
sebagai media untuk proses pendinginannya. Uap refrigeran panas
mengalir dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga terjadi proses
pertukaran kalor. Uap refrigeran panas berubah fase dari fase gas menjadi
cair, yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat ekspansi (perubah
tekanan) , sementara air yang keluar dari kondensor memiliki temperatur
yang lebih tinggi. Karena air ini akan digunakan lagi untuk proses
pendinginan kondensor maka temperaturnya harus diturunkan kembali atau
didinginkan pada cooling tower.
Gambar 1.4: Diagram skematik sistim menara pendingin(Laboratorium Nasional
Pacific Northwest, 2001)
1. Komponen menara pendingin
Komponen dasar sebuah menara pendingin meliputi rangka dan wadah, bahan
pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers,
nosel dan fan. Kesemuanya dijelaskan dibawah
-
A. Rangka dan wadah: hampir semua menara memiliki rangka berstruktur
yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen
lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit fiber glass,
wadahnya dapat menjadi rangka (anonim. 2010)
B. Terdapat tiga jenis bahan pengisi (fill) :
1) Media Isian Penciprat (Splash Film).Media isian splash menciptakan
area perpindahan panas yang dibutuhkan melalui cipratan air diatas
media pengisi menjadi butiran air yang kecil. Luas permukaan butiran
air adalah luas permukaan perrpindahan panas dengan udara.
2) Media Isian Selaput (Film Fill). Pada isian film, air membentuk
lapisan tipis pada sisi-sisi lembaran pengisi. Luas permukaan dari
lembaran pengisi adalah luas perpindahan panas dengan udara sekitar.
Bahan pengisi film dapat menghasilkan penghematan listrik yang
signifikan melalui kebutuhan air yang lebih sedikit dan head pompa
yang lebih kecil.
3) Bahan isian/pengisi sumbatan rendah(Low-clog film fills).Bahan
pengisi sumbatan rendah dengan ukuran flute (galur) yang lebih tinggi
saat ini dikembangkan untuk menangani air yang keruh, yang
merupakan pilihan terbaik untuk air laut karena menghemat daya dan
kinerjanya lebih baik dibanding isian penciprat konvensional
(mulyono,2010)
-
Tabel 1.3: Nilai desain berbagai jenis bahan pengisi (Mulyono, 2010)
C. Kolam air dingin (cold-water basin): Kolam air dingin terletak pada atau
dekat bagian bawah menara, danmenerima air dingin yang mengalir turun
melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanyamemiliki sebuah
lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam
beberapadesain, kolam air dingin berada dibagian bawah seluruh bahan
pengisi. Pada beberapa desainaliran yang berlawanan arah pada forced
draft, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkanke bak yang berbentuk
lingkaran yang berfungsi sebagai kolam air dingin. Sudu-sudu fandipasang
dibawah bahan pengisi untuk meniup udara naik melalui menara. Dengan
desainini,menara dipasang pada landasannya, memberikan kemudahan
akses bagi fan dan motornya.
D. Saluran udara masuk: merupakan titik masuk bagi udara menuju menara.
Saluran masukbisa berada pada seluruh sisi menara (desain aliran
melintang) atau berada dibagian bawahmenara (desain aliran berlawanan
arah).
E. Louvers: pada umumnya, menara dengan aliran silang memiliki saluran
masuk louvers.Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara
ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara. Beberapa desain menara
aliran berlawanan arah tidak memerlukan louver.
F. 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.
G. Fan: Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan
dalam menara. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan
pada menara induced draft dan baik fanpropeller dan sentrifugal dua-
duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung pada
ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau
-
dengan dapat dirubah-rubah/ 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.
2.6.1 Jenis-Jenis Menara Pendingin
1. Menara pendingin jenis natural draft merupakan 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 fan dan 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 hanya
digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang
besar cukup mahal.
-
Gambar 1.5: Natural Draft Cooling Tower(Laboratorium Nasional Pacific
Northwest, 2001)
2. Menara Pendingin Draft Mekanik merupakan 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 dalam
bentuk 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.
Gambar 1.6: Menara Pendingin Draft Mekanik(Laboratorium
Nasional Pacific Northwest, 2001)
-
Proses pendinginan air dengan cooling tower
3. Cooling tower induced draft dengan aliran berlawanan
Prinsip kerjanya :
Air masuk pada puncak dan melewati bahan pengisi (filler)
Udara masuk dari salah satu sisi (menara aliran tunggal) atau pada sisi
yang berlawanan (menara aliran ganda)
Fan mengalirkan udara melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar
pada puncak menara, berikut gambarnya:
4. Cooling Tower induced draft dengan aliran melintang
Prinsip kerjanya :
Air panas masuk pada puncak menara, melalui bahan pengisi (filler)
Udara masuk dari samping menara melewati filler, sehingga terjadi
kontak langsung dengan air (pendinginan) dan keluar menuju puncak,
-
berikut gambarnya :
Cooling Tower induced draft dengan aliran melintang
2.6.2 Cara kerja Cooling Tower Secara Umum
Berikut adalah step by step kerja Cooling Tower secara umum:
Langkah pertama adalah memompa air panas dari kondensor menuju menara
cooling tower melalui system pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak
nozzle untuk tahap spraying atau semburan.
Air panas yang keluar dari nozzle (spray) secara langsung melakukan kontak
dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh.fan/blower
yang terpasang pada cooling tower.
Kemudaian air yang sudah mengalami penurunan temperature ditampung
dalam bak/basin untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang
berada di dalam chiller.
Pada cooling tower juga dipasang katup make up water yang dihubungkan ke
sumber air terdekat untuk menambah kapasitas air jika terjadi kehilangan air
ketika proses evaporative dan blowdown.
Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam range dan approach,
dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan
approach adalah selisih antara suhu udara wet-bulb dan suhu air yang keluar.
Perpindahan kalor yang terjadi pada cooling tower berlangsung dari air ke
udara tak jenuh. Ada dua penyebab terjadinya perpindahan kalor yaitu
perbedaan suhu dan perbedaan tekanan parsial antara air dan udara. Suhu
pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih hemat
energi jika digunakan untuk system refrigerasi pada skala besar seperti chiller.
-
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari makalah ialah sebagai berikut:
1. Air pendingin adalah air limbah yang berasal dari aliran air yang
digunakan untuk penghilangan panas dan tidak berkontak langsung
dengan bahan baku, produk antara dan produk akhir.
2. Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu :
Once through.system, Open evaporative recirculating, Closed non-
evaporative recirculating.
3. Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin
utama, dan cooling. tower serta dilengkapi dengan beberapa komponen
bantu.
4. Masalah dalam air pendingin ialah, korosi, scale, fouling, dan biological
contamination.
5. Menara pendingin jenis natural draft dan menara pendingin mekanik
draft merupakan dua teknologi menara pendingin yang banyak
digunakan.
3.2 Saran
Sebaiknya dalam perancangan sebuah pabrik memperhatikan
aspek-aspek yang berpengaruh dalam penggunaan air pendingin dan
parameter yang mengaturnya untuk memaksimalkan efisiensi dan nilai
ekonomi dari proses produksi.
-
DAFTAR PUSTAKA
Gumilar, Arie. 2011. Sistem air Pendingin. Jakarta: STE.
Handoyo, Ekadewi. 1999. Pengaruh Temperatur Air Pendingin Terhadap
Konsumsi Bahan Bakar MotorDiesel Stasioner di Sebuah Huller. Surabaya:
Universitas Eka Petra.
Hardayanti, Nurandani. 2006. Studi Evaluasi Instalasi Pengolahan Air Bersih
Untuk KebutuhanDomestik Dan Non Domestik. Semarang: Universitas
Diponegoro.
Keister, Timothy. 2008. Cooling Water Management Basic Principles and
Technology. New York: ProChemTech International.
Lestari, Erlina. 2010. Pengaruh Bioksida Pengoksidasi Terhadap Pertumbuhan
Mikroorganisme Pada Air Pendingin Sekunder RSG-GAS. Banten: ISSN
1978-8738.
Mulyono.Analisa Beban Kalor Menara Pendingin Basah Induced-Draft Aliran
Lawan Arah.Semarang; Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang.
2010.
Roepandi, Opan.2008.Pengoperasian Sistem Air Pendingin. Surabaya: PT.
Indonesia Power.
Setiadi, Tjandra. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air. Bandung:ITB.