Ketel Uap

Ketel uap adalah suatu pesawat yang digunakan untuk mengubah air yang ada di dalamnya menjadi uap dengan cara dipanaskan. Dengan adanya bahan perantara iar tersebut, maka di dalam ketel uap harus ada ruang atau tempat air.

contoh, untuk ketel pipa air, air berada di dalam pipa-pipa,sedangkan pemanasannya dari bagian luar (sekeliling) pipa tersebut. Sebaliknya untuk ketel pipa api, airnya berada di sekeliling pipa-pipa api. Cara menempatkan pipa api atau pipa air dibuat sedemikian rupa sehingga mendapatkan peredaran air dan pembentukan uap yang baik. Dengan adanya panas yang 359 dibutuhkan untuk pembentukan uap, pada ketel perlu dilengkapi dengan dapur. Macam konstruksi dapur juga harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga peredaran air dalam ketel sempurna.

Dalam pembakaran suatu bahan bakar perlu juga adanya udara pembakaran. Peredaran udara dibuat sedemikian rupa agar pembakaran bahan bakar dapat berlangsung dengan baik. Uap yang dibentuk di dalam ketel mempunyai tekanan yang lebih besar dari pada tekanan udara luar, maka ketel harus mampu menahan tekanan uap tersebut. Kekuatan ketel uap tergantung dari bentuk dan bahannya.

Bentuk yang lebih kuat untuk menahan tekanan yang lebih besar dari dalam adalah bentuk bulat cembung dan silinder sebab dengan bentuk
semacam itu sukar berubah bentuknya yang disebabkan oleh tekanan dari dalam. Tetapi bentuk bulat cembung ini tidak digunakan untuk ketel uap karena konstruksinya yang sulit untuk dikerjakan. Oleh karena itu pada umumnya ketel uap dibuat dalam bentuk silinder.

Bahan untuk ketel uap harus baik karena disamping harus menahan tekanan yang tinggi juga harus tahan pada suhu yang tinggi. Biasanya digunakan baja Siemens-Martin yang liat dan mudah dikerjakan.

Air Pengisi Ketel

Sumber-sumber air pengisi ketel

Macam-macam air yang dapat digunakan sebagai air pengisi ketel adalah air sumur dan air kondensat. Air kondensat sudah murni sehingga tidak perlu mengalami pengolahan yang khusus, sedangkan untuk air yang berasal dari sumur perlu mendapat pengolahan pengolahan lebih dahulu.

Syarat Air Pengisi Ketel

Pada dasamya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan mumi, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain :

1. Zat tersuspensi, seperti lumpur dan tanah liat. Biasanya dihilangkan dengan penyaringan.

2. Zat terlarut, seperti garam-garam mineral (garam magnesium,kalsium dan lain-lain).

Pada dasamya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan murni, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain :

Zat tersuspensi, seperti lumpur dan tanah liat. Biasanya dihilangkan dengan penyaringan.
Zat terlarut, seperti garam-garam mineral (garam magnesium, kalsium dan lain-lain).

Pengolahan air

Pemurnian dan pelunakan air dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung pada rencana penggunaan air itu sendiri. Istilah pelunakan (softening) digunakan untuk proses untuk menyingkirkan atau mengurangi kesadahan air. Sedangkan pemurnian (purification) berbeda dari pelunakan, yaitu menyingkirkan atau menghilangkan bahan-bahan organik dan mikroorganisme dari air.Klasifikasi (clasification) kadang-kadang amat penting dan digunakan bersamaan dengan pengendapan (precipitation) dalam proses pelunakan air dingin. Kegunaan air dalam proses industri sangat banyak sekali, selain sebagai air baku pada industri air minum dan pemutar turbin pada pembangkit tenaga listrik, juga sebagai alat bantu utama dalam kerja pada proses – proses industri. Selain itu juga air digunakan sebagai sarana pembersihan ( cleaning ) baik itu cleaning area atau alat – alat produksi yang tidak memerlukan air dengan perlakuan khusus atau cleaning dengan menggunakan air dengan kualitas dan prasyarat tertentu yang membutuhkan sterilisasi dan ketelitian yang tinggi. Dalam hal ini pembahasan difokuskan pada air sebagai penghasil energi kalor dan sebagai penyerap energi kalor ( pendingin ) dalam industri pada umumnya.

A. Air umpan boiler

Boiller adalah tungku dalam berbagai bentuk dan ukuran yang digunakan untuk menghasilkan uap lewat penguapan air untuk dipakai pada pembangkit tenaga listrik lewat turbin, proses kimia, dan pemanasan dalam produksi.

Sistem kerjanya yaitu air diubah menjadi uap. Panas disalurkan ke air dalam boiler, dan uap yang dihasilkan terus – menerus. Feed water boiler dikirim ke boiler untuk menggantikan uap yang hilang. Saat uap meninggalkan air boiler, partikel padat yang terlarut semula dalam feed water boiler tertinggal.

Partikel padat yang tertinggal menjadi makin terkonsentrasi, dan pada saatnya mencapai suatu level dimana konsentrasi lebih lanjut akan menyebabkan kerak atau endapan untuk membentuk pada logam boiler.

Ketidaksesuaian kriteria air umpan boiler menurut baku mutu diatas akan mempengaruhi berbagai hal, misalnya :

1. Korosi

Peristiwa korosi adalah peristiwa elektrokimia, dimana logam berubah menjadi bentuk asalnya akibat dari oksidasi yang disebabkan berikatannya oksigen dengan logam, atau kerugian logam disebabkan oleh akibat beberapa kimia

Penyebab korosi Boiller:

– Oksigen Terlarut

– Alkalinity ( Korosi pH tinggi pada Boiler tekanan tinggi )

– Karbon dioksida ( korosi asam karbonat pada jalur kondensat )

– Korosi khelate ( EDTA sebagai pengolahan pencegah kerak )

Akibat dari peristiwa korosi adalah penipisan dinding pada permukaan boiler sehingga dapat menyebabkan pipa pecah atau bocor.

2. Kerak

Pengerakan pada sistem boiler :

– Pengendapan hardness feedwater dan mineral lainnya

– Kejenuhan berlebih dari partikel padat terlarut ( TDS ) mengakibatkan tegangan permukaan tinggi dan gelembung sulit pecah

– Kerak boiler yang lazim : CaCO₃, Ca₃ (PO₄)₂, Mg(OH)₂, MgSiO₃, SiO₂, Fe₂(CO₃)₃, FePO₄

3. Endapan

Pembekuan material non mineral pada boiler, umumnya berasal dari:

– Oksida besi sebagai produk korosi

– Materi organic ( kotoran – bio, minyak dan getah ), Boiler bersifat alkalinity jika terkena gliserida maka akan terjadi reaksi penyabunan.

– Partikel padat tersuspensi dari feedwater ( tanah endapan dan pasir )

Dari peristiwa – peristiwa ini mengakibatkan terbentuknya deposit pada pipa superheater, menyebabkan peristiwa overheating dan pecahnya pipa, terbentuknya deposit pada sirip turbin, menyebabkan turunnya effisiensi

B. Air pendingin dan sirkulasi sebagai Cooling tower dan Chiller

Colling tower atau menara pendingin adalah suatu sistem pendinginan dengan prinsip air yang disirkulasikan. Air dipakai sebagai medium pendingin, misalnya pendingin condenser, AC, diesel generator ataupun mesin – mesin lainnya.

Jika air mendinginkan suatu unit mesin maka hal ini akan berakibat air pendingin tersebut akan naik temperaturnya, misalnya air dengan temperature awal ( T1 ) setelah digunakan untuk mendinginkan mesin maka temperaturnya berubah menjadi ( T2 ). Disini fungsi cooling tower adalah untuk mendinginkan kembali T2 menjadi T1 dengan blower / fan dengan bantuan angin. Demikian proses tersebut berulang secara terus menerus.

Sedangkan pada chiller temperature yang dibutuhkan relative lebih rendah dibandingkan penggunaan Colling tower.

Beda antara cooling dan chiller adalah pada sistem yang digunakan. Maksudnya, bila cooling adalah sistem terbuka sedangkan pada chiller adalah sistem tertutup sehingga proses penguapan lebih rendah dibandingkan dengan sistem terbuka.

Sistem air cooling dapat dikategorikan dua tipe dasar, sebagai berikut :

1. Sistem air cooling satu aliran

Sistem air cooling satu arah adalah satu diantara aliran air yang hanya melewati satu kali penukar panas. Dan lalu dibuang kepembuangan atau tempat laindalam proses.

Sistem tipe ini mempergunakan banyak volume air. Tidak ada penguapan dan mineral yang terkandung didalam air masuk dan keluar penukar panas. Sistem air cooling satu arah biasa digunakan pada terminal tenaga besar dalam situasi tertutup dari air laut atau air sungai dimana persediaan air cukup tinggi.

2. Sistem air cooling sirkulasi

Pada sistem sirkulasi terbuka ini, air secara berkesinambungan bersikulasi melewati peralatan yang akan didinginkan dan menyambung secara seri. Transfer panas dari peralatan ke air, dan menyebabkan terjadinya penguapan ke udara. Penguapan menambah konsentrasi dan padatan mineral dalam air dan ini adalah efek kombinasi dari penguapan dan endapan, yang merupakan konstribusi dari banyak masalah dalam pengolahan dengan sistem sirkulasi terbuka.

Pada peristiwa sirkulasi air ini, akan terjadi proses – proses sebagai berikut :

a. Pendinginan air cooling tower adakah atas dasar penguapan ( Evaporasi )

Pada peristiwa fisika dikenal prinsip “ jumlah kalor yang diterima = jumlah kalor yang dilepaskan “. Kalor untuk melakukan pendinginan dari T2 menjadi T1 sama dengan kalor penguapan atau dengan kata lain air tersebut menjadi dingin dikarenakan sebagian dari air tersebut menguap.

Untuk cooling tower, besarnya penguapan dapat dihitung bila diketahui kapasitas pompa sirkulasi ( m³/jam )

b. Pada air Cooling tower terjadi pemekatan Garam.

Dengan adanya penguapan maka lama kelamaan seluruh mineral yang tidak dapat menguap akan berkumpul sehingga terjadi pemekatan. Dengan banyaknya mineral yang terkandung pada air Cooling tower perlu dilakukan proses Bleed Off dan penambahan air make up. Air yang menguap adalah air yang murni bebas dari garam – garam mineral dengan konsentrasi = 0. Pada cooling tower dapat diketahui siklus air pada unit cooling tower adalah dengan cara :

Dengan rumus

Cycle = Tower water chloride

Make up water chloride

Tanpa menggunakan parameter khlorida, siklus dapat diketahui dengan membaca konduktivity, yaitu dengan membandingkan konduktivity air tower dengan konduktivity air make up.

Masalah yang sering timbul dalam pada seluruh sistem air cooling adalah:

– Korosif

Pada pH yang rendah menyebabkan terjadinya korosi pada logam. Begitu juga nitrifying. Penyebab lain adalah dengan adanya bakteri yang dapat menghasilkan asam sulfat. Bakteri yang memiliki kemampuan untuk mengubah hydrogen sulfide menjadi sulfur kemudian mengubah menjadi asam sulfat. Bakteri ini menyerang logam besi, logam lunak dan steiless steel, hidup sebagai anaerobic ( tanpa udara )

– Kerak

Pembentukan kerak diakibatkan oleh kandungan padatan terlarut dan material anorganik yang mencapai limit control.

Metode yang digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan kerak antara lain :

1. Menghambat kerak dengan mengontrol pH

Dalam keadaan asam lemah ( kira – kira pH 6,5 ). Asam sulfat yang paling sering digunakan untuk ini, memiliki dua efek dengan memelihara pH dalam daerah yang benar dan mengubah kalsium karbonat, ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium sulfat. Ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium karbonat dan membiarkan cycle yang tinggi dari konsentrasi dalam sistem.

2. Mengontrol kerak dengan bleed off

Bleed off pada sirkulasi air cooling terbuka sangat penting untuk memastikan bahwa air tidak pekat sebagai perbandingan untuk mengurangi kelarutan dari garam mineral yang kritis. Jika kelarutan ini berkurang kerak akan terbentuk pada penukar panas.

3. Mengontrol kerak dengan bahan kimia penghambat kerak.

Bahan kimia umumnya berasal dari organic polimer, yaitu polyacrilik dan polyacrilik buatan.

– Masalah mikrobiologi

Microorganisme juga mampu membentuk deposit pada sembarangan permukaan. Hampir semua jasad renik ini menjadi kolektor bagi debu dan kotoran lainnya. Hal ini dapat menyebabkan efektivitas kerja cooling tower menjadi terganggu.

– Masalah kontaminasi

Keadaan cooling tower yang terbuka dengan udara bebas memungkinkan organisme renik untuk tumbuh dan berkembang pada sistem, belum lagi kualitas air make up yang digunakan.