29UTILITASPENYEDIAAN STEAM DALAM INDUSTRI KIMIADisusun Oleh:Reisa Novita MarpaungNIM. 21030113120014Ghafa Al RamadhanNIM. 21030113140183Zaidir Syah MaulanaNIM. 21030112120002JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG 2015DAFTAR ISIDAFTAR ISI iiBAB I PENDAHULUANI.1. Latar Belakang1I.2. Rumusan Masalah3I.3.Tujuan3BAB II PERMASALAHAN II.1. Steam4 II.2. Masalah-Masalah pada Boiler5BAB III PEMBAHASAN MASALAHIII.1.Boiler9 III.1.1. Sumber Penyediaan Air Umpan Boiler9 III.1.2. Uap (Steam)10III.2. Proses Kerja Boiler11III.3. Baku Mutu Air Boiler16III.4. Pengendalian Mutu Air Umpan Boiler17III.5. Pemeliharaan Boiler18III.6. Perlakuan Terhadap Kondensat (Condensate Treatment)18III.7. Utilitas Pengguna Steam19III.8. Contoh Soal20BAB IV PENUTUPIV.1.Kesimpulan23IV.2.Saran23 DAFTAR PUSTAKA24BAB IPENDAHULUANI.1.Latar BelakangSteam ditinjau secara molekuler adalah H2O yang mengalami pemanasan hingga titik didihnya sehingga mengalami perubahan fase. Dengan meningkatnya suhu dan air mendekati kondisi didihnya, beberapa molekul mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mencapai kecepatan yang membuatnya sewaktu-waktu lepas dari cairan ke ruang diatas permukaan, sebelum jatuh kembali ke cairan. Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besar dan sejumlah molekul dengan energi cukup untuk meninggalkan cairan jadi meningkat. Dengan mempertimbangkan struktur molekul cairan dan uap, masuk akal bahwa densitas steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu dengan yang lainnya. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisi dengan molekul steam yang kurang padat (UNEP, 2006).Air sangat menguntungkan jika digunakan sebagai media pemanas karena memiliki panas kondensasi yang besar sekali, tidak mudah terbakar, dan tidak beracun. Steam dapat mengakibatkan luka bakar yang parah terutama bila seluruh panas kondensasi dibebaskan di atas kulit. Oleh karena itu, saluran-saluran yang dialiri steam tidak boleh dimanipulasi sebelum saluran dibebaskan dari tekanan dan didinginkan.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. 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.Saturated steam lebih banyak digunakan dalam industri sebagai media pemanas, memasak, pengeringan, dan lain sebagainya. Sedangkan superheated steam hanya digunakan sebagai penggerak turbin. Steam dibuat di pusat pembangkitan steam di dalam ketel uap/steam (ketel radiasi, ketel bakar, ketel listrik) dengan mengunakan bahan bakar batu bara, minyak pemanas, atau listrik. Steam ini dibuat dari air yang telah dihilangkan seluruh garam-garam dan gasnya (air umpan ketel). Di sini terbentuk steam pada temperatur yang sesuai dengan tekaan di dalam ketel. Steam yang terbentuk dipanaskan lebih lanjut oleh gas buang sehingga kehilangan panas pada saat transportasi ke tempat pemakaian tidak segera menyebabkan terjadinya kondensasi.Setelah tekanan tinggi direduksi, misalnya di dalam turbin uap, dan air diinjeksikan ke dalam steam berkalor lebih, steam tersebut kemudian dialirkan ke konsumen melalui saluran-saluran yang terisolasi dengan baik. Di tempat pemakaian, yang dibutuhkan terutama ialah panas kondensasinya. Karena steam tidak dapat disimpan, maka kelebihan steam akan diubah menjadi air panas atau air hangat.Alat pemanas yang mengunakan steam sebagai media pemanas mudah untuk diatur dengan baik. Pemanasan dapat dilakukan dengan mengalirkan steam langsung ke bahan proses yang akan dipanaskan. Temperatur pemanasan maksimal yang dapat dicapai pada peralatan yang menggunakan ventilasi adalah 100 oC. Cara ini hanya dapat digunakan bila air maupun penambahan volume tidak mengganggu sistem. Panggunaan steam dapat dilakukan secara tidak langsung, misalnya dalam alat penukar panas. Temperatur yang dapat dicapai secara teoritis sama dengan temperatur kondensasi steam.Menurut United National Environment 2006, steam memberikan suatu cara pemindahan sejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat, ruang boiler yang otomatis, dimana energi dapat dihasilkan secara efisien dan ekonomis, sampai ke titik penggunaan. Steam yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan transportasi dan penyediaan energi. Untuk beberapa alasan, steam merupakan komoditas yang paling banyak digunakan untuk membawa energi panas. Penggunaannya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari produksi daya mekanis sampai penggunaan proses dan pemanasan ruangan. Alasan dari penggunaan steam adalah: (UNEP, 2006)Steam efisien dan ekonomis untuk dihasilkan Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik penggunaan Steam mudah dikendalikanEnerginya mudah ditransfer ke proses Plant steam yang modern mudah untuk dikendalikan Steam bersifat fleksibel I.2.Rumusan MasalahBagaimana proses pembentukan steam Apa saja faktor faktor yang mempengaruhi kualitas steam Apa saja kegunaan steam dalam industry kimiaBagaimana merancang steam dalam industri kimiaI.3.TujuanMengetahui proses pembetukan steam Mengetahui factor factor yang mempengaruhi kualitas steam Mengetahui kegunaan dan manfaat steam dalam industry kimia Mempelajari proses perancangan steam Mempelajari kegunaan saturated steam dan superheated steam dalam industry kimiaBAB IIPERMASALAHAN2.1 SteamSteam berbahan dasar air (H2O) yang molekulnya tersusun dari hidrogen dan oksigen. Hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan steam ialah suhu dan tekanan dimana pada tekanan atmosfir suhu jenuhnya adalah 100C. Tetapi, jika tekanannya bertambah, maka akan ada penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu tanpa perubahan fase. Oleh karena itu, kenaikan tekanan secara efektif akan meningkatkan entalpi air dan suhu jenuh. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh (Gambar 1).Gambar 2.1. Kurva Steam Jenuh (Sumber: UNEP, 2006)Air dan steam dapat berada secara bersamaan pada berbagai tekanan pada kurva ini, keduanya akan berada pada suhu jenuh. Steam pada kondisi diatas kurva jenuh dikenal dengan superheated steam/ steam lewat jenuh:Suhu diatas suhu jenuh disebut derajat steam lewat jenuh Air pada kondisi dibawah kurva disebut air sub- jenuh. Perubahan fase air menjadi steam ditunjukkan dalam diagram fase berikut ini:Gambar 2.2. Diagram Fase Entalpi Suhu (Sumber: UNEP, 2006) Ketika air dipanaskan dari 0C sampai suhu jenuhnya, kondisinya mengikuti garis cair jenuh sampai menerima seluruh entalpi cairannya, hf, (A - B). Jika panas ditambahkan lebih lanjut, maka akan merubah fase ke steam jenuh dan berlanjut meningkakan entalpi sambil tetap pada suhu jenuhnya, hfg, (B - C). Jika campuran steam/air meningkat kekeringannya, kondisinya bergerak dari garis cair jenuh ke garis uap jenuh. Oleh karena itu pada titik tepat setengah diantara kedua keadaan tersebut, fraksi kekeringan (x) nya sebesar 0,5. Hal yang sama, pada garis uap jenuh steamnya 100 persen kering. Begitu menerima seluruh entalpi penguapannya maka akan mencapai garis uap jenuh. Jika pemanas dilanjutkan setelah titik ini, suhu steam akan mulai naik mencapai lewat jenuh (C - D).Garis-garis cairan jenuh dan uap jenuh menutup wilayah dimana terdapat campuran steam/air steam basah. Dalam daerah sebelah kiri garis cair jenuh, hanya terdapat air, dan pada daerah sebelah kanan garis uap jenuh hanya terdapat steam lewat jenuh. Titik dimana garis cairan jenuh dan uap jenuh bertemu dikenal dengan titik kritis. Jika tekanan naik menuju titik kritis maka entalpi penguapannya berkurang, sampai menjadi nol pada titik kritisnya. Hal ini menunjukkan bahwa air berubah langsung menjadi steam jenuh pada titik kritisnya. Di atas titik kritis hanya gas yang mungkin ada. Keadaan gas merupakan keadaan yang paling terdifusi dimana molekulnya hampir memiliki gerakan yang tidak dibatasi, dan volumnya meningkat tanpa batas ketika tekanannya berkurang. Titik kritis merupakan suhu tertinggi dimana bahan berada dalam bentuk cairan. Pemberian tekanan pada suhu konstan dibawah titik kritis tidak akan mngakibatkan perubahan fase. Walau begitu, pemberian tekanan pada suhu konstan dibawah titik kritis, akan mengakibatkan pencairan uap begitu melintas dari daerah lewat jenuh/superheated ke daerah steam basah. Titik kritis terjadi pada suhu 374,15C dan tekanan steam 221,2 bar. Diatas tekanan ini steam disebut superkritis dan tidak ada titik didih yang dapat diterapkan.2.2 Pembuatan Steam Bertekanan Uap bertekanan tinggi (High Pressure Steam) dengan tekanan 105 kg/cm2Pertama-tama air demin ini berada disebuah tempat bernama Hotwell.Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian dipompakan menuju LP Heater (Low Pressure Heater) yang pungsinya untuk menghangatkan tahap pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump terletak di lantai paling dasar dari pembangkit atau biasa disebut Ground Floor. Selanjutnya air mengalir masuk ke Deaerator.Di dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Bisa pula dikatakan deaerator memiliki pungsi untuk menghilangkan buble/balon yang biasa terdapat pada permukaan air. Agar proses pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP Heater. Letak dearator berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling atas). Sebagai ilustrasi di PLTU Muara Karang unit 4, dearator terletak di lantai 5 dari 7 lantai yang ada.Dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di Ground Floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump/BFP (Pompa air pengisi) dengan pompa centrifugal multistage (12 stage ) menuju Boiler atau tempat memasak air. Bisa dibayangkan Boiler ini seperti drum, tetapi drum berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat dearator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi.Sebelum masuk ke Boiler untuk direbus, lagi-lagi air mengalami beberapa proses pemanasan di HP Heater (High Pressure Heater). Setelah itu barulah air masuk boiler yang letaknya berada dilantai atas.Didalam Boiler inilah terjadi proses memasak air untuk menghasilkan uap. Proses ini memerlukan api yang pada umumnya menggunakan batubara sebagai bahan dasar pembakaran dengan dibantu oleh udara dari FD Fan (Force Draft Fan) dan pelumas yang berasal dari Fuel Oil tank.Bahan bakar dipompakan kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan bakar PLTU bermacam-macam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan gas atau istilahnya dual firing dan batubara.Sedangkan udara diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan mengambil udara luar untuk membantu proses pembakaran di boiler. Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh air heater (pemanas udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.Kembali ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud menjadi uap. Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran hingga 3000 rpm, setitik air sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin menjadi terkikis.Untuk menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap kering ini yang digunakan untuk memutar turbin.Ketika Turbin berhasil berputar berputar maka secara otomastis generator akan berputar, karena antara turbin dan generator berada pada satu poros. Generator inilah yang menghasilkan energi listrik.Pada generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator menghasilkan beda potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah cikal bakal energi listrik.Energi listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan kemudian disalurkan melalui saluran transmisi PLN.Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam kondensor sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan masuk kedalam hotwell (Riana, Rosita dan Efendi, 2011). 2.3 Pengertian BoilerBoiler/ketel uap merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggim(high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrikn(power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri.Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.2.4 Klasifikasi BoilerBoiler/ketel uap pada dasarnya terdiri dari bumbung (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang masing-masing. Ketel uap diklasifikasikan dalam kelas yaitu:Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel diklasifikasikan sebagai:Ketel pipa api (fire tube boiler)Pada ketel pipa api, fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala (hasil pembakaran), yang membawa energi panas (thermal energy), yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surface). Tujuan pipa-pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas (kalor) kepada air ketel.Ketel pipa air (water tube boiler)Pada ketel pipa air, fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, energi panas ditransfer dari luar pipa (yaitu ruang dapur) ke air ketel.Cara kerja:Proses pengapian terjadi diluar pipa. Panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan pipa yang berisi air. Air umpan itu sebelumnya dikondisikan terlebih dahulu melalui ecomonizer. Steam yang dihasilkan kemudian dikumpulkan terlebih dahulu didalam sebuah steam drum sampai sesuai. Setelah melalui tahap secondary superheater dan primary superheater, baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi.Karakteristik:Tingkat efisiensi panas yang dihasilkan cukup tinggi.Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. Sehingga air harus dikondisikan terhadap mineral dan kandungan lain yang larut dalam air.Boiler ini digunakan untuk kebutuhan tekanan steam yang sangat tinggi seperti pada pembangkit tenaga.Menggunakan bahan bakar minyak, dan gas untuk water tube boiler yang dirakit dari pabrik.Menggunakan bahan bakar padat untuk water tube boiler yang tidak dirakit di pabrik. Berdasarkan pemakaiannya, ketel dapat diklasifikasikan sebagai:Ketel stasioner (stationary boiler) atau ketel tetap.Ketel mobil (mobile boiler), ketel pindah atau portabel boiler.Yang termasuk stasioner adalah ketel-ketel yang didudukan diatas pondasi yang tetap, seperti boiler untuk pembangkit tenaga, untuk industri dan lain-lain yang sepertinya.Yang termasuk ketel mobil, adalah ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobile), seperti boiler lokomotif, loko mobil dan ketel panjang serta lain yang sepertinya termasuk ketel kapal (marine boiler).Berdasarkan letak dapur (furnace positition), ketel uap diklasifikasikan sebagai:Ketel dengan pembakaran di dalam (internally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini. Ketel dengan pembakaran di luar (outernally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian luar ketel, kebanyakan ketel pipa air memakai sistem ini.Berdasarkan jumlah lorong (boiler tube), ketel ini diklasifikasikan sebagai:Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler).Ketel dengan lorong ganda (multi tube steam boiler).Pada single tube steam boiler, hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja. Cornish boiler adalah single fire tube boiler dan simple vertikal boiler adalah single water tube steam boiler. Multi fire tube boiler misalnya ketel scotch dan multi water tube boiler misalnya ketel B dan W dan lain-lain.Tergantung kepada poros tutup drum (shell), ketel diklasifikasikan sebagai:Ketel tegak (vertical steam boiler), seperti ketel cochran, ketel clarkson dan lain-lain sepertinya.Ketel mendatar (horizontal steam boiler), seperti ketel cornish, lancashire, scotch dan lain-lain.Menurut bentuk dan letak pipa, ketel uap diklasifikasikan sebagai:Ketel dengan pipa lurus, bengkok, dan berlekak-lekuk (straight, bent and sinous tubuker heating surface). Ketel dengan pipa miring-datar dan miring-tegak (horizontal, inclined or vertical tubuler heating surface).2.5 Masalah-Masalah pada BoilerSuatu boiler atau pembangkit uap yang dioperasikan tanpa kondisi air yang baik, cepat atau lambat akan menimbulkan masalah-masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas dari sistem pembangkit uap. Banyak masalah-masalah yang ditimbulkan akibat dari kurangnya penanganan dan perhatian khusus terhadap penggunaan air umpan boiler. Akibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan boiler akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut:1. Pembentukan KerakTerbentuk 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.2. Peristiwa KorosiKorosi 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 pentinguntuk 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.3. Pembentukan DepositDeposit 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.4. 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. BAB IIIPEMBAHASAN MASALAH3.1 Sumber Penyediaan Air Umpan BoilerAir yang digunakan pada air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Oleh karena itu untuk dapat digunakan sebagai air umpan boiler maka air baku dari sumber air harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu yang bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur atau padatan yang terkandung didalam air baik dalam bentuk tersuspensi, terlarut, ataupun koloid yang dapat menyebabkan terjadinya kerak, korosi dan pembusaan dalam boiler. Disamping itu senyawa organik dapat menyebabkan berbagai masalah dalam operasi boiler. Kualitas air umpan boiler juga dipengaruhi oleh kondisi operasi boiler, dimana semakin tinggi tekanan dan temperature operasi maka semakin murni kualitas air umpan yang diperlukan. Batasan terhadap nilai parameter-parameter penting untuk air umpan boiler, sering ditentukan oleh pihak pembuat alat, atau dapat mengacu pada criteria dari badan-badan International seperti ASME dan ABMA.3. 2. Uap (Steam)Uap air adalah sejenis fluida yang merupakan fase gas dari air, bila mengalami pemanasan sampai temperatur didih dibawah tekanan tertentu. Uap air tidak berwarna, bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering. Uap air dipakai pertama sekali sebagai fluida kerja adalah oleh James Watt yang terkenal sebagai penemu Mesin Uap Torak.Uap air tidak mengikuti hukum-hukum gas sempurna, sampai dia benar-benar kering (kadar uap 100%). Bila uap adi kering dipanaskan lebih lanjut maka dia menjadi uap adi panas (panas lanjut) dan selanjutnya dapat dianggap sebagai gas sempurna.Uap air terbentuk dalam tiga jenis, yaitu:Uap saturasi basah (X < 1) Uap saturasi kering (X = 1) Uap adi panas Sebagaimana kita ketahui bahwa pada pemanasan air dan penguapan berlangsung pada tekanan tetap. Begitu pula pada pemanasan lanjut uap berlangsung pada tekanan tetap. Entropi uap pada tekanan tetap, terdiri dari:Kenaikan entropi air selama pemanasannya dari titik lebur sampai ke titik didih dibawah tekanan tertentu Kenaikan entropi selama peristiwa penguapan Kenaikan entropi selama pemanasan lanjut Diagram entropi-temperatur (diagram T-S) sangat berguna untuk menyelesaikan soal-soal ekspansi secara adiabatis. Absis dari diagram menunjukkan entropi dari fluida (air atau uap), di atas titik air, sedang ordinatnya menyatakan temperatur fluida. Dalam gambar grafik ABCD menggambarkan pemanasan 1 kg air dari titik cair (0OC) sampai suhu adi panas (tsup OC) pada tekanan tetap (constant). Grafik AB menggambarkan pemanasan air sampai temperatur saturasi (tsup OC). Kenaikan entropi : Sw kkal/kgOC diukur sepanjang garis AB(Effendi, 2013). Gambar 3.1. Diagram Suhu-Entropi untuk Air dan Uap (Sumber:Effendi, 2013)3.2. Proses Kerja BoilerMenurut UNEP dalamPedoman Efisiensi Industri Asia, sistem boiler terdiri dari:Sistem air umpan: menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam: mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruha nsistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistembahanbakar: semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Gambar 3.2. Diagram Skematik Ruang Boiler (Sumber: UNEP, 2006)Pada gambar diatas, terdapat beberapa komponen steam boiler seperti:Steam boiler, merupakan alat yang digunakan untuk memberi panas pada fluida (air) Deaerator, merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan uap dengan fluidanya. Expansion tank, merupakan tanki yang berfungsi untuk menampung uap jenuh yang berasal dari kerja deaerator. Circulating pump, pompa yang digunakan untuk mensirkulasi fluida yang berasal dari proses menuju steam boiler. Economizer, alat ini digunakan supaya steam boiler lebih efesien dimana fluida yang akan masuk ke steam boiler akan dipanaskan terlebih dahulu.Air yang disuplaike boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah:Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.Secara umum suatu ketel uap (boiler) dilengkapi dengan peralatan sedikitnya sbb:1. SuperheaterSuperheater adalah suatu alat berbentuk heat exchanger dimana panas dari gas asap (combustion product) digunakan untuk pengeringan uap jenuh kemudian menaikkan temperaturnya. Jalannya penyerapan panas adalah sebagai berikut: gas asap menyerahkan superheater panas dipindahkan secar konveksi, konduksi, selanjutnya dari pipa bagian dalam superheater panas dipindahkan secara konveksi ke uap yang ada dalam pipa tersebut. Bahan yang digunakan untuk pipa coil adalah dari baja carbon (carbon steel) untuk suhu 450C sednag untuk suhu di atas 450C digunakan baja campura (alloy steel). Susunan coil terhadap gas asap ada bermacam-macam:Counter flow (aliran berlawanan) Partikel flow (aliran searah) Combined flow ( gabungan searah) 2. EconomizerEconomizer adalah alat berbentuk heat exchanger yang digunakan untuk menaikkan temperatur feed water boiler (air umpan ketel), sebagai pemanas biasanya dipakai gas asap yang keluar dari superheater. Dengan penggunaan economizer didapat keuntungan:Memanfaatkan gas uap (exhaust gas) yang masih mempunyai kalor Menurunkan atau memperkecil perbedaan temperatur antara feed water dan saturated steam, dengan demikian tegangan (external stress) yang terdapat di dalam ketetl dapat diperkecil sehingga bisa menaikkan efisiensi. Dengan penggunaan economizer selain untuk menaikkan suhu air umpan ketel juga dimaksudkan untuk menurunkan suhu gas sebab gas asap menyalurkan panasnya pada cair dalam economizer, dimana setiap kenaikan 1C feed water selalu diikuti penurunan suhu gas asap sebesar 2-3C.Economizer biasanya terbuat dari susunan pipa-pipa yang membentuk heat excahnger, dan terbuat dari besi tuang (cast iron pipa) ataupun terbuat dari pipa baja (steel tube). Untuk pipa-pipa drai besi tekanan yang diizinkan adalah sampai 22 atm (atmosfer melebihi), sedangkan pada tekanan yang leih besar lagi dipergunakan steel tube economizer. Economizer dari pipa besi banyak dipergunakan pada ketel-ketel pipa api karena tekanan yang dihasilkan rendah. Steel tube yang digunakan sebagai economizer kadang-kadang juga menghasilkan uap. Apabila economizer yang dipergunakan juga berfungsi menghasilkan uap, maka disebut steaming economizer. Pada prakteknya pemanasan feed water dapat dilakukan dengan 2 cara:Pemanasan dengan memanfaatkan gas asap dan alatnya disebut economizer. Pemanasan dengan exhaust steam Uap yang masih mempunyai panas/kalor disalurkan untuk pemanasan lagi. Alat yang digunakan untuk memanasi feed water dengan exhaust steam disebutnfeed water heater. Ada 2 macam feed water heater yaitu:Open type feed water heater (direct contact). Di sini antara feed water dan exhaust steam terjadi pencampuran. Uap yang tak mengembun dikeluarkan melalui pipa pernapasan (vent pipa) yang letaknya di atas.Close type (surface water heater) Di sini antar exhaust steam dan feed water tak ada kontak langsung. Perpindahan panas melalui bidang pemanasan. Close type water heater berbentuk silinder dimana dalam silinder terdapat pipa-pipa berisi feed water.3. Air heaterUdara yang dipergunakan untuk pembakaran sebelum masuk ke dalam ruang bakar terlebih dahulu dilewatkan dengan alat yang namanya air heater atau luvo, dimana tujuannya adalah untuk menaikkan suhu udara pembakaran sehingga dapat menaikkan efisiensi pembakaran. Luvo ini biasanya diletakkan di belakang economizer sehingga sebagai media pemanas di luvo adalah gas asap yang keluar dari economizer luvo berbentuk besi exchanger, yang mana salah satu jenisnya adalah regenerative type air heater.Air heater berbentuk silinder berisi pipa-pipa yang dilengkapi dnegan rotor yang memutar. Gas asap atau flue gas masuk pada salah satu sisi pemasukan berjalan dari bawah ke atas. Tempat pemasukan diikatkan pada stater yang tak ikut berputar. Udara untuk pembakaran dimasukka ke sisi lainnya dari atas ke bawah. Rotor berputar dengan kecepatan yang rendah sekali sehingga memberi kesempatan pada gas asap untuk meyerahkan panasnya pada permukaan pipa-pipa itu, setelah menerima sebagian panas dengan perputaran rotor, maka udara dilewatkan pipa untuk 4. Dapur pembakaran (furnace)Dapur pembakaran adalah suatu ruangan temapat terjadinya proses pembakaran dari bahan bakar. Kedudukan dapur pada ketel upa harus direncanakan sedemikian rupa sehingga panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar di ruang dapur dapat diserap dengan baik oleh air ketel dan kerugian panas harus diusahakan sekecil mungkin. Pada dasarnya dapur pembakaran dibagi 2 jenis:1. Dapur dengan pengapian di atas kisi panggangan (gratifired furnaces). Dapur ini digunakan untuk ketel-ketel yang menggunakan bahan bakar padat, dimana bahan bakar terebut dibakar di atas sejumlah kisi-kisi yang mempunyai celah udara untuk pembakar. Kisi panggangan ini sering disebut rangka bakar.2. Dapur dengan pengapian disemburkan (pulverined fuel furnaces). Digunakan untuk ketel-ketel yang menggunakan bahan bakar: air, gas atau powder (tepung), dimana bahan bakar tersebut disuspensikan dan berbentuk nyala (flame).Berdasarkan cara memasukkan udara dan bahan bakar (system feeding), maka pengumpanan bahan bakar padat dibagi 2 macam:Pengumpanan secara manual (dengan tangan, head fired) Pengumpanan secara mekanis, secara otomatis Sistem pengumpanan secara manual digunakan pada ketel-ketel tekanan rendah atau kapasitas rendah. Hal ini disebabkan terbatasnya kecepatan melempar bahan bakar ke dalam ruang dapur dengan menggunakan tangan biasa. Untuk pengumpanan dengan tangan, biasanya bentuk rangka bakar berupa kisi-kisi yang stasioner. Bentuk kisi panggangan yang stasioner.5. Rangka bakarRangka bakar merupakan suatu rangka dimana alat untuk menyangga bahan bakar dalam ruang bakar dan padanya terdapat lubang-lubang udara primer berkisar antara 20-40%dari luas rangka bakar, dan tergantung pada jenis bahan bakar yang dipergunakan. Perbandingan dengan luas bidang pemanasan biasanya adalah: 1 m2 rangka bakar memanasi 40-60% heating surface. Selain rangka bakar stasioneri yang digunakan pada sistem pengumpanan manual. Masih ada jenis-jenis rangka bakar yang digunakan untuk siste pengumpanan mekanis, yaitu:Rangka bakar datar Rangka bakar tangga Rangka bakar rantai III.3. Baku Mutu Air BoilerBatasan terhadap nilai parameter-parameter penting untuk air umpan boiler, sering ditentukan oleh pihak pembuat alat, atau dapat mengacu pada kriteria dari badan-badan International seperti ASME dan ABMA. Boiler adalah tungku dalam berbagai bentuk dan ukuran yang digunakan untuk menghasilkan uap dengan cara penguapan air untuk dipakai pada pembangkit tenaga listrik lewat turbin, proses kimia, dan pemanasan dalam produksi, dll. Dalam istilah lain biasa disebut ketel uap yaitu alat untuk menghasilkan uap, yang terdiri dari dua bagian utama, yaitu sisi api sebagai penyedia panas dan sisi air sebagai bagian untuk proses penguapan air menjadi uap. Uap kemudian keluar dari boiler untuk digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemanas, turbin, dll.Air yang digunakan pada proses pengolahan dan air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebu ttidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Sumber mata air sungai umumnya sudah mengalami pencemaran oleh aktivitas penduduk dan kegiatan industri, oleh sebab itu perlu dilakukan pemurnian. Air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler. Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler. Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel 3.1:Pada proses penguapan dalam ketel uap, air menjadi uap. Uap yang dihasilkan adalah air murni dalam fasa uap (H2O) dimana ion-ion yang terkandung dalam air boilernya tidak turut menguap. Sebagai akibatnya, konsentrasi ion-ion yang berada dalam fasa cairnya (air boiler) semakin lama akan semakin tinggi dimana apabila hal ini tidak dikendalikan kenaikan konsentrasi ion-ion tersebut akan menuju bilangan tak terhingga, sehingga konsekuensinya pengerakan pada pipa-pipa boiler tidak akan bisa dihindarkan. Pengendalian ion-ion dalam air boiler tersebut pada sistim boiler dilakukan dengan membuang sebagian dari air boiler secara kontinyu dan disebut sebagai blow-down.Tujuan blow-down adalah untuk menjaga agar ion-ion yang ada dalam air boiler tidak melebihi batasan-batasan yang telah ditentukan.Tabel 3.1 Parameter Air Umpan Boiler (SNI 19-1719-1989)ParameterSatuanPengendalian BataspHUnit10,5 11,5Konduktivitasmhos/cm5000 (maksimal)Total DissolvedPpm3500 (maksimal)SolidP-AlkalinitasPpm-M-AlkalinitasPpm800 (maksimal)O-AlkalinitasPpm2,5 x SiO2 (minimum)T, hardnessPpm-SilikaPpm150 (maksimal)BesiPpm2 (maksimal)Residual fosfatPpm20 50Residual sulfitPpm20 50pH kondensatPpm8,0 9,03.4. Pengendalian Mutu Air Umpan BoilerAir umpan boiler memiliki standarbaku mutu tertentu. Namun, sumber air baku untuk umpan boiler belum memenuhi standar yang telah ditentukan. Oleh karena itu, dilakuka npengolahan secara eksternal untuk membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbondioksida). Proses pengolahan eksternal dilakukan melalui beberapa tahapan sebagai berikut:Koagulasi dan Flokulasi Sedimentasi Filtrasi Demineralisasi Softening Deaerasi Gambar 3.3. Diagram Pengolahan Air Umpan Boiler (Sumber: UNEP, 2006)Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tangki pengendapan ataupengendapan dalam clarifiers dengan bantuan koagulan dan flokulan. Penyaring pasirbertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon dioksida dan besi.3.4.1 Koagulasi dan FlokulasiKoagulasi dan flokulasi yaitu proses pemberian bahan-bahan koagulan dan flokulan kedalam air umpan boiler dengan cara penginjeksian. Koagulasi merupakan proses netralisasi muatan sehingga partikel-partikel dapat saling berdekatan satu dengan yang lainnya. Flokulasi merupakan proses penyatuan antar partikel-partikel yang sudah saling berdekatan satu dengan yang lain sehingga partikel-partikel akan saling menarik dan membentuk flok. Untuk menurunkan turbidity pada inlet clarifier diinjeksikan bahan kimia, yaitu :a. Alum Sulfat (Al2(SO4)3 . 18 H2O)Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air. Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan alumunium hidroksida dan asam sulfat. Penambahan alum tergantung pada turbidity dan laju alir air. b. Caustik Soda (NaOH)Berfungsi untuk menetralkan asam akibat reaksi pada proses sebelumnya, konsentrasi caustik soda yang ditambahkan bergantung pada keasaman larutan. PH diharapkan antara 6 8.Klorin (Cl2) Penambahan klorin ini bertujuan untuk mematikan mikroorganisme dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding clarifier yang dapat mengganggu proses selanjutnya.Coagulant Aid (Polymer) Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena penambahan bahan ini akan mengikat partikel-partikel yang menggumpal sebelumnya menjadi gumpalan yang lebih besar (flok) sehingga lebih mudah dan cepat mengendap.3.4.2 SedimentasiTujuan sedimentasi adalah memberikan kesempatan kepada partikel-partikel besar untuk mengendap dan partikel yang lebih halus akan membutuhkan waktu endap yang lebih lama.2.4.3 FiltrasiPengolahan dengan cara filtrasi dapat dilakukan dengan cara penyaringan zat padat tersuspensi didalam air sebelum air diisikan kedalam boiler. Efisiensi saringan paling baik bila unit beroperasi pada kecepatan aliran terkecil, padatan akan melalui media membawa padatan bersamanya. Demikian pada tekanan yang tinggi dapat memecahkan media akan keluar pada saat dilakukan backwash. 2.4.4 DemineralisasiDemineralisasi berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat, chloride (klorida) dan karbonat dengan menggunakan resin. Diagram Alir proses seperti gambar dibawah ini:Gambar 2.4 Diagram Alir Demineralizera. Cation TowerProses ini bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur logam yang berupa ion-ion positif yang terdapat dalam air dengan menggunakan resin kation R-SO3H (type Dowex Upcore Mono A-500). Proses ini dilakukan dengan melewatkan air melalui bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-logam tersebut oleh resin. Resin R-SO3H ini bersifat asam kuat, karena itu disebut asam kuat cation exchanger resin.Proses ini menghasilkan asam seperti asam seperti HCl, H2SO4 dan asam-asam lain. Keasaman berkisar antara Ph 2,8 3,5. untuk memperoleh resin aktif kembali, dilakukan regenerasi dengan menambahkan H2SO4 pada resin tersebut.Degasifier Dari cation tower air dilewatkan ke degasifier yang berfungsi untuk menghilangkan gas CO2 yang terbentuk dari asam karbonat pada proses sebelumnya. Proses di degasifier ini berlangsung pada tekanan vakum 740 mmHg dengan menggunakan steam ejektor, di dalam tangki ini terdapat netting ring sebagai media untuk memperluas bidang kontak sehingga air yang masuk terlebih dahulu diinjeksikan dengan steam.. Sedangkan keluaran steam ejektor dikondensasikan dengan menginjeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam seal pot sebagai umpan recovery tank, maka CO2 akan terlepas sebagai fraksi ringan dan air akan turun ke bawah sebagai fraksi berat.Anion Tower Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam kandungan air yang keluar dari degasifier. Resin pada anion exchanger adalah R = NOH (Tipe Dowex Upcore Mono C-600).Reaksi ini menghasilkan H2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral. Selanjutnya air outlet anion tower masuk ke mix bed polisher dari bagian atas. Air keluar tangki ini memiliki pH = 7,5 8,5. Untuk memperoleh resin aktif kembali, dilakukan regenerasi dengan menambahkan NaOH pada resin tersebut.Mix Bed PolisherBerfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah bersih dari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher digunakan dua macam resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai senyawa silicaAir yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke polish water tank dan digunakan untuk air umpan boiler. Air yang keluar dari mix bed polisher ini memiliki pH antara 6 7. ( Anonymous. 1994 )2.4.5 DeaerasiDalam de-aerasi, gas terlarut, seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gas terlarut dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistim boiler, karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3).Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan gas lain yang tidak dapat terembunkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam menurunkan umur peralatan dan pemipaan. Asam ini juga melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas.3.5. Pemeliharaan BoilerBoiler yang berperan dalam proses pengubahan air menjadi uap memerlukan perlakuan dan perawatan khusus. Masalah yang timbul pada boiler umumnya disebabkan oleh perlakuan air umpan boiler yang tidak memenuhi persyaratan. Untuk perawatan dan pemeliharaan boiler dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:Proses Commisioning awal Operasi pada keadaan normal dan emergency (darurat) Pengawasan dan perawatan Ruangan ketel III.6. Perlakuan Terhadap Kondensat (Condensate Treatment)Perlakuan terhadap kondensat mencakup pengendalian korosi di system kondensat dan perbaikan mutu kondensat (condensate polishing). Sekalipun kondensat yang diumpankan kembali relatif murni, tetapi mungkin masih mengandung impurities dari hasil proses korosi, dan erosi, baik yang larut maupun yang tidak larut. Impurities tersebut dapat berupa mineral-mineral, kesadahan dan minyak. Condensate polishing dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah impurities tersebut agar dapat mencegah pembentukan kerak pada ketel dan turbin, dan meminimumkan pengaruh korosif. Tahap perbaikan kondensat merupakan kombinasi dari tahap filtrasi dan pertukaran ion. Sistem pertama yang dipakai adalah sistem filtrasi dan pertukaran ion secara terpisah. Filtrasi digunakan untuk menyaring pengotor tersuspensi dan minyak.Tahap filtrasi saja sudah cukup memadai jika dipakai untuk menyaring impurities pada saat start-up dan operasi normal. Tetapi jika terjadi kebocoran pada pipa kondensat dan padatan terlarut banyak memasuki kondensat, tahap filtrasi saja tidak cukup dan dibutuhkan sistem demineralisasi (mix-bed demineralizer) untuk operasi perbaikan. Alternatif lain yang dapat dipakai adalah penggunaan tahap filtrasi dan demineralisasi dalam satu alatIII.7. Utilitas Pengguna SteamHampir semua industri kimia mendapatkan manfaat dari penggunaan steam baik sebagai media penukar panas, pemanas, atau bahkan sebagai media penggerak turbin pembangkit listrik. Berikut beberapa utilitas yang umum dijumpai dalam industri kimia dan menggunakan steam:Boiler Boiler merupakan alat pembuat steam yang umum dijumpai dalam industri kimia, yang berfungsi untuk menyuplai steam menuju alat penukar panas, evaporator, dan reaktor. Boiler terdiri dari tiga sistem, yaitu: sistem air umpan, berfungsi untuk mengontrol air yang disuplai ke dalam boiler untuk diubah menjadi steam. Sistem steam, berfungsi untuk mengontrol produksi steam dalam boiler yang bekerja dengan cara mengalirkan steam melalui sistem perpipaan ke titik pengguna. Sistem bahan bakar, berfungsi untuk menyediakan bahan bakar yang berfungsi sebagai energi penghasil panas yang dibutuhkan oleh boiler.Heat Exchanger Prinsip kerja pada alat penukar panas adalah terdapat dua fluida dengan suhu yang berbeda, dialirkan melalui shell dan tube sehingga pada kedua fluida tersebut terjadi perpindahan panas secara tidak langsung. Adapun steam yang digunakan pada alat penukar panas umumnya berjenis saturated steam, meskipun tidak jarang dijumpai heat exchanger dengan pemanas berupa superheated steam.Evaporator Evaporator merupakan alat yang berfungsi untuk memisahkan solvent dari larutan solute berdasarkan perbedaan titik didih yang dimiliki keduanya, untuk menghasilkan produk yang lebih pekat. Untuk proses pemisahan solvent darilarutan solute, maka dibutuhkan panas (kalor) yang umumnya didapat dari boiler atau furnace.Terdapat beberapa komponen dasar dari sebuah evaporator, yaitu: heat exchanger, yang berfungsi untuk menukar panas dari medium pemanas (steam) ke produk secara tidak langsung. Vacuum, berfungsi untuk menjaga produk tetap pada suhu rendah yang berfungsi untuk mencegah kerusakan kandungan-kandungan dalam produk. Vapour separator, berfungsi untuk mengembalikan padatan dan uap air ke condenser. Condenser, berfungsi untuk mengubah uap air menjadi air dalam fasa liquid dalam heat exchanger.III.8. Contoh SoalTentukan efisiensi dari siklus rankine pada siklus uap dengan tekanan kondensor 10 Kpa. Tekanan uap keluar boiler ialah 2 Mpa. Uap keluar dari boiler sebagai uap jenuh.Kondisi 1.Pada kondisi ini, fluida kerja diasumsikan sebagai kondisi cair jenuh. Karenanya kita dapat mengetahui sifat termodinamika pada kondisi 1.P1 = 10 Kpa (parameter diketahui dari soal)v1 = 0,00101 m3/kg (Kondisi uap jenuh ; tabel tekanan) h1 = 191,8 Kj/Kg (Kondisi uap jenuh ; tabel tekanan) Kondisi 2.Dalam kondisi ini, tekanan kerja dari fluida kerja telah meningkat dan fluida kerja mengalami perubahan fasa dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair. Hal ini dapat dilakukan dengan memompa fluida kerja sebelum fluida tersebut masuk ke boiler. Dikarenakan fluida kerja tidak dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamik dari fluida kerja.P2 = 2 Mpa (Parameter diketahui dari soal)v1 = v2 = 0,00101 m3/kg (Karena pada kondisi ini fluida kerja memiliki volume spesifik yang tidak berubah dari kondisi cair jenuh menjadi kondisi cair).Enthalpi dari fluida kerja tidak dapat langsung diperoleh dari tabel uap jenuh. Kita dapat memperoleh entalphy dengan menggunakan bantuan hukum I thermodinamika untuk proses pemompaan. Kerja pompa dinyatakan dengan :Wp = v (P2-P1) Wp = h2 + h1= 0,00101 (2000 10) h2 = Wp + h1= 2,0 Kj/Kg =2,0 + 191,8= 193,8 Kj/Kg Kondisi 3.Pada kondisi ini, fluida kerja telah dipanaskan dalam ketel hingga mencapai kondisi uap jenuh. Karena uap berada dalam kondisi jenuh, maka kita dapat mengetahui sifat termodinamik dari fluida kerja dalam tabel termodinamika untuk sifat uap.P3 = 2 Mpa (Parameter diketahui dari soal)s3 = 6,3409 Kj/KgOK (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air) h3 = 2799,5 Kj/Kg (kondisi uap jenuh ; didapat dari tabel uap air)Perlu diketahui, bahwa penting untuk memperoleh harga entropy dari fluida kerja pada kondisi ini. Hal ini dikarenakan jika kita memperhatikan ke proses selanjutnya, fluida kerja tersebut akan diekspansikan ke turbine dan akan berubah sifat dari uap jenuh menjadi uap campuran (uap dan cairan). Sehingga kita tidak dapat mengetahui sifat termodinamika dari fluida kerja dalam tabel uap. Kita juga akan memerlukan harga dari kualitas (fraksi). Kita dapat memperoleh kualitas dari fluida kerja pada kondisi 4 dengan menentukan besarnya entropi terlebih dahulu. Proses yang terjadi pada turbin ialah proses ekspansi adiabatik reversible, sehingga entropy dari kondisi 4 sama dengan entropi fluida kerja pada kondisi 3.Kondisi 4.P4 = 10 Kpa (Parameter diketahui dari soal; tekanan kondensor)s4 =s3 = 6,3409 Kj/KgOK (Ekspansi Adiabatik reversible di turbin) sf4 = 0, 6493 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air)sfg4 = 7, 5009 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) hf4 = 191, 8 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) hfg4 = 2392.8 Kj/KgOK (Kondisi Uap Jenuh : didapat dari tabel uap air) Kualitas uap pada kondisi 4 dapat dihitung menurut persamaan berikut : s4 = sf4 + x sfg46,3409 = 0, 6493 + x (7, 5009) x = 0,7588Enthalpi dari uap pada kondisi 4 dapat dihitung dengan persamaan berikut :h4 = hf4 + x hfg4h4 = 191, 8 + (0,7588)(2392,8) = 2007,5 Kj/Kg Panas yang dipindahkan oleh boiler sebesar : qi = h3 - h2= 2799,5 193,8 = 2605,7 Kj/Kg Panas yang diserap oleh Kondensor sebesar : qo = h4 - h1 = 2007,5 191,8 = 1815,7 Kj/Kg Kerja turbine sebesar : wt = h3 - h4= 2799,5 2007,5 = 792 Kj/Kg BAB IVPENUTUPIV.1. KesimpulanBoiler merupakan bejana tertutup di mana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air proses atau steam. Media yang digunakan adalah air untuk mengalirkan panas ke suatu proses karena murah. Faktor yang mendasari pemilihan jenis boiler adalah sebagai berikut, kapasitas yang digunakan, kondisi uap yang dibutuhkan, bahan bakar yang dibutuhkan, dan konstruksi yang sederhana. Uap air adalah sejenis fluida yang merupakan fase gas dari air, bila mengalami pemanasan sampai temperatur didih dibawah tekanan tertentu. Uap air tidak berwarna, bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan murni kering. Batasan terhadap nilai-nilai parameter air umpan boiler mengacu dari kriteria dari badan-badan Internasional seperti ASME dan ABMA. Untuk memenuhi baku mutu air umpan boiler maka harus ada pengendaliaannya, maka dilakukan pengolahan secara external yang meliputi diantaranya adalah, koagulasi dan flokulasi; sedimentasi; filtrasi; demineralisasi; softening; dan deaerasi. Berbagai permasalahan dapat terjadi pada boiler yang disebabkan oleh perlakuan air umpan boiler yang tidak memenuhi persyaratan, untuk pemeliharaannya dapat dilakukan dengan proses commisioning awal; operasi pada keadaan normal dan emergency; pengawasan dan perawatan; dan ruangan ketel. IV.2. SaranPerlunya beberapa pertimbangan dalam pemilihan boiler. Selain diadakan pengolahan eksternal, untuk menjaga agar boiler tidak cepat rusak, serta tidak terbentuk fouling, scaling, dan sebagainya, maka diperlukan pengolahan lebih lanjut; pengolahan internal. Pada umumnya, diperlukan pembersihan secara rutin pada alat penukar panas untuk mengoptimalkan proses perpindahan panas yang terjadi. DAFTAR PUSTAKAEffendi, Dwi Ardiyanto. 2013. Rancang Bangun Boiler untuk Proses Pemanasan Sistem Uap pada Industri Tahu dengan Menggunakan Catia V-5. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.Saputra, Hendra, dkk. 2012. Studi Teknis dan Ekonomis Perubahan Steam Boiler Menjadi Thermal Oil Boiler Sebagai Pemanas Hfo Pada Kapal MV Amazon. ITS. Department of Marine Engineering, Faculty of marine Technology.United Nations Environment Programme (UNEP). 2006. Cleaner Production Energy Efficiency Manual Guidelines for the integration of Cleaner Production and Energy Efficiency. (distribusi steam dan penggunaanya) www.uneptie.org. Wall, John, et. Al. 2009. Saturated steam vs superheated steam. www.systhermique.com. Diakses pada tanggal 16 mei 2015.