Air Dan Fungsinya Sebagai Sistem Pendingin Pada Industri

Mengapa Air digunakan dalam system pendingin?

Fungsi air digunakan untuk pendingin pada Heat Exchanger, karena air adalah molekul unik dengan sifat dasar yang membuatnya ideal untuk aplikasi air pendingin. Misalnya, aman, mudah ditangani, banyak tersedia, dan murah. Jumlahnya yang banyak dan dapat dijumpai di sebagian besar kawasan industri di dunia. Air merupakan media perpindahan panas yang lebih efisien daripada bahan lainnya, terutama dibanding udara.

Air sering disebut sebagai pelarut universal, Air bisa melarutkan banyak zat, termasuk gas seperti oksigen dan karbon dioksida. Zat terlarut ini dapat menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan untuk aplikasi industri. Akibatnya, air dapat menyebabkan korosi logam yang digunakan dalam sistem pendingin. Air merupakan komponen penting dalam sistem pendingin, ion terlarut di dalamnya dapat melebihi kelarutan beberapa mineral dan skala bentuk. Kandungan oksigen dan senyawa terlarut lainnya dalam air juga bisa mendorong pertumbuhan bakteri yang bisa merusak permukaan sistem. Masalah ini memerlukan perawatan dan pengendalian yang tepat untuk menjaga sistem air pendingin sesuai dengan yang diinginkan.

Peran air yang sangat penting dalam sistem air pendingin merupakan bagian integral dari proses operasi di banyak industri. Untuk produktivitas yang berkelanjutan, maka sistem ini memerlukan perawatan kimia dan perawatan preventif yang tepat. pada air (kontrol air secara berkala).

Mengapa Pencegahan dan Pengendalian Penting karena pada Operasi sistem pendingin 

secara langsung dapat mempengaruhi keandalan, efisiensi, dan biaya setiap proses industri, 

kelembagaan, atau kekuatan. Pemantauan dan pemeliharaan pengendalian korosi, pengendapan,

 pertumbuhan mikroba, dan operasi sistem, memberikan Total Cost of Operation (TCO) 

optimal. 

Pemantauan merupakan bagian integral dari program pengolahan air industri. Ini digunakan untuk menentukan efektivitas pengobatan dan untuk menetapkan tingkat pengobatan optimal yang paling hemat biaya, sehubungan dengan penggunaan energi, air dan kimia.

Tujuan pemantauan korosi adalah untuk menilai atau memprediksi perilaku korosi pada sistem. Pada dasarnya, ada dua tujuan untuk pemantauan:

1. Mendapatkan informasi mengenai kondisi peralatan operasional

2. Untuk menghubungkan informasi ini dengan variabel operasi (yaitu pH, suhu, kualitas air, perlakuan kimia).

Memenuhi tujuan ini akan memberikan hasil sebagai berikut:

• Meningkatnya umur dari pabrik

• Peningkatan kualitas produk pabrik

• Prediksi kebutuhan perawatan di pabrik

• Mengurangi biaya operasi pabrik

Apa yang Terlibat dalam Proses Pendinginan? Pendinginan melibatkan transfer panas dari satu zat ke zat lainnya. Zat yang kehilangan panas dikatakan didinginkan, dan zat yang menerima panas disebut sebagai pendingin. Semua sistem pendingin mengandalkan proses memberi dan menerima panas, dengan air menjadi pendingin yang paling populer.

Mengapa Air Digunakan untuk Pendingin? Beberapa faktor membuat air menjadi pendingin yang sangat baik:

• Biasanya banyak, mudah didapat, dan murah

• Mudah ditangani dan aman digunakan

• Dapat membawa sejumlah besar panas per satuan volume, terutama dibandingkan dengan udara

• Tidak meluas atau terkompres secara signifikan dalam rentang suhu yang biasanya dijumpai

• Tidak membusuk

Sumber Air Pendingin utama adalah Air tawar. Air tawar ini bisa berupa air permukaan (sungai, danau, waduk)

 atau air tanah (dangkal atau perairan dalam). Secara umum, persediaan air tanah lebih konsisten dalam komposisi,

suhu, dan mengandung lebih sedikit bahan yang tersuspensi daripada persediaan air permukaan, yang secara 

langsung dipengaruhi oleh curah hujan, erosi, dan kondisi lingkungan lainnya. 

Sumber air tanah sering mengandung zat besi atau mangan terlarut yang dapat menyebabkan fouling pada 

sistem pendingin jika tidak dikeluarkan. Ini jauh lebih jarang terjadi pada air permukaan.

Sedangkan air laut dan air limbah jarang digunakan untuk sistem pendingin, karena pertimbangan lingkungan, 

biaya air, dan ketersediaan air. Namun di beberapa tempat, untuk menyiram tanaman sekarang menggunakan 

air limbah. Pengolahan air limbah sebagai sumber air pendingin perlu memperhatikan disain dan perawatan 

sistem pendingin sehingga kinerja sistem pendingin tsb handal dan mempunyai umur yang panjang.

Mengapa Properti Kimia Air Penting dalam Sistem Air Pendingin Sifat kimia air utama ini memiliki dampak langsung pada empat masalah utama sistem air pendingin; 

1.     korosi,

2.     scale, 

3.     fouling, dan 

4.     kontaminasi mikroba. 

Sifat ini juga mempengaruhi program perawatan yang dirancang untuk mengendalikan masalah. Ada beberapa program pengolahan air pendingin ; Seperti :

·         Konduktivitas - Program pengolahan air pendingin akan berfungsi dalam kisaran konduktivitas tertentu. Rentang ini akan tergantung pada desain, karakteristik, dan jenis program air pendingin tertentu.

·         pH - Pengendalian pH sangat penting untuk sebagian besar program pengolahan air pendingin. Secara umum, tingkat korosi logam meningkat bila pH di bawah rentang yang direkomendasikan. Pembentukan scale mungkin dimulai atau meningkat bila pH di atas kisaran yang disarankan. Efektivitas banyak bioside bergantung pada pH; Oleh karena itu, pH tinggi atau rendah memungkinkan pertumbuhan dan perkembangan masalah mikroba.

·         Alkalinitas - Alkalinitas dan pH terkait karena kenaikan pH menunjukkan peningkatan alkalinitas dan sebaliknya. Seperti pH, alkalinitas di bawah kisaran yang disarankan akan meningkatkan kemungkinan korosi; alkalinitas di atas rentang yang disarankan meningkatkan peluang pembentukan skala. Bila ada masalah korosi dan skala, pengotoran juga akan menjadi masalah.

·         Kekerasan - Tingkat kekerasan biasanya dikaitkan dengan kecenderungan air pendingin untuk membentuk skala. Program kimia yang dirancang untuk mencegah skala hanya dapat berfungsi bila tingkat kekerasan tetap berada dalam kisaran yang ditentukan. Beberapa program pengendalian korosi memerlukan tingkat kekerasan tertentu agar berfungsi dengan benar sebagai inhibitor korosi, jadi penting untuk memastikan tingkat kekerasan tidak terlalu rendah dalam program ini.

Jenis dan sistem Pendingin Air

Jenis dan Sistem Pendingin Air Sebenarnya hanya ada tiga desain dasar:

1. Membuka sistem sirkulasi 

2. Sistem sekali-sekali

3. Sistem sirkulasi tertutup

Bagaimana Tiga Sistem ini Berbeda? 

Sistem resirkulasi terbuka adalah desain pendinginan industri yang paling banyak digunakan.

Sistem ini terdiri dari pompa, penukar panas, dan menara pendingin. Pompa menjaga sirkulasi 

air melalui alat penukar panas. Ini mengambil panas dan memindahkannya ke kaleng pendingin

dimana panas dilepaskan dari air melalui penguapan. Karena penguapan, air dalam sistem sirkulasi 

terbuka mengalami perubahan dalam kimia dasarnya. Padatan terlarut dan tersuspensi di 

dalam air menjadi lebih terkonsentrasi.

Dalam sistem sekali-melalui, air pendingin hanya melewati peralatan pertukaran panas satu kali. 

Kandungan mineral air pendingin tetap tidak berubah saat melewati sistem. Karena volume air 

pendingin yang besar digunakan, sistem ini jarang digunakan daripada sistem sirkulasi. Variasi 

suhu musiman air yang masuk bisa menimbulkan masalah operasional. 

Pencemaran suhu danau dan sungai oleh pelepasan sistem adalah masalah lingkungan.

Sistem sirkulasi tertutup menggunakan air pendingin yang sama berulang kali dalam siklus 

kontinyu. Pertama, air menyerap panas dari cairan proses, dan kemudian melepaskannya ke 

penukar panas lainnya. Dalam sistem ini, menara pendingin evaporatif tidak disertakan. 

Sering digunakan untuk aplikasi pendinginan kritis atau bila suhu air di bawah ambien diperlukan, 

seperti pada sistem air dingin.

Dalam sistem sirkulasi terbuka, lebih banyak bahan kimia harus ada karena komposisi air berubah secara signifikan melalui penguapan. Konstituen korosif dan penskalaan terkonsentrasi. Namun, bahan kimia perawatan juga berkonsentrasi dengan penguapan; Oleh karena itu, setelah dosis awal, hanya dosis sedang yang akan mempertahankan tingkat perawatan yang lebih tinggi yang diperlukan untuk sistem ini.

Dalam sistem sekali pakai, proteksi dapat diperoleh dengan jumlah bagian per juta perawatan yang relatif sedikit, karena air tidak berubah secara signifikan dalam komposisi saat melewati peralatan. Pengobatan bisa jadi menantang karena dosis pengobatan yang kecil pun bisa jadi sejumlah besar bahan kimia karena banyaknya volume air yang digunakan.

Dalam sistem sirkulasi tertutup, komposisi air tetap konstan. Idealnya, sangat sedikit kehilangan air atau bahan kimia perawatan. Air yang dilembutkan atau didemineralisasi dan dosis pengobatan tinggi dapat digunakan tanpa dampak biaya yang signifikan, karena sistem ideal diisi sekali dan air minimal hilang dari sistem.

Masalah di Air Pendingin

Empat masalah berikut biasanya terkait dengan sistem air pendingin : 

1. KOROSI, Pembuatan logam biasa yang digunakan dalam sistem pendingin, seperti baja ringan, melibatkan pembuangan oksigen dari bijih alami. Sistem air pendingin adalah lingkungan ideal untuk mengembalikan logam ke keadaan oksida asli. Proses pembalikan ini disebut korosi.

2. SCALE, Mineral seperti kalsium karbonat, kalsium fosfat, dan magnesium silikat relatif tidak larut dalam air dan dapat mengendap keluar dari air untuk membentuk timbunan timbangan saat terkena kondisi yang biasa ditemukan pada sistem air pendingin.

3. FOULING, Endapan bahan tersuspensi pada peralatan pertukaran panas disebut fouling. Foulants bisa berasal dari sumber luar seperti debu di sekitar menara pendingin atau sumber internal seperti produk sampingan dari korosi.

4. KONTAMINASI BIOLOGI, Sistem air pendingin menyediakan lingkungan ideal untuk organisme mikroba untuk tumbuh, berkembang biak, dan menyebabkan masalah deposit pada peralatan pertukaran panas. Pertumbuhan mikroba sangat kuat mempengaruhi korosi, fouling, dan pembentukan skala, jika tidak terkontrol dengan baik.

Macrofouling dapat terjadi dalam sistem pendingin sekali atau melalui melalui air melalui air danau dan sungai. Berbagai jenis kerang, kerang, dan organisme laut lainnya dapat menempel pada perpipaan, mengurangi aliran air dan meningkatkan korosi.

Scale deposit dan produk korosi pada permukaan tabung :

• Mengurangi efisiensi perpindahan panas, meningkatkan biaya energi, dan mengurangi umur peralatan.

• Kemungkinan pengurangan hasil produk atau bahkan penutupan pabrik

• Masalah kualitas produk dan peningkatan pengerjaan ulang produk

• Masalah kepatuhan lingkungan

• Meningkatnya emisi gas rumah kaca akibat penggunaan energi yang lebih tinggi

Pemilihan sistem dan metodologi pengendalian sistem yang tepat sangat penting untuk memaksimalkan nilai sistem pendingin pada pengoperasian fasilitas apapun. Manajemen sistem yang tepat untuk mengendalikan tekanan sistem pendingin akan mengoptimalkan TCO.

Solusi Di Air Pendingin

Apa Efek dari Masalah Ini? Jika tidak dikendalikan dengan baik, masalah ini bisa berdampak langsung dan negatif terhadap keseluruhan keseluruhan proses atau operasi. Contoh masalah yang dapat menyebabkan korosi, deposisi, dan biakan biologis adalah sebagai berikut:

• Meningkatnya biaya perawatan

• Biaya perbaikan atau penggantian peralatan

• Lebih sering shutdown untuk pembersihan dan penggantian komponen sistem

• Mengurangi efisiensi perpindahan panas dan karena itu mengurangi efisiensi energi dari proses yang didinginkan

• Meningkatnya biaya bahan bakar untuk pembangkit listrik

• Meningkatnya konsumsi energi oleh pendingin pendingin

Sumber : Nalco

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊

KOMPRESOR SENTRIFUGAL

KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Merupakan suatu kompresor dimana kecepatan dan tekanan diberikan kepada udara dengan arah radial terhadap shaft vane atau impeler oleh satu atau banyak kombinasi antara impeler dan difuser. Kompresor sentrifiigal meningkatkan energi fluida dengan meningkatkan kecepatan tangensial gas. Prinsip kerja kompresor sentrifugal sangat mirip dengan prinsip operasi pompa sentrifugal. fluida memasuki kompresor melalui nozzle inlet yang proporsional sehingga gas memasuki impeller dengan minimal shock atau turbulensi. Impeller, yang terdiri dari hub dan blade, dipasang pada poros berputar.

Adapun keuntungan dan kerugian penggunaan Kompresor Sentrifugal dapat dilihat pada tabel berikut

Advantages	Disadvantage
Highly efficiency approaching two stages reciprocating compressor	High initial cost
Can reach pressure up to 1200 psi	Complicated monitoring and control systems
Designed to give lubricant free air	High rational speed require special bearings and sophisticated vibration and clearance monitoring
Does not require special foundations	Specialized maintenance consideration

Kompresor sentrifugal memiliki konfigurasi yang berbeda-bedaberdasarkan aplikasinya dan dapat dipilih berdasarkan kebutuhan, berikut adalah  dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1.     Compressors with Horizontally-split Casings

Horizontally-split casings yang terdiri dari setengah casing yang menyatu di tengah secara horizontal digunakan untuk tekanan operasi di bawah60 bar. Horizontally-split casing compressors dapat diidentifikasi lebih lanjut sesuai dengan jumlah tahapannya

2.   Compressors with Vertical-split Casings

Vertical Split Casing dibentuk oleh sebuah silinder yang ditutup oleh dua penutup di bagian ujungnya seperti “barrel”. Kompresor inisecara umum merupakan kompresor jenis multistage yang digunakan untuk kondisi tekanan tinggi (up to 700 kg / cm 2). Dibagian dalam casing, rotor dan diafragma pada dasarnya sama seperti horizontal split casing.

3.     Compressor with Bell Casings

Kompresor dengan Bell Casing juga merupakan kompresor berjenis barel untuk tekanan tinggi yang memiliki casing berbentuk lonceng dan ditutup/dikunci dengan shear ring.

4.     Pipeline Compressors

Berbentuk seperti lonceng dengan penutup vertikal tunggal. Tipe ini umumnya digunakan untuk transportasi gas alam.

5.   SR Compressors

Kompresor ini cocok untuk tekanan rendah. Mereka memiliki fitur beberapa shaft dengan overhung impellers

Prinsip Kerja Kompresor

Secara garis besar prinsip kerja pada kompresor gas, khususnya kompresor berjenis single stage dapat dijabarkan sebagai berikut :

1.     Fluida yang diangkut masuk ke dalam kompresor dan mengalir melalui Saluran Impeller (Inlet).

2.     Impeller terbuat dari dua buah pelat yang dipisahkan oleh rangkaian sudu. Pada saat impeller berputar, sudu akan mendorong udara didalam impeller untuk bergerak.Karena tidak ada gaya sentrifugal yang bekerja, putaran akan mendorong fluida untuk terlempar keluar dari titik pusat impeller. Kecenderungan udara atau gas untuk bergerak keluar dari pusat impeller merupakan kecenderungan dari gaya sentrifugal.

3.     Pada saat impeller berputar, ia akan menggerakkan gas menuju bagian terluar dari impeller melalui celah pada blade atau Refrigerant Passagesdan mengakibatkan kecepatan gas tersebut bertambah. Bertambahnya kecepatan untuk menjauhi titik pusat impeller akan menciptakan daerah yang bertekanan rendah pada pusat impeller tersebut, dan pada akhirnya akan menyebabkan lebih banyak gas memasuki impeller. Impeller melakukan kerja terhadap gas. Kerja akan dikonversikan kedalam energi yang gas akan dapatkan dalam bentuk tekanan dan kecepatan.

4.     Pada saat meninggalkan impeller, gas akan diarahkan melalui jalur yang disebut Diffuser. Radius/jari-jari diffuser lebih besar daripada radius impeller dimana pola aliran gas yang melalui diffuser akan berbentuk spiral yang besar.Karena pola aliran menjadi lebih besar dan tidak ada pengaruh langsung yang dilakukan oleh sudu impeller, kecepatan gas akan berkurang sementara tekanan gas menjadi bertambah.

5.     Gas yang telah melewati diffuser selanjutnya akan memasuki Volute. Didalam volute, pengkonversian kecepatan menjadi tekanan terus berlanjut.

Komponen Kompresor

Terdapat banyak jenis Kompresor Sentrifugal yang bisa dikelompokan berdasarkan konfigurasi dan aplikasinya, hal ini akan membuat komponen yang terdapat dalam satu kompresor dan kompresor lainnya akan memiliki perbedaan. Bila ditelaah berdasarkan prinsip kerja kompresor secara umum (poin 2.6.1) maka komponen utama pada kompresor sentrifugal adalah sebagai berikut:

1.     Saluran Impeller (inlet)

Saluran dimana fluida masuk ke dalam kompresor dan menuju ke impeller.

2.     Impeller

Komponen pada kompresor sentrifugal yang berfungsi untuk meningkatkan energi fluida dengan meningkatkan kecepatan tangensial gas.

3.     Refrigerant Passages

Passages atau jalur fluida yang bebentuk sudu dan blade pada impeller menjadi jalur fluida gas untuk bergerak ke komponen selanjutnya yaitu difusser.

4.     Diffuser

Diffuser merupakan saluran fluida yang berfungsi merubah pola aliran menjadi lebih besar, sehingga menyebabkan kecepatan gas berkurang dan tekanan gas bertambah.

5.     Volute

Pada bagian volute yang merupakan saluran lanjutan dari diffuser proses pengkonversian kecepatan menjadi tekanan terus berlanjut hingga fluida keluar dari bagian discharge.

PERHITUNGAN PADA KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Unjuk kerja pada kompresor sentrifugal berkaitan dengan beberapa parameter utama diantaranya Head, Efisiensi, Kapasitas dan Daya. Untuk dapat mengetahui harga masing-masing parameter berdasarkan kondisi operasi, maka digunakan berbagai rumus perhitungan dan proses pendekatan. Kompresor sentrifugal didalam proses kerjanya dapat ditinjau dengan menggunakan dua pendekatan :

1.     Proses adiabatic (isentropic), yaitu proses dengan menggunakan asumsi ideal, dimana proses berlangsung pada entropi konstan (tidak ada panas yang masuk dan keluar) meskipun pada kenyataannya energi panas tidak bisa dirubah secara keseluruhan menjadi kerja, karena ada kerugian.

2.     Proses Politropik adalah proses kerja aktual yang dihasilkan oleh kompresor itu sendiri.

Head Isentropik

Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada kondisi tanpa adanya perpindahan panas pada sistem. Head isentropik mengabaikan kerugian-kerugian yang terjadi selama proses untuk mencapai rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Isentropik :

Dimana :

H_isen           : Head Isentropik (ft.lbf/lbm)

T₁             : Temperatur masuk (^oF)

Z_avg                      : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar

P₁              : Tekanan masuk (Psia)

P₂             : Tekanan keluar (Psia)

SG            : Specific Gravity

Γ              : Rasio Panas Spesifik

Head Politropik

Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada proses politropik dengan kondisi gas saat masuk dan saat keluar kompresor sama. Head politropik merupakan head yang telah mempertimbangkan kerugian-kerugian yang terjadi selama proses penambahan energi pada aliran gas. Head yang lebih besar dibutuhkan untuk mengkompensasikan kerugian yang terjadi selama proses kompresi untuk mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Politropik:

Dimana :

H_isen           : Head Isentropik (ft.lbf/lbm)

T₁             : Temperatur masuk (^oF)

Z_avg                      : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar

P₁              : Tekanan masuk (Psia)

P₂             : Tekanan keluar (Psia)

SG            : Specific Gravity

Γ              : Rasio Panas Spesifik

Nilai n merupakan kondisi gas selama kompresi. Nilai n membandingkan antara kondisi tekanan dan temperatur saat masuk dan keluar kompresor. Penurunan nilai n menyebabkan penurunan nilai perbandingan antara rasio temperatur dan rasio tekanan, sehingga head yang dibutuhkan pun semakin kecil. Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai n:

Efisiensi

Efisiensi didefinisikan sebgai perbandingan antara head pada kondisi isentropik dengan head yang terjadi selama proses di lapangan. Efisiensi menggambarkan kondisi yang dapat diraih oleh suatu kerja kompresor agar dapat mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Efisiensi dapat dihitung dengan persamaan:

Daya

Daya merupakan faktor penting pada kinerja kompresor sentrifugal karena berkaitan dengan aliran massa yang dapat dialirkan pada kompresor dan head yang dihasilkan selama proses kompresi. Daya pada kompresor sentrifugal terbagi dua :

1.     Daya Poros Kompresor

Dimana :

W_cc                 : Daya penggerak poros (HP)

Q_std                                 : Laju std gas (mmscfd)

SG                  : Specific Gravity

n                     : Efisiensi (%)

2.     Daya Gas

Daya gas merupakan fungsi antara daya penggerak kompresor dengan efisiensi mekanis. Selama proses kompresi, kompresor sentrifugal mengalami kehilangan daya (intenal losses) yang terjadi friksi pada kompresor.

W_gas = W_cc + n_mech

Dimana :

W_gas = Daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan gas (HP)

n_mech = Efisiensi mekanis

Makalah Disusun oleh :

Iqbal Muhammad Irfan   

Edwin Widiatmaja                      

Madinah Fhp                               

Alfie Putri Rachmasari   

DAFTAR PUSTAKA

Viska.,Mulyandasari.,Compressor Selectin and Sizing.,KLM Technology Group.,Johor,2011.

NPTEL.,Centrifugal Compressors.,ITT Kharagpur.,Kharagpur

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊