DISTRIBUSI STEAM DAN PENGGUNAANNYA

Transkripsi

1 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya DISTRIBUSI STEAM DAN PENGGUNAANNYA 1. PENDAHULUAN Mengapa kita menggunakan steam? Apakah steam itu? Kualitas steam SISTIM DISTRIBUSI STEAM Apakah yang dimaksud dengan sistim distribusi steam? Pipa-pipa Titik Pengeluaran/Pengurasan Jalur Cabang Strainers Filter Pemisah/ Separator Steam traps Ventilasi udara Pemanfaatan kembali kondensat Isolasian saluran pipa steam dan peralatan-peralatan proses panas PENGKAJIAN SISTIM DISTRIBUSI STEAM Pengkajian steam traps Pengkajian kehilangan panas dari permukaan yang tidak disolasi Pengkajian terhadap penghematan dari pemanfaatan kembali kondensat DAFTAR PERIKSA OPSI LEMBAR KERJA REFERENSI PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang steam, sifat-sifatnya dan mengapa kita menggunakan steam. 1.1 Mengapa kita menggunakan steam? Steam 1 telah mengalami perjalanan jauh dari mulai hubungan tradisionalnya dengan lokomotif dan Revolusi Industri. Sampai kini steam merupakan bagian penting dan tidak terpisahkan dari teknologi modern. Tanpa steam, maka industri makanan kita, tekstil, bahan kimia, bahan kedokteran, daya, pemanasan dan transportasi tidak akan ada atau muncul seperti sekarang ini. Steam memberikan suatu cara pemindahan sejumlah energi yang terkendali dari suatu pusat, ruang boiler yang otomatis, dimana energi dapat dihasilkan 1 Bagian ini merupakan ringkasan Modul 1.1 Steam Fluida Energi, Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 1, Pendahuluan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 1

2 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya 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 pema nasan ruangan. Alasan dari penggunaan steam adalah: Steam efisien dan ekonomis untuk dihasilkan Steam dapat dengan mudah dan murah untuk didistribusikan ke titik penggunaan Steam mudah dikendalikan Energinya mudah ditransfer ke proses Plant steam yang modern mudah untuk dikendalikan Steam bersifat fleksibel Alternatif lain selain penggunaan steam adalah air dan fluida panas seperti minyak bersuhu tinggi. Masing-masing metoda memiliki keuntungan dan kerugiannya, sebagaimana diperlihatkan dalam Tabel 1. Error! Bookmark not defined. Tabel 1. Perbandingan antara media pemanas dengan steam Steam Air panas Minyak bersuhu tinggi Kandungan panas tinggi Panas latennya kira-kira kj/kg Murah Biaya untuk pemgolahan air Koefisien perpindahan panasnya baik Diperlukan tekanan tinggi untuk suhu yang tinggi Tidak diperlukan pompa sirkulasi Pipa-pipanya kecil Mudah untuk mengendalikan dengan kran dua arah Penurunan suhunya mudah dilakukan melalui kran penurun suhu Kandungan panas sedang Panas jenis 4,19 kj/kg C Murah Penggunaannya hanya kadangkadang/ intermittent Koefisiennya menengah Diperlukan tekanan tinggi untuk suhu yang tinggi Diperlukan pompa sirkulasi Pipa-pipanya besar Lebih rumit mengendalikan diperlukan kran tiga arah atau kran tekanan diferensial Penurunan suhunya lebih sulit Kandungan panas buruk Panas jenis seringkali 1,69-2,93 kj/kg C Mahal Koefisiennya relatif buruk Hanya diperlukan tekanan rendah untuk mendapatkan suhu tinggi Diperlukan pompa sirkulasi Pipa-pipanya besar Lebih rumit mengendalikan diperlukan kran tiga arah atau kran tekanan diferensial Penurunan suhunya lebih sulit Diperlukan steam traps Tidak diperlukan steam traps Tidak diperlukan steam traps Terdapat kondensat yang Tidak ada penanganan kondensat Tidak ada penanganan kondensat harus ditangani Tersedia flash steam Tidak ada flash steam Tidak ada flash steam Perlu blowdown boiler Tidak perlu blowdown Tidak perlu blowdown Diperlukan pengolahan air Sedikit terjadi korosi Korosi diabaikan untuk mencegah korosi Diperlukan jaringan pemipaan yang baik Media yang dicari, pengelasan dan penyambungan Media yang sangat dicari, pengelasan dan penyambungan Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 2

3 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Steam Air panas Minyak bersuhu tinggi flens seperti biasa flens seperti biasa Tidak ada resiko kebakaran Tidak ada resiko kebakaran Terdapat resiko kebakaran Sistimnya sangat fleksibel Sistimnya kurang fleksibel Sistimnya tidak fleksibel 1.2 Apakah steam itu? Suatu pemahaman yang lebih baik terhadap sifat-sifat steam dapat tercapai dengan memahami struktur molekul dan atom materi secara umum dan menerapkan pengetahuan ini terhadap es, air dan steam. 2 Sebuah molekul merupakan jumlah terkecil unsur atau senyawa suatu bahan yang masih memiliki semua sifat-sifat kimia bahan tersebut. Molekul-molekul bahkan dapat tersusun dari partikel-patikel yang lebih kecil yang disebut atom, yang merupakan elemen dasar seperti hidrogen dan oksigen. Kombinasi spesifik unsur-unsur atom tersebut membentuk senyawa. Salah satu senyawa tersebut dinyatakan dengan rumus kimia H2O, yang memiliki molekul yang tersusun dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Air jumlanya sangat melimpah di muka bumi adalah karena hidrogen dan oksigen merupakan unsur yang paling melimpah di jagat raya ini. Karbon merupakan unsur lain yang juga cukup signifikan, dan merupakan unsur kunci seluruh bahan organik. Hampir seluruh unsur mineral dapat berada pada tiga keadaan fisiknya (padat, cair dan uap), yang merupakan fasenya. Dalam hal H 2 O, istilah es, air dan steam digunakan untuk menunjukan ketiga fase masing-masing. Struktur molekul es, air, dan steam masih belum sepenuhnya dimengerti, namun alangkah baiknya untuk mempertimbangkan molekul sebagai sesuatu yang terikat bersama-sama oleh muatan listrik (mengacu ke ikatan hidrogen). Derajat eksitasi molekul menentukan keadaan fisik (atau fase) suatu bahan Titik Triple Seluruh tiga fase untuk bahan tertentu hanya dapat ada secara bersamaan dalam suatu kesetimbangan pada suhu dan tekanan tertentu, dan hal ini dikenal dengan titik triple. Titik triple H 2 O, dimana tiga fase es, air dan steam berada dalam kesetimbangan, terjadi pada suhu 273,16 K dan tekanan absolut 0, bar. Tekanan ini sangat dekat ke kondisi vakum sempurna. Jika pada suhu ini tekanannya terus diturunkan, es akan mencair, menguap langsung menjadi steam. Es Dalam es, molekul terkunci bersama dan tersusun dalam pola struktur geometris yang hanya dapat bergetar. Dalam fase padatnya, pergerakan molekul pada pola geometris merupakan getaran posisi ikatan tengah dimana jarak molekulnya kurang dari satu diameter molekul. Penambahan panas yang terus menerus menyebabkan getaran yang meningkatkan bahkan mengembangkan beberapa molekul yang kemudian akan terpisah dari tetangganya, dan 2 Bagian ini diambil dari Modul 2.2 Apakah Steam itu?, Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 2, Prinsip-prinsip Rekayasa Steam dan Perpindahan Panas. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 3

4 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya bahan padat mulai meleleh menjadi bentuk cair (selalu pada suhu yang sama pada 0 C, berapapun tekanannya). Panas yang memecahkan ikatan geometris untuk menghasilkan perubahan fase tersebut sementara tidak menaikan suhu es, disebut entalphi pencairan atau panas penggabungan/ fusi. Phenomena perubahan fase ini bersifat bolak-balik dimana terjadi pembekuan dengan jumlah yang sama dengan panas yang dilepaskan kembali ke lingkungan. Untuk hampir kebanyakan bahan, masa tipe berkurang begitu bahan ini berubah dari fase padat ke fase cair. H 2 O merupakan suatu pengecualian terhadap aturan ini, karena densitasnya meningkat pada pencairan, hal ini yang menyebabkan es mengambang diatas air. Air Dalam fase cair, molekul-molekulnya bebas bergerak, namun jaraknya masih lebih kecil dari satu diameter molekul karena seringnya terjadi tarik-menarik dan tumbukan. Penambahan panas yang lebih banyak akan meningkatkan pengadukan dan tumbukan, naiknya suhu cairan sampai suhu didihnya. Steam 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. Jika jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan lebih besar dari yang masuk kembali, maka air menguap dengan bebasnya. Pada titik ini air telah mencapai titik didihnya atau suhu jenuhnya, yang dijenuhkan oleh energi panas. Jika tekananya tetap, penambahan lebih banyak panas tidak mengakibatkan kenaikan suhu lebih lanjut namun menyebabkan air membentuk steam jenuh. Suhu air mendidih dengan steam jenuh dalam sistim ya ng sama adalah sama, akan tetapi energi panas per satuan massa nya lebih besar pada steam. Pada tekanan atmosfir suhu jenuhnya adalah 100 C. 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). Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 4

5 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Gambar 1: Kurva Steam Jenuh (Spirax Sarco) 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. Jika steam dapat mengalir dari boiler pada kecepatan yang sama dengan yang dihasilkannya, penambahan panas lebih lanjut akan meningkatkan laju produksinya. Jika steam yang sama tertahan tidak meninggalkan boiler, dan jumlah panas yang masuk dijaga tetap, energi yang mengalir ke boiler akan lebih besar dari pada energi yang mengalir keluar. Energi berlebih ini akan menaikan tekanan, yang pada gilirannya akan menyebabkan suhu jenuh meningkat, karena suhu steam jenuh berhubungan dengan tekanannya Entalpi Entalpi air, entalpi cairan atau panas sensible air (hf) Ini merupakan energi panas yang diperlukan untuk menaikan suhu air dari titik dasar 0 C ke suhu saat itu. Pada referensi suhu 0 C ini, entalpi air dianggap nol. Entalpi pada keadaan lainnya kemudian dapat diidentifikasikan, relatif terhadap referensi ini. Panas sensibel merupakan panas yang ditambahkan ke air yang mengakibatkan perubahan suhu. Tetapi, istilah yang digunakan saat ini adalah entalpi cairan atau entalpi air. Pada tekanan atmosfir (0 bar g), air mendidih pada suhu 100 C, dan diperlukan energi sebesar 419 kj untuk memanaskan 1 kg air dari 0 C ke suhu didihnya 100 C. Dari gambar didapat besarnya kapasitas panas air (C P) sebesar 4,19 kj/kg C yang diperoleh untuk hampir semua perhitungan antara 0 C dan 100 C. Entalpi penguapan atau panas laten (hf g ) Ini merupakan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah air pada suhu didihnya menjadi steam. Perubahan ini tidak melibatkan perubahan pada suhu campuran steam/air, dan seluruh energi digunakan untuk mengubah keadaan dari cairan (air) ke uap (steam jenuh). Istilah lama panas laten didasarkan pada kenyataan bahwa walaupun ditambahkan Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 5

6 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya panas, tidak terdapat perubahan suhu. Tetapi, istilah yang diterima saat ini adalah entalpi penguapan. Seperti halnya perubahan fase dari es ke air, proses penguapan juga bersifat dapat balik. Jumlah panas yang menghasilkan steam dilepaskan kembali ke lingkungan sekitarnya selama pengembunan, jika steam menjumpai semua permukaan yang bersuhu rendah. Panas ini merupakan bagian panas yang berguna dalam steam yang dapat diambil selama steam mengembun kembali ke air. Entalpi steam jenuh, atau panas total steam jenuh Ini merupakan energi total dalam steam jenuh, yang secara sederhana merupakan penjumlahan entalpi air dan entalpi penguapan. h g = h f + h fg Dimana : h g = Entalpi total steam jenuh (Panas total) (kj/kg) h f = Entalpi cairan (Panas sensibel) (kj/kg) h fg = Entalpi penguapan (Panas laten) (kj/kg) Entalpi (dan sifat-sifat lainnya) steam jenuh dapat dengan mudah dilihat dengan menggunakan hasil tabulasi dari percobaan sebelumnya, dikenal dengan tabel steam. Tabel steam memberi daftar sifat-sifat steam pada berbagai tekanan. Nilai-nilai tersebut merupakan hasil pengujian aktual yang telah dilakukan terhadap steam Fraksi Kekeringan Steam dengan suhu sama dengan titik didihnya pada tekanan tertentu dikenal dengan steam jenuh kering. Walau demikian, untuk menghasilkan 100 persen steam kering pada suatu industri boiler yang dirancang untuk menghasilkan steam jenuh sangatlah tidak memungkinkan, dan steam biasanya akan mengandung tetesan-tetesan air. Dalam prakteknya, karena adanya turbulensi dan pencipratan, dimana gelembung steam pecah pada permukaan air, ruang steam mengandung campuran tetesan air dan steam. Jika kandungan air dari steam sebesar 5 persen massa, maka steamnya dikatakan kering 95 persen dan memiliki fraksi kekeringan 0,95. Entalpi yang sebenarnya dari penguapan steam basah merupakan produk fraksi kekeringan (x) dan entalpi spesifik (h fg ) dari tabel steam. Steam basah akan memiliki energi panas yang lebih rendah daripada steam jenuh kering. Entalpi penguapan aktual = h fg x Oleh karena itu: Entalpi total aktual = h f + h fg x Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 6

7 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Karena volum spesifik air beberapa tingkat lebih rendah daripada steam, tetesan air dalam steam basah akan menempati ruang yang dapat diabaikan. Oleh karena itu volum spesifik steam basah akan lebih kecil dari steam kering. Volume spesifik aktual = v g x Dimana: v g adalah volume spesifik steam jenuh kering Diagram fase steam Data yang diberikan dalam tabel steam dapat juga dinyatakan dalam bentuk grafik. Gambar 2 memberi gambaran hubungan antara entalpi dan suhu pada berbagai tekanan, dan dikenal dengan diagram fase. Gambar 2. Diagram Fase Entalpi Suhu (Spirax Sarco) Ketika air dipanaskan dari 0 C sampai suhu jenuhnya, kondisinya mengikuti garis cair jenuh sampai menerima seluruh entalpi cairannya, h f, (A - B). Jika panas ditambahkan lebih lanjut, maka akan merubah fase ke steam jenuh dan berlanjut meningkakan entalpi sambil tetap pada suhu jenuhnya, h fg, (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 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 7

8 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya 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. Diatas 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 374,15 o C dan tekanan steam 221,2 bars. Diatas tekanan ini steam disebut superkritis dan tidak ada titik didih yang dapat diterapkan. 1.3 Kualitas steam Steam harus tersedia pada titik penggunaan: 3 Dalam jumlah yang benar untuk menjamin bahwa aliran panas yang memadai tersedia untuk perpindahan panas Pada suhu dan tekanan yang benar, atau akan mempengaruhi kinerja Bebas dari udara dan gas yang dapat mengembun yang dapat menghambat perpindahan panas Bersih, karena kerak (misal karat atau endapan karbonat) atau kotoran dapat meningkatkan laju erosi pada lengkungan pipa dan orifice kecil dari steam traps dan kran Kering, dengan adanya tetesan air dalam steam akan menurunkan entalpi penguapan aktual, dan juga akan mengakibatkan pembentukan kerak pada dinding pipa dan permukaan perpindahan panas. 2. SISTIM DISTRIBUSI STEAM Bagian ini menjelaskan sistim distribusi steam dan berbagai komponennya. 2.1 Apakah yang dimaksud dengan sistim distribusi steam? Sistim distribusi steam 4 merupakan hubungan penting antara pembangkit steam dan pengguna steam. Terdapat berbagai macam metoda untuk membawa steam dari pusat sumber ke titik penggunaan. Pusat sumber mungkin berupa ruang boiler atau pengeluaran dari plant kogenerasi. Boiler dapat menggunakan bahan bakar primer, atau boiler limbah panas yang menggunakan gas buang dari proses bersuhu tinggi, mesin-mesin atau bahkan insinerator. Apapun sumbernya, sistim distribusi steam yang efisien adalah penting untuk pemasokan steam dengan kualitas dan tekanan yang benar ke peralatan yang menggunakan steam. Pemasangan dan perawatan sistim steam merupakan hal penting dan harus sudah dipertimbangkan mulai tahap perancangan. 3 Untuk lebih rinci mengenai kriteria kualitas steam dapat ditemukan dalam Modul 2.4 Kualitas Steam, Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 2, Prinsip-prinsip Rekayasa Steam dan Perpindahan Panas. 4 Bagian 2.1 merupakan ringkasan Module 10.1 Pengenalan Distribusi Steam, Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 10, Distribution Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 8

9 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Diperlukan suatu pemahaman mengenai dasar sirkuit steam atau loop kondensat dan steam (lihat Gambar 3). Ketika steam mengembun didalam proses, kondensat dialirankan kembali kedalam pipa suplai air boiler. Kondensat memiliki volum yang sangat kecil dibandingkan dengan steam, dan hal ini menyebabkan penurunan tekanan, yang me mbuat steam mengalir melalui pipa-pipa. Steam yang dihasilkan pada boiler harus dibawa melalui pipa kerja ke titik dimana energi panasnya diperlukan. Pada awalnya hanya terdapat satu atau lebih pipa utama, atau saluran pipa steam, yang membawa steam dari boiler kearah plant yang menggunakan steam. Pipa-pipa cabang yang lebih kecil membawa steam ke masing-masing peralatan. Ketika kran isolasi boiler utama (kadangkala disebut kran mahkota ) dibuka, steam dengan segera melintas dari boiler menuju dan sepanjang saluran pipa steam ke titik pada tekanan rendah. Pipa kerja pada mulanya lebih dingin daripada steam, sesampai panas dipindahkan dari steam ke pipa. Udara disekitar pipa-pipa juga sebelumnya lebih dingin dari steam, kemudian pipa kerja akan mulai memindahkan panas steam ke udara. Gambar 3. Contoh Sirkuit Steam (Spirax Sarco) Steam yang berkontak dengan pipa yang lebih dingin akan mulai mengembun dengan segera. Pada saat start-up, laju kondensasi akan berada pada nilai maksimumnya, hal ini merupakan waktu dimana terjadi perbedaan suhu yang maksimum antara steam dan pipa kerja. Laju kondensasi ini biasanya disebut beban permulaan. Begitu pipa kerja telah dihangatkan, perbedaan suhu antara steam dan pipa kerja menjadi minimal, namun kondensasi akan terjadi kaerna pipa kerja masih terus memindahkan panas ke udara sekitar. Laju kondensasi ini disebut beban berjalan. Hasil dari kondensasi (kondensat/embun) jatuh ke bagian bawah pipa dan dibawa oleh aliran steam yang dibantu oleh gaya gravitasi, karena sudut kemiringan pada saluran pipa steam dibuat diatur Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 9

10 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya turun pada arah aliran steam. Kondensat kemudian harus dikeluarkan dari berbagai titik strategis pada saluran pipa steam. Ketika kran pada pipa steam yang melayani bagian plant yang menggunakan steam dibuka, steam mengalir dari sistim distribusi masuk ke plant dan terjadi lagi kontak dengan permukaan yang lebih dingin. Steam kemudian memindahkan energinya dan menghangatkan peralatan dan produk (beban permulaan), dan, bila telah mencapai suhunya, pemindahan panas berlanjut ke proses (beban berjalan). Sekarang terdapat pasokan steam yang sinambung dari boiler untuk mencukupi beban terhubung dan untuk menjaga pasokan ini, harus dihasilkan steam yang lebih banyak lagi. Untuk memenuhi kebutuhan ini, dibutuhkan air yang lebih banyak (dan bahan bakar untuk memanaskan air ini) untuk dipasok ke boiler sebagai air make up yang sebelumnya sudah diuapkan menjadi steam. Kondensat yang terbentuk dalam pipa distribusi steam dan dalam peralatan proses dapat dipakai sebakai pasokan sebagai air umpan panas boiler. Kondensat harus dikeluarkan dari ruang steam, namun kondensat ini juga merupakan komoditi yang sangat berharga yang tidak boleh dibiarkan untuk menjadi limbah. Mengembalikan seluruh kondensat ke tangki umpan boiler akan menutup loop energi steam, dan harus dilakukan bila memungkinkan. Distribusi tekanan steam dipengaruhi oleh sejumlah faktor, dan dibatasi oleh: Tekanan kerja maksimum yang aman bagi boiler Tekanan minimum yang diperlukan pada plant Ketika steam melewati pipa distribusi, maka steam tidak dapat menghindari kehilangan tekanannya karena : Tahanan gesekan/ friksi didalam pipa. Kondensasi/ pengembunan yang terjadi didalam pipa ketika panas dipindahkan ke lingkungan. Oleh karena itu pada saat menentukan tekanan distribuís awa, harus ada kelonggaran untuk kehilangan tekanan ini. Satu kilogram steam pada tekanan yang lebih tinggi mempunyai volum lebih kecil dari pada pada tekanan rendah. Jadi, jika steam dibangkitkan dalam boiler pada tekanan tinggi dan didistribusikan pada tekanan yang tinggi pula, maka ukuran saluran pipa distribusi akan menjadi lebih kecil. Pembangkitan dan pendistribusian steam pada tekanan tinggi memberikan tiga keuntungan yang cukup penting: Kapasitas penyimpanan panas pada boiler meningkat, membantu boiler lebih efisien dalam menangani beban yang berfluktuasi, meminimalkan resiko terbentuknya steam basah dan kotor. Diperlukan saluran pipa steam yang lebih kecil, sehingga biaya investasinya untuk pipa, flens, bahan penunjang, bahan isolasi dan buruh lebih rendah. Saluran pipa steam yang lebih kecil berarti biaya isolasi lebih rendah. Pada sistim distribusi tekanan tinggi, diperlukan penurunan tekanan steam pada setiap zona atau titik penggunaan pada sistim untuk menyesuaikan dengan tekanan maksimum yang diperlukan penggunanya. Penurunan tekanan tersebut juga akan menghasilkan steam yang lebih kering pada titik penggunaan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 10

11 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Komponen penting pada sistim distribusi akan d ijelaskan pada bagian berikut: Pipa-pipa (2.2) Titik pengeluaran (2.3) Jalur cabang (2.4) Saringan/ strainers (2.5) Saringan/ filters (2.6) Pemisah/ separator (2.7) Steam traps (2.8) Ventilasi udara(2.9) 2.2 Pipa-pipa Bagian ini menjelaskan tentang pipa kerja pada sistim steam Bahan pipa Pipa sistim steam biasanya dibuat dari baja karbon ANSI B 16.9 Al06. Bahan yang sama juga dapat digunakan untuk jalur kondensat, walaupun pipa tembaga lebih disukai oleh beberapa industri. Untuk saluran pipa steam lewat jenuh yang bersuhu tinggi, ditambahkan bahan campuran seperti chromium dan molybdenum untuk memperbaiki kuat tarik dan resistansi terhadap golakan pada suhu tinggi. Biasanya pipa dipasok dengan panjang 6 meter Ukuran saluran pemipaan Tujuan dari sistim distribusi steam adalah untuk memasok steam pada tekanan yang benar sampai ke titik penggunaan. Ukuran saluran pemipaan merupakan faktor penting. Pipa kerja yang berlebih ukurannya berarti: Pipa, kran, sambungan, dll. akan lebih mahal daripada yang diperlukan. Akan terjadi biaya pemasangan yang lebih tinggi, termasuk pekerjaan pendukung, isolasi, dll. Pada pipa steam akan terbentuk kondensat dengan volum yang lebih besar karena lebih besarnya kehilangan panas, sehingga akan diperlukan lebih banyak steam trap, kalau tidak maka steam basah akan terkirimkan ke titik penggunaan. Pipa kerja yang kekecilan berarti: Tekanan yang lebih rendah akan tersedia pada titik penggunaan. Hal ini akan menghalangi kinerja peralatan karena hanya tersedia steam dengan tekanan yang lebih rendah. Terdapat resiko kekurangan steam. Terdapat resiko lebih besarnya erosi, hantaman air dan kebisingan karena meningkatnya kecepatan steam. 5 Bagian 2.2 merupakan ringkasan informasi dalam Modul 10.2 Pipa dan Ukuran Pipa, dan Modul 10.3 Saluran Pipa Steam dan Pembuangan. Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 10, Distribusi Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 11

12 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Ukuran saluran pipa yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan penurunan tekanan dan kecepatan yang akan dijelaskan dibawah ini. a) Ukuran pipa berdasarkan penurunan tekanan Penurunan tekanan melalui sistim distribusi merupakan pertimbangan penting. Dalam prakteknya, akan ada keseibangan antara ukuran pipa dan kehilangan tekanan, baik pada pipa air atau pipa steam. Penurunan tekanan, sebaiknya tidak boleh lebih dari 0.1 bar/50 m. Ukuran pipa dapat dihitung dengan menggunakan grafik dalam Gambar 4. Bagi yang lebih menyukai tabel sebagi pengganti grafik dapat menggunakan Tabel 2 untuk menentukan ukuran pipa. Contoh perhitungan adalah sebagai berikut: Diberikan: Tekanan masuk P 1 = 7 bar g Laju alir steam = 286 kg/h Minimum yang dijinkan untuk P 2 = 6,6 bar g Panjang saluran pipa = 165 m Hitung penurunan tekanan maksimum per 100 m Penurunan tekanan per 100 m = P 1 P 2 x 100 L = (7,0 6,6) x = 0,24 bar Menentukan ukuran pipa berdasarkan penurunan tekanan dengan menggunakan nomogram dalam Gambar 4: Pilih titik pada garis steam jenuh pada tekanan 7 bar g, dan beri tanda Titik A. Dari titik A, gambar garis horizontal ke laju alir steam 286 kg/h, dan tandai dengan Titik B. Dari titk B, gambar sebuah garis tegak lurus kearah puncak nomogram (Titik C). Gambar sebuah garis horisontal dari 0,24 bar/100 m pada skala kehilangan tekanan (Garis DE). Titik pertemuan garis DE dan BC menunjukan ukuran pipa yang diperlukan. Dalam kasus ini, jika pipa 40 mm ukurannya terlalu kecil, dapat digunakan pipa 50 mm. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 12

13 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Gambar 4. Grafik Ukuran Saluran Pemipa an Steam dengan pendekatan penurunan tekanan (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 13

14 Peralatan Termal: Distribusi Steam Dan Penggunaannya Tabel 2. Kapasitas Pemipaan Steam Jenuh dalam kg/jam untuk Berbagai Kecepatan, pipa schedule 40 (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 14

15 Gambar 5. Grafik Ukuran Pemipaan Steam dengan pendekatan kecepatan (Spirax Sarco) b) Ukuran saluran pemipaan berdasarkan kecepatan Kecepatan merupakan faktor penting dalam pengukuran pipa. Biasanya, digunakan kecepatan 25 sampai 40 m/detik untuk steam jenuh. Besaran 40 m/detik harus dianggap sebagai batas ekstrim, diatas besaran ini, maka akan terjadi kebisingan dan erosi terutama jika steamnya basah. Pada jalur pemipaanan yang lebih panjang, sering dilakukan pembatasan kecepatan pada 15 m/detik untuk menghindarkan penurunan tekanan. Direkomendasikan bahwa saluran pemipaan yang panjangnya diatas 50 m selalu diperiksa penurunan tekanannya, tanpa memandang kecepatannya. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 15

16 Steam lewat jenuh dapat dianggap sebagai gas kering karena tidak membawa kadar air. Sebagai akibatnya tidak ada kesempatan bagi terjadinya erosi pipa karena suspensi tetesan air, dan kecepatan steam dapat mencapai 50 sampai 70 m/detik jika penurunan tekanannya mengijinkan. Ukuran pipa yang berdasarkan pendekatan kecepatan untuk steam jenuh dan lewat jenuh dapat dihitung dengan menggunakan nomogram seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 5. Bagi yang lebih menyukai tabel sebagi pengganti grafik dapat menggunakan Tabel 2 untuk menentukan ukuran pipa. Contoh perhitungan adalah sebagai berikut: Diberikan: Tekanan masuk: 7 bar g Laju alir steam: 5000 kg/jam Kecepatan maksimum: 25 m/detik Hitung ukuran saluran pipa berdasarkan kecepatan dengan menggunakan nomogram dalam Gambar 5: Gambar sebuah garis horisontal dari garis suhu jenuh pada tekanan 7 bar g (Titik A) pada skala tekanan ke laju kecepatan massa steam kg/jam (Titik B). Dari titik B, gambar sebuah garis tegak lurus terhadap kecepatan steam 25 m/detik (Titik C). Dari titik C, gambar sebuah garis horisontal melintasi skala diameter pipa (Titik D). Diperlukan sebuah pipa dengan lubang diameter 130 mm; ukuran terdekat yang tersedia secara komersial 150 mm, mungkin dapat dipilih Tata Letak Pemipaan Standar Eropa EN45510, Bagian 4.12 menyatakan bahwa bila memungkinkan, saluran pipa steam harus dipasang dengan penurunan/ slope tidak kurang dari 1:100 (turun 1 m untuk setiap 100 m), kearah aliran steam. Sudut kemiringan ini akan menjamin bahwa gravitasi, dan juga aliran steam, akan membantu pergerakan kondensat menuju titik pengeluaran dimana kondensat akan dengan aman dan efektif diambil (Gambar 6). Gambar 6. Instalasi Pemipaan Steam (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 16

17 2.3 Titik Pengeluaran/Pengurasan Titik pengurasan/ pengeluaran 6 harus menjamin bahwa kondensat dapat mencapai steam trap. Titik-titik pengeluaran kondensat harus dip ertimbangan dengan baik pada saat perencanaan. Pertimbangan harus juga diberikan pada kondensat yang tertinggal dalam saluran pipa steam pada saat operasi dimatikan, dimana aliran steam mati. Gravitasi akan menjamin bahwa air (kondensat) akan berjalan sepanjang pipa miring dan mengumpul pada titik terendah pada sistim. Oleh karena itu steam traps harus diletakkan pada titik-titik terendah pada sistim tersebut. Sejumlah besar kondensat akan terbentuk dalam saluran pipa steam pada kondisi start-up sehingga titik-titik pengeluaran kondensat dibuat untuk setiap panjang pipa 30m sampai 50m, dan juga pada titik terendah seperti pada bagian terbawah aliran pipa. Dalam operasi yang normal, steam mengalir sepanjang saluran pipa pada kecepatan sampai mencapai 145 km/jam, menarik kondensat bersamaan dengannya. Gambar 7 memperlihatkan sebuah pipa pengeluaran 15 mm tersambung langsung ke bagian bawah saluran pipa Gambar 7. Trap Pocket Terlalu Kecil (Spirax Sarco) Walau pipa 15 mm memiliki kapasitas yang cukup, namun tidak memungkinkan untuk menangkap banyak kondensat yang bergerak sepanjang saluran pipa pada kecepatan tinggi. Susunan ini tidak akan efektif. Penyelesaian yang lebih baik untuk pembuangan kondensat diperlihatkan dalam Gambar 8. Jalur trap harus paling sedikit 25 sampai 30 mm dari bagian bawah pocket untuk saluran pipa steam sampai 100 mm, dan paling sedikit 50 mm untuk saluran pipa yang lebih besar. Hal ini memberi ruang dibawah untuk pengendapan kotoran dan kerak. Kotoran dan kerak dapat dengan mudahnya dihilangkan jika bagian bawah pocket disesuaikan dengan flens yang dapat dipindahkan atau kran blowdown. Gambar 8. Trap Pocket dengan Ukuran yang Tepat (Spirax Sarco) 6 Bagian 2.3 diambil dari M odul 10.3 Saluran pipa Steam dan Pembuangan. Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Blok 10, Distribusi Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 17

18 Ukuran pocket pengeluaran yang direkomendasikan ditunjukkan dalam Gambar 9 dibawah. Gambar 9. Ukuran Pocket Pengeluaran yang Direkomendasikan (Spirax Sarco) 2.4 Jalur Cabang Jalur cabang 7 biasanya lebih pendek dari pipa saluran utama steam. Oleh karena itu, sebagaimana aturan umum, selama panjang jalur cabang tidak lebih dari 10 meter, dan tekanan dalam pipa saluran cukup, maka memungkinkan untuk memperkirakan pipa tetap pada kecepatan 25 sampai 40 m/detik, dan tidak perlu khawatir terhadap penurunan tekananannya. Gambar 10. Sebuah Jalur Cabang (Spirax Sarco) 7 Bagian 2.4 diambil dari Modul 10.3 Saluran pipa Steam dan Pembuangan. Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Blok 10, Distribusi Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 18

19 2.4.1 Sambungan jalur cabang Sambungan jalur cabang diambil dari bagian atas pipa utama karena membawa steam yang paling kering (Gambar 10). Jika sambungan diambil dari samping, atau bahkan yang lebih parah dari bagian bawah (seperti dalam Ga mbar 11a), maka kondensat atau kotoran pada pipa utama akan terbawa steam pada cabang, sehingga akan diperoleh steam yang sangat basah dan kotor yang akan mencapai peralatan, dan hal ini akan mempengaruhi kinerja dalam jangka pendek dan panjang. Kran pada Gambar 11b harus ditempatkan sedekat mungkin ke titik pengambilan untuk meminimalkan penghamparan kondensat pada jalur cabang, jika pabrik mungkin dimatikan untuk jangka waktu panjang. Gambar 11b. Pengambilan Steam yang Benar (Spirax Sarco) Gambar 11a. Pengambilan Steam yang Tidak Benar (Spirax Sarco) Drop leg Titik-titik yang rendah akan juga terjadi dalam jalur cabang. Yang paling umum adalah drop leg dekat dengan kran atau kran pengendali (Gambar 12). Kondensat dapat menumpuk pada bagian hulu kran yang ditutup, dan kemudian didorong kedepan dengan steam ketika kran terbuka lagi sehingga titik pengeluaran yang digabung dalam satu set dengan steam trap digunakan pada steam sebelum menuju penyaring strainer dan kran kendali. Gambar 12. Pemasokan Steam ke Pemanas melalui Drop Leg (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 19

20 2.4.3 Landasan dan Pembuangan yang Menanjak Terdapat banyak kejadian ketika pipa saluran steam harus melintasi tanah yang menanjak, atau penggunaan dimana kontur lokasi membuat tidak dapat me masang pipa dengan penurunan 1:100. Dalam situasi demikian, kondensat harus didorong untuk dapat turun melawan aliran steam. Caranya adalahdengan memberikan kecepatan steam yang rendah tidak lebih dari 15 m/detik, mengatur jalur pada kemiringan tidak kurang dari 1:40, dan memasang jarak titik-titik pengeluaran tidak lebih dari 15 meter (lihat Gambar 13). Tujuannya adalah untuk mencegah terbentuknya lapisan kondensat pada bagian bawah pipa. Gambar 13. Reverse Gradient pada Jalur Utama Steam (Spirax Sarco) 2.5 Strainers Bagian ini memberi tinjauan mengenai penyaring strainers. 8 Dengan semakin meningkatnya persaingan pasar, penekanan lebih banyak ditujukan pada pengurangan penghentian/ downtime pabrik dan perawatan. Dalam sistim steam dan kondensat, kerusakan pabrik seringkali diakibatkan oleh kotoran-kotoran pada saluran pipa seperti kerak, karat, persenyawaan pada sambungan, pengelasan logam dan padatan lainnya, yang dapat masuk menuju sistim pemipaan. Strainers adalah peralatan yang menangkap padatan tersebut dalam cairan atau gas, dan melindungi peralatan dari pengaruh-pengaruh yang membahayakan, dengan begitu mengurangi waktu penghentian dan perawatan. Strainer harus dipasang pada bagian hulu pada setiap steam trap, pengukur aliran dan kran kendali. Strainers dapat dikelompokkan kedalam dua tipe utama menurut bentuk dan susunan badannya; yakni tipe-y dan tipe keranjang/ basket. Contoh khas dari tipe strainers dapat dilihat dalam Gambar Bagian 2.5 diambil dari Modul 12.4 Strainer. Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Blok 10, Tambahan Saluran Pipa. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 20

21 A Gambar 14a. Strainer Jenis-Y (Spirax Sarco) Gambar 14a. Strainer Jenis- Keranjang/ basket (Spirax Sarco) Strainer Tipe-Y Untuk steam, strainer tipe-y merupakan standar yang umum dan banyak digunakan dimana-mana. Badannya berbentuk silinder yang kompak, sangat kuat dan dapat menangani tekanan yang tinggi. Alat ini sebetulnya merupakan tangki bertekanan, dan strainer tipe-y ini mampu menangani tekanan sampai 400 bar g. Karena pada tekanan tersebut steam biasanya bersuhu sangat tinggi, maka untuk mengatasi hal tersebut dibuat strainers yang menggunakan bahan yang luar biasa seperti baja chrome-molybdenum. Walau terdapat berbagai pengecualian, ukuran demi ukuran, strainer tipe-y memiliki kapasitas penanganan kotoran yang lebih rendah daripada strainer tipe keranjang, yang berarti memerlukan lebih seringnya pembersihan. Pada sistim steam, hal ini tidaklah menjadi masalah, kecuali bila tingkat karatnya tinggi, atau segera setelah commissioning ketika sejumlah besar kotoran masuk. Pada penggunaan dimana terdapat sejumlah kotoran yang signifikan, sebuah kran blowdown biasanya dapat dipasang pada tutup strainer, yang membuat strainer mampu untuk mengunakan tekanan steam untuk membersihkan, dan tanpa harus mematikan pabrik. Strainer tipe-y pada steam horisontal atau jalur gas harus dipasang dengan pocket nya berada dalam bidang horisontal (Gambar 15a). Cara ini mencegah air terkumpul dalam pocket, membantu mencegah terbawanya tetesan air yang dapat menyebabkan erosi dan mempengaruhi proses perpidahan panas. Bentuk pocket harus mengarah turun secara tegak lurus (Gambar 15c). Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 21

22 (a). Steam or gas applications (a) Penggunaan untuk steam atau gas (b) Aliran (b) Flow turun vertically secara vertikal downwards (a) (c) Liquid Penggunaan applications untuk cairan Gambar 15. Arah Strainers yang Benar (Spirax Sarco) Walau ada baiknya memasang strainer pada arah horisontal, tetapi hal ini tidak selalu memungkinkan, dan strainer dapat dipasang pada saluran pipa vertikal jika alirannya turun, dimana kotorannya akan secara alami menuju pocket (Gambar 15b). Pemasangannya tidak memungkinkan pada aliran yang naik, dimana strainer harus dipasang dengan bukaan pocket menuju kebawah dan kotorannya turun dalam pipa Strainer tipe lurus dan sudut Sebagai tambahan terhadap strainer tipe-y, strainer tipe lurus dan sudut digunakan bila geometri pipa steam tidak cocok dengan strainer tipe-y yang sedang digunakan Strainer tipe keranjang Strainer tipe keranjang atau tipe pot dikarakteristikkan oleh ruang yang berorientasi vertikal, biasanya lebih besar dari strainer tipe-y. Untuk semua ukuran, penurunan tekanan yang melintas strainer tipe keranjang lebih kecil daripada yang melintas tipe-y dimana tipe ini memiliki area penyaringan yang lebih besar, yang membuat strainer tipe keranjang menjadi tipe yang lebih disukai untuk penggunaan cairan. Sebagaimana kapasitas penyimpanan kotoran yang juga lebih besar dari strainer tipe-y, strainer tipe keranjang juga digunakan pada saluran pipa steam yang berdiameter lebih besar. Strainer tipe keranjang hanya dapat dipasang pada saluran pipa horisontal, dan untuk strainer keranjang yang lebih besar dan lebih berat, dasar strainer perlu ditopang. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 22

23 Jika strainer tipe keranjang digunakan pada sistim steam, sejumlah kondensat yang cukup signifikan dapat terbentuk. Sebagai akibatnya, strainer yang dirancang untuk penggunaan dalam sistim steam biasanya memiliki sebuah sumbat pengurasan/ pembuangan, yang dapat dipasang dengan sebuah steam trap untuk menghilangkan kondensat. Strainer tipe keranjang biasanya ditemukan dalam susunan rangkap dua (duplex). Strainer kedua ditempakan secara paralel dengan strainer primer, dan aliran dapat dibelokkan melalui dua buah strainer. Hal ini memfasilitasi pembersihan unit strainer sementara sistim masih tetap beroperasi, mengurangi waktu penghentian untuk perawatan. Gambar 16. Strainer Keranjang Duplex (Spirax Sarco) Strainer Terdapat dua tipe saringan yang digunakan dalam strainers: Saringan berlubang. Dibuat dengan cara membuat sejumlah besar lubang dalam lembaran datar dengan bahan yang dikehendaki dengan menggunakan alat pembuat lubang jumlah banyak. Lembar yang sudah dilubangi tersebut kemudian digulung menjadi tabung dan dilas Saringan in termasuk saringan yang relatif kasar dan ukuran lubangnya biasanya berkisar dari 0,8 mm sampai 3,2 mm. Sebagai akibatnya, saringan yang sudah dilubangi hanya cocok untuk menghilangan kotoran pipa yang biasa. Saringan Mesh. Kawat halus dibentuk menjadi susunan kisi-kisi atau mesh. Kemudian dilapiskan diatas saringan berlubang, yang bertindak sebagai kurungan penopang bagi mesh. Dengan menggunakan saringan mesh, memungkinkan untuk menghasilkan ukuran lubang yang lebih kecil daripada saringan berlubang. Ukuran lubang sekecil 0,07 mm dapat dicapai. Selanjutnya, digunakan untuk menghilangan partikel yang lebih kecil, yang tidak tersaring pada saringan berlubang. Saringan mesh biasanya ditetapkan dengan istilah mesh, yang menyatakan jumlah lubang per inchi linier saringan yang diukur dari garis pusat kawat. Gambar 17 menunjukan saringan dengan ukuran 3-mesh Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 23

24 Gambar 17. Contoh saringan 3-mesh (Spirax Sarco) Opsi-opsi Strainer Sebagai tambahan terhadap strainer standar, terdapat beberapa opsi lainnya yang tersedia. Sisipan Magnetik Sisipan magnetik dapat dipasang dalam strainer tipe keranjang untuk membuang kotoran baja atau besi yang kecil. Partikel kecil baja atau besi dapat berada pada suatu fluida yang membawa bagian-bagian besi dan baja. Partikel tersebut dapat menembus saringan mesh yang paling halus, sehingga perlu untuk menggunakan sisipan magnetik. Sisipan dirancang supaya seluruh fluida yang melewati magnet pada kecepatannya relat if rendah dan elemen magnetik cukup kuat untuk menangkap dan mengumpulkan seluruh partikel logam yang ada. Bahan magnetik biasanya ditutupi oleh bahan inert seperti baja tahan karat stainless steel untuk mencegah korosi. Strainers yang Membersihkan Sendiri Banyak terdapat berbagai tipe strainer yang dapat membersihkan sendiri, yang mampu membuang tumpukan kotoran pada saringan tanpa menghentikan pabrik. Proses pembersihannya dapat dimulai secara manual maupun otomatis, disamping itu, strainer yang membersihkan sendiri biasanya dapat diatur berdasarkan jangka waktu, atau dengan naiknya penurunan tekanan yang melintas strainer. Tipe-tipe yang paling umum adalah: Strainers yang Membersihkan Sendiri tipe mekanik, yang menggunakan beberapa bentuk pengikis atau sikat mekanis, digarukkan ke atas permukaan saringan. Alat tersebut akan mengeluarkan berbagai kotoran yang terjebak dalam saringan, yang menyebabkannya jatuh ke area di bagian bawah strainer. Strainers tipe pencucian balik, yang membalikan arah aliran melalui saringan. Satu set kran diubah sehingga air dialirkan ke saringan dalam arah yang sebaliknya dan keluar melalui kran pembilas. Fluida mengeluarkan kotoran yang tertahan di saringan kemudian membawanya keluar menuju penguras limbah. Strainers Sementara Strainer sementara dirancang untuk perlindungan peralatan dan instrumentasi selama jangka waktu start-up. Strainer biasanya dipasang diantara beberapa flens pada saat awal setelah pabrik baru dipasang. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 24

25 2.6 Filter Filter digunakan untuk membuang partikel-partikel yang lebih kecil. 9 Jika strainer membuang seluruh partikel yang terlihat didalam steam, partikel yang lebih kecil juga perlu dibuang, sebagai contohnya adalah dalam beberapa penggunaan berikut: Bila dilakukan injeksi steam langsung ke proses dimana kotoran dapat menyebabkan pencemaran produk. Contoh: Pada industri makanan, dan untuk sterilisasi peralatan proses dalam industri obat-obatan. Dimana steam kotor akan menyebabkan penolakan produk atau hasil proses karena noda atau penumpukan partikel yang terlihat. Contoh: Mesin sterilisasi dan mesin kertas/kardus. Dimana emisi partikel minimum diperlu kan dari pelembab steam. Contoh: Pelembab yang digunakan dalam lingkungan bersih. Untuk penurunan kandungan air steam, menjamin pasokan yang kering dan jenuh. Dalam penggunaan steam bersih seperti itu, strainer tidaklah pas dan harus digunakan filter. Filter yang digunakan dalam sistim steam biasanya terdiri dari elemen filter dari baja tahan karat yang disinter. Proses sinteringnya menghasilkan struktur berpori yang sangat halus dalam baja tahan karat, yang membuang berbagai partikel dari fluida yang melewatinya. Filter yang tersedia mampu membuang partikel sekecil 1 /gym, sesuai dengan kebutuhan praktek yang baik yang berhubungan dengan steam untuk makanan/ culinary. Sifat pori-pori yang halus dari elemen filter akan menciptakan penurunan tekanan yang lebih besar yang melintas filter daripada yang terdapat pada strainer dengan ukuran sama, hal ini harus dipertimbangkan secara seksama ketika membuat ukuran filter. Lagipula filter mudah rusak oleh laju aliran yang berlebih, dan batas-batas dari fiha k pembuatnya tidak boleh dilampaui. Jika filter diterapkan dalam penggunaan steam, separator harus dipasang pada aliran hulu filter untuk membuang berbagai tetesan kondensat yang tertahan dalam bentuk tersuspensi. Sebagai tambahan terhadap peningkatan kualitas steam, hal ini akan memperpanjang umur filter. Strainer tipe-y juga harus dipasang dibagian hulu filter untuk membuang seluruh partikel besar dimana kalu tidak dipasang akan dengan cepat menyumbat filter, meningkatnya kebutuhan pembersihan dan mengur angi umur elemen filter. Dengan memasang pengukur tekanan pada sisi filter sebelah manapun, penurunan tekanan yang melintasi filter dapat diukur, yang kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi saat filter memerlukan pembersihan.sebagai alternatif terhadap hal ini adalah dengan memasang saklar tekanan pada sisi aliran bawah filter. Ketika tekanan aliran bawah berkurang dibawah tingkat yang sudah diatur sedemikian rupa, cahaya tanda bahaya akan menyala didalam ruang kendali yang memberi sinyal kepada operator yang kemudian dapat membersihkan filter. 9 Bagian 2.6 diambil dari Modul 12.4 Strainer. Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Blok 10, Tambahan Saluran Pemipaan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 25

26 Gambar 18. Filter In-line Horisontal (Spirax Sarco) 2.7 Pemisah/ Separator Separator 10 digunakan untuk menghilangkan tetesan air tersuspensi dari steam. Steam basah mengandung sejumlah air, dan merupakan salah satu perhatian utama pada berbagai sistim steam. Steam basah ini dapat menurunkan produktivitas pabrik dan kualitas produk, dan dapat menyebabkan kerusakan pada hampir semua item pabrik dan peralatan. Pengurasan dan trapping yang dilakukan secara hati-hati hanya dapat membuang hampir seluruh air, namun tidak untuk tetesan air yang tersuspensi dalam steam. Untuk menghilangkan tetesan air tersuspensi tersebut, dipasang pemisah/ separator pada jalur pemipaan. Steam yang dihasilkan dalam boiler yang dirancang untuk menghasilkan steam jenuh pada dasarnya memang basah. Fraksi kering pada steam biasanya bervariasi tegantung dari tipe boiler, dan hampir semua tipe shell pada boiler akan menghasilkan steam dengan fraksi kering antara 95 sampai 98 persen. Kandungan air dari steam yang dihasilkan oleh boiler akan terus meningkat jika terjadi priming dan pemindahan. Selalu terjadi kehilangan panas pada pipa distribusi, yang menyebabkan steam mengembun. Karena gaya gravitasi, molekul air yang mengembun akan mengendap di bagian bawah pipa membentuk sebuah lapisan air. Steam yang mengalir diatas 10 Bagian 2.7 diambil dari Module 12.5 Separator. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 12, Ancillaries Pemipaan. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 26

27 air ini dapat meningkatkan riak-riak kecil yang dapat membesar menjadi gelombang. Ujung gelombang tersebut cenderung untuk pecah, melemparkan tetesan kondensat ke aliran steam. Keberadaan air dalam steam dapat menyebabkan sejumlah masalah: Air merupakan penghalang yang sangat efektif terhadap perpindahan panas, dan kehadirannya dapat menurunkan produktivitas pabrik dan kualitas produk. Tetesan air yang berjalan pada kecepatan steam yang tinggi akan meng-erosi ruang kran dan sambungan-sambungan, suatu kondisi yang dikenal dengan wiredrawing. Tetesan air juga akan meningkatkan korosi. Pembentukan kerak yang meningkat pada pipa dan permukaan pemanasan dari bahan pencemar terbawa dalam tetesan air. Operasi yang tidak menentu dari kran pengendali dan pengukur aliran/flor meter. Kegagalan kran dan pengukur aliran karena pemakaian yang cepat atau hantaman air. Walaupun terdapat berbagai desain separator, namun pada dasarnya digunakan untuk menghilangkan kadar air yang tersuspensi dalam aliran steam, yang tidak dapat dihilangkan dengan pengurasan dan trapping steam. Terdapat tiga tipe separator yang umum digunakan dalam sistim steam: Separator tipe baffle Separator tipe baffle atau baling-baling terdiri dari sejumlah pelat baffle, yang menyebabkan aliran berubah arah berkali-kali ketika aliran ini melewati badan separator. Tetesan air yang tersuspesi memiliki masa dan inersia yang lebih besar daripada steam, jadi, bila terjadi perubahan arah aliran, steam kering akan melewati baffles dan tetesan air mengumpul di baffles. Juga, karena separator memiliki luas penampang yang besar, maka akan terdapat penurunan kecepatan fluida. Hal ini akan menurunkan energi kinetik tetesan air, dan hampir semuanya akan jatuh dalam bentuk tersuspensi. Kondensat terkumpul dibagian bawah separator, dan hasil yang terkmpul ini akan dibuang melalui steam trap. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 27

28 Gambar 19. Separator Tipe Baffle (Spirax Sarco) Tipe Siklon Separator tipe siklon atau sentrifugal menggunakan serangkaian sirip untuk menghasilkan aliran siklon kecepatan tinggi. Kecepatan steam menyebabkan steam berputar-putar disekitar badan separator, melemparkan bagian yang lebih berat, air tersuspensi ke dinding, dimana air tersuspensi ini akan dkeluarkan ke steam trap yang dipasang dibawah unit alat. Gambar 20. Separator Jenis Siklon (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 28

29 2.7.3 Tipe Coalescence Separator tipe coalescence memberikan halangan dalam aliran steam. Halangan atau rintangan in biasanya berupa bantalan kawat (kadangkala disebut juga sebagai bantalan demister), dimana molekul air akan terjebak. Molekul air tersebut cenderung bersatu, menghasilkan tetesan yang terlalu besar untuk dibawa oleh sistim gas, sehingga akan menjadi sangat berat dan jatuh ke bagian bawah separator. Merupakan hal yang umum mencari separator yang menggabungkan operasi tipe coalescence dan siklon. Dengan menggabungkan kedua metoda tersebut, efisiensi keseluruhan separator jadi meningkat. Gambar 21. Separator Tipe Coalescence 2.8 Steam traps Apakah yang dimaksud dengan steam traps? Sistim steam tidak dapat dikatakan lengkap tanpa adanya komponen penting steam trap (atau trap) 11. Ini merupakan hubungan yang paling penting dalam loop kondensat sebab alat ini menghubungkan penggunaan steam dengan pengembalian kondensat. Steam trap benar-benar secara harfiah berarti membersihkan kondensat, (juga udara dan gas-gas yang tidak dapat terkondensasi), keluar sistim, membiarkan steam mencapai tujuannya sedapat mungkin dalam keadaan/kondisi kering untuk memperlihatkan kerjanya yang efisien dan eknomis. Jumlah kondensat pada steam trap yang harus dikeluarkan denga n berbagai pertimbangan. Kondensat mungkin harus dikeluarkan pada suhu steam (segera setelah terbentuk dalam ruang steam) atau dibawah suhu steam, dengan menyerahkan beberapa panas sensibel ke dalam proses. 11 Bagian merupakan ringkasan Module 11.1 Pendahuluan Mengapa steam traps? Dalam: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 29

30 Tekanan dimana steam traps beroperasi dapat berada dimana saja dari mulai tekanan vakum sampai tekanan lebih dari ratusan bar. Untuk menyesuaikan kondisi yang bervariasi tersebut terdapat berbagai tipe, masing-masing memiliki keuntunga n dan kerugian sendiri-sendiri. Satu tipe steam trap tidak mungkin menjadi pilihan yang benar untuk seluruh penggunaan. Pertimbangan bagi pemilihan steam trap termasuk kemampuan steam trap dalam: Mengeluarkan udara pada saat 'start-up', yaitu pada permulaan proses dimana ruang pemanas dipenuhi oleh udara, yang akan menurunkan perpindahan panas dan meningkatkan waktu pemanasan Membuang kondensat tapi bukan steam Memaksimalkan kinerja pabrik. Kecuali dirancang khusus untuk diisi air, penukar panas dapat beroperasi pada kinerja terbaiknya jika ruang steam diisi dengan steam kering yang bersih. Tipe steam trap akan berpengaruh terhadap hal ini. Terdapat tiga tipe dasar steam trap, ketiganya diklasifikasikan oleh Standar Internasional ISO 6704:1982. Kesemuanya ditunjukkan dalam Gambar 22 dan meliputi: Termostatik (dioperasikan oleh perubahan suhu fluida). Suhu steam jenuh ditentukan oleh tekanannya. Dalam ruang steam, steam menyerahkan entalpi penguapannya (panas), menghasilkan kondensat pada suhu steam. Sebagai akibat dari berlanjutnya kehilangan panas, suhu kondensat akan turun. Trap termostatik akan dilewati kondensat bila suhu yang lebih rendah tercapai. Begitu steam mencapai trap, suhu meningkat dan trap tertutup. Mekanis (dioperasikan oleh perubahan masa tipe fluida). Kisaran steam traps beroperasi dengan menggunakan perbedaan densitas steam dan kondensat. Steam traps tersebut terdiri dari traps bola apung dan traps keranjang terbalik, bola naik dengan adanya kondesat, kran terbuka, yang dilewati kondensat yang lebih padat. Dengan traps keranjang terbalik, keranjang terbalik akan mengapung ketika steam mencapai trap dan naik menutup kran. Keduanya pada dasarnya menggunakan metoda operasi mekanik. Termodinamik (dioperasikan oleh perubahan dalam dinamika fluida). Steam traps termodinamik mengandalkan pada pembentukan flash steam dari sebagian kondensat. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah steam traps t ermodiamik, cakram, 'impuls' dan 'labirin'. Steam Traps Termostatik 1. Ekspansi cairan 2. Tekanan keseimbangan 3. Bimetallic Mekanik 1. Pengapungan bola 2. Keranjang terbalik Gambar 22. Tipe steam traps Termodinamik 1. Impuls 2. Labirin 3. Orifice tetap Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 30

31 Juga, karena adanya kelonggaran, dimasukkan juga orifice traps permanen kedalam tipe ini, yang tidak dapat didefinisikan secara jelas sebagai peralatan otomatis yang hanya berupa beberapa lubang yang sangat sederhana dengan diameter tertentu untuk melewati jumlah kondensat tertentu pada kondisi tertentu. Semuanya mengandalkan pada kenyataan bahwa kondensat panas, dilepas pada tekanan dinamis, akan di-flash keluar menjadi campuran steam dan air. Karena steam traps mekanik yang paling banyak digunakan, maka hanya itu yang akan dijelaskan lebih rinci. Untuk penjelasan lebih rinci mengenai seluruh tipe steam traps silahkan mengacu ke Spirax Sarco Learning Centre ( Steam traps mekanik Steam traps mekanik terdiri dari steam traps bola apung dan steam traps terbalik,yang dijelaskan dibawah. 12 a) Steam trap bola apung Trap tipe bola apung beroperasi dengan menggunakan perbedaan densitas antara steam dan kondensat. Seperti terlihat pada Gambar 23a, kondensat yang mencapai trap akan menyebabkan bola apung naik, mengangkat kran dari dudukannya dan melepaskan kondensat. Seperti dapat dilihat, kran selalu penuh dengan air sehingga steam maupun udara tidak dapat melaluinya. Traps yang modern menggunakan ventilasi udara termostatik seperti ditunjukkan dalam Gambar 23b, yang dapat mengeluarkan udara dan pada saat yang bersamaan trap juga mengeluarkan kondensat. Figure 23a. Float Trap with Air Cock (Spirax Sarco) Figure 23b. Float Trap with Thermostatic Air Vent (Spirax Sarco) Gambar 23a. Trap Apung dengan Kran Udara (Spirax Sarco) Gambar 23a. Trap Apung dengan Termostatik (Spirax Sarco) Ventilasi udara otomatis menggunakan elemen kapsul tekanan kesetimbangan yang sama seperti 12 Bagian diambil dari Module 11.3 Steam TrapsMekanis. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 31

32 steam trap termostatik, dan ditempatkan pada ruang steam diatas kondensat. Setelah pelepasan udara awal, alat ini tutup sampai udara atau gas-gas yang tidak dapat terkondensasi menumpuk selama aliran normal dan kemudian terbuka dengan menurunkan suhu campuran udara/steam. Ventilasi udara termostatik memberikan keuntungan tambahan dengan meningkatnya kapasitas kondensat secara signifikan pada start-up dingin. Dahulunya, ventilasi udara termostatik me mpunyai titik kelemahan jika ada hantaman air dalam sistim. Bahkan bola dapat rusak jika hantaman air begitu kuatnya. Walau begitu, pada traps apung modern ventilasi udaranya kompak, sangat kuat, seluruh kapsulnya terbuat dari baja tahan karat, dan teknik pengelasan modern yang digunakan pada bola membuat steam trap termostatik apung yang lengkap sangat kuat dan handal dalam situasi hantaman air (untuk keterangan mengenai hantaman air lihat item 8 pada bagian 4). Dalam beberapa cara, trap termostatik apung merupakan yang terdekat ke steam trap ideal. Alat ini akan membuang kondensat segera setelah kondensat terbentuk, tanpa menghiraukan perubahan dalam tekanan steam. Keuntungan steam trap termostatik apung Trap secara kontinyu membuang kondensat pada suhu steam, sehingg alat ini menjadi pilihan karena laju perpindahan panasnya tinggi untuk area permukaan pemanasan yang tersedia. Mampu menangani beban kondensat berat atau ringan sama baiknya dan tidak dipengaruhi oleh fluktuasi tekanan atau laju alir yang luas dan mendadak. Sepanjang ventilasi udara otomatis terpasang, trap mampu membuang udara secara bebas. Alat ini memiliki kapasitas besar untuk ukurannya. Versi yang memiliki kran kunci pelepas steam adalah tipe trap yang sesuai secara keseluruhannya untuk digunakan jika terjadi penguncian steam. Alat ini tahan terhadap hantaman air. Kerugian steam trap termostatik apung Walau kurang rentan daripada trap keranjang terbalik, trap tipe apung dapat rusak oleh pembekuan yang hebat dan badannya harus kuat, dan/atau dilengkapi dengan trap penguras termostatik tambahan yang kecil, jika alat ini dipasang pada posisi terbuka. Sepert pada seluruh traps tipe mekanik, bentuk bagian dalam yang berbeda diperlukan untuk operasi pada kisaran tekanan yang bervariasi. Traps yang beroperasi pada tekanan diferensial lebih tinggi memiliki orifice lebih kecil untuk mengimbangi kemampuan mengapungnya pengapung. b) Steam trap tipe keranjang terbalik Steam trap tipe keranjang terbalik diperlihatkan dalam Gambar 24. Seperti namanya, mekanismenya terdiri dari sebuah keranjang yang terbalik, yang disangkutkan oleh tuas ke kran. Bagian penting trap adalah lubang ventilasi udara yang kecil di bagian atas keranjang. Gambar 24 memperlihatkan metoda operasinya. Pada (i) keranjang tergantung kebawah, menarik kran dari dudukannya. Kondensat mengalir dibagian bawah keranjang mengisi badan dan mengalir menuju saluran pengeluaran. Pada (ii) kedatangan steam menyebabkan keranjang menjadi pelampung, kemudian naik dan menutup Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 32

33 saluran keluar. Pada (iii) trap jadi tertutup sampai steam dalam keranjang terembunkan atau tergelembungkan melalui lubang ventilasi ke bagian puncak badan trap. Kemudian tenggelam, menarik kran utama dari dudukannya. Kondensat terkumpul kemudian dilepaskan dan siklus diulang lagi. Pada (ii), udara yang mencapai trap pada saat start-up juga akan memberikan kemampuan mengapungnya keranjang ke dekat kran. Lubang ventilasi keranjang diperlukan untuk membiarkan udara lepas menuju puncak trap untuk pembuangan terahir melalui dudukan kran utama. Lubang dan tekanan diferensialnya kecil sehingga trapnya relatif lambat pada pengeluaran udara. Pada waktu yang sama trap harus melalui (dan juga mengeluarkan) sejumlah steam tertentu supaya trap dapat beroperasi begitu udaranya telah bersih. Ventilasi udara yang dipasang paralel dibagian luar trap akan mengurangi waktu start-up. Gambar 24. Operasi Steam Trap Jenis Keranjang Terbalik (Spirax Sarco) Keuntungan steam trap tipe keranjang terbalik Steam trap tipe keranjang terbalik dapat dibuat unuk tahan terhadap tekanan tinggi. Seperti steam trap termostatik apung, steam trap tipe keranjang memilik toleransi yang baik terhadap kondisi hantaman air. Dapat digunakan pada jalur steam lewat jenuh dengan penambahan sebuah check valve pada saluran masuk. Mode kegagalan biasanya terbuka, sehingga menjadi lebih aman untuk penggunaan yang memerlukan fasilitas ini, sebagai contoh pengurasan turbin. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 33

34 Kerugian steam trap tipe keranjang terbalik Ukuran lubang yang kecil pada puncak keranjang berarti bahwa tipe trap ini hanya dapat membuang udara dengan sangat pelan. Lubangnya tidak dapat diperbesar, karena steam akan melewatinya dengan sangat cepat selama operasi normal. Selalu terdapat air yang cukup pada badan trap yang bertindak sebagai sil/ penutup disekitar tepi keranjang. Jika trap kehilangan sil air ini, steam dapat terbuang melalui kran pengeluaran. Hal ini seringkali dapat terjadi pada penggunaan dimana terjadi penurunan tekanan steam yang mendadak, menyebabkan beberapa kondensat dalam badan trap menyemp rot kedalam steam. Keranjang kehilangan kemampuan mengapungnya dan kemudian tenggelam, membiarkan steam yang bergerak melewati trap orifice. Hanya jika kondensat yang cukup mencapai trap maka penutup/ sil air akan terbentuk lagi dan mencegah terjadinya pembuangan steam. Jika trap tipe keranjang terbalik digunakan pada penggunaan dimana terjadi fluktuasi tekanan pada pabrik, sebuah check valve harus dipasang pada jalur masuk didepan trap. Steam dan air bebas bergerak pada arah yang ditentukan, tetapi tidak dapat mengalir kearah sebaliknya. Suhu steam lewat jenuh yang lebih tinggi nampaknya sebagai penyebab trap keranjang terbalik kehilangan penutup/sil airnya. Sebuah check valve didepan trap harus dipasang. Beberapa trap keranjang terbalik dibuat dengan standar yang dilengkapi sebuah check valve. Trap tipe keranjang terbalik dapat mengalami kerusakan karena pembekuan jika terpasang pada posisi terbuka dengan kondisi ambien dibawah nol. Sama halnya dengan tipe trap mekanik lainnya, penggunaan bahan yang sesuai dapat mengatasi masalah ini jika kondisi tidak terlalu parah. Jika kondisi ambien selalu jauh dibawah nol, maka akan bijaksana apabila mempertimbangkan tipe trap yang lebih kuat untuk melakukan pekerjaannya. Untuk pengeluaran utama, trap termodinamika dapat dipilih untuk menjadi pilihan pertama Pemilihan dan pemasangan steam trap Tabel 3 meringkas pemilihan steam traps untuk berbagai penggunaan. Tabel 3. Pemilihan steam traps yang sesuai untuk berbagai penggunaan proses (BEE, 2004) Penggunaan Ciri-ciri Trap yang sesuai Pipa saluran steam Terbuka ke atmosfir, kapasitas kecil Sering terjadi perubahan tekanan Termodinamik, Mekanik: Mengapung Tekanan rendah tekanan tinggi Peralatan Reboiler Pemanas Pengering Penukar panas dll. Jalur pencari/ tracer line Instrumentasi Kapasitas besar Variasi tekanan dan suhu tidak dikehendaki Efisiensi peralatan jadi masalah Handal tanpa panas yang berlebihan Mekanik: Mengapung Keranjang: Keranjang terbalik Termodinamik, Termostatik : Bimetallic Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 34

35 Bila melakukan pemilihan dan pemasangan steam trap, hal berikut harus dipertimbangkan: 13 a) Hantaman air/waterhammer Hantaman air terjadi karena kondensat dalam sistim steam yang terambil oleh steam yang bergerak dan dapat menyebabkan kerusakan pada saluran pipa, sambungan dan steam traps. Gejala hantaman air seringkali ditandai dengan tidak berfungsinya steam trap. Penjelasan yang memungkinkan adalah bahwa kegagalan pada steam trap telah diakibatkan oleh hantaman air. Hantaman air dapat diakibatkan oleh berbagai sebab, termasuk: Kegagalan membuang kondensat dari jalur steam kecepatan tinggi dalam pipa. Dari penggunaan, dimana suhu dikendalikan dan kondensat harus dialirkan ke jalur pengembalian, atau mengembalikannya ke sistim bertekanan. Ketidakmampuan kondensat masuk atau mengalir sepanjang jalur kembali yang berukuran terlalu kecil, karena (a) banjir, atau (b) pemberian tekanan berlebih karena pengaruh throttling dari flash steam. Permasalahan dengan hantaman air dapat dihilangkan dengan memposisikan pipa-pipa sehingga terdapat sudut kemiringan pada arah alirannya. Kemiringan sudut paling tidak 12 mm pada setiap 3 meter, dan juga adanya jumlah titik pengurasan setiap 30 sampai 50 meter. Untuk informasi lebih lanjut mengenai hantaman air lihat hal no. 8 pada bagian 4. b) Kotoran Kotoran merupakan faktor utama lainnya yang harus dipertimbangkan ketika memilih traps. Walaupun steam mengembun menjadi air suling, air ini kadang-kadang mengandung sedikit bahan dari senyawa pengolahan umpan boiler dan mineral alam yang ditemukan dalam air. Juga perlu dipertimbangkan bahwa kotoran pipa terbentuk selama pemasangan dan produk dari proses korosi. c) Strainers Peralatan ini seringkali dilupakan dalam sistim steam, seringkali, nampaknya, dalam upaya untuk untuk mengurangi biaya pemasangan. Kerak pipa dan kotoran dapat mempengaruhi kran pengendali dan steam traps, dan menurunkan laju perpindahan panas. Sebetulnya sangatlah mudah dan murah memasang sebuah strainer dalam pipa, yang akan memberi keuntungan dividen selama umur pemasangan. Kerak dan kotoran ditangkap, dan sebagai hasilnya maka perawatan biasanya jadi berkurang. Pemilihannya cukup sederhana. Bahan strainer dipilih untuk mencocokan tipe pemasangan dan tekanan sistim supaya alat ini dapat beroperasi. Ukuran kasa filter yang berbeda dapat dipertimbangkan untuk tingkat perlindungan yang berbeda. Makin halus filter maka makin sering alat ini perlu dibersihkan. Satu hal yang pasti, strainer jauh lebih mudah dan murah untuk dirawat dan dibeli daripada kran pengendali atau steam traps. d) Pengunci steam 13 Bagian adalah ringkasan (a) Modul 11.5 Pertimbangan dalam Memilih Steam Traps. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping. and (b) Efisiensi Energi di Unit Utilitas Termal. Buku 2, oleh Biro Efisiensi Energi India, 2004 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 35

36 Kemungkinan penguncian steam kadang-kadang dapat menjadi faktor penentu dalam pemilihan steam traps. Hal ini dapat terjadi jika sebuah steam trap dipasang jauh dari pabrik yang sedang dikuras. Keadaan ini akan menjadi parah ketika kondensat dibuang melalui syphon atau pipa celup. Untuk membebaskan masalah ini maka diperlukan sebuah trap dengan kran pelepas kunci steam. Alat ini berupa kran dengan jarum terpasang didalamnya yang membiarkan steam yang terkunci dalam pipa syphon dikeluarkan melewati kran utama. Trap apung hanya berupa trap dengan fasilitas yang sesuai bagi mesin-mesin yang berputar seperti silinder pengering. e) Trapping berkelompok Trapping berkelompok menggambarkan penggunaan satu trap yang melayani lebih dari satu penggunaan (Gambar 25). Alasan dipakainya trapping berkelompok ini adalah karena pada saat itu hanya ada satu tipe steam trap. Alat ini merupakan pendahulu dari trap tipe keranjang yang sekarang ada, dan sangat besar dan mahal. Steam traps yang sekarang sangat kecil dan murah, menyebabkan masing-masing alat penukar panas dapat dikuras secara tepat, dimana selalu lebih baik bagi peralatan yang pengguna steam untuk menggunakan trapnya masing-masing daripada secara berkelompok. Cara yang paling memuaskan adalah menguras tiap ruang steam dengan trapnya sendiri dan menghubungkan saluran keluar dari berbagai tipe traps ke pengembalian utama kondensat (Gambar 25). Gambar 25. Trapping Berkelompok dan Trapping Individu dengan Pengembalian Kondensat yang Umum (BEE, 2004) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 36

37 f) Diffusers Dengan pengurasan steam traps ke atmosfir dari ujung pipa yang terbuka, memungkinkan untuk melihat pembuangan kondensat panas. Sejumlah tertentu flash steam juga akan terjadi karena adanya tekanan kondensat sebelum trap. Hal ini dapat membahayakan bagi yang melewati tempat tersebut, namun resiko dapat diminimalkan dengan menurunkan kuatnya peneluaran. Cara ini dapat dicapai dengan memasang sebuah alat diffuser sederhana (Gambar 25) pada ujung pipa yang dapat mengurangi kerasnya pengeluaran dan suara. Biasanya, tingkat suara dapat diturunkan sampai 80%. Gambar 26. Diffuser (Spirax Sarco) g) Titik pengurasan/ pengeluaran Titik pengurasan harus cukup besar dan harus ditempatkan dimana kondensat dapat mengalir menuju trap dengan mudah. Sebagai contoh, sebuah pipa saluran 150 mm akan memerlukan pengurasan dengan diameter 100 mm dan kedalaman 150 mm terletak dibagian bawah pipa saluran. Tabel 4 dapat digunakan untuk memilih ukuran titik pengurasan. Tabel 4. Ukuran Pocket Penguras (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 37

38 h) Ukuran pipa Pipa yang menuju dan berasal dari steam traps harus cukup ukurannya. Hal ini terutama penting untuk traps termodnamik, sebab operasinya yang benar dapat terganggu oleh tahanan yang berlebihan terhadap aliran dalam pipa kondensat. Sambungan pipa seperti kran, bengkokan dan pipa T yang dekat ke trap dapat juga menyebabkan tekanan balik yang berlebihan dan harus dihindarkan. i) Ventilasi udara Bilamana udara dibawa ke ruang trap oleh steam, fungsi trap dapat dipengaruhi kecuali jika diberi kondisi yang memadai untuk pembuangan udara melalui steam trap atau ventilasi udara terpisah. Jika udara tidak terventilasikan sebagaimana mestinya, pabrik akan membutuhkan waktu yang lama untuk menghangatkannya dan mungkin saja akan beroperasi dibawah keluaran potensialnya. 2.9 Ventilasi udara Bagian ini menerangkan tentang penggunaan ventilasi udara pada sistim distribusi steam Pengaruh udara pada steam Jika udara tercampur dengan steam dan mengalir bersamaan dengannya, kantong udara akan tetap tinggal pada permukaan penukar panas dimana steam terkondensasikan. Secara perlahan, terhimpun sebuah lapisan tipis yang membentuk sebuah selimut isolasi, yang menghalangi perpindahan panas sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 27. Konduktivitas panas udara adalah 0,025 W/m C, sementara nilainya untuk air adalah 0,6 W/m C, untuk besi sekitar 75 W/m C dan untuk tembaga sekitar 390 W/m C. Sebuah lapisan udara dengan ketebalan hanya 1 mm memberikan resistansi terhadap aliran panas yang kurang lebih sama dengan tembaga dengan tebal 15 meter! Bilamana udara ditambahkan ke steam, kandungan panas dari volum campuran lebih rendah dari steam murni dengan volum yang sama, sehingga suhu campuran rendah. Jadi, keberadaan udara memiliki pengaruh ganda: Udara memberikan resistansi terhadap perpindahan panas melalui pengaruh pelapisannya Udara menurunkan suhu ruang steam yang kemudian menurunkan gradien suhu yang melewati permukaan perpindahan panas Pengaruh keseluruhannya adalah mengurangi laju perpindahan panas yang mungkin diperlukan oleh proses kritis, dan dalam kasus terburuknya mungkin dapat mencegah tercapainya suhu proses akhir yang diperlukan. Dalam beberapa proses, diperlukan suhu minimum untuk mendapatkan perubahan kimia atau fisik produk, hanya suhu minimum diperlukan bagi alat pensteril/sterilizer. Kehadiran udara pada prinsipnya merupakan masalah sebab udara akan mengakibatkan kacaunya alat pengukur tekanan, sehingga suhu tidak dapat diperkirakan dari tekanan. 14 Bagian 2.9 adalah ringkasan Modul Teori Ventilasi Udara. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 38

39 Gambar 27. Pengaruh Udara pada Perpindahan panas (Spirax Sarco) Udara dalam sistim Udara yang ada didalam pipa steam dan peralatan steam pada saat start-up. Bahkan jika sistim diisi dengan steam murni ketika digunakan, steam yang terkondensasikan akan menyebabkan keadaan vakum dan menarik udara ke pipa pada saat operasi berhenti. Udara dapat juga masuk ke sistim tercampur dalam air umpan. Pada suhu 80 C, air dapat larut sekitar 0,6 persen volum, dari udara. Tanda-tanda adanya udara adalah: Menurunnya hasil produksi secara berangsur -angsur pada berbagai peralatan yang dipanaskan oleh steam Gelembung udara dalam kondensat Korosi Penghilangan udara Cara memventilasikan udara yang paling efisien adalah dengan menggunakan sebuah alat otomatis. Udara yang tercampur dengan steam akan menurunkan suhu campuran. Dapat digunakan alat termostatik (berdasarkan tekanan seimbang atau prinsip bimetallic) untuk memventilasikan sistim steam. Sebuah alat ve ntilasi udara yang dipasang pada suatu tangki ruang steam (Gambar 28) atau pada ujung pipa saluran steam (Gambar 29) akan terbuka ketika ada udara. Untuk pembuangan udara yang maksimal, pembuangannya harus sebebas mungkin. Sebuah pipa seringkali dipasang untuk membawa buangan ke lokasi yang aman, lebih disukai yang bukan jalur pengembalian kondensat, yang dapat membatasi kebebasan pelepasan udara dan dapat juga mendorong terjadinya korosi. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 39

40 Gambar 28. Pan yan diselubungi Ventilasi Udara Otomatis (Spirax Sarco) Gambar 29: Ujung Ventilasi Udara Otomatis Utama (Spirax Sarco) Bila sebuah ventilasi udara dipasang untuk mem-bypass sebuah steam trap (Gambar 29), maka ventilasi ini akan bertindak sebagai steam trap setelah udara diventilasikan, dan dapat juga membuang kondensat dari waktu ke waktu. Dalam kasus seperti itu perlu untuk menghubungkan ulang ventilasi udara ke jalur kondensat setelah trap. Jika jalur buangan kondensat dari sebuah trap meningkat ke tingkat yang tertinggi, jalur yang banjir akan mengganggu tekanan balik pada trap dan ventilasi udara. Kemampuan ventilasi udara dalam membuang udara jadi berkurang, terutama pada saat start-up. Hal ini sama juga bila ventilasi udara terintegrasikan didalam steam trap. Bila bentuk penggunaan ruang steam dan lokasi saluran masuk steam menyebabkan hampir semua udara meninggalkan saluran keluar kondensat, maka lebih disukai jika jalur pembuangan steam trap dan ventilasi udara tidak ditempatkan pada tempat yang tinggi. Gambar 29. Trap Keranjang Terbalik dengan Ventilasi Udara Paralel (Spirax Sarco) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 40

41 2.9.4 Lokasi ventilasi udara Bilamana kumparan atau tangki memiliki penampang yang kecil, steam yang diterima akan bertindak seperti sebuah piston, mendorong udara ke titik yang jauh dari saluran masuk steam. Titik jauh ini biasanya merupakan lokasi yang terbaik bagi ventilasi udara. Dalam hal pengguna steam seperti dalam bentuk yang diperlihatkan dalam Gambar 29, udara akan melewati saluran keluar kondensat, sesuai dengan kondisi yang dibuat dalam trap, atau dalam sebuah bypass, untuk penanganan udara. Udara tersisa mungkin terkumpul seperti yang ditunjukkan, membentuk titik dingin pada permukaan pemanasan. Unit ini tidak dapat memanaskan dengan baik, dan kerusakan dapat terjadi pada beberapa peralatan, seperti dasar bantalan setrika laundry. Bila campuran udara/steam lebih padat daripada steam murni pada tekanan yang sama, biasanya cukup untuk tercapainya kemampuan memventilasikan udara didalam steam trap yang terletak rendah. Walau begitu, karena mode operasi trap dimana kondensat membentuk penutup/ sil air pada saluran masuk trap, dapat menghalangi udara untuk mencapai trap. Kemungkinan perlu dipertimbangkan sebuah ventilasi udara otomatis yang dihubungkan ke ruang steam ditempatkan diatas semua kondensat. Seringkali cara ini sesuai dan cukup efektif dengan menghubungkan alat ini ke puncak ruang steam, seperti dalam Gambar 30. Gambar 30. Ventilasi udara pada ujung yang berlawanan dengan Saluran Masuk Steam (Spirax Sarco) Namun demikian, jika dua ruang steam dengan ukuran dan bentuk yang sama tapi dengan posisi saluran masuk steam yang berbeda, maka lokasi ventilasi udaranya mungkin dapat berbeda. Pada Gambar 31 dan Gambar 32, kondensat yang dikeluarkan dari bagian bawah tangki tapi dengan saluran masuk steam dibawah, pada saat start-up, udara akan cenderung didorong ke titik yang jauh pada puncak. Kemungkinan yang paling baik adalah menempatkan sebuah ventilasi udara pada puncak, sementara pada saat yang bersamaan steam trap termostatik apung akan menangani berbagai udara sisa yang telah terkumpul dibagian bawah tangki. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 41

42 Dengan pemasukan steam pada bagian puncak, udara cenderung akan didorong kebagian bawah pada saat start-up, dan harus dibuat kondisi untuk memventilasikannya pada tempat yang rendah. Biasanya, sebuah trap dengan kemampuan memventilasikan udara yang tinggi seperti trap termostatik apung akan melakukan pekerjaan itu. Namun, pada prakteknya, untuk menjamin penghilangan udara seluruhnya selama kondisi berjalan, dipasang sebauh ventilasi udara yang terpisah pada puncak tangki (seperti diperlihatkan dalam Gambar 32) seringkali terbukti bermanfaat, terutama pada bentuk tangki yang tidak beraturan. Gambar 31. Ventilasi udara yang terletak berlawanan dengan saluran masuk steam pada tempat yang rendah (Spirax Sarco) Gambar 32. Ventilasi udara yang terletak berlawanan dengan saluran masuk steam pada tempat yang tinggi (Spirax Sarco) 2.10 Pemanfaatan kembali kondensat Bagian ini menjelaskan tentang pemanfaatan kembali kondensat dalam sistim steam Apakah yang dimaksud dengan pemanfaatan kembali kondensat Bila satu kilogram steam mengembun seluruhnya, maka akan terbentuk satu kilogram kondensat pada suhu dan tekanan yang sama. Sistim steam yang efisien akan mengguna ulang kondensat ini. Kegagalan dalam memperoleh kembali dan mengguna ulang kondensat membuat tidak adanya keuntungan secara finansial, teknis atau lingkungan. Steam jenuh yang digunakan untuk pemanasan menyerahkan panas latennya (entalpi penguapan), yang merupakan proporsi yang besar dari panas total yang terkandung didalamnya. Panas tersisa dalam steam tertahan dalam kondensat sebagai panas sensibel (entalpi air) sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar Bagian 2.10 diambil dari Modul 14.1 Pendahuluan tentang Pemanfaatan Kembali Kondensat. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 14, Pemanfaatan Kembali Kondensat. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 42

43 Gambar 33. Setelah menyerahkan panas latennya untuk memanaskan proses, steam berubah menjadi air yang hanya mengandung panas sensibel (Spirax Sarco) Seperti halnya dengan kandungan pana s, kondensat pada dasarnya merupakan air suling, yang ideal untuk penggunaan air umpan boiler. Suatu sistim steam yan efisien akan mengumpulkan kondesat ini dan mengembalikannya ke deaerator, tangki umpan boiler, atau menggunakannya dalam proses lain. Hanya jika benar-benar terdapat resiko pencemaran maka kondensat tidak boleh dikembalikan ke boiler. Bahkan, memungkinkan untuk mengumpulkan kondensat dan menggunakannya sebagai air proses panas atau melewatkannya melalui sebuah alat penukar panas dimana kandungan panasnya dapat dimanfaatkan kembali sebelum air dibuang. Kondensat dibuang dari plant dan peralatan steam melalui steam traps dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Sebagai akibat dari turunnya tekanan, beberapa kondensat akan menguap kembali menjadi flash steam. Bagian steam yang akan flash off dengan cara ini ditentukan oleh sejumlah panas yang dapat ditahan dalam steam dan kondensat. Biasanya jumlah flash steam sekitar 10% sampai 15%, tetapi dapat juga lebih dari itu. Kondensat pada tekanan 7 bar g akan kehilangan massanya sekitar 13% bila flashing ke tekanan atmosfir, namun steam yang dihasilkan akan memerlukan ruang 200 kali lebih besar daripada kondensat darimana bahan ini dibentuk. Kondensat ini berpengaruh terhadap penghambatan jalur pembuangan trap yang berukuran lebih kecil dari yang semestinya, dan harus diperhitungkan ketika menghitung ukuran jalur tersebut Sistim pemanfaatan kembali kondensat Suatu sistim pemanfaatan kembali kondensat yang efektif, mengumpulkan kondensat panas dari steam dengan menggunakan peralatan dan mengembalikannya ke sistim umpan boiler, dapat membayar dirinya sendirinya dalam jangka waktu yang sangat cepat. Gambar 34 memperlihatkan sebuah sirkuit steam dan kondensat yang sederhana, dengan pengembalian kondensat ke tangki umpan boiler. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 43

44 Gambar 34. Sebuah Sirkuit Steam dan Kondensat (Spirax Sarco) Alasan-alasan untuk pemanfaatan kembali kondensat Alasan-alasan untuk pemanfaatan kembali kondensat adalah: Alasan Keuangan: Kondensat merupakan sumber daya yang berharga dan bahkan pemanfaatan kembali dalam jumlah kecilpun seringkali secara ekonomis dapat dibenarkan. Pembuangan dari sebuah steam trap tunggal seringkali merupakan pemanfaatan kembali yang berharga. Kondensat yang tidak termanfaatkan kembali harus diganti dalam ruang boiler oleh air make-up dingin dengan biaya tambahan untuk pengolahan air dan bahan bakar untuk memanaskan air dari suhu yang lebih rendah. Biaya air: Kondensat yang tidak dikembalikan perlu diganti dengan air make-up, sehingga perlu membayar air untuk keperluan. Larangan terhadap Effluent: di Inggris contohnya, air bersuhu diatas 43 C berdasarkan hukum yang berlaku tidak boleh dikembalikan ke saluran air kotor, sebab membahayakan bagi lingkungan dan dapat merusak pipa-pipa yang terbuat dari tanah. Kondensat diatas suhu ini harus didinginkan terlebih dahulu sebelum dibuang, dapat mendatangkan biaya energi ekstra. Larangan serupa diterapkan hampir diseluruh negeri, dan dapat dikenakan biaya dan denda oleh pemasok air bagi yang tidak mentaatinya. Memaksimalkan keluaran boiler: Air umpan boiler yang lebih dingin akan menurunkan laju pembangkitan steam pada boiler. Semakin rendah suhu air umpan, semakin banyak panas dan bahan baker yang dibutuhkan untuk memanaskan air. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 44

45 Kualitas air umpan boiler: Kondensat merupakan air suling yang hampir tidak mengandung total padatan terlarut (TDS). Boiler perlu di-blowdown untuk mengurangi konsentrasi padatan terlarut dalam air boiler. Mengembalikan lebih banyak kondensat ke tangki umpan akan menurunkan kebutuhan bagi blowdown dan dengan begitu mengurangi hilangnya energi dari boiler Tata letak dan ukuran jalur pengembalian kondensat Tata letak dan ukuran jalur pengembalian kondensat adalah penting ketika memasang sebuah sistim pemanfaatan kembali kondensat. 16 Tidak ada rekomendasi tunggal yang dapat mencakup tata letak pipa kondensat. Kebanyakan tergantung pada penggunaan tekanan, karakteristik steam trap, posisi pipa saluran pengembalian kondensat relatif tehadap pabrik, dan tekanan dalam pipa saluran pengembalian kondensat. Untuk alasan ini maka yang terbaik untuk memulai adalah dengan mempertimbangkan tentang apa yang harus dicapai, dan mendesain tata letak yang akan menjamin bahwa praktek dasar yang baik dapat terpenuhi. Tujuan utamanya adalah bahwa: Kondensat tidak diperbolehkan menumpuk di plant, kecuali jika peralatan yang menggunakan steam didesain secara khusus untuk mengoperasikan cara ini. Biasanya peralatan didesain untuk mengoperasikan pada kondisi tidak banjir, dan kondensat yang terkumpul akan menghalangi kinerja, dan mendorong terjadinya korosi pada pipa, sambungan dan peralatan. Kondensat tidak diperbolehkan terkumpul dalam pipa saluran steam. Disini kondensat dapat diambil oleh steam berkecepatan tinggi, menyebabkan erosi dan hantaman air dalam pipa kerja. Topik mengenai pemipaan kondensat akan dibagi kedalam empat tipe dasar dengan persyaratan dan pertimbangan yang berbeda untuk masing-masing. Keempat tipe dasar tersebut didefinisikan dan digambarkan dalam Gambar 35. Ukuran seluruh jalur kondensat merupakan fungsi dari: Tekanan. Perbedaan tekanan antara ujung pipa yang satu dengan yag lainnya. Perbedaan tekanan ini dapat membantu aliran, atau dapat menyebabkan kondensat menye mprot menjadi steam. Kuantitas. Merupakan jumlah kondensat yang ditangani. Kondisi. Apakah kondensat b erbentuk cairan atau flash steam? 16 Bagian adalah ringkasan Modul 14.2 Layout dari Jaringan Pengembalian Kondensat dan Modul 14.3 Pengukuran Jaringan Pengembalian Kondensat. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 14, Pemanfaatan Kembali Kondensat. Keterangan lebih rinci dapat ditemukan pada modul ini. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 45

46 Gambar 35. Empat Jenis Jalur Kondensat (Spirax Sarco) 2.11 Isolasian saluran pipa steam dan peralatan-peralatan proses panas Isolasian merupakan bagian penting dalam penghematan energi pada sistim steam Tujuan isolasian Isolasi panas ditandai dengan konduktivitas panasnya yang rendah dan oleh karena itu mampu menjaga panas tertahan didalam atau diluar sistim dengan mencegah perpindahan panas ke atau dari lingkungan luar. Bahan-bahan isolasinya berpori dan mengandung sejumlah besar sel-sel udara yang tidak aktif. Sejumlah besar energi bisa hilang tanpa menggunakan isolasi atau jika isolasinya tidak efisien atau pemasangannya tidak benar. Isolasi panas dapat menurunkan kehilangan panas, memberikan keuntungan sebaga i berikut: Penurunan pemakaian bahan bakar Pengendalian proses yang lebih baik dengan mencapai suhu proses pada tingkatan ya ng konstan Pencegahan korosi dengan menjaga permukaan terbuka sistim pendinginan diatas titik embun 17 Bagian 2.11 adalah versi yang sudah diedit dari Efisiensi Energi pada Utilitas Termal. Buku 2, oleh Biro Efisiensi Energi India, 2004, halaman Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 46

47 Perlindungan terhadap peralatan dari bahaya kebakaran Peredaman terhadap getaran Disamping itu kondisi kerja para karyawan menjadi lebih baik karena isolasi melindungi mereka dari kotak langsung dengan permukaan panas dan panas radian dan sebab isolasi dapat mengurangi tingkat kebisingan Tipe-tipe isolasi Isolasi dapat diklasifikasikan berdasarkan pada tiga kisaran suhu yang digunakan masingmasing: Isolasi Suhu Rendah (sampai 90 o C), yang digunakan untuk lemari es, sistim air panas dan dingin, tangki penyimpanan, dll. Bahan yang paling banyak digunakan adalah gabus, kayu, magnesia 85 persen, serat mineral, polyurethane dan gabus putih EPS /expanded polystyrene Isolasi Suhu Menengah ( o C), yang digunakan dalam pemanasan suhu rendah dan peralatan pembangkit steam, jalur steam, saluran cerobong, dll. Bahan yang paling banyak digunakan adalah magnesia 85 persen, asbes, kalsium silikat dan sera t mineral. Isolasi Suhu Tinggi (325 o C dan diatasnya), yang biasanya digunakan untuk boiler, sistim steam lewat jenuh, pemanggang oven, pengering dan tungku. Bahan yang paling banyak digunakan adalah asbes, kalsium silikat, serat mineral, mika, vermiculit e, semen tahan api, silika dan serat keramik. Tabel dibawah menjelaskan penggunaan, keuntungan dan kerugian berbagai bahan isolasi. Bahan-bahan isolasi dapat juga diperoleh dalam bentuk cetakan yang besar, sebagai contoh, pipa-pipa semi silindris dan lempengan-lempengan untuk tangki, flens, kran dll. Keuntungan utama dari bagian yang dicetak adalah kemudahan dalam pemasangan untuk isolasi yang baru dan dalam hal penggantian atau perbaikan isolasi yang sudah ada Pemilihan bahan-bahan isolasi Faktor-faktor penting yang harus dipertimbangkan ketika memilih bahan-bahan isolasi adalah: Suhu operasi sistim Jenis bahan bakar yang sedang dibakar Ketahanan bahan terhadap panas, cuaca dan kondisi yang merugikan Konduktivitas panas bahan Diffusivitas panas bahan Kemampuan bahan bertahan pada berbagai kondisi, seperti kejutan panas, getaran dan serangan bahan kimia Ketahanan bahan terhadap nyala/api Daya tembus/permeabilitas bahan Biaya total, termasuk pembelian, pemasangan dan perawatan Tabel 6. Bahan-bahan Isolasi untuk Berbagai Penggunaan TIPE ISOLASI PENGGUNAAN KEUNTUNGAN & KERUGIAN Polystyrene Isolator organik yang dibuat dengan polimerisasi styrene Cocok untuk suhu rendah (-167 o C sampai 82 o C). Terutama digunakan dalam ruangan dingin, pipa pendinginan dan beton Keuntungan: kaku dan ringan Kerugian: mudah terbakar, memiliki titik leleh rendah, mudah terurai oleh sinar ultra violet, dan mudah diserang oleh bahan pelarut/ Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 47

48 TIPE ISOLASI PENGGUNAAN KEUNTUNGAN & KERUGIAN penahan struktur bangunan solven Polyurethane Dibuat dengan cara mereaksikan isocyanides dan alkohol. Dibuat dalam lempeng sinambung atau dibusakan di tempat Cocok untuk suhu rendah (-178 o C to 4 o C). Digunakan terutama di ruang dingin, transportasi yang diberi pendingin, lemari pembeku, lantai dan pipa pendinginan Keuntungan: struktur sel tertutup, densitas rendah dan kekuatan mekanisnya tinggi Kerugian: mudah terbakar, menghasilkan uap beracun dan cenderung membara Rockwool (serat mineral) Dibuat dengan melelehkan basalt dan arang dalam sebuah kubah pada suhu sekitar 1500 o C. Digunakan bahan pengikat berbasis phenol. Tersedia dalam bentuk keset, selimut, dan bentuk yang terlepas atau dibentu sebagai isolasi pipa Fibreglass Dibentuk dari pengikatan serat fiberglass panjang dengan resin thermo setting membentuk selimut dan bats, papan semi kaku, papan kaku dengan densitas tinggi dan dibentuk seperti bagian pipa Kalsium silikat Dibuat dari bahan kasium silikat anhidrat yang diperkuat dengan pengikat non-asbes. Ters edia dalam bentuk lempeng berbagai ukuran Serat keramik Dibuat dari alumina dengan kemurnian tinggi dan butiran silika, dilelehkan dalam suatu tungku listrik dan dihembus dengan gas berkecepatan tinggi menjadi benang halus yang ringan. Dibuat dengan berbagai macam bentuk, termasuk kain, felt, pita, semen pelapis dan variform castable (batu bata tahan api) dan isolasi fondasi Cocok untuk suhu sampai 820 o C. Digunakan terutama untuk mengisolasi oven industri, penukar panas, pengering, boiler dan pipapipa suhu tinggi Cocok untuk suhu sampai 540 o C. Digunakan terutama untuk mengisolasi oven industri, penukar panas, pengering, boiler dan pipa Cocok untuk suhu sampai 1050 o C. Digunakan terutama untuk mengisolasi dinding tungku, kotak pemadam, refraktori, lining gas buang dan boiler Cocok untuk suhu sampai 1430 o C. Digunakan terutama untuk mengisolasi tungku dan back-up kiln refraktori, kotak pemadam, mangkok kaca pengumpan, perbaikan tungku, isolasi kumparan penginduksi, paking dan bahan pembungkus suhu tinggi Keuntungan: memiliki kisaran densitas yang besar dan tersedia dalam banyak bentuk. Bersifat inert secara kimia, tidak korosif dan mencapai kekuatan mekanis selama penanganan Keuntungan: tidak akan hancur oleh penuaan. Kerugian: Produk fibreglass sedikit basa ph9 (Nilai netral ph7). Harus dilindungi dari pengaruh pencemaran luar untuk menghindari percepaan korosi terhadap baja Keuntungan: Struktur sel udaranya kecil, konduktivitas panasnya rendah, dan akan menahan bentuk dan ukurannya pada kisaran suhu yang dapat digunakan. Ringan namun memiliki kekuatan struktur yang bagus sehingga dapat bertahan terhadap abrasi mekanik. Tidak akan terbakar atau busuk, tahan terhadap uap air dan tidak korosif. Keuntungan: cocok untuk berbagai penggunaan disebabkan beragam bentuknya Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 48

49 Isolasian jalur steam dan kondensat Penting untuk mengisolasi pipa saluran steam dan kondensat sebab mereka merupakan sumber kehilangan panas yang utama melalui radiasi panas dari saluran pipa. Bahan isolasi yang cocok adalah gabus, glass wool, rock wool dan asbes. Flens juga harus diisolasi sebab jika tidak terbungkus kehilangan panasnya setara dengan saluran pipa yang tidak diisolasi sepanjang 0,6 m (SEAV, 2005). Flens serigkali tidak diisolasi untuk memudahkan memeriksa kondisinya. Penyelesaiannya adalah dengan memasang pembungkus isolasi yang mudah dilepas, yang dapat dipindahkan ketika melakukan pengecekan. Gambar 37 memberi petunjuk mengenai sejumlah kehilangan panas dari pipa saluran yang tidak diisolasi. Penjelasan tentang bagaimana menghitung ketebalan isolasi yang diperlukan diberikan dalam bagian 3. Gambar 37. Kehilangan panas dari 1 meter pipa yang tidak diisolasi pada berbagai diameter pipa (SEAV, 2005) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 49

50 3. PENGKAJIAN SISTIM DISTRIBUSI STEAM Bagian ini menjelaskan tentang bagaimana melakukan pengkajian terhadap steam traps, terhadap kehilangan panas dari permukaan yang tidak diisolasi dan terhadap penghematan dari pemanfaatan kembali kondensat. 3.1 Pengkajian steam traps Steam traps sendiri tiak menggunakan banyak energi. Akan tetapi tidak berfungsinya steam traps dapat mengakibatkan kehilangan energi yang besar dalam sistim steam. Oleh karena itu pengkajian kinerja steam trap adalah sehubungan mengenai jawaban terhadap dua petanyaan berikut: 18 Apakah trap bekerja dengan benar atau tidak? Jika tidak, apakah trap gagal dalam posisi membuka atau menutup? Traps yang gagal dalam posisi buka menyebabkan kehilangan energi. Kondensat yang tidak kembali ke sistim steam menyebabkan boiler harus memanaskan air yang baru untuk membuat lebih banyak steam. Kapasitas pemanasan steam dapat juga diturunkan, menghasilkan kehilangan energi tidak langsung. Traps yang gagal membuka juga akan memberi tekanan udara ke jalur pembuangan kondensat dan mempengaruhi efisiensi pembuangan terhadap trap yang lainnya. Traps yang gagal tutup tidak menyebabkan kehilangan air atau energi, namun dapat menyebabkan penurunan kapasitas panas secara signifikan dan merusak peralatan pemanas steam. Empat uji kinerja steam trap yang ada: penglihatan/ visual, suara, suhu dan terintegrasi. Lembar kerja 2 dalam bagian 6 bab ini dapat digunakan untuk melaksanakan audit steam trap Uji dengan penglihatan/visual Uji visual terhadap variasi aliran steam traps dilakukan dengan menggunakan kaca penglihat (Gambar 41), uji penglihatan, sambungan T untuk pengetesan dan kran uji tiga arah. Metoda ini bekerja baik dengan traps yang memiliki siklus hidup/mati atau aliran rendah. Metoda ini menjadi kurang menarik ketika aliran, dan selanjutnya volum air dan flash steam cukup tinggi. Salah satu penyelesaiannya adalah dengan cara membelokan kondensat sebelum kondensat ini mencapai trap dan jika trapnya berlanjut mengalir maka ini merupakan tanda telah terjadinya kebocoran. 18 Bagian 3.1 adalah versi yang sudah diedit dari Efisiensi Energi pada Utilitas Termal. Buku 2, oleh Biro Efisiensi Energi India, 2004, halaman Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 50

51 Figure Untuk pengujian terhadap sebuah steam trap, harus ada sebuah kran isolasi yang menyediakan aliran turun ke trap dan sebuah kran uji pada pengeluaran trap. Bilamana kran uji berada pada posisi terbuka, hal-hal berikut harus diamati: Pembuangan kondensat. Traps keranjang terbalik dan cakram termodinamika harus memiliki pembuangan kondensat yang intermittent. Traps apung dan termostatik harus memiliki pembuangan kondensat yang kontinyu. Traps termostatik dapat memiliki pembuangan yang intermittent atau kontinyu tergantung pada bebannya. Jika traps keranjang terbuka digunakan untuk beban yang sangat kecil, maka trap ini akan memiliki pengeluaran kondensat yang kontinyu. Flash steam. Istilah ini jangan disalah artikan dengan kebocoran steam dalam trap. Sulit untuk mengidentifikasi secara visual apakah trap sedang me nghembuskan flash steam atau steam langsung namun, pada umumnya jika steam berhembus secara kontinyu dalam aliran biru, maka sedang terjadi kebocoran steam langsung. Jika steam keluar secara intermittent dalam bentuk awan putih maka ini mengindikasikan flash steam. Hembusan steam yang kontinyu dan tanpa aliran Mengindikasikan bahwa telah terjadi masalah dalam trap. Kapanpun sebuah trap gagal beroperasi dan alasannya tidak jelas, periksa beberapa kebocoran pengeluaran dari trap, kehilangan steam, aliran yang kontinyu, pemanasan yang lambat, untuk menemukan apakah hal tersebut merupakan permasalahan sistim atau permasalahan mekanis dalam steam trap Uji suara Uji suara menggunakan alat pendeteksi kebocoran ultrasonik (lihat bab Peralatan Pemantauan), stetoskop mekanik, obeng atau batang pendengar dari logam. Metoda ini menggunakan suara yang diciptakan oleh aliran untuk menentukan jika trap berfungsi dengan baik. Metoda ini bekerja baik dengan traps yang memiliki siklus hidup/mati atau aliran rendah, namun tidak begitu baik dengan traps dengan aliran yang bervariasi dan/atau tinggi. Sama halnya dengan Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 51

52 pemeriksaan secara visual, kebocoran traps dapat dideteksi dengan membelokan aliran sebelum aliran ini mencapai trap Uji suhu Uji suhu menggunakan pistol inframerah (lihat bab Peralatan Pemantauan), pyrometer permukaan, pita suhu, dan crayon suhu. Peralatan-peralatan tersebut mengukur suhu pengeluaran pada saluran keluar trap, dengan suhu yang tinggi menunjukan kebocoran dan suhu yang rendah menunjukan traps yang tersumbat, ukurannya terlalu kecil, atau kegagalan trap. Pistol infra merah dan pyrometer permukaan dapat mendeteksi suhu pada kedua sisi traps. Untuk mendapatkan pembacaan yang dapat diandalkan, pipa harus terbuka, bersih dan tanpa kerak, yang mana kesemuanya akan mengurangi perpindahan panas yang dapat menurunkan suhu yang tercatat. Beberapa pistol infra merah yang lebih mahal dapat mengatasi ketebalan dinding dan perbedaan material Uji terintegrasi Spirax Sarco mengembangkan alat uji steam trap terintegrasi karena berbagai keterbatasan metoda-metoda diatas. 19 Alat ini terdiri dari sebuah sensor pengindera, yang dipasang dibagian dalam steam trap, yang mampu mendeteksi keadaan fisik media pada titik dengan menggunakan konduktivitas. Alat ini memiliki manfaat-manfaat sebagai berikut: Tidak terpengaruhi oleh gangguan flash steam. Hasilnya terbatas dan tidak ditujukan untuk penafsiran. Pemantauan dapat dilakukan secara lokal, dari kejauhan, secara manual atau otomatis, dan dapat dengan cepat mendeteksi kegagalan, dengan demikian meminimalkan limbah dan memaksimalkan investasi. 3.2 Pengkajian kehilangan panas dari permukaan yang tidak disolasi Kehilangan panas dari permukaan yang tidak diisolasi dapat menjadi penting dan oleh karenanya harus dikaji Ketebalan Ekonomis Isolasi (KEI) Keefektifan isolasi mengikuti hukum pengembalian menurun. Hal ini berarti bahwa isolasi menghasilkan penghematan biaya dan energi, namun dengan meningkatnya ketebalan isolasi tambahan jumlah energi dan biaya yang dapat dihemat menjadi menurun. Pada tingkatan tertentu, penambahan isolasi tidak lagi secara ekonomis dapat diterima. Titik dimana jumlah isolasi memberikan pengembalian investasi terbesar dinamakan ketebalan ekonomis isolasi (KEI) dan ditunjukkan dalam Gambar 40. KEI dihitung berdasarkan faktor-faktor berikut, yang berbeda-beda untuk masing-masing perusahaan: Biaya bahan bakar Jam operasi setiap tahunnya Kandungan panas bahan bakar 19 Modul Pengetesan dan Perawatan Steam Traps. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping Bagian 3.2 adalah versi yang sudah diedit dari Efisiensi Energi pada Utilitas Termal. Buku 2, oleh Biro Efisiensi Energi India, 2004, halaman Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 52

53 Efisiensi boiler Suhu operasi permukaan Diameter/tebal permukaan pipa Perkiraan biaya isolasi Suhu udara rata-rata yang terbuka ke ambien I + H Biaya Cost I M H I : Biaya Isolasi I + H : Total Biaya Insulation Ketebalan Isolasi Thickness H : Biaya Kehilangan Panas M : Ketebalan Ekonomis Gambar 40. Penentuan Ketebalan Ekonomis Bahan Isolasi (BEE, 2004) Menghitung kehilangan panas metodologi Berbagai diagram, grafik dan referensi tersedia untuk menghitung jumlah kehilangan panas. Lembar kerja 3 dalam bagian 6 pada bab ini dapat digunakan untuk melakukan pengkajian kehilangan panas melalui isolasi. Kehilangan panas dapat dihitung dengan menggunakan pesamaan sebagai berikut: Total kehilangan panas (Hs dalam kkal/ jam) = S x A S = [10+(Ts-Ta)/20] (Ts-Ta) A (m 2 ) = 3,14 x diameter (m) x panjang (m) Dimana : S = Kehilangan panas pada permukaan dalam kkal/jam m 2 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 53

54 A = Luas permukaan dalam m 2 Ts = Suhu permukaan panas dalam o C Ta = Suhu ambien dalam o C Catatan: Persamaan ini dapat digunakan untuk suhu permukaan sampai C. Faktorfaktor kecepatan angin, dan konduktivitas bahan isolasi tidak dipertimbangkan. Biaya energi tambahan sehubungan dengan kehilangan panas dapat dihitung dengan persamaan berikut: Hs x jam operasi setiap tahun Kehilangan bahan bakar ekuivalen (Hf) (kg/thn) = GCV x? b Biaya tahunan kehilangan panas($) = Hf x Harga bahan bakar ($/kg) Dimana : GCV = Nilai Kalor Kotor bahan bakar kkal/kg? b = Efisiensi boiler dalam persen Menghitung kehilangan panas - contoh Pertanyaan: Saluran pipa steam sepanjang 100 m dengan diameter 100 mm tidak diisolasi dan memasok steam ke peralatan pada tekanan 10 kg/cm 2. Hitung penghematan bahan bakar jika saluran pipa akan diisolasi dengan glass wool 65 mm dengan selubung pelindung alumunium. Asumsi: Efisiensi boiler = 80 persen Harga bahan bakar minyak = US$ 300/ton Nilai kalor kotor bahan bakar minyak = kkal/kg Suhu permukaan tanpa isolasi (Ts) = 170 o C Suhu permukaan setelah diisolasi (Ts) = 65 o C Suhu ambien (Ta) = 25 o C Tahap 1: hitung kehilangan panas pada permukaan dan total kehilangan panas saluran pipa yang tidak disolasi (S1 dan Hs1) S1 = [10+ (Ts-Ta)/20] x (Ts-Ta) Ts = 170 o C Ta = 25 o C S1 = [10+(170-25)/20] x (170-25) = 2500 kkal/jam m 2 A (m 2 ) = 3,14 x diameter (m) x panjang (m) Diameter = 0,1 m Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 54

55 Panjang = 100 m A1 = 3,14 x 0,1 x 100 = 31,4 m 2 Total kehilangan panas (Hs1) = S1 x A1 = 2500 x 31,4 = kkal/jam Tahap 2: hitung kehilangan panas pada permukaan dan total kehilangan panas saluran pipa yang disolasi (S2) S2 = [10+ (Ts-Ta)/20] x (Ts-Ta) Ts = 65 o C Ta = 25 o C S2 = [10+(65-25)/20] x (65-25) = 480 kkal/jam m 2 Total kehilangan panas /jam (Hs2) = S2 x A2 Diameter = 0.23 m (= 100 mm + 65 mm + 65 mm) Panjang = 100 m A2 = 3,14 x 0,23 x 100 = 31.4 m 2 Total kehilangan panas (Hs2) = S2 x A2 = 480 x 72.2 = kkal/jam Tahap 3: hitung penghematan bahan bakar dan penghematan biaya tiap tahun (Hf dan US$) Total penurunan kehilangan panas Hs = Hs1 Hs2 = = kkal/jam Kehilangan bahan bakar ekuivalen (Hf) (kg/thn) = Hs x jam operasi setiap tahun GCV x? b Jam operasi setiap tahun = 8400 jam Total penurunan kehilangan panas = kkal/jam Nilai kalor kotor bahan bakar minyak = kkal /kg Efisiensi boiler = 80 persen (0,8) Harga bahan bakar minyak = US$ 300/ton (US$ 0,3/kg) Hf = x 8400 = kg/tahun x 0,8 Biaya tahunan kehilangan panas (US$) = Hf x Harga bahan bakar (US$/kg) = x 0,3 = US$ Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 55

56 3.3 Pengkajian terhadap penghematan dari pemanfaatan kembali kondensat Prosedur untuk menghitung penghematan energi dan biaya yang dapat dicapai oleh pemanfaatan kembali kondensat dijelaskan dalam Gambar 41. Gambar 41. Perhitungan Pe nghematan Biaya dan Energi dari Pemanfaatan Kembali Kondensat (UNEP, 2004) Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 56

57 4. PELUANG EFISIENSI ENERGI Bagian ini menjelaskan mengenai peluang-peluang utama untuk memperbaiki efisiensi energi sistim distribusi steam. 1. Mengelola steam traps Kehilangan energi dapat dikurangi dengan menggunakan steam traps, perhatian diberikan ke area berikut: 21 Pengujian steam traps dijelaskan dalam bagian 3.1 Perawatan rutin, tergantung pada tipe trap dan penggunaannya. Steam trap tekanan seimbang misalnya, memiliki elemen yang dirancang untuk kemudahan penggantian. Mengubahnya secara teratur, mungkin sekali dalam tiga tahun atau lebih, nampaknya membuang waktu dan bahan. Walau demikian, praktek ini mengurangi kebutuhan pemeriksaan trap dan harus menjamin sistim bebas gangguan dengan kehilangan minimal melalui traps yang cacat. Perawatan rutin yang melibatkan pembersiha n dan guna ulang yang ada hanya menggunakan banyak buruh namun meninggalkan steam trap yang tidak bisa diandalkan. Perawatan harus diperiksa dari waktu ke waktu dan cenderung melelahkan. Perawatan rutin harus menyertakan pembaharuan beberapa bagian yang dicurigai, jika hal ini dilakukan akan menjadi biaya yang efektif/ mahal. Penggantian bagian dalam. Pembaharuan bagian dalam steam trap dirasa cukup baik. Badan bagian luar umumnya memiliki umur pakai setua pabrik dimana badan tersebut dipasangkan dan hanya bagian dalamnya yang diganti tergantung pada kondisi sistim. Terdapat keuntungan yang nyata dalam mengganti bagian dalam tersebut dari waktu ke waktu. Hal ini tergantung pada kemudahan bagian baru tersebut dipasang, kehandalan dan keberadaan trap yang diperbaharui. Elemen traps termostatik biasanya dapat diganti dengan membuka sekrup dari dudukannya. Penggantian cukup sederhana dan pembuatan ulang trap akan handal dengan asumsi instruksi perawatannya dilakukan dengan benar. Selalu dirawat sesuai dengan aturan teknik yang benar untuk steam traps. Pabrik pembuat yang memiliki reputasi biasanya akan selalu menyediakan literatur, saran-saran, dan suku cadang. Penggantian traps. Pada suatu kesempatan, akan lebih mudah dan murah untuk mengganti traps daripada memperbaikinya. Dalam kasus seperti ini penting bahwa traps itu sendiri dapat diganti dengan mudahnya. Sambungan flens akan memudahkan penggantian, walaupun trap yang di flens lebih mahal daripada trap disekrup. Pemakaian flens memberikan biaya tambahan. 2. Menghindari kebocoran steam Kebocoran steam merupakan sumber hilangnya energi dan harus dihindarkan. Diperkirakan bahwa lubang berdiameter 3 mm pada saluran pipa yang membawa 7kg/cm 2 steam akan memboroskan bahan bakar minyak 33 kl per tahun. Kebocoran steam pada saluran pipa tekanan tinggi lebih mahal dari yang bertekanan rendah. Kebocoran steam dimanapun harus segera diperhatikan. Sebetulnya, plant harus mempertimbangkan program pengawasan untuk mengidentifikasikan kebocoran pada saluran pipa, kran, flens dan sambungan-sambungan. 21 Item 1 adalah ringkasan Modul Pengetesan dan Perawatan Steam Traps. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 11, Steam Traps dan Steam Trapping. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 57

58 Sesungguhnya, dengan menutup seluruh kebocoran, seseorang mungkin akan terkejut dengan didapatkannya penghematan bahan bakar yang dapat mencapai 5 persen dari pemakaian steam pada industri skala kecil atau menengah atau bahkan lebih tinggi untuk pabrik yang memiliki beberapa departemen proses. Untuk menghindari kebocoran mungkin akan sangat berharga apabila mempertimbangkan penggantian sambungan flens yang jarang dibuka pada plant tua yang disambung dengan cara dilas. Gambar 42 memberikan perkiraan cepat untuk kebocoran steam berdasarkan panjang lidah asap. Contoh, jika panjang lidah asap 700 mm maka steam yang hilang adalah 10 kg/jam. Gambar 42: Kehilangan Steam VS Panjang Lidah Asap (Spirax Sarco) 3. Menyediakan steam kering untuk proses Steam yang terbaik untuk pemanasan proses industri adalah steam jenuh kering. Steam basah mengurangi panas total dalam steam. Juga air membentuk sebuah lapisan basah pada peralatan perpindahan panas, traps yang kelebihan muatan dan peralatan kondensat. Steam lewat jenuh tidak dikehendaki untuk pemanasan proses sebab steam ini melepaskan panas pada laju yang lebih rendah daripada perpindahan panas kondesasi steam jenuh. Harus diingat bahwa sebuah boler tanpa pemanas berlebih tidak dapat mengantarkan steam jenuh kering dengan sempurna. Yang terbaik hanya dapat mengantarkan 95 hingga 98 persen steam kering. Fraksi kering steam tergantung pada bermacam faktor seperti ketinggian air dalam boiler. Bahkan sesunguhnya perlakuan air boiler yang tidak benar dapat menjadi penyebab terjadinya steam basah. Karena steam jenuh kering diperlukan untuk peralatan proses, perhatian harus ditujukan pada operasi boiler dan penutupan/ isolasi saluran pipa. Steam basah dapat menurunkan produktivitas pabrik dan kualitas poduk, dan dapat menyebabkan kerusakan kehampir seluruh peralatan dan pabrik. Sementara itu walau pengurasan dan trapping Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 58

59 yang dilakukan secara hati-hati dapat membuang air hampir seluruhnya namun cara tersebut tidak dapat mengatasi tetesan air yang tersuspensi, untuk itu dipasang separator pemisah pada pipa saluran steam. Steam yang dihasilkan dalam sebuah boiler yang dirancang untuk menghasilkan steam jenuh pada dasarnya memang sudah basah. Walau faktor kekeringan akan bervariasi sesuai dengan tipe boiler, hampir semua boiler steam tipe shell akan menghasilkan steam dengan fraksi kekeringan antara 95 sampai 98 persen. Kadar air steam yang dihasilkan oleh boiler selanjutnya meningkat jika terjadi priming and penangguhan. Separator pemisah steam dapat dipasang pada saluran pipa steam juga pada jalur cabang untuk mengurangi kebasahan steam dan memperbaiki kualitas steam yang menuju unit-unit. 4. Menggunakan steam pada tekanan terendah yang dapat diterima oleh proses Studi mengenai tabel steam menunjukan bahwa panas laten steam berkurang dengan meningkatnya tekanan steam. Ini hanya merupakan panas laten steam, yang mengambil bagian dalam proses pemanasan bila diterapkan pada sistim pemanasan tidak langasung seperti alat penukar panas. Jadi, penting bahwa nilainya dijaga setinggi mungkin. Nilai ini hanya dapat dicapai dengan tekanan steam yang lebih rendah. Sebagai pedoman, steam harus selalu dibangkitkan dan didistribusikan pada tekanan tertinggi, akan tetapi digunakan pada tekanan serendah mungkin karena steam ini memiliki panas laten yang lebih tinggi. Walau begitu, dapat juga dilihat dari tabel steam bahwa makin rendah tekanan maka suhunya pun akan semakin rendah pula. Karena suhu merupakan tenaga penggerak bagi perpindahan panas pada tekanan steam yang lebih rendah, laju perpindahan panas akan menjadi lebih lambat dan waktu yang dibutuhkan untuk proses menjadi lebih lama. Dalam peralatan dimana kehilangan yang sudah ditetapkan cukup tinggi (contoh silinder pengering yang besar), akan terdapat kenaikan dalam pemakaian steam pada tekanan ya ng lebih rendah karena meningkatnya waktu pemrosesan. Walau demikian, terdapat beberapa peralatan di industri tertentu dimana peralatan secara menguntungkan dapat dijalankan dengan tekanan rendah tanpa mempengaruhi waktu produksinya. Oleh karena itu, terdapat batas dalam mengurangi tekanan steam. Tergantung pada rancangan peralatan, tekanan steam terendah yang memungkinkan dimana peralatan dapat bekerja harus dipilih tanpa mengorbankan waktu produksi atau pemakaian steam. 5. Penggunaan yang benar untuk steam yang diinjeksikan secara langsung Pemanasan cairan oleh injeksi steam secara langsung seringkali diperlukan. Peralatan yang diperlukan relatif sederhana,murah dan mudah didapat. Tidak perlu adanya pemanfaatan kembali kondensat. Pemanasannya cepat dan panas sensiel steamnya juga digunakan bersamaan dengan panas laten, membuat proses efisien secara termal. Pada proses dimana pengenceran tidak menjadi masalah, pemanasan dilakukan dengan menghembuskan steam ke cairan, yaitu dengan injeksi steam secara langsung Jika pengenceran dan pengadukan terhadap isi tangki tidak dapat diterima oleh proses, atau pengadukan langsung steam tidak dapat diterima, maka harus digunakan pemanasan steam secara tidak langsung. Idealnya, steam yang diinjeksikan harus dikondensasikan secara sempurna begitu gelembung naik menembus cairan. Hal ini hanya memungkinkan jika tekanan steam masuk dijaga sangat rendah sekitar 0,5kg/cm 2 dan tentunya tidak melebihi 1 kg/cm 2. Jika tekanannya tinggi, kecepatan gelembung steam juga akan tinggi dan steam tidak akan memiliki waktu yang cukup untuk mengembun sebelum mencapai permukaan. Gambar 46 menunjukan susunan yang direkomendasikan untuk injeksi steam langsung dengan menggunakan pipa sparge. Sejumlah besar lubang berdiameter kecil (2 sampai 5mm), menghadap kebawah, harus dibor pada pipa terpisah. Hal ini akan membantu dalam Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 59

60 mengnyebarkan kecepatan gelembung dalam cairan. Sebuah pengendali steam termostatik sangat diperlukan. Cara yang lebih efisien dalam injeksi steam ke air adalah dengan menggunakan injektor steam buatan pabrik yang berkualitas baik. Injektor yang baik dirancang sedemikian rupa sehingga steam menciptakan gaya venturi untuk secara tidak sengaja menarik air dingin melalui injektor. Panas dalam steam dipindahkan lebih cepat dan lebih sempurna daripada dengan menggunakan pipa sparge, untuk meyakinkan bahwa seluruh steam yang dinjeksikan diserap oleh air sebelum steam ini mampu melepaskan diri dari permukaan air, dengan begitu akan mengurangi kehilangan panas. Gambar 43: Pemasangan Injektor Steam (Spirax Sarco) 6. Meminimalkan hambatan perpindahan panas 22 Dinding logam mungkin bukan hambatan pada proses perpindahan panas. Kemungkinan yang lain adalah lapisan film udara, kondensat dan kerak pada sisi steam. Pada sisi produk mungkin juga terdapat produk yang terbakar atau kerak, dan lapisan produk yang diam. Pengadukan produk dapat menghilangkan pengaruh lapisan yang diam, dan pada saat yang bersamaan pembersihan secara teratur pada sisi produk akan mengurangi kerak. Pembersihan secara teratur permukaan pada sisi steam dapat juga meningkatkan laju perpindahan panas dengan cara 22 Item 6 diambil dari Modul 2.5 Perpindahan Panas. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 2, Prinsip-prinsip Keteknikan Steam dan Perpindahan Panas. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 60

61 mengurangi ketebalan lapisan kerak, namun demikian, cara ini tidak selalu memungkinkan. Lapisan ini dapat juga dikurangi dengan memperhatikan secara seksama terhadap operasi boiler yang benar, dan penghilangan tetesan air yang membawa kotoran dari boiler. Kondensasi lapisan film Penghilangan lapisan film kondensat tidak sesederhana yang dibayangkan. Begitu steam yang berkondensasi melepaskan entalpi penguapannya, akan terbentuk tetesan air pada permukaan perpindahan panas. Kemudian mereka bergabung bersama membentuk lapisan film kondensat terus menerus. Lapisan film kondensat mempunyai resistansi sekitar 100 sampai 500 kali terhadap perpindahan panas dari permukaan pemanasan baja, dan 500 sampai 600 kali lebih resistan dari tembaga. Kondensasi tetesan air Jika tetesan-tetesan air pada permukaan perpindahan panas tidak segera bergabung dan tidak terbentuk lapisan film kondensat yang sinambung, terjadi kondensasi tetesan air. Laju perpindahan panas yang dapat dicapai selama kondensasi tetesan air biasanya lebih tinggi dari yang dicapai selama kondensasi lapisan film. Sementara sejumlah besar permukaan perpindahan panas terbuka selama kondensasi tetesan air, koefisien perpindahan panas akan naik sampai sepuluh kali lebih besar daripada dengan kondensasi lapisan film. Dalam perancangan alat-alat penukar panas dimana kondensasi tetesan air dikembangkan, resistansi panas yang dihasilkan seringkali diabaikan dibandingkan dengan hambatan perpindahan panas lainnya. Walau demikian, pencapaian kondisi utuk kondensasi tetesan air terbukti sulit untuk didapatkan. Jika permukaan dilapisi dengan bahan yang mencegah kebasahan, maka memungkinkan untuk menggunakan kondensasi tetesan dalam jangka waktu tertentu. Untuk maksud ini, kisaran bahan pelapis permukaan seperti Silikon, PTFE dan berbagai tipe lilin dan asam lemak kadang-kadang digunakan ke permukaan penukar panas dimana kondensasi dikembangkan. Walau demikian, bahan-bahan pelapis tersebut lambat laun akan kehilangan efektifitasnya karena proses oksidasi atau pengkotoran, dan kondensasi cara lapisan yang lama kelamaan akan menonjol. Sebagaimana udara merupakan isolasi yang baik, udara ini bahkan memberikan resistansi yang lebih terhadap perpindahan panas. Udara memiliki tahanan 1500 sampai 3000 kali lebih besar terhadap aliran panas daripada baja, 8000 sampai lebih besar dari pada tembaga. Hal ini berarti bahwa sebuah lapisan udara dengan ketebalan hanya 0,025 mm dapat menahan perpindahan panas yang setara dengan dinding tembaga setebal 400 mm! Tentu saja semua hubungan perbandingan tersebut tergantung pada profil suhu yang melintasi masing-masing lapisan. Gambar 44 menggambarkan pengaruh kombinasi lapisan ini pada proses perpindahan panas. Hambatan terhadap perpindahan panas tersebut tidak hanya akan meningkatkan ketebalan seluruh lapisan konduksi, namun juga secara signifikan megurangi konduktivitas panas rata-rata lapisan. Makin besar resistansi lapisan terhadap aliran panas, makin besar pula kemungkinan kenaikan suhunya. Hal ini berarti bahwa untuk mencapai suhu produk yang dikehendaki, tekanan steam perlu secara signifikan lebih tinggi. Kehadiran lapisan udara dan air pada permukaan Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 61

62 perpindahan panas dari proses atau penggunaan pemanasan ruangan bukan merupakan hal yang tidak biasa. Hal tersebut terjadi di seluruh proses yang dipanaskan oleh steam sampai beberapa derajat. Untuk mendapatkan keluaran produk yang dikehendaki dan meminimalkan biaya operasi proses steam, kinerja pemanasan yang tinggi dapat dicapai dengan mengurangi ketebalan lapisan film pada permukaan kondensasi. Dalam prakteknya, udara biasanya akan memiliki pengaruh yang paling signifikan terhadap efisiensi perpindahan panas, dan pembuangannya dari pasokan steam akan meningkatkan kinerja pemanasannya.. Gambar 44. Gradien Suhu yang Melintasi Hambatan Perpindahan Panas (Spirax Sarco) 7. Ventilasi udara yang benar 23 Bila steam pertama kali dialirkan ke pipa setelah jangka watu penghentian pabrik, pipanya penuh dengan udara. Selanjutnya, jumlah udara dan gas-gas lain yang tidak terkondensasi akan masuk bersama steam, walaupun bagian dari gas-gas tersebut biasanya sangat kecil dibanding dengan steam. Ketika steam terkondensasikan, gas-gas tesebut akan terhimpun dalam pipa-pipa dan alat penukar panas. Tindakan pencegahan harus dilakukan pada saat membuang gas-gas tersebut. Sebagai akibat dari tidak dilakukannya pembuangan udara adalah panjangnya jangka waktu pemanasan, dan penurunan efisiensi pabrik serta kinerja prosesnya. Udara dalam sistim steam juga akan mempengaruhi suhu sistim. Udara akan menggunakan tekanannya didalam sistim, dan akan ditambahkan ke tekanan steam untuk memberikan tekanan total. Oleh karena itu, tekanan dan suhu campuran steam/udara yang aktual akan lebih rendah dari yang dipantau oleh pengukur tekanan. Yang tidak kalah pentingnya adalah pengaruh udara pada perpindahan panas. Sebuah lapisan 23 Item 7 diambil dari Modul 10.5 Ventilasi Udara, Kehilangan Panasdan Ringkasan dari Relasi Standar Berbagai Pipa. In: Spirax Sarco LearningCentre, Block 10, Distribusi Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 62

63 udara dengan ketebalan 1 mm dapat memberikan tahanan terhadap panas setara dengan satu lapisan air dengan ketebalan 25 µm, satu lapisan besi dengan tebal 2 mm atau satu lapisan tembaga dengan tebal 15 mm. Oleh karena itu sangatlah penting untuk menghilangkan udara dari berbagai sistim steam. Ventilasi udara otomatis untuk sistim steam (yang beropeasi pada prinsip yang sama dengan steam trap termostatik) harus dipasang diatas ketinggian kondensat sehingga hanya udara atau campuran steam/udara yang dapat mencapainya. Lokasi terbaik untuk ventilasi adalah pada ujung pipa saluran steam. Pembuangan dari ventilasi udara harus disalurkan ke pipa menuju tempat yang aman. Dalam prakteknya, sebuah jalur kondensat yang jatuh kearah penerima hasil ventilasi dapat menerima buangan dari ventilasi udara. Disamping ventilasi udara pada ujung saluran pipa, ventilasi udara juga harus dipasang: Paralel dengan trap keranjang terbalik atau, pada beberapa contoh, trap termodinamik. Traptrap tersebut kadangkala lambat dalam memventilasikan udaranya pada waktu start-up. Pada ruang steam yang janggal (seperti pada sisi yang berlawanan ke arah mana steam menuju pan berjaket). Dimana terdapat ruang steam ukuran besar (seperti sebuah autoclave), dan campuran steam/udara dapat mempengaruhi kualitas proses. 8. Meminimalkan hantaman air 24 Hantaman air merupakan kebisingan yang diakibatkan oleh hantaman dari tubrukan kondensat pada kecepatan tinggi ke sambungan pipa kerja, plant, dan peralatan. Hal ini memiliki sejumlah implikasi: Sebab kecepatan kondensat lebih tinggi dari normal, menghilangnya energi kinetik lebih tinggi dari yang diharapkan. Air cukup rapat dan tidak dapat dimampatkan, sehingga mengalami efek pembantalan/ cushioning bila gas yang menjumpai rintangan tidak ada Energi dalam air melawan rintangan dalam sistim pemipaan seperti kran dan sambungan. Gambar 45. Pembentukan pukulan air padat (Spirax Sarco) 24 Item 8 diambil dari Modul 10.4 Jaringan Utama Steam dan Drainasenya. In: Spirax Sarco Learning Centre, Block 10, Distribusi Steam. Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia UNEP 63