Tanggal: 11 Maret 2013
Tanggal: 11 Maret 2013
Air Pendingin (Cooling Water)
Makalah
Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah: Utilitas.
Dosen pengampu: Wa Ode Cakra Nirwana, S.T., M.T.
Disusun Oleh:
Cindy Mutiara Septani (115061100111006)
Fajar Kurniawan (115061100111018)
Ferlin Rurisca Arynta D. (115061105111004)
Kumara Tejanegara (115061105111002)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air permukaan, air sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah mengharuskan untuk mengolah air. Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Untuk itu diperlukan penyediaan air bersih yang secara kualitas memenuhi standar yang berlaku dan secara kuantitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap industri memiliki pengolahan air sendiri-sendiri sesuai dengan kebutuhan industri (Hardayanti, 2006).
Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang diperlukan dalam proses industri. Kualitas air pendingin akan mempengaruhi integritas komponen atau struktur reaktor, karena pada dasarnya air sebagai pendingin akan berhubungan langsung dengan komponen atau struktur reaktor. Air yang digunakan sebagai pendingin harus memenuhi persyaratan yang sesuai dengan komponen atau struktur yang dirumuskan dalam spesifikasi kualitas air pendingin (Lestari, 2006). Dalam memenuhui spesifikasi dari air pendingin maka dilakukan pengolahan terhadap air pendingin tersebut dengan berbagai metode dan teknologi peralatan yang bervariasi. Oleh karena itu, dalam makalah ini kami akan mencoba menjelaskan mengenai air pendingin atau biasa disebut dengan cooling water.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari makalah ini antara lain:
Apakah definisi air pendingin (cooling water) itu?
Apa saja jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri?
Apa saja komponen sistem air pendingin?
Apa saja masalah yang sering terjadi dalam air pendingin?
Apa saja teknologi yang berhubungan dengan air pendingin?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini, antara lain:
Mengetahui definisi mengenai air pendingin (cooling water)
Mengetahui jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri.
Mengetahui komponen sistem air pendingin.
Memahami masalah yang sering terjadi dalam air pendingin.
Mengetahui teknologi yang berhubungan dengan air pendingin.
BAB II
ISI
2.1 Air Pendingin
Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya over heating (panas yang berlebihan) pada mesin agar mesin bisa bekerja secara stabil. Air pendingin adalah air limbah yang berasal dari aliran air yang digunakan untuk penghilangan panas dan tidak berkontak langsung dengan bahan baku, produk antara dan produk akhir (KEP-49/MENLH/11/2010). Sistem air pendingin merupakan bagian yang terintegrasi dari proses operasi pada industri. Untuk produktifitas pabrik yang kontinu, sistem tersebut memerlukan pengolahan kimia yang tepat, tindakan pencegahan, dan perawatan yang baik. Kebanyakan proses produksi pada industri memerlukan air pendingin untuk efisiensi dan operasi yang baik. Air pendingin sistem mengontrol suhu dan tekanan dengan cara memindahkan panas dari fluida proses ke air pendingin yang kemudian akan membawa panasnya. Total nilai dari proses produksi akan menjadi berarti jika sistem pendingin ini dapat menjaga suhu dan tekanan proses dengan baik. Memonitor & mengatur korosi, deposisi, pertumbuhan mikroba, dan sistem operasi sangat penting untuk mencapai Total Cost of Operation (TCO) yang optimal.
Air pendingin mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap efisiensi total engine serta umur engine. Apabila temperatur air pendingin masuk engine terlalu tinggi, maka efisiensi mekanis engine akan menurun dan dikhawatirkan dapat terjadi over - heatingi pada engine. Sedang bila temperatur air terlalu rendah, maka efisiensi termal akan menurun (Handoyo, 1999). Proses pendinginan melibatkan pemindahan panas dari satu substansi ke substansi yang lain. Substansi yang kehilangan panas disebut cooled, dan yang menerima panas disebut coolant. Beberapa faktor yang membuat air menjadi coolant yang baik adalah :
Sangar berlimpah dan tidak mahal.
Dapat ditangani dengan mudah dan aman digunakan.
Dapat membawa panas per unit volume dalam jumlah yang besar.
Tidak mengembang ataupun menyusut (volumenya) pada perubahan suhu dalam range normal.
Tidak terdekomposisi.
Beberapa parameter penting dalam sistem air pendingin :
Konduktivitas mengindikasikan jumlah dissolved mineral dalam air.
pH, menunjukkan indikasi dari tingkat keasaman atau kebasaan dari air.
Alkalinitas, berupa ion carbonate (CO3-2) dan ion bicarbonate (HCO3-).
Hardness / kesadahan, menunjukkan jumlah ion calcium dan magnesium yang ada dalam air.
Pada umumnya air digunakan sebagai media pendingin karena faktor-faktor sebagai berikut:
Air merupakan malcri yang dapat diperoleh dalam jumlah besar.
Mudah dalam pcngaturan dan pengolahan.
Menyerap panas yang relatif tinggi persatuan volume.
Tidak mudah menyusut secara berarti dalam batasan dengan adanya perubahan temperatur pendingin.
Tidak terdekomposisi.
Adapun syarat-syarat air yang digunakan sebagai media pendingin:
Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel-parlikel kasar yaitu batu, krikil atau partikel-partikel halus seperti pasir, tanah dan lumut yang dapat menyebabkan air kotor.
Tidak menyebabkan korosi.
Tidak menyebabkan fouling, fouling disebabkan oleh kotoran yang terikut saat air masuk unit pengolahan air seperti pasir, mikroba dan zat-zat organik.
Berikut ini adalah standar industri terhadap air pendingin yang digunakan:
No.
Jenis Air Limbah
Parameter
Kadar Maksimum (mg/L)
Metode Pengukuran
1.
Air Pendingin
Residu Klorin
2
Standard Method 4500-Cl
Karbon Organik Total
5
SNI-06-6989.28-2005 atau APHA 5310
Tabel 1.1: Standar Industri Terhadap Air Pendingin (KEP-49/MENLH/11/2010)
Secara umum, industri menerapkan parameter air pendingin ialah sebagai berikut:
Tabel 1.2: Parameter Air Pendingin (Setiadi, 2007)
Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu :
Once through.system
Open evaporative recirculating.
Closed non-evaporative recirculating.
2.2 Jenis Sistem Air Pendingin
2.2.1 Once through systems
Air pendingindigunakan sebagai pendingin pada heat exchanger hanya dilewatkan sekali, selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke badan air. Once through systems digunakan bilamana kebutuhan air pendingin sangat banyak, ketersediaan sumber air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk menangani buangan air panas dari air pendingin yang sudah digunakan. Once through system dimana air pendingin akan melewati HE hanya sekali. Mineral-mineral dalam air akan relatif tetap jumlahnya, tidak berubah. Polusi suhu yang disebabkan discharge dari sistem ini menjadi perhatian lingkungan.
Keuntungan menggunakan Once through systems :
Tidak diperlukan cooling tower
Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan
Kerugian menggunakan once through systems :
Korosi
Fouling
Sampah dan kotoran
Polusi / pencemaran temperatur di badan air
Gambar 1.1: Once through.system (Gumilar, 2011)
2.2.2 Open Evaporative Recirculating Systems
Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam pabrik.
Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blow-down.
Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut. Open recirculating system banyak digunakan dalam industri. Sistem ini terdiri dari pompa, HE, dan cooling tower. Pompa akan meresirkulasikan air melalui HE, mengambil panasnya, lalu membuangnya di cooling tower dimana panas tersebut akan dibuang dari air dengan cara evaporasi. Dalam sistem ini, chemical akan lebih banyak digunakan karena komposisi air akan berubah saat evaporasi berlangsung, dimana konstituen korosi dan scaling akan lebih pekat (Gumilar, 2011).
Air pendingin teruapkan sekitar 1% water. Kehilangan air akibat penguapan ini harus dikompensasi oleh make up air pendingin.
Keungtungan menggunakan Open evaporative recirculating systems :
Jumlah kebutuhan air medikit (make up);
Memungkinkan untuk mengontrol korosi
Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems :
Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through;
Memerlukan cooling tower yang cukup besar;
System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan
Gambar 1.2: Open evaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
2.2.3 Closed Nonevaporative Recirculating Systems
Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu "secondary cooler" (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan "secondary cooler" dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut. Closed Nonevaporative Recirculating Systems yang menggunakan air pendingin yang sama dan disirkulasikan berulang kali dalam siklus yang kontinu. Pada sistem ini, komposisi air juga relatif konstan.
Air pendingin didinginkan pada secondary heat exchanger. Tidak ada kehilangan akibat penguapan juga tidak ada pengembalian.
Keungtungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Air pendinginyang kembali relatif bersih
Temperatur air pendingin memungkinkan lebih tinggi dari 100oC
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Investasi / capital cost sangat tinggi
Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
Gambar 1.3: Closed nonevaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
Komponen Sistem Air Pendingin
Komponen Sistem Air Pendingin Utama
Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin utama, dan cooling tower. Sistem ini mempertahankan vakum pada sisi pembuangan turbin dengan mengalirkan air pendingin yang cukup untuk mengkondensasikan uap pembuangan turbin.
Kondensor
Fungsi Kondensor adalah untuk mendinginkan (mengkondensasikan) uap bekas dari turbin dengan cara menyemprotkan air pendingin utama melalui noozle-noozle langsung bersingggungan dengan uap bekas sehingga terjadi perubahan phase dari uap menjadi air.Parameter yang dipantau adalah tekanan condensor, level condensor, hot well temperatur dan ekhaust turbin.
Pada kondensor terdapat vacuum breaker yang berfungsi untuk mengisolasi tekanan udara luar dengan tekanan dalam ruangan kondensor sehingga kevakuman kondensor dapat dipertahankan, alat ini akan terus dibuka selama kondensor belum vakum, dan akan ditutup ketika kondensor vakum. Vacuum breaker digunakan untuk membuat kevakuman kondensor sebelum dilakukan rolling turbin.
Main cooling water Pump
Main cooling water pump (MCWP) adalah pompa pendingin utama yang berfungsi untuk memompakan air kondensat dari kondensor ke hot water basin cooling tower untuk kemudian didinginkan.
Parameter yang dipantau adalah tekanan masuk/keluar pompa, arus dan tegangan motor, temperatur bearing, vibrasi motor dan flow air condensat.
Cooling Tower
Menara pendingin (Cooling tower) merupakan alat yang digunakan untuk menembalikan panas ke atmosfer dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Fakta bahwa air membutuhkan biaya yang rendah, mudah didapatkan dan merupakan media yang efektif yang digunakan sebagai penukar panas (Keister, 2008). Air yang dipompakan dari kondensor didistribusikan kedalam bak (Hot Water Basin) yang terdapat di bagian atas cooling tower. Bak tesebut juga dilengkapi dengan noozle yang berfungsi utuk memancarkan air sehingga menjadi butiran butiran kecil dan didinginkan dengan cara kontak langsung dengan udara pendingin. Setelah terjadi proses pendinginan air menuju bak penampung (Cool Water Basin) dan seterusnya dialirkan ke kondensor yang sebelumnya melewati 4 buah screen untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat dalam air.
Komponen Sistem Air Pendingin Bantu
Komponen Sistem Primary Intercooler
2.3.2.1.1 Inter Condenser and After Condensor
Inter condensor and after condensor berfungsi untuk mengkondensasikan NCG (Not condensable gases) yang tidak dapat terkondensasi pada kondensor, gas tersebut dihisap oleh steam ejector tingkat pertama untuk diteruskan ke inter condensor.
Gas-gas yang tidak dapat dikondensasi pada inter condenser dihisap oleh Liquid Ring Vacuum Pump (LRVP) atau steam ejector tingkat 2 untuk diteruskan ke after condenser. Air hasil kondensasi NCG dikembalikan ke kondensor, sedangkan sisa gas yang tidak dapat dikondensasikan di buang ke udara.
Intercooler
Intercooler berfungsi sebagai alat penukar panas antara air pendingin primer dengan air pendingin sekunder. Pada intercooler air pendingin primer dialirkan untuk mendinginkan air pendingin sekundary.
Primary Intercooler Pump (Pompa Pendingin Primer)
Primary intercooler pump adalah pompa pendingin primary, berfungsi untuk memompa air pendingin primary dari cold basin cooling tower yang masuk ke intercooler, inter condensor, after condensor, dan perapat poros MCWP.
Secondary Intercooler
Secondary intercooler adalah pendingin sekundary, berfungsi untuk mendinginkan instalasi/peralatan minyak pelumas, udara pendingin generator, dan udara kompresor.
Treated Water Transfer Pump
Treated water transfer pump berfungsi untuk memompa air dari water storage menuju water header tank. Air pada tangki ini digunakan sebagai air secondary intercooler. Treated water transfer pump terdiri dari dua buah yaitu pompa A/B, hal itu bertujuan agar pompa yang satu bisa terus beroperasi ketika pompa lainya dilakukan pemeliharaan.
Lube Oil Cooler
Lube oil cooler adalah pendingin minyak pelumas setelah melumasi bearing turbin dan generator, berfungsi untuk menjaga tingkat kekentalan minyak pelumas agar viskositas minyak pelumas tetap sesuai standar. Prinsip kerjanya adalah memindahkan panas dari minyak pelumas ke air pendingin .
Generator air Cooler
Generator air cooler adalah pendingin udara generator, berfungsi untuk menjaga temperature udara di dalam generator agar sesuai dengan batasan operasi, prinsip kerjanya adalah memindahkan panas dari udara yang keluar generator ke air pendingin sekundary.
Compressor Air Cooler
Compressor air cooler adalah pendingin udara kompresor, berfungsi untuk menjaga temperature udara di dalam kompresor agar sesuai dengan batasan operasi, prinsip kerjanya adalah memindahkan panas dari udara yang keluar kompresor ke air pendingin.
2.3.2.2.5 Secondary Intercooler Pump (Pompa Pendingin Sekundary)
Secondary intercooler pump adalah pompa pendingin sekundary, berfungsi untuk memompa air pendingin sekundary dari intercooler ke instalasi/peralatan minyak pelumas, udara pendingin generator, dan udara kompresor (Roepandi, 2008).
Masalah dalam Air Pendingin
Permasalahan pada air pendingin, apabila tidak dikontrol dengan baik, akan menimbulkan efek negatif pada keseluruhan proses atau operasi. Contohnya meningkatkan biaya perawatan, perbaikan peralatan, frekuensi shutdown lebih sering (untuk cleaning), mengurangi efisiensi transfer panas, menimbulkan pemborosan bahan bakar untuk power plant, dan lain-lain. Beberapa permasalahan umum pada air pendingin, adalah sebagai berikut:
2.4.1 Korosi
Korosi adalah proses elektrokimia dimana logam kembali ke bentuk alaminya sebagai oksida. Beberapa tipe korosi yang sering terjadi antara lain general attack, pitting, dan galvanic attack. Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas.
General attack terjadi apabila korosi yang muncul terdistribusi merata dan sama di semua permukaan logam. Sedangkan pitting terjadi ketika hanya sebagian kecil dari logam yang mengalami korosi. Walaupun begitu, pitting sangat berbahaya karena hanya terpusat di sebagian area saja. Galvanic attack terjadi ketika dua logam yang berbeda berkontak. Logam yang lebih aktif akan terkorosi secara cepat.
Faktor utama yang mempangaruhi terjadinya korosi adalah kondisi air pendingin itu sendiri. Beberapa kondisi tersebut antara lain :
Oksigen atau dissolved gas yang lain.
Dissolved dan suspended solid.
Alkalinitas (pH).
Suhu.
Aktifitas mikroba.
Metode yang digunakan untuk mencegah / meminimalisir korosi antara lain :
Memililih material anti korosi saat mendesain proses.
Menggunakan protective coatings seperti cat, metal plating, tar, atau plastik.
Melindungi dari substansi yang bersifat katiodik, menggunakan anoda dan atau yang lain.
Menambahkan corrosion inhibitor (anodic : molybdate, orthophosphate, nitrate, silicate – katiodik : PSO, bicarbonate, polyphosphate, zinc – general : soluble oils, triazoles copper).
Scale
Scale adalah lapisan padat dari material inorganik yang terbentuk karena pengendapan. Beberapa scale yang sering terjadi berupa calcium carbonat, calcium phosphate, magnesium silicate, dan silica.
2.4.3 Fouling
Fouling adalah akumulasi dari material solid yang berbeda dari scale. Fouling dapat dikendalikan secara mekanikal atau dengan menggunakan pengolahan kimia. Pengendalian fouling pada cooling system melibatkan 3 hal :
Prevention – Pendekatan terbaik adalah mencegah foulant memasuki cooling system. Pendekatan ini juga termasuk perlakuan mekanik ataupun chemical untuk clarify makeup water.
Reduction – Menghilangkan atau mengurangi jumlah foulant yang tidak dapat dicegah memasuki sistem. Pendekatan ini melibatkan sidestream filtering atau dapat juga melakukan pembersihan basin tower secara perodik.
Ongoing Control – Menambahkan chemical dispersants atau back flushing exchangers.
Biological Contamination
Biological contamination adalah pertumbuhan tidak terkontrol dari mikroba yang dapat menimbulkan pembentukan deposit, fouling, corrosion, dan scale. Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas. Penggunaan air yang memenuhi persyaratan dapat mencegah timbulnya masalah-masalah dalam sistem air pendingin. Persyaratan bagi air yang dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat persyaratan untuk umpan ketel.
Slime mikrobial, seperti fouling pada umumnya, mengurangi efisiensi transfer panas. Terlebih lagi, slime mikrobial lebih bersifat insulator dari deposit pada umumnya. Slime dapat menjerat deposit lain, membuat permasalahan menjadi lebih buruk. Mikroba dapat masuk melalui makeup water, atau bisa juga melalui udara yang masuk ke cooling tower. Faktor yang mendukung pertumbuhan mikroba antara lain :
Nutrien, hidrokarbon atau substansi organik lainnya sbg makanan dari mikroba.
Atmosfir, pertumbuhan organisme bergantung pada ketersediaan oksigen atau karbondioksida.
Temperatur, organisme dapat membentuk slime dapat membentuk slime pada suhu 4,4 – 65,6 C.
Tiga golongan kimia yang umum digunakan untuk mengontrol mikroba adalah biosida oksidasi, biosida non-oksidasi, dan biodispersan. Biosida oksidasi berperan mengoksidasi sel-sel penting pada mikroba sehingga mikroba tersebut akan mati. Contoh dari biosida oksidasi ini, seperti yang telah disebutkan di atas, adalah chlorine dan bromine. Biosida non-oksidasi adalah senyawa organik yang bereaksi dengan sel-sel spesifik pada mikroba, yang secara langsung akan menghancurkan sel-sel tersebut. Sedangkan untuk biodispersan tidak mematikan mikroba. Biodispersan hanya mengurangi deposit microbial, yang akan terlepas dari permukaan logam, dan kemudian dibuang (Setiadi, 2007).
Cara Pengendalian Air Pendingin
Pengendalian Pembentukan Kerak
Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air. CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini dimaksudkan untuk mencegah pembentukan kerak CaCO3 dengan menjaga agar kadar Ca dan alkalinitas dalam air sirkulasi cukup rendah, dan mencegah pengendapan kerak pada permukaan logam. Untuk maksud pertama dapat ditempuh dua cara, yaitu :
Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau
Menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7. Dapat digunakan inhibitor kerak berupa bahan kimia seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.
Pengendalian Korosi
Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan bahan kimia yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu. Kadar minimum yang dibutuhkan oleh suatu inhibitor agar dapat bekerja secara efektif disebut batas kritis. Pemakaian inhibitor yang melebihi batas kritis akan menambah biaya operasi. Jika kadar inhibitor turun dibawah batas kritis, bukan saja menjadi tidak efektif, tetapi dapat pula menyebabkan pitting (Setiadi, 2007).
2.5.3 Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). Klorin merupakan chemicals yang paling banyak dipakai. Dosis pemakaian klorin yang efektif adalah sebesar 0,3 sampai 1,0 ppm. Pengolahan yang tepat diperoleh secara percobaan, karena penggunaan beberapa biosida secara bersama-sama kadang-kadang memberikan hasil yang lebih baik dan senyawa-senyawa tersebut acap kali digunakan bersama klorin. Padatan tersuspensi dalam air merupakan masalah yang cukup serius. Padatan tersuspensi tersebut dapat menempel pada permukaan perpindahan panas sehingga mengakibatkan berkurangnya efisiensi perpindahan panas. Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.
2.5.4 Penanganan Masalah Lumut/ Mikroorganisme
Cara mengatasi tumbuhnya lumut dan mikroorganisme pada pendingin sekunder adalah sebagai berikut:
Pencegahan kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi pada air pendingin. Untuk mencegah agar sekecil mungkin kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi yang berasal dari air make-up, dilakukan pra-pengolahan seperti penyaringan.
Pemakaian bahan pengontrol lumut. Fungsi dari bahan pengontrol lumut diklasifikasikan atas sterilisasi. Karena setiap bahan pengontrol lumut mempunyai mekanisme kerja yang berbeda, maka apabila penanggulangan lumut dilakukan, kondisi deposit lumut harus dipelajari supaya dapat memilih bahan kimia yang sesuai.
Sterilisasi adalah suatu perawatan untuk merendahkan potensi pelekatan mikroorganisme dalam sistem air pendingin dengan jalan pembunuhan mikroorganisme. Bahan kimia yang mempunyai efek sterilisasi adalah senyawa klor, senyawa organik, nitrogen-sulfur dan lain-lain. Mekanisme kerja bahan-bahan kimia ini diperkirakan sebagai berikut: Bahan kimia ini mempunyai reaktivitas yang tinggi terhadap radikal SH sistein (komponen protein dalam mikroorganisme), dan membunuh mikroorganisme dengan jalan melumpuhkan enzim (bagian yang aktif) radikal SH, atau membunuh mikroorganisme dengan daya oksidasi dari bahan kimia tersebut. Secara umum, klorinasi digunakan untuk sterilisasi karena efektif dan murah. Namun, karena klor bersifat korosif terhadap metal, maka konsentrasi sisa klor (residual chlorine) dalam air pendingin harus dikontrol meksimum 1 ppm (Cl2).
Peredaman pertumbuhan mikroorganisme . Ini adalah perawatan dengan menurunkan kecepatan pertumbuhan lumut dengan jalan meredam pertumbuhan mikroorganisme dalam sistem pendingin air sekunder. Mekanisme kerja bahan kimia yang digunakan hampir sama dengan mekanisme kerja biocide-boicide lainnya, hanya penggunaannya yang berbeda. Pada perawatan ini perlu dipertahankan pemakaian bahan kimia secara kontinu / dalam waktu relatif lama walaupun konsentrasi kecil. Sedangkan biocide lainnya adalah sebaliknya. Bahan kimia yang cocok untuk perawatan secara biostatik adalah senyawa organik nitrogen-sulfur dan senyawa-senyawa amina.
Pencegahan pelekatan: getah lendir yang diproduksi mikroorganisme bertalian dengan pelekatan mikroorganisme pada permukaan padatan. Dalam pencegahan pelekatan lumut, bahan kimia bereaksi dengan getah lendir dan kemudian menetralisasinya, sehingga daya pelekatan mikroorganisme diturunkan atau dilemahkan. Bahan kimia yang mempunyai efek seperti ini adalah senyawa garam ammonium kwartener, senyawa bromine dan lain-lain.
Pengikisan lumut: perawatan ini adalah mengikis lumut yang melekat pada system pendingin dengan bahan-bahan kimia. Bahan kimia yang mempunyai efek mengikis adalah senyawa klor, peroksida, senyawa amina dan lainlain. Mekanisme kerja bahan-bahan kimia ini menurunkan daya pelekatan lumut dengan jalan denaturasi getah lendir dan membentuk gelembung- gelembung, akibat reaksi bahan kimia dengan lumut, sehingga lumut secara alami terkikis. Dengan demikian setelah penambahan bahan kimia, dengan menaikkan kecepatan aliran air akan meningkatkan efek pengikisan.
Pendispersi lumpur: padatan tersuspensi dalam air akan menjadi gumpalan (flocs) akibat aktivitas mikroorganisme dan terakumulasi sebagai lumpur. Pengolahan dispersi lumpur bukan hanya meredam pembentukan gumpalan tetapi juga mendispersi gumpalan yang telah terbentuk. Padatan tersuspensi yang terdispesi dibuang keluar melalui air blowdown sehingga volume akumulasi lumpur dikurangi. Bahan kimia untuk pencegahan pelekatan lumut dan pengikisan lumut juga digunakan untuk pendispersi lumut dan untuk bioflokulasi (penggumpalan akibat mikrobiologi) padatan tersuspensi. Juga polielektrolit atau polimer digunakan untuk pendispersi anorganik padatan tersuspensi atau peredaman penggumpalan padatan tersuspensi.
Penyaringan pembantu merupakan suatu pengolahan untuk menurunkan akumulasi lumpur dan pelekatan lumut yaitu dengan jalan penyaringan sebagian air pendingin yang disirkulasikan untuk membuang padatan tersuspensi (Lestari, 2010).
2.5.5 Pengendalian Scale
Scale dapat dikendalikan dengan beberapa cara, yaitu :
Membatasi konsentrasi dari mineral-mineral pembentuk scale.
Menambahkan asam untuk menjaga agar mineral pembentuk scale (contoh : calcium carbonate) tetap larut.
Meningkatkan aliran air dengan luas permukaan yang besar.
Menambahkan bahan kimia anti scale.
Teknologi Cooling Tower (Menara Pendingin)
Proses perpindahan panas selalu dijumpai industri-industri kimia yang dijalankan dalam alat penukar panas.
Penukar panas atau dalam istilah bahasa inggrisnya heat exchanger (HE) adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien (Maruli tua saud,2007). Salah satu alat penukar panas adalah menara pendingin (cooling tower). Menara pendingin merupakan merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir.
Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas. Berikut ini adalah beberapa teknologi yang digunakan dalam pengolahan air pendingin yang digunakan dalam berbagai industri yang disesuaikan dengan kebutuhan dan spesifikasinya (Roepandi, 2008).
Gambar 1.4: Diagram skematik sistim menara pendingin (Laboratorium Nasional Pacific Northwest, 2001)
Komponen menara pendingin
Komponen dasar sebuah menara pendingin meliputi rangka dan wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers, nosel dan fan. Kesemuanya dijelaskan dibawah
Rangka dan wadah:hampir semua menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit fiber glass, wadahnya dapat menjadi rangka (anonim. 2010)
Terdapat tiga jenis bahan pengisi (fill) :
Media Isian Penciprat (Splash Film). Media isian splash menciptakan area perpindahan panas yang dibutuhkan melalui cipratan air diatas media pengisi menjadi butiran air yang kecil. Luas permukaan butiran air adalah luas permukaan perrpindahan panas dengan udara.
Media Isian Selaput (Film Fill). Pada isian film, air membentuk lapisan tipis pada sisi-sisi lembaran pengisi. Luas permukaan dari lembaran pengisi adalah luas perpindahan panas dengan udara sekitar. Bahan pengisi film dapat menghasilkan penghematan listrik yang signifikan melalui kebutuhan air yang lebih sedikit dan head pompa yang lebih kecil.
Bahan isian/pengisi sumbatan rendah (Low-clog film fills). Bahan pengisi sumbatan rendah dengan ukuran flute (galur) yang lebih tinggi saat ini dikembangkan untuk menangani air yang keruh, yang merupakan pilihan terbaik untuk air laut karena menghemat daya dan kinerjanya lebih baik dibanding isian penciprat konvensional (mulyono,2010)
Tabel 1.3: Nilai desain berbagai jenis bahan pengisi (Mulyono, 2010)
Kolam air dingin (cold-water basin): Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam beberapa desain, kolam air dingin berada dibagian bawah seluruh bahan pengisi. Pada beberapa desain aliran yang berlawanan arah pada forced draft, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkan ke bak yang berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai kolam air dingin. Sudu-sudu fan dipasang dibawah bahan pengisi untuk meniup udara naik melalui menara. Dengan desain ini, menara dipasang pada landasannya, memberikan kemudahan akses bagi fan dan motornya.
Saluran udara masuk: merupakan titik masuk bagi udara menuju menara. Saluran masuk bisa berada pada seluruh sisi menara (desain aliran melintang) atau berada dibagian bawah menara (desain aliran berlawanan arah).
Louvers: pada umumnya, menara dengan aliran silang memiliki saluran masuk louvers.
Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air
dalam menara. Beberapa desain menara aliran berlawanan arah tidak memerlukan louver.
Nosel: Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang
seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang
benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan
pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang berputar seperti
pada menara dengan beberapa potongan lintang yang memutar.
Fan: Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam menara.
Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada menara induced draft dan baik
fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung
pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapat
dirubah-rubah/ diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara
otomatis dapat digunakan diatas range yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk
mengirim aliran udara yang dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling
yang dapat diatur secara otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon
perubahan kondisi beban.
2.6.1 Jenis-Jenis Menara Pendingin
Menara pendingin jenis natural draft merupakan menara pendingin jenis natural draft atau hiperbola menggunakan perbedaan suhu antara udara ambien dan udara yang lebih panas dibagian dalam menara. Begitu udara panas mengalir ke atas melalui menara (sebab udara panas akan naik), udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Tidak diperlukan fan dan hampir tidak ada sirkulasi udara panas yang dapat mempengaruhi kinerja. Kontruksi beton banyak digunakan untuk dinding menara dengan ketinggian hingga mencapai 200 m. Menara pendingin tersebut hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal.
Gambar 1.5: Natural Draft Cooling Tower (Laboratorium Nasional Pacific Northwest, 2001)
Menara Pendingin Draft Mekanik merupakan menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk meningkatkan waktu kontak antara air dan udara – hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Laju pendinginan menara draft mekanis tergantung pada banyak parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, bahan pengisi untuk tahanan sistim dll. Menara draft mekanik tersedia dalam range kapasitas yang besar. Menara tersedia dalam bentuk rakitan pabrik atau didirikan dilapangan – sebagai contoh menara beton hanya bisa dibuat dilapangan. Banyak menara telah dibangun dan dapat digabungkan untuk mendapatkan kapasitas yang dikehendaki. Jadi, banyak menara pendingin yang merupakan rakitan dari dua atau lebih menara pendingin individu atau "sel". Jumlah sel yang mereka miliki, misalnya suatu menara delapan sel, dinamakan sesuai dengan jumlah selnya. Menara dengan jumlah sel banyak, dapat berupa garis lurus, segi empat, atau bundar tergantung pada bentuk individu sel dan tempat saluran udara masuk ditempatkan pada sisi atau dibawah sel.
Gambar 1.6: Menara Pendingin Draft Mekanik (Laboratorium Nasional Pacific Northwest, 2001)
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Kesimpulan dari makalah ialah sebagai berikut:
Air pendingin adalah air limbah yang berasal dari aliran air yang digunakan untuk penghilangan panas dan tidak berkontak langsung dengan bahan baku, produk antara dan produk akhir.
Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu : Once through.system, Open evaporative recirculating, Closed non-evaporative recirculating.
Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin utama, dan cooling. tower serta dilengkapi dengan beberapa komponen bantu.
Masalah dalam air pendingin ialah, korosi, scale, fouling, dan biological contamination.
Menara pendingin jenis natural draft dan menara pendingin mekanik draft merupakan dua teknologi menara pendingin yang banyak digunakan.
Saran
Sebaiknya dalam perancangan sebuah pabrik memperhatikan aspek-aspek yang berpengaruh dalam penggunaan air pendingin dan parameter yang mengaturnya untuk memaksimalkan efisiensi dan nilai ekonomi dari proses produksi.
DAFTAR PUSTAKA
Gumilar, Arie. 2011. Sistem air Pendingin. Jakarta: STE.
Handoyo, Ekadewi. 1999. Pengaruh Temperatur Air Pendingin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Diesel Stasioner di Sebuah Huller. Surabaya: Universitas Eka Petra.
Hardayanti, Nurandani. 2006. Studi Evaluasi Instalasi Pengolahan Air Bersih Untuk Kebutuhan Domestik Dan Non Domestik. Semarang: Universitas Diponegoro.
Keister, Timothy. 2008. Cooling Water Management Basic Principles and Technology. New York: ProChemTech International.
Lestari, Erlina. 2010. Pengaruh Bioksida Pengoksidasi Terhadap Pertumbuhan Mikroorganisme Pada Air Pendingin Sekunder RSG-GAS. Banten: ISSN 1978-8738.
Mulyono. Analisa Beban Kalor Menara Pendingin Basah Induced-Draft Aliran Lawan Arah. Semarang; Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang. 2010.
Roepandi, Opan.2008. Pengoperasian Sistem Air Pendingin. Surabaya: PT. Indonesia Power.
Setiadi, Tjandra. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air. Bandung:ITB.
