BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Teori Dasar 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 secara efisien dan ekonomis, sampai ke titik penggunaan. Steam yang bergerak mengelilingi pabrik dianggap sama dengan transportasi dan penyediaan energi. untuk beberapa alasan, steam digunakan untuk membawa energi panas. Penggunaanya terkenal diseluruh industri untuk pekerjaan yang luas dari produksi daya mekanis sampai penggunaan proses dan pemanasan ruangan. Alasan dari penggunaan Steam adalah : • 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

Universitas Sumatera Utara

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 steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu dengan yang lainnya. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisih 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 tekanannya tetap, penambahan lebih banyak panas tidak mengakibatkan kenaikan suhu lebih lanjut namun menyebabkan air membentuk steam jenuh. Suhu air mendidih dengan steam jenuh dalam sistem yang sama adalah sama, akan tetapi energi panas per satuan massanya lebih besar pada steam. Pada tekanan atmosfir suhu jenuhnya adalah 1000C. 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 energi air dan suhu jenuh. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh (Gambar 2.1).


Gambar 2.1 kurva steam jenuh

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 lebih besar dari 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.


2.2 Kualitas Steam Steam harus tersedia pada titik penggunaan : • Dalam jumlah yang benar untuk menjamin bahwa aliran panas yang memadai tersedia untuk perpindahan panas • Pada suhu dan tekanan yang benar, atau akan mempengaruhin kinerja • Bebas dari udara dan gas yang dapat mengembun yang dapat menghambat perpindahan panas • Bersih, karena kerak ( misal korosi atau endapan karbonat ) atau kotoran dapat meningkatkan laju erosi pada lengkungan pipa orifice kecil dari Steam Traps dan Valve • 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. 2.3 Sistem Distribusi Steam Sistem distribusi steam 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. Boiler dapat menggunakan bahan bakar primer karosene ( minyak tanah ). Sistem distribusi steam yang efisien adalah penting untuk pemasokan steam dengan kualitas dan tekanan yang benar ke peralatan yang


menggunakan steam. Pemasangan dan perawatan sistem steam merupakan hal penting dan harus dipertimbangkan mulai tahap perancangan. Ketika steam mengembun didalam proses, kondensat dialirankan kembali kedalam pipa suplai air boiler. Kondensat memiliki volume yang sangat kecil dibandingkan dengan steam, dan hal ini menyebabkan penurunan tekanan, yang membuat 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 kecil membawa steam ke masing – masing peralatan. Pipa kerja pada mulanya lebih dingin dari pada 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. 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 karena 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 turun pada arah aliran steam. Kondensat kemudian harus dikeluarkan dari berbagai titik strategis pada saluran pipa steam. Ketika valve pada pipa steam yang melayani bagian plant yang menggunakan steam dibuka, steam mengalir dari sistem 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 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 sebagai pasokan sebagai air umpan panas boiler. 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 kelingkungan.

Komponen penting pada sistem distribusi akan dijelaskan pada bagian berikut: •

Pipa – pipa

•

Titik pengeluaran ( Drain )

•

Jalur cabang

•

Saringan / Strainers

•

Saringan / Filters

•

Pemisah / Separator

•

Steam traps

•

Ventilasi udara


2.4 Pipa – pipa 2.4.1 Bahan pipa Pipa sistem steam biasanya dibuat dari baja karbon. 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 untuk memperbaiki kuat tarik dan resistansi terhadap golakan pada suhu tinggi. Biasanya pipa dipasok dengan panjang 6 meter. 2.5 Strainers Dengan semakin meningkatnya persaingan pasar, penekanan lebih banyak ditujukan pada pengurangan penghentian pabrik dan perawatan. Dalam sistem steam dan kondensat, kerusakan pabrik seringkali diakibatkan oleh kotoran – kotoran baik yang berupa padat,cair atau gas pada saluran pipa. 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 traps, pungukur aliran dan valve kendali. Strainer dapat dikelompokkan kedalam dua tipe utama menurut bentuk dan susunan badannya : Yakni tipe-Y dan tipe keranjang/ basket. Contohnya dari tipe strainers dan tipe keranjang dapat dilihat dalam Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.


Gambar 2.2 Strainer Jenis-y

Gambar 2.3 Strainer Jenis Keranjang/Basket Untuk steam, strainer tipe-Y merupakan standar yang umum dan banyak digunakan dimana-mana. Strainer tipe-Y pada steam horisontal atau jalur gas yang dipasang secara horisontal. 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. 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.


Pemasangannya tidak memungkinkan pada aliran yang naik, dimana strainer harus dipasang dengan bukaan pocket menuju kebawah dan kotorannya turun dalam pipa. 2.6 Filter Filter digunakan untuk membuang partikel-partikel yang lebih kecil. 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 kotoran 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 diperlukan dari pelembab steam. Contoh : Pelembab yang digunakan dalam lingkungan “bersih”.

•

Untuk penurunan kandungan air steam, menjamin pasokan yang kering dan jenuh.


Filter yang digunakan dalam sistem steam biasanya terdiri dari elemen filter dari baja tahan korosi. Prosesnya menghasilkan struktur berpori yang sangat halus dalam baja tahan korosi, yang membuang berbagai partikel dari fluida yang melewatinya. Sifat pori-pori dari elemen filter akan menciptakan penurunan tekanan yang lebih besar yang melewati filter yang terdapat pada strainer dengan ukuran sama. Filter mudah rusak apabila laju aliran yang berlebih dan melewati batasan yang ditentukan oleh pihak pembuatnya. Dengan memasang pengukur tekanan pada sisi filter sebelah manapun, penurunan tekanan yang melintas 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 filer. 2.7 Pemisah / Separator Separator digunakan untuk menghilangkan tetesan air dari steam. Steam basah mengandung sejumlah air, dan merupakan salah satu perhatian utama pada berbagai sistem steam. Steam basah ini dapat menurunkan produktivitas pabrik dan kualitas produk dan dapat menyebabkan kerusakan pada hampir semua pabrik dan peralatan. Kandungan air dari steam yang dihasilkan oleh boiler akan terus meningkat jika terjadi pemindahan. Kehilangan panas pada pipa distribusi akan menyebabkan steam mengembun. Karena gaya gravitasi, molekul air yang mengembun akan mengendap dibagian bawah pipa membentuk sebuah lapisan


air. Steam yang mengalir diatas air ini dapat berubah menjadi gelombang. Ujung gelombang tersebut akan 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 mengerosi ruang valve 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 pencemaran terbawa dalam tetesan air.

•

Operasi yang tidak menentu dari valve pengendali dan pengukur aliran / flor meter.

•

Kegagalan valve dan pengukur aliran karena pemakaian yang cepat atau hantaman air. Walaupun terdapat berbagai desain separator, pada dasarnya digunakan

untuk menghilangkan kadar air dalam aliran steam. Contoh dari tipe Separator Tipe Baffle terlihat pada gambar 2.4.


Gambar 2.4 Separator Tipe Baffle 2.8 Ventilasi udara Jika udara tercampur dengan steam dan mengalir bersamaan, kantong udara akan tetap tinggal pada permukaan penukaran panas dimana steam terkondensasikan. Secara perlahan, sebuah lapisan tipis yang membentuk sebuah selimut isolasi. Bilamana udara ditambahkan ke steam, kandungan panas dari volume campuran lebih rendah dari steam murni dengan volume yang sama, sehingga suhu campuran rendah, keberadaan udara memiliki pengaruh ganda : •

Udara memberikan resistansi terhadap perpindahan panas melalui pengaruh pelapisan

•

Udara menurunkan suhu ruang steam


Udara yang ada didalam pipa steam dan peralatan steam pada saat start-up. Bahkan jika sistem 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 sistem tercampur dalam air umpan. Pada suhu 800C, air dapat larut sekitar 0,6% volume,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

Sebuah alat ventilasi udara yang dipasang pada suatu tangki ruang steam atau pada ujung pipa saluran steam akan terbuka ketika ada udara (Gambar 2.5). Untuk pembuangan udara yang maksimal, pembuangannya harus sebebas mungkin.

Gambar 2.5 Ujung Ventilasi Udara Otomatis Utama


Jika jalur buangan kondensat dari sebuah trap meningkat ke tingkat yang tertinggi, jalur yang banjir akan menggangu tekanan balik pada trap dan 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 jalur pembuangan steam trap dan ventilasi udara tidak ditempatkan pada tempat yang tinggi.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents