Information Technology

Start here

November 2018
S S R K J S M
« Jun    
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Iklan

Electrostatic Precipitator: Teknologi Mengendalikan Polusi Abu (Fly Ash) Dari Boiler

Abu adalah material padat yang tersisa setelah terjadinya proses pembakaran. Dalam jumlah banyak, abu menjadi salah satu polutan yang sangat berbahaya jika bercampur dengan atmosfer. Salah satu penghasil polusi abu yang cukup tinggi adalah boiler. Setiap boiler yang menggunakan bahan bakar fosil (kecuali gas alam) pasti menghasilkan emisi abu. Bahan bakar fosil yang paling banyak mengandung abu adalah batubara. Kandungan abu di dalam batubara berkisar antara 5-30% tergantung dari jenisnya serta proses penambangannya.
Ada dua jenis abu yang dihasilkan dari pembakaran batubara di dalam boiler, yakni fly ash dan bottom ash. Fly ash adalah abu yang berukuran cukup kecil, sehingga ia bercampur dengan gas-gas hasil pembakaran (flue gas) dan akan keluar melalui cerobong asap boiler. Sebagian dari abu yang dihasilkan dari proses pembakaran akan menempel pada dinding-dinding pipa boiler, terakumulasi, memadat, dan suatu saat ia akan jatuh ke bagian bawah boiler. Abu yang jatuh ini dikenal dengan sebutan bottom ash. Kuantitas terbentuknya kedua jenis abu ini tergantung dari jenis batubara yang digunakan, serta jenis boiler itu sendiri. Boiler yang menggunakan pulverizer batubara (baca artikel berikut), 70-90% abu akan keluar bersamaan dengan gas buang dan sisanya berupa bottom ash. Boiler kecil berjenis stoker-fired, 40% abu akan keluar sebagai fly ash. Pada boiler dengan tipe pembakaran tangensial, akan menghasilkan fly ash hanya 15-40% dari keseluruhan abu. Sedangkan boiler yang menggunakan sistem fluidized-bed, keseluruhan abu akan ikut terbawa oleh flue gas tanpa terjadi pembentukan bottom ash. Jenis boiler yang digunakan juga mempengaruhi bentuk serta ukuran dari abu yang dihasilkan boiler. Boiler dengan pulverizer menghasilkan abu yang halus dengan ukuran 7-12 mikron. Pada boiler dengan metode pembakaran tangensial, akan dihasilkan bentuk abu yang bulat. Boiler tipe stoker-fired akan menghasilkan abu dengan ukuran yang paling besar jika dibandingkan dengan boiler tipe lain. Berdasarkan penelitian, komponen abu boiler tersusun atas berbagai senyawa oksida beracun diantaranya silikon oksida, titanium oksida, ferit oksida, aluminium oksida, kalsium oksida, magnesium oksida, sodium oksida, potasium oksida, sulfur trioksida, difosfor pentoksida, serta beberapa senyawa lain. Proporsi jumlah dari senyawa-senyawa penyusun abu dapat bervariasi tergantung dari jenis dan lokasi penambangan batubara yang digunakan.
Berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 30 Tahun 2009, fly ash atau abu yang dihasilkan oleh proses pembakaran dari boiler, dikategorikan sebagai Bahan Berbahaya dan Beracun (B3). Sehingga penanganan abu ini harus sesuai dengan regulasi pemerintah agar tidak mencemari lingkungan. Ada beberapa teknologi yang dapat digunakan untuk mengontrol emisi fly ash yang dihasilkan dari proses pembakaran boiler. Alat pengontrol emisi abu ini bertugas untuk menghilangkan kandungan abu dari gas buang boiler, menjaga abu tersebut agar tidak masuk kembali bercampur dengan udara pembakaran, serta mengontrol proses pembuangannya agar sesuai dengan peraturan daerah yang berlaku. Ada beberapa jenis teknologi yang dapat digunakan untuk mengontrol fly ash, diantaranya adalah electrostatic precipitator, sistem filter, kolektor abu mekanik, dan venturi scrubbers. Masing-masing jenis teknologi tersebut memiliki ciri khas dan fungsi sendiri-sendiri. Namun yang paling umum digunakan pada boiler di dunia industri adalah electrostatic precipitator (ESP) tipe kering. Teknologi ini akan menjadi fokus pembahasan pada kesempatan kali ini. Electrostatic Precipitator (ESP) adalah sebuah teknologi untuk menangkap abu hasil proses pembakaran dengan jalan memberi muatan listrik padanya. Prinsip kerja ESP yaitu dengan memberi muatan negatif kepada abu-abu tersebut melalui beberapa elektroda (biasa disebut discharge electrode). Jika abu tersebut dilewatkan lebih lanjut ke dalam sebuah kolom yang terbuat dari plat yang memiliki muatan lebih positif (biasa disebut collecting electrode), maka secara alami abu tersebut akan tertarik oleh plat-plat tersebut. Setelah abu terakumulasi pada plat tersebut, sebuah sistem rapper khusus akan membuat abu tersebut jatuh ke bawah dan keluar dari sistem ESP. Untuk lebih jelasnya, silahkan Anda perhatikan ilustrasi sistem ESP berikut ini.

GambarPrinsip Kerja Electrostatic Precipitators
Proses-proses yang terjadi pada ESP sehingga abu (fly ash) dapat terkumpul adalah sebagai berikut:
1. Charging. ESP menggunakan listrik DC sebagai sumber dayanya, dimana Collecting Electrode (CE) terhubung dengan kutub positif dan ter-grounding, sedangkan untuk Discharge Electrode terhubung dengan kutub negatif yang bertegangan 55-85 kilovolt DC. Medan listrik terbentuk diantara DE dan CE, pada kondisi ini timbul fenomena korona listrik yang berpendar pada sisi DE. Pada saat gas buang batubara melewati medan listrik ini, fly ash akan terkena muatan negatif yang dipancarkan oleh kutub negatif pada DE. Proses pemberian muatan negatif pada abu tersebut dapat terjadi secara difusi atau induksi, tergantung dari ukuran abu tersebut. Beberapa partikel abu akan sulit dikenai muatan negatif sehingga membutuhkan medan listrik yang lebih besar. Ada pula partikel yang sangat mudah dikenai muatan negatif, namun muatan negatifnya juga mudah terlepas, sehingga memerlukan proses charging kembali.
2. Pengumpulan. Abu yang sudah bermuatan negatif, akan tertarik untuk menuju ke CE atau bergerak menurut aliran gas yang ada. Kecepatan aliran gas buang mempengaruhi proses pengumpulan abu pada CE. Kecepatan aliran gas yang rendah akan memperlambat gerakan abu untuk menuju CE. Sehingga umumnya desain ESP biasanya digunakan beberapa seri CE dan DE yang diatur sedemikian rupa sehingga semua abu yang terkandung di dalam gas buang boiler dapat tertangkap.
3. Rapping. Lapisan abu yang terkumpul pada permukaan CE harus secara periodik dirontokan. Metode yang paling umum digunakan adalah dengan jalan memukul bagian CE dengan sebuah sistem mekanis. Sistem rapper mekanis ini terdiri dari sebuah hammer, motor penggerak, serta sistem gearbox sederhana yang dapat mengatur gerakan memukul agar terjadi secara periodik. Sistem rapper tidak hanya terpasang pada sisi CE, pada DE juga terdapat sistem rapper. Hal ini karena ada sebagian kecil dari abu yang akan bermuatan positif karena ia ter-charging oleh CE yang bermuatan positif.
4. Abu yang rontok dari CE akan jatuh dan terkumpul di hopper yang terletak di bawah sistem CE dan DE. Hopper ini harus didesain dengan baik agar abu yang sudah terkumpul tidak masuk kembali ke dalam kompartemen ESP. Selanjutnya dengan menggunakan udara bertekanan, kumpulan abu tersebut dipindahkan melewati pipa-pipa ke tempat penampungan yang lebih besar.
Gas buang yang keluar dari boiler mengandung banyak senyawa yang bersifat sangat korosif, jika senyawa-senyawa tersebut bereaksi dengan uap air yang terkandung di dalam gas buang itu pula. Pada temperatur rendah uap air hasil pembakaran hidrokarbon batubara dapat terkondensasi dan bereaksi dengan SO2 atau NOx dan menghasilkan larutan asam yang sangat korosif. Larutan tersebut jika melewati ESP akan sangat mungkin dapat merusak komponen-komponennya. Maka pada prakteknya, pengoperasian ESP pada berbagai sistem boiler, baru dinyalakan jika temperatur gas buang boiler sudah mencapai nilai tertentu. Hal ini bertujuan selain untuk menghindari bahaya korosi, juga untuk menghindari terjadinya short circuit akibat adanya senyawa-senyawa asam tersebut.

GambarBagian-bagian Electrostatic Precipitators
Secara umum bagian-bagian dari Electrostatic Precipitators (ESP) adalah sebagai berikut:
1. Casing dari ESP umumnya terbuat dari baja karbon berjenis ASTM A-36 atau yang serupa. Casing ini didesain untuk kedap udara sehingga gas buang boiler yang berada di dalam ESP tidak dapat bocor keluar. Selain itu ia didesain memiliki ruang untuk pemuaian karena pada operasional normalnya ESP bekerja pada temperatur cukup tinggi. Oleh karena itu pula sisi luar casing ini dipasang insulator tahan panas demi keselamatan kerja. Discharge electrode dan collecting electrode didesain menggantung dengan sisi support (penyangga) berada pada sisi casing bagian atas. Dan pada sisi samping casing terdapat pintu akses masuk untuk keperluan perawatan sisi dalam ESP.
2. Hopper terbuat dari bahan yang sama dengan casing. Ia berbentuk seperti piramida yang terbalik dan terpasang pada sisi bawah ESP. Hopper berfungsi sebagai tempat berkumpulnya abu fly ash yang dijatuhkan dari collecting electrode dan discharge electrode. Abu hanya sementara berada di dalam hopper, karena selanjutnya ia akan dipindahkan menggunakan sebuah sistem transport khusus ke tempat penampungan yang lebih besar. Namun, hopper ini didesain untuk mampu menyimpan abu sedikit lebih lama apabila terjadi kerusakan pada sistem transport fly ash yang ada di bawahnya.
3. Collecting Electrode. Seperti yang telah saya jelaskan sebelumnya, CE menjadi tempat terkumpulnya abu bermuatan negatif sebelum jatuh ke hopper. Jarak antar CE pada sebuah ESP didesain cukup dekat yakni 305-406 mm dengan kedua sisi plat (depan-belakang) yang sama-sama berfungsi untuk menangkap abu. CE dibuat dari plat yang didukung dengan baja penyangga untuk menjaga kekakuannya. Ia dipasang dengan suppot yang berada di atas dan menggantung pada casing bagian atas. Untuk mendapatkan medan listrik yang seragam pada CE, serta untuk meminimalisir terjadinya loncatan bunga api elektron, maka CE harus dipasang dengan ketelitian yang sangat tinggi.
4. Discharge Electrode (DE). DE menjadi komponen paling penting di ESP. DE terhubung dengan sumber tegangan DC tinggi hingga berpendar menciptakan korona listrik. Ia berfungsi untuk men-charging abu sehingga abu menjadi bermuatan negatif. DE dipasang pada tiap tengah-tengah CE dengan jarak 152-203 mm tergantung jarak antar CE yang digunakan. Untuk mencegah short circuit, pemasangan DE harus dipasang juga insulasi yang memisahkan DE dengan casing dan CE yang bermuatan netral.
5. Sistem Kontrol Aliran Gas Buang. Efisiensi ESP sangat tergantung dengan distribusi aliran gas buang boiler yang melintasinya. Semakin merata pendistribusian gas buang tersebut ke seluruh kolom CE dan DE, maka akan semakin tinggi angka efisiensi ESP. Oleh karena itu dipasang sebuah sistem vane atau sudu pada sisi masuk gas buang ke ESP agar gas tersebut dapat lebih merata didistribusikan ke setiap kolom.
6. Rapper. Seperti yang sudah saya jelaskan di atas, sistem rapper berfungsi untuk menjatuhkan abu yang terkumpul pada permukaan CE ataupun DE agar jatuh ke hopper. Biasanya motor penggerak rapper terletak di bagian atas ESP, dan dihubungkan ke bagian pemukul dengan sebuah poros yang terinsulasi untuk menghindari short circuit.
7. Sumber Energi Listrik. Alat yang berfungsi untuk men-supply energi listrik ke sistem ESP disebut dengan Transformer Rectifier (TR). Sumber energi listrik berasal dari listrik AC bertegangan 480 Volt, yang ditingkatkan menjadi 55.000 sampai 75.000 Volt sebelum diubah menjadi tegangan DC negatif yang akan dihubungkan dengan discharge electrode. Karena secara elektris ESP merupakan beban kapasitif, maka sumber tegangannya didesain untuk menahan beban kapasitif tersebut. Selain itu, sumber tegangan ini didesain harus tahan terhadap gangguan arus yang terjadi akibat adanya loncatan listrik (sparking) dari abu fly ash.

 

Iklan

HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)

HVAC berfungsi menjaga kondisi udara sekitar untuk melindungi alat-alat, dan kenyamanan personal dengan cara mengatur ventilasi dan pengkondisian udara. HVAC merupakan singkatan dari Heating, Ventilation, and Air Conditioning. Yang mana sistem pengkondisian udara ini merupakan aplikasi dari beberapa cabang ilmu Mechanical Engineering yaitu termodinamika, mekanika fluida, dan perpindahan panas. HVAC termasuk vital penggunaannya di beberapa industri, terutama di gedung-gedung, perkantoran yang dipenuhi peralatan komputer yang perlu dijaga kelembaban udaranya, serta industri-industri besar yang memerlukan sistem ventilasi yang baik. Berikut akan saya jelaskan lebih mendetail mengenai HVAC.
1. Heating Sistem ini banyak digunakan di daerah-daerah yang beriklim dingin, yang sepanjang musim didominasi dengan suhu yang dingin. Tersusun oleh beberapa bagian penting antara lain boiler, furnace, heat pump, radiator, dan hydronic. Furnace berfungsi sebagai sumber panas yang ditransfer ke media air bernama hydronic di boiler. Hydronic tersirkulasi berkat kerja dari heat pump, yang selanjutnya setelah dari boiler, hydronic menuju ke radiator untuk memindahkan panas yang dikandungnya ke udara yang tersirkulasi. Udara inilah yang digunakan untuk memanaskan ruangan.

GambarPenggunaan Ventilation Fan pada Industri

2. Ventilation Ventilation adalah proses untuk mensirkulasikan udara di dalam suatu ruangan dengan udara luar, yang bertujuan untuk me-remove debu, kelembaban, bau-bauan yang tidak sedap, karbon dioksida, panas, bakteri di udara, serta meregenerasi oksigen di dalam ruangan.Ventilasi merupakan salah satu penerapan teori mekanika fluida.
Ada dua jenis ventilation, yaitu forced ventilation dan natural ventilation. Forced ventilation adalah sistem ventilasi yang menggunakan bantuan fan atau kipas untuk mensirkulasikan udara di dalam ruangan. Sistem ini banyak digunakan di perindustrian besar, gedung-gedung, dan contoh yang paling dekat dengan kita adalah di dapur dan di kamar mandi. Di dapur biasanya dipasang fan untuk menghisap asap dari kompor dan dibuang keluar. Sedangkan di kamar mandi jelas digunakan untuk mengusir bau-bauan yang tidak sedap dari dalam kamar mandi.

GambarExhaust Fan untuk Rumah-rumah

Sedangkan untuk natural ventilation tidak diperlukan bantuan kipas untuk mensirkulasikan udara. Biasanya hanya berupa jendela yang dibiarkan terbuka di suatu ruangan.
3. Air Conditioning (AC) menggunakan prinsip siklus mesin pendingin, yang terdiri dari beberapa bagian penting yaitu refrigerant, kompresor, heat exchanger, dan katup ekspansi. Kalau Anda googling pasti sudah banyak yang menjelaskan bagaimana prinsip kerja dari AC. Di sini yang perlu saya tekankan adalah adanya sedikit perbedaan antara AC yang biasa Anda gunakan di rumah, dengan AC yang digunakan di perkantoran, gedung-gedung, atau perindustrian. Ada satu media bernama liquid chiller yang digunakan.

GambarKompresor AC pada salah satu kantor

Jadi prosesnya menjadi seperti berikut. Udara yang tersirkulasi diserap panasnya melalui heat exchanger oleh liquid chiller di satu komponen bernama Air Handling Unit (AHU). Sedangkan panas dari liquid chiller diserap oleh refrigerant melalui heat exchanger yang lainnya. Jadi ada semacam proses pendinginan bertingkat di dalamnya.

GambarAir Handling Unit

Ada satu alasan yang kuat mengapa AC yang digunakan di gedung-gedung besar menggunakan liquid chiller. Karena udara yang bersirkulasi di dalam gedung bervolume besar, maka akan lebih jauh efisien jika menggunakan media liquid chiller sehingga energi yang dibutuhkan untuk operasional AC lebih rendah jika dibandingkan tanpa menggunakan liquid chiller.

Alat Ukur Tekanan (Pressure Switch)

GambarPressure Switch atau alat ukur tekanan menjadi satu komponen penting di dunia engineering yang paling banyak digunakan. Saat ini saja sudah ada sekitar 50 teknologi untuk mengukur tekanan, serta ada sekitar 300 perusahaan di dunia yang memproduksi alat ini.
Sensor tekanan digunakan untuk mengukur besar tekanan pada gas atau cairan (liquid). Secara ilmiah, tekanan adalah gaya yang dibutuhkan untuk menahan sebuah fluida agar berhenti berekspansi, atau dengan rumusan tekanan adalah besar gaya per satu satuan unit area (luas). Dalam pengembangan teknologinya, sensor tekanan tidak hanya digunakan untuk mengukur tekanan saja, tetapi juga digunakan untuk mengukur aliran gas/fluida, mengukur kecepatan, level ketinggian air, dan juga altitude (ketinggian dari permukaan air laut). Jangan terkecoh dengan banyaknya istilah untuk alat ukur tekanan ini, berikut adalah diantaranya: Pressure Transmitter, Pressure Transducer, Pressure Senders, Pressure Indicators, Piezometers, dan Manometer. Banyak sekali penggunaan sensor tekanan ini, namun secara garis besar alat ini dapat dikelompokkan berdasarkan kondisi sistem yang menggunakannya, yakni sebagai berikut:
1. Absolute Pressure Sensor Sensor tekanan ini menggunakan referensi nilai nol absolut sebagai titik nol nya, atau dengan kata lain nilai sensor tekanan ini besarnya relatif terhadap tekanan pada kondisi vakum absolut. Dalam standard satuan SI, menggunakan satuan “bar a” yang berarti “bar absolute”.
2. Gauge Pressure Sensor tekanan jenis ini pengukurannya relatif terhadap tekanan atmosfir dimana alat tersebut digunakan. Alat ini digunakan pada alat ukur tekanan ban kendaraan bermotor, saat alat ini membaca “nol”, berarti besar tekanan adalah sama dengan tekanan ambient atmosfer.
3. Vacuum Pressure Sensor Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan sebuah sistem yang bekerja di bawah tekanan atmosfer. Contoh penggunaannya adalah untuk mengukur tekanan sistem kondensor pada siklus Water-Steam PLTU yang harus selalu bekerja di tekanan vakum.
4. Differential Pressure (DP) Sensor Alat ini sering juga disebut DP Transmitter, yang digunakan untuk membaca tekanan pada dua sisi sistem yang saling berhubungan. Salah satu contoh penggunaan alat ini adalah pada filter oli, jika nilai DP antara sisi inlet dan outlet terlalu besar maka dapat diindikasikan bahwa kotoran pada filter sudah semakin banyak.
5. Sealed Pressure Sensor Jenis ini sama dengan Gauge Pressure Sensor, namun tidak menggunakan tekanan atmosfer sebagai titik acuan. Alat ini menggunakan titik acuan tertentu yang disesuaikan dengan desain sistem yang ada.

Generator dan Sistem Eksitasi

Generator merupakan satu komponen yang paling penting pada sebuah pabrik penghasil listrik semacam PLTU. Energi panas dari uap air yang diproduksi oleh boiler diubah menjadi energi mekanis berupa putaran poros pada turbin. Energi mekanis tersebut selanjutnya akan diubah menjadi energi listrik oleh generator. Generator listrik menggunakan prinsip dasar dari Hukum Faraday dimana apabila sebuah konduktor listrik dilewatkan ke sebuah medan magnet, akan timbul tegangan listrik yang terinduksi pada konduktor tersebut.

GambarSecara umum generator terbagi ke dalam dua jenis, yakni generator DC dan generator AC. Generator DC membangkitkan arus listrik searah dengan menggunakan komponen utama berupa komutator, sebuah komponen berupa lilitan kawat untuk membangkitkan listrik searah. Generator DC hanya cocok untuk membangkitkan tenaga listrik kecil, karena untuk memenuhi kebutuhan listrik yang tinggi, dibutuhkan generator DC yang ukurannya sangat besar mengalahkan ukuran generator AC untuk menghasilkan daya yang sama. Generator AC tersusun atas sebuah konduktor listrik yang bergerak memotong medan magnet (biasanya berupa elektromagnetik). Kedua ujung dari konduktor tersebut terhubung ke beban listrik yang menjadi konsumen listrik dari generator. Untuk memahami prinsip kerja generator AC, mari kita perhatikan gambar di bawah ini.

Gambar

Prinsip Pembangkitan Arus Listrik AC

Pada saat posisi konduktor vertikal, tegangan yang dihasilkan adalah nol karena pada posisi ini konduktor tidak memotong garis medan magnet. Konduktor terus berputar hingga 90o sehingga pada saat posisi horisontal akan dihasilkan tegangan listrik maksimum. Konduktor ini akan terus berputar sehingga menghasilkan arus listrik AC yang dapat digambarkan dengan grafik sinusoidal pada gambar di atas.

GambarPrinsip Dasar Generator AC 3-Fasa

Generator 3-fasa memiliki prinsip kerja yang sama dengan generator 1-fasa. Tiga lilitan konduktor disusun secara melingkar sehingga jarak antar lilitan adalah sebesar 120°. Medan magnet yang berputar di tengah-tengah ketiga lilitan konduktor tersebut menginduksi lilitan-lilitan tersebut sehingga menghasilkan tegangan listrik pada masing-masing lilitan. Jika digambarkan menjadi sebuah kurva, maka akan membentuk tiga kurva yang masing-masing memiliki jarak 120°.

Sistem Eksitasi
Komponen utama dari rotor sebuah generator adalah magnet. Magnet ini dapat berupa magnet permanen maupun magnet yang dibangkitkan dengan menggunakan kumparan. Pada generator yang menggunakan kumparan sebagai magnet buatan, maka dibutuhkan arus listrik yang mengalir ke kumparan tersebut. Proses dari pembangkitan medan magnet secara buatan pada generator inilah yang disebut dengan proses eksitasi.

GambarPerbedaan Generator Dengan Exciter dan Magnet Permanen

Pada generator dengan sistem eksitasi, besar tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator sebanding dengan besar medan magnet di dalamnya, sedangkan besar medan magnet ini sebanding dengan besar arus eksitasi yang dibangkitkan. Maka, jika arus eksitasi sama dengan nol, maka tegangan listrik juga sama dengan nol. Atas dasar ini, sistem eksitasi dapat dikatakan sebagai sebuah sistem amplifier, dimana sejumlah kecil daya dapat mengontrol sejumlah daya yang besar. Prinsip ini menjadi dasar untuk mengontrol tegangan keluaran generator, jika tegangan sistem turun maka arus eksitasi harus ditambah, dan jika tegangan sistem terlalu tinggi maka arus eksitasi dapat diturunkan.

GambarMacam-macam Exciter
Secara umum exciter dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu:
1. Exciter Berputar. Exciter jenis ini membangkitkan arus listrik DC dengan menggunakan semacam generator berukuran kecil yang ikut berputar dengan generator utama. Ada dua tipe exciter berputar, mereka adalah:

  • Tipe yang menggunakan brush. Tipe klasik ini memerlukan komponen slip-ring untuk menghubungkan arus yang dibangkitkan oleh exciter dengan rotor generator. Sehingga tipe ini memerlukan perawatan yang berjangka.
  • Tipe brushless. Tipe ini lebih modern karena exciter berada satu poros dengan generator utama. Supply arus dari exciter kumparan magnet generator dihubungkan dengan plat dioda.

GambarExciter Tipe Brushless

2. Exciter Statis. Exciter tipe ini tidak menggunakan generator kecil sebagai pembangkit arus DC untuk generator utamanya. Tipe ini menggunakan arus listrik yang keluar dari generator yang “disearahkan” menjadi DC dan disupply ke rotor generator utama.

 

Pompa Ekstraksi Kondensat (Condensate Extraction Pump)

Pompa Ekstraksi Kondensat lebih dikenal dalam bahasa inggris dengan nama Condensate Extraction Pump (CEP). Pompa ini menjadi salah satu pompa yang keberadaannya sangat penting di siklus water-steam pembangkit listrik tenaga uap. CEP secara sederhana berfungsi untuk mensupply air kondensat yang berasal dari kondensor menuju ke proses selanjutnya, yaitu deaerator dan feed water tank. Uap air yang selanjutnya berubah fase menjadi air di dalam kondensor memiliki besar tekanan nol atau vakum. Untuk itulah dibutuhkan CEP untuk menaikkan head air sehingga dapat tersupply ke deaerator yang letaknya di ketinggian tertentu. Pompa Ekstraksi Kondensat berjenis pompa sentrifugal dengan sumbu / shaft vertikal dan multistage. Digunakannya pompa sentrifugal karena cocok dengan kebutuhannya pada kondisi yang bertekanan dan volume tinggi, serta hanya dibutuhkan suction head yang minimum untuk

GambarContoh Condensate Extraction Pump

beroperasi. Semisal saya ambil contoh pompa vertikal, sentrifugal, tiga stage seperti pada gambar di bawah ini. Setiap stage memiliki impeler tersendiri, jadi total ada tiga impeler. Air kondensat yang keluar dari kondensor, memiliki temperatur hangat (sekitar 40-50 derajat celcius) dengan tekanan vakum. Kondensat tersebut masuk ke pompa menuju stage pertama dan dinaikan tekanannya. Selanjutnya masuk ke stage dua dan tiga dan tepat di titik outlet dari stage terakhir tekanan masih hampir mendekati tekanan yang diinginkan. Selanjutnya kondensat keluar dari pompa tersebut melewati difuser, yang secara desain akan mendorong air menuju volute casing dan menaikkan tekanan kondensat sesuai dengan yang diinginkan.

Pompa ekstraksi kondensat amat rentan mengalami kavitasi. Hal ini disebabkan karena air inletnya memiliki tekanan yang vakum dan temperatur yang masih hangat, dan berpotensi terbentuknya gelembung uap air pada CEP. Kavitasi adalah sebuah fenomema terbentuknya gelembung-gelembung uap air pada pompa yang dapat menimbulkan suara bising pada pompa dan bahkan dapat menghasilkan tekanan nol pada outlet pompa. Untuk menghindari kavitasi pada CEP, maka level ketinggian air kondensat di dalam kondensor dijaga pada level tertentu. Ketinggian kondensat di dalam kondensor menjadi positive suction head dari CEP. Untuk itu level ketinggian dari kondensat tersebut menjadi salah satu input proteksi untuk pompa CEP. Apabila level kondensat turun pada nilai tertentu, pompa CEP yang sedang bekerja akan “dihentikan“ oleh sistem otomatis nya untuk menghindari kerusakan yang lebih parah akibat terjadinya kavitasi.

Kondensor

Perpindahan panas merupakan suatu fenomena yang sangat lazim terjadi. Setiap detiknya kita mengalaminya. Dan fenomena ini digunakan teknologinya untuk berbagai keperluan kita. Perpindahan panas adalah salah satu bidang ilmu di bawah termodinamika yang membahas mengenai perpindahan energi panas dari suatu sistem ke sistem yang lain. Salah satu alat yang memanfaatkan fenomena ini adalah heat exchanger. Dua media yang memiliki kandungan energi panas berbeda bertemu di sini dan panas yang terkandung di media yang memiliki energi panas lebih besar, berpindah ke media yang memiliki kandungan panas lebih kecil. Alat ini digunakan pada refrigerator / mesin pendingin, air conditioning, pembangkit listrik, pabrik petrokimia, pabrik petroleum, dan lain sebagainya. Salah satu penggunaan prinsip heat exchanger yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap adalah kondensor. Dengan menggunakan tipe shell and tube, kondenser pada PLTU berfungsi untuk mengkondensasi uap air yang berasal dari turbin uap sehingga berubah fase menjadi cair kembali. Kondesor menjadi salah satu komponen yang paling penting pada water-steam cycle karena pada alat ini terjadi perpindahan panas (panas laten) yang masih terkandung di dalam uap air menuju media pendingin seperti air laut atau air dari cooling tower. Pada siklus rankine terjadi proses perpindahan panas pada 2 komponen, yaitu boiler dan kondensor. Energi panas pada furnace ditransfer ke air sehingga ia berubah fase menjadi uap air. Pada proses tersebut ada satu fase dimana tidak terjadi perubahan temperatur pada air, namun terjadi perubahan fase dari cair menjadi gas, hal ini dinamakan panas laten. Sedangkan pada kondenser juga mengalami hal yang serupa namun berkebalikan, energi panas yang diserap oleh air sehingga ia berubah fase menjadi uap air tadi sekarang diserap oleh media pendingin sehingga uap air berubah fase kembali menjadi cair. Air inilah yang nantinya akan dipompa kembali untuk mengalami siklus rankine yang berulang.

GambarPrinsip Kondensor pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Turbin Uap

Sebuah sistem turbin uap – generator yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga uap berfungsi untuk mengkonversikan energi panas dari uap air menjadi energi listrik. Proses yang terjadi adalah energi panas yang ditunjukkan oleh gradien/perubahan temperatur dikonversikan oleh turbin menjadi energi kinetik dan sudu-sudu turbin mengkonversikan energi kinetik ini menjadi energi mekanik pada poros/shaft. Pada akhirnya, generator mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik. Panas dari uap air yang tidak terkonversi menjadi energi mekanik, terdisipasi/dibuang di kondenser oleh air pendingin.

GambarUmumnya PLTU menggunakan turbin uap tipe multistage, yakni turbin uap yang terdiri atas lebih dari 1 stage turbin (Turbin High Pressure, Intermediate Pressure, dan Low Pressure). Uap air superheater yang dihasilkan oleh boiler masuk ke turbin High Pressure (HP), dan keluar pada sisi exhaust menuju ke boiler lagi untuk proses reheater. Uap air yang dipanaskan kembali ini dimasukkan kembali ke turbin uap sisi Intermediate Pressure (IP), dan uap yang keluar dari turbin IP akan langsung masuk ke Turbin Low Pressure (LP). Selanjutnya uap air yang keluar dari turbin LP masuk ke dalam kondenser untuk mengalami proses kondensasi. Berikut adalah beberapa bagian-bagian penting dari turbin uap:
1. Shaft Seals
Shaft seals adalah bagian dari turbin antara poros dengan casing yang berfungsi untuk mencegah uap air keluar dari dalam turbin melewati sela-sela antara poros dengan casing akibat perbedaan tekanan dan juga untuk mencegah udara masuk ke dalam turbin (terutama turbin LP karena tekanan uap air yang lebih vakum) selama turbin uap beroperasi. Turbin uap menggunakan sistem labyrinth seal untuk shaft seals. Sistem ini berupa bagian yang berkelak-kelok pada poros dan casing-nya yang kedua sisinya saling bertemu secara berselang-seling. Antara labyrinth poros dengan labyrinth casing ada sedikit rongga dengan jaraj tertentu. Sistem ini bertujuan untuk mengurangi tekanan uap air di dalam turbin yang masuk ke sela-sela labyrinth sehingga tekanan antara uap air dengan udara luar akan mencapai nilai yang sama pada titik tertentu.

 Prinsip dan Jenis Labyrinth Seals

Gambar

Gambar

Selain adanya sistem labyrinth seal, ada satu sistem tambahan bernama sistem seal & gland steam. Sistem ini bertugas untuk menjaga tekanan di labyrinth seal pada nilai tertentu terutama pada saat start up awal atau shut down turbin dimana pada saat tersebut tidak ada uap air yang masuk ke dalam turbin uap.

2. Turbine Bearings
Bearing / bantalan pada turbin uap memiliki fungsi sebagai berikut:
• Menahan diam komponen rotor secara aksial
• Menahan berat dari rotor
• Menahan berbagai macam gaya tidak stabil dari uap air terhadap sudu turbin
• Menahan gaya kinetik akibat dari sisa-sisa ketidakseimbangan atau ketidakseimbangan karena kerusakan sudu (antisipasi)
• Menahan gaya aksial pada beban listrik yang bervariasi

Jenis bearing yang digunakan dalam desain turbin uap yaitu thrust bearing, journal bearing, dan kombinasi antara keduanya. Selain itu juga dibutuhkan sebuah sistem pelumasan menggunakan oli, yang secara terus-menerus disirkulasi dan didinginkan untuk melumasi bearing yang terus mengalami pergesekan pada saat turbin uap beroperasi normal.
3. Balance Piston
Pada turbin uap, ada 50% gaya reaksi dari sudu yang berputar menghasilkan gaya aksial terhadap sisi belakang dari silinder pertama turbin, gaya inilah yang perlu dilawan oleh sistem balance piston.

4. Turbine Stop Valves
Atau disebut juga Emergency Stop Valve karena berfungsi untuk mengisolasi turbin dari supply uap air pada keadaan darurat untuk menghindari kerusakan atau juga overspeed.

5. Turbine Control Valve
Berfungsi untuk mengontrol supply dari uap air yang masuk ke dalam turbin sesuai dengan sistem kontrol yang bergantung pada besar beban listrik.

6. Turning Device
Adalah suatu mekanisme untuk memutar rotor dari turbin pada saat start awal atau pada saat setelah shut down untuk mencegah terjadinya distorsi/bending akibat dari proses pemanasan atau pendinginan yang tidak seragam pada rotor.