Permasalahan dan Solusi pada Sistem Air Pendingin

Anggota Kelompok 10

Robbi Habibi Malik Utomo (2314100103)Ivan Fadillah Radiska P (2315100132)Mahendra Puguh P (2314100082)

Apa permasalahan dalam sistem air pendingin ?

Permasalahan pada Cooling WaterPermasalahan 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 korosi, scale, fouling, dan microbiological contamination

Terdapat empat permasalahan yang terjadi pada sistem air pendingin :

•KOROSI•KERAK AIR•PENCEMARAN PADA PIPA•KONTAMINASI BIOLOGIS

CORROSIONKorosi 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. Dan dapat juga terjadi kontaminasi pada produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas.

Mekanisme Korosi

General Attack, Pitting, Galvanic Attack

Galvanic attack terjadi ketika dua logam yang berbeda berkontak. Logam yang lebih aktif akan terkorosi secara cepat.

General attack Korosi yang muncul terdistribusi merata dan sama di semua permukaan logam.

PittingKetika hanya sebagian kecil dari logam yang mengalami korosi. Walaupun begitu, pitting sangat berbahaya karena hanya terpusat di sebagian area saja

Galvanic Attack

Faktor –Faktor Korosi pada Saluran Pipa1. Oksigen atau dissolved gas yang lain. Bila konsentrasi DO naik, maka kecepatan korosi juga akan naik

2. Dissolved dan suspended solid (TDS) . Air yang mengandung TDS merupakan penghantar yang baik.

Aliran listrik diperlukan untuk terjadinya korosi pada logam, sehingga jika TDS naik, maka kecepatan

korosi juga naik.

3. Alkalinitas (pH). Pada umumnya, apabila pH dan alkalinitas naik, maka kecepatan korosi juga akan naik

4. Suhu. Makin tinggi suhu, maka reaksi kimia lebih cepat terjadi, sehingga menambah kecepatan korosi

5. Aktifitas mikroba. Bakteri anaerobik jenis nitrifying bacteria dan sulfate reducing bacteria dapat

mengubah ion sulfat (SO42-) menjadi asam sulfide (H2S) yang sangat korosif menyerang logam besai dan

logam lunak

Metode untuk mencegah korosiMetode 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).

ScaleScale adalah lapisan padat dari material inorganik yang terbentuk karena pengendapan. Didalam air dapat terlarut sejumlah ion antara lain kation ( Na+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+, dan Fe3+) dan anion ( Cl-, HCO3-, SO4-, CO32- ). Kation dan anion yang terlarut didalam air bila bergabung akan membentuk suatu senyawa atau komponen.

Pada suatu kondisi tertentu, yaitu bila konsentrasi dari komponen atau senyawa tersebut telah melampaui kelarutan komponen tersebut, maka komponen tersebut tidak lagi larut tetapi terpisah dari pelarutnya dan mengendap sebagai padatan (scale). Beberapa scale yang sering terjadi berupa calcium carbonat, calcium phosphate, magnesium silicate, dan silica.

Mekanisme Scale

Gambar 3: Mekanisme Pembentukan dan Pengendapan Scale (A) Nukleasi Homogen dan (B) Nukleasi Heterogen

Mekanisme ScaleSecara umum, air mengandung ion-ion terlarut, baik itu berupa kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+dan Fe3+), maupun anion (Cl-, HCO3

-, SO42- dan CO3

2-). Kation dan anion yang terlarut dalam air akan membentuk senyawa yang mengakibatkan terjadinya proses kelarutan (solubility). Proses terlarutnya ion-ion dalam air merupakan fungsi dari tekanan, temperatur serta waktu kontak (contact time) antara air dengan media pembentukan. Air mempunyai batas kemampuan dalam menjaga senyawa ion-ion tersebut tetap dalam larutan, sehingga pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu, dimana harga kelarutan terlampaui, maka senyawa tersebut tidak akan terlarut lagi, melainkan terpisah dari pelarutnya dalam bentuk padatan. Padatan inilah yang disebut scale.

Proses pembentukan endapan scale dapat dikategorikan dalam tiga tahapan pokok, yaitu:

1. Tahap Pembentukan Inti (nukleasi)

Pada tahap ini ion-ion yang terkandung dalam air akan mengalami reaksi kimia untuk membentuk inti kristal. Inti kristal yang terbentuk sangat halus sehingga tidak akan mengendap dalam proses aliran.

2. Tahap Pertumbuhan Inti

Pada tahap pertumbuhan inti kristal akan menarik molekul-molekul yang lain, sehingga inti akan tumbuh menjadi butiran yang lebih besar, dengan diameter 0,001 – 0,1 μ (ukuran koloid), kemudian tumbuh lagi sampai diameter 0,1 – 10 μ (kristal halus). Kristal akan mulai mengendap saat pertumbuhannya mencapai diameter > 10 μ (Kristal kasar).

3. Tahap Pengendapan

Kecepatan pengendapan kristal dipengaruhi oleh ukuran dan berat jenis kristal yang membesar pada tahap sebelumnya. Selain itu proses pengendapan juga dipengaruhi oleh aliran fluida pembawa, dimana kristal akan mengendap apabila kecepatan pengendapan lebih besar dari kecepatan aliran fluida. Sedangkan berdasarkan metode pembentukannya, pembentukan scale dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu secara homogen (homogeneus nucleation) dan heterogen (heterogeneus nucleation)

Faktor –Faktor Pembentukan ScaleAdanya endapan scale dikarenakan:1.Air formasi yang mengandung ion-ion pembentuk scale2.Pengaruh tekanan, suhu, salinitas dan pH. 3.Contact time. Pembentukan scale akan bertambah dan menjadi lebih keras apabila contact time semakin lama.4.Turbulensi, juga akan meningkatkan kecenderungan terbentuknya scale.5.Jumlah CO2. CO2 yang terlarut dalam air sebanding dengan tekanan partial CO2. Bila tekanan partial CO2 makin besar maka pH semakin kecil dan kelarutan CaCO3 bertambah besar sehingga kecenderungan pembentukan scale semakin kecil. Pada suhu yang semakin besar, kerarutan CaCO3 juga akan berkurang.

Pengaruh suhu terhadap kelarutan mineral

Bagaimana Pembentukan Scale Dapat Dikontrol ?

Scale dapat dikendalikan dengan beberapa cara, yaitu :

1.Membatasi konsentrasi dari mineral-mineral

pembentuk scale.

2.Menambahkan asam untuk menjaga agar mineral

pembentuk scale (contoh : calcium carbonate) tetap

larut.

3.Meningkatkan aliran air dengan luas permukaan yang

besar.

4.Menambahkan bahan kimia anti scale.

Kerak merupakan salah satu dari scale. 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 :

1.Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau

2.Menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7. Dapat digunakan inhibitor kerak berupa

bahan kimia seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.

FOULINGFouling adalah akumulasi dari material solid yang berbeda dari scale. Fouling dapat dikendalikan secara mekanikal atau dengan menggunakan pengolahan kimia. Zat-zat yang menyebabkan fouling disebut foulant. Contoh foulant adalah pasir, lumpur, produk korosi, zat-zat organik, kumpulan endapan mikroba, dan sebagai pengecualian dari scale (digolongkan sebagai foulant), yaitu besi fosfat dan aluminium fosfat

Faktor-faktor Pembentukan FoulingFaktor yang menyebabkan fouling adalah:• Karakteristik air• Suhu• Aliran air• Pertumbuhan bakteri• Korosi• Kontaminasi

Mekanisme FoulingPada umumnya mekanisme terjadinya fouling, pembentukan dan pertumbuhan deposit, terdiri dari :

a. Initiation, pada periode kristis dimana temperatur, konsentrasi dan gradien kecepatan, zona deplesi

oksigen dan kristal terbentuk dalam waktu yang singkat.

b. Transport partikel ke permukaan

secara mekanik = imfaction

secara turbulen = difusion

Thermophoresis dan Electrophoresis

c. Adhesi dan Kohesi pada permukaan.

d. Migration, berupa perpindahan foulant (bahan atau senyawa penyebab fouling) menuju ke permukaan,

dan berbagai mekanisme perpindahan difusi.

e. Attchment, Awal dari terbentuknya lapisan deposit.

f. Transformation or Aging, periode kristis dimana perubahan fisik ataupun struktur kimia/kristal dapat

meningkatkan kekuatan dan ketahanan lapisan deposit.

g. Removal or Re-entrainment, perpindahan lapisan fouling dengan cara pemutusan, erosi atau spalling.

How can Fouling be Controlled?Pengendalian fouling pada cooling system melibatkan 3 hal :

1.Prevention – Pendekatan terbaik adalah mencegah foulant

memasuki cooling system. Pendekatan ini juga termasuk perlakuan

mekanik ataupun chemical untuk clarify makeup water.

2.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.

3.Ongoing Control – Menambahkan chemical dispersants atau back

flushing exchangers.

Source : http://www.canadianundergroundinfrastructure.com/

Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). 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.

BIOLOGICAL CONTAMINATIONPertumbuhan tidak terkontrol dari mikroba dapat menimbulkan

pembentukan deposit, fouling, corrosion, dan scale. 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.

Mikroorganisme yang tumbuh dan berkembang tersebut

merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi

lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas.

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 sebagai makanan dari

mikroba.

• Atmosfer, pertumbuhan organisme bergantung pada ketersediaan oksigen atau karbondioksida.

• Temperatur, organisme dapat membentuk slime pada suhu 4,4 – 65,6 C.

Mekanisme Kontaminasi Biologi

Ada dua cara utama mikroorganisme masuk ke dalam system air pendingin. Pertama melalui makeup water yang sudah mengandung mikroorganisme, pengolahan makeup water yang kurang sempurna adaalah faktor terbesar yang mendukung adanya mikroorganisme di air pendingin. Kedua adalah lewat udara dimana mikroorganisme tertiup ke dalam cooling tower.

Pengendalian Biological Contamination pada Cooling Water System1. Pencegahan kontaminasi nutrisi dan padatan tersuspensi

dengan cara filtrasi

2. Pemakaian bahan pengontrol lumut untuk mencegah tumbuhanya lumut

3. Sterilisasi dengan cara membunuh mikroorganisme dengan bahan kimia seperti senyawa klor, senyawa organik, nitrogen-sulfur, dll

4. Peredaman pertumbuhan mikroorganisme dengan senyawa organik nitrogen-sulfur dan senyawa-senyawa amina

5. Pencegahan pelekatan, sehingga daya pelekatan mikroorganisme dapat diturunkan atau dilemahkan, dengan senyawa garam ammonium kwartener atau senyawa bromin

Cara Mengontrol Pertumbuhan Mikroba

Ada tiga cara untuk meminimalisir pertumbuhan mikroba yaitu :•Oxidizing biocides•Non-oxidizing biocides•Biodispersants

Oxidizing BiocidesBiocides mengoksidasi komponen selular yang penting dalam mikroorganisme, yang menyebabkan kematian dari organisme itu sendiri. Dapat diaplikasikan secara kontinu ataupun slug basis. Gas klorin dana larutan Natrium Hipoklorit digunakan secara luas sebagai produk oksidasi. Pengoksidasi lain yang banyak digunakan adalah Bromin yang tersedia baik dalam bentuk solid maupun liquid. Bromin memberikan performa dan keamanan yang lebih baik daripada gas klorin dan natrium hipoklorit. Kebanyakan system dapat secara efektif dirawat dengan Bromin ini.

Non-Oxidizing BiocidesNon-Oxidizer berbeda dengan oxidizer. Non-Oxidizer adalah komponen organic yang bereaksu dengan komponen sel khsus di dalam mikroba untuk merusak sel tersebut.

BiodispersantsBiodispersants tidak membunuh oraganisme itu. Meraka menghilangkan lapisan mikroba yang menempel di permukaan logam. Biodispersant juga membuka lapisan mikroba agar lebih mudah diserang oleh oxidizing biocides. Selain menghilangkan biodeposit, biodispersants juga mencegah pembentukan biofilm.

Pertanyaan dan JawabanPertanyaan : Claudya (2314100061)

Cara agar tidak terjadi kontaminasi biologi ?Jawaban : Robbi (2314100103)

Mikroorganisme berukuran sangat kecil, sangat mustahil untuk bisa dihilangkan semuanya, tapi bias diturunkan kosentrasi mikrobiologinya dengan cara pre-treatment sebelum masuk di pipa air pendingin sehingga kemungkinan terjadi kontaminasi biologi semakin berkurang. Tetapi jika terjadi kontaminasi biologi, maka method untuk menghilangkan seperti yang telah dijelaskan pada slide presentasi.

Pertanyaan : Ayu (2314100119)Dimana penambahan bahan kimia apakah sebelum atau pas

proses coolingnya, trus padahal air pendingin kok pada pencegahan fouling suhu air dinaikkan ?Jawaban : Puguh (2314100082) dan Ivan (2315100132)

Pada saat pre-treatment, sebelum masuk pada pipa air pendingin. Memanaskan suhunya pada saat sebelum di masukkan kedalam pipa air pendingin, untuk mengurangi kemungkinan terjadi fouling, jadi bukan pada saat di dalam pipa.