1

SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN

ANALISA MASALAH ELECTROCHEMISTRY DI PLTU

SEMINAR

DISUSUN OLEH :

FARAH DIBA

NIM : 2010-11-133

KONSENTRASI TENAGA LISTRIK

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA STRATA SATU

TEKNIK ELEKTRO

JAKARTA, 2013

2

ABSTRAK

Untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia sampai 5 tahun yang akan

datang diperkirakan masih akan dibangun ribuan MW PLTU dengan bahan bakar

batu bara. Hal ini disebabkan karena batu bara merupakan bahan bakar yg paling

murah di bandingkan dengan bahan bakar lainnya dan juga deposit batu bara di

Indonesia relatif masih banyak (1,1 Milyar Ton) sedangan konsumsi 25 juta/tahun .

Permasalahan utama dalam operasi PLTU adalah menjaga kualitas air dari boiler.

Untuk mendapatkan air yang memenuhi syarat untuk keperluan operasi dalam suatu

PLTU, maka diperlukan air yang bebas dari kontaminan - kontaminan yang dapat

menimbulkan masalah korosi dan deposit pada peralatan utama. Hal ini bertujuan

agar peralatan tahan lama, pencapaian efisiensi proses, menjamin keselamatan

kerja, dan di peroleh kualitas produk yang baik. Dalam proses konversi energi di

PLTU terjadi konversi energi dari kalor menjadi entalpi dan energi mekanik berupa

generator. Konversi energi ini menimbulkan siklus-siklus uap dan siklusai yang

selanjutnya menimbulkan berbagai masalah electrochemistry di PLTU. Dalam

seminar ini akan dibahas masalah-masalah electrohemistry yang terjadi di dalam

PLTU.Untuk mendapatkan air yang memenuhi syarat untuk keperluan operasi dalam

suatu PLTU, maka diperlukan air yang bebas dari kontaminan - kontaminan yang

dapat menimbulkan masalah korosi dan deposit pada peralatan utama. Hal ini

bertujuan agar peralatan tahan lama, pencapaian efisiensi proses, menjamin

keselamatan kerja, dan diperoleh kualitas produk yang baik.

3

BAB I

PENDAHULAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Rasio elektrifikasi di Indonesia saat ini baru mencapai angka kira-kira 70%

sehingga masih banyak rakyat Indonesia yang belum menikmati pemakaian listrik

oleh karenanya masih diperlukan pembangunan pembuatan listrik dalam skala

yang besar untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia. Secara tehnis

diperlukan pembangunan baru PLTU berskala besar dengan bahan bakar batu

bara karena batu bara merupakan bahan bakar yang murah dan deposit batu bara

di Indonesia diperkirakan berjumlah 1.1 Milyar Ton dengan konsumsi kurang lebih

25 juta ton/tahun. Dalam PLTU proses konversi energi secara garis besar adalah

dari energi primer (batu bara) menjadi energi kalor yang dipergunakan untuk

menguapkan air dalam boiler. Uap air dalam boiler mengandung energi dalam

bentuk entalpi yang selanjutnya dikonversi menjadi energi mekanik oleh turbin

pemutar generator, generator menghasilkan energi listrik, setelah uap memutar

turbin uap kemudian diembunkan kembali yang kemudian di olah dalam instalasi

pengolah air untuk mencapai kualitas air yang memenuhi syarat air boiler yang

selanjutnya air di panasi untuk kembali menghasilkan uap.

Proses konversi energi didalam PLTU seperti diuraikan tersebut di atas

menimbulkan berbagai masalah electrochemistry seperti pemurnian air melalui

Demineralisasi plant dan catodhic protection

4

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan seminar ini adalah untuk Mengetahui proses teknik solusi untuk

mengatasi masalah elektrokimia yang berbahaya bagi peralatan didalam PLTU

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka permasalahan yang akan

dibahas di seminar ini adalah :

1. Apa yang dimaksud dengan elektrokimia di PLTU

2. Bagaimana cara kerja demineralisasi plant dan proteksi katodik serta

penggunaan batterai di PLTU

3. Bagaimana manfaat dari solus mengatasi elektrokimia di dalam PLTU

1.4 Batasan Masalah

Pembahasan dalam seminar ini dibatasi pada masalah-masalah Demineralisasi

plant dan proteksi katodik yang terdapat di PLTU

1.5 Metode Penelitian

Metode yang dipergunakan dalam penyusunan seminar ini adalah sebagai

berikut:

1. Studi literatur

Mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, majalah dan sumber

literatur yang berhubungan dengan seminar ini.

2. Studi Bimbingan

5

Diskusi berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk

oleh pihak jurusan Teknik Elektro STT-PLN mengenai masalah-masalah

yang timbul selama penulisan seminar ini berlangsung.

3. Studi Lapangan

Meninjau langsung PLTU Muara Karang dan melakukan diskusi dengan

manajemen operasional di pembangkit tersebut

1.6 Manfaat Penelitian

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka manfaat yang dapat di ambil

di seminar ini adalah :

1.  Dapat mengetahui definisi dan klasifikasi demineralisasi plant

2. Dapat memahami proses proteksi katodik

3. Dapat memahami penggunaan batterai pada PLTU

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran yang jelas mengenai pokok pembahasan

penulisan penelitian ini, maka pada tiap bab akan diuraikan sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Bab ini berisi tentang ringkasan materi dasar yang terdiri dari

latar belakang masalah, pokok permasalahan, batasan masalah,

tujuan dan manfaat penulisan, metode yang digunakan dalam

penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II Timbulnya Masalah electrochemistry dalam PLTU

6

Bab ini berisi tentang hal-hal yang berkaitan dengan timbulnya

masalah electrochemistry dalam PLTU, prinsip kerja PLTU,

proses konversi energy, proses pengolahan air boiler, dan pada

kondensor.

BAB III Masalah-masalah electrochemistry

Bab ini berisi tentang masalah-masalah yang terdapat dalam

PLTU serta cara mengatasi masalah electrochemistry tersebut

salah satunya dengan cara demineralisasi plant dan proteksi

katodik.

BAB IV Batterai

Pada bab ini akan dilakukan analisa terhadap penggunaan

batterai pada PLTU, karena batterai pun merupakan salah satu

electrochemistry, ada beberapa jenis batterai yang digunakan

yaitu batterai asam dan batterai basa, serta keuntungan dan

kerugian penggunaan dari batterai tersebut.

BAB V Kesimpulan

Bab ini merupakan penutup yang memuat kesimpulan dari

analisa yang dibahas sebelumnya. Serta berisi saran,

rekomendasi, dan hal yang terkait dengan hal pendukung

terealisasinya solusi untuk masalah electrochemistry dalam

PLTU

7

BAB II

TIMBULNYA MASALAH ELECTROCHEMISTRY DALAM

PLTU

2.1 Prinsip kerja PLTU

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan,

karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. 

PLTU merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi kimia dalam bahan

bakar menjadi energi listrik. Gambar 2. Memperlihatkan siklus uap dan air yang

berlangsung dalam PLTU, yang dayanya relatif besar, diatas 200 MW. Untuk PLTU

ukuran ini, PLTU umumnya memiliki pemanas ulang dan pemanas awal serta

mempunyai tiga turbin yaitu turbin tekanan tinggi, turbin tekanan menengah, dan

turbin tekanan rendah. Siklus yang diperlihatkan pada gambar 2. Telah

disederhanakan, yaitu bagian yang memperlihatkan sirkuit pengolahan air untuk

suplisi dihilangkan untuk penyederhanaan. Suplisi air ini diperlukan karena adanya

kebocoran uap pada sambungan-sambungan pipa uap dan adanya blow down air

dari drum ketel

8

Gambar 2.1 (siklus uap dan air)

Air dipompakan ke dalam drum dan selanjutnya mengalir ke pipa-pipa air yang

merupakan dinding yang mengelilingi ruang bakar ketel. Ke dalam ruang bakar ketel

disemprotkan bahan bakar dan udara pembakaran. Bahan bakar yang dicampur

udara ini dinyalakan dalam ruang bakar sehingga terjadi pembakaran dalam ruang

bakar. Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar mengubah energi kimia yang

terkandung dalam bahan bakar menjadi energi panas (kalor). Energi panas hasil

pembakaran ini dipindahkan ke air yang ada dalam pipa air ketel melalui proses

radiasi, konduksi, dan konveksi.

Untuk setiap macam bahan bakar, komposisi perpindahan panas berbeda,

misalnya bahan bakar minyak paling banyak memindahkan kalor hasil

pembakarannya melalui radiasi dibandingkan bahan bakar lainnya. Untuk

melaksanakan pembakaran diperlukan oksigen yang diambil dari udara. Oleh karena

itu, diperlukan pasokan udara yang cukup kedalam ruang bakar. Untuk keperluan

9

memasok udara ke ruang bakar, ada kipas (ventilator) penekan dan kipas penghisap

dipasang masing-masing pada ujung masuk udara ke ruang bakar dan pada ujung

keluar udara dari ruang bakar.

Gas hasil pembakaran dalam ruang bakar setelah diberi “kesempatan”

memindahkan energi panasnya ke air yang ada di dalam pipa air ketel, dialirkan

melalui saluran pembuangan untuk selanjutnya dinuag ke udara melalui cerobong.

Gas buang sisa pembakaran ini masih mengandung banyak energi panas karena

tidak semua energi panasnya dapat dipindahkan ke air yang ada dalam pipa air

ketel. Gas buang yang masih mempunyai suhu diatas 400°C ini dimanfaatkan untuk

memanaskan

2.2 Proses konversi energi

Dalam PLTU, energi primer berupa bahan bakar (batubara/minyak gas)

dikonversikan menjadi listrik (energi sekunder), dengan tahapan sebagai berikut:

a. Di ruang bakar

energi kimia dalam bahan bakar dikonversikan menjadi energi panas

dalam ruang bakar boiler, dalam proses pembakaran.

Bahan bakar +O2 -> CO2 + kalor

b. Di pipa air

Kalor dari ruang bakar pindah melalui radiasi, konduksi dan konveksi

menembus dinding pipa air kedalam air.

c. Dalam drum boiler

10

Kalor yang masuk ke air dalam pipa menghasilkan uap bertekanan tinggi

dan bersuhu tinggi, mengandung enthalpy yang besar, terkumpul dalam

drum boiler

d. Didalam turbin

Uap dari drum boiler dialirkan ke turbin menghasilkan energy mekanik

pemutar generator

e. Didalam generator

Energi mekanik yang diterima dari turbin dikonversi menjadi energy listrik.

G

DEAERATOR

STEAMTURBINE

SEAWATER

CONDENSER

HE1 P1

BOILER

MAKE UP WATER

GENERATOR

P2

P3

DRUM

UAP

AIR

UAP

AIR

AIR

AIR

AIR

UAP UAP

UAP

UAP

Gambar 2.2 Penyederhanaan gambar prinsip pltu

Keterangan: P1 : Pompa Pengisi Boiler

P2 : Pompa Kondensat

P3 : Pompa Air Pendingin CWP

P.A : Pengolah Air

2.2.1 Konversi bahan bakar menjadi energi panas Di ruang bakar

11

Combustion process adalah proses perubahan bahan bakar menjadi kalor

terjadi di ruang bakar (furnace). Di PLTU, bahan bakar utama yang digunakan

adalah batubara dan dibantu oleh minyak atau gas. Dalam ruang bakar terjadi reaksi

dimana batubara yang memiliki struktur komplek melepas kalor dan menghasilkan

CO2, SO2, NO2, dan abu-abu.

Batu Bara + O2 → CO2 + SO2 + NO2 + H2O + Abu …..(1)

Energi kalor yang dihasilkan dari proses combustion akan digunakan untuk

meningkatkan temperature air yang akan masuk ke steam drum dan uap sebelum

masuk ke turbine. Proses pelepasan dan pendistribusian kalor di ruang bakar

dibantu oleh udara panas yang disuplai oleh fan. Sehingga dengan bantuan udara

panas yang masuk, pendistribusian panas ke wall furnace lebih merata.

Sisa pembakaran dari batubara yang tidak bisa digunakan kembali yaitu SO2,

NO2, CO2, dan abu-abu dialirkan dan dibuang. Abu sisa pembakaran dibuang melalui

ESP kemudian dibawa ke ash yard. Dan sisa gas pembuangan dialirkan ke chimney

untuk dibuang ke udara.

2.2.2 Perpindahan panas dalam pipa-pipa

Heat transfer atau pemindahan panas secara radiasi terjadi dari ruang bakar

(furnace). Kalor kemudian menembus ke dinding – dinding pipa dalam boiler yang

disebut economizer dan superheater secara konveksi untuk meningkatan

temperature dan menurunkan tekanan air untuk masuk ke steam drum.

12

Proses heat transfer juga terjadi air umpan sebelum memasuki pipa air boiler.

Heat exchenger menerima kalor dari hasil ekstraksi uap turbin. Proses heat transfer

secara konveksi di heat exchenger dimana air yang melewati heat exchenger

menerima kalor yang meresap pada dinding pipa kemudian di transfer ke air umpan.

Setelah air umpan melewati heat exchenger, air akan mengalami peningkatan

temperature dan penurunan tekanan.

2.2.3 Entalpi menjadi Energi yang terkandung dalam drum boiler

Perubahan fase air ke fase uap terjadi di dalam steam drum. Sebagaimana

yang telah dijelaskan di bab 2.2.2, steam drum adalah tempat bercampurnya antara

air dan uap panas saturated. Air panas yang masuk akan steam drum menerima

kalor sehingga terjadi perubahan fase dan peningkatan temperature dalam drum.

Uap panas saturated yang dihasilkan ini mengandung enthalpy yang mengandung

internal energy dengan satuan KJ/Kg. Besaran enthalpy yang terkandung juga

dipengaruhi oleh tekanan dan volume.

Untuk meningkatkan enthalpy dalam uap panas, uap panas tersebut dialirkan

menuju superheater. Dalam superheater uap panas menerima kalor lagi. Sehingga

kandungan enthalpy meningkat. Peningkatan kandungan ini sebanding dengan

peningkatan tekanan uap panas.

13

Gambar 2.3 Konversi Air Menjadi Uap Panas Dalam Steam Drum (Typical)

2.2.4 Entalpi menjadi mekanik (didalam turbin)

Setelah melalui perubahan fase di dalam steam drum, uap panas kemudian

dialirkan ke steam turbine melalui pipa uap utama. Saat pertama kali steam turbine

akan beroperasi,. Uap panas masuk kedalam turbine melalui main steam valve,

Enthalpy yang terkandung dalam aliran uap panas mendorong blade dalam turbine

sehingga rotor turbine berputar. Proses ini menandakan bahwa terjadi konversi

energy dari enthalpy dalam uap menjadi energy mekanik yaitu dengan berputarnya

rotor turbine.

Setelah aliran uap panas mendorong blade dari turbine, uap panas tersebut

akan diekstraksi menuju condenser dan heat exchanger untuk digunakan kembali

dan diubah kembali lagi ke fase air. Lihat gambar proses konversi energy.

14

Gambar 2.4 Steam Turbine

2.2.5 Turbin memutar generator menghasilkan listrik

Proses perubahan energy mekanik ke listrik terdapat di generator. Di dalam

generator terdapat dua bagian penting yaitu stator dan rotor. Rotor adalah bagian

yang berputar pada generator dan disatukan dengan coupling turbine atau dapat

menggunakan gearbox jika kecepatan rpm generator dan turbine berbeda. Stator

adalah bagian yang diam yang mengeluarkan tegangan bolak balik.

Gambar2.5 Typical Generator

Ketika rotor turbine berputar maka rotor generator akan ikut berputar. Rotor

generator menghasilkan medan magnet kemudian menginduksi stator. Stator

generator yang terdiri dari banyak lilitan menghasilkan tegangan bolak balik tetapi

15

belum bisa menyalurkannya ke transformator. Exciter membantu generator

memberikan arus searah sebagai penguatan sehingga menghasilkan tenaga listrik.

Arus searah yang dihasilkan oleh exciter dikontrol oleh AVR (Automatic Voltage

Regulator). Proses ini disebut sebagai perubahan dari energy mekanik menjadi

energy listrik.

Tenaga listrik kemudian dialirkan melalui busbar menuju generator transformer

step up untuk di distribusikan ke transmisi dan sebagian dialirkan menuju UAT (Unit

Auxiliary Transformer) yang bertipe transformator step down untuk memenuhi

kebutuhan pembangkit seperti motor-motor listrik bertegangan menengah (400 Kv),

penerangan pada pembangkit, dan balance of plant .

2.3 Pengolahan Air

Untuk menjaga siklus dan kebutuhan selama beroperasi, PLTU diperlukan

balance of plant. Balance of plant ini adalah fasilitas-fasilitas pendukung operasi

PLTU seperti water treatment plant, demineralization plant, diesel fuel tank dan lain-

lain. Unit-unit pengolahan air seperti water treatment plant, desalination plant, dan

reserve osmosis plant digunakan untuk memenuhi kebutuhan air baku di PLTU.

Selain itu unit pengolahan air khusus seperti demineralization plant yang digunakan

untuk menyuplai kebutuhan air umpan boiler mendapatkan suplai air dari air baku.

Saat proses pembakaran, suhu dalam ruang bakar mencapai 800º C dan air

yang mengalir dalam pipa air boiler bisa mencapai suhu sekitar 500º C. Dalam

kondisi ini air yang memilik PH ±7 netral dapat berubah menjadi keasaman air

kurang dari 7 dan bersifat asam. Hal ini menimbulkan resiko bereaksinya air dengan

dinding pipa air, yaitu timbul korosi pada dinding pipa air yang terbuat dari besi.

16

Sedangkan jika derajat keasaman air nilai PH sekitar 9-11 dan bersifat sedikit basa

maka akan timbul kerak dalam pipa air yang sehingga dapat menghalangi

perpindahan panas dan akhirnya menyebabkan pipa pecah karena bagian dinding

pipa terjadi perpindahan panas yang tidak sempurna. Sehingga diperlukan standart

air umpan boiler untuk mencegah hal ini. Tabel 2.1 adalah standard yang ditetapkan

oleh ABMA dan ASME untuk air umpan boiler guna mengurangi terjadinya reaksi

kimia pada pipa air.

Tabel 2.1 Paramater Standard Air Umpan Boiler

Sumber: ABMA and ASME

Sedangkan persyaratan kualitas air menurut America Boiler Manufacturer

Association (ABMA) berdasarkan tekanannya adalah sebagai berikut

Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Air Boiler

Tekanan

(psig)

Total

Solids

(ppm)

Total

Alkanitas

Suspended

Solid

Silica

(ppm)

Konduktivitas

µ mhos/cm

0 - 300 3500 700 300 150 7000

301 – 450 3000 600 250 90 6000

451 – 600 2500 500 150 40 5000

601 – 750 2000 400 100 30 4000

751 – 900 1500 300 60 20 3000

17

901 – 1000 1250 250 40 8 2000

1001 – 1500 1000 200 21 2 150

Jika syarat kebutuhan air umpan boiler tidak sesuai tabel diatas maka akan

terjadi masalah-masalah saat proses perngoperasiannya seperti terjadinya korosi

dan timbulnya kerak. Korosi adalah peristiwa elektrokimia dimana logam berubah

bentuk akibat dari oksidasi yang disebabkan berikatnya oksigen dengan logam.

Penyebab korosi dari air umpan boiler adalah oksigen terlarut, alkalinity,dan karbon

dioksida. Akibat yang ditimbulkan dari korosi adalah penipisan dinding boiler

sehingga dapat menyebabkan pipa pecah dan bocor. Kerak pada pipa boiler

disebabkan oleh pengendapan hardness air umpan dan mineral lainnya, TDS yang

berlebih sehingga tegangan permukaan tinggi dan gelembung tidak mudah pecah.

Proses pengolahan secara sederhana dapat dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2.6 Proses Pengolahan Air PLTU typical

Kemurnian air boiler harus dijaga tidak boleh mengandung mineral-mineral

seperti silikon dan mg yang dapat bereaksi dengan dinding pipa. Begitu juga tidak

boleh ada oksigen didalam air boiler apalagi nacl yang sangat korosif. Silikon dan mg

bisa didapatkan air boiler karena berasal dari air tanah. Hal ini harus disaring dengan

18

proses demineralisasi plant . Nacl bisa didapat karena terjadi kebocoran pada

kondensor. Apabila hal ini terjadi maka air boiler harus diganti dan kebocoran pada

kondensor harus diperbaiki dulu karena Nacl sangat korosif. Adanya Nacl bisa

dideteksi dengan mengukur daya hantar listrik dari air. Keberadaan oksigen juga

tidak diperbolehkan karena oksigen dapat bereaksi dengan bagian-bagian boiler

maupun turbin.sehingga oksigen bisa dibersihkan dalam deaerator.

2.4 Kondensor

Hasil pembakaran boiler berupa uap panas dengan tekanan dan temperatur

tinggi akan masuk ke turbin dan akan digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin.

Uap bekas memutar turbin tersebut secara otomatis akan masuk ke kondensor

karena adanya vakum kondensor. Uap yang masuk merupakan uap superheated

sehingga untuk mengondensasikannya menjadi cair jenuh di kondensor diperlukan

media pendingin. Media pendingin utama yang digunakan disini ialah air laut.

SEAWATER

CONDENSER

P2

P3

AIR

AIR

UAP TURBINE

T1

T2

Gambar 2.7 Proses Kondensasi PLTU typical

Air laut masuk melalui pintu (stop block) lalu tertampung dikanal dan disaring

oleh saringan net untuk menyaring kotoran kasar yang terbawa oleh air laut,

kemudian disaring kembali oleh saringan. Setelah dari saringan kemudian mengalir

19

menuju ke Circulating Water Pump (CWP). Lalu oleh CWP air laut tersebut

dipompakan masuk ke tube-tube kondensor. Di dalam kondensor terjadi transfer

panas antara uap superheat dan air laut. Setelah uap terkondensasi menjadi air

kondensat maka air kondensat tersebut akan ditampung di hotwell, sedangkan air

laut dibuang ke laut melalui Outfall.

Dengan air pendingin terutama air laut karena diperlukan dalam jumlah besar

air pendingin krn air pendingin yang masuk kedalam kondensor dan yang keluar dari

kondensor mempunyai suhu yang berbeda maka timbul beda potensial listrik antara

agian kondensor tempat air masuk. Beda potensial ini menimbulkan arus searah

yang mempunyai efek elektrokimia dan menyebabkan pengeroposan sehingga harus

diperlukan adanya proteksi katodik.

20

BAB III

SOLUSI UNTUK MASALAH-MASALAH

ELECTROCHEMISTRY

3.1. Demineralisasi plant

Demineralisasi adalah suatu proses kimia untuk menghilangkan mineral-

mineral yang masih terdapat dalam air ketel. Dalam proses demineralisasi ini

dilakukan pengambilan mineral-mineral yang masih ada dalam air ketel melalui

pertukaran ion. Untuk itu digunakan 2 macam resin yaitu resin kation dan resin

anion. Resin kation mempunyai ion positif hidrogen H2+ yang ditempelkan pada

polimer yang bermuatan negatif. Ion-ion hidrogen positif ini dimaksudkan untuk

menangkap kation dari kalsium, magnesium dan natrium. Berbeda dengan resin

kation, resin anion mempunyai ion negatif hidroksida OH-yang ditempelkan pada

polimer positif. Ion hidroksida negatif ini digunakan untuk menangkap ion-ion positif

dari sulfat, klorida dan karbonat.

21

Gambar 3.1 suatu rangkaian proses demineralisasi

Kation dan anion yang sudah “kotor” dengan ion-ion negatif dan ion-ion positif

ini bisa dibersihkan (diregenerasi) dengan melakukan asam pada resin kation dan

basa pada resin anion.

Kation yang “kotor” telah banyak menangkap banyak ion-ion negatif dan

kalsium, magnesium dan natrium sehingga terbentuk basa Ca(OH)2, Mg(OH)2 dan

Na(OH)2-. “Kotoran “ berupa basa ini bisa dibersihkan dengan menggunakan larutan

asam misalnya H2SO4. Anion yang “kotor” mengandung banyak asam H2SO4, HCL,

dan H2CO3. Untuk membersihkan “kotoran” ini bisa digunakan larutan basa NaOH

3.1.1 Ion Exchanger

Resin ion exchange atau resin penukar ion dapat didefinisi sebagai senyawa

hidrokarbon terpolimerisasi, yang mengandung ikatan hubung silang (crosslinking)

serta gugusan-gugusan fungsional yang mempunyai ion-ion yang dapat

dipertukarkan. Sebagai zat penukar ion, resin mempunyai karakteristik yang berguna

dalam analisis kimia, antara lain kemampuan menggelembung (swelling), kapasitas

penukaran dan selektivitas penukaran. Penggunaannya dalam analisis kimia

misalnya untuk menghilangkan ion-ion pengganggu, memperbesar konsentrasi

jumlah ion-ion renik, proses deionisasi air atau demineralisasi air, memisahkan ion-

ion logam dalam campuran dengan kromatografi penukar ion. Pada saat operasi

dikontakkan dengan resin penukar ion, maka ion terlarut dalam air akan teresap ke

resin penukar ion dan resin akan melepaskan ion lain dalam kesetaraan ekivalen,

dengan melihat kondisi tersebut maka kita dapat mengatur jenis ion yang diikat dan

dilepas. Sebagai media penukar ion, maka resin penukar ion harus memenuhi

syarat-syarat sebagai berikut :

22

1. Kapasitas total yang tinggi. Maksudnya resin memiliki kapasitas

pertukaran ion yang tinggi.

2. Kelarutan yang rendah dalam berbagai larutan sehingga dapat berulang-

ulang. Resin akan beroperasi dalam cairan yang mempunyai sifat

melarutkan, karena itu resin  harus tahan terhadap air

3. Kestabilan kimia yang tinggi. Resin diharapkan dapat bekerja pada range

pH yang luas serta tahan terhadap asam dan basa. Demikian pula

terhadap oksidasi dan radiasi.

4. Kestabilan fisik yang tinggi. Resin diharapkan tahan terhadap tekanan

mekanis, tekanan hidrostatis cairan serta tekanan osmosis.

Resin penukar ion adalah suatu strukur polimer yang mengandung suatu gugus

aktif yang terikat pada kerangka organik. Proses pembentukan resin terdiri dari dua

tahap yaitu pembentukan gugus aktif. Umumnya untuk pembentukan kerangka biasa

dipakai cross linked polystirene yang dibentuk dari tetesan cairan monomer yang

disuspensikan dalam air. Dari proses tersebut diperoleh butiran yang keras,

transparan, tidak berwarna dan kedap air. Butiran-butiran ini belum memiliki sifat

penukar ion. Tahap selanjutnya pembentukan gugus aktif pada butiran-butiran tsb.

(Idaman Said, 2008)

Ada 2 macam resin penukar ion, yaitu :

1.      Kation exchanger

Resin penukar ion positif atau yang lebih dikenal dengan kation exchanger

pada umumnya dalam bentuk asam kuat atau asam lemah. Resin kation dalam

23

bentuk asam kuat dapat menghilangkan seluruh ion positif yang terkandung

dalam air sedangkan resin kation dalam bentuk asam lemah hanya dapat

menghilangkan sebagian kesadahan dalam air yang umumnya kesadahan

dalam bentuk alkinitas.

Resin penukar ion mempunyai afinitas yang berbeda terhadap tiap jenis

ion yang ada dalam air. Akibatnya resin penukar ion menunjukan urutan

selektivitas untuk tiap jenis ion yang terlarut dalam air. Untuk resin penukar ion

positif dalam bentuk asam kuat urutan jenis ion positif yang mempunyai afinitas

terhadap resin penukar ion positif di mulai dari yang terbesar hingga yang

terkecil adalah sebagai berikut : Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Ammonium

(NH4), Potassium (K), Natrium (Na), dan terakhir Hidrogen (H).

Secara sederhana rekasi pertukaran ion positif dapat dilihat seperti

dibawah ini :

 

              

2.      Anion exchanger

Anion exchanger bertujuan untuk menghilangkan ion-ion yang bermuatan

negatif seperti SO4, Cl, SiO3, dan ion negatif lainnya dengan cara pertukaran

dengan ion OH-. Contoh reaksi yang terjadi pada anion exchanger :

24

                            

Maka penukar kation memisahkan logam – logam (kation) yang

menghasilkan asam, dan anion memisahkan asam (yang tersisa dari garam)

yang menghasilkan air murni.

3. Mixed bed exchanger

Mixed bed merupakan proses lebih lanjut dari kation anion exchanger

sehingga didapat demin yang lunak. Proses yang terjadi pada mixed bed

exchanger sama seperti pada kation anion exchanger. Dalam mixed bed

exchanger terdapat resin kation dan anion yang berfungsi untuk

menyempurnakan penghilangan ion-ion yang tersisa. Selama proses resin

kation dan anion bercampur menjadi satu. Setelah mengalami kejenuhan,

maka perlu dilakukan regenerasi dengan back wash untuk menghilangkan

kotoran-kotoran yang terdapat didalamnya. Kemudian pada saat idle

(didiamkan) secara alami, resin kation akan tersusun di bagian bawah karena

densitasnya lebih besar daripada resin anion. Baru kemudian di injeksikan

sulfat dibagian atas dan kaustik dibagian bawah.

25

Proses Regenerasi adalah suatu reaksi pertukaran ion hanya dapat

berlangsung jika bahan penukar dapat menyediakan hidrogen atau hidroksida untuk

menggantikan kation dan anion dari air mentah. Jika suatu kation dan anion tidak

mampu lagi menukar, kation dan anion  tersebut harus dikembalikan kepada

keadaan awal melalui regenerasi. Regenerasi kation dilakukan dengan cara

mengganti kembali ion H+  yang telah jenuh dengan merekasikannya dengan H2SO4.           

3.1.2 prinsip kerja demineralisasi plant

Tahap ini menggunakan air dari hasil tahap desalinasi. Demineralisasi juga

menggunakan proses reverse osmosis, yang membedakan adalah penggunaan

membran semi permeable jenis lain. Air yang keluar dari proses ini akan memiliki

nilai konduktifitas sebersar hanya 20 us/cm dari 100 us/cm pada saat sebelum

proses. Selanjutnya air dialirkan menuju mixed bed dengan tujuan untuk menangkap

ion-ion positif maupun negatif yang terdapat didalam air dengan menggunakan resin.

Resin merupakan polimerisasi dari difinil benzena dan stirine serta ditambah dengan

gugus aktif. Kation memiliki gugus aktif sedangkan anion resin memiliki gugus aktif

OH-.

26

Gambar 3.2 Prinsip reverse osmosis

Air hasil dari proses demineralisasi inilah yang selanjutnya dipergunakan

sebagai media kerja untuk proses siklus air-uap air. Selain itu juga dipergunakan

sebagai media kerja auxiliary cooling water dan pendingin pada stator generator

3.1.3 Tegangan Listrik Proses Pergantian Ion

Proses pergantian ion baik pada anion maupun kation akan menghasilkan

beda potensial. Reaksi ini disebut reaksi oksidasi dan reduksi dimana ion

tersebut melepaskan dan menangkap electron. Secara teoritis, besaran

reduction potential E0 setiap proses oksidasi dan reduksi sudah ditetapkan di

Standart Hydrogen Electrode (SHE). Gambar 3.3 menjelaskan standart

potensial cell pada suhu 25º C untuk setengah reaksi umum.

27

Gambar 3.3 Standart Potensial Cell

Pengukuran voltase dapat dilakukan dilaboratorium dengan

menggunakan potensiometer. Namun dalam kondisi khusus ketika hambatan-

hambatan internal tinggi, potensiometer ini kurang baik untuk digunakan.

Sehingga pengukuran voltase dapat dilakukan dengan menggunakan

pendekatan teoritis yaitu dengan persamaan Nerst.

Persamaan Nerst ini menyatakan hubungan antara potensial dari

sebuah elektroda ion metal-metal dan konsentrasi dari ion dalam sebuah

larutan. Persamaan Nerst dinyatakan sebagai berikut.

E sel=E0−RTnFlnQ (1)

Dimana :

Esel = Potensial cell, V

E0 = Standar potensial cell, V

R = Konstanta molar gas (≈8,3145 J/(mol.K)

28

T = Temperature, K

n = Jumlah elektron yang berpindah.

F = Konstanta Faraday (96,500 C/mol)

Q = Perbandingan reaksi reduksi dengan reaksi oksidasi

Persamaan 1 dapat disederhanakan sebagai berikut .

E sel=E0−0.0592

nlog

oksred

(2)

Jika E = 0, hal ini berarti ion dalam kondisi setimbang. Sehingga konstanta

kesetimbangan K dapat dicari menggunakan persamaan 4

E0=0.0592

nlog K (3)

log K= n E0

0.0592(4)

3.2. Proteksi Katodik

Proteksi Katodik adalah perlindungan suatu bahan (baja) yang mudah terkorosi

dari lingkungan yang korosif (PU,2004). Jika terjadi korosi, perlindungan katodik

dapat digunakan untuk menghentikan proses korosi tersebut. Meskipun demikian,

perlindungan katodik hanya dapat mengentikan proses korosi tetapi tidak dapat

mengembalikan material yang telah terkorosi sebelumnya. Pada dasarnya korosi

merupakan proses elektrokimia dimana reaksi elektrokimia terjadi lewat pertukaran

elektron. Sistem anti korosi pada perlindungan katodik menghalangi terjadinya reaksi

korosi yang muncul dengan cara mencegah terjadinya pertukaran elektron.

Pada sistem sistem perlindungan katodik, proses korosi akan terjadi di anoda

sedangkan untuk katodanya bebas dari korosi. Pada umumnya logam adalah anoda

29

namun pada sistem perlindungan katodik logam berfungsi sebagai katoda sehingga

akan terlindung dari korosi. Hal ini terjadi dengan cara mengalirkan elektron yang

memiliki arus listrik lebih tinggi daripada yang dihasilkan oleh reaksi korosi pada

anoda. Perlindungan katodik membutuhkan sumber arus listrik untuk mencegah

serangan korosi pada logam. Metode Cathodic Protection yang biasa digunakan

sebagai proteksi logam terhadap serangan korosi ada 2 (dua) jenis, yaitu:

• Sacrificial Anode

Arus listrik disuplai dari proses korosi yang terjadi pada sumber arus listrik

yang terbuat dari logam aktif seperti zinc dan aluminium yang memiliki arus

positif yang lebih besar daripada logam. Perbedaan potensial elektron ini

menyebabkan adanya daya tarik elektron bebas negatif yang lebih besar

daripada daya tarik ion-ion pada logam. Hal ini mengakibatkan sumber arus

listrik tersebut akan ter.serang korosi dan sebaliknya logam akan terlindungi

korosi.

• Impressed Current

Perbedaan antara sistem Impressed Current dengan sistem Sacrificial Anode

ini terletak pada suplai arus yang diperoleh oleh logam yang akan diproteksi.

Logam yang akan diproteksi disuplai oleh sumber tenaga eksternal, dalam hal

ini adalah rectifier.

3.2.1. Prinsip Kerja Proteksi Katodik

Pada gambar 3.4(a) menunjukan ada dua buah logam besi dan zinc yang

terpisah dan di celupkan ke dalam suatu elektrolit. Kedua logam tersebut akan

terkorosi dan kedua reaksi korosi (oksidasi) diseimbangkan dengan reaksi reduksi

30

yang sama, dimana pada kedua kasus tersebut terjadi pembebasan gas hydrogen.

Kejadian akan berbeda jika kedua logam tersebut dihubungkan satu sama lain

secara elektris seperti terlihat pada Gambar 3.4(b). disini reaksi korosi dipusatkan

pada elektroda zinc (anode) dan hampir semua reaksi reduksi dipusatkan pada

elektroda besi (katoda). Reaksi anoda zinc pada rangkaian Gambar 3.4(b) akan lebih

cepat dari pada rangkaian (a). Pada waktu yang bersamaan, korosi pada besi akan

berhenti. Dengan kata lain anoda zinc telah dikorbankan untuk memproteksi besi. 

gambar 3.4. Mekanisme Proses Korosi Antara Dua Buah Logam Yang Dicelupkan

Pada Suatu Elektrolit (a) dan Konsep Dasar Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban

(b)

Pada aplikasi dilapangan , struktur yang dilindungi akan diusahakan menjadi lebih

katoda dibandingkan dengan bahan lain yang dikorbankan untuk terkorosi. Proses ini

dilakukan dengan cara mengalirkan arus searah dari sumber lain melalui elektrolit ke

permukaan pipa dan menghindari adanya arus yang meninggalkan pipa. Jika jumlah

31

arus yang dialirkan diatur dengan baik, maka akan mencegah mengalirnya arus

korosi yang keluar dari daerah anoda dipermukaan pipa dan arus akan mengalir

dalam pipa pada daerah tersebut. Sehingga permukaan pipa tersebut akan menjadi

bersifat katodik, dengan demikian maka proteksi menjadi lengkap. Untuk jelasnya,

prinsip kerja proteksi katodik dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Prinsip Kerja Sistem Proteksi Katodik

Pada gambar tersebut tampak bahwa arus mengalir ke pipa pada daerah dimana

sebelumnya sebagai anoda. Driving voltage system proteksi katodik harus lebih

besar dari pada driving voltage  sel korosi yang sedang berlangsung. Supaya system

proteksi katodik bekerja, harus ada arus yang mengalir dari groundbed.  Selama

terjadinya aliran arus ketanah, maka material groundbed akan menjadi subjek korosi.

Oleh karena kegunaan groundbed untuk mengeluarkan arus, maka sebaiknya

menggunakan bahan yang laju konsumsinya lebih rendah dari pada pipanya itu

32

sendiri. Atau secara termodinamika, potensial pipa/struktur yang diproteksi dibuat

menjadi imun yaitu pada -850 mV (CSE).

Gb 3.6 ilustrasi cathodic protection

Gb.3.7 Ilustrasi cathodic protection

33

BAB IV

PENGGUNAAN BATERAI PADA PLTU

3.3. Prinsip Kerja Baterai PLTU

Pusat listrik selalu memerlukan sumber arus searah, terutama untuk:

a. Menjalankan motor pengisi (penegang) pegas PMT

b. Men-trip PMT apabila terjadi gangguan

c. Melayani alat-alat telekomunikasi

d. Memasok instalasi penerangan darurat

Ketika trip terjadi pada pembangkit listrik maka seluruh operasi dalam

pembangkit akan shutdown seketika dan keadaan ini sangat dihindari. Hal ini sangat

dihindari karena dapat merusak bagian dari pembangkit listrik seperti motor-motor,

turbine, generator, DCS, dan lain-lain. Sehingga dalam system pengoperasian

pembangkit listrik, pembangkit didukung oleh system emergency. Baterai adalah

salah satu yang terdapat dalam system tersebut.

Sehingga ketika pembangkit listrik trip, batteries dibantu dengan

Uninterruptable Power System (UPS) dan emergency diesel generator akan

mengambil alih power supply selama system utama tidak aktif.

34

Gambar 4.1 DC system Diagram Typical

Baterai merupakan sumber arus searah yang digunakan dalam pusat listrik.

Baterai harus selalu diisi melalui penyearah (rectifier). Kutub negatif dari baterai

sebaiknya ditanahkan untuk memudahkan deteksi gangguan hubung tanah pada

instalasi arus searahnya. Penggunaan baterai yang direkomendasikan dalam

pembangkit listrik adalah lead acid batteries atau baterai asam. Nickel Cadmium

batteries atau baterai basa akan dipertimbangkan sebagai alternative jika lebih cocok

dengan kondisi lingkungan sekitar pembangkit. Besaran kapasitas baterai dan

baterai charger tergantung besaran kapasitas seluruh alat atau instrument yang akan

dilindungi dan minimum jam operasi dari seluruh alat dan instrument yang dilindungi.

Rata-rata minimum design jam operasi adalah 8 jam.

Beberapa standart nominal yang digunakan untuk DC system adalah single

voltage system dan dual-voltage system. Nominal standart yang digunakan pada

single voltage system adalah 12, 24, 48, 125,dan 250 V. Sedangkan nominal

standar yang digunakan untuk dual-voltage system adalah 24/48 V dan 125/250 V.

Dual-voltage system ini biasa digunakan untuk beban besar seperti motor operated

valve atau emergency oil pump pada turbine.

35

3.4. Jenis-Jenis Batterai

3.4.1. Lead Acid Batterai

Lead acid batteries atau yang lebih dikenal dengan aki (accu) menggunakan

plat timbal (Pb) kemudian direaksikan dengan larutan asam sulfat (H2SO4). Dalam

aki tersebut terjadi proses elektrokimia dimana timbal (Pb) melepas electron di plat

negatif dan timbal peroksida (PbO2) pada plat positif menerima electron.

Reaksi elektrokimia pada plat negative

Reaksi elektrokimia pada plat positif

Sehingga reaksi total

Aki dalam penggunaannya dapat diisi kembali jika proses elektrokimia sudah

berkurang. Proses pengisian kembali atau charging dilakukan dengan cara

elektrolisis air.

Reaksi elektrokimia saat proses pengisian kembali atau charging

Reaksi pada plat negative

Reaksi pada plat positif

Besaran voltase yang dihasilkan dari aki adalah 12 V dan 83.4 watt-jam per kg

berat. Tetapi fakta yang terjadi aki hanya menghasilkan 30-40 watt-jam per kg. Atau

tiap cell menghasilkan tegangan sebesar 2 Volt

36

Keuntungan memakai aki sebagai batterai di PLTU adalah biaya perawatan

rendah, dapat menghasilkan arus tinggi, mudah di-recycle, tersedia kapasitas dan

ukuran besar, toleran terhadap overcharging. Kekurangan menggunakan aki sebagai

batterai di PLTU adalah membutuhkan ruang besar, harga beli lebih mahal,

effesiensi rendah, bahaya akibat suhu terlalu tinggi, membutuhkan waktu lama untuk

pengisian, membutuhkan penangan khusus dalam penyimpanan karena

mengandung bahan kimia.

3.4.2. Nickel Cadmium Batterai

Nickel cadmium batterai adalah salah satu type batterai yang bisa diisi ulang.

Nickel Cadmium (NiCd) batterai menggunakan nickel oxide hydroxide dan logam

cadmium sebagai elektroda. Tiap cell batterai NiCd menghasilkan tegangan sebesar

1.2 V. Saat proses pengisian ulang batterai, batterai membutuhkan arus lebih

banyak dari kapasitasnya.

Reaksi elektrokimia yang terjadi di batterai adalah sebagai berikut :

terjadi di elektroda cadmium dan

terjadi di elektroda nickel. Sehingga total reaksi yang terjadi adalah

Kelebihan menggunakan NiCd Batterai sebagai baterai di PLTU adalah biaya

perawatan tinggi, waktu pengisian ulang lebih cepat, effisiensi tinggi. Kekurangannya

37

adalah tidak mudah di-recycle, bahan batterai tidak ramah lingkungan, kapasitas

kecil, kurang handal menjadi backup untuk dalam keadaan emergency.

38

BAB V

PENUTUP

Solusi untuk mengatasi masalah electrochemistry paling utama adalah

menggunakan proses demineralisasi plant dan cathodic protection. Sehingga zat-zat

berbahaya yang terkandung didalam air dapat dipisahkan atau dihilangkan. Hal ini

adalah salah satu cara agar perlatan-peralatan dalam PLTU dapat bekerja dengan

baik dan tidak terjadi gangguan, baik gangguan internal maupun gangguan eksternal

pada PLTU.

Selanjutnya perlu dilakukan proses pengambilan data dengan langkah – langkah

sebagai berikut :

1. Observasi di lapangan yaitu PLTU

2. Melakukan wawancara dengan ahlinya

3. Studi literatur

4. Pengambulan data di lapangan yaitu PLTU.

39

DAFTAR PUSTAKA

Marsudi, Djiteng. 2006. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Black and Veatch. 1996. Power Plant Engineering. New York: Springer

Headquarter Department of the Army. 1984. TM 5-811-6: Electrical Power Plant

Design. Washington: Headquarter Department of the Army

Barret, A.dkk. 1971. Modern Power Station Practice: Mechanical (Boiler, Fuel, and

Ash Handling Plant). Volume 2. Oxford: Pergamon Press

PLN Enjiniring. 2008. Kontrak Dokumen PLTU 2 Bengkayang Kalimantan Barat

(2x27 MW). Bagian 3. Jakarta: PLN Persero.

AWWA dan ASCE. 2005. Water Treatment Plant Design. Edisi Keempat. New York:

Mc Graw-Hill

Takashi, Akeboshi. dkk. 1999. Kurita Handbook of Water Treatment. Edisi kedua.

Tokyo: Kurita Water Industries Ltd.

Nalco Chemical Company. 1988. The Nalco Water Handbook. Edisi Kedua. New

York: Mc Graw-Hill

40

JADWAL PELAKSANAAN

Berikut adalah jadwal pelaksanaan seminar dengan judul “ANALISA MASALAH

ELECTROCHEMISTRY,ANTARA LAIN PENGOLAHAN AIR BOILER DENGAN

KATION DAN ANION”

Kegiatan Waktu

Konsultasi Judul Seminar 15 September 2013

Konsultasi BAB I 20 September 2013

Konsultasi BAB II Oktober 2013

Konsultasi BAB III November 2013