sistem pendingin pembangkit-a4

134
Buku Ajar Jurusan Teknik Konversi Energi SISTEM PENDINGIN PEMBANGKIT Dikumpulkan oleh Bambang puguh M Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012

Upload: ana-syarif

Post on 26-Dec-2015

334 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Buku Ajar

Jurusan Teknik Konversi Energi

SISTEM PENDINGIN PEMBANGKIT

Dikumpulkan oleh

Bambang puguh M

Teknik Konversi Energi

Politeknik Negeri Bandung

2012

Kata Pengantar

Page 2: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada pembangkit tenaga listrik, system pelepasan kalor sebagai

konsekwensi dari tuntutan system mutlak diperlukan, bahkan system pelepasan

kalor harus di maintain dengan baik untuk menjaga agar kinerja system bisa

optimal. Proses pelepasan kalor di pembangkit ini lebih popular dikenal dengan

Sistem Pendingin Pembangkit. Sistem pendinginan pada pembangkit adalah

pelepasan panas ke lingkungan sekitarnya.

Dalam buku ini dijelaskan bagaimana system pembangkit melepaskan ke

lingkungan antara lain udara, sungai, danau dan laut.

Buku ini di tulis untuk melengkapi buku yang sudah ada sebagai bacaan

penunjang pada matakuliah Sistem Pendingin Pembangkit di Program Studi

Teknik Pembangkit Energi Listrik politeknik Negeri Bandung.

Penulis berharap semoga buku ini bermanfaat bagi pembaca.

Salam Energi

Penulis

BAB I

PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

Industri pembangkit tenaga listrik adalah industri yang berperan memproduksi

dan membangkitkan energi listrik dari berbagai sumber tenaga, seperti PLTD, PLTU,

Page 3: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

PLTA dan sumber tenaga lainnya. Dalam melakukan kerjanya, sumber tenaga ini

menggerakan sudu sudu turbin sehingga poros generator berputar dan menghasilkan

energi listrik. Seperti halnya pada pembangkit listrik tenaga uap, berbagai jenis bahan

bakar seperti batu bara, solar dan lainnya merupakan sumber panas yang bertugas

menguapkan air didalam boiler, kemudian uap dialirkan menuju turbin dan

berekspansi didalam turbin sehingga menggerakan sudu sudu turbin. Hal yang sama

dilakukan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir, panas bumi dimana dalam prosesnya

adalah mengalirkan energi uap menuju turbin. Berbeda dengan pembangkit listrik

tenaga air, dimana sumber air dari bendungan dialirkan melalui pipa pesat menuju

turbin untuk menggeakan sudu sudu turbin. Sedangkan pada pembangkit listrik tenaga

diesel memperlihatkan system yang berbeda, dimana energi bahan bakar

dipergunakan untuk proses pembakaran pada engine sehingga poros utama engine

berputar dan menggerakkan generator.

Pada beberapa proses pembangkit tersebut terlihat dari berbagai sumber

tenaga dan sumber energi bahan bakar pada akhirnya bermuara pada bekerjanya

generator untuk menghasilkan listrik. Dari total sumber tenaga yang didefinisikan

sebagai sumber energi masuk 100%, maka keluaran yang dihasilkan generator bila

dinilai dari sumber energi masuk jauh dibawah angka 100%. Inilah yang disebut

sebagai efisiensi sistem, dimana nilai efisiensi untuk berbagai sistem pembangkit

tenaga listrik berbeda beda. Nilai efisiensi ini menunjukan bahwa sejumlah energy

masuk sebesar 100% dirubah menjadi energi keluaran dalam bentuk energy listrik dan

keluaran lainnya. Salah satu keluaran lainnya ini adalah sejumlah panas untuk

memenuhi persyaratan sisten harus dibuang dan dilepas ke lingkungan sehingga sisten

ini dapat bekerja dengan baik.

Page 4: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada system PLTN, PLTP, PLTU, fluida kerja yang digunakan adalah uap

sebagai sumber tenaga penggerak turbin. Persyaratan system mengharuskan setelah

uap berekspansi dalam turbin selanjudnya diembunkan didalam kondensor. Pada

proses kondensasi ini diperlukan media fluida bertemperatur dingin untuk untuk

proses kondensasi dan selanjudnya panas dilepas ke lingkungan.

Adakah proses pelepasan panas pada system yang bekerja pada PLTA.

Sepintas apabila kita mendengar pembangkit listrik tenaga air, dimana sumber tenaga

yang bekerja adalah air untuk berekpansi didalam turbin selanjudnya air dilepas

keluar maka seakan tidak ada kebutukan dan keharusan pelepasan panas. Akan tetapi

bila kita kaji lebih mendalam, bagaimana proses bekerjanya turbin dan generator

maka terlihat ada proses pembangkitan panas. Proses pembangkitan panas ini bila

tidak dirawat maka akan terjadi kemaikan temperature pada system tersebut sehingga

berdapmak pada kinerjanya. Pada kondisi ini maka diperlukan system pelepasan

panas secara kontinyu agar system bekerja bengan aman.

Lain halnya pada system pembangkit lstrik tenaga diesel. Pada pembangkit

listrik tenaga diesel terlihat jelas bahwa pada proses pembakaran yang terjadi pada

mesin diesel menimbulkan panas, sehingga diperlukan system pendingin untuk

menjamin mesin diesel beroperasi dengan aman.

Page 5: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

BAB II

BAGIAN UTAMA SISTEM PENDINGIN

Prinsip pendinginan pada system pembangkit listrik adalah proses

menurunkan temperature fluida kerja dalam hal ini utamanya uap. Namun kenyataan

sebenarnya yang diharapkan adalah proses perubahan fasa dari fasa uap ( Air-uap)

menjadi cair, sehingga sehingga proses yang terjadi adalah proses pengembunan

(kondensasi). Proses kondensasi terjadi apabila ada perpindahan panas dari fluida

kerja (uap) dan melepaskan sejumlah kalor kepada media pendingin, sehingga proses

pengembunan ini terjadi karena terjadinya penurunan temperature.

Media pendingin umumnya menggunakan air, disamping beberapa system ada

yang menggunakan udara. Pemilihan air utamanya adalah karena pada daerah tertentu

mudah didapat dab biayanya sangat murah. Selain itu pertimbangan utama adalah ait

bertemperatur lebih rendah disbanding temperature udala lingkungan.

Page 6: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Secara umum beberapa tipe pembangkit menggunakan kondensor khususnya

pada pembangkit yang menggunakan fluida kerja uap antara lain PLTU, PLTN,

PLTP, sehingga cara pembahasan system pendingin utamanya adalan serupa hanya

pada PLTD dan PLTG serta beberapa pembangkit lainnya yang tidak memerlukan

kondensor, sehingga perlu kiranya sebelum mengenal system pendingin pada berbagai

pembangkit perlu diperkenalkan terlebih dahulu komponen utama system pendingin

yaitu ondensor dan cooling tower.

2.1 Kondensor

Kondensor merupakan komponen sistem pendingin yang sangat penting dalam

siklus pembangkit listrik tenaga uap. Dalam sistem pembangkit energi, aliran uap air

yang keluar turbin melepaskan kalor pada kondensor. Uap ini dikondensasikan

menjadi fasa cair (air) untuk dipompakan kembali ke pembangkit uap.

Gambar 2.1 Diagram alir PLTU

Page 7: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Uap keluaran dari turbin dikondensasikan oleh alat kondensor menjadi air

kondensat. Kondensor merupakan komponen pendingin yang sangat penting yang

berfungsi untuk memaksimalkan efisiensi pada turbin uap, oleh karena itu tekanan

dan temperatur pada keluaran uap air diusahakan serendah mungkin sehingga

diperoleh beda tekanan optimum pada turbin. Untuk itu, uap air yang keluar dari

turbin yang telah bertekanan rendah perlu dilewatkan kondensor yang akan

dikondensasikan menjadi air kondensat. Pada kondensor ini, terjadi pelepasan kalor

secara kondensasi dan kalor sensibel. Pada instalasi PLTU umumnya menggunakan

kondensor tipe permukaan (surface condenser), tipe kondensor ini merupakan jenis

shell-tube yang-mana air pendingin disirkulasikan melalui tube. Uap keluar (exhaust

steam) dari turbin masuk ke sisi-shell kondensor yang bertekanan rendah

dikondensasikan dan dikonversikan menjadi air kondensat pada bagian luar

permukaan tube. Kondensor biasanya menggunakan sirkulasi air pendingin dari

menara pendingin (cooling tower) untuk melepaskan kalor ke atmosfir, atau once-

through water dari sungai, danau atau laut.

Uap air yang keluar dari turbin akan kehilangan energinya yang selanjutnya

dikondensasikan dan didinginkan oleh kondensor untuk dikembalikan sebagai

umpan air ke pembangkit uap. Kondensor ini terletak di bawah turbin, Pendinginan

pada kondensor ini menggunakan sirkulasi mengalirkan air dari menara pendingin

atau sistem once-through dari sumber air pendingin eksternal.

Secara umum, terdapat berbagai macam kondensor sesuai untuk aplikasi

steam power plant, chemical-prossesing plant dan nuclear power plant. Pada

prinsipnya terdapat 2 kelompok tipe kondensor yaitu tipe spray dan tipe surface. Tipe

Spray menggunakan kontak langsung air pendingin dengan uap. Air pendingin

disebarkan di dalam kondensor dalam bentuk semprotan air. Tipe ini biasanya

Page 8: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

menggunakan dry cooling towers. Sebagian kondensat dari kondensor disirkulasikan

melalui dry cooling tower dan dikembalikan ke kondensor. Kondensor permukaan

pada dasarnya merupakan tipe shell-tube heat exchanger yang terdiri dari water boxes

untuk mengalirkan air pendingin ke dan dari horizontal tubes. Tube dirangkai pada

tube sheets dan didukung oleh tube support plates. Jumlah tube cukup banyak untuk

transfer kalor yang besar. Water boxes dilengkapi dengan kanal pemisah sehingga

dapat mengalirkan air pendingin pada sisi-masuk dan keluar.

Pada kondensor tipe surface horizontal,terdapat berbagai tipe aliran di sisi-

shell diantaranya tipe E, G, H, J dan X. Kondensor tipe-X paling banyak digunakan

untuk operasi vakum dan volume uap yang cukup besar untuk power-plant. Area

aliran yang luas dan rugi tekanan yang rendah, sangat penting dalam sistem operasi

vakum (untuk menghindari penurunan temperatur saturasi). Pada tipe-X juga

dilengkapi dengan tube support untuk melindungi vibrasi dan distribusi uap yang

baik. Kondensor horisontal pada umumnya yang merupakan jenis kondensor

permukaan yang paling mudah estimasi desainnya dan memiliki kemampuan beban

yang besar dan temperatur kondensasi yang rendah untuk menghasilkan efisiensi yang

tinggi. Temperatur kondensasinya di atas temperatur air pendinginnya atau sekitar

tekanan saturasi 0,048 bar-absolut, oleh karena itu hanya terjadi rugi tekanan yang

kecil. Kondensor tipe horisontal ini memiliki luas permukaan yang lebih besar dan

rugi tekanan yang rendah. Sistem ventilasi yang baik dan rugi tekanan yang rendah

merupakan faktor penting pada desainkondensor ini. Bejana sisi-shell dapat

berbentuk box atau silinder yang dapat dilengkapi dengan sistem sub-cooler.

Kondisi sub-cooling pada kondensat ini diperlukan untuk mendapatkanoperasipompa

yang aman terhindar dari kavitasi.

Page 9: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

.

Gambar 2.2. Surface Condenser horizontal

Kondensor Uap (steam condenser) pada PLTU merupakan alat pemindah-kalor yang

memiliki ribuan tube. Uap terkondensasi ketika melalui bundel tube dan kontak

dengan permukaan tube tersebut. Kondensor terdiri dari bagian bejana shell yang

merupakan sisi-luar dan rangkaian tube pada bagian dalam sebagaimana ditampilkan

pada Gambar 2. Material Shell biasanya terbuat dari plate carbon steel. Selain itu,

hal yang juga sangat penting adalah penggunaan konstruksi/ bahan material pada tube,

water box sisi-shell dan komponen yang berinteraksi dengan uap air. Faktor dan

karakteristik yang penting adalah :

1. Proses kondensasi

2. Kondisi pendingin

3. Tekanan kondensasi

4. Sifat Korosi pendingin

5. Rentang temperatur

Page 10: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

6. Ekspansi material dan aspek keselamatan.

7. Pengendalian kondensat

Fungsi utama dari kondensor pada PLTU adalah untuk merubah uap dari keluaran

turbin dialirkan melalui bundel tube untuk dikondensasikan menjadi fasa cair (air).

Temperatur kondensat menentukan tekanan di dalam sisi-shell kondensor. Tekanan

yang selalu dijaga lebih rendah dari atmosfir (vakum) ini disebut sebagai turbine

backpressure. Penurunan temperatur kondensat akan menghasilkan turbine

backpressure yang rendah, sehingga penurunan ini dapat menaikkan efisiensi turbin.

Kondensor juga mempunyai fungsi lain yaitu menampung kondensat pada hot-well

pada bagian bawah kondensor sebagai sisi- hisap pompa sekunder disamping juga

menampung gas yang tidak terkondensasi (non condensible gas).

Dalam operasi kondensor, terdapat gas atau udara terlarut dari atmosfir ke dalam

sistem siklus uap (steam-cycle equipment) maupun dari zat kimia yang terdapat pada

chemicals feedwater treatment. Udara tidak terkondensasi ini berada dibalik header

tube ketika terjadi kondensasi uap. Udara ini akan terakumulasi apabila tidak

dikeluarkan dari sistem kondensor. Oleh karena itu fitur yang juga penting pada

kondensor adalah terdapatnya fasilitas ventilasi untuk pemindah udara tidak

terkondensasi. Catatan bahwa kandungan udara tidak terkondensasi dapat mengurangi

koefisien kondensasi. Othmer menyampaikan bahwa 1% udara tercampur ke dalam

volume uap maka dapat menurunkan koefisien kondensasi 56% oleh karena itu gas

yang terakumulasi ini tidak dapat ditoleransi selama operasi kondensor. Sistem

kondensor uap yang terdapat pada instalasi power-plant, secara umum

menggunakan prinsip perhitungan koefisien transfer kalor pada sisi-tube dan sisi-

shell. Ketika uap masuk ke kondensor, maka akan memberikan kalor latent

kondensasi isotermal yang merubah fasa uap menjadi cair. Setelah uap terkondensasi,

Page 11: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

air saturasi ini mengalir dan terkumpul pada bottom (hot-well) kondensor. Kondisi

subcooling oleh subcooler terpisah (separate subcooler) juga data diperlukan untuk

melindungi kavitasi pada pompa kondensat. Pada umumnya dalam desain temperatur

uap keluar turbin (discharge temperature) tidak lebih dari 158oF (70oC) hal ini karena

temperatur yang lebih tinggi cenderung memberikan trouble deposit kerak.

Sementara itu pengalaman dalam pengoperasian alat kondensor membuktikan bahwa

kasus korosi telah mengakibatkan banyak trouble. Biasanya korosi terutama

cenderung terjadi pada saltwater cooling system (SWCS) sistem pendingin tersier

yang menggunakan air laut sebagai pendingin.

2.1.1 Transfer Kalor

Perhitungan desain untuk alat penukar kalor kondensor pada dasarnya adalah

menentukan koefisien transfer kalor dan luasan transfer kalor (heat transfer area, A).

persamaan berikut ini yang digunakan ,

A=∫t1

t0 mp . Cp

U 0 .LMTD

.dT ……………………………………………………. (1)

Dalam hal ini koefisien transfer kalor, menggunakan nilai overall heat transfer

coefficients (Uo) yang merupakan gabungan dari faktor konstituen berdasarkan

penurunan temperatur (temperature drop), Uo merupakan kombinasi koefisien

konveksi pada permukaan kedua sisi.

Pada kondensor, jumlah kalor untuk melakukan kondensasi uap adalah;

Qc=mc=(i1−i0¿¿) …………………………………………………(2)

Page 12: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

selanjutnya persamaan konstitutif untuk pendinginan dan perubahan temperatur

keluarmasuk aliran pendingin melalui tube :

Q p=mp . c p=(t0−ti) ………………………………….…………(3)

mc dan mp adalah laju aliran uap dan air pendingin, (ii-io)=λ, kalor latent

kondensasi, dan cp : kalor spesifik pendingin, (to-ti) = beda temperatur keluar dan

masuk pendingin. Gambar 3 menunjukkan contoh profil temperatur pada kondensor.

Gambar 2.3. Profil temperatur Pada Kondensor

Nilai LMTD yang merupakan beda temperatur logaritmik antar fluida diekspresikan

oleh persamaan berikut,

Page 13: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Untuk koefisien transfer kalor air pendingin pada sisi-tube menggunakan korelasi

Dittus-Boelter untuk mendefinisikan Nusselt Number, Nu yakni:

ht= koef.transfer kalor pendingin

dt = diameter tube,

kt = konduktifitas termal.

Gambar 2.4. Kondensasi pada tube horizontal

Persamaan ini didasarkan data eksperimental ekstensif pada rentang angka Reynold

10.000 – 120.000. Proses kondensasi di permukaan luar tube horisontal, merupakan

model kondensasi film (film-wise) sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2.4

Page 14: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Untuk menghitung koefisien kondensasi uap di luar tube horisontal (sisi-

shell)menggunakan korelasi kondensasi film berikut ini [8] :

Dalam perhitungan sistem kondensasi film ini merupakan bentuk yang umum lazim

digunakan dan cukup memuaskan. Namun di beberapa kasus kondensasi, terjadi

tetesan kondensat yang tersisa pada permukaan kemudian jatuh dan tanpa menyebar

melalui seluruh permukaan. Dalam model kondensasifilm itu sendiri dapat

mengakibatkan resistansi laju transfer kalor, sehingga laju transfer kalor pada

kondensasi film ini diharapkan lebih rendah dari pada laju transfer kalor pada

kondensasi tetesan (drop condensation). Laju transfer kalor permukaan (surface heat-

transfer rates) untuk kondensasi butiran lebih besar puluhan kali dibanding laju

kondensasi film.Selanjutnya Uo dihitung dengan persamaan (7) berikut,

keterangan,

kc, ρc, µc = konduktifitas termal, densitas dan viskositas kondensat,

Re (Angka Reynolds) =dtube.v.ρ/µ,

Pr (Angka Prandtl) =cp.ρ/k,

Page 15: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

g = percepatan gravitas,

tc = temperatur saturasi uap,

twall. = temperatur dinding tube,

Rd = faktor resistansi,

Ht = koef.transfer kalor sisi tube,

Hs = koef.transfer kalor kondensasi.

2.2 COOLING TOWER

2.2.1 Definisi Cooling Tower

Secara umum cooling tower dapat dikategorikan sebagai pendingin evaporatif yang

digunakan untuk mendinginkan air atau media kerja lainnya sampai bertemperatur

mendekati temperatur bola basah udara sekitar. Kegunaan utama dari cooling tower

adalah untuk membuang panas yang diserap akibat sirkulasi air sistem pendingin yang

digunakan pada pembangkit daya, kilang petroleum, pabrik petrokimia, pabrik

pemrosesan gas alam, pabrik makanan, pabrik semikonduktor, dan fasilitas-fasilitas

industri lainnya.(www.wikipedia.org, 2002)

Jika suatu pabrik tidak dilengkapi dengan cooling tower dan hanya menggunakan

sirkulasi air pendingin sekali pakai, air pendingin yang telah digunakan dan

mengalami kenaikkan temperatur selanjutnya dibuang ke laut, danau atau sungai yang

ditentukan. Pembuangan sejumlah air hangat tersebut dapat meningkatkan temperatur

sungai atau danau tersebut sehingga dapat merusak ekosistem lokal. Cooling tower

dapat digunakan untuk membuang panas ke atmosfir sebagai pengganti angin serta

difusi udara yang menyebarkan panas ke area yang lebih luas. Sistem operasi dari

cooling tower ditunjukkan pada gambar 1.

Page 16: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.5 . Sistem operasi cooling tower

2.2.2 Klasifikasi Cooling Tower

Cooling tower dapat diklasifikasikan menurut beberapa hal, antara lain:

1. Menurut metode perpindahan panas

a. Wet cooling tower (cooling tower basah)

Pada cooling tower jenis ini, air panas didinginkan sampai pada

temperatur yang lebih rendah dari temperatur bola basah udara sekitar,

jika udara relatif kering. Seperti udara jenuh yang melewati aliran air,

kedua aliran akan relatif sama. Udara, jika tidak jenuh, akan menyerap

uap air lebih banyak, meninggalkan sedikit panas pada aliran air.

b. Dry cooler (pendingin kering)

Cooling tower ini beroperasi dengan pemindahan panas

melewati permukaan yang memisahkan fluida kerja dengan udara

ambient. Dengan demikian akan terjadi perpindahan panas konveksi

dari fluida kerja, panas yang dipindahkan lebih besar daripada proses

penguapan.

Page 17: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

c. Fluid cooler (pendingin fluida)

Pada cooling tower ini saluran fluida kerja dilewatkan melalui

pipa, dimana air hangat dipercikkan dan kipas dihidupkan untuk

membuang panas dari air. Perpindahan panas yang dihasilkan lebih

mendekati ke cooling tower basah, dengan keuntungan seperti pada

pendingin kering yakni melindungi fluida kerja dari lingkungan

terbuka.

2. Menurut metode pembangkitan aliran udara

Gambar 2.6. Natural Draft Cooling Tower

a. Natural draft (penggerak udara alami)

Page 18: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Udara dialirkan dengan memanfaatkan gaya buoyancy

melewati cerobong yang tinggi. Udara campuran secara alami

meningkat sampai terjadi perbedaan densiti dengan udara kering,

pendingin udara luar. Udara campuran panas memiliki densiti yang

lebih kecil daripada udara yang lebih kering pada temperatur dan

tekanan yang sama. Buoyancy udara campuran tersebut menghasilkan

arus udara melewati menara.

b. Mechanical draft (penggerak udara mekanik),

Gambar 2.7. Multi-cell Mechanical Draft Cooling Tower

Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk

mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air

jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk

meningkatkan waktu kontak antara air dan udara. hal ini membantu

Page 19: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Menurut

letak kipasnya jenis ini terbagi menjadi dua, antara lain:

1. Induced draft

Kipas pada cooling tower ini berada di bagian keluaran yang

menghisap udara melintasi menara. Hal ini menghasilkan kecepatan

udara masukan rendah dan kecepatan udara keluaran yang tinggi,

sehingga mengurangi kemungkinan resirkulasi udara.

2. Forced draft

Pada cooling tower ini kipas terletak pada bagian masukan

tower, sehingga menyebabkan kecepatan udara yang tinggi pada

bagian masukan dan kecepatan yang rendah pada bagian keluaran.

Kecepatan yang rendah pada bagian keluaran menyebabkan lebih

mudah terjadi resirkulasi udara. Kerugian lainnya desain penggerak

paksa membutuhkan daya motor yang lebih tinggi daripada desain

kipas pada tipe induced draft. Keuntungan penggerak paksa adalah

kemampuannya dalam bekerja pada tekanan statik yang tinggi.

3. Menurut arah aliran udara terhadap aliran air

a. Aliran crossflow

Pada tipe ini, aliran udara bergerak memotong secara

tegak lurus terhadap aliran air pada bahan pengisi. Kemudian

udara melintasi menara melalui bagian keluaran udara akibat

gaya tarik dari fan yang berputar. Gambar 2 menunjukkan

desain tipe cooling tower dengan aliran crossflow.

Page 20: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.8. Cooling tower tipe aliran crossflow

b. Aliran counterflow

Pada tipe ini, aliran udara pada saat melewati bahan

pengisi (fill material) sejajar dengan aliran air dengan arah

yang berlawanan. Gambar 3 menunjukkan desain tipe cooling

tower dengan aliran counterflow.

Page 21: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.9. Cooling tower tipe aliran counterflow

2.2.3 Komponen Cooling Tower

Komponen dasar sebuah cooling tower meliputi rangka dan wadah, bahan

pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louver, nosel dan

fan.

• Rangka dan wadah

Menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar

(wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya.

• Bahan Pengisi

Hampir seluruh menara menggunakan bahan pengisi (terbuat dari plastik atau

kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara

dan air. Terdapat dua jenis bahan pengisi:

1. Bahan pengisi berbentuk percikan/Splash fill

Page 22: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Air jatuh diatas lapisan yang berurut dari batang pemercik horisontal,

secara terus menerus pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, sambil

membasahi permukaan bahan pengisi. Bahan pengisi percikan dari plastik

memberikan perpindahan panas yang lebih baik daripada bahan pengisi

percikan dari kayu.

2. Bahan pengisi berbentuk film

Terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak yang berdekatan

dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk lapisan film yang tipis

dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat berbentuk datar,

bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Jenis bahan pengisi film lebih

efisien dan memberi perpindahan panas yang sama dalam volume yang lebih

kecil daripada bahan pengisi jenis splash.

Gambar 2.10. Bahan pengisi berbentuk film

• Kolam air dingin

Page 23: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan

menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi. Kolam

biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin.

• Drift eliminator

Alat ini berfungsi untuk menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran

udara supaya tidak hilang ke atmosfir. Saat ini hampir kebanyakan spesifikasi

pengguna akhir mengasumsikan kehilangan karena kerugian ini sebesar 0,02%.

(www.energyefficiencyasia.org, 2004)

Gambar 2.11. Drift eliminator

• Saluran udara masuk

Merupakan titik masuk bagi udara menuju menara. Saluran masuk bisa berada

pada seluruh sisi menara (desain aliran crossflow) atau berada di bagian bawah

menara (desain aliran counterflow).

• Louver

Pada umumnya, menara dengan aliran crossflow memiliki saluran masuk

louver. Kegunaan louver adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan

menahan air dalam menara. Material yang sering digunakan untuk louver adalah

asbes. Beberapa desain untuk menara aliran counterflow tidak memerlukan louver.

Page 24: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.12. Louver

• Nosel

Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air

yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan

pembasahan yang benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang

dan menyemprot dengan pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari

rakitan yang berputar seperti pada menara dengan beberapa potongan lintang yang

memutar.

Page 25: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.13. Nosel

• Fan

Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam

menara. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada menara

induced draft dan baik fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam

menara forced draft. Tergantung pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan

sudah dipasang tetap atau dengan dapat dirubah-rubah/ diatur. Sebuah fan dengan

baling-baling yang dapat diatur tidak secara otomatis dapat digunakan diatas range

yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk mengirim aliran udara yang

dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara

otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi

beban. (www.spxcooling.com, 2006)

Gambar 2.14. Fan aksial

D. Analisa Performansi Cooling Tower

Performansi cooling tower dievaluasi untuk mengetahui tingkat approach dan

range yang terjadi terhadap nilai desain, mengidentifikasi area terjadinya pemborosan

Page 26: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

energi dan memberikan saran perbaikan. Untuk mengukur performansi maka perlu

diketahui beberapa parameter operasional cooling

tower,antara lain:

• Suhu udara wet bulb (Twb)

• Suhu udara dry bulb (Tdb)

• Suhu air masuk menara pendingin (Tw,in)

• Suhu air keluar menara pendingin (Tw,out)

• Suhu udara keluar (Ta,out)

• Laju aliran massa air (L)

• Laju aliran massa udara (G)

Sedangkan performansi dari cooling tower yang ditinjau antara lain:

a) Range

Merupakan beda antara suhu air masuk dan keluar cooling tower. Range yang

tinggi menunjukkan bahwa cooling tower mampu menurunkan suhu air secara efektif,

dan kinerjanya bagus. Secara matematis nilai range dapat ditentukan dengan

menggunakan persamaan (1) sebagai berikut:

Range (°C) = Tw,in – Tw,out (1)

b) Approach

Merupakan beda antara suhu air dingin keluar cooling tower dan suhu wet

bulb ambien. Semakin rendah approach semakin baik kinerja cooling tower.

Approach merupakan indikator yang lebih baik untuk kinerja cooling tower.

Persamaan (2) digunakan untuk mengetahui nilai approach yang dapat dicapai oleh

cooling tower.

Page 27: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Approach (°C) = Tw,out – Twb (2)

c) Efisiensi Termal ()

Merupakan perbandingan antara range dan range ideal (dalam persentase),

yaitu perbedaan antara suhu masuk air pendingin dan suhu wet bulb ambien, atau

dengan kata lain:

d) Kapasitas Pendinginan (Qw)

Merupakan jumlah panas yang dibuang dari air, sebagai hasil dari kecepatan

aliran masa air, panas spesifik (cpw) dan perbedaan suhu.

Qw (kW) = (4)

e) Rugi Penguapan (E)

Merupakan jumlah air yang diuapkan agar terjadi pendinginan. Jumlah air yang

menguap dipengaruhi oleh panas laten air (hfg) itu sendiri:

E (kg/s) = (5)

E (m3/jam) = x vf x 3600 (6)

f) Rugi Blowdown (B)

Rugi blowdown adalah kerugian yang diakibatkan oleh pembuangan sejumlah air

sirkulasi untuk mencegah terjadinya konsentrasi larutan atau zat-zat lain pada air

sirkulasi. Akibat konsentrasi larutan tersebut, maka larutan akan menjadi gumpalan-

guimpalan yang dapat menyumbat saluran air sirkulasi, sehingga proses sirkulasi air

terganggu. Besar nilai blowdown yang dibutuhkan bergantung pada range

pendinginan yang dihasilkan dan komposisi zat-zat yang ada pada air make-up (suplai

Page 28: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

air pengganti). Tabel 1 menunjukkan nilai persentase blowdown menurut nilai

konsentrasi air dan range pendinginan yang terjadi.

Tabel 2.1. Persentase blowdown (Marley Corp.)

g) Drift Loss (D)

Yaitu kerugian massa air akibat terbawa aliran udara yang melintasi cooling

tower. Jumlah drift loss terjadi relatif dan dapat diperkecil dengan penggunaan drift

eliminators pada cooling tower. Berikut nilai persentase untuk drift loss yang dapat

dipakai saat informasi nilai persentase drift loss yang direkomendasikan dari pabrikan

tidak diketahui.

D = 0.3 – 1.0 persen dari L untuk cooling tower penggerak udara alami (natural draft)

tanpa drift eliminators

D = 0.1 – 0.3 persen dari L untuk induced draft cooling tower tanpa drift eliminators

D = sekitar 0.005 persen dari L (atau kurang) jika cooling tower dilengkapi

dengan drift eliminators.

h) Laju Aliran Air Pengganti (Make-up)

Page 29: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Merupakan suplai air pengganti akibat kerugian air untuk terjadinya proses

pendinginan. Laju aliran air make-up minimum yang diperlukan merupakan

jumlah akumulasi total kerugian yang terjadi.

Make-up = B + D + E (7)

i) Perbandingan Cair/Gas (L/G)

Perbandingan L/G menara pendingin merupakan perbandingan antara laju aliran

massa air dan udara. Menara pendingin memiliki nilai desain tertentu, namun variasi

karena musim memerlukan pengaturan dan perubahan laju aliran air dan udara untuk

mendapatkan efektivitas terbaik menara pendingin. Aturan termodinamika

menyatakan bahwa panas yang dibuang dari air sama dengan panas yang diserap oleh

udara sekitarnya. Oleh karena itu persamaan berikut dapat digunakan:

L.cp,w(Tw,in – Tw,out) = G(ha,out – ha,in) (8)

(9)

Dimana:

ha,out = entalpi udara keluaran (kJ/kg)

ha,in = entalpi udara masukan (kJ/kg)

Page 30: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

BAB III

SISTEM PENDINGIN PADA PLTU

PLTU adalah Pembangkit Listrik dengan penggerak utama turbin uap, dimana

uap tersebut diproduksi oleh ketel melalui proses pembakaran. Ciri fisik yang paling

menonjol dari pembangkit listrik tenaga uap modern (selain cerobong asap) adalah

generator uap atau boiler, seperti yang terlihat pada Gambar, dimana proses

pembakaran, dari bahan bakar (fosil, minyak, gas alam, atau batubara memanaskan air

sehingga meningkatkan suhu air sampai temperature cair jenuh, kemudian

menguapkan air untuk membentuk uap jenuh dan selanjudnya meningkatkan suhu uap

sampai kondisi uap superheat.

Page 31: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 3.1. Pembangkit listrik tenaga uap

Dalam siklus Rankine sederhana, uap mengalir ke turbin, di mana sebagian dari

energi diubah menjadi energi mekanik yang diteruskan oleh poros untuk

menggerakkan generator listrik. Setelah uap berekpansi didalam turbin kemudian

mengalir keluar dari turbin dan mencair di kondensor. Sebuah pompa air umpan

mengalirkan air ke generator uap. Panas yang dilepas dari kondensor selanjudnya

disalurkan ke unit pelepas panas dan dibuang ke atmosfir, sungai, danau ataupun laut.

Page 32: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 3.2 Siklus Rankin sederhana

Persamaan aliran per satuan massa uap

Efisiensi Thermal siklus Rankine didefinisikan sebagai:

Condenser

where

Boiler

Turbine

Pump

(kJ /kg )(qin−qout )+(w in−wout )=he−hi

w pump , in=(h2−h1)=v (P2−P1)(q=0 )

w turbine ,out=(h3−h4 )(q=0 )

(w=0 ) q in=h3−h2

v≃v1≃v f @P 1h1=h f @P 1

qout=h4−h1(w=0 )

ηth=wnet

q in

=1−qout

qin

wnet=q in−qout=wturbine ,out−wpump , in

Page 33: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

3.1 Sistem Pendinginan dengan Air Laut

Penggunaan air laut sebagai media pendingin pada sistem air pendingin utama

PLTU berpotensi menimbulkan korosi dan menimbulkan fouling pada peralatan

sistem air pendingin utama, mengingat pada air laut tersebut terdapaat

mikroorganisme dan biota laut seperti teritip, karang, ganggang, tiram dan jenis

tumbuhan laut lainnya yang menjadi penyebab utama terjadinya fouling.

Untuk mengantisipasi tejadinya fouling tersebut maka sebelum air laut melakukan

proses pendinginan, dilakukan beberapa treatment diantaranya dilakukan

penginjeksian chlorine yang bertujuan untuk melemahkan mikroorganisme dan biota

laut agar tidak menempel pada saluran pipa, kemudian setelah itu air laut dilewatkan

ke screening plant yang berfungsi untuk menyaring benda-benda padat dan biota laut.

Tetapi pada kenyataannya penginjeksian chlorine ataupun screening plant masih

dinilai kurang efektif mengingat masih banyak terdapat fouling pada beberapa

peralatan sistem air pendingin utama. Maka untuk itu sebagai pencegahan terjadinya

fouling digunakan sebuah peralatan tambahan yang disebut Impressed Current Anti-

Fouling (ICAF).

Fungsi ICAF adalah untuk mencegah atau menghambat tumbuhnya fouling,

dimana dalam hal ini fouling disebabkan oleh biota laut, seperti teritip, kerang,

ganggang, tiram dan jenis tumbuhan laut lainnya.. ICAF tergolong metode terbaru

untuk pencegahan pertumbuhan fouling yaitu dengan menggunakan impressed

current. Metode ini diterapkan untuk menghambat tumbuhnya fouling pada lambung

kapal atau pun pada sistem pendingin suatu kapal seperti halnya yang telah diterapkan

Page 34: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

pada sistem pendingin salah satu kapal perang korvet kelas sigma yang dimiliki oleh

TNI AL. Beracuan dengan hal tersebut maka tidak menutup kemungkinan jika metode

ICAF ini juga dapat digunakan sebagai tambahan pencegahan terjadinya fouling

seperti pada sistem air pendingin utama di PLTU Paiton khususnya pada unit 1 dan 2

yang menggunakan air laut sebagai media pendingin utamanya. Fouling ini sangatlah

merugikan jika terdapat pada peralatan sistem air pendingin utama diantaranya adalah

dapat mengurangi aliran air laut, mengurangi efisiensi alat penukar kalor, korosi pada

pipa kondensor, dan membutuhkan biaya untuk pembersihan fouling tersebut.

3.1.1. Penggunaan Klorin Sebagai Media Penanggulangan Fouling

Klorin (Cl2) merupakan salah satu unsur yang ada dibumi dan jarang dijumpai

dalam bentuk yang bebas. Pada umumnya klorin dijumpai dalam bentuk terikat

dengan unsur atau senyawa lain membentuk garam nantrium klorida (NaCl) atau

dalam bentuk ion klorida di air laut. Dalam kehidupan manusia, klorin memegang

peranan penting yaitu banyak benda-benda yang kita gunakan setiap hari mengandung

klorin seperti peralatan rumah tangga, alat kesehatan, kertas, obat dan produk farmasi,

pendingin, semprotan pembersih, pelarut dan berbagai produk lainnya.

Klorin pertama kali pertama kali diidentifikasi oleh seorang ahli farmasi dari

Swedia, Carl Wilhem Scheele pada tahun 1774, dengan meneteskan sedikit larutan

asam klorida (HCl) pada lempeng mangan oksida (MnO2) yang menghasilkan gas

berwarna kuning kehijauan. Reaksi dari percobaan tersebut adalah sebagau berikut :

4HCl(ag) + MnO2(s) Cl(g) + MnCl2(ag) + 2H2O(l)

Page 35: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada saat itu, Schelee belum dapat memastikan kandungan gas tersebut. Pada

tahun 1980 Sir Humphrey Davy, Seorang ahli kimia Inggris menyatakan bahwa gas

kuning kehijauan pada percobaan Scheele adalah sebuah unsur dan menamakannya

Cholorine, berasal dari bahasa Yunani khloros yang berarti hijau.

Pada tahun 1994, Scott menyatakan bahwa klorin dalam suhu kamar berbentuk

gas termasuk unsur halogen (Golongan VII), sangat reaktif ddan merupakan oksidator

kuat yang mudah beraksi dengan unsur. Pada suhu -34oC, klorin berbentuk cair pada

suhu -103 oC berbentuk padatan kristal.

Tabel 3.1 Kadar ion-ion halogen pada perairan alami

Anion Halogen Ait Tawar (mg/liter) Air Laut (mg/liter)

Klorida (Cl-) 8,3000 19000,00

Forida(Fl-) 0,2600 1,30

Bromida (Br-) 0,0060 66,00

Iodida (I-) 0,0018 0,06

Sumber : Effendi, H, 2003

Secara alami, klorin terdapat dalam bentuk ion klorida dengan jumlah yang relatif

jauh lebih besar dibandingkan ion-ion halohen lainnya. Kelimpahan ion-ion halogen

di perairan alami seperti ditunjukanpada tabel. Klorine dalam bentuk garam (contoh

NaCl) merupakan bentuk yang paling aman, sedangkan dalam bentuk gas, klorin

dapat diperoleh dengan mengekstraksi larutan garam NaCl dengan car elektrolisis.

Proses elektrolisa larutan garam ini dapat diuraikan senagai berikut :

Garam + Air elektrolisa Klorin + Soda Kaustik + Hidrogen

Page 36: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

2NaCl(s) + 2H2O(a)elektrolisa Cl2(g) + 2NaOH(l) + H2(l)

Disamping mempunyai fungsi berarti bagi manusia, klorin juga berdampak

negatif bagilingkungan. Untuk mencegah terjadinya kerusakan lingkungan akibat

pembuangan limbah, korin maka suatu industri diwajibkan mengelola limbahnya

terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan. Hal ini sesuai dengan pasa 16 ayat

(1) Undang-undang no. 23 Tahun 1997 tentang pengelolaan lingkungan hidup yang

menyebutkan bahwa “Setiap penanggung jawab usaha dan/atau kegiatan wajib

melakukan pengelolaan limbah hasil usaha dan/atau kegiatan”. Selain itu untik

mencegah terjadinya pencemaran pada badan air, Pemerintah melalui Keputusan

Mentri Negara Lingkungan Hidup Nomor Kep-51/MenLH/1995 tentang Baku Mutu

Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri menetapkan parameter dan batasan konsentrasi

dari limbah cair yang dibuang. Salah satu parameter terdapat dalam baku mutu

tersebut adalah klorin dengan batasan 1 mg/liter dalam bentuk klorin bebas (Cl2).

3.1.2 Kualitas Air PLTU

Kualitas air yang dibutuhkan oleh sebuah PLTU tergantung dari kualitas sumber

air, lokasi PLTU berdiri, karakteristik bahan bakar, desain tekanan dari boiler, serta

regulasi mengenai penanganan air didaerah setempat. Sedangkan untuk kualitasnya,

ada beberapa jenis air dengan spesifikasi yang berbeda-beda digunakan di PLTU.

Secara umum jenis-jenis air yang digunakan di PLTU.

Untuk PLTU yang mengguanakan air laut sebagai media pendinginan,

penggunaan airnya sama dengan pendinginan dengan mengguanakn media lain. Air

dipergunakaan untuk merubah uap yang berasal dari turbin menjadi air kembali

sebagai rangkaian siklus rankine. PLTU ini menggunakan kondensor dengan material

yang tahan terhadap korosi. Air laut yang telah mengalami proses filtrasi dipompa

Page 37: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

untuk masuk kedalam kondensor sisi tube sebagai media pendingin uap yang

mengalir disisi shell. Proses filtrasi tersebut menggunakan alat bernama trash rake

dan travelling screen. Trash rake menjadi tahap filtrasi sebelum travelling screen.

Trash rake berfungsi sebagai penagkal kotoran-kotoran laut yang ukurannya besar.

Sedangkan travelling screen berfungsi untuk memfilter air laut dari kotoran-kotoran

yang beukuran lebih kecil.

Selain proses filtrasi, air laut tersebut juga telah disuntikan bahan kimia tertentu

untuk mencegah hewan-hewan laut berkembang biak di area inlet dan outlet air laut.

Pada sisi tube kondensor digunakan sistem tube cleaner yang berfungsi untuk

menjaga kebersihan tubing kondensor agar tidak terjadi penyumbatan.

3.1.3 Penggunaan Klorin di PLTU

Pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) pemakaian klorin yang digunakan

pada sistem pendingin (cooling system) sebagai pengontrol biological fouling. Untuk

PLTU yang menggunakan air sungai maupun air tanah sebagai pendingin, klorin

digunakan sebagai biosideuntik mengatasi fouling mussels. Pada PLTU yang

menggunakan air laut sebagai pendingin, biasanya dilengkapi dengan unit klorinasi

(chlorination plant). Fungsi klorin disini adalah untuk mencegah tumbuhny alga yang

menjadi nutrisi tritip (barancles) pada dinding pipa kondensor. Apabila terjadi

penempelan alga dan tritip pada pipa kondensor, akibatnya akan mengurangi efisiensi

kondensor tersebut.

Tujuan yang paling mendasar dari penambahan klorin tersebut adalah untuk

menciptakan suatu kondisi yang bertentangan dengan kondisi lingkungan hidup

organisme laut, sehingga mereka tidak dapat tumbuh dan berkembang. Penambahn

klorin juga bersifat kontinyu atau berkelanjutan dengan kejutan (frekuensi waktu).

Titik-titik penambahan klorin yang menggunakan air laut sebagai pendingin, seperti

Page 38: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

ditunjukan pada gambar 2. Penambahan klorin pada kepala pipa intake (Titik 1)

secara kontinyu, akan efektif dalam mengontrol moluska, alga, slime dam weed, serta

mencegah kerang/tritip mengendap dipipa. Penambahan klorin dekat dengan kepala

house pump (Titik 2) adalah untuk menjaga air agar bebas dari bio fouling.

Penambahan klorin di kondensor (Titik 3) adalah untuk menjaga agar permukaan

pendingin kondensor bebas dari bio fouling, sehingga efisensi kondensor dapat

dipertahankan.

Gambar 3.3 Titik lokasi penambahan klorin

3.1.4 Peralatan Sistem Pendingin

A. Stop Blok

Sebagai pintu utama air laut masuk

Sebagai penahan air laut agar tidak masuk kanal pada saat ada

pemeliharaan di circulating water pump (CWP)

B. Saringan Kasar ( Bar screen )

Page 39: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Berfungsi untuk menangkap benda-benda berukuran sedang yang terbawa

air pendingin.

Terbuat dari batang logam pipih yang dirangkai sehingga membentuk

semacam teralis.

Dipasang pada mulut saluran masuk air pendingin sebelum saringan putar.

Pada daerah yang kualitas airnya buruk (banyak sampah), didepan

saringan kasar dipasangi saringan berupa jaring yang biasa disebut net

untuk menyaring sampah yang elastis seperti plastik dan sebagainya.

B.1 Saringan Putar ( Travelling Screen )

Untuk menyaring semua benda sampai yang berukuran relatif kecil dan

yang lolos dari Barscreen.

Berupa rangkaian segmen – segmen kasa baja yang membentuk suatu

screen.

B.2 Pompa Penyemprot Saringan Putar ( Screen Wash Pump )

Merupakan pemasok air bertekanan (3.0 kg/cm2 ) yang dialirkan ke

nosel penyemprot guna membersihkan saringan putar. Air yang digunakan

adalah juga air pendingin utama. Pompa ini dapat dioperasikan secara manual

ataupun otomatis. Dalam posisi otomatis, pompa akan start secara otomatis

bila perbedaan tekanan (Differensial Pressure) air melintasi saringan putar

tinggi. Perbedaan tekanan yang tinggi mengindikasikan bahawa saringan

sudah mulai tersumbat sampah. Manakala perbedaan tekanan sudah normal

kembali, maka pompa akan stop secara otomatis.

Page 40: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

B.3 Pompa Pendingin Utama ( Circulating Water Pump )

CWP adalah bagian pertama dari system pendingin. Pompa ini yang

bertugas untuk mengambil air pendingin dari laut. Pompa ini biasanya terletak

pada areal Water Intake. Pada PLTU Muara Karang terdapat 9 buah pompa

CWP. Pompa ini bentuknya vertical dengan suctionnya berada pada

kedalaman laut yang agak dalam, sehingga bisa dihasilkan air pendingin yang

maksimal.

Dari CWP, air dipompakan menuju dua alat pendingin lainnya yakni

kondensor dan Heat Exchanger.

C. Katup ( Valves )

Berfungsi sebagai katup pada proses open atau close menggunakan

electric motor.

D. Kondensor

Kondensor adalah alat yang berfungsi untuk mengembunkan uap yang

telah memutar turbin untuk dijadikan air yang akan digunakan untuk siklus

selanjutnya

E. Heat Exchanger

Peralatan pada system pendingin selanjutnya adalah Heat Exchanger.

HE adalah pendingin air tawar. Sama seperti kondensor, alat pendingin HE

menggunakan air laut. Air tawar yang didinginkan di HE adalah air tawar

yang juga berfungsi sebagai air pendingin. Air tawar ini berfungsi untuk

mendinginkan :

Page 41: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

1. Gas H2 pendingin generator

2. Minyak pelumas turbin

3. Minyak pelumas peralatan-peralatan unit lainnya seperti Pompa, FD

Fan dan lain-lain

Pada gambar dibawah ini bisa dilihat cara kerja HE. Air laut mengalir

melalui tube-tube HE, sedangkan air tawar yang didinginkan berputar

mengelilingi tube-tubenya.

Gambar 3.4 Heat exchanger

F. ACW (Auxiliary Cooling Water) Pump

Alat terakhir pada system pendingin adalah ACW Pump (Auxiliary

Cooling Water Pump) yang berfungsi untuk mendistribusikan air tawar yang

sudah didinginkan oleh HE ke seluruh peralatan di unit.

G. Vacum Priming Pump

Menarik keluar udara yang tersekat dalam water box condensor bagian

atas yang tidak terisi penuh air laut.

Page 42: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

3.1.5 Prinsip Kerja Sistem Pendinginan PLTU dengan Media Air Laut

(Pendinginan Utama)

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.

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 bar (bar screen) agar kotoran-kotoran yang

lolos dari saringan net dapat tersaring kembali. Setelah melewati penyaringan di Net

dan Bar Screen, air laut tersebut masuk ke Travelling screen agar kotoran yang lolos

dari kedua saringan tersebut dapat terangkat. Kotoran yang menempel di screen

dibersihkan oleh screen wash pump dengan menyemprotkan air dari sisi dalam

Travelling Screen, sampah/kotoran akan jatuh ke pit. Kemudian air laut yang telah

tersaring di Travelling Screen mengalir 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 Jawa melalui Outfall.

Page 43: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

3.1.6 Pengoperasian Pendinginan PLTU dengan Media Air Laut (Pendinginan

Utama)

Sebelum sistem pendingin dioperasikan, maka harus dilakukan pemeriksaan dan

persiapan peralatan terlebih dahulu Pemeriksaan mencakup kondisi alat apakah dalam

pemeliharaan (di tagging) atau kondisi stand by

Persiapan pengoperasian sistem pendingin meliputi :

Persiapan terhadap keselamatan kerja

Pelumasan

Level tangki (head tank) pendingin bantu cukup

Sumber tenaga listrik

Sistem kontrol

Semua manhole pada saluran maupun pada kondensor dalam keadaan tertutup

Salah satu heat exchanger air pendingin bantu siap dioperasikan

Posisi katup-katup dalam posisi yang benar (katup masuk kondensor membuka

penuh, katup keluar kondensor tertutup penuh. Katup drain dan venting kondensor

tertutup. Sistem backwash (bila ada) dalam kondisi tidak bekerja.

Venting atau priming pump (bila ada) dalam keadaan siap operasi.

Air lincir (gland seal/lubricating water) untuk pompa CWP tersedia

Bila semua Permissive ( syarat-syarat) sudah terpenuhi, informasikan pada

operator lokal pompa CWP yang akan distart. Kalau semua telah siap, tekan tombol

”START” pompa dan pompa akan start secara automatic menurut Sequencialnya :

Check Sequence Start Permit

Open CWP Discharge Valve

Page 44: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Start CWP

CWP Discharge Valve Timer

CWP Sequence fault Timer

Closed CWP Discharge/ Seal Water

Closed Discharge Valve & Stop CWP

Closed CWP Seal Water

Sesaat pompa yang distart telah beroperasi, bersama itu pula atur pembukaan

”Outlet Valve”kondensor 25-30 % untuk mempertahankan tekanan Header 1,3

Kg/Cm2. Untukmenjalankan pompa CWP yang lain untuk kondensor yang sama,

ikuti prosedur yang samakemudian buka ”Oulet Valve” kondensor 100 %.

3.2 Prinsip Kerja Sistem Pendingin PLTU Menggunakan Air Sungai

Gambar 3.5 Skema Sistem Pendingin PLTU Menggunakan Air Sungai

3.2.1 Tahap Pengolahan Air Sungai

A. Tahap Pengolahan Awal

Page 45: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Sistem pengolahan air baku (air sungai) menjadi air bersih dapat dilakukan

dengan beberapa tahap:

Penyaringan dan Pengendapan

Penyaringan dan pengendapan bertujuan untuk memisahkan air baku dari zat-

zat, seperti: sampah, daun, rumput, pasir dan lain-lain berdasarkan berat jenis

zat.

Koagulasi 

Koagulasi adalah proses pembubuhan bahan kimia Al2(SO4)3 (Tawas) kedalam

air agar kotoran dalam air yang berupa padatan resuspensi misalnya zat warna

organik, lumpur halus, bakteri dan lain-lain dapat menggumpal dan cepat

mengendap.

Flokulasi

Flokulasi adalah proses pembentukan flok sebagai akibat gabungan dari koloid-

koloid dalam air baku (air sungai) dengan koagulan. Pembentukan flok akan

terjadi dengan baik jika di tambahkan koagulan kedalam air baku (air sungai)

kemudian dilakukan pengadukan lambat.

Sedimentasi

Setelah proses koagulasi dan flokulasi, air tersebut di diamkan sampai

gumpalan kotoran yang terjadi mengendap semua. Setelah kotoran mengendap

air akan tampak lebih jernih.

Filtrasi 

Pada proses pengendapan tidak semua gumpalan kotoran dapat diendapkan

semua. Butiran gumpalan kotoran kotoran dengan ukuran yang besar dan berat

Page 46: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

akan mengendap, sedangkan yang berukuran kecil dan ringan masih melayang-

layang dalam air. Untuk mendapatkan air yang betul-betul jernih harus

dilakukan proses penyaringan. Penyaringan dilakukan dengan mengalirkan air

yang telah diendapkan kotorannya ke bak penyaring yang terdiri dari saringan

pasir silika.

Desinfeksi 

Pemberian desinfektan (gas khlor) pada air hasil penyaringan bertujuan agar

dapat mereduksi konsentrasi bakteri secara umum dan menghilangkan bakteri

pathogen (bakteri penyebeb penyakit).

B. Tahap Demineralisasi

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 sebesar hanya 20-30 μS/cm dari 1000 μS/cm pada saat sebelum

proses.

Selanjutnya air dialirkan menuju mixed bed dengan tujuan untuk menangkap

ion-ion baik positif maupun negatif yang terdapat di dalam air dengan menggunakan

resin. Resin merupakan polimerisasi dari difinil benzena dan stirine serta ditambah

dengan gugus aktif. Kation resin memiliki gugus aktif H+ sedangkan anion resin

memiliki gugus aktif OH-.

Prinsip Reverse Osmosis

Page 47: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 3.5 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.

BAB IV

SISTEM PENDINGIN PADA PLTP

4.1 Energi Panas Bumi

Page 48: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Energi pans bumi adalah salah satu sumber daya alam yang berupa air panas

atau uap yang terbentuk melalui pemanasan secara alami. Hal-hal yang perlu

mendapat perhatian dalam pemilihan teknologi penggunaan energi panas bumi untuk

dikonversikan menjadi listrik antara lain :

a. Temperatur

Fluida panas bumi bertemperatur tinggi > 225 oC telah lama digunakan

untuk pembangkit listrik. Temperatur sedang 150 – 225 oC.

b. Cadangan sumberdaya hingga 25 – 30 tahun

c. Kwalitas uap :

Diharapkan yang mempunyai pH hampir netral, karena bila pH sangat

rendah laju korosi kematerial akan lebih cepat.

d. Kedalaman sumur dan kandungan kimia : biasanya tidak lebih dari 3 km,

tidak terlalu dalam. Lokasi relatif mudah dicapai.

e. Dilokasi yang kemungkinan terjadinya erupsi hydrothermal relatif rendah.

Diproduksinya fluida panas bumi dapat meningkatkan kemungkinan

terjadinya erupsi hydrothermal.

Gambar 4.1 reservoar

Page 49: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

4.2 Pembangkit Listrik Tenaga Panas (PLTP)

Panas bumi adalah energi terbaru yang bersih dan memiliki beberapa

keunggulan : Mudah didapat secara kontinyu dalam jumlah besar, ketersediaan tidak

berpengaruh oleh cuaca, bebas polusi udara karena tidak menghasilkan gas berbahaya.

Lapangan panas bumi kamojang diperkirakan memiliki potensi energi sebesar 300

Mwe. Indonesia merupakan negara dengan potensi panas bumi terbesar di dunia

dengan potensi panas bumi sebesar 27 GWe (potensi panas bumi dunia 50 Gwe).

Potensi ini perlu dikembagkan untuk memenuhi kebutuhan energi dalam negeri dan

mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil yang semakin menipis. Saat ini UBP

kamojang mengoperasikan PLTP dengan kapasitas total sebesar 375 MW.

4.3 Komponen Utama dari PLTP

4.3.1 Kepala Sumur dan Valve

Seperti halnya sumur-sumur minyak dan gas, disumur panas bumi juga

dipasang beberapa valve (katup) untuk mengatur aliran fluida. Valve – valve tersebut

ada yang dipasang di atas atau didalam sebuah lubang yang dibeton (concrete cellar).

Gambar 4.2 Rangkaian valve di lapangan panas bumi

Pada kepala sumur umumnya ada 4 buah valve, yaitu :

Page 50: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

A : Master Valve atau Shut off Valve : untuk mengisolasi sumur untuk keperluan

perawatan.

B : Service Valve : untuk mengatur aliran fluida yang akan dimanfaatkan.

C : By pass Valve : untuk mengatur aliran fluida yang ke Silincer, atau tempat

penampungan air/pembuangan.

D : Untuk memungkinkan peralatan atau reamer diturunkan secara vertikal.

Disamping itu biasanya dilengkapi juga oleh Bleed Valve : yaitu valve untuk

menyemburkan ke udara dengan laju aliran sangat kecil (bleeding), saat sumur tidak

diproduktifkan. Fluida perlu dikeluarkan dengan laju alir sangat kecil agar sumur

tetap panas dan gas tidak terjebak di dalam sumur, dan juga untuk menghindari

terjadinya thermal shock atau perubahan panas secara tiba-tiba yang disebabkan

karena pemanasan atau pendinginan mendadak dapat dihindarkan.

4.3.2 Separator

Separator berfungsi untuk memisahkan uap dari air yang bercampur dalam

aliran dua fasa. Separator yang mempunyai effisiensi yang tinggi adalah jenis Cyclon,

dimana aliran uap yang masuk dari arah samping dan berputar menimbulkan gaya

sentrifugal. Air akan terlempar ke dinding, sedangkan uap akan mengisi bagian

tengah pipa, dan mengalir keatas.

Gambar 4.3 Separator Cyclone

Page 51: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Uap yang keluar dari jenis ini mempuyai dryness yang sangat tingg,

lebih dari 99%. Effisiensi dari jenis ini akan berkurang bila kecepatan

masuk lebih dari 50 m/detik.

4.3.3 Silincer

Silincer adalah merupakan silinder yang didalamnya diberi suatu pelapis untuk

mengendap suara dab bagian atasnya terbuka. Fluida dari sumur yang akan

ddisemburkan untuk dibuang, akan menimbulkan kebisingan yang luar biasa hingga

dapat memekakkan telinga dan bahkan bila tanpa perlindungan telinga, dapat

menyebabkan rusaknya pendengaran. Untuk mengurangi kebisingan dan biasanya

juga mengontrol aliran fluida yang akan dibuang.

Gambar 4.4 Silincer

4.3.4 Turbin Uap

Turbin uap adalah suatu mesin penggerak, yang menggunakan energi dari

fluida kerja (uap) untuk menggerakkan/memutar sudu-sudu Turbin. Sudu-sudu Turbin

ini memutar poros, poros karena dikopling dengan Generator, maka akan

menggerakkan Generator menghasilkan listrik.

Pada dasarnya dikenal 2 jenis :

Turbin dengan tekanan keluaran sama dengan tekanan udara luar (Atmospheric

Exhaust / Back Pressure Turbine) atau disebut juga Turbin tanpa Condenser.

Page 52: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada jenis ini uap keluar dari Turbin langsung dibuang ke udara.

Turbin dengan Condenser (Condensing unit Turbine).

Pada jenis ini uap keluar dari Turbin dikondensasikan lagi menjadi air di Condenser.

Gambar 2.2.4 Turbin Back Pressure

Gambar 2.2.5 Turbin Uap dengan Condensor

4.3.5 Condensor

Fungsi Condenser adalah untuk mengkondensasikan uap menjadi air dengan

cara membuat kondisi vakum di dalam bejana (condenser). Proses terjadinya vakum

dengan cara Thermodinamika bukan cara mekanik.

Fluida yang keluar dari Turbin masuk ke Condenser sebagian besar adalah uap

bercampur dengan air dingin, di condenser akan mencapai kesetimbangan massa dan

energi.

Page 53: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada volume yang sama, air akan mempunyai massa ratusan kali lipat dibandingkan

dengan uap. Sehingga jika uap dalam massa tertentu mengisi seluruh ruangan dalam

condenser, kemudian disemprotkan air maka uap akan menyusut volumenya, karena

sebagian atau seluruhnya berubah menjadi air (tergantung jumlah air yang

disemprotkan) yang memiliki volume jauh lebih kecil. Akibat penyusutan volume uap

dalam Condneser inilah akan mengakibatkan kondisi ruangan dalam Condenser

menjadi vacuum.

Gambar 2.2.6 Direct Contact Condensor

4.3.6 Gas Extraction

Untuk menjaga agar kondisi di dalam comndenser tetap vacuum, maka Non

Condensable Gas (NCG) harus dikeluarkan dari Condenser, dengan cara diisap oleh

Ejector.

Page 54: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.2.7 Sistem Gas Extraction

4.3.7 Menara Pendingin (Cooling Tower)

Cooling Tower ini menggunakan Fan/kipas untuk menghisap udara. Udara

dihisap melalui Louver/pengarah dari samping masuk ke dalam Cooling Tower terus

dihisap ke atas, udara dingin ini kontak langsung dengan air yang jatuh dari bak atas

menuju bak bawah, sehingga air panas keluar dari Condenser (50 C) dipompa menuju

ke Cooling Tower didinginkan dengan udara sehingga temperaturnya turun menjadi

26-27 C.

Gambar 2.2.8 Cooling Tower

Page 55: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

4.3.8 Proses Produksi Energi Listrik

Energi primer untuk PLTP kamojang adalah uap panas bumi yang dipasok

Pertamina dimana uap dari sumur produksi lapangan panas bumi Kamojang dialirkan

melalui beberapa Pipe Line (PL 401, 402, 403, 404).

Uap dari sumur produksi mula-mula dialirkan ke steam receiving header, yang

berfungsi menampung uap panas bumi yang di supply dari beberapa lapangan sumur

produksi uap (Vent structured) yang berfungsi untuk menjaga tekanan pasokan uap ke

pembangkit apabila terjadi perubahan pasokan dari sumur produksi maupun terjadi

perubahan pembebanan dari pembangkit. Selanjutnya melalui flow meter dialirkan ke

separator yang berfungsi untuk memisahkan partikel padat yang terbawa dari sumur

produksi dan demister untuk memisahkan butiran air dari uap panas bumi. Hal ini

dilakukan untuk menghindari terjadinya vibrasi erosi dan pembentukkan kerak pada

sudu dan nozzle turbine.

Uap yang telah dibersihkan itu dialirkan melalui main steam valve/electric

control valve/governor valve menuju ke turbin. Di dalam turbin, uap tersebut

berfungsi untuk memutar double flow condensing yang dikopel dengan generator

pada kecepatan 3000 rpm. Proses ini menghasilkan energi listrik dengan arus 3 fasa,

frekuensi 50 Hz, dan tegangan 11,8 kV. Melalui step-up transformer, arus listrik

dinaikkan tegangannya hingga 150 kV, selanjutnya dihubungkan secara parallel

dengan sistem penyaluran Jawa-Bali.

Agar turbin bekerja secara efisien, maka exhaust steam yang keluar dari turbin

harus dalam kondisi vakum (0,10 bar), dengan mengkondensasikan uap dalam

kondensor kontak langsung yang dipasang di bawah turbin. Exhaust steam dari turbin

masuk dari sisi atas kondensor, kemudian terkondensasi sebagai akibat penyerapan

Page 56: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

panas oleh air pendingin yang di injeksikan lewat spray-nozzle. Level kondensat

dijaga selalu dalam kondisi normal oleh dua buah cooling water pump, lalu di

dinginkan dalam cooling water sebelum disirkulasikan kembali.

Untuk menjaga kevakuman kondensor, gas yang tak terkondensasi harus

dikeluarkan secara kontinyu oleh sistem ekstrasi gas. Gas-gas ini mengandung CO2

85-90 % wt ; H2S 3,5 % wt; sisanya adalah N2 dan gas-gas lainnya. Di kamojang dan

Gunung Salak, sistem ekstrasi gas terdiri atas first-stage dan second-stage sedangkan

di Darajat terdiri dari ejector dan liquid ring vacuum pump.

Sistem pendingin di PLTP merupakan sistem pendingin dengan sirkulasi tertutup

dari air hasil kondensasi uap,dimana kelebihan kondensat yang terjadi direinjeksi ke

dalam sumur reinjeksi. Prinsip penyerapan energi panas dari air yang disirkulasikan

adalah dengan mengalirkan udara pendingin secara paksa dengan arah aliran tegak

lurus, mengunakan 5 forced draft fan. Proses ini terjadi dalam cooling water.

4.3.9 Diagram Proses PLTP

Gambar 2.4 Diagram PLTP

Page 57: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

4.3.10 Flow Diagram Proses PLTP

Page 58: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

4.3.11 Sistem Pendingin pada PLTP

Sistem Pendingin

Sistem pendingin adalah sistem yang sangat diperlukan karena sistem

ini yang mengatur perpindahan panas den menjaga kestabilan suhu dan

tekanan unit.

Sistem pendingin pada PLTP terdiri dari 3 komponen utama,

yaitu :

Page 59: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

- Condensor

- Cooling tower

- Main cooling water pump

Page 60: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

BAB V

SISTEM PENDINGIN PLTN

5.1 Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik

thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir

pembangkit listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat

bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor

dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per

unit pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe.

5.2 Cara kerja PLTN

Prinsip kerja PLTN sebenarnya mirip dengan pembangkit listrik lainnya,

misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Uap bertekanan tinggi pada PLTU

digunakan untuk memutar turbin. Tenaga gerak putar turbin ini kemudian diubah

menjadi tenaga listrik dalam sebuah generator.

Page 61: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang

digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti

Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta

membebaskan 2 sampai 3 buah neutron.

Pada PLTN terdapat reaktor nuklir yang menghasilkan panas (lihat gambar),

selanjutnya panas tersebut diserap oleh oleh air dengan tekanan tinggi yang

disirkulasikan kereaktor tersebut kemudian dialirkan kedalam steam generator

(semacam boiler) untuk memanaskan air. Akibat pemanasan ini maka temperatur air

didalam steam generator akan meningkat sehingga pada tempreratur tertentu akan

berubah menjadi uap dengan temperatur dan tekanan yang tinggi dan dialirkan

Page 62: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

kedalam steam turbine sehingga turbin dapat berputar. Karena turbine dihubungkan

dengan electric generator, maka ketika electric generator berputar dapat mengasilkan

tenaga listrik, dan dengan sistim jaringan transmisi tenaga listrik dari PLTN tersebut

didistribusikan ke semua pelanggan.

Sementara itu uap air yang keluar dari steam turbine setelah memutarkan turbine

dialirkan kedalam condensor untuk didinginkan sehinga kembali menjadi air dan

dipompakan kembali kedalam steam generator.

Secara sederhana, skematik tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Reaksi

fisi berantai terjadi di reaktor, dengan bahan bakar  U-235 dalam bentuk batangan

(kira-kira sepanjang 2,5 cm). Batangan U-235 dikontrol oleh batang pengontrol.

Operator menaikturunkan batang pengontrol ini untuk mengontrol kecepatan reaksi

berantai. Batang turun berarti semakin cepat reaksi terjadi, begitu juga sebaliknya.

Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi dibawa dalam bentuk panas oleh fluida

khusus ke tabung air. Panas ini mendidihkan air yang uapnya dibawa oleh pipa untuk

menggerakkan turbin. Di belakang turbin ada generator yang mengubah energi gerak

mekanik menjadi listrik.

Uap air yang telah menggerakkan turbin kehilangan panasnya dan berubah

kembali menjadi air. Untuk mempercepat proses pendinginan, air dingin dari menara

air disalurkan lewat pipa. Air yang telah dingin dipompa kembali ke tabung air.

Begitu seterusnya.

Jadi sesungguhnya cuma ada tiga jenis pembangkit listrik: bertenaga air

(turbin digerakkan oleh air), bertenaga uap (digerakkan oleh uap air), dan bertenaga

angin (turbin digerakkan oleh angin ). Permasalahannya adalah: dari mana

mendapatkan air, uap, dan angin tersebut.

Page 63: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

5.3 Jenis reaktor PLTN

5.3.1 Pressurized Water Reactor (PWR)

PWR adalah jenis reaktor daya nuklir yang menggunakan air ringan biasa

sebagai pendingin maupun moderator neutron. Reaktor ini pertama kali dirancang

oleh Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory untuk kepentingan kapal perang,

tetapi kemudian rancangan ini dijadikan komersial oleh Westinghouse Nuclear Power

Division. Reaktor PWR komersial pertama dibangun di Shippingport, Amerika

Serikat yang beroperasi sampai tahun 1982.

Selain Westinghouse, banyak perusahaan lain seperti Asea Brown Boveri-

Combustion Engineering (ABB-CE), Framatome, Kraftwerk Union, Siemens, and

Mitsubishi yang mengembangkan dan membangun reaktor PWR ini. Reaktor jenis ini

merupakan jenis reaktor yang paling umum. Lebih dari 230 buah reaktor digunakan

untuk menghasilkan listrik, dan beberapa ratus lainnya digunakan sebagai tenaga

penggerak kapal.

Gambar Skema Reaktor Pressurized Water Reactor (PWR)

Pada reaktor jenis PWR, aliran pendingin utama yang berada di teras reaktor

bersuhu mencapai 325oC sehingga perlu diberi tekanan tertentu (sekitar 155 atm) oleh

Page 64: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

perangkat pressurizer sehingga air tidak dapat mendidih. Pemindah panas, generator

uap, digunakan untuk memindahkan panas ke aliran pendingin sekunder yang

kemudian mendidih menjadi uap air dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan

listrik. Uap kemudian diembunkan di dalam kondenser menjadi aliran pendingin

sekunder. Aliran ini kembali memasuki generator uap dan menjadi uap kembali,

memasuki turbin, dan demikian seterusnya

5.3.2 Boiling water reactor (BWR)

Reaktor jenis BWR merupakan rancangan reaktor jenis air ringan sebagai

pendingin dan moderator, yang juga digunakan di beberapa Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir. Reaktor BWR pertama sekali dirancang oleh Allis-Chambers dan

General Electric (GE). Sampai saat ini, hanya rancangan General Electric yang masih

bertahan. Reaktor BWR rancangan General Electric dibangun di Humboldt Bay di

California. Perusahaan lain yang mengembangkan dan membangun reaktor BWR ini

adalah ASEA-Atom, Kraftwerk Union, Hitachi. Reaktor ini mempunyai banyak

persamaan dengan reaktor PWR; perbedaan yang paling kentara ialah pada reaktor

BWR, uap yang digunakan untuk memutar turbin dihasilkan langsung oleh teras

reaktor.

Page 65: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar Skema Reaktor Boiling Water Reactor (BWR)

Pada reaktor BWR hanya terdapat satu sirkuit aliran pendingin yang

bertekanan rendah (sekitar 75 atm) sehingga aliran pendingin tersebut dapat mendidih

di dalam teras mencapai suhu 285oC. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju

perangkat pemisah dan pengering uap yang terletak di atas teras kemudian menuju

turbin. Karena air yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh

peluruhan radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi

sewaktu masa pemeliharaan. Kebanyakan zat radioaktif yang terdapat pada air

tersebut beumur paro sangat singkat, misalnya N-16 dengan umur paro 7 detik

sehingga ruang turbin dapat dimasuki sesaat setelah reaktor dipadamkan. Uap tersebut

kemudian memasuki turbin-generator. Setelah turbin digerakkan, uap diembunkan di

kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai

siklus kembali seperti di atas.

5.3.3 Sistem pendingin reaktor PWR

Dalam PWR, kalor yang dihasilkan dalam batang-batang bahan bakar

diangkut keluar dari teras reaktor oleh air yang terdapat di sekitarnya (sistem

Page 66: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

pendingin primer). Air ini secara terus-menerus dipompakan oleh pompa primer ke

dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor (sistem pendingin primer).

Gambar 2. Diagram PLTN Jenis PWR

Untuk mengangkut kalor sebesar mungkin, suhu air dikondisikan mencapai

3000 C. Untuk menjaga air tidak mendidih (yang dapat terjadi pada suhu 1000 C pada

tekanan 1 atm), air diberi tekanan 160 atm. Air panas diangkut melalui suatu alat

penukar panas (heat exchanger), dan kalor dari air panas dipindahkan ke air yang

mengalir di sekitar alat penukar panas (sistem pendingin sekunder). Kalor yang

dipindahkan ke sistem pendingin sekunder memproduksi uap yang memutar turbin.

Turbin dikopel dengan suatu generator listrik, tempat daya keluaran listrik menuju

konsumen melalui kawat transmisi tegangan tinggi. Setelah keluar dari turbin, uap

didinginkan kembali menjadi air oleh pengembun (condenser) dan kemudian

dikembalikan lagi ke alat penukar panas oleh pompa sekuder.

Sistem Keselamatan

Sistem keselamatan operasi reaktor terutama ditujukan untuk menghindari

bocornya radiasi dari dalam teras reaktor. Berbagai usaha pengamanan dilakukan

untuk melindungi pekerja dan anggota masyarakat dari bahaya radiasi ini. Sistem

keselamatan reaktor dirancang mampu menjamin agar unsur-unsur radioaktif di

Page 67: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

dalam teras reaktor tidak terlepas ke lingkungan, baik dalam operasi normal atau

waktu ada kejadian yang tidak diinginkan. Kecelakaan terparah yang diasumsikan

dapat terjadi pada suatu reaktor nuklir adalah hilangnya sistem pendingin teras

reaktor. Peristiwa ini dapat mengakibatkan pelelehan bahan bakar sehingga unsur-

unsur hasil fisi dapat terlepas dari kelongsong bahan bakar. Hal ini dapat

mengakibatkan unsur-unsur hasil fisi tersebar ke dalam ruangan penyungkup reaktor.

Gambar 3. Sistem Penghalang Ganda (Multiple Barrier)

Agar unsur-unsur hasil fisi tetap dalam keadaan terkungkung, maka reaktor

nuklir memiliki sistem keamanan yang ketat dan berlapis-lapis. Karena digunakan

sistem berlapis maka sistem pengamanan ini dinamakan penghalang ganda. Adapaun

jenis penghalang tersebut adalah sebagai berikut:

1) Penghalang pertama adalah matrik bahan bakar nuklir. Lebih dari 99&

unsur hasil fisi akan tetap terikat secara kuat dalam matriks bahan bakar ini.

Page 68: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

2) Penghalang kedua adalah kelongsong bahan bakar. Apabila ada unsur

hasil fisi yang terlepas dari matriks bahan bakar, maka unsur tersebut akan tetap

terkungkung di dalam kelongsong yang dirancang tahan bocor.

3) Penghalang ketiga adalah sistem pendingin. Seandainya masih ada

unsur hasil fisi yang terlepas dari kelongsong, maka unsur tersebut akan terlarut

dalam air pendingin primer sehingga tetap terkungkung dalam tangki reaktor.

4) Penghalang keempat adalah perisai beton. Tangki reaktor disangga

oleh bangunan berbentuk kolam dari beton yang dapat berperan sebagai penampung

air pendingin apabila terjadi kebocoran.

5) Penghalang kelima dan keenam adalah sistem pengungkung reaktor

secara keseluruhan yang terbuat dari pelat baja dan beton setebal dua meter serta

kedap udara.

Gambar Skema RBMK

Pada rancangan reaktor RBMK, terjadi pendidihan aliran pendingin di teras

samapi mencapai suhu 290°C. Uap yang dihasilkan kemudian masuk ke perangkat

pemisah uap yang memisahkan air dari uap. Uap yang telah dipisahkan kemudian

mengalir menuju turbin, seperti pada rancangan reaktor BWR. Masalah yang dihadapi

pada BWR yaitu uap yang dihasilkan bersifat radioaktif juga terjadi pada reaktor ini.

Namun, dengan adanya pemisahan uap, maka terdapat waktu jeda yang menurunkan

Page 69: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

radiasi di sekitar turbin. Dengan menggunakan moderasi netron yang sangat

bergantung pada grafit, apabila terjadi pendidihan yang berlebihan, maka aliran

pendingin akan berkurang sehingga penyerapan netron juga berkurang, tetapi reaksi

fisi akan semakin cepat sehingga dapat menimbulkan kecelakaan

Page 70: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

BAB VI

SISTEM PENDINGIN LPTA

6.1. Pengertian Umum PLTA

Secara harfiah pembangkitan adalah sesuatu atau hal hal atau suatu aktivitas

untuk membangkitkan sesuatu, atau timbulnya efek (hasil) tertentu akibat adanya

pembangkitan. Dalam hal ini adalah pembangkitan listrik yang berarti pembangkitan

sumber energi menjadi energi listrik.Sehingga PLTA adalah pembangkitan energi

listrik dengan menggunakan potensi air sebagai sumber energi untuk menghasilkan

energi listrik.

Pembangkitan tenaga listrik yang banyak dilakukan dengan cara memutar

generator sinkron sehingga didapatkan tenaga listrik arus bolak balik tiga fasa. Tenaga

mekanik yang dipakai memutar generator listrik didapat dari mesin penggerak

generator listrik atau biasa disebut penggerak mula ( primover ). Mesin penggerak

generator listrik yang banyak digunakan adalah mesin diesel, turbin uap, turbin air,

dan turbin gas.

Potensi pada sumber air banyak digunakan pada besarnya debit arus air untuk

menggerakan turbin air yang dikopel dengan generator. Contoh dari potensi

pembangkitan ini ada pada PLTA Saguling, Cirata, maupun Jatiluhur. Secara

kompleks banyak bagian komponen PLTA yang kompleks seperti turbin, generator,

dan gearbox. Bagian bagian komponen yang besar dan kompleks inilah yang dapat

menyebabkan panas berlebih, sehingga diperluka sistem lain yakni sistem

pendinginan.

Page 71: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

6.2. Sistem Pendinginan

6.2.1. Sistem Pendinginan Pada Generator

Generator merupakan perangkat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik

menjadi energy listrik. Tenaga listrik yang dihasilkan generator dapat berupa arus

searah (DC) maupun arus bolak balik (AC). hal ini bergantung dengan konstruksi dari

generator dan sistem pengambilan arusnya.

Generator terdiri atas bagian yang berputar yang disebut rotor dan bagian yang

diam yang disebut stator, dan celah udara yang memisahkan antara stator dan rotor.

Putaran rotor yang terus menerus terhadap stator menyebabkan meningkatnya

temperatur udara dalam generator.

Sistem sirkula s i ud a ra:

Sebuah sistem sirkulasi udara tertutup digunakan untuk mendinginkan

generator. Fan dipasang pada kedua sisi dari bagian tengah rotor untuk

menghasilkan tekanan udara yang dibutuhkan. Udara Pendingin masuk

dari kedua ujung rotor ke dalam ruang di antara kutub dan celah udara. Efek

sentrifugal dari kutub yang berputar mengalihkan udara dalam arah radial ke dalam

saluran pendingin inti stator dan melewati stator frame ke penukar kalor air-udara, di

mana udara hangat didinginkan. Penukar kalor dipasang ke stator frame.

Sistem Pend i ngin a n Ud a ra:

Sistem pendinginan generator adalah dengan sirkulasi udara sirkuit tertutup.

Udara hangat didinginkan oleh sebuah alat penukar kalor air-udara. Ada delapan

Page 72: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

pendingin udara permukaan dipasang dalam silinder mesin untuk mendinginkan

udara yang digunakan untuk pendinginan bagian rotor dan stator. Pendingin udara

yang digunakan adalah jenis penukar kalor udara ke air yang bersirip, di mana

udara sekitar dari mesin lewat dan kemudian disirkulasikan kembali oleh aksi

sentrifugal dari rotor. Laluan udara disediakan di kedua sisi stator untuk

mencapai sirkulasi pendingin udara yang terkontrol. Aliran air pendingin

dikontrol baik dari katup inlet maupun outlet

. Pemantauan temperatur pendingin udara permukaan berasal dari unit kontroller

dan komputer. Kadang – kadang terdapat pengotoran berupa kerak yang menempel

pada pipa pendingin yang kemungkinan dapat mengurangi efektivitas pendinginan,

sehingga pembersihan berkala mutlak dilakukan atau mengambil sumber air

pendingin yang lebih baik sebagai tindakan preventif untuk mencegah pengotoran

pada alat penukar kalor.

Page 73: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2. Alat penukar kalor untuk pendingin

generator

6.2.2. Sistem Pendinginan Pada Turbin

Turbin air pada pembangkitan listrik tenaga air adalah komponen

utama untuk membangkitkan energi listrik. Komponen turbin ini yang selalu

bergesekan dengan air dan menghasilkan putaran tidak dapat menghilangkan

kemungkinan terjadinya pemanasan dalam. Sistem pendinginan yang

digunakan pada turbin adalah sistem pendinginan terbuka (open loop).

Sistem pendinginan terbuka ini Artinya air pendingin langsung

dibuang ke tail race setelah mendinginkan peralatan yang didinginkannya.

Air pendingin yang digunakan diambil langsung dari penstock melalui katup

W1 kemudian disaring terlebih dulu oleh dua buah water strainer yang

Page 74: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

bekerja secara paralel. Setelah itu air pendingin dialirkan melalui hydraulic

valve 402 untuk mendinginkan di bagian turbin, alternator dan sump tank

dan melalui hydraulic valve 406 untuk mendinginkan carbon ring.

BAB VII

SISTEM PENDINGINAN PADA FUEL CELL

7.1 Pengertian Fuel Cell

Fuel Cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mengubah energi kimia

ke energi listrik secara kontinu. Pada sebuah baterai biasa , energi kimia yang

diubah oleh sebuah sel adalah tetap. Jika bahan bakar (fuel) dan oksidan di

Page 75: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

baterai telah habis, maka baterai tersebut harus di ganti atau di isi ulang.

Perbedaan mendasar sebuah fuel cell dengan baterai biasa ditentukan dari

supply bahan bakar (oksidan) ke dalam sel . Pada sel bahan bakar, energi

dipasok terus menerus, hal ini tidak ubahnya dengan sebuah mesin yang

memerlukan bahan bakar untuk mengubah dari energi kimia menjadi energi

mekanik. Sedangkan pada sel bahan bakar, energi yang dihasilkan langsung

menjadi energi listrik. (U. Martin, H. Boysen, and F. Frey, Acta

Crystallographica B, 49, 403 (1993))

7.2 Prinsip Kerja Fuel Cell

Fuel cell adalah alat konversi energi elektrokimia yang akan

mengubah hidrogen dan oksigen menjadi air, secara bersamaan

menghasilkan energi listrik dan panas dalam prosesnya. fuel cell merupakan

suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar

untuk mendapatkan energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan

bakar adalah oksigen dan hidrogen.

Layaknya sebuah baterai, segala jenis fuel cell memiliki elektroda

positif dan negatif atau disebut juga katoda dan anoda. Reaksi kimia yang

menghasilkan listrik terjadi pada elektroda. Selain elektroda, satu unit fuel

cell terdapat elektrolit yang akan membawa muatan-muatan listrik dari satu

elektroda ke elektroda lain, serta katalis yang akan mempercepat reaksi di

Page 76: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

elektroda. Umumnya yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material

elektrolit yang digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap

jenis fuel cell merupakan produk samping reaksi kimia yang terjadi di katoda

dan anoda.

7.1 Gambar Reaksi kimia fuel cell

Karena energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia

pembentukan air, alat konversi energi elektrokimia ini tidak akan

menghasilkan efek samping yang berbahaya bagi lingkungan seperti alat

konversi energi konvensional (misalnya proses pembakaran pada mesin

mobil). Sedangkan dari segi efisiensi energi, penerapan fuel cell pada baterai

portable seperti pada handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih

lama dibandingkan dengan baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi

akan lebih cepat karena energi yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan

bakar berbentuk cair atau gas.

Page 77: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

7.3 Reaksi pada Reaktor Fuel Cell

Proton Exchanger Membrane Fuel Cell (PEMFC) disebut juga

Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. PEMFC memiliki empat elemen

dasar seperti kebanyakan jenis fuel cell :

Anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan

elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul

hidrogen sehingga elektron tersebut dapat digunakan di luar sirkuit.

Pada materialnya terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen dapat

menyebar ke seluruh permukaan katalis.

Katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga

memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh

permukaan katalis. Katoda juga berperan dalam mengalirkan

elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron

tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk

membentuk air.

Elektrolit. Yang digunakan dalam PEMFC adalah membran

pertukaran proton (proton exchange membrane/PEM). Material ini

berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan

ion bermuatan positif. Sedangkan elektron yang bermuatan negaif

Page 78: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain, membran ini akan

menahan elektron.

7.2 Gambar Ilustrasi Proton Exchange Membran Fuel Cell

(PEMFC)

Katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen

dan hidrogen. Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon

yang diberi selapis tipis bubuk platina. Permukaan katalis selalu

berpori dan kasar sehingga seluruh area permukaan platina dapat

dicapai hidrogen dan oksigen. Lapisan platina katalis berbatasan

langsung dengan membran penukar ion positif, PEM.

Page 79: Sistem Pendingin Pembangkit-A4
Page 80: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

7.4 Sistem Pendingin Fuel Cell

7.4.1 Skema Sistem Pendingin Fuel Cell

7.3 Gambar skema system pendingin fuel cell

7.4.2 Fan

a. Pengertian

Hampir kebanyakan pabrik menggunakan fan dan blower untuk

ventilasi dan untuk proses industri yang memerlukan aliran udara.

Sistim fan penting untuk menjaga pekerjaan proses industri, dan

terdiri dari sebuah fan, motor listrik, sistim penggerak, saluran atau

Page 81: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

pemipaan, peralatan pengendali aliran, dan peralatan penyejuk udara

(filter, kumparan pendingin, penukar panas, dll.). Departemen

Energi Amerika Serikat meperkirakan bahwa 15 persen listrik di

industri manufakturing Amerika dipakai oleh motor. Hal yang sama

di sektor komersial, listrik yang dibutuhkan untuk mengoperasikan

motor fan yang merupakan bagian dari biaya energi terbesar untuk

penyejukan ruangan (US DOE, 1989).

Fan, blower dan kompresor dibedakan oleh metode yang

digunakan untuk menggerakan udara, dan oleh tekanan sistim

operasinya. The American Society of Mechanical Engineers (ASME)

menggunakan rasio spesifik, yaitu rasio tekanan pe ngeluaran

terhadap tekanan hisap, untuk mendefinisikan fan, blower, dan

kompresor.

b. Jenis-jenis Fan

Terdapat dua jenis fan. Fan sentrifugal menggunakan impeler

berputar untuk menggerakan aliran udara. Fan aksial menggerakan

aliran udara sepanjang sumbu fan.

Fan sentrifugal

Fan sentrifugal meningkatkan kecepatan aliran udara

dengan impeler berputar. Kecepatan meningkat sampai

Page 82: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

mencapai ujung blades dan kemudian diubah ke tekanan. Fan

ini mampu menghasilkan tekanan tinggi yang cocok untuk

kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu tinggi,

aliran udara kotor atau lembab, dan handling bahan. Fan

sentrifugal dikategorikan oleh bentuk bladenya sebagaimana

diringkas dalam Tabel Karakteristik Berbagai Fan Sentrifugal.

Fan Aksial

Fan aksial menggerakan aliran udara sepanjang sumbu

fan. Cara kerja fan seperti impele r pesawat terbang: blades fan

menghasilkan pengangkatan aerodinamis yang menekan udara.

Fan ini terkenal di industri karena murah, bentuknya yang

kompak dan ringan. Jenis utama fan dengan aliran aksial

(impeler, pipa aksial dan impeler aksial) diringkas dalam Tabel

Karakteristik Berbagai Fan Aksial.

c. Karakteristik Fan

Karakteristik fan dapat dinyatakan dalam bentuk kurva fan.

Kurva fan merupakan kurva kinerja untuk fan tertentu pada

Page 83: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

sekumpulan kondisi yang spesifik. Kurva fan merupakan

penggambaran grafik dari sejumlah parameter yang saling terkait.

Biasanya sebuah kurva akan dikembangkan untuk sekumpulan

kondisi yang diberikan termasuk: volum fan, tekanan statis sistim,

kecepatan fan, dan tenaga yang diperlukan untuk menggerakan fan

pada kondisi yang diketahui. Beberapa kurva fan juga akan

melibatkan kurva efisiensi sehingga desainer sistim akan

mengetahuikondisi pada kurva fandimana fan akan beroperasi. Dari

banyak kurva yang diketahui pada gambar, kurva tekanan statis (SP)

versus aliran pada merupakan kuva yang sangat penting.

Perpotongan kurva sistim dan tekanan statis merupakan titik

operasi. Bila resistansi sistim berubah, titik operasi juga berubah.

Sekali titik operasi ditetapkan, daya yang diperlukan dapat

ditentukan dengan mengikuti garis tegak lurus yang melintas melalui

titik operasi ke titik potong dengan kurva tenaga (BHP). Sebuah

garis lurus yang digambar melalui perpotongan dengan kurva tenaga

akan mengarah ke daya yang diperlukan pada sumbu tegak lurus

sebelah kanan. Pada kurva yang digambarkan, efisiensi kurva juga

Page 84: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

7.4 Kurva Efisiensi Fan

d. Cara Kerja Fan

Fan dipasang pada bagian power stack dari fuel cell. Fan ini

berfungsi mendinginkan membran agar dapat bekerja secara

optimal. Untuk dapat bekerja, fan membutuhkan suplai tegangan

sebesar 12 v/24 v DC. Tegangan ini diberikan oleh power suplai

DC 13 V.

Page 85: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

BAB VIII

SISTEM PENDINGIN PLTD

7.1 Engine Cooling (Water Jacket)

a. Heat Balance dan Heat Transport

Tergantung pada ukuran, prinsip kerja dan sistem pembakaran ,

mesin diesel mengkonversi bahan bakar yang di suplai sampai dengan 30% -

40% (wikipedia). Selain rugi konversi yang di timbulkan selama pembakaran

berlangsung, sisa persentase dari rugi-rugi adalah panas yang di lepaskan ke

lingkungan, terutama pada bagian exhaust dan sistem pendingin. Sedangkan

rugi akibat konveksi dan radiasi panas dari permukaan mesin ke lingkungan

nilainya relatif kecil (persentase kecil) . Pada cooling system (sistem

pendingin), selain karena pemindahan panas dari komponen mesin, lubrikasi

oleh oli dan intercooler juga termasuk pada sistem pendingin. Tujuan dari

cooling system pada pendingin adalah :

Menurunkan temperatur komponen-komponen engine yang

terdapat pada ruang bakar (piston, head cylinder, dan cylinder

liner) sampai pada temperatur yang cukup untuk komponen-

komponen tersebut dapat mempertahankan kekuatannya.

Membatasi Ekspansi thermal dari piston.

Page 86: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Mengurangi keausab yang di timbulkan dari gesekan antara

cylinder liner dan piston.

Menjaga nilai viskositas oli pelumas karena karakteristik oli dapat

berubah pada temperatur tertentu.

Meningkatkan performa mesin dengan cara charging yang lebih

baik (intercooler).

Mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi buang.

Meningkatkan effisiensi kompresor turbocharger.

Menjaga keamanan mesin.

Gambar 2.4 Engine

Page 87: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada dasarnya, jenis cooling sistem dibagi atas:

1. liquid cooling

2. air cooling

Jenis sistem pendingin bergantung pada level daya yang dapat

dihasilkan dan tipe penggunaan. Dipasaran biasanya air cooling system

digunakan pada mesin-mesin diesel kapasitas rendah seperti mesin diesel

untuk konstruksi bangunan, pertanian, dan berbagai mesin diesel yang

berperan sebagai komponen pendukung.

Sedangkan liquid cooling system digunakan pada mesin diesel yang

berkapasitas besar seperti kendaraan bermesin diesel dan pembangkit listrik

tenaga diesel.

Karena makalah ini membahasa\ mengenai sistem pendingin pada

pembangkit listrik tenaga diesel maka pembahasan jenis cooling system

adalah liquid cooling.

Pada pemgbangkit listrik tenaga diesel, Cooling system terdiri dari

pompa pendingin, spray ponds, water treatment, filtrasi, dan Penyambungan

pipa kerja pendingin.

Tujuan dari sistem pendinginan adalah untuk membawa panas dari

silinder mesin agar menjaga suhu silinder dalam batas aman. Panas yang

berlebih tidak berguna bagi kinerja mesin, oleh karena itu, panas berlebih

tersebut harus dibuang dari ruangan silinder. Jikap panas tidak dibuang dapa

Page 88: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

menyebabkan masalah seperti nilai viskositas oli pelumas menjadi berubah

karena film pada oli menjadi pecah yang berakibat pada dinding silinder,

kepala piston, kepala silinder dan cylinder liner.

Biasanya pembangkit listrik tenaga diesel menggunakan air yang di

sirkulasikan dengan bantuan pompa pada bagian cylinder jacket mesin. Air

yang keluar dari cylinder jacket akan memiliki temperatur yang tinggi

sehingga perlu didinginkan oleh spray ponds (air di semprotkan pada cooling

tower) yang nantinya air dapat di sirkulasikan kembali karena panas yang

dibawa oleh air telah dibuang ke lingkungan.

Air pendingin harus dijaga temperaturnya, karena apabila terlalu

renda dapat menyebabkan oli tidak menyebar dengan baik sehingga

berakibat terjadi keausan pada bagian silinder dan piston. Sedangkan apabila

temperatur terlalu tinggi, dapat menyebabkan struktur molekul oli pelumas

cepat rusak. Oleh karena itu, temperatur air pendingin (water cooling) harus

dijaga pada temperature tertentu sekitar 700C dan kebutuhan air pendingin

sekatar 2-4 liter pre bhp per menit. Hal ini dimungkinkan juga untuk

memanfaatkan panas dari air pendingin yang telah keluar dari cylinder jacket

untuk dipergunakan pada pengolahan air seperti menghilangkan

pembentukan kotoran sekala kecil pada air, zeolite lebut, dan pengolahan

debu soda kapur.

Page 89: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Terdapat tiga sistem untuk mendinginkan kembali air yang panas

agar air dapat bersirkulasi dengan kontinyu.

1. Open System (direct evaporation)

2. Closed System ( menggunakan eat excanger dan sirkulasi

refrigrant sekunder)

3. Rasiators

Page 90: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

(a) Direct air cooling (b) Indirect system

(natural circulation)

(c) Indirect cooling dengan sirkulasi air dibantu oleh

pompa

(d) Non-circulating cooling system dengan air

Gambar 2.4 Perbedaan metode untuk sistem pendinginan mesin

a) Direct air cooling

Metode pendinginan udara langsung menggunakan sirip yang

dicor pada bagian kepala silinder untuk meningkatkan permukaan

Page 91: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

yang terkena kontak dengan udara. Udara untuk pendinginan sirip,

dapat diperoleh dari blower atau kipas angin yang diputar oleh mesin.

Gerakan relatif udara ke mesin dapat digunakan untuk mendinginkan

mesin seperti dalam kasus mesin sepeda motor. Pendingin udara

langsung biasanya digunakan pada mesin industri kecil, mesin sepeda

motor.

b) Indirect system (natural circulation)

Sistem pendinginan tidak langsung dapat menggunakan

sirkulasi alam (thermosyphon) atau sirkulasi paksa pada air. Dalam

thermosyphon tersebut, fenomena perubahan densitas air karena

perubahan suhu menyebabkan air bersirkulasi dalam sistem. Seperti

air yang didinginkan dalam radiator akan turun sementara air panas di

jaket akan naik dan mengalir ke bagian atas radiator. Sistem ini

sederhana, namun kemampuan menyirkulasikan air kecil dan hanya

dapat memberikan tingkat sirkulasi yang lambat, oleh karena itu,

sistem ini memerlukan memerlukan elemen pendinginan yang lebih

besar. kadang- kadang tangki air dengan kapasitas yang cukup

digunakan sebagai pengganti radiator untuk memberikan sistem

pendinginan thermosypon.

c) Indirect cooling dengan sirkulasi air dibantu oleh pompa

Page 92: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Pada sistem ini, air dingin dipaksa bersirkulasi melewati

Cylinder Jacket dengan bantuan pompa yang biasanya dipasang pada

frame mesin dan mendapatkan daya dari poros engkol. Air panas

dikirim ke perangkat pendinginan, misalnya cooling tower atau spray

ponds, yang nantinya diambil lagi untuk sirkulasi setelah

didinginkan. Sistem ini adalah yang paling banyak digunakan dalam

unit berukuran besar dan menengah.

Terdapat dua jenis water coling system pada pembangkit

listrik tenaga diesel yaitu :

Page 93: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

a) Open or single circuit system

Pada sistem ini, pompa menyedot air dari kolam pendingin

dan memompa air ke dalam cylinder jacket. Setelah bersirkulasi

melalui cylinder jacket, air dikembalikan ke wadah pendingin. Sistem

ini dapat menyebabkan korosi dalam cylinder jacket karena gas

terlarut dalam air pendingin.

b) Closed or double circuit system

Dalam sistem ini, refrigrant primer dibuat untuk mengalir

melalui heat excanger. Refrigrant primer membawa panas dari

cylinder jacket, dan panas tersebut dipindakan ke refrigrant sekunder

atau air melalui heat excanger. Kondisi ini berlangsung secara

Page 94: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

terus menerus seingga terjadi kesetimbangan thermal pada mesin.

Sistem ini mengurangi resiko terjadinya korosi pada bagian cylinder

jacket, karena korosi kemungkinan besar terjadi pada bagian wadah

atau eat exchanger.

Pada pembangkit listrik tenaga diesel di laboratorium Teknik

Konversi Energi, Sistem pendinginan menggunakan jenis Closed /

double circuit system. Berdasarkan Manual book mesin diesel

tersebut, diketaui cooling circuit digambarkan seperti berikut :

Page 95: Sistem Pendingin Pembangkit-A4

Gambar 2.5 Cooling circuit