Heater dan Cooler

Kondensor

Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi bahan pendingin gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Untuk penempatanya sendiri, kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya keluar. Kondensor merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembunan. Refrigerant yang yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami pengembunan. Dari sini refrigerant yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja secara umum, terdapat 2 jenis kondensor yaitu :

1. Surface condenser

Prinsip kerja surface condenser Steam masuk ke dalam shell kondensor melalui steam inlet connection pada bagian atas kondensor. Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor yang bertemperatur rendah sehingga temperatur steam turun dan terkondensasi, menghasilkan kondensat yang terkumpul pada hotwell.

Temperatur rendah pada tube dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap kalor dari steam pada proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten penguapan dan terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan dari kondensor dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.

Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya.

Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan vacuum di kondensor.

Untuk menghilangkan udara yang terlarut dalm kondensat akibat adanya udara di kondensor, dilakukan de-aeration. De-aeration dilakukan di kondensor dengan memanaskan kondensat dengan steam agar udara yang terlalut pada kondensat akan menguap. Udara kemudian ditarik ke air cooling section dengan memanfaatkan tekanan rendah yang terjadi pada air cooling section. Air ejector kemudian akan memindahkan udara dari sistem.

a. Horizontal kondenser

Air pendingin masuk kondensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian tengah kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

b. Vertical condenser

Air pendingin masuk konddensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian atas kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

2. Direct-contact condenser

Direct-contact condenser mengkondensasikan steam dengan mencampurnya langsung dengan air pendingin. Direct-contact atau open condenser digunakan pada beberapa kasus khusus, seperti Geothermal powerplant dan pada powerplant yang menggunakan perbedaan temperatur di air laut (OTEC)

3. Spray Condenser

Pada spray condenser, pencampuran steam dengan air pendingin dilakukan dengan jalan menyemprotkan air ke steam. Sehingga steam yang keluar dari exhaust turbin pada bagian bawah bercampur dengan air pendingin pada bagian tengah menghasilkan kondensat yang mendekati fase saturated.Kemudian dipompakan kembali ke cooling Tower . Sebagian dari kondensat dikembalikan ke boiler sebagai feedwater. Sisanya didinginkan, biasanya didalam dry- (closed-) cooling tower . Air yang didinginkan pada Cooling tower disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.

4. Kekurangan dan Kelebihan Kondensor

4.1. Kekurangan dan kelebihan Horizontal Kondenser

a. Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga relaif berukuran kecil dan ringan.

b. Pipa pendingin dapat dibuat dengan mudah.

c. Bentuk sederhana dan mudah pemasangannya.

d. Pipa pendingin mudah dibersihkan.

4.2. Kekurangan dan kelebihan Vertikal Kondenser

a. Harganya murah karena mudah pembuatannya.

b. Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangan.

c. Bisa dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, pembersihan harus dilakukan dengan menggunakan deterjen.

Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip kerja Kondensor proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran  uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.

 5. Konstruksi Kondensor

Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water box (sisi air pendingin), dipasang venting pump atau priming pump. Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum.

Berdasarkan jenis media pendingin yang digunakan kondenser dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser)

Kondensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu:

1. Kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang.

2. Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali.

Sesuai dengan namanya, kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang, maka air yang berasal dari suplai air dilewatkan ke kondensor akan langsung dibuang atau ditampung di suatu tempat dan tidak digunakan kembali. Sedangkan kondensor yang air pendinginnya digunakan kembali, maka air yang keluar dari kondensor dilewatkan melalui menara pendingin (cooling tower) agar temperaturnya turun. Selanjutnya air dialirkan kembali ke dalam kondensor, demikian seterusnya secara berulang - ulang.

b. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)

Ada dua metoda mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran udara yang melewati kondenser sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan angin yang terjadi pada saat itu. Oleh karena itu kondensor jenis ini hanya cocok untuk unit-unit yang kecil seperti kulkas, freezer untuk keperluan rumah tangga, dll. Kondensor berpendingin udara yang menggunakan bantuan kipas dalam mensirkulasikan media pendinginannya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara konveksi paksa. Secara garis besar, jenis kondensor dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Kondensor yang kipasnya dioperasikan dengan pengatur jarak jauh (remote control).

2. Kondensor yang kipasnya dirakit bersama-sama dengan unit kompresor atau condensing unit. Kapasitasnya kondensor jenis ini biasanya cocok untuk beban mulai < 1kW s/d 500 kW, bahkan kadang dapat lebih dari 500 kW.

c. Kondensor evaporatif (evaporative condenser)

Kondensor evaporatif pada dasarnya adalah kombinasi antara kondensor dengan menara pendingin yang dirakit menjadi satu unit atau kondensor yang menggunakan udara dan air sebagai media pendinginnya. Jenis kondensor yang akan digunakan di KPPC Sinar Mulya Cihideung ini adalah jenis water cooled condenser sebanyak 2 buah. Fungsi utama kondensor diantaranya adalah:

1.   Merubah uap bekas dari turbin menjadi air embun.

2.   Dengan vakum kondensor yang bagus, maka efisiensi turbin bagus.

3.   Menampung dan mengontrol air kondensat.

4.   Mengeluarkan udara atau gas yang tidak terkondensasi.

6. Bagian Utama Kondensor

Kondensor secara umum terdiri dari shell,  water box,  tube plat, tube support,  hotwell dan sebagainya. Diantaranya akan dijelaskan dalam beberapa penjelasan dibawah ini.

6.1. Selongsong (shell)

Pipanya di roll pada pemegang pipa pada ujung-ujungnya.Untuk memungkinkan pemuaian antara pipa air masuk dan selongsong, maka fleksibel diafragma dipasang pada sisi masuk dan keluar dari selongsong. Diafragma ini berfungsi sebagai flange yang menghubungkan selongsong, plat pemegang pipa dan water box. Expantion join terbuat dari stainless steel yang terletak pada leher kondensor untuk memungkinkan diferensial expantion.

6.2. Ruang air (water box)

Ruang-ruang air pada sisi masuk dan keluar terbuat dari baja karbon dan masing-masing mempunyai lobang lalu orang. Dengan menggunakan air yang terpisah, maka pencucian setengah kondensor dapat diakukan pada beban rendah.

6.3. Pipa dan pemegang pipa (tube plats dan tubes)

Pemegang pipa terbuat dari naval brass dan pipa nya dari aluminium brass.Pipanya di roll ke pemegang pipa dan ditunjang dengan 6 buah penunjang pipa. Diafragma baja yang fleksibel memungkinkan diferensial expantion (pemuaian antara pipa aluminium brass dengan selongsong baja carbon). Pemasangan pemegang pipa pada selongsong dengan baut pengunci. Susunannya sedemikian rupa sehingga memungkinkan melepaskan water box tanpa mengganggu join dari selongsong dan pemegang pipa. Perapat dari asbestos yang telah di celupkan (impregnated) pada compound dari red lead, white lead dan linseed oil digunakan pada join di atas. Perapat karet digunakan antara pemegang pipa dan ruang air. Kegunaan diafragma selongsong baja yang fleksibel selain untuk menghilangkan pemuaian juga digunakan sebagai penunjang (support) pemegang pipa dan ruang air.

6.4. Ruang kondensat (hotwell)

Ruang kondensat dilaskan pada sisi selongsong yang menampung semua kondensat dan dilengkapi dengan gelas penduga dan lubang lalu orang.

7. Alat Bantu Kondensor

Pada kondensor diperlukan alat-alat pendukung untuk pengoperasiannya , agar kerja kondensor bisa maksimal dan menaikkan efesiensi siklus PLTU. Adapun alat-alat pendukung tersebut adalah :

1.    Starting Air Ejektor , digunakan untuk menyedot dan membuang udara dari sistem air pendingin utama agar air pendingin dapat mengisi seluruh permukaan kondensor sehingga proses pendinginan efektif. Saluran pembungan udara sisi air pendingin terletak pada bagian atas water box sisi inlet dan sisi outlet condensor.

2.    Main Air Ejektor , digunakan setelah Starting Air Ejektor beroperasi . Main Air Ejektor berfungsi membuat vacum pada sisi uap , sampai vacum kondensor normal sekitar 650 mmHg.

3.    Ball Cleaning System (Tapproge Ball System) , berfungsi untuk membersihkan pipa-pipa (tubes) pendingin kondensor dari kotoran seperti lumpur dan kotoran halus dengan cara menginjeksikan bola karet (Tapproge Ball) kedalam pipa-pipa pendingin kondensor secara terus menerus proses ini dilakukan oleh pompa sirkulasi (Circulation Pump) dengan cara memompakan bola tapproge pada sisi masuk air pendingin dan mengambil kembali bola pada sisi keluar air pendingin untuk selanjutnya disirkulasikan kembali pada kondensor.

8. PREHEATER

Air Preheater (APH) merupakan peralatan bantu dalam PLTU yang berfungsi sebagai pemanas awal udara baik udara primer (Primary air) maupun sekunder (Secondary air), sampai ke tingkat temperatur tertentu sehingga dapat terjadi pembakaran optimal dalam boiler. Dalam prosesnya, Air Preheater ini menggunakan gas buang (flue gas) hasil pembakaran di boiler sebagai sumber panasnya, kemudian mentransfer panas tersebut ke aliran udara melalui elemen pemanas berputar (rotating heat exchanger).

Ada dua jenis preheater yang paling umum yaitu jenis regenerative dan recuperatif air heater. Perbedaan adalah jenis regenerative  berupa rotor yang berputar sedangkan Recuperative : rotor tidak berputar hanya  flue gas yang mengalir.

8.1. Elemen Pemanas (Heating Surface)

Elemen pemanas yang berupa lempengan-lempengan plat metal yang terbagi menjadi 2 bagian secara vertikal yaitu sisi atas Hot End layer dan sisi bawah Cold End layer. Plat itu terpasang pada suatu poros yang di susun pada kompartemen silindris yang terbagi secara radial yang semua bagiannya di sebut sebagai rotor. Rotor ini berputar dalam ruangan yang memiliki sambungan duct di kedua sisinya satu sisi di aliri gas buang, sisi lain berisi udara baik primer maupun sekunder. Saat rotor diputar, setengah bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap energi panas yang terkandung di dalamnya sedangkan setengah bagian yang lain mentransfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran udara sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya akan dipasok ke furnace.

8.2. Penggerak Rotor

Rotor di gerakan oleh motor listrik yang diletakan di luar elemen pemanas. Penggerak rotor dihubungkan pada central, dan terdapat dua motor penggerak yang mempunyai kecepatan 1455 rpm. Dua motor tersebut dihubungkan dengan central melalui gearbox dengan rasio tranmisi 9.110/1 yang dihubungkan oleh kopling feksibel pada gearbox kedua. Gearbox kedua menggunakan roda gigi cacing (worm gear) dengan dua langkah, yang pertama dengan rasio 43/4 dan yang kedua 59/4. Setelah kecepatan berkurang dengan dua gearbox, rasionya menjadi 1444.5/1, keluaran main motor menjadi 1,07 rpm dan auxilliary menjadi 0,5 rpm.

8.3. Seal Rotor

Seal (perapat) berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida baik udara maupun gas buang yang melewati elemen panas pada saat operasi. Pada kondisi normal aliran udara memilki level tekanan yang lebih tinggi dari aliran gas hal inilah yang rawan akan kebocoran. Seal rotor dalam APH terdiri dari :

a. Radial Seal

Seal radial terpasang sesuai dengan posisi rotor yang posisinya terhadap plate rotor  dapat di setting dan mempunyai standar sesuai dengan desain manufaktur. Dalam mensetting juga memperhatikan expansi rotor akibat temperature tinggi. Radial seal berfungsi untuk mereduksi kebocoran langsung dari area udara ke gas buang.

b. Axial Seal

Axial seal dipasang pada sisi luar dari rotor memanjang dari sisi hot end sampai dengan cold end. Seal bekerja sama dengan radial seal untuk meminimalkan gap antara rotor dengan seal.

c. Circumferential seal

Letaknya disekeliling dan pusat rotor. Fungsi utama adalah mencegah kebocoran udara atau gas buang saat berputarnya rotor, dalam melakukan fungsi ini di bantu axial seal.

8.4. Bearing

Bearing adalah alat yang memungkinkan terjadinya pergerakan relatif antara dua bagian dari alat atau mesin, biasanya gerakan angular atau linear. Dengan adanya bearing, gesekan antara dua bagian tersebut menjadi sangat minim dibandingkan tanpa bearing.