ANALISIS EFISIENSI DESALINASI UNIT 1 B PT. PEMBANGKIT JAWA BALI UP. MUARA KARANG
Skripsi
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)
Oleh
PUTRI WAHYUNI INDRIATY 106097003258
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
ANALISIS EFISIENSI DESALINASI UNIT 1 B PT. PEMBANGKIT JAWA BALI UP. MUARA KARANG
Skripsi
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Oleh:
PUTRI WAHYUNI INDRIATY 106097003258
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
ANALISIS EFISIENSI DESALINASI UNIT 1 B PT. PEMBANGKIT JAWA BALI UP. MUARA KARANG
Skripsi
diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains dari Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta oleh
Putri Wahyuni Indriaty NIM 106097003258
Menyetujui
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Arif Tjahjono, S.T, MSi Rachmatsyah, S. Kom, MT
NIP. 1975110720070 11015 NIP.7092136 K3
Mengetahui
Ketua Program Studi Fisika
PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi berjudul “ANALISIS EFISIENSI DESALINASI UNIT 1 B PT. PEMBANGKIT JAWA BALI UP. MUARA KARANG” yang ditulis oleh Putri Wahyuni Indriaty dengan NIM 106097003258 telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Rabu tanggal 5 Januari 2011. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.
Jakarta, 5 Januari 2011 Menyetujui
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Arif Tjahjono, S.T, Msi Rachmatsyah, S. Kom, MT NIP: 1975110720070 11015 NIP: 7092136 K3
Penguji I Penguji II
Drs. Sutrisno, M. Si Ambran Hartono, M. Si NIP: 19590202 198203 1005 NIP: 19710408200212 1002
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Fisika
LEMBAR PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI BENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, 10 Januari 2011
ABSTRAK
Hingga saat ini Indonesia masih mengalami krisis energi. Salah satu usaha yang telah dilakukan Pemerintah adalah dengan membangun berbagai fasilitas pembangkit listrik yang baru dan mengoptimalkan pembangkit yang ada. Adapun di dalam siklus PLTU membutuhkan air demineralisasi diperoleh dari air tawar, maka peran desalination plant sangat dibutuhkan untuk menyediakan air tawar. Peran
desalination plant tersebut yang menjadi latar belakang dari tugas akhir yang berjudul Analisis Efisiensi Desalinasi Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang.
Analisis Efisiensi Desalinasi Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang ini dilakukan dengan mengamati proses evaporasi dan kondensasi yang berada di desalinasi tersebut. Adapun peralatan utama yang terkait dalam proses desalinasi tersebut adalah Evaporator, Main Ejector, Vent Ejector, Ejector Condenser,
Centrifugal Pumps, Scale Inhibitor, dan Anti Foam. Prinsip kerja analisis efisiensi desalinasi ini adalah perhitungan berdasarkan biaya operasi desalinasi tersebut.
Setelah melakukan pengamatan, maka didapatkan hasil yang berupa biaya air produk. Dimana biaya air produk tersebut diperoleh dari hasil produksi operasi desalinasi dari seluruh kemampuan total. Sehingga dapat disimpulkan bahwa Analisis Efisiensi Desalinasi ini sudah mendapatkan hasil yang dibutuhkan.
ABSTRACT
Until now, Indonesia is still experiencing an energy crisis. One of the efforts that have been made by the Government is to build new power generation facilities and optimize the existing plant. As in the cycle od demineralization plant needs water is obtained from fresh water, then the role of the desalination plant is needed to provide fresh water. The role of desalination plant, which became the backdrop of final project titled Desalination Plant Efficiency Analysis Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang.
Desalination plant Efficiency Analysis Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang is done by observing the process of evaporation and condensation in desalination plant. The major equipment involved in process of desalination plant is the Evaporation, the Main Ejector, Vent Ejector, Ejector Condenser, Centrifugal
Pumps, Scale Inhibitor, and Anti – Foam. The working principle desalination plant efficiency analysis is the calculation based on the operating costs of desalination plant.
After making observations, then the results obtained in the form of cost of product water. Where the cost of the product water obtained from the production operation of the entire ability total desalination. It can be concluded that the Desalination Plant Efficiency Analysis has been to get the needed results.
KATA PENGANTAR
Bismillahhirohmannirrohim,
Puji syukur alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan kekuatan lahir dan batin sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan menyusun laporan ini dengan tepat waktu.
Tugas akhir ini dibuat dengan maksud untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan program pendidikan Sarjana Strata (S-1) di Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi. Dengan judul “Analisis Efisiensi Desalinasi Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang”.
Kesempurnaan adalah milik-Nya semata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan banyak kekurangannya. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca sangat penulis harapkan, sehingga dalam penulisan selanjutnya dapat lebih baik.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari keterlibatan dan bantuan dari banyak pihak. Untuk itu penulis mengucapkan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar – besarnya kepada yang terhormat :
2. Mas Wingga yang tersayang, yang telah memberikan kesempatan kuliah dan dukungan kepada penulis di Jurusan Fisika UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
3. Bapak Drs. Sutrisno, M. Si, selaku Ketua Prodi Fisika UIN Syarif Hidayatullah, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melaksanakan Tugas Akhir.
4. Bapak Arif Tjahjono, M.Si, selaku Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak membantu, membimbing dengan sabar, dan memberikan masukan motivasi, kritik serta saran kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
5. Bapak Rachmatsyah, S. Kom, MT, selaku Pembimbing lapangan serta Pembimbing Tugas Akhir yang dalam kesibukannya masih sempat meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan dengan sabar dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Harun Pardiyansyah yang telah banyak membantu, memberikan semangat, motivasi, saran serta doa yang tiada kunjung henti kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Seluruh dosen dan staff Prodi Fisika UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.
9. Uwa Dewi, Uwa Alfa, Teh Mira, dan Mita yang telah membantu dan memberikan perhatian, semangat, dan doa dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
10.Om Okas, Tante Lia, Jericho, dan Anggi yang selalu membantu dan memberikan motivasi, semangat serta doa kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11.Seluruh operator desalinasi unit 1 B PT. PJB UP Muara Karang Jakarta, khususnya Mas Luluk, Mas Hadi dan Mas Oky yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
12.Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung membantu penulis dalam pelaksanaan dan penyusunan Tugas Akhir.
Semoga kepada semua pihak yang telah membantu penulis mendapat balasan yang setimpal dari Allah SWT.
Tiada harapan dari penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan penulis khususnya.
Ciputat, 3 Januari 2010
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN... ii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACK ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Permasalahan Penelitian ... 3
1.3Tujuan Penelitian ... 3
1.4Manfaat Penelitian ... 3
1.5Batasan Masalah ... 4
1.6Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Desalination Plant ... 6
2.1.2 Multi Stage Flash (MSF) ... 14
2.1.3 Reverse Osmosis ... 18
2.2 Termodinamika di Lingkungan Sistem Desalinasi ... 24
2.3 Asas Black ... 24
2.4 Hukum Kalor ... 25
2.4.1 Hukum Kalor Jenis ... 26
2.4.2 Kapasitas Kalor ... 26
2.4.3 Kalor Uap ... 27
2.5 Perpindahan Panas ... 28
2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 28
2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 29
2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi ... 31
2.6 Proses Penguapan (Evaporation) ... 32
2.7 Proses Pengembunan (Condensation) ... 33
2.8 Sistem Destilasi ... 34
2.9 Siklus Carnot ... 36
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian ... 40
3.2Tahapan Penelitian ... 40
3.3Data – data Penelitian ... 43
3.3.1 Evaporasi ... 44
3.3.3 Vent Ejector ... 44
3.3.4 Ejector Condenser ... 44
3.3.5 Centrifugal Pumps ... 44
3.3.6 Scale Inhibitor ... 45
3.3.7 Anti Foam ... 45
3.4Deskripsi Proses Desalination Plant ... 46
3.4.1 Prinsip Operasi Desalination Plant ... 47
3.4.2 Operasi saat Turndown Desalination Plant ... 50
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Analisis Biaya Produk ... 51
4.2 Proses Evaporasi Multi Effect Distillation With Thermal Vapor Compression (MED – TVC) ... 57
4.3 Analisis Product Multi Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC) ... 60
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 63
5.2 Saran... 63
DAFTAR PUSTAKA ... 64
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Desalinasi ... 7
Gambar 2.2 Multi Effect Distillasi (MED) ... 13
Gambar 2.3 Multi Stage Flash (MSF)... 17
Gambar 2.4 Reverse Osmosis (RO) ... 22
Gambar 2.5 Reverse Osmosis Membrane Coil ... 23
Gambar 2.6 Batasan Sistem ... 36
Gambar 2.7 Diagram Siklus Carnot P - V... 37
Gambar 2.8 Diagram Siklus Carnot P - h ... 39
Gambar 3.1 Diagram Flow Chart Penelitian ... 42
Gambar 3.2 Flow Diagram 4 Effect Reheat Seawater ... 47
DAFTAR LAMPIRAN
1
BAB I PENDAHULUAN
Di Indonesia kebutuhan energi listrik meningkat setiap tahunnya, hal ini seiring dengan laju pertumbuhan ekonomi dan perkembangan yang ada. Namun tingginya kebutuhan energi listrik tersebut belum mampu dipenuhi mengingat keterbatasan daya listrik yang ada, walaupun Pemerintah melalui PT. PLN (persero) tetap berusaha secara maksimal untuk memenuhi tingginya kebutuhan energi listrik tersebut.
Hingga saat ini Indonesia masih mengalami krisis energi. Hal ini ditandai dengan pemadaman secara bergilir yang masih terus terjadi. Masalah krisis listrik merupakan masalah yang sangat serius, sehingga harus segera dicarikan solusinya. Salah satu usaha yang telah dilakukan Pemerintah adalah dengan membangun berbagai fasilitas pembangkit listrik yang baru dan mengoptimalkan pembangkit yang telah ada. Untuk memenuhi kebutuhan listrik nasional saat ini diperlukan pasokan listrik sekitar 3.000 MW pertahun, hal ini sangat memerlukan investasi dan dana yang tidak sedikit.
2
PT. Pembangkit Jawa Bali yang ada di Muara Karang memiliki dua unit Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari unit IV dan unit V. Dan dua unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) yaitu blok 1 terdiri dari 3 PLTG dan 1 PLTU, blok 2 terdiri dari 2 PLTG dan 3 PLTU. Dalam penelitian ini hanya difokuskan di PT. Pembangkit Jawa Bali (PJB) Muara Karang khususnya Desalinasi pada unit 1 B. Desalinasi unit 1 B terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) yang terdapat di blok 2. Pada PLTU memiliki peralatan utama dan peralatan tambahan. Peralatan utama meliputi bolier, turbin, generator, trafo, dan lain sebagainya. Sedangkan untuk peralatan penunjang/ tambahan berupa desalinasi, demineralisasi, dan lain – lain.
Di dalam siklus PLTU membutuhkan air demineralisasi, hal ini dilakukan agar alat – alat pada siklus PLTU tidak terjadi korosi (berkarat). Sebelum memperoleh air demineralisasi terlebih dahulu yang dibutuhkan adalah air tawar. Dikarenakan sulitnya mendapatkan air tawar dan untuk menyediakan air tawar dalam jumlah besar, maka di dalam unit Pembangkit Listrik Tenaga Uap peran desalinasi sangat diperlukan untuk menyediakan air tawar sebagai bahan baku produksi listrik.
3
dan kesempurnaan evaporasi dalam desalinasi secara tidak langsung dapat meningkatkan jumlah air baku yang dibutuhkan PLTU. Oleh karena itu, sangat penting untuk dilakukan penelitian tentang menganalisis efisiensi desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang, sehingga evaporasi dan kondensasi dapat terus terjadi sempurna dan air tawar yang dihasilkan akan maksimal.
1.2 Permasalahan Penelitian
Sesuai dengan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan dibahas, yaitu bagaimana efisiensi sistem desalinasi pada unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP Muara Karang. Apakah air baku yang dihasilkan oleh desalinasi lebih murah daripada air yang di beli dari Perusahaan Air Minum (PAM).
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis efisiensi desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali (PJB) UP. Muara Karang Jakarta.
1.4 Manfaat Penelitian
4
1.5 Batasan Masalah
Untuk lebih memfokuskan penelitian yang akan dilakukan, maka penelitian ini hanya dibatasi mengenai :
1. Plant yang dijadikan objek studi adalah desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP Muara Karang Jakarta.
2. Rasio yang dikontrol adalah menganalisa efisiensi desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP. Muara Karang.
3. Asumsi tekanan, suhu dan harga adalah konstan. 4. Biaya Investasi dan Biaya Pemeliharaan diabaikan.
5. Perhitungan efisiensi berdasarkan biaya operasi desalinasi.
1.6 Sistematika Penulisan
Pada penulisan laporan Tugas Akhir ini, dapat dibuat urutan bab serta isinya secara garis besar. Diuraikan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang pendahuluan dengan substansi : latar belakang, permasalahan, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
5
BAB III METODE PENELITIAN
Pada bab ini akan dijelaskan secara keseluruhan sistem kerja metode penelitian dengan substansi pengolahan data.
BAB IV PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang permasalahan dan pembahasan dengan substansi hasil pengolahan data.
BAB V PENUTUP
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Desalination Plant
Desalination Plant atau desalinasi merupakan sebuah instrumen yang
berfungsi untuk menghasilkan air tawar yang berasal dari air laut melalui proses
evaporasi dan kondensasi. Desalination Plant terdiri atas dua bagian utama yaitu
flashing stage dan brine heater. Flashing stage merupakan sebuah chamber
tempat terjadinya proses evaporasi dan kondensasi. Proses evaporasi dan
kondensasi ini sangat bergantung pada temperatur air laut yang berasal dari brine
heater (top brine temperature). Untuk mendapatkan kualitas air yang diinginkan
maka top brine temperature perlu untuk dijaga agar tetap stabil. Di dalam unit
pembangkit peran Desal sangat diperlukan karena menyediakan air sebagai bahan
Gambar 2.1 Skema Desalinasi
Desalinasi pada unit 1 B di PLTU PT. PJB Muara karang menggunakan
jenis desalinasi Multi Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED -
TVC). Multi Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC)
memiliki beberapa peralatan utama, yaitu :
Evaporator
Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan)
dengan penambahan panas. Panas dapat disuplai dengan berbagai cara,
diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi didasarkan pada
proses pendidihan secara intensif, yaitu pemberian panas ke dalam cairan,
dan mengkondensasikan uapnya.
Main Ejector
Pemvakuman yang terjadi pada saat vakum mencapai – 0,89 BarG di effect,
bertujuan memvakum semua effect untuk mempercepat proses terjadinya air
tawar.
Vent Ejector
Setelah proses filling, kemudian yang terbuka pertama kali dalam pembukaan
vakum adalah vent ejector. Pemvakuman yang terjadi di heater akan terbuka pada
saat mencapai – 0,58 BarG.
Ejector Condenser
Pemvakuman di condenser yang berada di effect ke empat akan membuka
pada saat mencapai – 0,55 BarG, agar memaksimalkan air laut yang terkondensasi
Centrifugal Pumps
Suatu pompa rotodynamic yang menggunakan berputar impeller untuk
meningkatkan dan laju alir tekanan dari suatu fluida. Pompa sentrifugal adalah
jenis yang paling umum digunakan pompa untuk memindahkan cairan melalui
sistem perpipaan.
Scale Inhibitor / Anti Scaling
Suatu larutan kimia yang akan diinjeksikan ke air laut agar tidak terjadi
korosi (kerak).
Anti Foam
Suatu bahan kimia yang akan diinjeksikan ke air laut agar menghilangkan
busa – busa yang terdapat di dalam kandungan air laut.
2.1.1 Multi Effect Distilasi (MED)
Multi Effect Distilasi (MED) adalah penyulingan proses yang sering
digunakan untuk air laut desalinasi. Ini terdiri dari beberapa tahapan atau ”effect”.
Sebagian air menguap, dan uap ini mengalir ke dalam tabung tahap berikutnya,
pemanasan dan penguapan air lebih banyak. Setiap tahap dasarnya menggunakan
kembali energi dari tahap sebelumnya. Tabung dapat tenggelam dalam air umpan
(feed water) disemprotkan di atas bank tabung horizontal, dan kemudian menetes
dari tabung ke tabung sampai dikumpulkan di bawah panggung (stage).
Multi Effect Distilasi dapat dilihat sebagai urutan ruang tertutup
dipisahkan oleh dinding tabung, dengan sumber panas di satu ujung dan heat sink
di ujung yang lain. Setiap ruang terdiri dari dua subspaces berkomunikasi, bagian
luar tabung n stage dan bagian dalam tabung dalam tahap n + 1. Setiap ruang
memiliki suhu yang lebih rendah dan tekanan daripada ruang sebelumnya., dan
dinding tabung memiliki suhu penengah antara suhu dari cairan disetiap sisi.
Tekanan dalam ruang tidak dapat berada dalam ekuilibrium dengan temperatur
dinding kedua subspaces. Ini memiliki tekanan menengah. Kemudian tekanan
terlalu rendah atau suhu terlalu tinggi dalam subspace pertama., dan air menguap.
Dalam subspace kedua, tekanan yang terlalu tinggi atau suhu terlalu rendah, dan
uap kondenser. Hal ini membawa energi penguapan dari subspace pertama lebih
hangat ke dingin subspace kedua. Pada subspace kedua energi mengalir dengan
Makin tipis logam dalam tabung dan lapisan tipis cairan di kedua sisi
dinding tabung, lebih efisien adalah transportasi energi dari ruang ke ruang.
Memperkenalkan tahap lebih antara sumber panas dan tenggelam mengurangi
perbedaan suhu antara ruang dan sangat mengurangi transportasi permukaan
panas per unit tabung. Energi yang diberikan digunakan kembali untuk
menguapkan air lebih banyak, tetapi proses tersebut membutuhkan waktu lebih
lama. Jumlah air suling per tahap berbanding lurus dengan jumlah transportasi
energi. Jika transportasi diperlambat, dapat meningkatkan luas permukaan per
tahap, yaitu jumlah dan panjang tabung, dengan mengorbankan biaya instalasi
meningkat.
Air garam dikumpulkan dibagian bawah setiap tahap bisa
disemprotkan pada tabung di tahap berikutnya, karena air ini memiliki suhu yang
sesuai dan tekanan didekat atau sedikit diatas suhu operasi dan tekanan pada tahap
berikutnya. Beberapa air ini akan menguap menjadi uap seperti yang dilepaskan
ke tahap berikutnya pada tekanan rendah daripada tahap asalnya.
Tahapan pertama dan terakhir perlu eksternal pemanasan dan
pendinginan masing – masing. Jumlah panas yang dikeluarkan dari tahap terakhir
desalinasi air laut, bahkan tahap pertama dan paling hangat biasanya dioperasikan
pada suhu dibawah 70oC, untuk menghindari pembentukan skala.
Tahapan tekanan terendah diperlukan luas permukaan yang relatif lebih
untuk mencapai transportasi energi yang sama di dinding tabung. Biaya
pemasangan luas permukaan ini membatasi kegunaan menggunakan tekanan yang
sangat rendah dan suhu pada tahap selanjutnya. Gas terlarut dalam air umpan
(feed water) dapat berkontribusi untuk mengurangi perbedaan tekanan jika
diizinkan untuk terakumulasi dalam tahap.
Ekstenal air umpan (feed water) harus diberikan untuk tahap pertama.
Tabung dari tahap pertama dipanaskan menggunakan sumber eksternal dari uap
atau sumber lain meskipun panas.
Kondensat (air tawar) dari semua tabung dari semua tahap harus
dipompa keluar dari tekanan masing – masing tahap terhadap tekanan ambien. Air
garam dikumpulkan dibagian bawah tahap terakhir harus dipompa keluar karena
Gambar 2.2 Multi Effect Distillasi
Berikut ini skema dari MED desalinasi efek ganda. Tahap pertama adalah
dibagian atas. Daerah pink adalah uap, daerah biru ringan adalah air umpan (feed
water) cair. Pirus kuat adalah kondensat. Hal ini tidak menunjukkan bagaimana
air umpan (feed water) masuk tahap – tahap lain daripada yang pertama.
F – Air umpan masuk (feed water in)
S – Pemanasan uap masuk (heating steam in)
C – Pemanasan uap keluar (heating steam out)
W – Air kondensat keluar (fresh water condensat out)
O – Pendingin masuk (coolant in)
P – Pendingin keluar (coolant out)
VC - Pendingin terakhir stage (VC is the last-stage cooler)
2.1.2 Multi Stage Flash (MSF)
Multi Stage Flash (MSF) memiliki serangkaian ruang yang disebut tahap
(stage), masing – masing berisi penukar panas dan kondensat kolektor. Urutan ini
memiliki akhir dingin dan panas, sementara akhir tahap – tahap peralihan
memiliki suhu menengah. Tahapan memiliki tekanan sesuai dengan titik didih air
pada suhu panggung (stage). Setelah berakhirnya panas ada wadah yang disebut
air garam pemanas.
Ketika plant yang beroperasi di tunak (in steady state), air umpan (feed
water) pada suhu dingin arus masuk, atau dipompa melalui penukar panas pada
stage dan warm up. Ketika mencapai pemanas air garam sudah memiliki hampir
suhu maksimum. Dalam pemanas, sejumlah panas tambahan ditambahkan.
Setelah pemanas, air mengalir melalui katup kembali ke tahap yang pernah
menurunkan tekanan dan temperatur. Seperti mengalir kembali melalui tahap air
sekarang disebut air garam, untuk membedakannya dari air inlet. Dalam setiap
stage, dan sebagian kecil dari air asin mendidih air untuk uap sehingga
mengurangi suhu sampai kesetimbangan tercapai. Uap panas yang dihasilkan
adalah sedikit daripada air umpan (feed water) dalam penukar panas. Uap dingin
dan kondenser terhadap tabung penukar panas, sehingga pemanasan air (feed
water) seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Penguapan total disemua tahapan sampai dengan approx. 12% air mengalir
melalui sistem, tergantung pada kisaran temperatur yang digunakan. Dangan
meningkatnya suhu ada kesulitan tumbuh pembentukan skala dan korosi 120oC
tampaknya maksimal, meskipun skala menghindari mungkin memerlukan suhu
dibawah 70oC.
Air umpan (feed water) membawa menghilangkan panas laten dari uap
terkondensasi, menjaga suhu rendah stage. Tekanan dalam ruang tetap konstan
sebagai jumlah yang sama dari uap terbentuk. Ketika air garam hangat baru
memasuki stage dan uap akan dihapus karena mengembun pada tabung penukar
panas. Kesetimbangan ini stabil, karena jika pada beberapa bentuk uap titik lebih
meningkatkan tekanan dan yang mengurangi penguapan dan kondensasi
Pada tahap final air garam dan kondensat mempunyai suhu dekat suhu
masuk. Kemudian air garam dan kondensat yang dipompa keluar dari tekanan
rendah di stage untuk tekanan ambien (ambient pressure). Air garam dan
kondensat masih membawa sejumlah kecil panas yang hilang dari sistem ketika
mereka dibuang. Panas yang ditambahkan dalam pemanas membuat terjadinya
kerugian ini.
Panas ditambahkan dalam pemanas air garam biasanya datang dalam
bentuk uap panas dari proses industri co terletak dengan desalinasi. Uap
diperbolehkan untuk menyingkat terhadap tabung yang membawa air garam
(mirip dengan stage).
Energi yang membuat penguapan memungkinkan semua hadir dalam air
garam saat meninggalkan pemanas. Alasan untuk membiarkan penguapan terjadi
dalam beberapa tahapan bukan satu tahap pada tekanan dan suhu terendah, adalah
bahwa dalam satu stage, feed water hanya akan hangat untuk suhu penengah
antara suhu masuk dan pemanas. Sementara banyak uap tidak akan mengembun
dan stage tidak akan mempertahankan tekanan dan suhu terendah. Karena air
suling). Relatif energi panas sedikit dikeluarkan. Sebagian besar panas yang
diambil oleh air garam dingin yang mengalir ke pemanas dan energi didaur ulang.
Selain itu, Penyulingan MSF, khususnya yang besar, seringkali
dipasangkan dengan Pembangkit Listrik di cogeneration konfigurasi. Limbah
panas dari pembangkit listrik digunakan untuk memanaskan air laut, memberikan
pendinginan untuk pembangkit listrik pada saat yang sama. Hal ini mengurangi
energi yang dibutuhkan oleh satu setengah sampai dua pertiga, yang secara drastis
mengubah ekonomi MSF. Reverse osmosis, penyulingan yang merupakan pesaing
utama MSF, membutuhkan pretreatment lebih dari air laut dan pemeliharaan yang
lebih, serta energi dalam bentuk kerja (listrik, tenaga mesin) sebagai lawan – kelas
[image:32.612.113.511.141.653.2]limbah panas rendah lebih murah.
Skema dari Multi Stage Flash Desalinator :
A – Uap Masuk (Steam in)
B – Air Laut Masuk (Seawater in)
C – Air Keluar (Portable water out)
D – Limbah Keluar (Waste out)
E – Uap Keluar (Steam out)
F – Pertukaran Panas (Heat exchange)
G – Koleksi Kondensasi (Condensation collection)
H – Brine heater
2.1.3 Reverse Osmosis
Reverse Osmosis ( Osmosis Terbalik ) adalah sebuah istilah teknologi
yang berasal dari osmosis. Osmosis adalah filtrasi metode yang menghilangkan
banyak jenis besar molekul dan ion dari solusi dengan memberi tekanan solusi
ketika di salah satu sisi selektif membrane. Hasilnya adalah bahwa zat terlarut
dipertahankan pada sisi bertekanan membrane dan murni pelarut diperbolehkan
untuk lolos ke sisi lain. Untuk menjadi "selektif," membran ini tidak harus
memungkinkan komponen yang lebih kecil dari solusi (seperti pelarut) untuk lulus
bebas.
Reverse osmosis yang paling umum dikenal untuk penggunaannya di
minum pemurnian air dari air laut , mengeluarkan garam dan zat lain dari molekul
air. Ini adalah kebalikan dan normal proses osmosis, dimana secara alamiah
bergerak pelarut dari daerah konsentrasi terlarut rendah, melalui membrane ke
area konsentrasi zat terlarut tinggi. Pergerakan pelarut murni untuk menyamakan
konsentrasi solute pada setiap sisi membrane yang menghasilkan tekanan dan ini
adalah “tekanan osmotik”. Menerapkan tekanan eksternal untuk membalik aliran
alami dari pelarut murni disebut reverse osmosis.
Proses ini mirip dengan filtrasi membrane. Namun, ada perbedaan utama
antara reverse osmosis dan filtrasi. Mekanisme penghapusan dominan dalam
filtrasi membrane adalah berusaha, atau pengecualian ukuran. Sehingga proses
yang secara teoritis dapat mencapai pengecualian sempurna partikel terlepas dari
parameter operasional seperti tekanan umpan (influent pressure) dan konsentrasi.
Reverse osmosis, bagaimanapun melibatkan suatu mekanisme difusi sehingga
efisiensi pemisah tergantung pada konsentrasi zat terlarut, tekanan dan kadar air
Secara formal, reverse osmosis adalah proses memaksa pelarut dari daerah
konsentrasi zat terlarut tinggi melalui membrane semipermeabel ke daerah
konsentrasi terlarut rendah dengan menerapkan tekanan yang melebihi tekanan
osmotik.
Membrane yang digunakan untuk reverse osmosis memliki lapisan
penghalang padat dalam matriks polimer mana yang paling terjadi pemisahan.
Dalam kebanyakan kasus, membran ini dirancang untuk memungkin air hanya
untuk lulus melalui lapisan padat, sementara mencegah bagian zat terlarut (seperti
ion garam). Proses ini mensyaratkan suatu tekanan tinggi diberikan pada sisi
membrane konsentrasi tinggi, biasanya 2 – 17 bar (30 – 250 psi) untuk air tawar
dan payau air tawar, dan 40 – 70 bar (600 – 1000 psi) untuk air laut, yang
memiliki sekitar 24 bar (350 psi) tekanan osmotik alam yang harus diatasi. Proses
ini dikenal untuk digunakan dalam desalinasi (menghilangkan garam dari air laut
untuk mendapatkan air tawar). Tetapi sejak awal 1970-an itu juga telah digunakan
untuk memurnikan air segar untuk kesehatan, industri dan domestik aplikasi
medis.
Osmosis bergerak menggambarkan bagaimana pelarut antara dua larutan
perbedaan konsetrasi diantara solusi. Ketika dua solusi dengan konsentrasi yang
berbeda dari zat terlarut dicampur, jumlah zat terlarut dalam dua solusi akan sama
– sama disalurkan dalam jumlah pelarut dari dua solusi. Daripada pencampuran
dua solusi bersama – sama, mereka dapat dimasukkan ke dalam dua kompartemen
dimana mereka terpisah satu sama lain dengan sebuah membrane semipermeabel.
Membrane semipermeabel tidak memungkinkan zat terlarut untuk berpindah dari
satu kompartemen ke yang lain, namun memungkinkan pelarut untuk bergerak.
Karena kesetimbangan tidak bisa dicapai oleh pergerakan zat terlarut dari
kompartemen dengan konsentrasi zat terlarut tinggi untuk yang satu dengan
konsentrasi zat terlarut rendah, itu bukan dicapai oleh pergerakan pelarut dari
daerah konsentrasi zat terlarut rendah ke daerah – daerah konsentrasi zat terlarut
tinggi. Ketika pelarut bergerak jauh dari daerah konsentrasi rendah, hal ini
menyebabkan daerah – daerah untuk menjadi lebih terkonsentrasi. Disisi lain,
ketika pelarut bergerak ke daerah – daerah konsentrasi tinggi, konsentrasi zat
terlarut akan berkurang. Proses ini disebut osmosis. Kecenderungan untuk pelarut
dapat mengalir melalui membrane dapat dinyatakan sebagai “tekanan osmotik”,
karena analog mengalir disebabkan oleh perbedaan tekanan. Osmosis adalah
Dalam reverse osmosis, dalam sebuah set up yang sama seperti yang di
osmosis, tekanan diterapkan ke dalam ruangan dengan konsentrasi tinggi. Dalam
hal ini, ada dua gaya yang mempengaruhi gerakan air : tekanan disebabkan oleh
perbedaan konsentrasi zat terlarut antara dua kompartemen (tekanan osmotik) dan
[image:37.612.111.516.188.552.2]tekanan eksternal diterapkan.
Gambar 2.4 Reverse Osmosis
Berikut ini skema sistem reverse osmosis desalinasi yang menggunakan penukar
tekanan :
1. Masukan air laut (sea water inflow)
3. Arus konsentrat (concentrate flow) 60%
4. Air laut mengalir (sea water flow) 60%
5. Konsentrat (drain)
A. Tekanan pompa aliran tinggi (high pressure pump flow) 40%
B. Pompa sirkulasi (circulation pump)
C. Osmosis unit dengan membran (osmosis unit with membrane)
[image:38.612.114.506.130.652.2]D. Penukar tekanan (Pressure exchanger)
2.2 Termodinamika di Lingkungan Sistem Desalinasi
Termodinamika adalah ilmu yang membahas hubungan (pertukaran)
antara panas dengan kerja. Dalam termodinamika banyak membahas tentang
sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut
sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut
lingkungan.
2.3 Asas Black
Asas Black terjadi apabila ada dua benda yang suhunya berbeda
kemudian disatukan atau dicampur berada dalam sistem yang tertutup, maka
energi akan berpindah seluruhnya dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju
benda yang bersuhu rendah. Maka ketika mencapai suhu yang sama, energi yang
diterima oleh benda yang memiliki suhu yang lebih rendah sama dengan energi
yang dilepaskan oleh benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi. Karena energi
yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu sama dengan kalor, maka bisa
dikatakan bahwa dalam sistem tertutup, kalor yang dilepaskan sama dengan kalor
berada dalam sistem tertutup, maka tidak semua energi dari benda bersuhu tinggi
berpindah menuju benda yang bersuhu rendah.
Secara matematis dapat dirumuskan :
Qlepas = Qterima
(M1 x C1) (T1-Ta) = (M2 x C2) (Ta-T2)
Keterangan :
M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi.
C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi.
Ta = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi.
T1 = Temperatur akhir pencampuran kedua benda.
M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.
C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.
T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.
2.4 Hukum Kalor
Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang
menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda
dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor
dilepaskan oleh suatu benda.
2.4.1 Hukum Kalor Jenis
Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 oC.
Q = m x c x Δt
Q = m x c x (t2 – t1)
Dengan ketentuan :
Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
M = Massa zat (Gram, Kilogram)
C = Kalor jenis (Joule/kilogramoc, Kalori/gramoc)
Δt = Perubahan suhu (oc)
2.4.2 Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda
untuk menaikkan suhunya 1oc.
H = m x c x ∆t ∆t
H = m x c
Dengan syarat :
Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
M = Massa zat (Gram, Kilogram)
C = Kalor jenis (Joule/kilogramoc, Kalori/gramoc)
Δt = Perubahan suhu (o
c)
H = kapasitas kalor (Joule/oc)
2.4.3 Kalor Uap
Kalor uap adalah proses penguapan yang terjasi karena perubahan wujud
dari bentuk cait menjadi gas. Untuk mengubah wujud suatu zat tentunya juga
memerlukan kalor yang berbeda – beda antara zat yang satu dengan yang lainnya
tergantung pada jenis zat tersebut. Untuk menguapkan 1 kg zat cair menjadi uap
atau gas pada titik didihnya disebut dengan kalor uap (U). Dari perngertian diatas
dapat dirumuskan sebagai berikut :
Q = m x U
Dengan ketentuan :
M = Massa zat (Gram, Kilogram)
U = Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
2.5 Perpindahan panas
Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang mempelajari
perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua
medium misalnya: sesama medium padat atau medium padat dengan fluida.
Energi yang berpindah tersebut dinamakan kalor atau panas (heat). Panas akan
berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium dengan
temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini berlangsung terus sampai terjadi
kesetimbangan temperatur diantara kedua medium tersebut atau tidak terjadi
perbedaan temperatur diantara kedua medium.
Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu
perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi
Proses perpindahan panas secara konduksi adalah suatu proses
perpindahan energi panas dimana energi panas tersebut mengalir dari daerah yang
bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam suatu medium
q = −k A dT dx
Dimana : q
k = laju perpindahan panas konduksi (Watt)
k = konduktivitas termal bahan (W/m. K)
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)
dx dT
= gradien suhu (perubahan temperatur terhadap arah x) (K/m).
Tanda negatif (-) diselipkan dalam hukum Fourier yang menyatakan
bahwa panas berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media yang
bertemperatur lebih rendah.
2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari
permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir
(begerak) atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan
temperatur.
Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).
c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
# Kecepatan fluida
# Perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
# Kapasitas panas fluida
# Rapat massa fluida
# Bentuk permukaan kontak
Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum
Newton untuk pendinginan (Newton’s Law of Cooling) yang dirumuskan
sebagai berikut:
JikaT
s>T∞:
q
Konv = h. A (Ts – T∞)
Dimana: q
Konv = Laju perpindahan panas konveksi (Watt)
h = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 .K)
A = Luas permukaan perpindahan panas (m2)
T
s = Temperatur permukaan (K)
2.5.3 Perpindahan Panas Radiasi
Proses perpindahan panas secara radiasi (pancaran) adalah suatu
proses perpindahan energi panas yang terjadi dari benda yang bertemperatur
tinggi menuju benda dengan temperatur yang lebih rendah tanpa melalui
suatu medium perantara, misalkan benda-benda tersebut terpisah dalam
ruang atau bahkan bila terdapat suatu ruang hampa udara diantaranya.
Untuk dapat melakukan penghitungan laju perpindahan energi panas
secara radiasi dipergunakan persamaan laju perpindahan panas radiasi
sebagai berikut :
q
ε · σ · A ·Dimana : q
rad = laju perpindahan panas secara radiasi (Watt)
ε = emisivitas permukaan benda
σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 . 10-8 W/m2. K 4)
A = luas bidang permukaan perpindahan panas radiasi (m2)
T
s = temperatur permukaan benda (K)
T
2.6 Proses Penguapan (Evaporation)
Secara umum penguapan berarti berubahnya fase zat dari zat cair menjadi
uap. Penguapan juga berarti perpindahan massa zat cair ke atas dengan adanya
gradien temperatur antara permukaan zat cair dengan udara diatasnya. Hal ini
merupakan peristiwa konveksi alami. Konveksi alami terjadi akibat adanya efek
gaya apung yang bekerja pada fluida. Efek gaya apung merupakan mekanisme
yang terjadi karena adanya gradient massa jenis. Massa jenis akan menurun jika
temperatur fluida meningkat, begitu juga sebaliknya temperatur meningkat maka
masssa jenis fluida akan menurun. Fluida yang ringan (memiliki massa jenis yang
rendah) akan menempati posisi yang lebih diatas. Sehingga jika terus menerus
diberi panas maka tempera
tur fluida akan terus meningkat dan massa jenisnya akan terus menurun dan
terjadilah penguapan.
q
∆∙
Dimana: qevap = Laju energi pada saat penguapan
m
v = Massa yang berubah menjadi uap (kg)
hfg = Kalor laten penguapan (J/kg)
2.7 Proses Pengembunan (Condensation)
Peristiwa pengembunan terjadi seperti pada penguapan yaitu berubahnya
fase suatu zat, hanya dalam hal ini perubahan itu terjadi dari fase uap menjadi fase
cair, kebalikan dari peristiwa penguapan. Perpindahan kalor pengembuan
dipengaruhi oleh besarnya laju konsentrasi massa uap air yang berubah menjadi
air (massa yang terkondensasi). Pengembunan juga terjadi akibat dari uap jenuh
yang bersentuhan dengan permukaan yang dingin (suhu permukaan suatu plat
lebih rendah dari suhu jenuh uap) akan terjadi kondensasi pada permukaan plat,
hal ini berarti uap jenuh tersebut melepaskan kalor latennya, dan karena pengaruh
gravitasi kondensat akan mengalir kebawah.
Berikut ini adalah persamaan umum untuk menentukan laju energi pada saat
pengembunan :
Dimana: qc = Laju energi pada saat pengembunan
m
c = Massa yang terkondensasi (kg)
hfg = Kalor laten peembunan (J/kg)
Harga sifat-sifat air seperti kalor laten penguapan dan kalor laten
pengembunan, dicari pada temperatur film (T
f). Rumus temperatur film untuk
proses pengembunan adalah sebagai berikut:
2.8 Sistem Destilasi
Destilasi adalah suatu cara pemisahan larutan dengan menggunakan panas
sebagai pemisah. Jikalarutan yang terdiri daru dua buah komponenen yang cukup
mudah menguap, maka fase uap yang terbentuk akan mengandung komponen
yang lebih menguap dalam jumlah yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan
fase cair. Adapun faktor - faktor yang mempengaruhi destilasi adalah sebagai
berikut :
a. Laju detilasi
Laju destilasi merupakan massa yang dihasilkan dari proses
destilasi per satuan waktu. Massa yang dihasilkan dari proses ini adalah
massa dari air yang terkondensasi.
Dimana :
.
m = Laju Destilasi (kg / s) m
c = Massa air yang terkondensasi (kg)
b. Efisiensi produk
Efisiensi produk adalah rasio antara massa produk yang dihasilkan
/ digunakan dengan masa produk yang diberikan ke sistem.
%
Dimana : ηp = Efisiensi produk (%)
m = Massa air kondensat (kg)
m
in = Massa air yang masuk ke sistem (kg)
c. Efisiensi Sistem Destilasi
Efisiensi alat destilasi air merupakan perbandingan dari energi
berguna dengan energi panas yang diberikan oleh briket ke sistem selama
proses pembakaran (q
in). Energi berguna merupakan energi panas yang
digunakan dalam proses penguapan (q
evap) dan energi panas yang
digunakan saat pengembunan (q
c). Sehingga dalam perhitungan efisiensi
alat destilasi air akan terdapat dua efisiensi yaitu efisiensi untuk sistem air
(ηair) dan efisiensi untuk sistem uap (ηuap). Berikut ini merupakan gambar
Gambar 2.6 Batasan sistem
Dimana : η
tot = Efisiensi alat destilasi air
q
c = Laju energi kondensasi (W )
q
in = Laju energi masuk (W)
2.9 Siklus Carnot
Mesin carnot merupakan mesin kalor yang dapat mengubah energi (kalor)
menjadi bentuk lainnya (usaha mekanik). Disamping mesin carnot, terdapat pula
diesel dan bensin, mesin jet dan reaktor atom. Pada prinsipnya cara kerja mesin
kalor ada tiga proses penting yaitu :
1. Proses penyerapan kalor dari sumber panas yang sering disebut sebagai
reservoir (tandon) panas.
2. Usaha yang dikeluarkan oleh mesin.
3. Proses pembuangan kalor pada temoat yang bersuhu rendah, tempat ini sering
disebut reservoir (tandon) dingin.
Mesin carnot bekerja berdasarkan suatu siklus yang disebut siklus carnot.
Siklus ini terjadi pada sebuah silinder berisi gas yang dinding – dindingnya
terisolasi secara thermal (panas tidak dapt menembus dinding silinder). Bahan
atau zat yang dilibatkan dalam mesin kalor berdasarkan siklus carnot adalah suatu
gas ideal. Proses termodinamika yang terlibat dalam siklus carnot terdiri dari dua
[image:52.612.114.511.151.512.2]proses isothermal dan dua proses adiabatik. Proses ini dapat dilihat pada grafik.
Proses Isothermal (AB)
Pada proses ini, gas dikontakkan dengan reservoir panas bersuhu T1 melalui dasar
silinder. Kemudian beban sedikit demi sedikit dikurangi sehingga piston
(penghisap) terangkat dan gas akan memuai (berekspansi) secara isothermal pada
suhu T1. Selama proses ini gas menyerap kalor sejumlah Q1 dan melakukan usaha
(WAB) dengan menaikkan piston keatas.
Proses Adiabatik (BC)
Pada proses ini, dasar silinder yang semula dikontakkan pada reservoir panas,
sekarang diberi dinding yang terisolasi terhadap lingkunagan. Sedikit demi sedikit
beban dikurangi dan membiarkan gas memuai (mengembang = berekspansi)
secara adiabatik. Selama proses ini suhu gas turun T1 dan gas melakukan usaha
sebanyak WBC yang ditunjukkan dengan naiknya piston.
Proses Isothermal (CD)
Pada proses ini, gas dikontakkan dengan reservoir dingin bersuhu T2 melalui dasar
silinder. Kemudian beban ditambahkan seikit demi sedikit sehingga piston turun
dan membiarkan gas termampatkan (terkompres) secara isothermal pada suhu T2.
Selama proses ini gas akan membuang kalor sebanyak Q2 dan menerima usaha
Proses Adiabatik (DA)
Pada proses ini, dasar silinder kembali di isolasikan terhadap lingkungan. Sedikit
demi sedikit, beban ditambahkan dan biarkan gas termampatkan secara adiabatic.
Selama proses ini suhu gas naik dari T2 menjadi T1 dan gas menerima usaha dari
[image:54.612.113.503.239.570.2]luar sebanyak WDA yang ditunjukkan dengan turunnya piston.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di PT. Pembangkit Jawa Bali Desalinasi Unit
1 B Muara Karang, Jakarta Utara. Adapun tempat penelitian dilaksanakan di
Ruang Control Room Desalinasi Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP Muara
Karang dan untuk pengolahan data dilaksanakan di Laboratorium Terpadu
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Sedangkan waktu penelitian
dilakukan selama 2 bulan. Penelitian dimulai dari tanggal 2 Oktober sampai
dengan tanggal 20 Desember 2010.
3.4 Tahapan Penelitian
Adapun langkah – langkah dalam penelitian berawal dari studi literature
yang meliputi pembelajaran proses Desalinasi unit 1 B yang ada pada PT.
Pembangkit Jawa Bali UP Muara Karang serta survey lapangan untuk proses
melakukan pengamatan serta pengambilan data. Kemudian tahap selanjutnya
mengetahui komponen – komponen utama, cara kerjanya serta fungsinya yang
dilakukanlah analisis efisiensi desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP.
Muara Karang Jakarta. Setelah diperoleh hasil dari analisis efisiensi desalinasi,
maka ditarik suatu kesimpulan. Dalam melakukan suatu penelitian, diperlukan
sebuah pembuatan flow chart sebagai awal dari penelitian. Dengan flow chart
mempermudah pemahaman bagaimana cara kerja dari suatu penelitian. Pada
Gambar 3.1 Diagram Flow Chart Penelitian Studi Literature
Studi Lapangan
Peralatan Utama Desalination Plant
Analisa Hasil Efisiensi Desalination Plant
Pembahasan
kesimpulan Proses
Evaporasi
3.3 Data – data penelitian
Secara umum tahap menganalisa yang akan dilakukan pertama – tama
adalah dengan studi literature yang meliputi pembelajaran desalinasi unit 1 B PT.
Pembangkit Jawa Bali (PJB) Muara Karang. Kemudian dilakukanlah suatu
pengamatan dan pengambilan data yang mengharuskan untuk terjun ke lapangan.
Data tersebut berupa daily repot (laporan harian), observasi, serta wawancara
kepada operator desalinasi tersebut. Observasi yang dilakukan adalah dengan
mengamati cara kerja serta fungsi dari peralatan utama yang terdapat di desalinasi
tersebut. Setelah mengetahui cara kerja serta fungsi dari masing – masing
peralatan utama tersebut, maka dapat dilihat seberapa besar peran dari peralatan
utama untuk desalinasi.
Untuk mengetahui efisiensi dari desalinasi, tidak hanya dilihat dari
peralatan utama saja, tetapi dari proses berlangsungnya desalinasi itu. Proses
desalinasi yang berlangsung terdiri dari proses evaporasi dan proses kondensasi.
Kedua proses tersebut dapat mempengaruhi proses desalinasi. Setelah mengamati
kedua proses tersebut, selanjutnya yang dilakukan adalah dengan mengetahui
berapa banyak produk yang dihasilkan. Hal ini dilakukan untuk mengetahui
Adapun fungsi – fungsi dari peralatan utama desalinasi sebagai berikut :
3.3.1 Evaporasi
Evaporasi berfungsi untuk melakukan proses penguapan dengan menurunkan titik
didih air pada kondisi vakum.
3.3.2 Main Ejector
Main ejector berfungsi untuk menjaga kestabilan vakum pada saat desalinasi
beroperasi berada di effect ke empat.
3.3.3 Vent Ejector
Vent ejector berfungsi untuk melakukan pengvakuman sebelum desalinasi
beroperasi atau sebelum start.
3.3.4 Ejector Condenser
Ejector condenser berfungsi untuk melakukan pengvakuman bersama – sama vent
ejector sebelum desalinasi beroperasi.
3.3.5 Centrifugal Pumps
Centrifugal pumps yang menjadi peralatan utama desalination plant terdiri dari
a. Brine Blowdown Pump
Berfungsi untuk memompa air laut yang tidak dapat terkondensasikan kemudian
akan dibuang ke laut lepas.
b. Product Water Pump
Berfungsi untuk memompa air produk ke make up water tank.
c. Desalination Seawater Feed Pump
Berfungsi untuk meangambil air laut untuk di proses ke dalam desalination plant.
3.3.6 Scale Inhibitor unit / Anti Scaling
Berfungsi untuk mencegah terbentuknya pembentukan kerak pada permukaan
pipa evaporator di dalam effect.
3.3.7 Anti Foam unit
Berfungsi untuk menghilangkan busa atau memperkecil busa yang terdapat di air
3.4 Deskripsi Proses Desalination Plant
Desalinasi tipe reheat seawater terdiri dari multi-effect evaporator,
condenser, main ejector, vent ejector, desalination seawater feed pump, brine
blowdown pump, product pump, dan scale inhibitor/ anti foam injection system.
Main ejector merupakan ejektor sederhana, di mana uap LP dialirkan ke
dalam jet nozzle. Campuran steam/vapor dikirimkan oleh ejector pada tekanan
menengah (intermediate pressure), vapor tekanan rendah terkompresi secara
efektif dengan demikian temperaturnya pun akan naik. Proses tersebut disebut
proses Thermal Vapor Compression.
Kombinasi multi-effect dan proses kompresi-uap (thermal compression
process) dibuat untuk mendapatkan efisiensi desalinasi yang tinggi dengan efek
samping yang seminimal mungkin. Sistem 4-Effect dan main ejector tunggal
Gambar 3.2 Flow Diagram 4 Effect Reheat Seawater Desalination Plant
3.4.1 Prinsip Operasi Desalination Plant
Pada multi-effect evaporator, air laut dispraikan dari atas tube bundle
setiap effect-nya dan turun sehingga membentuk lapisan tipis (thin film) diluar
pipa sepanjang susunan pipa-pipa HE (Heat Exchanger Tube). Untuk flow steam
(aliran uap) diperoleh dari auxiliary boiler atau HRSG. Kemudian uap mengalir di
dalam pipa di mana uap tersebut akan mengalami kondensasi menjadi air distilat.
Seiring dengan terkondensasinya uap di dalam pipa (tube), uap tersebut akan
memanaskan lapisan tipis air laut dan menyebabkan lapisan tersebut akan
menguap, sehingga dapat menjadi suplai uap baru yang akan masuk ke dalam
effect selanjutnya. Setiap effect yang berada pada multi effect evaporator bekerja
penguapan terjadi karena proses tersebut berulang dari effect yang terpanas ke
effect terdingin.
Ketika dua proses digabungkan di dalam Reheat Desalination Plant,
main ejector membawa vapor di dalam effect terakhir, menekannya sehingga
temperaturnya naik dan memasukkannya ke dalam effect pertama. Banyaknya
effect dipilih bergantung pada kapasitas dan efisiensi termalnya.
Pada sistem ini, heat input diperoleh dari proses yang terjadi melalui uap
yang disuplai ke dalam nozzlenya main ejector, dan kebanyakan heat input akan
dibuang melalui air pendingin, kemudian akan dikembalikan ke laut. Pada plant
4-effect ini, hanya vapor dari effect terakhir saja yang akan dikompres ulang dan
sisanya mengalir ke heat rejection condenser.
Aliran distillate dan brine mengalir secara alamiah dari effect satu ke
effect yang lainnya tanpa perlu dipompa. Kemudian panas sensibel (sensible
heat)-nya dikembalikan ke dalam proses melalui pencampuran langsung dengan
cairan panas (hot liquid) yang masuk ke dalam effect berikutnya. Akhirnya,
distillate dan brine akan ditarik dari evaporator/ R2 condenser dengan pompa.
Sedangkan vent ejector akan membuat vacuum up, mempertahankannya, dan
Dengan membatasi temperatur maksimum brine pada nilai rendahnya,
maka pembentukan kerak pada pipa Heat Exchanger secara efektif dapat terjaga.
Sedangkan proses pembentukan thin-film boiling, juga berkontribusi pada
fenomena operasi scale-free. Sebagai pencegahan terakhir, suplai air laut
di-dosing dengan sejumlah larutan kimia “scale-inhibitor”.
Kelebihan dari Reheat Desalination Plant adalah apabila terjadi
kebocoran pipa atau sebagian pipa, tidak akan menyebabkan pencemaran air
distilat. Apabila terjadi kebocoran pipa atau sebagian pipa, maka akan terlindungi
oleh air distilat secara otomatis sehingga mengalir seperti lapisan film di
permukaan dalam pipa dikarenakan adanya gradien tekanan dari dalam sampai
keluar pipa. Tidak ada perubahan loss output atau performance kecuali lubang
semakin membesar atau terjadinya kerusakan yang cukup serius pada pipa.
Air laut di-dosing dengan larutan scale inhibitor berfungsi untuk menjaga
terbentuknya kerak pada permukaan evaporator tube (yang berada di dalam
effect). Kemudian larutan kimia disiapkan di dalam tangki larutan yang akan
berfungsi sebagai pengaduk (mixer) dan akan diinjeksikan ke dalam air laut
Sebagai tambahan, sodium bi-sulfite diinjeksikan juga ke dalam air laut
sebagai proses de-chlorination. Ketika air laut bergaram tinggi diumpankan ke
dalam evaporator, maka akan terbentuk gas bromide yang akan menyebabkan
beberapa masalah. Salah satunya adalah masalah korosi pada cooper alloy dan
stainless steel. Masalah lain yang timbul adalah penurunan kualitas air distilat
(conductivity tinggi dan rendah PH).
3.4.2 Operasi saat “Turndown” Desalination Plant
Operasi turndown dilakukan dengan cara yang sangat sederhana yaitu
mengurangi tekanan uap motif (motive steam pressure) ke ejektor utama (main
ejector). Dari tekanan 6 bara pada beban 100 % menjadi 3.1 bar pada beban 50 %.
Parameter operasi lainnya seperti laju aliran feed water, chemical dosing rate,
level brine, level distilat, dan sebagainya, sehingga dipertahankan sama seperti
51
BAB IV
PEMBAHASAN
Pada bab ini akan diberikan penjabaran mengenai hasil serta analisis dari Efisiensi Desalinasi Unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP Muara Karang. Adapun data – data yang digunakan dalam Analisis Efisiensi Desalinasi Unit 1 B ini diperoleh dari data record harian periode bulan Desember 2010 yang ada di desalinasi unit 1 B PT. Pembangkit Jawa Bali UP Muara Karang. Data record harian tersebut diambil bulan Desember 2010, dikarenakan desalinasi unit 1 B baru saja beroperasi bulan November 2010. Tetapi bulan November belum ada data record hariannya.
4.1 Analisis Biaya Produk
52
Flow steam dari auxiliary boiler tersebut membutuhkan air demineralisasi dan bahan bakar. Air demineralisasi biasanya sudah tersedia di make up water tank yang sebelumnya di suplay oleh desalinasi Multi Stage Flash One Through (MSF – OT)desalination plant pada PLTU unit 4 dan 5. Air demineralisasi sangat berperan penting dalam siklus PLTU. Dikarenakan di dalam larutan air demineralisasi tidak terdapat kandungan – kandungan yang dapat menyebabkan terjadinya korosif pada perangkat – perangkat utama PLTU. Air demineralisasi dapat dikatakan seperti itu karena mempunyai alasan tertentu. Alasan tersebut adalah apabila sebuah air mencapai conductivity yang sudah ditetapkan. Conductivity yang baik adalah dibawah angka 1 (satu). Apabila conductivity
mencapai batasan yang sudah ditetapkan yaitu kurang dari angka 1 (satu) µS
maka air demineralisasi dapat digunakan.
Selain mempergunakan air demineralisasi untuk membangkitkan steam sebagai supply steam desalination plant digunakan juga bahan bakar. Dalam hal ini bahan bakar yang dipergunakan adalah High Speed Diesel (HSD).
Steam yang dipakai dalam auxiliary boiler (dibutuhkan saat desalination plant start) membutuhkan pemakaian listrik. Pemakaian listrik tersebut diambil dari pemakaian sendiri, disebabkan pemakaian listrik relatif sangat kecil. Pemakaian listrik pada auxiliary boiler diperkirakan mencapai beban maksimal 12 Ampere. Arus listrik tersebut dipergunakan untuk menjalankan Feed Water Pump
53
dari ruang bakar (burner). Jadi Forced Draft Fan merupakan suatu alat untuk mensuplai kebutuhan udara dari suatu proses pembakaran dalam ruang boiler.
Tidak hanya steam yang dibutuhkan untuk start desalinasi tetapi pemakaian listrik juga berperan penting dalam hal ini. Untuk pemakaian listrik, desalinasi mempunyai trafo tersendiri. Kemudian trafo tersebut tidak dipergunakan untuk 1 (satu) desalinasi saja. Tetapi dipergunakan untuk 2 (dua) desalinasi yaitu desalinasi unit 1 A dan unit 1 B. Kedua desalinasi ini merupakan tipe reheat seawater atau jenis Multi Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC). Kemudian yang akan dibahas adalah desalinasi unit 1 B saja. Pada desalinasi unit 1 B, rasio pada kuat arus mencapai 25 A. Sedangkan untuk tegangan listriknya mencapai 396 V, maka daya yang dipergunakan adalah 13,2 KW.
Biasanya desalinasi unit 1 B beroperasi hanya untuk mengisi air sebanyak 1 m di make up water tank , tetapi pada waktu tertentu dapat beroperasi lebih lama dari biasanya. Hal tersebut disebabkan karena pengoperasiannya sesuai kebutuhan yang dibutuhkan. Untuk pengisisan 1 (satu) m pada make up water tank
membutuhkan 60 ton air. Sehingga untuk membutuhkan 60 ton air dapat dilakukan sebanyak 3 jam atau kapasitas produksinya 20 t/h (dalam kemampuan pengoperasian 70%).
54
Pemakaian listrik :
Energi listrik desalination plant = daya x waktu
= P x t
= 13,2 KW x 1 jam
= 13,2 KWh
Energi listrik dari auxiliary boiler = kuat arus x tegangan listrik
= 12 A x 380 V
= 4560 Watt
= 4,56 KW x 1 jam
= 4,56 KWh
Energi total = 13,2 KWh + 4,56 Kwh
= 17,76 KWh
Biaya listrik = energi listrik x tarif per KWh
= 17,76 KWh x Rp 1.100,-
= Rp 19.536 / h
55
Steam :
Flow steam = 2 t / h = 2000 kg / h
Tekanan (P) = 8,5 bar = 124,95 psia
[image:70.612.114.513.131.652.2]Temperature (T) = 270 deg C = 518 oF
56
Dari parameter – parameter di atas dengan menggunakan steam table online maka diperoleh entalpi steam adalah 1286,1 BTU / lb.
Entalpi = 1286,1 BTU / lb
Energi = Entalpi x flow steam
= 1286,1 BTU / lb x 2000 kg / h
= 2858 BTU / kg x 2000 kg / h
= 5.716.000 BTU / h
Setelah memperoleh energi steam, maka dapat diperoleh biaya steam dengan mendekatkan energi steam dengan biaya bahan bakar.
Biaya steam = 5.716.000 BTU / h : 130.500 BTU / gallon
= 43,8 gallon / h x 3,7 lt
= 162,06 lt / h x Rp 4.500
= Rp 729.270
Biaya Listrik = Energi Listrik x Tarif per KWh
= 1,4 KWh x Rp 1.100
= Rp 1.540 / h
Ket : 1 US Gallon = 3,7 lt
57
Petro – diesel = 130.500 BTU / gallon
Hasil dari perhitungan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa jumlah energi yang dipakai untuk melakukan operasi desalination plant selama 1 (satu) jam adalah sebagai berikut :
Jumlah Input = Biaya Pemakaian Listrik + Biaya Steam
= Rp 19.536 + Rp 729.270
= Rp 748.806 per 20 ton
= Rp 37.440,3 / ton
4.2 Proses Evaporasi Multi – Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC)
Setelah melakukan pengamatan dan pengambilan data, maka langkah selanjutnya adalah mengindentifikasi proses evaporasi yang berada di proses
desalination plant Multi – Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC). Adapun proses desalination plant Multi – Effect Distillation with Thermal Vapor Compression (MED – TVC) akan dijelaskan seperti dibawah ini : Air laut rata – rata sebanyak 179 t/h (68 % load) akan dipompa ke dalam
58
Desalination plant ini memiliki kapasitas mencapai 480 ton/hari. MED – TVC merupakan jenis reheat, yang mengkombinasikan prinsip multi-effect, pipa horizontal, spray film evaporation, dan thermal vapor compression (oleh steam jet ejector).
Kemudian air laut mengalir di dalam pipa heat rejection condenser (R1 dan R2) yang bertindak sebagai pendingin, yang akan mengambil panas dari evaporator. Setelah meninggalkan heat rejection condenser, kemudian air laut dicabang dan diumpankan ke dalam effect, di mana air laut tersebut akan dispraikan pada permukaan luar pipa evaporator dan sisanya dibuang ke laut.
Uap pemanas yang melewati main ejector, akan bertindak sebagai kompresor. Kemudian akan diumpankan ke dalam effect pertama, lalu diambil panas latennya dan akan dikondensasikan. Sebagai hasilnya, sebagian air laut akan teruapkan di sana. Sisa dari air laut disebut sebagai brine, yang akan jatuh di lantai effect pertama dan mengalir ke dalam effect berikutnya dengan melewati pipa loop seal.
59
luar pipa. Kondensat vapor merupakan bagian dari air produk (air distilat). Selanjutnya steam yang terkondensasikan di effect pertama dan vapor yang terkondensasikan di effect lain-nya akan terambil oleh effect berikutnya. Dengan kata lain, proses evaporasi dan proses kondensasi terjadi berulang dari effect ke
effect.
Sebagian vapor yang dihasilkan dari effect ke-4 akan terambil R1
condenser
