COOLER PADA INDUSTRI
1. Pengertian Cooler
Cooler adalah suatu alat yang berfungsi untuk mencegah terjadinya over heating (panas berlebihan) dengan cara mendinginkan suatu fraksi panas dengan menggunakan media cairan dingin, sehingga akan terjadi perpindahan panas dari fluida yang panas ke media pendingin tanpa adanya perubahan suhu. Alat pendingin biasanya menggunakan media air, dalam prosesnya air pendingin tidak mengalami kontak langsung dengan fraksi panas tersebut, karena fraksi panas mengalir di dalam pipa sedangkan air pendingin berada di luar pipa.
2. Sistem Pendingin
Panas yang dihasilkan mesin dari proses pembakaran menghasilkan panas yang terlalu tinggi (over heating) hal ini berisiko terjadinya pemuaian yang mengakibatkan mengecilnya lubang silinder dan membengkoknya kepala silinder (silinder head) tetapi mesin yang terlalu dingin bisa mengurangi kemampuan bekerja mesin. Oleh karena itu mesin perlu dilengkapi sistem pendingin yang menjaga suhu kerja mesin (engine). Sistem pendingin pada engine terbagi atas dua media yaitu sistem pendingin udara dan sistem pendingin air.
2.1. Sistem Pendingin Air
Berdasarkan cara kerja sistem pendingin air dibedakan menjadi dua macam yakni sirkulasi alami dan sirkulasi tekan. Sistem pendingin sirkulasi alami,sistem pendingin ini bekerja berdasarkan masa jenis air air yang panas akan berada di atas dan air yang dingin akan berada di bawah. Komponen sistem pendingin air sirkulasi alami adalah radiator, waterjacket, housing, fan (kipas pendingin), fan belt (sabuk kipas pendingin). Cara kerja sistem pendingin alami dengan cara panas yang dihasilkan blok silinder diserap oleh air pendingin (water cooling) yang ada dalam water jacket. Air yang panas akan mengalir ke bagian atas radiator dan mengalir melalui mantel (inti radiator) pendingin sehingga panas diserap oleh sirkulasi udara yang dihasilkan kipas pendingin (fan). Air tesebut mengalir ke bagian bawah radiator dan masuk kembali ke water Jacket. Sedangkan komponen sistem pendingin air sirkulasi tekan adalah water jacket,
thermostat, fan (kipas pendingin), radiator, tangki ekspansi, water pomp, fan belt, preser cap (tutup radiator), housing (selang karet).
2.2. Sistem Pendingin Udara
Sistem pendingin udara terdiri sirif-sirif pendingin dan kipas pendingin (fan). Cara kerja sistem pendingin ini sangat sederhana. Sirif-sirif pendingin dipasang pada blog silinder guna memindahkan panas dari blog silinder ke sirif-sirif pendingin tersebut. Cara kerja sistem pendingin udara yaitu ketika mesin dihidupkan kipas pendingin (fan) yang dipasang pada poros engkol (crean shaft) ikut berputar, sehingga udara dihembuskan ke sirif-sirif pendingin. Sirkulasi udara pada sirif pendingin mengakibatkan panas terika oleh udara. Maka panas dari sirf-sirif pendingin berpindah ke udara bebas yang berada di sekitar.
Gambar 1. Sitem Pendingin Udara
(Sumber: Rahman,Hidayatul. 2009)
3. Cooler pada Industri Migas
3.1. Jenis-Jenis Cooler pada Industri Migas
Cooler terdiri dari beberapa jenis, dengan proses yang berbeda-beda, khusus pada industri migas jenis cooler yang biasa digunakan ialah Shell dan Tube Cooler dan Box Cooler. Jenis pertama adalah sheel dan tube cooler. Pada cooler jenis ini, proses pendinginan fraksi dilakukan dengan cara mengalirkan fraksi panas melalui pipa, sedangkan air pendingin dialirkan melalui shell sehingga akan mengalami kontak langsung dengan dengan permukaan pipa yang berisi fraksi panas dan panas dari fraksi tersebut akan diserap oleh aliran air.
Jenis kedua adalah box cooler. Jenis cooler ini sangat efisien karena prosesnya yang cukup mudah, di dalam alat ini terdapat coil ( sejenis pipa tetapi
memiliki banyak lubang-lubang kecil) yang digunakan untuk mengalirkan fluida panas, sedangkan air pendingin akan mengisi box cooler dan menutupi coil tersebut, maka akan terjadi penyerapan panas oleh air pendingin, sehingga fraksi yang keluar dari box cooler telah sesuai dengan panas yang diinginkan.
3.2. Masalah Air Pendingin Cooler pada Industri Migas
Alat pendingin pada industri migas ini sering mengalami masalah, permasalahan yang sering muncul biasanya disebabkan oleh sumber bahan baku air pendingin tersebut, misalnya saja dari laut maupun dari waduk. Apabila pengontrolan sumber air bahan baku tidak dilakukan dengan efektif makan akan menimbulkan efek negatif pada proses seperti kerusakan pada alat, meningkatnya biaya perawatan alat dan dapat mengurangi transfer panas. Berikut beberapa masalah yang disebabkan oleh air pendingin pada Industri Migas:
3.3.1. Korosi
Korosi merupakan proses elektrokimia dimana logam kembali ke bentuk alaminya sebagai oksida. Kerusakan yang disebabkan oleh korosi pada sistem pendingin ialah terjadinya penyumbatan pada pipa, adanya kontaminasi terhadap fraksi yang diinginkan akibat dari kebocoran karena korosi dan menurunnya proses perpindahan panas. Cara untuk mengatasi korosi ini bisa dilakukan dengan penambahan bahan kimia ke dalam aliran seperti kromat, silikat dan nitrat ferosianida yang dapat meleberkuan lapisan penyebab korosi sehingga terbawa keluar oleh arus aliran.
3.3.2. Scale
Scale ialah munculnya lapisan padat berupa materi inorganik seperti magnesium silicate, calsium carbonat dan silica yang terbentuk karena adanya pengendapan. Penyebab dari adanya pengendapan ini yaitu terhambatnya proses pengaliran dalam pipa dan menghambat perpindahan panas. Cara untuk mengatasi scale yaitu dengan menambah kuat arus aliran dan dapat juga ditambahkan bahan kimia seperti calsium carbonat.
3.3.3. Fouling
Yaitu adanya akumulasi material solid atau pembentukan lapisan deposit pada permukaan pipa seperti lapisan kristal dan lapisan sedimen yang tentunya
dapat menghambat proses perpindahan panas. Fouling ini dapat dicegah maupun dikendalikan dengan menggunakan klorin, garam arganometal dan ammonium kuartener.
3.3.4. Biological Contamination
Masalah ini disebabkan oleh pertumbuhan mikroba yang tidak terkontrol yang dapat menyebabkan pembentukan deposit padat. Mikroba dapat masuk kedalam alat melalui makeup water atau bisa juga melalui udara. Cara mengatasi masalah ini ialah dengan melakukan steriliasi untuk merendahkan potensi melekatnya mikrooganisme seperti lumut serta membuuh mikroorganisme tersebut menggunakan bahan kimia misalnya saja dengan klor, peroksida dan senyawa amina yang dapat mengikis lumut tersebut.
4. Penggunaan Cooler Dalam Industri Migas
Dalam indutri migas terutama pada unit pengolahanm minyak bumi, Cooler digunakan untuk mendinginkan fraksi-fraksi minyak bumi yang telah diolah. Pada dasarnya fraksi minyak bumi yang telah diolah terutama pada kolom destilasi memiliki panas yang cukup tinggis sehingga panasnya perlu diturunkan sebelum dimasukkan ke dalam tanki penyimpanan karena umumnya setiap jenis tanki memiliki karakteristik khusus dalam hal penyimpanan fluida.
Gambar 2. Coller dalam Industri Migas
(Sumber: Admin. 2015) 5. Grate Cooler pada Pabrik Semen
5.1. Gambaran Umum Grate Cooler pada Pabrik Semen
Proses pendinginan klinker di dalam grate cooler merupakan salah satu proses yang cukup penting mendapat perhatian dalam produksi semen. Hal ini
disebabkan karena proses pendinginan klinker setelah melewati pemanasan di dalam rotary kiln, merupakan salah satu faktor dalam upaya menghasilkan klinker dengan kualitas yang diharapkan. Dalam proses pembuatan semen, klinker yang sudah diproses dari awal sampai dipanaskan pada rotary kiln dengan temperatur 1800 ºC selanjutnya akan diturunkan dari suhu 1450 ºC sampai klinker bersuhu 90-100 ºC untuk selanjutnya akan dipecahkan oleh hammer crusher. Untuk keperluan pendinginan klinker digunakan alat yang disebut grate cooler. Pada grate cooler proses pendinginan klinker dilakukan dengan mengalirkan udara dari fan yang berjumlah kurang lebih 14 buah yang selanjutnya dihembuskan pada plat yang bergerak mengantarkan klinker menuju ke hammer crusher untuk proses selanjutnya. Udara panas hasil pendinginan klinker akan masuk kembali ke kiln sebagai udara kedua (sekunder), kemudian ke ILC dan SLC (calciner) melalui saluran tersier (tertiery duct) sebagai udara tersier. Aliran udara panas tersebut terjadi oleh karena adanya 2 fan pengisap, yang selanjutnya akan dimanfaatkan pada proses lain. Udara panas pada bagian ujung grate cooler akan dikeluarkan oleh cooler vent fan yang akan melewati cyclone dengan efisiensi tinggi yang memungkinkan debu-debu pada udara tersebut dapat dipisahkan. Sehingga aman untuk dilepaskan ke udara bebas dan tidak menimbulkan polusi.
Gambar 3. Skema Umum Grate Cooler
(Sumber: Anwar,Khairil. 2011) 5.2. Fungsi Grate Cooler Reciprocating
1) Memberikan pendinginan yang cepat pada klinker.
2) Mendinginkan klinker dengan cara, panas material diserap oleh udara yang dihembuskan oleh fan dimana udara ini kemudian disebut sebagai udara
sekunder, hal ini efektif secara ekonomi dan stabilisasi kiln atau operasi tungku ruang bakar.
3) Mendinginkan klinker hingga temperaturnya menjadi kurang lebih 100 ºC sehingga aman ketika material tersebut akan ditangani oleh hammer crusher.
4) Mengantarkan klinker ke hammer crusher dimana selanjutnya akan diteruskan ke conveyor bertemperatur rendah.
5) Mengatur ukuran dari suatu material yang akan melalui hammer crusher. 5.3. Tipe-Tipe Clinker Cooler pada Industri Semen
Pendinginan klinker sangat penting untuk konsumsi panas pada kiln dan kualitas semen. Proses ini dilakukan oleh sebuah alat pendingin. Ada tiga tipe dari pendingin yang umum digunakan: rotary coolers, planetary coolers dan grate coolers. Grate cooler yang paling umum digunakan karena alat tersebut menjamin temperatur terendah klinker dan kapasitas tertinggi kiln. Untuk pendinginan clinker dan menghasilkan udara secondary dan tertiary yang cukup tinggi. Sehingga bisa membantu proses udara pembakaran didalam kiln maupun di precalciner system. Temperature udara Secondary yang dihasilkan 950 – 1100 ºC dan temperature clinker yang keluar cooler < 100 ºC. Pemakaian power untuk cooling fan jenis grate cooler ini antara 3 – 6 kwh/ton clinker.
Gambar 4. Planetary cooler
(Sumber: Maulhidayat. 2015)
Planetary coolers pada posisi kedua, di mana alat tersebut menjulang pada kiln dan udara untuk pendinginan diperoleh dari fan kiln. Planetory cooler bentuknya seperti rotary cooler namun jumlahnya banyak dan kecil-kecil mengelilingi shell outlet kiln yang ikut berputar bersama kiln menggunakan main
drive kiln. Pemakaian power untuk cooler tidak ada karena bebannya jadi satu dengan kiln drive. Bagian dalamnya dipasang lifter-lifter untuk mengangkat clinker. Pendinginan clinker kurang optimal dan temperature clinker yang keluar dari cooler masih >150 ºC. Jenis ini sudah banyak yang dimodifikasi menjadi grate cooler. Rotary cooler yang paling jarang digunakan. superioritas dari grate cooler oleh karena pemamfaatan sebaik-baiknya (efisien) dari udara tersier yang disuplai ke calciner. Efisiensi dari rotary dan planetary coolers berhubungan erat dengan perpindahan panas, yang meningkat melalui konfigurasi geometrik dari cooler dan penyusunan dari internal fittings. Sistem spesial dengan elbow dan different lifter, dari planetary dan rotary cooler telah dikembangkan oleh Magotteaux dan Estanda.
Gambar 5. Rotary Cooler
(Sumber: Dylan,Moore. 2011)
Planetary dan rotary cooler memiliki batasan laju udara, biasanya 0,85 – 0,95 Nm3/kg dari klinker, tergantung pada konsumsi bahan bakar dari kiln dan diatur oleh kiln ID fan. Untuk alasan ini, tempertur klinker melebihi 150 ºC dan digunakan injeksi air. Kebalikannya, kuantitas dari udara pada grate cooler yang disuplai oleh fan khusus adalah lebih besar sampai 2,5 Nm3/kg dari klinker dan temperatur klinker menjadi rendah, biasanya kurang lebih 50 ºC temperatur lingkungan. Meskipun demikian, masalah yang umum adalah udara keluar harus diselesaikan. Solusinya adalah menggunakan udara keluar untuk mengeringkan raw material, slag dan batu bara. Pada kasus lain diproduksi energi listrik. Untuk dedusting udara keluar, electrofilter dari gravel bed digunakan.
1) Mendinginkan clinker yang keluar kiln dari temperature 1200 oC menjadi < 200 oC keluar sistem cooler, dengan cara mengalirkan udara dari cooling
fan secara proporsional.
2) Pendinginan clinker secara quenching atau secepat mungkin untuk mendapatkan kualitas clinker yang terbaik (clinker mudah pecah).
3) Heat recuperation dengan memanfaatkan udara panas hasil pendinginan clinker yang keluar dari kiln dan diperoleh dua jenis udara yaitu udara secondary untuk pembakaran main burner dan udara tertiary untuk pembakaran di calciner.
5.5. Alasan Clinker Perlu di Dinginkan
1) Clinker panas sangat sulit untuk ditransportasikan.
2) Clinker panas berpengaruh tidak baik terhadap proses penggilingan selanjutnya.
3) Agar diperoleh clinker yang bersifat amorf. 4) Recovery panas.
5) Mengurangi biaya Produksi.
6) Pendinginan clinker yang baik dapat meningkatkan kualitas semen. 7) Agar C3S tidak terdekomposisi kembali menjadi C2S dan C. 5.6. Tipe Grate Plate yang Digunakan pada Grate Cooler
Tipe pertama adalah Grate cooler air through dan prinsip kerjanya. Pemakaian cooling air flow relatif lebih besar, karena cooling air sealing chamber menjadi satu dengan cooling fan grate. Rata-rata pemakaian cooling air flow total grate 1, 2 dan 3: > 2,5 Nm3/kg clinker. Tipe kedua adalah grate cooler tipe CFG dan prinsip kerja. Cooling air sealing chamber terpisah sehingga pemakaian cooling air grate lebih kecil dan lebih focus pada pendinginan clinker diatas grate plate. Rata-rata pemakaian cooling air flow total grate 1, 2 dan 3: < 2,3 Nm3/kg clinker. Pengoperasian kedua tipe grate diatas sama yaitu menjaga kestabilan ketebalan clinker diatas grate ( terutama grate 1 ), dengan mengatur pemakaian udara cooling dan speed grate.
Gambar 6. Grate Cooler Tipe Air Through
(Sumber: Maulana. 2013)
Gambar 7. Prinsip Kerja Grate Cooler Tipe Air Through
(Sumber: Maulana. 2013)
Gambar 8. Grate Cooler Tipe CFG
(Sumber: Maulana. 2013)
Grate cooler terdiri dari baris/ row grate plate tetap dan baris/row plate bergerak dengan panjang stroke 11-15 cm. Penggeraknya menggunakan motor drive atau hydraulic drive, kecepatan maximum 24 stroke/menit. Dimensi grate Cooler tergantung dari kapasitas produksi clinker, kapasitas : 4600 t/d à panjang: 36m, lebar: 3,6m. 8000 t/d, panjang: 36m, lebar: 4,8m. Grate cooler dilengkapi dengan clinker crusher untuk menghancurkan clinker ukuran besar menjadi ukuran < 30mm. Clinker crusher dipasang antara grate 2 dan grate 3, tetapi ada yang dipasang di outlet grate 3. Perbedaannya clinker crusher yang dipasang
dioutlet grate 3 temperature clinkernya lebih tinggi dibanding yang dipasang ditengah antara grate 2 dan grate 3.
Gambar 9. Prinsip Kerja Grate Cooler Tipe CFG
(Sumber: Maulana. 2013) 5.7. Pengoperasian Grate Cooler yang Ideal
1) Quenching cooling; pendinginan clinker secepat mungkin.
2) Heat recuperation; menghasilkan panas recupery yang cukup tinggi, sehingga bisa membantu proses pembakaran didalam kiln maupun di calciner.
3) Low waste air; temperature waste air keluar cooler rendah. 4) Clinker keluar grate cooler temperature rendah < 100 oC.
5) Rendah power consumption dengan pengaturan cooling fan sesuai dengan kapasitas produksi clinker.
5.8. Parameter dan Variabel Kontrol
Tinggi clinker bed dan speed grate. Tinggi clinker bed harus dikontrol sehingga mendapatkan tinggi bed yang optimum dan relatif konstan. Tinggi clinker bed ditunjukkan melalui parameter pressure chamber grate. Untuk menentukan tinggi clinker bed adalah variabel untuk mengontrol tinggi clinker bed adalah kecepatan/ speed grate, semakin cepat speed grate makin tipis clinker bed. Pressure Chamber Grate Cooler. Parameter ini menunjukkan beban clinker terhadap grate menunjukkan bahwa material bed di lokasi tersebut bertambah.
Admin. 2015. Cooler Atau Alat Pendingin Pada Industri Migas. (Online). http:// www. Proses industri.com/2015/01/ cooler- atau-alat-pendingin-pada.html. (Diakses pada tanggal 25 September 2016).
Dylan,Moore. 2011. Cement Kilns. (Online). http://www .cementkilns .co.uk / cooler_ rotary.html. (Diakses pada tanggal 25 September 2016).
Lachigau. 2009. Grate Cooler Pabrik Semen. (Online). https://lachigau. Wordpres .com /2009/02/24/grate-cooler-pabrik-semen/. (Diakses pada tanggal 25 September 2016).
Maulhidayat. 2013. Cooler System. (Online) . https://maulhidayat. wordpress. com /2013/01/15/cooler- system/. (Diakses pada tanggal 25 September 2016). Putri,Anggi. 2014. Grate Cooler Proses Semen Cooling. (Online) . https://www.
academia.edu/9194430/GRATECOOLER_PROSES_SEMENCOOLING_ (Diakses pada tanggal 25 September 2016).
Rahman,Hidayatul. 2009. Sistem Pendingin (cooling system).. (Online). http:// rahman informatika. blogspot.co.id /2009/05/ sistem- pendingin-cooling-system . html. (Diakses pada tanggal 25 September 2016).
