menghitung kebutuhan air di gas conditioning tower dan electrostatic precipitator

(1)

BAB IV. TUGAS KHUSUS

“

“Menghitung kebutuhan air pada unit

Menghitung kebutuhan air pada unit

Gas Conditioning Tower

(

GCT) IIIC kondisi (

M

Miill

ll On)

On)

dan menghitung

Gas Velocity

EE le

lect

ctrro

osta

statitic P

c Prre

eci

cip

piita

tato

tor

r

(EP) IIIC

(EP) IIIC ”

”

4.1

4.1 Latar BelakangLatar Belakang

Pencemaran udara merupakan salah satu pencemaran yang Pencemaran udara merupakan salah satu pencemaran yang dikategorikan sebagai pencemaran yang sangat berbahaya dan dikategorikan sebagai pencemaran yang sangat berbahaya dan memberikan dampak yang cukup besar. Hal ini dikarenakan partikel memberikan dampak yang cukup besar. Hal ini dikarenakan partikel polutan dari pencemaran ini berukuran sangat kecil sehingga tidak disadari polutan dari pencemaran ini berukuran sangat kecil sehingga tidak disadari oleh masyarakat. Berdasarkan wujud fisiknya, pencemar-pencemar yang oleh masyarakat. Berdasarkan wujud fisiknya, pencemar-pencemar yang terdapat di udara tidak hanya berupa gas atau uap, melainkan dapat juga terdapat di udara tidak hanya berupa gas atau uap, melainkan dapat juga benda-benda padat sebagai partikel, yaitu berupa debu, asap

benda-benda padat sebagai partikel, yaitu berupa debu, asap dan bau.dan bau. GCT (Gas

GCT (Gas Conditioning Tower Conditioning Tower ) adalah menara yang digunakan) adalah menara yang digunakan untuk mendinginkan gas panas buangan dari

untuk mendinginkan gas panas buangan dari Suspension Preheater Suspension Preheater dan dan raw mill

raw mill . Gas panas tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan melalui. Gas panas tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan melalui stack

stack karena masih mengandung debu. Di Indonesia sesuai dengan karena masih mengandung debu. Di Indonesia sesuai dengan keputusan Menteri Negara

keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.Kep.13/MENLLingkungan Hidup No.Kep.13/MENLH/3/1995H/3/1995 menetapkan standard konsentrasi debu maksimal keluar lingkungan pada menetapkan standard konsentrasi debu maksimal keluar lingkungan pada pabrik semen adalah 80 mg/m

pabrik semen adalah 80 mg/m33 atau 80 ppm. atau 80 ppm.

Oleh karena itu Gas panas dan debu yang merupakan produk Oleh karena itu Gas panas dan debu yang merupakan produk tersebut harus dipisahkan di

tersebut harus dipisahkan di Electrostatic Precipitator Electrostatic Precipitator terlebih dahulu, Gas terlebih dahulu, Gas panas

panas buangan daribuangan dari Suspension Preheater Suspension Preheater dan dan raw mill raw mill ini temperaturnya ini temperaturnya berkisar

berkisar 350-380350-38000C, sedangkanC, sedangkan Electrostatic Electrostatic Precipitator Precipitator dapat bekerja dapat bekerja optimal jika gas panas bersuhu 120-140

optimal jika gas panas bersuhu 120-14000C. Maka dari itu, sebelum masukC. Maka dari itu, sebelum masuk Electrostatic

Electrostatic Precipitator Precipitator gas panas didinginkan terlebih dahulu pada gas panas didinginkan terlebih dahulu pada GCT.

GCT. 4.2

4.2 Kasus yang DiamatiKasus yang Diamati

Kasus yang diamati dalam tugas khusus ini adalah

Kasus yang diamati dalam tugas khusus ini adalah ““MenghitungMenghitung kebutuhan air pada unit

(2)

On) dan menghitung gas velocity electrostatic precipitator (EP) IIIC Indarung IV PT. Semen Padang.

4.3 Uraian Kasus yang Diamati

4.3.1

Gas Conditioning Tower (G CT)

GCT (Gas Conditioning Tower ) adalah menara yang digunakan untuk mendinginkan gas panas buangan dari Suspension Preheater dan raw mill . Gas panas tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan melalui stack karena masih mengandung debu. Di Indonesia melalui Bapedal menetapkan standard konsentrasi debu maksimal keluar lingkungan pada pabrik semen adalah 80 mg/m3 atau 80 ppm.

Prinsip kerja GCT yaitu air dispray menggunakan sejumlah nozzle sehingga akan terbentuk kabut (atomisasi). Nozzle adalah alat yang berfungsi mengubah energi tekanan menjadi energi kinetik (kecepatan) sehingga diperlukan high pressure pump untuk dapat mensuplai air bertekanan tinggi, umumnya pressure pompa 35-40 bar. Air bertekanan dengan volume tertentu akan memasuki ruang nozzle yang sempit (orifice) sehingga akan pecah menjadi sejumlah butiran kecil air (droplet). Tujuan atomisasi adalah untuk meningkatkan luas permukaan total air yang akan meningkatkan kecepatan perpindahan panas dari gas ke permukaan droplet sehingga terjadi penguapan air dan pendinginan gas ( evaporative cooling ). Gas keluar GCT ada 2 sumber:

1. Volume gas awal masuk GCT

2. Penambahan volume uap air yang menguap dari water spray Neraca panas pada GCT

(3)

Kriteria design GCT

 Kecepatan rata-rata gas di dalam GCT ≈2 m/s

 Waktu tinggal (retention time) gas di dalam GCT 10-12 detik

Gambar 4.1 GCT (Gas Conditioning Tower ) 4.3.2

E lectrotatic Precipitator

Electrostatic Precipitator (EP) adalah alat yang digunakan untuk menangkap partikel-partikel (misalnya debu) dengan menggunakan prinsip elektrostatis. Dari asal katanya, Precipitator adalah alat yang digunakan untuk mengendapkan sesuatu. Sedangkan Electrostatic adalah sebuah fenomena listrik dimana muatan listrik berpindah dari satu potensial tinggi ke potensial rendah tanpa adanya bagian yang bergerak.

(4)

Gambar 4.2 Electrostatic Precipitator

4.3.2.1 Komponen Electrostatic Precipitator (EP)

Electrostatic Precipitator (EP) secara garis besar terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu Discharge Electrode, Collection Electrode dan Hammering Device.

1. Discharge Electrode (DE) adalah elektroda yang dialiri listrik arus DC tegangan tinggi negatif sehingga menghasilkan medan listrik negatif.

2. Collection Electrode (CE) adalah elektroda yang di-tanahkan. 3. Hammering Device (HD) adalah alat yang digunakan untuk

melepaskan debu/partikel yang menempel pada Collecting Electrode.

4.3.2.2 Cara Kerja Electrostatic Precipitator :

1. Melewatkan gas buang (flue gas) melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, flue gas yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi sehingga partikel debu

tersebut menjadi bermuatan negatif (-).

2. Partikel debu yang bermuatan negatif (-) selanjutnya menempel pada pelat-pelat pengumpul (collector plate) yang

(5)

bermuatan (+). Debu yang dikumpulkan di collector plate dipindahkan kembali secara periodik dari collector plate melalui suatu getaran (rapping ). Debu ini kemudian jatuh ke bak penampung, dan ditransport ke silo menggunakan screw

conveyor. 4.3.2.3 Gas velocity

Kecepatan migrasi partikel adalah kecepatan gerak partikel ketika diberi muatan negatif bergerak menuju elektroda plat pengumpul. Variabel yang mempengaruhinnya yaitu kuat medan listrik dan viskositas gas. sehingga kecepatan migrasi partikel dapat dinyatakan dengan persamaan:

Dimana :

Adapun persamaan lain untuk mencari gas velocity, yaitu :

Dimana :

K O = Permittivity (8,85x10−12 ) F/m

P = Tekanan (atm)

EC = Kuat medan listrik (V/m)

EP = kuat medan precipitator (V/m)

EC= EP = E

µ = viskositas gas (Pa.s)

ω

= gas velocity (m/s) Q = laju aliran gas (m3/s) A = luas media collecting (m2)

η

= efisiensi

(2 K O P EC EP )

3µ ω =

(6)

4.4 Pengambilan dan Pengolahan Data 4.4.1 Pengambilan Data

Adapun data-data yang digunakan dalam perhitungan ini adalah :

1. Data design alat yang di ambil dari CBM Tabel 4.1 Data Design alat

Parameter Data

Laju alir ID Fan 174 m3/detik

Efisiensi ID Fan 80 %

Laju alir Booster Fan 61,9 m3/detik Efisiensi Booster Fan 78,8 %

Laju alir Mill Fan 141,74 m3/detik

Tabel 4.2 Data Spesifikasi Electrostatic Precipitator IIIC

2. Data dari Cental Contro Panel (CCP)

Data dari ruang Cental Contro Panel (CCP) di ambil pada tanggal 01 september 2018

Tabel 4.3 Data CCP

Parameter Data

Bukaan Dumper ID Fan 90 % Bukaan Dumper Booster Fan 45 % Bukaan Dumper Mill Fan 76 %

Laju alir string B 173,6 ton/jam Temperatur Inlet GCT 375 ºC

Temperatur Outlet GCT 110 ºC

spesifikasi chamber 1 chamber 2

Volume gas ke EP 5800 m3/menit 7100 m3/menit Total collecting area 10823 m2 10823 m2

Efisiensi 99,964 % 99,945 %

(7)

Tabel 4.4 Data Tegangan dan arus pada EP

3. Data Pendukung

Adapun data pendukung dalam perhitungan ini adalah Tabel 4.5 Data pendukung

Parameter Data

Densitas Udara 1,2 kg/m3

Cp udara campuran 0,24 kcal/kgºC

Cp air 1 kcal/kgºC

Cp raw mix (Hand book) 0,245 kcal/kgºC

Cp Uap air 0,45 kcal/kgºC

4. Data Asumsi

Adapun data yang di asumsikan dalam perhitungan ini adalah Tabel 4.6 Data Asumsi

Parameter Data

Efisiensi Mill Fan 80 % Persen raw mix masuk GCT 7 % Temperatur air masuk GCT 28 ºC Temperatur reference 25 ºC Chamber field aktual Design Tegangan (kV) arus (mA) Tegangan (kV) arus (mA) chamber 1 1 54 511 100 800 2 60 727 100 800 rata-rata 57 619 100 800 chamber 2 1 54 829 90 1300 2 56 815 90 1300 rata-rata 55 822 90 1300

(8)

4.4.2 Hasil Pengolahan Data

4.4.2.1 Kebutuhan air di

Gas Conditioning Tower

IIIC

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan di dapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 4.7 Kebutuhan air di GCT IIIC

No Hasil Total

1 Laju alir gas panas inlet 61748,424 m3/jam 2 Massa gas panas inlet 74098,1088 kg/jam 3 Massa raw mix inlet 12152 kg/jam 4 Kebutuhan air di GCT 9,0102 m3/jam

4.4.2.2

Gas Velocity

dalam

E lectrostatic Precipitator

IIIC

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan di dapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 4.2 Gas velocity dalam EP IIIC

Gas velocity design aktual

chamber 1 0,0708 m/s 0,1159 m/s

chamber 2 0,0821 m/s 0,1079 m/s

4.5 Pembahasan

4.5.1 Kebutuhan air di

Gas Conditioning Tower

IIIC

Gas Conditioning Tower merupakan tempat berlansungnya proses perpindahan panas. Perpindahan panas merupakan suatu keadaan dimana terjadi perubahan temperatur ataupun perubahan fasa. Didalam Gas Conditioning Tower terjadi kontak lansung antara gas panas dan air pendingin, sehingga sebagian air akan menguap.

(9)

Gas panas yang masuk ke Gas Conditioning Tower IIIC berasal dari penarikan ID fan pada Suspension Preheater string B, kemudian gas panas di tarik oleh Mill fan menuju ke Raw mill 4R2 dan Booster fan menuju ke Coal mill 4K3, sisa dari gas panas tersebut masuk ke GCT IIIC .

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan di dapatkan laju alir gas panas yang masuk ke Gas Conditioning Tower IIIC adalah sebanyak 61748,424 m3/jam yang terdiri dari gas panas sebanyak 74098,1088 kg/jam dan partikel raw mix sebanyak 12152 kg/jam. Untuk menurunkan temperatur gas panas dari 375ºC ke 110ºC dibutuhkan air sebanyak 9,0102 m3/jam. Kebutuhan air dipengaruhi oleh laju alir dan temperatur gas panas. Semakin besar laju alir gas panas dan semakin tinggi

temperaturnya maka kebutuhan air pendingin semakin banyak. 4.5.2

Gas Velocity

dalam

E lectrostatic Precipitator

IIIC

Perbandingan gas velocity desain dan gas velocity aktual dapat dilihat pada grafik berikut :

Gambar 4.3 Perbandingan gas velocity desain dan aktual

Berdasarkan grafik di atas dapat dilihat perbandingan antara gas velocity desain dan gas velocity aktual. Dimana pada desain di dapatkan gas velocity pada chamber 1 yaitu 0,0708 m/s dan pada chamber 2 0,0821 m/s, sedangkan gas velocity aktual pada chamber 1 yaitu 0,1159 m/s dan pada chamber 2 yaitu 0,1079

0.070822258 0.082062437 0.115884398 0.10789483 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 chamber 1 G a s V e l o c i t y ( m / s ) design aktual chamber

(10)

m/s . Berdasarkan hasil tersebut gas velocity aktual lebih besar dari pada gas velocity desain. Hal ini sudah sesuai dengan standar gas

velocity yaitu 0,5 – 1,5 m/s. Sumber : (thai & chun).

4.6 Kesimpulan dan Saran 4.6.1 Kesimpulan

Kebutuhan air di GCT IIIC di pengaruhi oleh laju alir gas panas dan temperatur inlet. Semakin banyak gas panas dan semakin tinggi temperaturnya maka kebutuhan air semakin banyak.

1. Untuk mendinginkan gas panas sebanyak 61748,424 m3/jam dibutuhkan air sebanyak 9,0102 m3/jam pada temperatur masuk 375ºC dan temperatur keluar 110ºC

2. Gas velocity pada EP aktual lebih besar dari pada EP desain dimana pada chamber 1 yaitu 0,1159 m/s dan pada chamber 2 yaitu 0,1079 m/s. Gas velocity EP aktual masih sesuai dengan standar yaitu 0,5 – 1,5 m/s (thai & chyun associated industry).