Kondensor Pembangkit Tenaga Listrik

Kondensor merupakan suatu peralatan penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan uap keluaran turbin uap menjadi air kondensat dengan mengambil panas laten uap tersebut sehingga terjadi perubahan fasa pada kondisi tekanan di bawah tekanan atmosfer (1 atm). Panas yang terkandung di dalam uap tersebut diserap oleh media pendingin berupa air. Air tersebut diperoleh dari sumber-sumber yang persediaanya cukup besar seperti danau, sungai atau pun laut.

Pada siklus pembangkit listrik tenaga termal, kondensor merupakan peralatan vital yang kinerjanya sangat berpengaruh terhadap daya keluaran turbin uap sekaligus efisiensi dari pembangkit itu sendiri. Kemampuan kondensor di dalam proses kondensasi menentukan berapa besar daya yang mampu dihasilkan oleh turbin uap tersebut.

Pada dasarnya ada dua jenis kondensor yang digunakan pada pembangkit tenaga listrik yaitu:

1. Kondensor kontak langsung (direct contact condenser): prinsip kerjanya yaitu  mencampurkan uap dan air pendingin yang disemprot (spray) dalam satu tabung sehingga terbentuk air kondensat. Kondensor ini banyak digunakan di PLTP.
2. Kondensor permukaan (surface condenser): prinsip kerjanya yaitu air pendingin dialirkan melalui tabung-tabung (tubes) dan uap mengalir di sela-sela tabung-tabung tersebut di dalam suatu kotak (shell). Uap terkondensasi ketika melalui bundel tube dan kontak dengan tube tersebut. Kondensor jenis banyak digunakan di PLTU dan PLTGU.
   

Kemampuan kerja kondensor dalam mengkondensasikan uap dapat dilihat dari tekanan vakum yang dihasilkan. Tekanan yang selalu dijaga lebih rendah dari atmosfer (vakum) ini disebut sebagai turbine backpressure. Pengaruh vakum kondensor pada sistem pembangkit tenaga termal paling tidak ada dua hal, yaitu:

1. Meningkatkan beban turbin uap. Vakum kondensor akan mempengaruhi tinggi rendah beban yang dihasilkan oleh turbin uap. Apabila vakum tinggi dengan jumlah energi masuk turbin yang sama akan didapat beban yang lebih tinggi. 
2. Meningkatkan efisiensi pembangkitan. Efisiensi yang dihasilkan akan berhubungan dengan energi yang dibangkitkan. Semakin tinggi energi yang dibangkitkan efisiensi juga akan naik.

Nilai vakum ini dapat berubah tiap waktu. Pada dasarnya ada beberapa hal yang mempengaruhi nilai vakum kondensor, di antaranya:

Sistem air pendingin (cooling water system), yang mana memegang peranan penting dalam proses kondensasi uap menjadi air kondensat. Vakum kondensor ini sebenarnya terbentuk karena perbedaan masa jenis (density) antara uap dan air kondensat. Semakin cepat suatu kondensor melakukan kondensasi uap keluaran turbin menjadi air kondensat, maka tingkat vakum kondensor akan semakin tinggi. Ada dua parameter air pendingin yang dapat mempengaruhi proses kondensasi atau tinggi rendahnya vakum, yaitu:

• Laju aliran (flow rate), hal ini karena di kondensor terjadi perpindahan panas antara uap dan air sehingga uap mengalami perubahan fasa. Terlihat pada grafik di bawah, semakin besar laju aliran air pendingin menyebabkan tekanan di kondensor semakin rendah (kondensor semakin vakum), hal ini karena proses kondensasi akan berlangsung lebih cepat.

• Temperatur air pendingin, berpengaruh terhadap kecepatan suatu uap berkondensasi. Semakin rendah temperaturnya, uap keluaran turbin low pressure akan lebih cepat terkondensasi sehingga tekanan kondensor akan rendah (vakum tinggi). Dari grafik di bawah dapat dilihat bahwasannya perbedaan temperatur air pendingin (dengan laju aliran masa uap dan laju aliran air pendingin konstan) sangat signifikan terhadap perubahan vakum kondensor (tekanan kondensor).

Gas yang tidak dapat terkondensasi (non-condensable gasses), adanya gas yang tidak dapat terkondensasi ini dapat menurunkan tingkat kevakuman. Gas-gas ini bisa merupakan gas dari luar yang masuk ke kondensor (air leakage), hal ini karena kondensor didesain memiliki tekanan di bawah tekanan atmosfer maka akan ada kemungkinan udara dari luar masuk ke kondensor. Selain itu juga gas-gas ini bisa berasal dari bahan kimia yang terurai di dalam air kondensat. Berikut adalah tempat-tempat yang menjadi sumber air leakage.

Gas-gas tersebut akan menyebabkan kenaikan tekanan kondensor karena akan menyelimuti permukaan luar tube-tube kondensor, hal ini mengakibatkan berkurangnya kecepatan transfer panas antara uap dan air pendingin sehingga tekanan kondensor akan naik.

Untuk kasus ini, dari bagian-bagian yang berpotensi terjadinya kebocoran udara (air leakage) seperti poros turbin (turbine shaft), valve stems, pompa kondensat (CEP), biasanya dilakukan sealing pada bagian-bagian tersebut menggunakan air demin (make-up water) dan gland steam (untuk poros turbin). Sedangkan untuk non-condensable gas yang terjebak di kondensor (shell), pengoperasian pompa vakum (vaccum pump) mampu mengatasi hal tersebut.

Endapan (fouling), adanya endapan ini akan mengotori sisi dalam tube-tube kondensor terjadi karena air pendingin yang digunakan berasal dari sumber-sumber bebas seperti laut sehingga akan banyak endapan-endapan atau kotoran yang ikut masuk dan sebagian mengendap di permukaan tube-tube kondensor. Endapan yang terjadi pada kondensor dapat berupa beberapa hal seperti mikrobiologi, scale, deposit atau korosi. Endapan ini akan menurunkan laju perpindahan panas antara uap dan air pendingin sehingga memperlambat proses kondensasi.

Dalam menentukan besarnya nilai vakum yang dihasilkan oleh suatu kondensor, terdapat parameter kinerja kondensor tersebut yang perlu diketahui, yaitu sebagai berikut.

Neraca panas (heat balance); Perhitungan mengenai besarnya panas yang dilepas dan panas yang diterima adalah sama, yaitu:

Q = ṁ_c . Cp_c . (T_co – T_ci) = ṁ_h . Cp_h . (T_hi – T_ho)

Keterangan:

Q       = panas yang dilepas atau diterima fluida (W)

ṁ_c      = laju aliran massa fluida dingin (kg/s)

Cp_c    = panas jenis fluida dingin (J/kg.K)

T_co     = temperatur masuk fluida dingin (K)

T_ci      = temperatur keluar fluida dingin (K)

ṁ_h     = laju aliran massa fluida panas (kg/s)

Cp_h   = panas jenis fluida panas (J/kg.K)

T_hi     = temperatur masuk flluida panas (K)

T_ho    = temperatur keluar fluida panas (K)

Beban termal kondensor; merupakan besarnya jumlah energi panas yang akan dikondensasikan oleh kondensor. Besarnya beban termal kondensor tergantung beban turbin uap. Semakin besar beban turbin uap maka beban termal kondensor juga akan naik. Beban termal kondensor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

Q_kond = ṁ_{LP x} (h_LPout – h_kondensat)

Keterangan:

Q_kond          = beban termal kondensor (J/s)

ṁ_LP             = laju aliran uap turbin LP (kg/s)

h_LPout          = entalpi keluaran turbin LP (J/kg)

h_kondensat    = entalpi air kondensat (J/kg)

Sebagai salah satu peralatan vital pada sistem pembangkitan termal, keandalan dan efektifitas kondensor mesti mendapat perhatian dan treatment yang baik. Faktor operasional dan pemeliharaan menjadi mutlak untuk menjaga kondensor tetap dalam performa terbaik. Dan di antara cara yang bisa dilakukan yaitu:

1. Melakukan back wash (untuk kondensor dengan fasilitas tersebut) atau pembersihan debris filter untuk mencegah terjadi endapan (fouling) di sisi dalam tube-tube kondensor.
2. Pengoperasian dan pembersihan rutin fasilitas strainer Circulating Water Pump (CWP) di antaranya temporary screen, bar screen dan travelling screen.
3. Pemberian sealing pada bagian-bagian yang memiliki celah, seperti poros CEP, valve stem, manhole, sambungan-sambungan (joint), turbine shaft dan sebagainya.
4. Pengoperasian vaccum pump untuk mengeluarkan non-condensable gas.

daftar pustaka:

El-wakil, M. M.,1992.“Instalasi Pembangkit Daya”–Alih Bahasa: Ir. E. Jasjfi, M.Sc.Jakarta: Erlangga.

https://aabdulqodir.wordpress.com/2014/01/15/540/