Steam and Condensate : Problem in Steam and Traps System, Bagian-5 (Final)

Pertanyaan sebelumnya : 

Manakah diantara dua buah heat exchager dibawah ini yang performanya lebih bagus dalam mentransfer panas?

Jawabannya adalah heat exchanger B. 

Lantas mengapa bukan heat exchager A. Padahal sebagaimana diketahui, condensate yang keluar dari heat exchanger A memiliki suhu yang lebih rendah jika dibandingkan dengan heat exchanger B. Maka, secara logis, ia akan memiliki perbedaan suhu antara masuk-keluar yang lebih besar. Jika perbedaan suhunya besar, harusnya transfer panas yang terjadi juga besar.

Namun, hal yang diutarakan diatas bukanlah yang sebenarnya terjadi meskipun perbedaan suhu juga bisa dijadikan indikasi dari seberapa efisien transfer panas yang terjadi. Penyebab suhu heat exchanger A lebih rendah jika dibandingkan dengan B adalah karena condensate yang berupa air mengalami "subcooling"/ pendinginan. Hal ini terjadi karena akumulasi condensate yang membuat suhu air menjadi dibawah titik didih. Istilah yang sering dipakai untuk menyebut cairan yang dibawah titik didih adalah "subcooled liquid". 

Berdasar dari apa yang dibahas sebelumnya, diketahui bahwa panas latent memiliki kapasitas energi yang lebih besar jika dibandingkan dengan panas sensible. Maka, panas latent adalah panas yang dimanfaatkan untuk transfer panas. Perlu untuk diingat, bahwa panas latent tidak akan mengakibatkan perbedaan suhu. Maka, jika didapatkan bahwa condensate yang dihasilkan dari heat exchanger memiliki suhu yang lebih rendah, hal ini menandakan bahwa telah terjadi akumulasi condensate dalam heat exchanger tersebut. Selain itu, jika sebagian besar area yang digunakan untuk transfer panas telah terendam oleh condensate, hal ini akan mengurangi terjadinya transfer panas disebabkan mengurangi area dimana steam berkondensasi. Transfer panas yang diambil dari panas latent steam menjadi berkurang. Akibatnya, heat exchanger tidak bisa bekerja secara optimal.

Akumulasi condensate ini disebut sebagai water logging atau dikenal dengan peristiwa condensate back-up. Hal ini bisa terjadi ketika steam trap yang ditempatkan pada bagian downstream heat exchanger tersumbat karena adanya kotoran atau bisa jadi karena didesain dengan kurang tepat. Artinya, rate daripada kondensasi lebih besar jika dibandingkan dengan kemampuan untuk mengalirkan condensate yang terbentuk.

Berlainan dengan peristiwa diatas, transfer panas bisa juga berkurang jika steam trap berada dalam kondisi "stuck" atau tidak bisa menutup dengan sempurna. Ini juga bisa terjadi ketika kondisi steam trap kotor. Akibatnya adalah steam hanya akan melewati saja melalui heat exchanger sehingga transfer panas akan menjadi drop.

Maka, dua fungsi lain daripada steam trap adalah:

1. Mempertahankan condensate seal supaya steam tidak hanya lewat saja melalui heat exchanger

2. Meminimalisir akumulasi condensate di dalam tube heat exchanger

Untuk bisa membedakan antara dua peristiwa diatas, secara operasional dilakukan dengan cara menutup valve downstream condensate. Jika transfer panas meningkat, maka tidak ada condensate seal. Sebaliknya, jika menurun, maka terjadi akumulasi condensate.

Transfer panas dari steam ke heat exchanger juga bisa menurun jika terdapat non-condensable gas dalam steam. Non-condensable gas bisa didapatkan karena air yang digunakan untuk umpan boiler masih mengandung kotoran misalkan sisa-sisa karbonat. Karbonat akan melepaskan gas CO2 yang bisa mengganggu transfer panas. Selain itu, jika ia larut ke dalam condensate, maka akan membentuk asam karbonat yang bisa mempercepat peristiwa korosi.

Problem lain yang bisa terjadi pada sistem steam adalah adanya peristiwa steam hammer.  

Ilustrasi "Steam Hammer"

Steam hammer diakibatkan dari adanya spot-spot dalam sistem perpipaan steam yang masih dingin. Hal ini bisa terjadi ketika pertama kalinya steam dimasukkan ke dalam sistem perpipaan, maka steam akan terkondensasi dengan cepat di sepanjang pipa yang masih dingin tersebut. Lebih jauh lagi, hal ini akan mengakibatkan timbulnya "slug condensate". Jika peristiwa kondensasi secara cepat dan lokal ini terjadi secara terus-menerus di sepanjang perpipaan, maka akan membuat area dimana terjadi penurunan tekanan atau bahkan vakum sebagian. Akibatnya, "slug" dari condensate akan mendapatkan energi untuk berakselerasi diakibatkan adanya perbedaan tekanan yang ditimbulkan. Ketika "slug" condensate yang secara cepat bergerak ini mengenai elbow atau junction dalam sebuah sistem perpipaan, maka ia akan menimbulkan suara dan juga vibrasi. Hal ini dikenal dengan istilah "steam hammer".

Untuk mencegah "steam hammer", ketika pertama kali memasukkan steam ke dalam perpipaan, maka biasanya tiap bypass steam trap akan dibuka terlebih dahulu untuk mengalirkan steam demi menghindari timbulnya perbedaan tekanan. Jika sistem perpipaan sudah dalam kondisi hangat, maka bypass steam trap bisa ditutup dan line yang menuju ke steam trap di normalkan.

Steam hammer kadang juga bisa terjadi ketika hujan deras karena ia bisa mengakibatkan peristiwa pendinginan lokal jika insulasi tidak cukup kuat dalam menjaga panas sistem perpipaan dari tumpahan air hujan. Penulis pernah mengalami hal tersebut.