Steam and Condensate : Steam Properties, Bagian-3

Pada aplikasinya di industri, steam digolongkan menjadi beberapa jenis tergantung pada tekanan steam tersebut. 

Istilah yang sering digunakan untuk mengelompokkan steam yakni: 

1. High Pressure (HP) Steam : Steam luaran boiler

2. Medium Pressure (MP) Steam : Steam hasil depresurisasi dari high pressure steam, dan juga

3. Low Pressure (LP) Steam : Depresurisasi dari medium pressure steam

Pengelompokan steam tersebut berdasar dari kebutuhan proses yang dikehendaki. Ada kalanya dalam sebuah plant hanya menyajikan dua jenis steam. Gambar dibawah menjelaskan mengenai range suhu transfer panas yang mampu disuplai oleh beberapa macam fluida. 

Bisa dilihat bahwa steam memiliki range suhu transfer panas yang cukup luas. Hal ini menandakan fleksibilitas steam sebagai media pemanas. Namun, fleksibilitas steam dalam mensuplai panas harus diimbangi dengan pengkondisian steam dari satu kondisi operasi ke kondisi operasi lainnya. Pada contoh diatas, untuk mendapatkan transfer panas pada suhu 200-400 F, tidak bisa menggunakan superheated steam. Superheated steam yang dihasilkan dari boiler harus diturunkan terlebih dahulu kondisi operasinya hingga menjadi saturated steam dengan menggunakan desuperheater. Hal inilah mengapa pada sebuah plant, didapatkan berbagai macam jenis steam. Setiap proses yang berbeda membutuhkan range suhu yang berbeda pula.

Perbedaan kondisi operasi steam ini juga akan mempengaruhi daripada properti dari steam. Sebagaimana diketahui, air yang menguap menjadi steam akan mengalami ekspansi volume hingga mencapai lebih dari 1000 kali lipat. Meskipun demikian, peningkatan volume aktual dari air menjadi steam ini sangatlah bergantung pada tekanan pada kondisi titik didihnya.

Jika diperhatikan pada kurva tersebut, semakin besar tekanan steam, maka akan semakin kecil volume spesifik steam tersebut. Hal ini mengandung pengertian bahwa untuk aliran berat yang sama, maka steam yang bertekanan rendah akan menempati volume yang lebih besar. Konsekuensi dari hal tersebut, maka steam bertekanan rendah, misalkan LP steam akan memiliki sistem perpipaan dengan diameter yang jauh lebih besar jika dibandingkan dengan MP maupun LP steam. Hal diatas bisa dipahami dari sudut pandang hukum gas ideal, yakni PV/T = konstan. Dari rumus tersebut, bisa diketahui bahwa tekanan memiliki hubungan yang terbalik dengan volume. 

Konsekuensi lain dari perbedaan tekanan steam adalah ditinjau dari derajat kondensasi. Steam dalam perpipaan harus selalu dijaga agar beroperasi sesuai dengan kondisi operasinya. Jika lebih rendah, maka hal ini akan menimbulkan hilang tekanan yang lebih besar dalam sistem perpipaan karena laju alir steam menjadi lebih besar. Hal ini akan mempengaruhi kualitas dari steam yakni timbulnya kondensasi. 

Jika steam dengan tekanan tinggi memiliki volume spesifik yang lebih kecil jika dibandingkan steam dengan tekanan lebih rendah, bagaimana dengan komposisi energi yang dimilikinya?

Untuk menjawab hal tersebut, berikut disajikan komposisi energi dalam bentuk panas steam jenuh masing-masing pada tekanan 0 dan 120 psig:

Dari tabel tersebut, bisa dilihat bahwa antara steam jenuh pada 0 dan 120 psig memiliki jumlah energi panas yang hampir sama. Untuk memanaskan air hingga menjadi steam pada tekanan 120 psig, dibutuhkan lebih banyak panas dalam bentuk sensible heat dengan latent heat yang relatif lebih rendah jika dibandingkan dengan pemanasan pada tekanan 0 psig. Hal ini mengindikasikan bahwa semakin rendah tekanan steam, maka akan semakin rendah suhu steam, namun akan memiliki latent heat yang semakin besar. Arti penting penerjemahan dari hal ini adalah lewat peristiwa kondensasi dan terbentuknya flash steam.

Flash Steam

Ketika kondensat yang memiliki tekanan tinggi dilepaskan pada lingkungan dengan tekanan yang lebih rendah, maka suhu kondensat tersebut akan turun menyesuaikan dengan tekanan lingkungan disekelilingnya. Jika suhu kondensat tersebut mencapai kondisi titik didih pada tekanan lingkungan yang lebih rendah, sebagaimana diketahui melalui tabel diatas, maka kondensat tersebut memiliki surplus sensible heat relatif dengan kondisi sebelumnya. Sensible heat ini akan diutilisasi sebagai latent heat, sehingga kondesat tersebut akan berevaporasi kembali menjadi steam. Steam tersebut dikenal dengan sebutan "flash steam". Flash steam juga bisa terbentuk jika kondensat mengalami pressure drop yang cukup tinggi di perpipaan. Jika hal ini terjadi, maka ia bisa mengganggu aliran kondensat dalam perpipaan.

Latent Heat

Kita mengandalkan latent heat yang dimiliki steam untuk mentransfer panas karena menyimpan jumlah energi yang lebih besar. Telah diketahui bahwa semakin rendah tekanan steam, maka akan semakin besar latent heat yang dimilikinya. Pada kondisi 12 psig, 1 lb steam akan menyerahkan 950.1 Btu panas sebagai latent heat namun hanya bisa meningkatkan suhu hingga maksimum 243.7 F. Demikian juga, untuk steam pada kondisi 120 psig akan menyerahkan 871 Btu steam dan mampu meningkatkan suhu hingga 350 F. Hal ini mengindikasikan bahwa sebenarnya penggunaan steam dengan tekanan lebih rendah akan menghasilkan transfer panas yang lebih efisien jika dibandingkan dengan steam pada tekanan lebih tinggi. Untuk itulah, steam sistem sebaiknya didesain dengan tekanan serendah mungkin, namun dengan tetap mencapai suhu proses yang diinginkan. Jadi, dengan dasar hal tersebut, didapatkan kondisi steam yang berbeda-beda di lapangan. 

Untuk proses yang membutuhkan suhu tinggi, maka akan digunakan HP atau MP steam, sedangkan untuk proses yang tidak membutuhkan suhu tinggi akan digunakan LP steam.