Kondensor Uap: Fungsi, Cara Kerja dan Jenisnya

Kondensor uap merupakan sebuah wadah tertutup berisi uap yang dikondensasikan (diembunkan) dengan cara mengabstraksi (memisahkan) panas. Abstraksi dilakukan dengan cara mendinginkan uap tersebut dengan air dan menjaga tekanan agar tetap berada di bawah tekanan atmosfer.

Uap yang telah terkondensasi dikenal sebagai kondensat. Pada sektor pembangkit listrik tenaga uap moderen, kondensor uap adalah komponen penting karena dapat meningkatkan efisiensi.

Cara Kerja dan Jenis-Jenis Kondensor Uap

Steam Condenser adalah suatu alat mekanis yang dipergunakan untuk mengubah uap buang bertekanan rendah dari turbin menjadi air. Atau dengan kata lain suatu alat yang digunakan untuk mengkondensasikan uap buang turbin menjadi air. Proses pengubahan wujud dari uap ke cair ialah dengan bantuan air pendingin yang disirkulasikan secara terus menerus ke dalamnya yang berasal dari menara pendingin.

Fungsi utama alat ini adalah untuk mempertahankan tekanan rendah (di bawah tekanan atmosfer) agar diperoleh energi maksimum dari uap, sehingga didapatkan efisiensi yang tinggi. Tujuan yang kedua adalah untuk memasok air umpan ke sumur panas (hot well), dan air dipompa lagi menuju ke ketel dengan bantuan pompa umpan boiler.

Berikut ini gambaran penerapan kondensor uap pada proses kondenasasi.

Flow Diagram Proses Kondensasi

Bagian Utama Kondensor Uap

Bagian-bagian penting dari kondensor uap seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, yaitu:

1. Kondensor; Kondensor adalah wadah tertutup tempat uap dikondensasikan. Selama proses kondensasi, uap memberikan energi panas ke pendingin (air).

2. Pompa Kondensat; Pompa kondesat berfungsi untuk menghilangkan kondensat (uap yang terkondensasi) dari kondensor ke sumur panas.

3. Sumur Panas; Pompa yang berada di antara kondensor dan ketel, berfungsi untuk menerima kondensat yang dipompa oleh pompa kondensat.

4. Pompa Umpan Ketel; Pompa umpan ketel memompa kondensat dari sumur panas ke ketel. Proses Ini dilakukan dengan meningkatkan tekanan kondensat di atas tekanan ketel.

5. Pompa Ekstraksi Udara; Pompa ekstraksi udara berfungsi untuk mengekstrak (menghilangkan) udara dari kondensor.

6. Menara pendingin; Menara pendingin adalah menara yang digunakan untuk mendinginkan air yang dikeluarkan dari kondensor.

7. Pompa Air Pendingin; Pompa air pendingin berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin melalui kondensor.

Cara Kerja Kondensor Uap

Kondensor uap menerima uap bekas dari salah satu ujung kemudian bersentuhan dengan air pendingin yang mengalir dari menara pendingin. Saat uap bertekanan rendah bersentuhan dengan air pendingin, uap tersebut akan mengembun dan berubah menjadi air. Lalu, air tersebut akan melekat pada pompa ekstraksi udara dan pompa ekstraksi kondensasi.

Setelah pengembunan uap, kondensat dipompa ke sumur panas dengan bantuan pompa ekstraksi kondensat. Pompa ekstraksi udara mengeluarkan udara dari kondensor dan menghasilkan ruang hampa di dalamnya. Ruang hampa yang dihasilkan akan membantu sirkulasi air pendingin dan aliran kondensat.

Jenis-Jenis Kondensor Uap

Kondesor uap terdiri dari dua jenis, meliputi:

1. Kondensor jet (kondensor tipe campuran)

Dalam kondensor jet, terdapat kontak langsung antara air pendingin dengan uap yang akan dikondensasi. Uap keluar bersama dengan air pendingin dan kondensat untuk digunakan kembali, namun air umpan ketel tidak dapat digunakan lagi.

Berikut ini adalah jenis-jenis kondensor jet:

Kondensor jet aliran paralel
Kondensor jet aliran balik atau tingkat rendah
Kondensor jet barometrik atau tingkat tinggi
Kondensor Ejektor.

(a) Jet Kondensor Aliran Paralel

Dalam kondensor jet aliran paralel, baik uap dan air masuk dari bagian atas dan campuran antara keduanya dikeluarkan dari bagian bawah.

Prinsip kerja dari kondensor ini ditunjukkan pada gambar di atas. Uap bekas bercampur dengan air lalu mengembun. Kondensat, air pendingin, dan aliran udara ke bawah dikeluarkan oleh dua pompa terpisah, yaitu pompa udara dan pompa kondensat. Pompa kondensat lalu membawa kondensat ke sumur panas.

(b) Kondensor Jet Tingkat Rendah atau Kondensor Jet Aliran Balik

Kondensor jet tingkat rendah atau aliran balik ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Pada kondensor uap jenis ini, air pendingin masuk dari bagian atas lalu disemprotkan melalui jet. Uap masuk dari bagian bawah dan bercampur dengan air pendingin yang disemprot secara halus. Pompa terpisah akan menghilangkan kondensat.

Udara dikeluarkan oleh pompa udara secara terpisah dari atas. Pada jenis aliran paralel dari kondensor ini, air pendingin dan uap yang akan dikondensasikan bergerak dalam arah yang sama (dari atas ke bawah).

(c) Jet Kondensor Tingkat Tinggi atau Kondensor Jet Barometrik

Sebuah kondensor jet tingkat tinggi ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Kondensor ini mirip dengan kondensor tingkat rendah sebelumnya, namun wadah kondensor ditempatkan pada ketinggian 10,36 m (ketinggian barometrik) di atas sumur panas. Dalam kondensor ini, air pendingin masuk di bagian atas lalu disemprotkan melalui jet.

Uap masuk dari bagian bawah dan bercampur dengan air pendingin yang disemprot secara halus. Air pada pipa ekor akan memaksa kondensat bergerak menuju sumur panas dengan bantuan gravitasi.

(d) Kondensor Ejektor

Kondensor ejektor ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Di kondensor ini, air pendingin dengan panjang 5 sampai 6 m masuk dari bagian atas kondensor melewati serangkaian mulut pipa konvergen. Terdapat penurunan tekanan di leher mulut pipa.

Penurunan tekanan mengakibatkan penarikan uap bekas ke dalam mulut pipa melalui katup satu arah. Uap dicampur dengan air dan mengembun. Dalam kerucut konvergen, sebagian energi tekanan diubah menjadi energi kinetik. Dalam kerucut divergen, sebagian energi kinetik diubah menjadi energi tekanan. Tekanan yang diperoleh lebih tinggi dari tekanan atmosfer. Hal ini memaksa kondensat ke sumur panas.

2. Kondensor permukaan (kondensor tipe non-campuran)

Dalam surface condenser atau kondensor permukaan, tidak ada kontak langsung antara air pendingin dengan uap yang akan dikondensasi. Perpindahan panas antara uap dengan air pendingin terjadi secara konduksi dan konveksi. Kondensat dapat diambil lagi untuk digunakan kembali sebagai air umpan.

Berikut jenis-jenis kondensor permukaan:

Kondensor permukaan aliran bawah
Kondensor aliran tengah
Kondensor regeneratif
Kondensor evaporatif.

(a) Kondensor Permukaan Aliran Bawah (Kondensor permukaan dua arah)

Gambar di bawah ini menunjukkan kondensor permukaan aliran bawah dua arah. Rangkaian kondensor ini tersusun rapat dan menghasilkan pertukaran panas yang lebih efisien. Kondensor permukaan memiliki keuntungan yang lebih besar dibandingkan kondensor jet, karena kondensat tidak bercampur dengan air pendingin. Akibatnya seluruh kondensat dapat digunakan kembali di ketel.

Kondensor uap jenis ini dapat digunakan ketika pasokan air pendingin dalam jumlah yang terbatas. Kondensor ini terdiri dari wadah silinder besi cor horizontal yang yang didalamnya berisi pipa-pipa tempat air pendingin mengalir.

Bagian ujung kondensor dipotong oleh pelat berlubang vertikal di mana tabung air terpasang. Pompa ekstraksi kondensat yang terletak di bagian bawah, menghasilkan isapan. Uap bekas masuk dari atas dan mengalir melalui pipa-pipa. Air pendingin masuk dari bagian bawah dan keluar melalui bagian atas tabung. Satu bagian dari tabung disaring menggunakan baffle. Hal Ini membantu mengurangi jumlah uap air yang keluar bersama udara.

(b) Kondensor Aliran Tengah

Cara kerja kondensor aliran tengah diawali dari uap yang masuk melalui bagian atas kondensor lalu mengalir ke bawah. Pipa hisap dari pompa ekstraksi udara berada di tengah pipa-pipa. Karena penempatan pipa hisap di tengah pipa-pipa ini, Uap bekas mengalir secara radial di dalam tabung menuju pipa hisap. Kondensat dikumpulkan di bagian bawah kondensor dan dipompa ke sumur panas.

(c) Kondensor Regeneratif

Dalam kondensor permukaan regeneratif, kondensat dipanaskan menggunakan metode regeneratif. Di dalamnya, hasil kondensasi melewati uap bekas yang dipancarkan dari turbin atau mesin. Hal ini akan meningkatkan suhunya dan dapat digunakan sebagai air umpan untuk ketel.

(d) Kondensor Evaporatif

Kondensor evaporatif adalah jenis lain dari kondensor permukaan. Ketika pasokan air pendingin berada dalam jumlah yang terbatas, penguapan air yang bersirkulasi di bawah tekanan parsial kecil dapat mengurangi kebutuhan jumlah air pendingin untuk kondensasi uap. Prinsip ini digunakan dalam kondensor evaporatif.

Uap bekas yang berasal dari mesin atau turbin uap masuk dari bagian atas serangkaian pipa di mana air dingin jatuh. Pada saat yang sama, aliran udara berputar di atas lapisan air dingin tersebut dan menyebabkan penguapan yang cepat dari sebagian air yang sudah didinginkan. Akibatnya, uap yang beredar di dalam pipa terkondensasi. Pompa pendingin akan menarik air dari kolam pendingin dan memindahkannya ke header horizontal. Header dilengkapi dengan sejumlah mulut pipa semprot. Oleh karena itu, air pendingin disemprotkan di atas pipa bersirip.

Sebagian air pendingin diuapkan saat mengalir di atas tabung bersirip dengan mengambil panas laten dari uap. Air yang tersisa akan menetes kembali ke kolam pendingin.

Perbandingan kondensor jet dan kondensor permukaan

Berikut ini adalah beberapa perbandingan antara kendensor jet dan kondensor permukaan yang bisa menjadi panduan dalam hal pemilihan jenis kondensor uap.

1. Kondensor jet

Air pendingin dan uap tercampur
Kurang cocok untuk pembangkit berkapasitas tinggi
Kondensat terbuang
Membutuhkan lebih sedikit air yang bersirkulasi
Lebih ekonomis dan sederhana
Biaya perawatan rendah
Lebih banyak daya diperlukan untuk pompa udara
Daya tinggi diperlukan untuk pemompaan air.

2. Kondensor permukaan

Air pendingin dan uap tidak tercampur
Lebih cocok untuk pembangkit berkapasitas tinggi
Kondensat dapat digunakan kembali
Membutuhkan lebih banyak air yang bersirkulasi
Lebih mahal dan rumit
Biaya perawatan tinggi
Lebih sedikit daya yang dibutuhkan untuk pompa udara
Daya lebih rendah untuk pemompaan air.

Kelebihan dan Kekurangan

Apabila dirunut dari seluruh penjelasan di atas, tentu sudah dapat disimpulkan beberapa kelebihan dan kekurangan antara kedua jenis kondesor uap ini. Untuk lebih jelasnya, berikut ini beberapa keunggulan maupun kekurangan yang dimaksud.

Kelebihan dan kekurangan dari kondensor jet

Kelebihan:

Pencampuran uap dan air pendingin yang intim.
Jumlah air pendingin yang dibutuhkan lebih sedikit.
Peralatan sederhana dan biaya rendah.
Lebih sedikit ruang yang dibutuhkan.
Pompa air pendingin tidak diperlukan pada kondensor jet tingkat rendah. Pompa ekstraksi kondensat tidak diperlukan untuk kondensor tingkat tinggi dan ejektor.

Kekurangan:

Kondensat terbuang
Air pendingin harus bersih dan bebas dari kotoran yang dapat membahayakan
Dalam kondensor jet tingkat rendah, mesin dapat tergenang jika pompa ekstraksi kondensat gagal beroperasi.

Kelebihan dan kekurangan kondensor permukaan