Pengendalian Polusi Termal

Dr.Ir.Hamzah Lubis,SH.M.Si
Pencemaran lain  akibat industri atau  pembangkitan energi ialah pencemaran panas pada air dan udara. Pencemaran zat cair akibat pembangkit tenaga ialah pencemaran padat dan kimiawi dan polusi termal  di instalasi pembangkit tenaganya [1].
Pembuangan energi termal ke air alam biasa disebut polusi termal (thermal pollution) oleh para pencinta lingkungan hidup dan orang yang anti daya. Penambahan panas ke dalam air mengurangi kemampuan air untuk menyerap gas-gas terlarut, termasuk oksigen terlarut yang vital bagi makhluk air. Jika suhu air melebihi 350C (950F), jumlah oksigen terlarut terlalu sedikit untuk menunjang kehidupan di air.  Tetapi bagaimanapun juga, pada temperatur yang lebih rendah, pertumbuhan makhluk air dipercepat oleh air hangat dan tanaman serta ikan tumbuh lebih cepat. Pada kenyataannya, air hangat yang dibuang dari pabrik biasanya merupakan tempat yang sangat populer bagi ikan, terutama pada musim dingi[1] di negara bermusim dingin.
Sebagai usaha untuk membandingkan sistem-sistem pembangkit tenaga dilihat dari jumlah panas yang dibuang ke lingkungan, dipakai terminologi "indeks buangan panas" (thermal discharge index) atau TDL . TDL  dari suatu sistem tenaga ialah jumlah unit energi panas yang dibuang ke lingkungan instalasi untuk setiap unit energi listrik yang dihasilkan instalasi tersebut. Jadi TDI bisa dirumuskan sebagai:

TDL = Energi panas ke lingkungan, MWth/ Keluaran Tenaga Listrik, MWe[1]

Tidak perlu dikatakan lagi, bahwa harga TDL yang rendah adalah yang diharapkan meskipun tidak akan tercapai harga nol, kecuali instalasi tersebut melawan hukum kedua termodinamika. TDI sangat tergantung pada efisiensi termis pembangkit tenaga Pe/ th. Jika P, adalah keluaran tenaga listrik dalam megawatt, maka  Pe/  th  adalah masukan daya termal, dalam megawatt termis. Energi panas yang dibuang dari pabrik didapat dengan mengurangkan kedua harga ini, yaitu sama dengan Pr(l -  th) /  th, dalam megawatt panas. [1]  
Jadi, indeks buangan panas (thermal discharge index) bisa dihitung menurut

                                 TDI = Pe (1-  th)/  th / Pe  = 1-  th/  th [1]

Sistem daya pembakaran-fossil yang paling baru mempunyai efisiensi termis hingga 40%, dan berarti mempunyai indeks buangan panas 1,5. Jadi, 1,5 MW.jam energi panas dibuang ke lingkungan sekeliling pabrik untuk mendapatkan setiap MW.jam tenaga listrik. Di lain pihak, reaktor-reaktor air ringan mempunyai efisiensi panas antara 32-33%.  lni berarti indeks buangan panas sistem ini berkisar antara 2,l[1]  .

 Pada sistem-sistem daya pembakaran fossil, sejumlah energi panas (kerugian ketel) dibuang melalui cerobong ke atmosfir sementara sisa panas dari panas yang dibuang (waste heat) dibuang melalui kondenser. Pada pembangkit tenaga turbin gas, semua Panas sisa dibuang melalui gas buang. Pada sistem tenaga nuklir semua panas sisa dibuang melalui kondenser pembangkit uap. Jadi, meskipun misalnya sistem pembangkit tenaga pembakaran fossil dan sistem nuklir mempunyai indeks buangan panas yang sama, sistem nuklir memerlukan air pendingin yang lebih banyak[1].

                                 Gambar 1.Pencemaran Panas Insinerator Rumah Sakit


Ada bermacam-macam cara untuk mengalirkan air pendingin ke kondenser. Di antaranya mengalirkan air pendingin dari danau-danau dan sungai-sungai alam, mendinginkan dengan danau atau tandon buatan, dan menggunakan menara pendingin sistem basah atau kering. Dua yang pertama menggunakan sistem pendinginan sekali lewat (once through cooling). Pada sistem ini, air dari sungai atau danau alam disaring untuk menghilangkan kotoran dan makhluk air dan kemudian dipompakan ke kondenser pabrik. Air biasanya mengalami kenaikan temperatur sekitar l00C sesudah melewati kondenser. Cara pembuangan sisa panas seperti ini adalah yang termurah dan mungkin yang mempunyai efisiensi termis yang paling besar, karena sistem inl menimbulkan penurunan temperatur paling rendah pada sistem tenaga[1].
            Sementara sistem di atas merupakan sistem yang sangat diinginkan dipandang dari sudut perekayasaan tenaga, sistem ini mendapat tantangan dari para politisi dan  pencinta lingkungan. Beberapa negara bagian menetapkan peraturan yang melarang dialirkannya air ke sungai atau danau alam dengan suhu 10F lebih tinggi dari suhu udara sekitarnya. Karenanya penggunaan cara ini menjadi lebih sulit[1].



                          Gambar 2. Pencemaran Akibat Loundry Rumah Sakit

Beberapa perusahaan pembangkit tenaga masih menggunakan sistem pendinginan sekali lewat ini. Perusahaan tersebut membangun danau buatan sendiri untuk menimbun air. Jika danau pendingin ini terlalu kecil, kadang-kadang dipakai pompa untuk menyemprotkan air danau ke udara agar mendapatkan pendinginan dari atmosfir. Danau ini biasanya menjadi tempat memancing yang populer karena ikan dengan cepat tumbuh besar dan biasanya bebas dari es sepanjang tahun. Danau ini kadang-kadang memerlukan penambahan air untuk mengganti kehilangan air akibat penguapan[1].
Jika tidak mungkin menggunakan danau pendingin, perusahaan-perusahaan ketenagaan biasanya memilih untuk menggunakan menara pendingin untuk membuang sisa panas ke atmosfir. Ada dua macam jenis dasar menara pendingin, yaitu jenis basah dan jenis kering. Kebanyakan pabrik memakai jenis basah di mana air panas dari kondenser disemprotkan langsung ke dalam menara. Air panas ini bersentuhan langsung dengan udara yang dialirkan ke atas melalui rnenara, dan perpindahan panas terjadi sebagai hasil dari perpindahan panas sensibel dan panas laten (panas penguapan). Menara pendingin jenis basah membutuhkan penambahan air yang kontinu untuk mengganti air yang hilang karena menguap, dan penambahan uap air di udara dalam jumlah besar mempengaruhi tahanan angin bawah di dalam menara dan membuatnya lebih besar daripada pengendapan normal[1].
Penurunan temperatur minimum yang dapat dicapai dengan menara pendingin basah mendekati temperatur tabung basah (wet bulb) udara. Hasilnya, efisisnsi total instalasi mungkin lebih kecil daripada yang menggunakan sistem pendinginan sekali 10 wat, terutama pada hari panas ketika pendinginan yang dibutuhkan tinggi.

















Gambar 3. Pendingin Reaktor Nuklir Aliran Alami [1]
Hampir semua menara pendingin jenis basah yang besar menggunakan sistem konveksi alamiah yang ditandai dengan struktur hiperbolik yaftg sangat besar, yang bisa mencapai tinggi 500 kaki dan diameter dasar 500 kaki. Salah satu jenis menara pendingin basah ditunjukkan dalam Gambar3. Aliran udara dalam menara terjadi oleh adanya perbedaan antara udara "dingin" yang masuk dari bawah menara dan kerapatan udara hangat dan uap air yang meninggalkan menara. Biaya modal untuk unit ini diperkirakan sekitar 15-20 dollar/kW, atau sampai 20 juta dollar untuk sebuah sistem pembangkit tenaga 1000 MWe[1]
Sistem pembangkit tenaga yang lebih kecil bisa menggunakan menara pendingin dengan sistem aliran mekanis (mechanical draft) baik merupakan aliran pancingan (induced draft) maupun aliran paksa (forced draft). Penggunaan aliran mekanis mengurangi tinggi menara. Sistem ini sedikit lebih murah dibanding aliran alamiah, memerlukan biaya modal antara 10-15 dollar/kWh. Meskipun sistem ini lebih sedikit memerlukan modal, tetapi memerlukan biaya perawatan dan biaya operasi yang lebih tinggi[1].
Menara pendingin kering adalah alternatif lain dari sistem basah, terutama jika penambahan air tidak dimungkinkan atau jika pembuangan uap air yang banyak ke lingkungan tidak diperbolehkan. Dalam sistem ini fluida pendingin dialirkan dalam pipa-pipa sehingga perpindahan panas berwujud perpindahan panas sensibel dan penurunan temperatur minimum adalah temperatur tabung kering udara (dry bulb) [1].
Menara pendingin kering mengurangi keperluan luas permukaan kondenser di saluran buang (exhaust) turbin karena uap secara teoretis terkondensasi di menara secara langsung. Tetapi tekanan dan kerapatan uap di pipa pengeluaran turbin terlalu rendah dan pipa-pipa di menara harus mempunyai volume yang sangat besar sehingga skema seperti ini tidak praktis. Sistem menara pendingin kering yang bisa dilaksanakan ditunjukkan secara skematis di Gambar 4. Dalam sistem ini, uap turbin diembunkan di kondenser penyemprot secara kontak langsung dengan menggunakan sebagian air kondensat yang sudah didinginkan di menara. Menara pendingin kering agak lebih mahal dibanding menara pendingin basah. Sistem ini, sebagaimana sistem basah, juga mempengaruhi keanginan cuaca (weather downwind) kecuali, dengan memanas lanjutkan udara, mungkin bisa mengurangi hujan sampai di bawah normal[1].
 










                       Gambar 4. Menara pemdingin kering Heller[1].

[1] Archie W. Culp. penterjemah Darwin Sitmpul.1989. Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Jakarta: Erlangga, 496 hal.


No comments:

Post a Comment