Solar Cell pada Pesawat Luar Angkasa

Photovoltaic cell atau lebih dikenal dengan solar cell muncul pertama kali pada tahun 1957. Pada awal kemunculannya, solar cell ditujukan untuk keperluan luar angkasa. Sebelumnya, satelit dan pesawat luar angkasa menggunakan batrai kimia untuk memenuhi kebutuhan listrik mereka. Satelit yang memiliki umur operasi tinggi tidak mungkin menggantungkan kebutuhan listrik hanya dari batrai kimia. Di luar angkasa cahaya matahari merupakan satu – satunya sumber energi yang paling mungkin dimanfaatkan. Ide ini merupakan dorongan utama bagi pengembangan sel photovoltaic.

Kini, keterbatasan energi mendorong manusia untuk memanfaatkan segala sumber daya terbaharukan yang ada di lingkungan. Solar cell merupakan salah satu pilar yang dapat digunakan untuk memenuhi sebagian kebutuhan energi manusia. Meski keterbatasan energi merupakan isu yang mendorong pengembangan solar cell, isu lain yang tidak kalah penting adalah adanya dorongan peradaban untuk merancang sistem penyediaan energi yang tidak hanya aman bagi manusia namun juga bersahabat dengan lingkungan. Pengembangan solar cell menjadi sebuah tuntutan ketika manusia dihadapkan pada berbagai kerusakan lingkungan akibat penggunaan bahan bakar fosil dan global warming.

Perkembangan solar cell diawali dengan perkembangan pengetahuan terkait sifat cahaya sebagai gelombang elektro magnetik dan penemuan Einstein terkait energi photon. Peningkatan penggunaan bahan – bahan semikonduktor   dalam komponen mikroelektronika juga mendorong pada inovasi solar cell. Solar cell telah mengalami banyak perkembangan dari awal penemuannya. Pada awal penemuan, solar cell hanya mampu memproduksi listrik sebesar 1 watt. Kini solar cell yang dipasarkan telah dapat mencapai kapasitar produksi listrik 10 watt. Bahkan pada skala laboratorium, telah peneliti telah mampu menciptakan solar cell dengan kapasitas 10 – 100 watt. Pada awal produksinya solar cell hanya memiliki efisiensi 10 %. Perkembangan teknologi saat ini telah mampu meningkatkan efisiensi energi dari solar cell hingga 18 %. Kajian peneliti menyebutkan bahwa efisiensi maksimum yang mungkin dicapai solar cell adalah 33 % dari total energy matahari yang diserapnya. Peningkatan efisiensi solar cell ini dilakukan dengan berbagai cara salah satunya memainkan luas permukaan kontak silicon dengan plat metal. Selain itu penambahan senyawa phosphor, penyesuaian temperatur optimal operasi solar cell, dan teknologi penyesuaian ketebalan film juga mempengaruhi efisiensi konversi energy solar cell. Terobosan ini menjadikan solar cell semakin dekat kepada konsumennya.

Banyak perusahaan telah mampu memberikan jaminan umur penggunaan film solar cell 25 tahun. Meski begitu, umur batrai yang digunakan untuk solar cell hanya 2 tahun. Masalah ini merupakan masalah utama dalam penggunaan solar cell. Energi yang dihasilkan dari solar cell berupa energy listrik yang sulit disimpan. Solusi yang ditawarkan para ahli adalah mengkonversi energy listrik yang dihasilkan solar cell menjadi energi kimia yang mudah disimpan. Alternatif proses yang ditawarkan adalah dengan elektrolisis H₂ dari air laut dan mereaksikan H₂ dengan CO₂. Metode ini ditunjukkan dalam diagram berikut.

Sistem Produksi Metanol dari Air Laut dan CO2 dengan Sumber Energi Solar Cell

Berbagai saran untuk pengembangan solar cell telah dilakukan. Pengembangan teknologi ini masih tetap dikendalai masalah biaya. Bila dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari bahan bakar fosil, biaya yang dibutuhkan untuk proses produksi energi dari solar cell lebih tinggi. Sebenarnya kalkulasi biaya ini tidak memperhitungkan biaya kompensasi untukpengatasan dampak lingkungan yang ditimbulkan. Jika biaya ini turut diperhitungkan, maka biaya produksi energy dari solar cell akan lebih rendah. Selain itu peningkatan produksi dan penggunaan listrik dari solar cell akan menurunkan biaya operasi persatuan daya yang dihasilkan dari solar cell.

Pustaka:

Green, Martin A., 2000, Power to the People : Sunlight to Electricity Using Solar Cells, University of New South Wales

Kristal NaCl

Sebagian besar praktisi industri akan mengarahkan pikiran mereka pada sistem waste water treatment ketika mendengar istilah membrane. Masih jarang praktisi yang menyadari luasnya bidang aplikasi unit pemisahan ini. Untuk itu dalam kesempatan ini, membrane akan diperkenalkan dari sisi lain yaitu sebagai unit untuk aplikasi kristalisasi.

Pengembangan membran sebagai unit kristalisasi didorong oleh tuntutan konsumen yang semakin tinggi terhadap produk kristal dengan ukuran dan betuk dan  distribusi yang seragam. Tuntutan ini terutama berasala dari pasar kristal untuk aplikasi medis dan komponen elektronika. Tuntuan ini tidak mampu dipenuhi oleh unit kristalisasi yang ada saat ini, seperti  Forced Circulated Crystallizer dan Draft Tube Baffled Crystallizer. Kedua tipe ini menghasilkan bentuk dan ukuran kristal yang tidak seragam.

Ide penggunaan membrane untuk keperluan kristalisasi didasarkan pada pemanfaatan control mixing pada struktur berukuran mikro pada membrane untuk menghasilkan kristal dengan struktur dan ukuran seragam. Kedua dalam penggunaan membrane peningkatan luas permukaan kontak akan meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Penggunaan membrane dalam proses kristalisasi diharapkan dapat menghasilkan kristal yang lebih baik dari kedua metode konvensional sebelumnya.

Pengembangan teknologi kristalisasi dengan menggunakan membaran sebagai alat intensifikasi proses ini didasarkan pada lima metode utama, yaitu reverse osmosis, distilasi, antisolvent, membrane reactor, dan cooling contactor. Masing-masing metode ini akan menggunakan tipe membrane yang berbeda sebab mekanisme driving forces pada pembentukan kristal dari kelima metode ini juga berbeda.

Membrane crystallizer yang dikembangkan pertamakali adalah dengan metode reverse osmosis. Pengmebangan metode ini ditujukan untuk mengambil produk samping berupa garam anorganik dari proses desalinasi air laut. Proses ini memanfaatkan driving forces murni beda tekan. Kelemahan metode ini selain fluks air (solvent) rendah, masalah fouling membatasi umur dari membrane dan konsentrasi umpan (air laut) yang diperbolehkan untuk aplikasi. Semakin tinggi konsentrasi garam maka proses fouling pada membrane juga akan berlangsung lebih cepat.

Metode berikutnya adalah dengan sistem membrane distillation. Sistem ini mendapat banyak perhatian dari para pengembang proses. Dalam sistem ini, terjadi tiga tahap utama:

1. Tahap evaporasi solvent dari feed pada permukaan membran 1.
2. Tahap difusi dari uap solvent di sepanjang pori dengan udara yang ada pada pori membran
3. Tahap kondensasi solvent pada permukaan membran 2 dan  masuk ke aliran distilat.

Skema proses ini disajikan pada gambar berikut.

Sistem Mass Transfer pada Membrane Distillation

Membrane yang digunakan dalam proses ini adalah membrane porous hydrophobic. Pemilihan material membrane yang hydrophobic didasarkan pada pertimbangan tekanan operasi. Jika digunakan membrane hydrophilic, tekan osmosis yang terjadi antara sisi distilat dan feed akan besar. Untuk melawan tekanan osmosis ini, membrane diharuskan beroperasi pada tekanan tinggi. Hal ini tidak diharapkan karena dikhawatirkan membrane tidak kuat dan akan pecak ketika operasi dilaksanankan.

Karena sifatnya yang hydrophobic, membrane distilasi ini rentan terhadap fouling. Umur membrane akan semakin pendek jika membrane digunakan pada feed dengan konsentrasi garam yang tinggi. Konsentrasi garam yang tinggi memungkinkan garam menempel pada pori membrane distilasi. Garam masuk pada pori, peluang pori terisi solvent cair semakin besar. Hal ini akan mengganggu proses mass transfer pada pori yang seharusnya berlangsung pada fasa gas.

Metode kristalisasi dengan membrane reactor tidak hanya melibatkan perpindahan massa saja. Aplikasi proses kristalisasi dengan membrane reaktor ini telah diterapkan untuk produksi kristal BaSO₄. Dalam proses ini terjadi reaksi kimia yang menghasilkan garam yang akan terkristalkan. Umumnya tipe membrane yang digunakan di sini berupa shell and tube. Dalam sistem yang ditunjukkan pada gambar membrane reactor, reaksi yang terjadi adalah:

Proses yang terjadi pada membrane ini digambarkan pada skema berikut.

Sistem Kritalisasi pada Membrane Reactor

Kristalisasi dengna menggunakan prinsip antisolvent mendasarkan proses penyingkiran pelarut dengan mengekstrak pelarut dengan pelarut lainnya. Penggunaan membrane dalam proses ini bertujuan meningkatkan luas permukaan kontak antar kedua fasa. Dengan peningkatan luas permukaan kontak, diharapkan mass transfer akan berlangsung lebih cepat dan hambatan perpindahan menjadi lebih kecil. Sistem kristalisasi ini digambarkan pada skema alat berikut

Skema Alat Penggunaan Membrane untuk Kristalisasi dengan Sistem Antisolvent

Pengembangan membrane crystallizer dengan keempat teknik di atas memanfaatkan membrane porous. Masalah yang terjadi dalam pengoperasian dari keempat membrane di atas adalah fouling. Perkembangan modifikasi membrane crystallizer terbaru mengusahakan penanganan masalah fouling untuk meningkatkan umur penggunaan membrane. Sistem yang saat ini dikembangkan adalah membrane crystallizer dengan sistem pendinginan.

Metode yang digunakan pada membrane crystallizer dengan pendinginan ini jauh berbeda dengan membrane crystallizer sebelumnya. Perpindahan yang terjadi pada membrane ini adalah perpindahan panas bukan massa seperti membrane sebelumnya. Prinsip yang digunakan pada membrane ini adalah menghasilkan larutan lewat jenuh melalui prinsip pendinginan hingga akhirnya terbentuk kristal. Luas permukaan membrane yang besar akan mempercepat laju perpindahan panas dari feed ke fluida pendingin. Sistem ini menawarkan beberapa keunggulan. Pertama, membrane ini mampu mengatasi masalah fouling yang terjadi pada metode kristalisasi dengan membrane porous. Kedua, membrane ini dapat mengatasi penyumbatan pada tube membrane akibat terbentuknya kristal pada dinding tube selama proses pembentukan kristal. Disamping itu produk kristal yang dihasilkan berukuran kecil dan distribusi ukurannya juga seragam. Metode ini baik digunakan untuk kristal organik seperti protein yang tidak tahan terhadap temperature tinggi.

Sistem Kristalisasi dengan Membrane Melalui Pendinginan

Pengembangan membrane sebagai alat intensifikasi kini telah melingkupi berbagai bidang aplikasi yang sangat luas bahkan di luar dari perkiraan para pengembangnya di awal. Tuntutan teknologi dan permintaan konsumen yang makin spesifik pada produk dengan kualitas serta keseragaman yang semakin tinggi dari waktu ke waktu menjadi pemicu inovasi dan kreativitas pengembangan metode.  Kristalisasi dengan menggunakan membrane merupakan salah satu buah kerja keras tersebut. Kedepannya pengembangan metode yang makin selektif dengan produktivitas skala produksi yang semakin besar,  biaya operasi yang semakin rendah dengan dampak lingkungan yang semakin minim akan membawa pada pengembangan dan perbaikan proses di berbagai unit. Melalui pengembangan berbagai alat dan metode intensifikasi peralatan baru diharapkan dihasilkan unit pemroses yang semakin baik dari waktu ke waktu .

Daftar Pustaka

1. A.Konig, D. Weckesser.Membrane Based Evaporation Crystalization
2. E. Drioli, A. Criscuoli, E Curcio, Integrated Membrane Operations for Seawater Desalination, Elsevier, 2002
3. A. Gugliuzza, E. Curcio , E.Drioli, G. Di Profio, M.Aceto, S.Simone,R. Madonna, Novel Functional Per-fluofinated Membranes: Suitable, Nucleating Systems for Protein Crystallization
4. E. DrioliA Review on Membrane Crystallization.
5. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, A New Membrane Based Crystallization Technique: Test on Lysozyme, Elsevier, 2002
6. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, Membrane Crystallization of Macromolecular Solutions, Elsevier, 2002
7. M. Gryta, Direct Contact Membrane Distillation with Crystalization Applied to Na Cl Solutions, 2001
8. E. Curcio, G. Di Profio, E. Drioli, Membrane Conttactors: Fundamentals, Applications, and Potentialities, Journal of Membrane Science and Technology,2006
9. http://www.emeraldbiosystems.com/blog/post/Membrane-Protein-Crystallization-with-Additives-in-LCP.aspx
10. BIWIC 2006: 13th International Workshop on Industrial Crystallization
11. Zhiqian et al.,Synthesis of nanosized BaSO4 Particles with a Membrane Reactor: Effects of Operating Parameters on Particles, Journal of Membrane Science, 2002.
12. Zarkadas et al.,Solid Hollow Fier Cooling Crystallization, 2004.
13. Sirkar, Kamalesh K. et al., Antisolvent Crystallization in Porous Hollow Fiber Devices and Methods of Use Thereof, 2007

Dari reaksi yang ada dapat kita pastikan bahwa dalam reformer terjadi reaksi yang sangat kompleks. Untuk itu komposisi keluaran proses reformer akan bervariasi tergantung dari komposisi umpan, temperatur, tekanan operasi, dan katalis yang digunakan.

Steam Reformer

Dalam perkembangannya, steam reforming dikembangkan untuk menghasilkan teknologi yang lebih tepat guna khususnya untuk produksi gas hidrogen sebagai bahan bakar fuel cell atau bahan baku pabrik seperti pada pabrik ammonia. Teknologi ini dikenal dengan autot hermal reforming. Steam reformer reaksi utama antara metan dan uap air. Auto thermal reformer pada dasarnya merupakan gabungan dari steam reformer dan partial oxidation methan. Kedua reaktor ini dapat dioperasikan pada temperatur 1023 – 1123 K seperti pada percobaan Souza dkk.

(a)Selektivitas Pembentukan Syngas Reformer (b) Perbandingan H2 Terhadap CO (Souza, 2008)

Baik auto thermal reforming converter maupun steam reformer converter, keduanya masih digunakan hingga saat ini. Kedua converter ini memiliki keunggulan masing-masing. Dalam pemilihan refoermer yang akan digunakan, kita perlu mengtahui sasaran proses. Untuk proses yang membutuhkan hidrogen tinggi maka auto thermal reformer tepat untuk dipilih. Jika proses mengutamakan selektivitas syngas yang tinggi maka steam reformer saja sudah cukup. Dari sisi ekonomi, meski efisiensi energi untuk auto thermal reformer lebih baik dari steam reformer namun harga unit steam reformer lebih rendah radi pada auto thermal reformer.

Daftar Pustaka

1. Souza , A. E. A. M., Maciel , L. J. L., Knoechelmann , Filho, A., N. M. Lima, Abreu, C. A. M. Comparative Evaluation Between Steam and Atothermal Reforming of  Methane Processes to Produce Syngas, 2008
2. Adris, Alaa-Eldin M., A Fluidized Bed Membrane Reactor for Steam Methane Reforming: Experimental Verification and Model Validation, 1994

Vicote, inovasi terbaru pelapis berbasis polimer

Dulu, teknologi thermal spray (flame spray) hanya terbatas pada aplikasi campuran metal, keramik metal (cermet), dan beberapa polimer kualitas rendah untuk membentuk lapisan pelindung pada substrat. Pelapisan-pelapisan ini memiliki sejumlah kekurangan, walaupun riset terus dilakukan untuk mengembangkan proses untuk polimer kualitas tinggi. Sebuah perusahaan asal Amerika Serikat, Vicotex, memperkenalkan sebuah proses flame spray baru dengan efektivitas biaya untuk penggunaan pelapis Vicote pada substrat metal dan keramik. Teknik baru ini diklaim sebagai sukses pertama pelapis flame spray berbasis polimer Victrex Peek pada substrat metal, yang menghasilkan pelapisan yang kuat, tahan lama, dan tahan terhadapat suhu tinggi dan zat-zat kimia.

Victrex bekerjasama dengan Alamo Supply Co of Houston, Texas yang mendesan PG550 Universal Flame Spray System menghasilkan thermal spray dengan biaya efektif. Mudah digunakan dan diset, alat ini menggunakan gun nozzle yang inovatif yang memungkinkan polimer yang disemprotkan membentuk pelapisan yang kontinyu.

Menurut John Robinson, pimpinan teknologi pelapisan Vitrex, aliran dari serbuk pelapis Vicote melewati gun dan dipanaskan pada temperature dimana serbuk meleleh dan dikeluarkan pada kecepatan tinggi sebagai ‘splats’ pada permukaan substrat. Splats ini saling overlapping sementara gun digerakkan di atas Vicote, inovasi terbaru pelapis berbasis polimer substrat untuk menghasilkan pelapisan yang kuat, tahan lama, dan berkualitas tinggi. Struktur kristal dari pelapisan Vicote lah yang memberikan ketahanan terhadap abrasi, erosi, gores, dan korosi, terutama pada suhu tinggi.

Salah satu dari keuntungan dari flme spraying menggunakan pelapis ini adalah pelapis ini dapat menghasilkan pelapisan kualitas tinggi pada bagian-bagan yang sulit atau berbiaya mahal. Robinson menjelaskan bahwa proses pelapisan ini sangat efisien secara energi. Sebagai contoh, pelapisan tidak membutuhkan oven untuk proses curing-nya, walaupun untuk pelapisan tebal pada silinder padat siklus relieving bertekanan tinggi mungkin dibutuhkan.Tidak dibutuhkan listrik untuk menjalankan alat, hanya gas tekan.

Flame spraying, yang juga dapat digunakan pada substrat-substrat yang sensitive, cocok digunakan untuk melapisi impeller pompa dan housing pompa. Robinson menambahkan, kebanyakan bentuk deometri dapat di-flame spray. Ini termasuk bagian-bagian kompleks, yang karena ketiadaan Faraday cage effect, ditemukan pada saat melapisi menggunakan bubuk elektrostatik pada proses pelapisan tradisional.

Flame spray menggunakan pelapis Vicote dapat juga digunakan untuk memperbaiki dan meningkatkan kinerja dari alat-alat in-service. Robinson mengatakan, proses-proses ini juga memiliki banyak keuntungan bagi bagian-bagian yang pernah mengalami kerusakan. Refurbishing permukaan yang telah terpakai dengan menyemprotkan pelapis Vicote lebih ekonomis daripada mengganti seluruh bagian dan menawarkan alternatif pelapisan kualitas tinggi hingga flame spray tradisional dengan menggunakan bubuk metal.

Bahan-bahan utama pelapis Vicote adalah Vitrex Peek polimer, linear, aromatik, dan semi-kristalin termoplastik. Pelapis ini juga dapat digunakan sebagai material tersendiri atau sebagai pelapis tambahan seperti fluoropolimer.

Sumber:
http://www.engineerlive.com/Chemical-Engineer/Materials/High-performance_polymer_coating_can_be_spray-applied_/21373/
http://www.victrex.com/en/vico_coat/vico_coat.php

Gas Turbine Engine

Sambungan dari Gas-Turbine Engine (Part 1) »

Komponen Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbn gas:

1. Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
   1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
   2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
   3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
   4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
   5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
   6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan
2. Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
   1. Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
   2. Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
      1. Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
      2. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
      3. Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
      4. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
3. Combustion Section. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
   1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
   2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
   3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.
   4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
   5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
   6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
   7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
4. Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
   Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
   1. Turbin Rotor Case
   2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
   3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
   4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
   5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
5. Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : (1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.

Gas Turbine Engine

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Starting Equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya
   adalah :
   1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
   2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
   3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. Coupling dan Accessory Gear. Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
   1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
   2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
   3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
3. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System. Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
   1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
   2. Oil Quantity
   3. Pompa
   4. Filter System
   5. Valving System
   6. Piping System
   7. Instrumen untuk oil

   Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:

   1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
   2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
   3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:
   1. Off base Water Cooling Unit
   2. Lube Oil Cooler
   3. Main Cooling Water Pump
   4. Temperatur Regulation Valve
   5. Auxilary Water Pump
   6. Low Cooling Water Pressure Swich

Maintenance Turbin Gas

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.

Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance.

Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:

1. Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:
   • Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.
   • Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.
2. Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.
3. Predictive Maintenance. Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.
4. Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.
5. Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.
6. Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.
7. Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

Referensi:
1. Inisiator Aceh Power Investment
2. http://www.bently.com
3. http://www.gepower.com
4. http://www.pal.co.id
5. http://www.turbomachinerymag.com
6. Gas-turbine Engine. Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2008.

Gas Turbine Engine

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

• Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
• Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
   Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
   Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

1. Siklus Ericson
   Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.
2. Siklus Stirling
   Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.
3. Siklus Brayton
   Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
   
   Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)

Perkembangan Gas Turbin

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Bersambung ke Gas-Turbine Engine (Part 2) »

An aerosol is made up of several basic components: (1) an aerosol can, (2) the product, (3) the propellant, (4) a valve with dip tube, and (5) an actuator.

An aerosol-can can be defined as:
“An integral ready-to-use package incorporating a valve and a product which is dispensed by pre-stored pressure in a controlled manner when the valve is operated”

Aerosol-can works in a basic concept: one high-pressure fluid expands to force another fluid through a nozzle. Initially, it was inspired by self pressurized carbonated beverages that can create an expanded pressure. Table below will describe some history from inspiring self pressurized carbonated beverages introduction until recent date now.

From aerosol concept’s, one fluid stored under high pressure is used to propel another fluid out of a can, the contents of the aerosol are made up of two components:

1. The propellant, fluid that boils well below room temperature, which can be a liquefied gas, or even a compressed gas.
2. The product, in the form of a liquid, emulsion or suspension that boils at a much higher temperature.

Eric Rotheim

The ‘Classic’ aerosol delivers the product in the form of a spray, which may be made up of small, medium or large droplets, depending upon the function of the aerosol.  As an example, an air freshener will consist of very small droplets in order to disperse a fragrance into the air; a furniture polish will consist of larger droplets, as it is only necessary to deliver the spray to a surface.  Other aerosol formats include, foams, gels, etc. The outlet product depends on several factors, including:

• The chemical makeup of the propellant and product
• The ratio of propellant to product
• The pressure of the propellant
• The size and shape of the valve system

The choice of these components is critical, and fortunately the manufacturers are able to produce a wide variety of aerosol devices by configuring these elements in different combinations.

In all cases it is the propellant pressure within the can that pushes the product through the various components until it reaches the actuator and emerges as a spray, or one of the other formats. The way in which the liquid is turned into a spray depends on a number of factors which include:

1. The valve specification
2. The actuator specification
3. The type and amount of propellant

There are two ways to configure this aerosol system based on the propellants: (1) Liquefied Propellants, and (2) Compressed Gas Propellants.

(click picture to enlarge)Centrifugal pump. Beberapa contoh pompa sentrifugal yang digunakan di salah satu gathering station.

Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

• gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat
• kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head

Selain pompa sentrifugal, industri juga menggunakan pompa tipe positive displacement. Perbedaan dasar antara pompa sentrifugal dan pompa positive displacement terletak pada laju alir discharge yang dihasilkan oleh pompa. Laju alir discharge sebuah pompa sentrifugal bervariasi bergantung pada besarnya head atau tekanan sedangkan laju alir discharge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada head-nya.

(click picture to enlarge)Impeller. Ilustrasi aliran fluida dalam impeller sebuah pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Sentrifugal vs. Positive Displacement. Laju alir discharge sebuah pompa positive displacement selalu tetap dan tidak tergantung oleh total dynamic head.

(click picture to enlarge)Impeller. Beberapa impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Performance Curve Kurva perfomansi yang menunjukkan pengaluran data-data head, flow rate, efisiensi, dan kebutuhan daya.

(click picture to enlarge)Perhitungan NPSHa. Berikut ini ilustrasi yang menunjukkan bagaimana perhitungan NPSH avaiable sebuah pompa.

(click picture to enlarge)Nametag. Contoh name tag sebuah pompa sentrifugal yang terdapat di pabrik. Terlihat bahwa head pompa ialah sebesar 990 ft.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.
2. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.
3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double-suction pump.
4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump.

Terminologi

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa, ialah:

1. TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total head.
2. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja paling optimum.
3. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi.
4. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang tersedia pada inlet pompa.
5. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka NPSHa harus lebih besar dari NPSHr.
6. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow, pompa dapat mengalami kerusakan.
7. Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input) dengan energi output pompa.
8. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp.

Kurva Perfomansi Pompa

Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain:

1. Besarnya head terhadap flow rate
2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate
3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate
4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate
5. Besarnya minimum stable continuous flow

Sistem Proteksi Pompa

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.
2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload.
3. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.
4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

Bersambung ke bagian kedua.

Referensi: Penyegaran kembali tentang Dasar-dasar Teori dan Pengoperasian Pompa Sentrifugal oleh Adi Kristanto and Umar Hamid.

Fluid handling

• Fans are suitable for raising gas pressures moderately (for instance, by 3%, or by 12 in. of water); for higher pressures up to about 40 psig, blowers are suitable; for yet higher pressures, employ compressors (however there is overlap between the operating ranges of blowers and compressors)
• Typical polytropic efficiencies for large centrifugal compressors are about 76 to 78%; rotary compressors normally have efficiencies around 70%, except for liquid-sealed ones, which have efficiencies around 50%
• For pipe lines of diameter D in inches, typical fluid velocities and pressure drops are as follows:
  1. for pump discharge (liquid): (5 + D/3) ft/s, and 2 psi/100 ft;
  2. at pump suction (liquid): (1.3 + D/6) ft/s and 0.4 psi/100 ft;
  3. for steam or gas, 20D ft/s and 0.5 psi/100 ft
• Control valves function best if the pressure drop through them is at least 10 psi
• Single-stage centrifugal pumps can operate at rates of up to about 5,000 gal/min, (and to maximum heads of 500 ft); multistage pumps can operate to about 11,000 gal/min.

Conveying of particulate solids

• Screw conveyors:
  1. Can transport solids that are abrasive or sticky
  2. Typical incline is about 20 deg
  3. Most are 150 ft or less in length
  4. With a conveyor of 12-in. diameter, throughputs of up to about 3,000 ft3/h are feasible; typically, screw rotation rates are up to about 60 rev/min
  5. Power consumption relatively low
• Bucket elevators:
  1. Vertical transport of abrasive or sticky materials is feasible
  2. Typically, speeds can reach 100 to 300 ft/min; at 100 ft/min, bucket elevators with 20X20-in. buckets can convey about 1,000 ft3/h
• Drag type conveyors:
  1. Can convey for relatively short distances in any direction
  2. Have high power requirements
  3. Typical speeds are 30 ft/min (for,e.g., fly ash) to 250 ft/min (for grains)
• Pneumatic conveyors:
  1. They offer high capacity
  2. Usually employed with convey-ing distances of 400 ft or less
  3. Can transport simultaneously to several destinations
  4. Operate under vacuum or low pressures
  5. Typical conveying-gas velocities are 35 to 120 ft/s

Cooling towers

• In full-scale units, air saturation can reach 90%
• To minimize pressure drop (ordinarily a maximum of 2 in. water), employ an open structured material for the tower fill
• Typical water circulation rates are 1 to 4 gal/min per square foot, whereas the air rates are 1,300 to 1,800 lb/h per square foot, or 300 to 400 ft/min
• Countercurrent induced-draft towers, which can cool water to about 2°F above the wet-bulb temperature, are the most prevalent version of tower used in the process industries
• For a given service, the required size (volume) of a given tower is a function of the difference between the wet-bulb and the exit temperatures; the smaller the difference, the larger the required volume
• Evaporation losses are typically 1% of the circulation for every 100°F of cooling range. Windage or drift losses in mechanical-draft towers typically amount to 0.1 to 0.3%. To keep salt from building up exces-sively, it is typical to blow down 2.5 to 3% of the circulation Heat exchangers; refrigeration
• In a shell-and-tube exchanger, the tube side is for corrosive, fouling, scaling and/or high-pressure fluids; the shell side is for viscous and/or condensing fluids
• Typical minimum temperature approaches are 20°F with normal coolants, or 10°F or less with refrigerants
• Ordinarily, the maximum heat transfer area for shell and tube heat exchangers is about 5,000 ft2
• When refrigerating to temperatures below about – 80°F, it is customary to use cascades of two or more refrigeration stages

Evaporators

• The maintaining of a suitable temperature gradient (for instance, about 45°F) can minimize film-related efficiency losses. From an efficiency standpoint, about 250 Btu/(h)(ft2) is a suitable overall coefficient of heat transfer
• In countercurrent evaporation systems, a suitable temperature approach between the inlet (hot) and output (cold) streams is about 30°F. In multistage operation, the typical minimum value is 10°F
• In a well-designed evaporator system, it should be possible to achieve heat recoveries of more than 75%