Gas bertekanan: risiko dalam kompresi campuran CO2 & H2O
Dalam bidang teknik, kompresi campuran gas merupakan proses yang umum tetapi kompleks dan memerlukan pemahaman yang mendalam tentang sifat dan karakteristik gas yang terlibat. Sekarang, kita mempelajari secara lebih spesifik tentang kompresi karbon dioksida (CO2) ketika dicampur dengan air (H2O). Ini adalah skenario yang memiliki tantangan dan risiko unik.
Sifat CO2
CO2 adalah gas yang tidak berbau dan tidak terlihat yang lebih berat daripada udara sekitar.
Pada suhu ruang (20°C) dan tekanan (1 bara), gas ada dalam bentuk gas, tetapi karakteristiknya berubah jika dikombinasikan dengan air. Jika konsentrasi H2O lebih besar daripada 2,33% vol, air akan mulai terkondensasi dan membentuk titik-titik cairan.
Kondensasi gas H2O juga terjadi, misalnya bila campuran gas panas dan jenuh didinginkan dengan intercooler atau aftercooler setelah kompresi.
Ketika terdapat cairan H2O, campuran membentuk asam karbonat (H2CO3) yang merupakan keseimbangan antara CO2, cairan H2O, dan ion HCO3. Keseimbangan ini dipengaruhi oleh tekanan parsial CO2, yang menentukan jumlah CO2 yang tetap sebagai gas atau berubah menjadi ion HCO3 dalam kondensat.
Semakin banyak ion HCO3 yang terlarut, kondensat akan semakin asam.
Risiko asam yang terlibat
Risiko utama saat mengompresi campuran CO2 dan H2O terletak pada pembentukan asam. Ketika CO2 dicampur dengan air, gas ini membentuk asam karbonat yang bisa berdampak korosif pada material yang digunakan dalam ruang kompresi atau lokasi mana saja yang dapat menyebabkan terjadinya kondensasi.
Inilah mengapa penggunaan stainless steel dalam konstruksi kompresor dan komponen terkait sangat penting. Stainless steel memiliki ketahanan terhadap sifat korosif asam yang terbentuk selama kompresi dan pendinginan, sehingga dapat memastikan ketahanan dan keandalan mesin.
Stainless steel
Stainless steel terkenal karena ketahanannya terhadap korosi (karat), terutama berkat adanya kandungan kromium. Secara definisi, stainless steel harus memiliki kandungan kromium dengan berat minimal sebesar 10,5%. Ketahanan korosi pada stainless steel dapat semakin ditingkatkan dengan penambahan elemen campuran lainnya seperti nikel, molibdenum, nitrogen, dan titanium.
Misalnya, stainless steel AISI 304L tipe umum, mengandung 18,111% kromium dan 8,074% nikel, yang menawarkan ketahanan korosi dan sifat mekanis yang baik, dengan kekuatan luluh sebesar 351 N/mm² dan kekuatan tarik sebesar 619 N/mm². Tipe ini juga diketahui memiliki kandungan karbon rendah yang membantu mencegah korosi intergranular setelah pengelasan.
Sifat-sifat ini menjadikan stainless steel sebagai material yang ideal untuk banyak aplikasi, termasuk aplikasi di industri medis, pemrosesan makanan, dan konstruksi, yang sangat membutuhkan daya tahan dan faktor higienis.
Risiko cairan yang terlibat
Risiko kedua dan yang tidak kalah penting untuk dipertimbangkan ketika menangani campuran gas dengan kandungan H2O dalam sebagian campurannya adalah berkaitan dengan terbentuknya tetesan cairan sebelum kompresi. Tetesan cairan ini jauh lebih tidak dapat dikompresi bila dibandingkan dengan gas. Saat memasuki ruang kompresi kompresor volumetrik, gaya yang diperlukan untuk memampatkannya bisa jauh lebih tinggi daripada desain kompresor gas.
Situasi seperti ini bisa menyebabkan kerusakan pada poros engkol, kerusakan pada batang piston, atau kerusakan mekanis lainnya.
Untuk mengurangi risiko yang terkait dengan mengompresi CO2 yang bersifat basah – dan terutama CO2 jenuh, Anda mutlak harus menggunakan
separator saluran masuk.
- Perangkat ini dapat mencegah cair masuk ke dalam ruang kompresi, sehingga melindungi silinder, katup, dan piston dari kerusakan.
- Selain itu, perangkat ini juga menjamin keandalan pengoperasian kompresor gas pada aplikasi yang menantang.
Risiko termal yang terlibat
Aspek lain yang perlu dipertimbangkan adalah panas spesifik dari campuran gas. Panas spesifik menunjukkan seberapa banyak energi yang diperlukan untuk mengubah suhu gas. Mengompresi udara sekitar atau CO2 murni dalam jumlah yang sama akan menghasilkan suhu gas yang berbeda pada tekanan saluran keluar yang sama.
Pemahaman yang menyeluruh terkait sifat-sifat ini sangat penting untuk menyempurnakan proses kompresi dan persyaratan pendinginan yang terkait untuk menghindari risiko yang berkaitan dengan variasi suhu.
Aftercooler dan intercooler dengan ukuran yang tepat dapat membuat kompresor beroperasi dengan cara yang paling efisien dan mengurangi biaya pengoperasian hingga tingkat minimal.
Kesimpulan
Mengompresi campuran CO2 dan H2O adalah pekerjaan yang menuntut pemahaman atas sifat gas yang terlibat.
Dengan menggunakan material yang tepat, seperti stainless steel, dan menerapkan langkah keamanan seperti separator saluran masuk, teknisi dapat mengelola risiko secara efektif dan memastikan operasi yang aman dan efisien.