Lab Cooling Tower [PDF]

Citation preview

KATA PENGANTAR



Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan pengetahuan dan kekuatan bagi penulis untuk menyelesaikan laporan yang berjudul " PENGUJIAN COOLING TOWER". Selama menulis laporan ini penulis telah banyak menerima bantuan baik berupa material maupun spiritual. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Ir. Rufinus Nainggolan, M.T. selaku dosen pembimbing dalam praktikum ini, dan juga rekan - rekan satu kelompok yang telah banyak memberi bantuan dan sarannya. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik dari setiap pembaca yang sifatnya membangun guna perbaikan laporan ini untuk yang akan datang. Akhir kata semoga laporan ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.



Medan, April 2015 Hormat saya,



Penulis



1



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR........................................................................................................ 1 DAFTAR ISI...................................................................................................................... 2 BAB I



PENDAHULUAN...........................................................................................



3 A Latar Belakang 3 B Tujuan Percobaan 4 BAB II



DASAR TEORI ..............................................................................................



5 A Percobaan Cooling Tower ............................................................................................................ 5 BAB III



PELAKSANAAN PERCOBAAN ..................................................................



13 BAB IV



PROSEDUR PERCOBAAN ..........................................................................



14 BAB V



DATA PERCOBAAN .....................................................................................



15 BAB VI



ANALISA DATA.............................................................................................



16



2



BAB VII PENJELASAN TAMBAHAN ........................................................................ 18 BAB VIII PENUTUP........................................................................................................ 20 A Kesimpulan ............................................................................................................ 20



DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



BAB I PENDAHULUAN TOPIK : PENGUJIAN COOLING TOWER A Latar Belakang Dalam suatu proses pabrik pendingin sangat vital. Air digunakan untuk sumber pendingin membutuhkan suatu sarana yang dapat mengembalikan ke kondisi semula. Dalam industri kimia, air pendingin sangat dibutuhkan dalam industri kimia sebagai media untuk melakukan pertukaran antara fluida yang panas dan air pendingin. Berlangsungnya pertukaran panas tersebut terjadi di dalam suatu heat exchanger atau yang lebih spesifik disebut dengan cooler. Pertukaran panas tersebut menyebabkan air dingin mengalami perubahan temperatur dimana temperatur air pendingin menjadi naik karena disebabkan oleh panas yang dibawa oleh suatu fluida yang diserap oleh air.



3



Air yang mengalami perubahan temperatur tersebut tidak dapat langsung digunakan kembali sebagai pendingin dan juga tak dapat dibuang ke sungai atau ke lingkungan, karena dapat menyebabkan terjadi pengaruh terhadap lingkungan yang disebabkan oleh temperatur air yang dibuang masih sangat tinggi dan tidak memenuhi syarat Analisa Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL). Untuk mengatasi itu perlu dilakukan suatu proses pendinginan untuk menurunkan temperatur air tersebut sehingga dapat digunakan kembali sebagai pendingin sehingga dapat dibuang ke lingkungan. Proses pendinginan air tersebut dapat dilakukan di dalam suatu tower pendingin yang disebut Cooling Tower. Dimana proses pendinginan dapat terjadi dengan bantuan udara luar serta alat untuk mempercepat pendinginan tersebut, yang biasa digunakan di dalam industri kimia adalah kipas (fan). Penggunaan teknologi cooling tower (menara pendingin) dewasa ini dirasakan sangat penting dalam tiap industri dalam rangka pelaksanaan efisiensi dan konservasi energi. Oleh karena itu pemahaman tentang prinsip kerja atau operasi cooling tower sangat diperlukan. B Tujuan Percobaan Adapun tujuan percobaan cooling tower ini adalah : 1. Mengetahui cara dan prinsip kerja Cooling Tower Apparatus. 2. Mengetahui perhitungan pada Cooling Tower Apparatus. 3. Mengetahui aplikasi dari Cooling Tower. 4. Mengetahui beberapa perubahan panas yang terjadi dibandingkan dengan laju udara yang masuk.



4



BAB II DASAR TEORI A PERCOBAAN COOLING TOWER 1



Pengertian Cooling Tower



5



Cooling Tower adalah suatu alat yang dipergunakan mendinginkan air proses (cooling water) dengan cara mengkontak air tersebut dengan udara. Cooling Tower adalah suatu alat yang dipergunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu fluida ke fluida lain. Teknologi pendingin sudah lama diketemukan dengan teknologi pertama kali dengan teknologi pendinginan udara. Kemudian teknologi pendinginan air baru ditemukan sebab dengan pendinginan air pendinginan menjadi lebih konstan. Pertama teknologi pendinginan air menggunakan sungai, sumur, danau dan kanal. Tapi sejak perluasan industri yang sudah sangat luas banyak industri berdiri jauh dari sumber air, apalagi suatu industri yang berdiri di negara yang minim sumber air.



2



Prinsip kerja Cooling Tower



Salah satu komponen utama pada AC sentral selain chiller, AHU, dan ducting adalah cooling tower atau menara pendingin. Fungsi utamanya adalah sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan



6



fan/kipas. Konstruksi cooling tower terdiri dari system pemipaan dengan banyak nozzle, fan/blower, bak penampung, casing, dsb. Gambar Kerja Cooling tower Crossflow Proses yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk system AC sentral dengan system kompresi uap terdiri dari proses kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi. Proses ini terjadi dalam satu siklus tertutup yang menggunakan fluida kerja berupa refrigerant yang mengalir dalam system pemipaan yang terhubung dari satu komponen ke komponen lainnya. Kondensor pada chiller biasanya berbentuk water-cooled condenser yang menggunakan air untuk proses pendinginan refrigeran. Secara umum bentuk konstruksinya berupa shell & tube dimana air mengalir memasuki shell/ tabung dan uap refrigeran superheat mengalir dalam pipa yang berada di dalam tabung sehingga terjadi proses pertukaran kalor. Uap refrigeran superheat berubah fasa menjadi cair yang memiliki tekanan tinggi mengalir menuju alat ekspansi, sementara air yang keluar memiliki temperatur yang lebih tinggi. Karena air ini akan digunakan lagi untuk proses pendinginan kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali atau didinginkan pada cooling tower. Langkah pertama adalah memompa air panas tersebut menuju cooling tower melewati system pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap spraying atau semburan. Air panas yang keluar dari nozzle secara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh.fan/blower yang terpasang pada cooling tower. Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu kondensasinya sangat rendah mendekati suhu wet-bulb udara. Air yang sudah mengalami penurunan temperature ditampung dalam bak/basin untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang berada di dalam chiller. Pada cooling tower juga dipasang katup make up water yang dihubungkan ke sumber air terdekat untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam “range” dan “approach”, dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan approach adalah



7



selisih antara udara suhu udara wet-bulb dan suhu air yang keluar. Perpindahan kalor yang terjadi pada cooling tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh. Ada dua penyebab terjadinya perpindahan kalor yaitu perbedaan suhu dan perbedaan tekanan parsial antara air dan udara. Suhu pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih hemat energi jika digunakan untuk system refrigerasi pada skala besar seperti chiller. Salah satu kekurangannya adalah bahwa sistem ini tidak praktis karena jarak yang jauh antara chiller dan cooling tower sehingga memerlukan system pemipaan yang relative panjang. Selain itu juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi dibandingkan system lainnya.



3



Macam-Macam Cooling Tower Pada dasarnya cooling tower terbagi beberapa macam antara lain, yaitu:



1) Berdasarkan arah aliran udara masuk a



Cross flow.



b



Counter current flow.



2) Berdasarkan cara pemakaian alat bantu seperti fan atau blower a. Induced draf (alat bantu berada dibagian puncak tower) b. Force draf (alat bantu berada dibagian bawah tower) 3) Berdasarkan kondisi aliran udara bebas tanpa alat pembantu a. Atmosphere (udara pada kondisi atmosphereric mengalir bebas tanpa



memakai penutup tower).



b. Natural draf (udara mengalir dalam udara pendinginan dari tower namun kondisi udara belum tentu atmospheric).



8



4



Pengontrolan Cooling Tower Yang dimaksud dengan Cooling water control system adalah usaha-usaha



untuk menjaga kualitas dan kuantitas cooling water sesuai dengan parameter design yang telah ditetapkan. Kuantitas / jumlah cooling water ditentukan oleh kondisi mekanik seperti pompa, opening valve, tekanan yang mempengaruhi flow cooling water. Sedangkan kualitas cooling water ditentukan oleh chemical treatment yang dilakukan. Adapun bahan kimia yang diinjeksikan untuk chemical treatment adalah: 1



Pencegah Korosi (Corrossion Inhibitor)



Korosi adalah suatu peristiwa perusakan water olehreaksi kimia atau reaksi elektrokimia. Untuk menghindari ini maka diinjeksikan bahan kimia yang dapat melapisi permukaan metal (protective film) agar terhindar dari pengaruh korosi atau dapat menurunkan kecepatan korosi. Bahan kimia ini berupa cairan yang terdiri dari Ortho Phospat, Poly Phospat dan Phospat dengan perbandingan tertentu, diinjeksikan ke dalam cooling water system sampai di dapat kadar Ortho Phospat sebesar 12 – 17 ppm.



2



Pencegah Kerak (Scale Inhibitor)



Kerak terjadi karena adanya endapan deposit dipermukaan metal. Endapan ini dapat digolongkan dalam beberapa jenis, yaitu: Mineral scale, yaitu pengendapan garam-garam kistal apabila daya kelarutannya dilampaui (misalnya: garam-garam Ca, Mg, SiO2). a. Suspended metter, yaitu partikel-partikael asing yang masuk ke dalam sistem karena terbawa udara (misalnya: debu). b. Corrosion Product, hasil sampingan dari proses korosi yang tidak larut dalam air.



9



Adanya kerak dalam permukaan pipa akan menyebabkan, sebagai berikut: a. Mengganggu perpindahan panas. b. Menyebabkan penyumbatan pipa. c. Penyebab korosi. Untuk menghindari terbentuknya pengendapan, yang berupa garam Ca, maka diinjeksikan scale inhibitor (Dispersant). Terbentuknya kerak ini dipengaruhi beberapa faktor, yaitu: a. pH, makin tinggi pH maka makin mudah terjadinya pengendapan. b. Temperatur, makin tinggi temperatur maka kelarutan garam calsium carb. semakin turun sehingga bertendensi terjadi pengendapan c. Flow rate, semakin rendah flow rate memperbesar kesempatan pengendapan 3



Pencegah Slime (Slime inhibitor)



Slime dalah lendir yang berwarna coklat kehitaman yang menempel di permukaan pipa.



Slimeakan mengurangi



effect pencegahan korosi dan



menurunkan efisiensi cooling water. Slime disebabkan oleh adanya bakteri mikroorganisme yang terbentuk dalam cooling water. Untuk mencegah bakteri/ mikroorganisme tersebut, diinjeksikan gas chlorine yang akan mampu membunuh hampir semua mikroorganisme yang ada. Disamping bakteri, gas chlorine juga mampu menghilangkan fungi/ jamur, alga/ganggang dan lumut. (Utility Plant, PT PUSRI, Page 8 – 10). Secara umum elemen-elemen yang dimiliki oleh suatu steam plant terlihat pada komponen-komponen antara lain boiler, kondensor, pompa, turbin dan juga cooling tower. Cooling tower terbagi beberapa macam antara lain: 1. Menurut metode perpindahan panas



10



a



Wet cooling tower (cooling tower basah)



Pada Menara Pendingin jenis ini, air panas didinginkan sampai pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur bola basah udara sekitar, jika udara relatif kering. Seperti udara jenuh yang melewati aliran air, kedua aliran akan relatif sama. Udara, jika tidak jenuh, akan menyerap uap air lebih banyak, meninggalkan sedikit panas pada aliran air. b



Dry cooler (pendingin kering)



Menara Pendingin ini beroperasi dengan pemindahan panas melewati permukaan yang memisahkan fluida kerja dengan udara ambient. Dengan demikian akan terjadi perpindahan panas konveksi dari fluida kerja, panas yang dipindahkan lebih besar daripada proses penguapan. c



Fluid cooler (pendingin fluida)



Pada Menara Pendingin ini saluran fluida kerja dilewatkan melalui pipa, dimana air hangat dipercikkan dan kipas dihidupkan untuk membuang panas dari air. Perpindahan panas yang dihasilkan lebih mendekati ke Menara Pendingin basah, dengan keuntungan seperti pada pendingin kering yakni melindungi fluida kerja dari lingkungan terbuka.



2. Menurut metode pembangkitan aliran udara a



Natural draft (penggerak udara alami)



Udara dialirkan dengan memanfaatkan gaya buoyancy melewati cerobong yang tinggi. Udara campuran secara alami meningkat sampai terjadi perbedaan densiti dengan udara kering, pendingin udara luar. Udara campuran panas memiliki densitas yang lebih kecil daripada udara yang lebih kering pada



11



temperatur dan tekanan yang sama. Buoyancy udara campuran tersebut menghasilkan arus udara melewati menara. b



Mechanical draft (penggerak udara mekanik)



Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk meningkatkan waktu kontak antara air dan udara. Hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Menurut letak kipasnya maka Menara Pendingin dapat dibagi menjadi dua yaitu sebagai berikut: 1) Induced draft Kipas pada Menara Pendingin ini berada di bagian keluaran yang menghisap udara melintasi menara.Hal ini menghasilkan kecepatan udara masukan rendah dan kecepatan udara keluaran yang tinggi, sehingga mengurangi kemungkinan resirkulasi udara. 2) Forced draft Pada Menara Pendingin ini kipas terletak pada bagian masukan tower, sehingga menyebabkan kecepatan udara yang tinggi pada bagian masukan dan kecepatan yang rendah pada bagian keluaran.Kecepatan yang rendah pada bagian keluaran menyebabkan lebih mudah terjadi resirkulasi udara. Kerugian lainnya desain penggerak paksa membutuhkan daya motor yang lebih tinggi daripada desain kipas pada tipe induced draft. Keuntungan penggerak paksa adalah kemampuannya dalam bekerja pada tekanan statik yang tinggi. 3. Menurut arah aliran udara terhadap aliran air a. Aliran crossflow



12



Pada tipe ini, aliran udara bergerak memotong secara tegak lurus terhadap aliran air pada bahan pengisi. Kemudian udara melintasi menara melalui bagian keluaran udara akibat gaya tarik dari fan yang berputar. b. Aliran counterflow Pada tipe ini, aliran udara pada saat melewati bahan pengisi (fill material) sejajar dengan aliran air dengan arah yang berlawanan. Beberapa faktor yang sangat berpengaruh terhadap cooling water adalah sebagai berikut: 1) Make Up Cooling Water Sebagai make up adalah filter water. Hal ini mempunyai pengaruh yang besar karena



filter



water



membawa beberapa komponen



yang dapat



mengakibatkan timbulnya deposit maupun korosif. 2) Lingkungan Sekitar Karena sebagai media pendingin dari air pendingin di cooling water adalah udara yang diambil dari sekitarnya, maka tidak lepas dari kotoran atau benda asing lainnya yang dibawa udara masuk kesistem air pendingin, akibatnya terkontaminasi.



BAB III PELAKSANAAN PERCOBAAN



13



Gambar 2.1 Rangkaian alat cooling tower Keterangan Gambar : 1. Blower



7. Tangki air dingin



2. Pompa



8. Heater



3. Termometer air panas



9. Tangki air panas



4. Kolom pendingin



10. Kran pengatur rotameter



5. Termometer bola kering



11. Rotameter



6. Termometer bola basah



12. Saklar



BAB IV LANGKAH PERCOBAAN Adapun langkah yang harus dilakukan dalam praktikum pengujian cooling tower adalah sebagai berikut :



14



1. Memeriksa rangkaian alat. 2. Mengamati dan mencatat suhu yang terbaca pada termometer bola basah(Twm) dan termometer bola kering (Tdm) 3. Mengisi tangki air panas dengan air dan menyalakan heater sampaidicapai temperatur yang ditentukan kemudian heater dimatikan. 4. Menyalakan pompa dan blower secara bersamaan. 5. Mengatur skala rotameteryang telah ditentukan sampai keadaanrotameter stabil. 6. Memastikan



temperatur



air



pada



tangki



air



panas



tetap,



bila



terjadi penurunan suhu kemudian heater dinyalakan. 7. Setelah semua keadaan konstan dan berada pada kondisi yang ditentukankemudian mencatat: - Suhu bola basah (Tw) - Suhu bola kering (Td) - Suhu air keluar menara (T2) - Debit (Q) 8. Mengulangi langkah 3-7 untuk variasi suhu air (°C) di dalam tangki air panas 9. Mengulangi langkah percobaan tersebut untuk variasi temperatur masuk menara pendingin yang berada sebagai variabel pebah kedua



BAB V DATA PERCOBAAN A PERCOBAAN COOLING TOWER UDARA TOWER Tdb = 29°C air inlet tower = 33°C INLET



Twb = 27°C temperatut outlet kondensor turbin



15



Tdb = 32°C air outlet tower = 27°C OUTLET



Twb = 30°C temperature inlet kondensor turbin



Laju aliran uap



17 m³/jam



Tekanan Atmosfer



1 bar



BAB VI ANALISA DATA A ANALISA PERCOBAAN COOLING TOWER Beban Cooling Water : Air panas dari turbin Q = m.c.ΔT 16



Inlet Cooling Tower: Tdb = 29°C Twb = 27°C Oulet Cooling Tower: Tdb = 32°C Twb = 30°C m = 17 m³/jam = 4,722 x 10ˉ³ m³/s



Sehingga Qudara dan Qwater dapat dicari melalui Psykometric Chart : h1 = 79 KJ/Kg(didapat dari diagram) h2 = 93 KJ/Kg (didapat dari diagram)



ρudara = 1,222 kg/m³ Sehigga didapat,



Qwater



= Ma.Ca (T2-T1) = 4,722 kg/s . 4,186 J/Kg°C (33°C - 27°C) = 118,597 Watt



Qwater



= Mu (h2-h1)



118,597 Watt = Mu (102 KJ/Kg – 86 KJ/Kg ) 118,597 Watt = Mu ( 16 KJ/Kg ) Mu



=



118,597 16



= 7,4123 Kg/s Jadi, didapat lah laju udara sebesar 7,4123 Kg/s



17



BAB VII PENJELASAN TAMBAHAN A. KONSTRUKSI MENARA PENDINGIN Konstruksi menara pendingin terdiri atas: 1. Kipas (fan)



18



Kipas merupakan bagian terpenting dari sebuah menara pendingin karena berfungsi untuk menarik udara dingin dan mensirkulasikan udara tersebut didalam menara untuk mendinginkan air. Jika kipas tidak berfungsi maka kinerja



menara



pendingin



tidak



akan



optimal.



Kipas



digerakkan oleh motor listrik yang dikopel langsung dengan poros kipas. 2. Kerangka pendukung menara (tower supporter) Kerangka



pendukung



menara



berfungsi



untuk



mendukung menara pendingin agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Tower supporter terbuat dari baja. 3. Rumah menara pendingin (casing) Rumah menara pendingin (casing) harus memiliki ketahanan yang baik terhadap segala cuacadan umur pakai (life time) yang lama. Casing terbuat dari seng. 4. Pipa sprinkler Pipa sprink lermerupakan pipa yang berfungsi untuk mensirkulasikan air secara merata pada menara pendingin, sehingga perpindahan kalor air dapat menjadi efektif dan efisien. Pipa sprinklerdilengkapi dengan lubang-lubang kecil untuk menyalurkan air.



5. Penampung air (water basin) Water sementara



basin yang



berfungsi jatuh



dari



sebagai filling



pengumpul



material



air



sebelum 19



disirkulasikan kembali ke kondensor. Water basin terbuat dari seng. 6. Lubang udara (inlet louver) Inlet louver berfungsi sebagai tempat masuknya udara melalui lubang-lubang yang ada. Melalui inlet louver akan



terlihat



kualitas



dan



kuantitas



air



yang



akan



didistribusikan. Inlet louver terbuat dari seng. 7. Bahan Pengisi (filling material) Filling



material



merupakan



bagian



dari



menara



pendingin yang berfungsi untuk mencampurkan air yang jatuh dengan udara yang bergerak naik. Air masuk yang mempunyai



suhu



yang



cukup



tinggi



(33°C)



akan



disemprotkan ke filling material. Pada filling material inilah air yang mengalir turun ke water basin akan bertukar kalor dengan udara segar dari atmosfer yang suhunya (28oC). Oleh sebab itu, filling material harus dapat menimbulkan kontak yang baik antara air dan udara agar terjadi laju perpindahan kalor yang baik. Filling materialharus kuat, ringan dan tahan lapuk. Filling material ini mempunyai peranan sebagai memecah air menjadi butiran-butiran tetes air dengan maksud untuk memperluas permukaan pendinginan sehingga proses perpindahan panas dapat dilakukan seefisien mungkin.



20



BAB VIII PENUTUP A. Kesimpulan  Prinsip kerja menara pendingin adalah menurunkan suhu air pendingin dengan cara kontak air dengan udara dengan cara dehumdifikasi.  Menara pendingin di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan digunakan untuk mendinginkan air yang berasal dari proses destilasi.  Menara pendingin terdiri dari rangka/ wadah, kolam penampung, fan, motor fan, dan pipa pipa/ saluran penyambung ke tiap unit.



21



DAFTAR PUSTAKA



 https://www.scribd.com/doc/126138852/LaopranPraktikum-Perawatan-Cooling-Tower-Kel-5-3B  https://www.scribd.com/doc/145196034/COOLING-TOWER  https://www.scribd.com/doc/134433923/Modul-PraktikumOTK-I-Cooling-Tower



22