LAPORAN PRAKTIKUM PILOT PLANT SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2017/2018
MODUL
: Cooling Tower
PEMBIMBING
: Anggi Regiana Agustin, S.ST, M.Sc
Praktikum
: 30 Oktober 2017
Penyerahan (Laporan) : 6 November 2017
Oleh : Kelompok/Kelas : 4/3C Nama
: 1. Farida Alhusna
NIM. 151411074
2. Farkhiyah
NIM. 151411075
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG
Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara menyerap panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan perpindahan panas yang lain yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif . Pada unit pendingin yang berkapasitas besar, biasanya menggunakan kondensor dengan pendingin air. Hal ini disebabkan karena faktor ekonomis. Untuk itu diperlukan alat bantu sirkulasi air yang disebut menara pendingin. Alat ini berfungsi untuk mendinginkan air panas yang berasal dari kondensat dan mensirkulasikannya kembali ke menara pendingin. 1.2 TUJUAN PRAKTIKUM
1)
Menentukan efisiensi cooling tower
2)
Mengetahui massa yang teruapkan
3)
Mengevaluasi kinerja cooling tower melalui massa yang teruapkan dan efisiensi cooling tower
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 COOLING TOWER
Cooling tower atau menara pendingin adalah suatu perangkat pendukung proses untuk menurunkan suhu air pendingin dengan cara kontak air dengan udara. Fungsi cooling tower adalah merubah cooling water panas menjadi cooling water dingin sehingga dapat digunakan kembali dan tidak menjadi polusi lingkungan.
Gambar 1. Cara kerja menara pendingin Semua mesin pendingin yang bekerja akan melepaskan kalor melalui kon densor, refrijeran akan melepas kalornya kepada air pendingin sehingga air menjadi panas. Selanjutnya air panas ini akan dipompakan ke menara pendingin. Menara pendingin secara garis besar berfungsi untuk menyerap kalor dari air tersebut dan menyediakan sejumlah air yang relatif sejuk (dingin) untuk dipergunakan kembali di suatu instalasi pendingin atau dengan kata lain menara Universitas Sumatera Utara pendingin berfungsi untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfer. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih rendah dibandingkan dengan peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.
2.2 PRINSIP KERJA MESIN PENDINGIN
Prinsip kerja menara pendingin berdasarkan pada pelepasan kalor dan perpindahan kalor. Dalam menara pendingin, perpindahan kalor berlangsung dari air ke udara. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sehingga air yang tersisa didinginkan secara signifikan.
Gambar 2. Skema menara pendingin Prinsip kerja menara pendingin dapat dilihat pada gambar di atas. Air dari bak/basin dipompa menuju heater untuk dipanaskan dan dialirkan ke menara pendingin. Air panas yang keluar tersebut secara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh fan atau blower yang terpasang pada bagian atas menara pendingin, lalu mengalir jatuh ke bahan pengisi. Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu kondensasinya sangat rendah mendekati suhu wet-bulb udara. Air yang sudah mengalami penurunan suhu ditampung ke dalam bak/basin. Pada menara pendingin juga dipasang katup make up water untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut sedang berlangsung.
2.3 KOMPONEN COOLI NG TOWER
Adapun konstruksi menara pendingin jenis aliran angin tarik (induced draft counterflow cooling tower) adalah sebagai berikut.
Gambar 3. Komponen Cooling Tower Konstruksi menara pendingin secara garis besar terdiri atas: 1. Kipas (fan) Kipas merupakan bagian terpenting dari sebuah menara pendingin karena berfungsi untuk menarik udara dingin dan mensirkulasikan udara tersebut di dalam menara untuk mendinginkan air. Jika kipas tidak berfungsi maka kinerja menara pen dingin 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 cuaca dan umur pakai (life time) yang lama. Casing terbuat dari seng. 4. Pipa sprinkler Pipa sprinkler merupakan pipa yang berfungsi untuk mensirkulasikan air secara merata pada menara pendingin, sehingga perpindahan kalor air dapat menjadi efektif dan efisien. Pipa sprinkler dilengkapi dengan lubang-lubang kecil untuk menyalurkan air. 5. Penampung air (water basin) Water basin berfungsi sebagai pengumpul air sementara yang jatuh dari filling material sebelum disirkulasikan kembali ke kondensor. Water basin terbuat dari seng.
6. Lubang udara (inlet louver) Inlet louver berfungsi sebagai tempat masuknya udara melalui lubanglubang yang ada. Melalui inlet louver akan terlihat kualitas dan kua ntitas 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℃ ) 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 (28 ℃). Oleh sebab itu, filling material harus dapat menimbulkan kontak yang baik antara air dan udara agar terjadi laju perpindahan kalor yang baik. Filling material harus 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. Filling material ini umumnya terdiri dari 2 jenis lapisan:
1st level packing Merupakan Filling material lapisan atas yang mempunyai celah sarang lebah lebih besar dimaksudkan untuk pendinginan tahap pertama. Fluida yang akan didinginkan pertama kali dialirkan ke lamella ini.
2nd level packing Merupakan Filling material yang lebih lembut untuk second stage pendinginan. Pabrikan package menara pendingin umumnya merancang Filling material pada stage ini lebih tebal sehigga dapat menampung kapasitas fluida yang lebih banyak.
2.4 KINERJA MENARA PENDINGIN KINERJA Menara pendingin dievaluasi untuk mengkaji tingkat approach dan range operasi terhadap nilai rancangan, mengidentifikasi area terjadinya pemborosan energi, dan juga untuk mendapatkan saran perbaikan. Sebagai evaluasi kinerja, pemantauan dilaksanakan untuk mengukur parameter-parameter signifikan berikut ini: 1. Temperatur udara wet bulb 2. Temperatur udara dry bulb 3. Temperatur air masuk menara pendingin 4. Temperatur air keluar menara pendingin
5. Temperatur udara keluar 6. Laju aliran air 7. Laju aliran udara. Parameter terukur tersebut kemudian digunakan untuk menentukan kinerja menara pendingin dalam beberapa cara, yaitu: a. Range Range merupakan perbedaan antara temperatur air masuk dan keluar menara pendingin. Range yang tinggi berarti bahwa menara pendingin telah mampu menurunkan temperatur air secara efektif dan kinerjanya baik. Rumusnya adalah sebagai berikut. Range (°C) = temperatur air masuk (°C) – temperatur air keluar (°C) Range bukan ditentukan oleh menara pendingin, namun oleh proses yang dilayaninya. Range pada suatu alat penukar kalor ditentukan seluruhnya oleh beban panas dan laju sirkulasi air yang melalui penukar panas dan menuju ke air pendingin. Menara pendingin biasanya dikhususkan untuk mendinginkan laju aliran tertentu dari satu temperatur ke temperatur lainnya pada temperatur wet bulb tertentu. b. Approach Approach adalah perbedaan antara temperatur air dingin keluar menara pendingin dan temperatur wet bulb ambien. Semakin rendah approach semakin baik kinerja menara pendingin. Walaupun range dan approach harus dipantau, akan tetapi, approach merupakan indikator yang lebih baik untuk kinerja menara pendingin. Approach (°C) = temperatur air keluar (°C) – temperatur wet bulb (°C) Sebagaimana aturan yang umum, semakin dekat approach terhadap wet bulb, akan semakin mahal menara pendinginnya karena meningkatnya ukuran. Ketika ukuran menara harus dipilih, maka approach menjadi sangat penting, yang kemudian diikuti oleh debit air dan udara, sehingga range dan wet bulb mungkin akan menjadi semakin tidak signifikan.
c.
Efektivitas pendinginan Efektivitas pendinginan merupakan perbandingan antara range dan range ideal. Semakin tinggi perbandingan ini, maka semakin tinggi efektivitas pendinginan suatu menara pendingin.
Gambar 4. Blok Diagram Kerja Cooling Tower
Akumulasi Enthalpi pada cooling tower = Entalphi input - entalphi output - laju kalor total
qi= qsensibel,i+qlaten,i
2.5 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA COOLING WATER
Beberapa faktor yang sangat berpengaruh terhadap cooling water adalah sebagai berikut: 1) Make Up Air Pendingin 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.
3) Proses yang terkait Yang dimaksud proses terkait adalah bentuk atau macam fluida yang didinginkan, Hal ini biasanya terjadi karena kebocoran dari peralatan. Misalnya Heat Exchanger untuk pelumas gas ammoniak atau gas sintesa apabila terjadi kebocoran akan mengakibatkan kontaminasi air pendingin.
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 ALAT DAN BAHAN
Alat
Satu unit peralatan cooling tower
Termometer bola basah bola kering 1 buah
Termometer alkohol 1 buah
Gelas ukur 500 mL 1 buah
Bahan
Air proses dalam suhu panas dari penggunaan praktikum di Laboratorium Pilot Plant. 3.2 PROSEDUR KERJA
Mengukur laju alir air masuk cooling tower
Mengukur laju alir air keluar cooling tower
Mengukur laju alir udara di sekitar peralatan cooling tower
Mengukur suhu air masuk dan keluar cooling tower
Mengukur suhu bola basah dan bola kering (udara)
Pengukuran dilakukan pada saat awal, setelah 30 menit ,setelah 60 menit dan setelah 90 menit
3.3 KESELAMATAN KERJA
1. Memakai jas lab dan sepatu tertutup 2. Memakai topi/helm pengaman 3. Hati-hati saat mengukur suhu menggunakan thermometer
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. DATA PENAMPUNG COOLI NG WATE R
Diameter
= 1,63 m
Kedalaman Penampung
= 0,3 m
Daya Cooling Tower
= 2 HP = 1.4914 kW
4.2. DATA PENGAMATAN Laju Alir
Suhu
Suhu
Udara (m/s)
Bola Basah (℃)
Bola Kering( ℃)
Laju Alir Waktu
Air (Kg/s)
(menit)
Masuk
Keluar
0
2,00
30
Suhu Air ( ℃)
Masuk
Keluar
Masuk
Keluar
Masuk
Keluar
1,66
1,97
1,97
22
22
25
26
24
22
2,22
1,74
1,62
2,05
25
22
29
26
25
22.5
60
2,40
1,80
1,68
1,88
23
22
29
24
25
22.5
90
2,20
1,74
2,1
1,93
24
22
26
25
25
22.75
4.3. PENGOLAHAN DATA
1. Volume PenampungCooling Water
= x 3,14 x (1,63 m)2 x 0,3 m= 0,626 m3 = 626 L 4
2. Efisiensi Cooling Tower Efisiensi =
− −
× 100%
Contoh: Perhitungan efisiensi cooling tower pada waktu 30 menit Efisiensi =
−
(24−22)
−
(24−22)
× 100% =
× 100 % = 100 %
Masuk
Keluar
Suhu Air (℃) Waktu
Suhu Bola
Kelembaban Udara
Basah
(Kg/Kg udara kering)
Masuk
Keluar
(℃)
(Twin)
(Twout)
(Twb)
Masuk
Efisiensi (%)
Keluar
0
24
22
22
0,0171
0,0167
100
30
25
22.5
22
0,0204
0,0167
83.3
60
25
22.5
22
0,0170
0,0175
83.3
90
25
22.75
22
0,020
0,0165
75
80
90
GRAFIK EFISIENSI 120
100
80 I S N E I S I F E
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50 WAKTU
60
70
100
3. Laju Alir Massa yang Teruapkan Waktu
Laju Massa Air
(menit)
Masuk (kg/s)
Keluar (kg/s)
0
2,00
1,66
30
2,22
1,74
60
2,40
1,80
90
2,20
1,74
,+,+,+,
Laju massa air masuk
=
Laju massa air keluar
=
Akumulasi massa
0
Laju alir massa yang teruapkan = 0,47 kg/s
,+,+,+,
= 2,205 kg/s = 1,735 kg/s
= (Laju alir masuk-laju alir keluar-laju yang teruapkan)kg/s = ( 2,205 – 1,735 – Laju yang teruapkan) kg/s
4.4 PEMBAHASAN Farida Alhusna Mardaningrum
(151411074)
Farkhiyah (151411075)
Cooling tower merupakan suatu perangkat pendukung
proses yang berfungsi untuk
membuang panas yang diserap akibat sirkulasi air sistem pendingin yang digunakan sebagai air proses dengan cara mengontakan air dengan udara. Cooling tower dikategorikan sebagai pendingin evaporatif yang digunakan untuk mendinginkan air atau med ia kerja lainnya sampai bertemperatur mendekati temperatur bola basah udara sekitar. Praktikum cooling tower bertujuan untuk mengevaluasi kinerja cooling tower yang dapat diketahui melalui massa yang teruapkan dan efisiensi cooling tower. Pada praktikum ini, air yang masuk pada cooling t ower merupakan air proses yang berasal dari laboratorium pilot plant. Air proses digunakan un tuk pertukaran panas dalam heat exchanger, falling film evaporator dan alat alat lainnya. Pada prinsipnya , aliran air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan suatu alat akan menyebabkan air pendingin tersebut naik temperaturnya sehingga ketika memasuki cooling tower terjadi perpindahan panas melalui kontak langsung antara air yang mempunyai suhu lebih tinggi ke udara yang mempunyai suhu lebih rendah. Air akan memberikan panas laten dan panas sensible ke udara sehingga suhu air akan menjadi turun. Udara yang digunakan sebagai media pendingin pada cooling tower yang berada dilaboratorium merupakan udara yang berada di lingkungan. Air yang didinginkan mengalir dari atas melalui pipa dan kemudian dipancarkan ke bawah lewat penghambur (sprayfitting) dan sistem distribusi air. Proses pendinginan terjadi dengan perpindahan panas dari air ke udara selama aliran menuju kolam. Uap panas di tarik ke atas dan dilepas ke udara lingkungan, setelah air mengalami proses penurunan temperatur maka akan jatuh ke dalam kolam yang terdapat pada bagian bawah mena ra pendingin. Pengamatan pada cooling tower dilakukan selama 90 menit dan dilakukan pengambilan data setiap 30 menit sekali. Efisiensi pada cooling tower dapat dilihat dengan kemampuan cooling tower untuk menurunkan temperature air masuk sampai dengan temperature bola basah atau 1° diatas suhu bola basah. Pada praktikum diperoleh bahwa efisiensi dari cooling tower pada menit ke 0 adalah 100%, hal ini dikarenakan pada waktu tersebut dialiran masuk suhunya rendah sekitar 24℃ dan di aliran keluar nilainya sama dengan temperature bola basah yaitu 22℃ . Suhu dialiran
masuk cooling tower rendah karena pada menit ke 0 belum semua alat dinyalakan , sehingga air pendingin yang masuk ke cooling tower temperaturnya rendah. Efisiensi penurunan panas semakin berkurang dengan berjalannya waktu , hal ini disebabkan oleh air pendingin yang digunakan dalam proses perpindahan pada alat yang berada di lab temperaturnya naik. Efisiensi pada menit ke 30 dan 60 adalah 83,3% dan pada menit ke 90 adalah 75%. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa efisiensi bernilai cukup tinggi, menunjukan bahwa cooling tower bekerja dengan baik dilihat dari kemampuan mampu mendinginkan suhu dialiran masuk. Suhu masuk masih berkisar diantara suhu ruang karena tidak semua air dari proses dimasukan ke cooling tower. Massa air yang teruapkan pada cooling tower, d apat dilihat dari aliran air masuk dan aliran air keluar. Dari praktikum diperoleh bahwa laju massa air masuk rata-rata sebesar 2,205 kg/s sedangkan laju massa air keluar rata-rata sebesar 1,735 kg/s. Dari nilai tersebut dapat diketahui bahwa laju yang teruapkan sebesar 0,47 kg/s. Laju yang teruapkan menunjukan nilai massa air yang teruapkan akibat berpindah ke udara karena perbedaan temperature. Dari nilai efisiensi dan massa yang teruapkan dapat diperoleh bahwa kinerja cooling tower yang berada di laboratorium pilot plant masih bekerja dengan baik dengan efisiensi yang
cukup tinggi dan massa yang
teruapkan cukup besar. 4.4 SIMPULAN
Efisiensi cooling tower
Waktu
Efisiensi (%)
0
100
30
83.3
60
83.3
90
75
Massa yang teruapkan sebesar 0,47 Kg/s
Dari nilai efisiensi dan massa yang teruapkan dapat diperoleh bahwa kinerja cooling tower yang berada di laboratorium pilot plant masih bekerja dengan baik dengan efisiensi yang cukup tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Handoyo, Yopi. 2015. Analisis Perfoma Cooling Tower LCT 400 pada P.T XYZ Tambun Bekasi. Bekasi : Universitas Islam 45 Bekasi. Herlambang. 2014. Cooling Tower. Semarang : Univesitas Diponegoro Pratama, Anggara Yudha dkk. 2012. Sistem Air Pendingin (Cooling Water). Semarang : Universitas Diponegoro. Pratiwi, Nimas dkk. 2014. Analisa Kerja Cooling Tower Induced Draft Tipe LBC W-300 terhadap Pengaruh Temperature Lingkungan. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Putra, Raden Suhardi. 2015. Analisa Perhitungan Beban Cooling Tower pada Fluida di Mesin Injeksi Plastik. Jakarta : Universitas Mercu Buana.
