COOLING TOWER PADA PERUSAHAAN INALUM
atau menara pendingin merupakan alat penghilang panas Cooling tower atau (alat pendingin) yang digunakan untuk memindahkan kalor buangan ke atmosfer . Menara pendingin atau cooling tower menggunakan prinsip penguapan air atau hanya menggunakan bantuan udara untuk mendinginkannya. Menara pendingin (cooling tower ) umumnya digunakan untuk mendinginkan air yang dialirkan pada kilang minyak, pabrik kimia, pusat pembangkit listrik, lis trik, dan pendingin gedung. Secara umum cooling tower dapat dikategorikan sebagai pendingin evaporatif yang digunakan untuk mendinginkan air atau media kerja lainnya sampai bertemperatur mendekati mendekati temperatur udara sekitar. Kegunaan Kegunaan utama dari cooling tower adalah untuk membuang panas yang diserap akibat sirkulasi air sistem pendingin yang digunakan pada pembangkit daya, kilang petroleum, pabrik petrokimia, pabrik pemrosesan gas alam, pabrik makanan, pabrik semikonduktor, semi konduktor, dan fasilitas-fasilitas industri lainnya. Jika suatu pabrik tidak dilengkapi dengan cooling tower dan hanya menggunakan sirkulasi air pendingin sekali pakai, air pendingin yang telah digunakan dan mengalami kenaikkan temperatur selanjutnya dibuang ke laut, danau atau sungai yang ditentukan. Cooling tower dapat digunakan untuk membuang panas ke atmosfir sebagai pengganti angin serta difusi udara yang menyebarkan panas ke area yang lebih luas. PT. Indonesia Asahan Aluminium (PT. INALUM Persero) merupakan sebuah perusahaan yang bergerak dibidang peleburan dan pencetakan aluminium. Pabrik peleburan aluminium ini berlokasi di Kuala Tanjung dan juga bergerak dalam bidang pereduksian alumina menjadi aluminium batangan atau ingot dengan menggunakan material utama yaitu alumina, karbon dan listrik. Untuk memproduksi hal tersebut, PT. Indonesia Asahan Aluminium membangun tiga pabrik utama yaitu pabrik karbon, pabrik reduksi dan pabrik penuangan. penuangan. Secara umum, proses produksi batangan aluminium pada PT. INALUM terdiri dari beberapa pabrik, antara lain adalah Pabrik Karbon, Pabrik Reduksi, dan Pabrik Pencetak. Pada pabrik karbon, atau yang disebut juga dengan Smelter Carbon Block (SCB), (SCB), terbagi lagi menjadi dua seksi, yaitu seksi Smelter Carbon Operation (SCO) Operation (SCO) dan seksi Smelter Carbon Preparation (SCP). Preparation (SCP). Smelter Carbon
Block ini sendiri merupakan departemen yang melakukan proses pembuatan blok
– blok anoda atau Anode Block yang kemudian akan digunakan sebagai anoda pada saat elektrolisa di pabrik reduksi. Bagian Smelter Carbon Preparation (SCP) pada pabrik karbon ini bertugas untuk melakukan persiapan sebelum proses pembuatan karbon dilakukan oleh bagian Smelter Carbon Operation (SCO). Pada bagian Smelter Carbon Preparation terdapat lagi unit penunjang yaitu unit utilitas. Pada unit utilitas tersebut terdapat cooling tower . Namun cooling tower yang terdapat di unit utilitas pada pabrik karbon ini hanya memiliki kapasitas yang kecil, tidak sebesar cooling tower pada industri yang lainnya. Cooling Tower pada PT. Indonesia Asahan Aluminium (PT. INALUM Persero) terdapat pada unit utilitasnya, yang berfungsi sebagai unit penunjang proses. Fungsi cooling tower pada PT. INALUM adalah untuk memanfaatkan panas yang dihasilkandari air proses yang digunakan dalam operasi prosesnya. PT. INALUM sendiri merupakan perusahaan yang memproduksi aluminium batangan, yang mana pada proses produksinya, PT. INALUM memiliki pembangkit listrik tersendiri, yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Air Siguragura dan Tangga atau sering disebut dengan PLTA Siguragura dan juga PLTA Tangga. PLTA Siguragura dan PLTA Tangga berada di sepanjang sungai Asahan. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh kedua PLTA tersebut disalurkan ke Pabrik Peleburan Aluminium di Kuala Tanjung melalui 271 unit jaringan transmisi. Kemudian melalui gardu induk PT INALUM (Persero) Kuala Tanjung, listrik tersebut didistribusikan ke gedung reduksi dan gedung penunjang lainnya melalui 2 (dua) unit penyearah silikon dengan DC 37 kA dan 800 V Pada PT. INALUM (Persero) secara keseluruhan, digunakan pompa air panas
untuk memompakan air panas dari casting machine ke cooling tower
sebanyak 2 unit. Pompa air panas tersebut memiliki spesifikasi yaitu dengan tipe motor kopel langsung, dan dengan kapasitas sebesar 500 m 3/jam, tekanan pengaliran sebesar 1,5 kg/cm2. Kemudian untuk memompakan air dingin dari kolam pendingin ke casting machine, digunakan sebanyak3 unit pompa. Pompa tersebut memiliki spesifikasi yaitu dengan tipe motor kopel langsung, dengan kapasitas sebesar 250 m3/jam, tekanan pengaliran sebesar 2,5 kg/cm 2.
Cooling tower adalah suatu tower atau bangunan sirkulasi udara atmospherics secara langsung atau tidak langsung kontak dengan hi\ot water dan kemudian cold tower yang diharapkan. Dengan kata lain cooling tower adalah alat yang digunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu fluida ke fluida lainnya. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa yang terjadi. Besarnya laju perpindahan massa dipengaruhi oleh luas daerah kontak antara fluida panas dengan fluida dingin. Pada
industri
kimia,
cooling
tower banyak
digunakan
untuk
mendinginkan air dimana proses pendinginan dapat terjadi dengan bantuan udara luar serta alat untuk mempercepat pendinginan tersebut yang dalam hal ini adalah kipas ( fan). Proses heat transfer melibatkan transfer panas latent yang disebabkan oleh penguapan air dalam porsi kecil dan juga transfer panas sensible yang disebabkan oleh perbedaan temperature antara air dan udara, Diperkirakan 80% dari transfer panas itu adalah kalor latent dan 20 % sisanya adalah kalor sensible. Sebuah cooling tower (manara pendingin) biasa digunakan sebagai penghilang panas dalam proses thermodynamics konvensional seperti pendinginan atau generasi tenaga steam atau biasa digunakan dalam berbagai proses dimana air digunakan untuk penukar panas. Air bekerja sebagai fluida penukar panas, menghilangkan panas ke udara atmospherics kemudian didinginkan dan disirkulasi pada system untuk menghasilkan operasi yang ekonomis. Air pendingin (cooling water ) yang dihasilkan dari cooling tower digunakan untuk mendinginkan peralatan pada proses industri kimia dengan berbagai keuntungan. Sistem operasi cooling tower berdasarkan pada penguapan dan perubahan panas sensible, dimana campuran dua lairan pada temperatur yang berbeda (air dan udara) akan melepaskan panas latent penguapan yang menyebabkan efek pendinginan ke fluida yang lebih panas dalam masalah air ini. Efek pendinginan ini dicapai dengan merubaj sebagian cairan ke keadaan uap dengan melepaskan panas latent penguapan. Selain itu, panas sensible juga berperan ketika air panas yang dilewatkan kontak dengan aliran udara dingin yang masuk, sehingga udara akan mendinginkan air dan temperatur akan meningkat sesuai dengan panas sensible yang diperoleh dari proses tersebut.
Jika udara kering pada temperatur constant dijenuhkan dengan air pada temperatur yang sama dalam suatu peralatan kontak langsung. Uap air akan masuk ke udara denggan membawa panas latentnya. Humiditas campuran udara dan uap air akan meningkat selama penjenuhan, karena tekanan uap dari air yang berpindah dari lingkungan air lebih besar dari tekanan uapnya dalam udara tak jenuh sehingga penguapan dapat terjadi. Dan bila tekanan uap dari air di udara sama dengan cairannya, maka penguapan akan terhenti. Perpindahan material oleh perbedaa tekanan uap (beda konsentrasi) disebut dengan proses difusi. Cooling tower ini menggunakan fan atau kipas untuk menghisap udara. Udara dihisap melalui louver atau pengarah dari samping masuk ke dalam cooling tower kemudian dihisap ke atas. Udara dingin ini mengalami kontak langsung dengan air yang jatuh dari bagian atas menuju bagian bawah, sehingga air panas keluar dari condenser bersuhu 50oC, dipompa menuju ke cooling tower di dinginkan dengan udara sehingga temperaturnya turun menjadi 26 oC hingga 27 oC. Cooling tower jenis ini relatif murah dan fleksible karena kecepatan anginnya bisa diubah-ubah disesuaikan dengan kondisi udara luar dan beban turbin. Namun kelemahannya dari segi istilah cooling tower (menara pendingin) memiliki arti, sistem pendinginan kembali air yang digunakan pada water cooled condenser . Cooling tower untuk mendinginkan air kembali yang sudah digunakan pada unit proses atau penghasil air pendingin yang dipakai pada cooler . Sentuhan air dan udara serta evaporasi air di dalam menara pendingin akan menurunkan temperatur air yang selanjutnya kembali disirkulasikan ke kondensor mesin refrigerasi. Air penambah digunakan untuk mengganti sejumlah air yang menguap selama proses pendinginan di dalam menara pendingin. Selain menggunakan menara pendingin, kondensor mesin refrigerasi bisa juga didinginkan menggunakan air dari sungai, danau, atau pun laut. Menara pendingin (cooling tower ) umumnya digunakan untuk sistem pendinginan kondensor yang menggunakan air. Cooling tower merupakan sistem heat exchanger fluid ke udara, dimana umumnya zat yang didinginkan adalah fluida cair. Cooling tower biasanya diletakkan di atap gedung-gedung plaza & perkantoran. Efektifitas cooling tower sudah tak perlu diragukan lagi, bahkan reaktor nuklir sekalipun menggunakan cooling tower sebagai sarana pendinginan.
Proses pelepasan panas pada cooling tower mengandalkan pada volume air yg banyak, serta evaporasi dengan semburan fan. Cooling tower terbukti mampu mengatasi panas jauh lebih baik daripada radiator, oleh karena itu pada skala industri besar seperti mesin pabrik & reaktor nuklir, pendinginannya harus menggunakan cooling tower . Bahkan reactor yang digunakan untuk proses nuklir menggunakan volume air danau yang digunakan untuk mendinginkannya. Pada sistem water cooling , panas yang dilepaskan oleh water block (heat sink untuk sistem water cooling ) akan langsung terbawa melalui air dalam selang. Pada metode ini, cara pendinginan air sangat menentukan, sebab bila panas tidak berhasil dilepas dari air, maka air yang panas tersebut akan kembali masuk ke water block . Radiator adalah alat yang paling sering digunakan untuk mendinginkan air pada sistem water cooling . Namun kita harus ingat bahwa di dunia industri skala besar, radiator sudah jarang digunakan. Pabrik - pabrik & mesin industri kebanyakan menggunakan cooling tower . Ini membuktikan bahwa cooling tower lebih mampu mengatasi panas dibanding radiator. Sistem radiator hanya mengandalkan pada volume air yang kecil, ini berbeda dengan sistem cooling tower yang mengandalkan pada volume air dalam jumlah besar dibandingkan dengan radiator yang kecil. Cooling tower terbagi cooling tower jenis Outdoor (diletakkan di luar ruangan) dan cooling tower jenis Indoor (di dalam ruangan). Indoor Cooling tower ini menggunakan sistem tertutup (radiator), yang tentunya berbeda dengan sistem evaporatif (terbuka). Kelemahan utama sistem tertutup (radiator) adalah pelepasan panas yang tidak sebaik dengan sistem evaporatif cooling tower . Namun sistem evaporatif (terbuka) memiliki kelemahan juga yaitu dalam hal perawatann ya. Outdoor Cooling tower menggunakan sistem evaporatif (penguapan air), sehingga jumlah air akan berkurang cukup banyak & harus kita tambah setiap 2-3 hari sekali. Karena air di cooling tower akan sering habis menguap, maka kita akan rugi bila harus menggunakan air aqua, karena itu biasanya yang digunakan adalah air ledeng. Namun tragisnya, di dalam setiap tetes air ledeng yang kita masukkan ke dalam cooling tower , terkandung pula unsur-unsur kimia seperti kaporit, garam, dan logam berat. Dalam jangka waktu beberapa bulan, unsur-
unsur tersebut akan mengendap dan menyumbat jalur waterblock. Bila water block tersumbat tentu CPU akan over heat . Pada saat cooling tower beroperasi, akan terjadi penguapan dari water Cooling Supply, untuk itu dibutuhkan air tambahan/air umpan Besarnya kemampuan untuk transfer panas yang terjadi di dalam cooling tower tergantung pada faktor - faktor berikut ini. 1. Perbedaan suhu air masuk dan suhu wet bulb temperature udara saat itu. 2. Luas permukaan air yang kontak secara langsung dengan pergerakan udara. 3. Kecepatan relatif antara udara dan air. 4. Waktu terjadinya kontak antara air dan udara. 1. Jenis - Jenis Cooling Tower
1.1. Recirculation Type Open type, yaitu dimana sebagian air setelah mengalami pemanasan akan diuapkan untuk proses pendinginan kembali. Pada sistem pendinginan jenis air tidak langsung dibuang, melainkan dipergunakan kembali setelah didinginkan melalui menara pendingin. Kebutuhan akan make up water jugga aka berkurang jika dibandingkan dengan sistem sekali pakai. Close type, yaitu dimana pendingin kembali airnya tanpa pengupan. Type ini biasanya dipakai untuk internal engine combustion system. Pada system pendingin jenis ini air dalam jumlah tertentu tersikulasi dalam rangkaian tertutup. Make up yang digunakan hanyalah sejumlah air yang menggunakan perpindahan panas pada Heat exchanger . 1.2. Once Through Type Once Through Type (tergantung penggunaannya) sirkulasi air yang digunakan hanya satu kali proses saja. Pada sistem pendingin jenis ini, air hanya dialirkan ke sistem pertukaran panas dan kemudian langsung dibuang. Cooling tower jenis ini memiliki keuntungan dan kerugia dalam penggunaannya. Keuntungannya, yaitu modal awal rendah, biaya operasional rendah dan juga perbedaan suhu antara air panas dan air digin rendah. Sedengkan kerugiannya, yaitu membuang panas kelingkungan, sukar mengendalikan pemakaian bahan kimia, dan pembungan bahan kimia ke lingkungan tidak te rkontrol.
2. Evaporasi Cooling Tower
Pada evaporasi cooling tower , panas yang dibuang berada pada keadaan atm dibawa oleh sirkulasi cooling water dan terjadi kontak dengan udara. Pendinginan lebih baik dari evaporasi karena sedikit porsi atau bagian air yang yang dapat menyebabkan perpindahan panas dari air ke udara, air dipanaskan dalam kondensor steam kemudian di pompa untuk didistribusi ke tower bagian atas. Dan air yang dijatuhkan dengan grafitasi dengan aliran fill tower sebagai aliran udara pada seksi fill . Kesimpulannya dalam cooling dari air pada ambient wet bulb Temperatur dan perpindahan panas laten ke udara, yang terjadi pada keadaan saturasi. Pada proses evaporasi , air panas dibawa masuk dan langsung kontak dengan air pendingin. Ketika air masuk cooling tower , yang mengandung kelembaban yang biasanya di bawah saturasi yang muncul tiba – tiba pada temperatur tinggi dan dengan kandungan kelembaban atau mendekati saturasi . Pendinginan secara evaporasi terjadi ketika air yang masuk saturated karena seperti temperatur air yang meningkat dalam proses panas sensible absorbsi air, juga peningkatan kapasitas air yang dibawa dan evaporasi dilanjutkan .Perhitungan proses evaporasi antara 65% - 75% dari total transfer panas, sisanya ditransfer pada proses transfer panas sensible. Wet – bulb temperatur dari udara yang masuk adalah pembatas teoritas dari pendinginan. Pendinginan air dari 5-20 o
F (-15 – 6,7oC ) diatas wet - bulb temperatur yang disarankan jumlah air
evaporasi relatif kecil . Mendekati 1000 Btu ( loss Kj ) digunakan untuk mengevaporasi 1 lb ( 0,45 Kg ) air pada operasi temperatur 0,75 % dari air sirkulasi untuk 10 0F ( 60C ) pendinginan ,digunakan dalam perhitungan dari pendinginan kombinasi evaporasi dengan proses transfer panas sensible. Kehilangan mungkin 0,01 - 0,05% dari aliran air ke tower dan ditambah kehilangan air dari evaporasi dan dari blow down untuk perhitungan dari air yang hilang dalam sistem kuantitas blow down berfungsi untuk qualitas make up water , tapi bisa juga ditentukan pengaturan pembuangannya qualitas biasanya ditunjukkan pada bagian dimana konsentrasi solid terlarut yang diperbolehkan dalam sirkulasi cooling tower dan bervariasi dari 2 - 6 konsentrasi yang mempertimbangkan pada kandungan solid terlarut dari make up cooling water .
3. Non E vaporasi Cooling Tower
Pada proses non evaporasi, air panas dipisahkan dari udara dingin dengan means of thin metals walls, biasanya tubenya circular cross section tapi kadang elliptical cross section. Karena laju transfer panas yang rendah dari permukaan pada udara pada tekanan atm, dibuat sisi udara dengan permukaan yang panjang dengan fin dalam beragam geometri. Perpindahan panas pada permukaan biasanya melewati dua atau lebih dalam sisi air dan single pass, crossflow dalam sisi udara. Perpindahan panas sensible melewati tube dan dari permukaan yang panjang responsible untuk semua panas yang diberikan oleh air dan akan diabsorb oleh udara pendingin. Temperatur air turun dan temperatur udara meningkat. Non evaporative cooling tower dapat digunakan sebagai aircooled vapor condenser dan biasanya dikerjakan seperti condensing steam. Steam dikondensat di dalam tube pada temperatur konstan, memberikan panas evaporisasi latent untuk udara pendingin yang kemudian akan menaikkan temperatur. Limit teoritis untuk pendinginan adalah temperatur udara masuk. Dry cooling tower (non evaporasi) menggunakan heat exchanger dengan permukaan yang panjang untuk panas yang ditolak ke atmosfer dengan fluida sirkulasi juga dengan air dan steam di dalam tube. Aliran udara ambient diatas tube luar dan permukaan yang panjang meningkatkan transfer panas konveksi sebagai hasil dari peningkatan kontak area. Ada dua dasar sistem pendinginaan, yaitu. 3.1. Sistem Langsung Sistem Langsung , pada sistem ini steam yang berasal dari turbin memiliki tekanan rendah dalam sebuah pipa menuju heat exchanger dan didinginkan dengan udara pendingin. Desain ini menghilangkan intermediate loop dan heat exchanger tambahan dengan hasil yang tersimpan dalam thermal resistance dan capital cost . Densitas steam pada kondisi vacum dari exhaust turbin sangat rendah, walaupun memerlukan saluran besar untuk transport steam. 3.2. Sistem Tidak Langsung Sistem Tak Langsung , pada sistem ini intermediate loop digunakan untuk menghindarikan transport steam dalam saliran besar. Sistem ini mempunyai dua desain yaitu. Sisten Heller . Desain ini menggunakan direct contact condenser untuk
mengkondensasi
steam
yang
meninggalkan
turbine
dengan
mencampurkannya dengan cooling water yang disirkulasi melalui cooling tower .
4. Wet - Dry Cooling Tower
Evaporative
-
non
evaporative
cooling
towers menggabungkan
keuntungan dari sistem evaporative (wet ) dan non evaporative (dry) cooling towers. Non evaporative tower melakukan pendinginan dalam waktu lama dengan hampir tanpa mengkonsumsi air selama periode dari temperatur ambient yang tinggi, non evaporative cooling digabungkan dengan evaporative cooling . Kemungkinan ada macam-macam konfigurasi pemisahan wet dan dry tower . Gabungan dengan paralel atau seri yang alirannya melewati seksi dry dan wet . Dengan menggabungkan proses
evaporative dan non evaporative,
kapasitas panas absorbsi dari sistem dibagi antara dua tipe dari cooling towers yang diseleksi dari proporsi dan biasanya disusun jadi penyesuaian untuk mencocokkan operasi dari limit dua sistem, evaporative dan non evaporative dikombinasikan dalam sebuah unit dengan susunan aliran pertama air yang akan didinginkan melewati seksi non evaporative cooling yang mempunyai kesamaan dengan dengan seksi gabungan tube yang digunakan pada tipe non evaporative. Air meninggalkan aliran seksi non evaporative dengan gaya gravitasi diatas seksi evaporative. Cooling air dibagi menjadi dua aliran paralel, yaitu aliran yang melewati seksi non evaporative dan aliran yang melewati seksi evaporative ke common plenum chamber menuju induced draft fans. Ada dua aliran air flow yang
dikombinasikan
dan
keluaran
menaikkan
atmosfer dengan
kipas.
Kebanyakan yang menarik dari aplikasi dari wet-dry cooling tower adalah membuat seimbang vapor plume suppression dan estetic dari siluet yang rendah dalam membandingkan dengan natural draft evaporative cooling tower .
