TUGAS UTILITAS AIR PENDINGIN DAN SISTEM PENDINGINAN AIR
DISUSUN OLEH :
Aprilia Laila
21030112130049
Ignatius Ivan
21030112140047
Indri Wahyuningtyas 21030112120005 Luthfi Choiruly
21030112130055
Mario Lorenso
21030112120026
Minaco Rino
21030112140043
Ninda Yunita
21030112110044
Rizkia Ramadhina
21030112130074
Suad Fatihati
21030112130050
Theresia Avila
21030112140053
Yodha Galih
21030112130030
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO
2014
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Air merupakan kebutuhan k ebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air permukaan, air sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah mengharuskan untuk mengolah air. Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Untuk itu diperlukan penyediaan air bersih b ersih yang secara kualitas memenuhi standar stand ar yang berlaku dan secara kuantitas ku antitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri indu stri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap industri memiliki pengolahan air sendiri-sendiri sesuai dengan kebutuhan industri (Hardayanti, 2006). Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang diperlukan dalam proses industri. Kualitas air pendingin akan mempengaruhi integritas komponen atau struktur reaktor, karena pada dasarnya air sebagai pendingin akan berhubungan langsung dengan komponen atau struktur struktur reaktor. Air yang digunakan sebagai pendingin harus memenuhi persyaratan yang sesuai dengan komponen atau struktur yang dirumuskan dalam spesifikasi kualitas air pendingin (Lestari, 2006). Dalam memenuhui spesifikasi dari air pendingin maka dilakukan pengolahan terhadap air pendingin tersebut dengan berbagai metode dan teknologi peralatan yang bervariasi. Oleh karena itu, dalam makalah ini kami akan mencoba menjelaskan mengenai air pendingin atau biasa disebut dengan cooling water .
B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dari makalah ini antara lain: 1. Apakah definisi air pendingin (cooling (cooling water ) itu? 2. Apa saja jenis air pendingin yang digunakan di gunakan dalam proses industri?
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Air merupakan kebutuhan k ebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air permukaan, air sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah mengharuskan untuk mengolah air. Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Untuk itu diperlukan penyediaan air bersih b ersih yang secara kualitas memenuhi standar stand ar yang berlaku dan secara kuantitas ku antitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri indu stri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap industri memiliki pengolahan air sendiri-sendiri sesuai dengan kebutuhan industri (Hardayanti, 2006). Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang diperlukan dalam proses industri. Kualitas air pendingin akan mempengaruhi integritas komponen atau struktur reaktor, karena pada dasarnya air sebagai pendingin akan berhubungan langsung dengan komponen atau struktur struktur reaktor. Air yang digunakan sebagai pendingin harus memenuhi persyaratan yang sesuai dengan komponen atau struktur yang dirumuskan dalam spesifikasi kualitas air pendingin (Lestari, 2006). Dalam memenuhui spesifikasi dari air pendingin maka dilakukan pengolahan terhadap air pendingin tersebut dengan berbagai metode dan teknologi peralatan yang bervariasi. Oleh karena itu, dalam makalah ini kami akan mencoba menjelaskan mengenai air pendingin atau biasa disebut dengan cooling water .
B. Rumusan Masalah Rumusan masalah dari makalah ini antara lain: 1. Apakah definisi air pendingin (cooling (cooling water ) itu? 2. Apa saja jenis air pendingin yang digunakan di gunakan dalam proses industri?
3. Apa saja komponen sistem air pendingin? 4. Apa saja masalah yang sering terjadi dalam air pe ndingin? 5. Apa saja teknologi yang berhubungan dengan air pendingin?
C. Tujuan Tujuan dari makalah ini, antara lain: 1. Mengetahui definisi mengenai air pendingin (cooling (cooling water ) 2. Mengetahui jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri. 3. Mengetahui komponen sistem air pendingin. 4. Memahami masalah yang sering terjadi dalam air pendingin. 5. Mengetahui teknologi yang berhubungan dengan air pendingin.
BAB II ISI
A.
Pengertian Umum Air pendingin (cooling water) adalah suatu system yang menggunakan air sebagai media dan berfungsi menurunkan suhu/temperature dalam suatu proses industri. Air pendingin (cooling water) mempunyai arti yang cukup penting dalam kehidupan suatu pabrik atau industri. Sebagai contoh, bila air pendingin tidak stabil atau tidak berfungsi dengan baik, maka pesawatmesin akan terganggu operasinya karena kondisinya yang semakin panas sehingga efisiensi dari system itu akan menurun. Untuk menjaga kondisi air pendingin tetap stabil, maka gangguan terhadap air pendingin tersebut harus kita hilangkan antara lain : 1. Kerak dan pengerakkan 2. Korosi 3. Pertumbuhan lumut dan mikroba 4. Kotoran-kotoran (fouling) Faktor-faktor yang menyebabkan air dipilih sebagai pendingin yang baik adalah : 1. Terdapat banyak sekali dan murah 2. Mudah memakainya 3. Tiap unit volume air dapat membawa jumlah panas yang besar 4. Pada
batas-batas
suhu
penggunaan
yang
normal
tidak
terjadi
pemurnian/penyusutan yang nyata. 5. Tidak terjadi penguraian
B.
Pengolahan Air Pendingin Air pendingin (cooling water ) adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Sistem yang
dilaluioleh aliran air pendingin disebut sebagai sistem air pendingin (cooling water system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yaitu jenis resirkulasi dan jenis sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air pendingin yang telah digunakan, digunakan kembali untuk keperluan yang sama, sedangkan pada sistem sekali-lewat air yang telah digunakan langsung dibuang. Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis, yaitu resirkulasi terbuka dan resirkulasi tertutup. Pada sistem resirkulasi terbuka sebagian air yang telah digunakan diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya. Pada sistem resirkulasi tertutup, pendinginan kembali tidak dengan cara memanfaatkan panas laten penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar panas. Pada sub bab berikut, akan dijelaskan mengenai persyaratan air pendingin serta metoda pengendalian terhadap masalah yang sering timbul pada sistem air pendingin. Metoda pengendalian tersebut meliputi sistem air pendingin resirkulasi terbuka, system air pendingin resirkulasi tertutup, dan sistem air pendingin sekali-lewat.
a. Persyaratan Air Pendingin Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat exchanger ) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Masalah yang sering timbul dalam sistem air pendingin adalah :
terjadinya korosi pembentukan kerak dan deposit terjadinya fouling akibat aktivitas mikroba
b. Korosi pada Sistem Air Pendingin Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas.
c. Pembentukan Kerak dan Deposit pada Sistem Air Pendingin Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : penurunan efisiensi perpindahan panas, naiknya kehilangan tekanan karena naiknya tahanan dalam pipa serta penyumbatan pada pipa-pipa berukuran kecil. Fouling pada Sistem Air
Pendingin Menara pendingin (cooling tower ) merupakan bagian dari sistem air pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" ( slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul ) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas. Penggunaan air yang memenuhi persyaratan dapat mencegah timbulnya masalah-masalah dalam sistem air pendingin. Persyaratan bagi air yang dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat persyaratan untuk umpan ketel. Contoh persyaratan untuk air pendingin untuk sistem resirkulasi terbuka ditunjukkan pada tabel berikut :
parameter 1. Konduktivitas (mhos/cm) 2. Turbiditas (ppm) 3. Suspended Solid (ppm) 4. Total Hardness (ppm as CaCO3) 5. Total iron (ppm as Fe) 6. Residual chlorine (ppm as Cl2) 7. Silicate (ppm as SiO2) 8. Total Chromate (ppm as CrO4) 9. Ph C.
Nilai <1000 <10 <10 <100 <1,0 0,5-1,0 <150 1,5-2,5 6,5-7,5
Sistem Air Pendingin a. Resirkulasi Terbuka Sistem resirkulasi terbuka dibahas lebih dulu karena sistem ini memiliki masalah yang jauh lebih rumit, sehingga masalah dalam sistem ini telah mencakup pula masalah dalam sistem-sistem yang lain.
1. Pengendalian Pembentukan Kerak Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air. CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini dimaksudkan untuk mencegah pembentukan kerak CaCO3 dengan menjaga agar kadar Ca dan
alkalinitas dalam air sirkulasi cukup rendah, dan mencegah pengendapan kerak pada permukaan logam. Untuk maksud pertama dapat ditempuh dua cara, yaitu :
menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau
menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7 Untuk maksud kedua dapat digunakan inhibitor kerak berupa chemicals seperti
polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat. Kecenderungan pembentukan kerak dapat diperkirakan menggunakan Langelier Saturation Index (LSI) dan Ryznar Stability Index (RSI). Fokus utama penggunaan kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air pendingin agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif. Index LSI berharga positif (+) berarti air cenderung untuk membentuk kerak CaCO3, dan jika berharga negatif (-) air tidak jenuh dengan CaCO3, cenderung untuk melarutkan CaCO3 dan bersifat korosif. Identik dengan LSI, harga RSI lebih kecil dari 6,0 menunjukkan kecenderungan pembentukan kerak dan jika lebih besar dari 6,0 berarti cenderung untuk melarutkan CaCO3 dan bersifat korosif Contoh penggunaan LSl disajikan pada Gambar 6.1. Gambar tersebut dapat dipakai untuk menghitung pHs, yaitu harga pH dimana air berada dalam kesetimbangan dengan CaCO3. Perbedaan harga pHs dengan pH menyatakan harga indeks LSI. Tabel 6.2 menyajikan harga indeks LSI dan RSI dan perkiraan kemungkinan yang akan terjadi pada sistem air pendingin.
2. Pengendalian Korosi Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan chemicals yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu. Kadar minimum yang dibutuhkan oleh suatu inhibitor agar dapat bekerja secara efektif disebut batas kritis. Pemakaian inhibitor yang melebihi batas kritis akan menambah biaya operasi. Jika kadar inhibitor turun di bawah batas kritis, bukan saja menjadi tidak efektif, tetapi dapat pula menyebabkan pitting .
3. Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). Klorin merupakan chemicals yang paling banyak dipakai. Dosis pemakaian klorin yang efektif adalah sebesar 0,3 sampai 1,0 ppm. Pengolahan yang tepat diperoleh secara percobaan, karena penggunaan beberapa biosida secara bersama-sama kadang-kadang memberikan hasil yang lebih baik dan senyawasenyawa tersebut acap kali digunakan bersama klorin. Padatan tersuspensi dalam air merupakan masalah yang cukup serius. Padatan tersuspensi tersebut dapat menempel pada permukaan perpindahan panas sehingga mengakibatkan berkurangnya efisiensi perpindahan panas. Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang disirkulasi.
b. Resirkulasi Tertutup dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat Sistem air pendingin dengan resirkulasi tertutup membutuhkan sejumlah kecil air make-up untuk mengurangi gangguan. Air demin atau kondensat uap, biasanya digunakan sebagai sebagai air make-up. Pada sistem air pendingin sekali-lewat, tidak ada proses pemekatan. Jika proses pemekatan tidak terjadi, maka kadar padatan terlarut relatif sama dengan air umpan. Kekurangan pada sistem ini adalah terjadi kenaikan temperatur, sehingga perlu usaha untuk menurunkan temperatur tersebut. Pengolahan seringkali dimaksudkan untuk mencegah atau meminimumkan kerak atau korosi dan juga berfungsi untuk mengurangi fouling yang disebabkan oleh padatan tersuspensi dan organisme laut. Chemicals yang digunakan untuk maksud tersebut identik dengan yang dipakai untuk resirkulasi terbuka, kecuali pada pengendalian korosi. Pemakaian inhibitor korosi pada sistem ini sama sekali tidak praktis, sehingga masalah korosi ditangani dengan cara melapisi permukaan peralatan dengan serat yang diperkuat dengan plastik, semen, atau menggunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.
D.
Sistem Cooling Water 1. Once Trough System
Setelah mendinginkan proses pabrik air langsung dibuang. Contohnya pada pabrik yang ada di tepi sungai atau laut, air sungai/laut setelah dipakai pendinginan proses dalam pabrik dibuang lagi ke sungai atau ke laut. Air pendingin digunakan sebagai pendingin pada heat exchanger hanya dilewatkan sekali, selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke badan air. Once through systems digunakan bilamana kebutuhan air pendingin sangat banyak, ketersediaan sumber air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk menangani buangan air panas dari air pendingin yang sudah digunakan. Once through system dimana air pendingin akan melewati HE hanya sekali. Mineral-mineral dalam air akan relatif tetap jumlahnya, tidak berubah. Polusi suhu yang disebabkan discharge dari sistem ini menjadi perhatian lingkungan. Keuntungan menggunakan Once through systems :
Tidak diperlukan cooling tower
Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan
Kerugian menggunakan once through systems :
Korosi
Fouling
Sampah dan kotoran
Polusi / pencemaran temperatur di badan air
Gambar 1. Once through.system (Gumilar, 2011) 2. Recirculating System Air setelah mendinginkan suatu proses kemudian diolah lagi (didinginkan) selanjutnya bias dipakai sebagai air pendingin lagi. Recirculating system bias dibagi menjadi 2 bagian: a. Close recirculating system
Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan lain-lain) kemudian didinginkan lagi, selanjutnya dipakai lagi sebagai air pendingin. Contohnya air pendingin pada radiator mobil, jacket water coolinh diesel, dan lain-lain. Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan lain-lain) kemudian didinginkan lagi, selanjutnya dipakai lagi sebagai air pendingin. Contohnya air pendingin pada radiator mobil, jacket water coolinh diesel, dan lain-lain. Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu “ secondary cooler ” (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan “ secondary cooler ” dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut. Closed Nonevaporative Recirculating Systems yang menggunakan air pendingin yang sama dan disirkulasikan berulang kali dalam siklus yang kontinu. Pada sistem ini, komposisi air juga relatif konstan. Air pendingin didinginkan pada secondary heat exchanger . Tidak ada kehilangan akibat penguapan juga tidak ada pengembalian. Keuntungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Air pendinginyang kembali relatif bersih
Temperatur air pendingin memungkinkan lebih ting gi dari 100 C
o
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Investasi / capital cost sangat tinggi
Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
Gambar 2. Closed nonevaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
b. Open recirculating system Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan lain-lain) kemudian didinginkan lagi secara terbuka, disini terjadi pengurangan dan penambahan air secara kontinyu. Contohnya menara pendingin (Cooling tower). Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam pabrik. Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling ), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme makeup dan blow-down (Nugroho, Muchlis. 2004). Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut. Open recirculating system banyak digunakan dalam industri. Sistem ini terdiri dari pompa, HE, dan cooling tower . Pompa akan meresirkulasikan air melalui HE, mengambil panasnya, lalu membuangnya di cooling tower dimana panas tersebut akan dibuang dari air dengan cara evaporasi. Dalam sistem ini, chemical akan lebih banyak digunakan karena komposisi air akan berubah saat evaporasi berlangsung, dimana konstituen korosi dan scaling akan lebih pekat (Gumilar, 2011). Keungtungan menggunakan Open evaporative recirculating systems :
Jumlah kebutuhan air medikit (make up);
Memungkinkan untuk mengontrol korosi
Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems :
Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through;
Memerlukan cooling tower yang cukup besar;
System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan
Gambar 3. Open evaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
E.
Proses Pendinginan Pada sistem pendingin terbuka (cooling tower), penguaan harus selalu terjadi, karena efek pendinginan diperoleh dari proses penguapan air. Bagian air sesudah mendinginkan prses pabrik/industry, dilanjutkan hingga bersinggungan dengan udara pada menara pendingin. Macam-macam kontak antara air dan udara dalam menara pendingin diantaranya adalah : 1. Counter Current Pada sistem ini bagian-bagian dari air bersinggungan secara axial dengan udara dalam menara pendingin 2. Cross Flow o
Bagian-bagian air berpotongan dengan udara membentuk sudut 90 di dalam menara pendingin.
F.
Skema Proses Pendinginan 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 pendingin berfungsi
untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfer. 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 4. Skema alat 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 tersebut sedang berlangsung. G.
Cooling Tower dan Klasifikasinya
evaporative cooling
Cooling tower adalah salah satu bagian dari suatu cooling tower dengan proses open recirculating system. Cooling tower adalah sebuah bangunan dari kayu yang biasanya berbentuk kubus ataupun kerucut/silinder dengan menggunakan kipas penghisap/penghembus udara. Pada tugas pengambilan air pendingin menjadi panas, untuk mendinginkan kembali biasanya air dihujankan kembali pada menara pendingin, dimana bagian-bagian air bersinggungan dengan udara yang dihisap.dihembus oleh kipas (fan). Ada banyak jenis klasifikasi menara pendingin, namun pada umumnya pengklasifikasian dilakukan berdasarkan sirkulasi air yang terdapat di dalamnya. Menurut J.R. Singham menara pendingin dapat diklasifikasikan atas tiga bagian, yaitu: 1. Menara pendingin basah (wet cooling tower ) 2. Menara pendingin kering (dry cooling tower ) 3. Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower )
1. Menara Pendingin Basah ( Wet Cooli ng T ower )
Menara pendingin basah mempunyai
sistem distribusi air panas yang
disemprotkan secara merata ke kisi-kisi, lubang-lubang atau batang-batang horizontal pada sisi menara yang disebut isian. Udara masuk dari luar menara melalui kisi-kisi yang berbentuk celah-celah horizontal yang terpancang pada sisi menara. Celah ini biasanya mengarah miring ke bawah supaya air tidak keluar. Oleh karena ada percampuran antara air dan udara terjadi perpindahan kalor sehingga air menjadi dingin. Air yang telah dingin itu berkumpul di kolam atau bak di dasar menara dan dari situ diteruskan ke dalam kondensor atau dibuang keluar, sehingga udara sekarang kalor dan lembab keluar dari atas menara.
Berdasarkan literatur El. Wakil, menara pendingin basah dapat dibagi
menjadi: a. Natural Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Alami) Menara pendingin aliran angin alami tidak menggunakan kipas (fan). Aliran udaranya bergantung semata-mata pada tekanan dorong alami. Pada menara pendingin alami ini tidak ada bagian yang bergerak, udara mengalir ke atas akibat adanya perbedaan
massa jenis antara udara atmosfer dengan udara kalor lembab di dalam menara pendingin yang bersuhu lebih tinggi daripada udara atmosfer di sekitarnya. Karena perbedaan massa jenis ini maka timbul tekanan dorong yang mendorong udara ke atas. Biasanya menara pendingin tipe ini mempunyai tinggi yang besar dan dapat mencapai ketinggian puluhan meter. Menara pendingin aliran angin alami dapat dibagi menjadi dua jenis,yaitu:
Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah
Gambar 5. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah
Menara pendingin aliran angin alami aliran silang
Gambar 6. Menara pendingin aliran angin alami aliran silang
Dari kedua jenis menara pendingin ini, menara pendingin aliran angin alami aliran silang kurang disukai karena lebih sedikit memberi tahanan terhadap aliran udara di dalam menara, sehingga kecepatan udaranya lebih tinggi dan mekanisme perpindahan kalornya kurang efisien. Menara aliran angin alami aliran lawan arah lebih sering digunakan karena mempunyai keunggulan-keunggulan sebagai berikut:
Memiliki konstuksi yang kuat dan kokoh sehingga lebih tahan terhadap tekanan angin
Mampu beroperasi di daerah dingin maupun lembab
Dapat digunakan untuk instalasi skala besar.
b. Mechanical-Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Mekanik) Pada menara pendingin aliran angin mekanik, udara mengalir karena adanya satu atau beberapa kipas (fan) yang digerakkan secara mekanik. Fungsi kipas di sini adalah untuk mendorong udara (forced-draft) atau menarik udara melalui menara (induced-draft) yang dipasang pada bagian bawah atau atas menara.Berdasarkan fungsi kipas yang digunakan menara pendingin aliran angin mekanik dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu: a. Tipe aliran angin dorong (forced-draft) b. Tipe aliran angin tarik (induced draft) Pada tipe aliran angin dorong (forced-draft), kipas yang dipasang pada bagian bawah, mendorong udara melalui menara. Jenis ini secara teoritis lebih disukai karena kipas beroperasi dengan udara yang lebih dingin, sehingga konsumsi daya menjadi lebih kecil. Akan tetapi, berdasarkan pengalaman jenis ini memiliki masalah-masalah yang berkaitan dengan distribusi udara, kebocoran dan resirkulasi udara kalor dan lembab kembali ke menara, serta masalah pembekuan pada masukan kipas ketika musim dingin.Mengingat banyaknya permasalahan di atas maka pada saat ini menara pendingin aliran angin mekanik yang sering digunakan pada instalasi adalah tipe aliran angin tarik (induced draft). Pada menara pendingin aliran tarik, udara
masuk dari sisi menara
melalui bukaan-bukaan yang cukup besar pada kecepatan rendah dan bergerak melalui bahan pengisi (filling material). Kipas dipasang pada puncak menara dan membuang
udara kalor dan lembab ke atmosfer. Aliran udara masuk menara pada dasarnya horizontal, tetapi aliran di dalam bahan pengisi (filling material) ada yang horizontal seperti yang terdapat pada menara pendingin aliran silang (cross flow) dan ada pula yang vertikal seperti menara pendingin aliran lawan arah (counter flow). Aliran lawan arah lebih sering dipakai dan dipilih karena efisiensi termalnya lebih baik daripada aliran silang. Keunggulan menara pendingin aliran angin mekanik adalah:
Terjaminnya jumlah aliran udara dalam jumlah yang diperlukan pada segala
kondisi beban dan cuaca.
Biaya investasi dan konstruksinya lebih rendah
Ukuran dimensinya lebih kecil.
Kelemahan menara pendingin aliran angin mekanik adalah:
Kebutuhan daya yang besar
Biaya operasi dan pemeliharaan yang besar
Bunyinya lebih ribut.
Gambar 7. Menara Pendingin Forced Draft
Gambar 8. Menara pendingin induced draft dengan aliran berlawanan
Gambar 9. Menara pendingin induced draft dengan aliran melintang c. Combined Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Gabungan) Menara pendingin aliran angin alami biasanya mempunyai ukuran yang besar dan membutuhkan lahan yang luas, tetapi dengan konsumsi daya dan biaya operasi yang kecil. Sebaliknya menara pendingin aliran angin mekanik ukurannya lebih kecil, namun membutuhkan daya yang besar. Oleh sebab itu, kedua hal tersebut digabungkan di dalam menara pendingin aliran angin gabungan (combined draft cooling tower ). Menara ini disebut juga menara pendingin hiperbola berkipas (fan assisted hyperbolic tower) atau
hibrida (hybrid tower ). Menara hibrida terdiri dari cangkang beton, tetapi ukurannya lebih kecil dimana diameternya sekitar dua pertiga diameter menara aliran angin mekanik. Di samping itu, terdapat sejumlah kipas l istrik yang berfungsi untuk mendorong angin. Menara ini dapat dioperasikan pada musim dingin tanpa menggunakan kipas, sehingga lebih hemat listrik.
Gambar 10. Menara pendingin aliran angin gabungan 2. Menara Pendingin Kering (Dry Cooling Tower)
Menara pendingin kering (dry cooling tower ) adalah menara pendingin yang air sirkulasinya dialirkan di dalam tabung-tabung bersirip yang dialiri udara. Semua kalor yang dikeluarkan dari air sirkulasi diubah. Menara pendingin kering dirancang untuk dioperasikan dalam ruang tertutup.Ada dua jenis men ara pendingin kering, yaitu: a. Menara pendingin kering langsung (direct dry-cooling tower ) Menara pendingin kering jenis langsung merupakan gabungan antara kondensor dan menara pendingin. Uap buangan turbin dimasukkan ke kotak uap melalui talangtalang besar supaya jatuh pada tekanan yang tidak terlalu besar dan dapat terkondensasi pada waktu mengalir ke bawah melalui sejumlah besar tabung atau kumparan bersirip. Tabung ini didinginkan dengan udara atmosfer yang mengalir di dalam atmosfer. Kondensat mengalir karena gaya gravitasi ke penampung kondensat dan dipompakan lagi ke sistem air umpan instalasi dengan bantuan pompa kondensat. Terdapat pula sistem
untuk menyingkirkan gas dan mencegah pembekuan pada cuaca dingin.
Beberapa
kelemahan dari menara pendingin jenis ini adalah:
Hanya dapat beroperasi dengan volume besar.
Memerlukan talang-talang ukuran besar.
Gambar 11. Menara pendingin kering langsung b. Menara pendingin kering tak langsung (indirect dry-cooling tower ) Menara pendingin jenis tak langsung dapat dibagi menjadi dua jenis lagi, yaitu:
Menara pendingin kering tak langsung dengan menggunakan kondensor permukaan kovensional. Air sirkulasi yang keluar dari kondensor masuk melalui tabung bersirip dan
didinginkan oleh udara atmosfer di dalam menara. Menara ini boleh menggunakan jujut jenis alami seperti pada gambar. Operasi kondensor pada jenis ini harus dilakukan pada tekanan 0,17 sampai 0,27 kPa. Pada jenis ini, digunakan kondensor terbuka atau kondensor jet. Kondensat jatuh ke dasar kondensor dan dari situ dipompakan oleh pompa resirkulasi ke kumparan bersirip di menara, yang kemudian didinginkan dan dikembalikan ke kondensor.
Gambar 12. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsungdengan kondensor permukaan konvensional
Menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase. Menara pendingin ini tidak menggunakan air pendingin, tetapi menggunakan
suatu bahan pendingin, seperti dengan menggunakan amoniak sebagai bahan perpindahan kalor antara uap dan air, sehingga perpindahan kalor dapat terjadi dengan perubahan fasa, yaitu pendidihan di dalam tabung kondensor dan kondensasi di dalam tabung menara. Amoniak cair yang hampir jenuh masuk kondensor permukaan dan diuapkan menjadi uap jenuh dan uap jenuh tersebut dipompakan lagi ke kondensor. Pendidihan dan kondensasi ini mempunyai koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi daripada
sisi tabung,
sehingga menghasilkan beda suhu yang lebih rendah antara uap dan amoniak dan antara amoniak dan udara.
Gambar 13. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase
3. Menara Pendingin Basah-Kering ( Wet-Dry Cooli ng Tower )
Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower) merupakan gabungan antara menara pendingin basah dan menara pendingin kering. Menara pendingin ini mempunyai dua jalur udara paralel dan dua jalur udara seri.
Bagian atas menara di
bawah kipas adalah bagian kering yang berisi tabung-tabung bersirip. Bagian bawah adalah ruang yang lebar yang merupakan bagian yang basah yang terdiri dari bahan pengisi (filling material). Air sirkulasi yang panas masuk melalui kepala yang terletak di tengah. Air mula-mula mengalir naik-turun melalui tabung bersirip di bagian kering, kemudian meninggalkan bagian kering dan jatuh ke isian di bagian basah menuju bak
penampung air dingin. Sedangkan udara ditarik dalam dua arus melalui bagian kering dan basah. Kedua arus menyatu dan bercampur di dalam menara sebelum keluar.
Oleh
karena arus pertama dipanaskan secara kering dan keluar dalam keadaan yang kering (kelembaban relatif rendah) daripada udara sekitar, sedangkan arus kedua biasanya jenuh. Menara pendingin basah-kering mempunyai keunggulan:
Udara keluar tidak jenuh sehingga mempunyai kepulan yang lebih sedikit
Karena airnya mengalami pendinginan awal di bagian kering, penyusutan karena penguapan jauh berkurang, demikian juga dengan kebutuhan air tambahan.
Gambar 14. Menara pendingin basah-kering
H. Masalah-Masalah yang Timbul dalam Cooling Tower 1. Pembentukan Kerak Unsur-unsur yang larut dalam air seperti kalsium dan silica akan mengalami pengentalan yang mana suatu saat bias melewati kalarutannya dan akhirnya bias mengendap sebagai endapan kerak yang keras pada perpipaan ataupun heat exchanger
yang selanjutnya bias mengurangi flow air dan juga mengurangi perpindahan panas pada flow tersebut.Proses pengendapan itu terjadi misalkan : Ca(HCO3)2→ CaCO3 ↓ + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + CO2 + H2O
Metode yang digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan kerak antara lain : a. Mengendalikan kerak dengan pH Dalam keadaan asam lemah ( kira – kira pH 6,5 ). Asam sulfat yang paling sering digunakan untuk ini, memiliki dua efek dengan memelihara pH dalam daerah yang benar dan mengubah kalsium karbonat, Ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium karbonat dan membiarkan cycle yang tinggi dari konsentrasi dalam system.
b. Mengendalikan kerak dengan bleed off Bleed off pada sirkulasi air cooling terbuka sangat penting untuk memastikan bahwa air tidak pekat sebagai perbandingan untuk mengurangi kelarutan dari garam mineral yang kritis. Jika kelarutan ini berkurang kerak akan terbentuk pada penukar panas.
c. Mengendalikan kerak dengan bahan kimia penghambat kerak. Ada cukup banyak jenis bahan kimia penghambat kerak dan umumnya dari jenis bahan kimia organic, baik jenis polymer maupun jenis non polymer. Sebagai contoh, dari jenis polymer yang cukup banyak digunakan adalah polymer dari jenis acrylate; Untuk jenis non polymer, phosphonate, EDTA, Polyphospate, dsb.
2. Terjadinya Korosi Air yang mengandung oksigen dalam kondisi jenuh atau bersifat agresif terhadap sistem logam dan mendorong terjadinya akumulasi dari hasil korosi yang selanjutnya akan bias mengurangi laju perpindahan panas. Korosi adalah suatu proses elektrokimia dimana suatu metal (missal: besi, baja) kembali dalam status alamiahnya, missal: Fe Oxida atau karat. Korosi terjadi pada akibat pH rendah, Selain pH ada beberapa jenis mikroorganisme yang menyebabkan korosi seperti nitrifying bacteria dan Sulfate
Reducing Bacteria (SRB) yang dapat menghasilkan asam sulfida (H2S). Bakteri ini memiliki kemampuan untuk mengubah ion sufate (SO4) menjadi asam sulfida (H2S) yang sangat korosif menyerang logam besi, logam lunak. Bakteri ini hidup sebagai anaerobik ( tanpa udara ). Contoh : 3+
-
Fe → Fe + 2e
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 2Fe2O3+ H2O → Fe(OH)3
3. Terjadinya Fouling Padatan yang tersuspensi jumlahnya di dalam air pendingin jumlahnya bias bertambah atau semakin pekat, karena partikel-partikel yang ada di udara bias terjaring oleh air di dalam menara pendingin. Ditambahn dengan hasil korosi, semua padatan itu terbawa oleh aliran dan bias mengendap pada permukaan perpindahan panas ataupun pada perpipaan. Peristiwa semacam ini tidak hanya mengurangi efisiensi perpindahan panas tetapi juga mendorong terjadinya korosi yang disebabkan oleh perbedaan konsentrasi oksigen yang terjadi pada bagian bawah endapan tersebut.
4. Pertumbuhan Lumut dan Mikroba Mikroorganisme yang berasal dari air baku atau yang terjaring dari udara, pada umumnya memperoleh suasana lingkungan yang sesuai dengan syarat hidupnya, suhu yang lebih hangat dan pada aliran air pendingin banyak nutrient sebagai bahan makanan. Akibat yang ditimbulkan ialah berkembang biaknya bakteri berlipat ganda sehingga menghasilkan endapan yang bisa dilihat mata. Endapan ini akan mengurangi efisiensi perpindahan panas dan mendorong terjadinya proses korosi seperti akibat yang ditimbulkan oleh padatan yang tersuspensi.
I.
Pengendalian Air Pendingin Berikut adalah review secara ringkas beberapa parameter yang berguna dalam pengendalian sistem air pendingin.
1. Neraca Massa Dasar utama neraca massa pada sistem air pendingin adalah “Apapun yang masuk harus keluar (segera atau mati)”. Dari dasar ini kemudian muncul banyak variasi sesuai dengan kebutuhan, salah satu bentuk pokok dari prinsip dasar itu adalah: M = E +B Yaitu Make up (M) sama dengan Evaporasi (E) dan Fow down (B) 2. Siklus Konsentrasi (N) Tingkat pemakaian zat-zat yang ada pada air pendingin dihitung berdasarkan pengukuran konsentrasi dalam air pendingin dan air umpan (make up) dengan rumusan : N = Dimana :
C pendingin = konsentrasi zat dalam air pendingin C make up = konsentrasi zat dalam air make up
Sebagai zat pengukuran yang baik ialah : Ion Khlorida, Kalsium, Natrium, atau Magnesium 3. Evaporasi (E) Pada open recirculating system, penguapan harus slalu terjadi karena efek pendinginan diperoleh dari panas penguapan. Rate penguapan dipengaruhi banyak faktor diantaranya :
Kelembaban udara sekitar
Bada suhu antara air pendingin panas (inlet tower) dengan suhu air pendingin dingin (outlet tower, selisih ini disebut Range.
Kecepatan siklus (recycle rate)
Rate evaporasi sebenarnya sulit diukur karena bervariasi tergantung cuaca dan iklim. Sebagai patokan : o
E = 1% dari recycle rate per 5 C range = 0,002 (E) (dT) 3
Keterangan : E = Evaporasi (m jam) 3
R = Recycle rate (m /jam) O
dT = Range Pendingin ( C)
4. Retention Time Waktu tinggal rata-rata air pendingin di dalam sistem sebelum keluar lewat blow down biasanya dinyatakan dalam jam atau hari. Retention Time = V/B Retention Time berguna untuk menghitung waktu tinggal ion dalam sistem pendingin di bawah pengaruh penambahan dan pengurangan yang kontinu. 5. Time Cycle (Waktu Siklus) Waktu yang diperlukan seluruh air pendingin (V) untuk melewati lingkar pendingin sebanyak satu kali. Secara matematis sama dengan V/R. Berguna untuk mengetahui kecepatan tanggapan sistem air pendingin terhadap penambahan bahan-bahan kimia. Time cycle biasanya dinyatakan dalam menit.
J. Karakter Kimia Sistem Air Pendingin 1. pH pH setia sistem air pendingin biasanya dikendalikan pada suatu jangka tertentu, biasanya antara 6,0 - 8,0. Kadang-kadang, pH yang sedikit lebih tinggi masih diperkenankan tergantung pada kualitas air make up dan program pengendalian kerak/endapan yang dipergunakan. Akan tetapi, semakin tinggi pH, potensi terjadinya kerak/endapan semakin besar dan sensitive terhadap kelalaian pemberian dosis bahan kimia yang cukup. pH yang tinggi biasanya juga mengandung efektivitas kerja biocide dan tidak sesuai dengan inhibitor korosi yang mengandung seng (Zinc based corrosion inhibitor). Sebalinya, pH lebih kecil dari 6,0 tidak baik secara teknis mai=upun ekonomis karena kebanyakan bahan inhibitor korosi tidak mampu bekerja dengan baik pada pH rendah. Beberapa penyebab perubahan pH ialah:
Pemberian gas kalor yang berlebihan dapat menurunkan pH
Pemberian asam untuk menstabilkan air pendingin
Kualitas Air make up yang rendah
Pada pH dibawah 4,3 rate korosi akan menjadi semakin besar karena lenyapnya seluruh nilai alkalinya dan pada nilai pH dibawahnya akan timbul asam mineral bebas yang bersifat agresif terhadap metal.
2. Hardness Kalsium Kalsium berinteraksi dengan fosft organic maupun anoganik membentuk lapisan pelindung korosi. Harga terkecil yang diperlukan 50ppm sebagai CaCO3. Bila lapisan di bawah ini sebaiknya digunakan inhibitir seng atau molibdat. Pada kadar kalsium tinggi (>10.000 ppm sebagai CaCO3 perlakuan organic dan basa mungkin akan memberikan masalah pengendapan. Perlakuan terbaik untuk ini adalah fosfat terstabilkan dengan pH netral. 3. Alkalinitas Parameter ini paling susah dikendalikan karena di satu pihak dapat memberikan perlindungan terhadap korosi secara alamiah tetapi juga mempunyai potensi pergerakan. Pada nilai pH sirkulasi air sekitar 7 dengan alkalinitas sekitar 50 ppm CaCO3, perlakuan terbaik adalah fosfat terstabilkan atau molibdat. Bila alkainitas air 200 ppm CaCO 3, perlakuan organic, seng, alkali, dan molibdat memerlukan asam untuk menurunkan alakalinitas. 4. Besi Ion besi di atan 4 ppm tidak diperkenankan bila perlakuan fosfat terstabilkan dipergunakan. Besi berbentuk endapan besi fosfat yang menyebanbkan terjadinya korosi di bawah endapan. 5. Silika Silika sering kali merupakan penghambat siklus konsentrasi. Pada tingkat konsentrasi 150 – 200 ppm, silica amorf mulai menjadi masalah bersama dengan magnesium pada pH>8,0 silika dapat menimbulkan masalah meskipun konsentrasi di bawah 180 ppm. Untuk kondisi demikian perlakuan fosfat terstabilkan adalah yang terbaik. 6. Phosphat Kadar fosfat yang tinggi dalam air make up, paling baik digabung dengan merlakuan fosfat terstabilkan. Fosfat hamper selalu ada dalam air baku terutama air olahan menggunakan polifosfat, bila kadar orthofosfat dalam air sirkulasi 4-8 pm, perlakuan organic atau seng dapat digunakan tanpa perlu modifikasi.
7. Daya Hantar Listrik Daya hantar listrik lebih besar dari 1000 us/cm sebaiknya diberi erlakuan sebagai alkasi atau molibdat. Batas Maksimum daya hantar listrik untuk perlakuan: -
Seng alkali
…..
4000
-
Molibdat
…..
3000
-
Organik
…..
4000
K. Berbagai Macam Perlakuan 1. Kromat/Seng Kromat/seng merupakan perlakuan tradisional dan banyak dipergunakan. Tetapi semakin ketatnya peraturan lingkungan hidup, penggunaan perlakuan ini semakin berkurang. Perkembangan terakhir memungkinkan penggunaan kromat/seng dalam suasana basa (alkali). 2. Molibdat Molibdat mempunyai keunggulan serupa dengan kromat, tetapi tidak beracun. Harganya mahal sekitar 5 kali kromat. Amat cocok untuk keperluan khusus, misalnya ada o
sistem dengan air suhu di atas 70 C yang tidak korosif. 3. Fosfat Perlakuan Fosfat adalah cara terbaru untuk menghindari masalah dengan lingkungan.
Fosfat
terstabilkan
menggunakan
fosfat
alkali
(basa)
umumnya
menggunakan senyawa fosfat organic dan sering disebut sebagai perlakuan organik.
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan Kesimpulan dari makalah ialah sebagai berikut: 1. Air pendingin adalah air limbah yang berasal dari aliran air yang digunakan untuk penghilangan panas dan tidak berkontak langsung dengan bahan baku, produk antara dan produk akhir. 2. Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu : Once through system, Open evaporative recirculating, Closed non-evaporative recirculating. 3. Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin utama, dan cooling tower serta dilengkapi dengan beberapa komponen bantu. 4. Masalah dalam air pendingin ialah, korosi, scale, fouling , dan biological contamination. 5. Menara pendingin jenis natural draft dan menara pendingin mekanik draft merupakan dua teknologi menara pendingin yang banyak digunakan.
B. Saran Sebaiknya dalam perancangan sebuah pabrik memperhatikan aspek-aspek yang berpengaruh dalam penggunaan air pendingin dan parameter yang mengaturnya untuk memaksimalkan efisiensi dan nilai ekonomi dari proses produksi.
