COOLING TOWER
Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerakdan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan olehkarena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya. Fungsi Cooling Tower adalah sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan atau kipas.
Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen :
Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka)
Saringan (screen)
Pompa (cooling water pump – CWP)
Katup dan Pemipaan (piping)
Menara pendingin (cooling tower)
Berikut gambar Cooling tower dengan sistem kerjanya:
Proses pendinginan air dengan cooling tower
Jenis-jenis Cooling Tower
Bagian ini menjelaskan dua jenis utama menara pendingin: menara pendingin jenis natural Draft dan jenis mechanical draft.
Menara pendingin jenis natural draft
Menara pendingin jenis natural draftatau hiperbola menggunakan perbedaan suhu antara udara ambien dan udara yang lebih panas dibagian dalam menara. Begitu udara panas mengalir ke atas melalui menara (sebab udara panas akan naik), udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Tidak diperlukan fan dan disana hampir tidak ada sirkulasi udara panas yang dapat mempengaruhi kinerja. Kontruksi beton banyak digunakan untuk dinding menara dengan ketinggian hingga mencapai 200 m. Menara pendingin tersebutkebanyakan hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal. Terdapat dua jenis utama menara natural draft:
Menara aliran melintang: udara dialirkan melintasi air yang jatuh dan bahan pengisi berada diluar menara.
Menara dengan aliran yang berlawanan arah: udara dihisap melalui air yang jatuh dan oleh karena itu bahan pengisi terletak dibagian dalam menara, walaupun desain tergantung pada kondisi tempat yang spesifik.
Aliran melintang (2) Aliran berlawanan arah
Menara pendingin jenis draft mekanik
Menara dragt 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. Laju pendinginan menara draftmekanis tergantung pada banyak parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, bahan pengisi untuk tahanan sistim dll. Menara draftmekanik tersedia dalam range kapasitas yang besar. Menara tersedia dalam bentuk rakitan pabrik atau didirikan dilapangan, sebagai contoh menara beton hanya bisa dibuat dilapangan. Banyak menara telah dibangun dan dapat digabungkan untuk mendapatkan kapasitas yang dikehendaki. Jadi, banyak menara pendingin yang merupakan rakitan dari dua atau lebih menara pendingin individu atau "sel". Jumlah sel yang mereka miliki, misalnya suatu menara delapan sel, dinamakan sesuai dengan jumlahselnya. Menara dengan jumlah sel banyak, dapat berupa garis lurus, segi empat, atau bundar tergantung pada bentuk individu sel dan tempat saluran udara masuk ditempatkan pada sisi atau dibawah sel.
Jenis-jenis Cooling Tower Mechanical draft ( Paksa )
Menara Pendingin Forced Draft
Prinsip kerjanya adalah udara dihembuskan ke menara oleh sebuah fan yang terletak pada saluran udara masuk sehingga terjadi kontak langsung dengan air yang jatuh, berikut gambarnya:
Cooling Tower Forced Draft
Cooling tower induced draft dengan aliran berlawanan
Prinsip kerjanya :
Air masuk pada puncak dan melewati bahan pengisi (filler)
Udara masuk dari salah satu sisi (menara aliran tunggal) atau pada sisi yang berlawanan (menara aliran ganda)
Fan mengalirkan udara melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar pada puncak menara
berikut gambarnya:
Cooling Tower induced draft dengan aliran berlawanan
Cooling Tower induced draft dengan aliran melintang
Prinsip kerjanya :
Air panas masuk pada puncak menara, melalui bahan pengisi (filler)
Udara masuk dari samping menara melewati filler, sehingga terjadi kontak langsung dengan air (pendinginan) dan keluar menuju puncak
Berikut gambarnya :
Cooling Tower induced draft dengan aliran melintang
Langkah kerja Cooling Tower
Berikut adalah step by step kerja Cooling Tower:
Langkah pertama adalah memompa air panas dari kondensor menuju menara cooling tower melalui system pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap spraying atau semburan.
Air panas yang keluar dari nozzle (spray) secara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh.fan/blower yang terpasang pada cooling tower.
Kemudaian 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 jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative dan blowdown.
Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam "range" dan "approach", dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan approach adalah selisih antara 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.
Sistem Air Pendingin
Sekali lewat ( once through system )
Air dari sumbernya diolah (sedemikian rupa), dipakai untuk pendingin dan setelah keluar langsung dibuang. Keuntungan system pendingin sekali lewat ( once through system ) yaitu :Biaya investasi murah rendah, karena perangkat pengolahan yangdiperlukan lebih sederhana. Kerugian system pendingin sekali lewat yaitu: Jumlah air yang dibutuhkan banyak(lha iya habis pakai langsung buang), terjadi pencemaran lingkungan (yang pasti temperatur buangan air cukup panas dan jumlahnya besar).
once through system
Open Evaporative Recirculating Systems
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 make-up dan blow-down.
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). Air pendingin teruapkan sekitar 1% water. Kehilangan air akibat penguapan ini harus dikompensasi oleh make up air pendingin.
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
Open evaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
Closed Nonevaporative Recirculating Systems
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.
Keungtungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Air pendinginyang kembali relatif bersih
Temperatur air pendingin memungkinkan lebih tinggi dari 100oC
Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :
Investasi / capital cost sangat tinggi
Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger
Closed nonevaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)
Komponen menara pendingin
Komponen dasar sebuah menara pendingin meliputi rangka dan wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers, nosel dan fan. Kesemuanya dijelaskan dibawah
Rangka dan wadah: hampir semua menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit fiber glass, wadahnya dapat menjadi rangka (anonim. 2010)
Bahan pengisi (fill) : Hampir seluruh menara menggunakan bahan pengisi (terbuat dari plastik atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air. Terdapat tiga jenis bahan pengisi:
Media Isian Penciprat (Splash Film). Media isian splash menciptakan area perpindahan panas yang dibutuhkan melalui cipratan air diatas media pengisi menjadi butiran air yang kecil. Luas permukaan butiran air adalah luas permukaan perrpindahan panas dengan udara.
Media Isian Selaput (Film Fill). Pada isian film, air membentuk lapisan tipis pada sisi-sisi lembaran pengisi. Luas permukaan dari lembaran pengisi adalah luas perpindahan panas dengan udara sekitar. Bahan pengisi film dapat menghasilkan penghematan listrik yang signifikan melalui kebutuhan air yang lebih sedikit dan head pompa yang lebih kecil.
Bahan isian/pengisi sumbatan rendah (Low-clog film fills). Bahan pengisi sumbatan rendah dengan ukuran flute (galur) yang lebih tinggi saat ini dikembangkan untuk menangani air yang keruh, yang merupakan pilihan terbaik untuk air laut karena menghemat daya dan kinerjanya lebih baik dibanding isian penciprat konvensional (mulyono,2010)
Tabel 1.3: Nilai desain berbagai jenis bahan pengisi (Mulyono, 2010)
Kolam air dingin (cold-water basin): Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam beberapa desain, kolam air dingin berada dibagian bawah seluruh bahan pengisi. Pada beberapa desain aliran yang berlawanan arah pada forced draft, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkan ke bak yang berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai kolam air dingin. Sudu-sudu fan dipasang dibawah bahan pengisi untuk meniup udara naik melalui menara. Dengan desain ini, menara dipasang pada landasannya, memberikan kemudahan akses bagi fan dan motornya.
Saluran udara masuk: merupakan titik masuk bagi udara menuju menara. Saluran masuk bisa berada pada seluruh sisi menara (desain aliran melintang) atau berada dibagian bawah menara (desain aliran berlawanan arah).
Drift eliminators: Alat ini menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya tidak hilang ke atmosfir.
Louvers: pada umumnya, menara dengan aliran silang memiliki saluran masuk louvers. Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara. Beberapa desain menara aliran berlawanan arah tidak memerlukan louver.
Nosel: Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang berputar seperti pada menara dengan beberapa potongan lintang yang memutar.
Fan: Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam menara. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada menara induced draft dan baik fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapat dirubah-rubah/ diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara otomatis dapat digunakan diatas range yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk mengirim aliran udara yang dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi beban.
