LAPORAN PENDAHULUAN

LABORATORIUM UNIT OPERASICOOLING TOWER

oleh Kelompok II OlehKelompok II

Oktarina Musdalipah (03111003022)

Pazza Patriansyah Putra (03111003046)

Liliana Comeriorensi(03111003061)

Aufa Fauzan

(03111003091)

Gigih

(03111003067)JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2014BAB I

PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang

Sistem utilitas merupakan sistem penunjang proses utama. Adapun beberapa produk dari sistem utilitas, salah satunya adalah air pendingin. Air pendingin sangat diperlukan dalam hampir setiap industri khususnya pada proses yang terjadi reaksi endotermis. Secara umum, air pendingin sangat dibutuhkan sebagai media untuk melakukan pertukaran panas antara fluida panas dengan air pendingin. Pertukaran panas tersebut terjadi di dalam suatu heat exchanger atau yang lebih spesifik disebut dengan cooler. Pertukaran panas yang terjadi menyebabkan air dingin mengalami perubahan temperatur sehingga temperatur air pendingin menjadi naik yang diakibatkan oleh panas yang dibawa fluida panas diserap oleh air. Air yang mengalami perubahan temperatur tidak dapat langsung digunakan sebagai pendingin kembali dan juga tidak dapat dibuang ke sungai atau lingkungan.

Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan suatu alat yang dapat menurunkan temperatur air sehingga dapat digunakan kembali sebagai air pendingin. Alat tersebut adalah cooling tower atau menara pendingin yang lazimnya selalu ada dalam sistem utilitas suatu industri. Cooling Tower adalah suatu alat yang dipergunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu fluida ke fluida lain. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa yang terjadi. Cooling tower dapat berlangsung secara dua aliran yaitu cross current dan counter current. Penggunaan teknologi cooling tower (menara pendingin) dewasa ini dirasakan sangat penting dalam tiap industri dalam rangka pelaksanaan efisiensi dan konservasi energi. Oleh karena itu, diperlukan pemahaman tentang mekanisme dan prinsip yang terjadi pada alat ini.1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan yang ditinjau pada percobaan ini adalah pengaruh flow rate udara terhadap temperatur air keluar.1.3. Hipotesa

Pada penelitian ini menggunakan alat Bench Top Type H 891 dengan ukuran dasar unit. Metode yang digunakan, yaitu dengan mengamati temperatur air masuk dan temperatur air yang keluar dari packing tower dan perubahan dry dan wet bulb. Temperatur udara masuk dan temperatur udara keluar, perubahan orifice dan pressure drop melalui packing. Parameter yang diterapkan adalah cooling load, laju aliran dan densitas packing. Hipotesa yang diambil adalah bahwa dengan semakin besar kecepatan udara, maka presure drop melalui packing akan semakin besar, tetapi sebaliknya approach to wet bulb akan menjadi kecil.1.4. Tujuan1. Mengetahui cara dan prinsip kerja cooling tower.

2. Mengetahui perhitungan pada cooling tower apparatus.

3. Mengetahui aplikasi dari cooling tower. 1.5.Manfaat Percobaan1. Dapat mengetahui prinsip kerja dari cooling tower. 2. Dapat menganalisa perhitungan pada cooling tower apparatus.3. Dapat menganalisa contoh aplikatif dari penggunaan cooling tower.BAB II

TINJAUAN PUSTAKA2.1. Pengertian Cooling Tower

Menurut El. Wakil, menara pendingin didefinisikan sebagai alat penukar kalor yang fluida kerjanya adalah air dan udara yang berfungsi mendinginkan air dengan kontak langsung dengan udara yang mengakibatkan sebagian kecil air menguap. Dalam kebanyakan menara pendingin yang bekerja pada sistem pendinginan udara menggunakan pompa sentrifugal untuk menggerakkan air vertikal ke atas melintasi menara. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam range dan approach seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1. Range dan approach temperatur pada menara pendingin(Sumber: bbbbbbbbbbb)

Range adalah perbedaan suhu antara tingkat suhu air masuk menara pendingin dengan tingkat suhu air yang keluar menara pendingin atau selisih antara suhu air panas dan suhu air dingin. Approach adalah perbedaan antara temperatur air keluar menara pendingin dengan temperatur bola basah udara yang masuk atau selisih antara suhu air dingin dan temperatur bola basah (wet bulb) dari udara atmosfir. Temperatur udara sebagaimana umumnya diukur dengan menggunakan termometer biasa yang sering dikenal sebagai temperatur bola kering (dry bulb temperature), sedangkan temperatur bola basah adalah temperatur yang bolanya diberi kasa basah, sehingga jika air menguap dari kasa dan bacaan suhu pada termometer menjadi lebih rendah daripada temperatur bola kering.

Pada kelembaban tinggi, penguapan akan berlangsung lamban dan temperatur bola basah (Twb) identik dengan temperatur bola kering (Tdb). Namun pada kelembaban rendah sebagian air akan menguap, jadi temperatur bola basah akan semakin jauh perbedaannya dengan temperatur bola kering. Adapun sistem mesin pendingin yang paling banyak digunakan adalah sistem kompresi uap. Secara garis besar komponen sistem pendingin siklus kompresi uap terdiri dari:

1. Kompresor, berfungsi untuk mengkompresi refrijeran dari fasa uap tekanan rendah evaporator hingga ke tekanan tinggi kondensor.2. Kondensor, berfungsi untuk mengkondensasi uap refrijeran kalor lanjut yang keluar dari kompresor. 3. Katup ekspansi, berfungsi untuk mencekik (throttling) refrijeran bertekanan tinggi yang keluar dari konsensor dimana setelah melewati katup ekspansi initekanan refrijeran turun sehingga fasa refrijeran setelah keluar dari katupekspansi ini adalah berupa fasa cair + uap.4. Evaporator, berfungsi untuk menguapkan refrijeran dari fasa cair + uapmenjadi fasa uap2.2. Fungsi Menara Pendingin

Semua mesin pendingin yang bekerja akan melepaskan kalor melalui kondensor, 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 pendingin berfungsi untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksipanas dari air dan mengemisikannya ke atmosfer.

Menara pendingin merupakan aplikasi dari perpindahan panas. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih rendah dibandingkan dengan peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil. Oleh karena itu, biaya yang digunakan pada menara pendingin lebih efektif dan efisien dalam hal energi.2.3. Prinsip Kerja Menara 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.

GambarX.X. SkemaMenaraPendingin

Gambar 2.2. Skema menara pendingin(Sumber: CCCCCC)

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.2.4. Konstruksi Menara Pendingin

Menara pendingin dapat dikonstruksikan berdasarkan jenis aliran. Adapun konstruksi menara pendingin dengan jenis aliran angin tarik (induceddraft counterflow cooling tower) adalah sebagai berikut.

Gambar 2.3. Konstruksi menara pendingin(Sumber: dddd )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 didalam menara untuk mendinginkan air. Jika kipas tidak berfungsi maka kinerja menara pendingin tidak akan optimal. Kipas digerakkan oleh motor listrik yang dikopel langsung dengan poros kipas.2. Kerangka pendukung menara (tower support)

Kerangka pendukung menara berfungsi untuk mendukung menara pendingin agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Kerangka pendukung menara (Tower supporter) terbuat dari bahan konstruksi berupa baja.3. Rumah menara pendingin (casing)

Rumah menara pendingin (casing) harus memiliki ketahanan yang baik terhadap segala cuaca. Hal ini disebabkan, rumah menara adalah pelindung dari (cooling tower). Selain itu, umur pakai (life time) rumah menara pendingin harus lama. Casing terbuat dari bahan konstruksi yang berupa 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. 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 lubang-lubang yang ada. Melalui inlet Louvre akan terlihat kualitas dan kuantitas air yang akan didistribusikan. Inlet Louvre 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 (330 C) akan disemprotkan ke filling material. Pada filling material inilah air yang mengalir turun ke water basin akan bertukar kalor dengan udara segar dari atmosfer yang suhunya (280 C). Oleh sebab itu, filling material harus dapat menimbulkan kontak yang baik antara air danudara 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.2.5. Macam-macam Cooling TowerCooling tower terbagi beberapa macam antara lain:

1. Berdasarkan arah aliran udara masuk

a. Cross flow

b. Counter current flow

2. Berdasarkan cara pemakaian alat bantu seperti fan atau blowera. Induced draf (alat bantu berada dibagian puncak tower)

b. Force draf (alat bantu berada dibagian bawah tower)

3. Berdasarkan kondisi aliran udara bebas tanpa alat pembantu

a. Atmosfer (udara pada kondisi atmosferik mengalir bebas tanpa memakai penutup tower).

b. Natural draf (udara mengalir dalam udara pendinginan dari tower namun

kondisi udara belum tentu atmosferik).

2.6. Persyaratan Proses Cooling Tower

Umumnya batasan operasi cooling tower adalah pada suhu 120oF. Temperatur air keluar biasanya lebih rendah dari 120oF. Pada saat temperatur air proses melebihi 120oF perlu dilakukan tahapan evaporasi dengan menggunakan cooler sehingga tidak terjadi kontak langsung antar air panas dan udara.

Temperatur air terendah yang mungkin didinginkan didalam cooling tower tergantung pada wet bulb temperatur udara, tetapi ini bukanlah batasan mutlak karena tekanan uap keluar dan wet bulb temperatur dalam cooling tower disebut Approach.

A. Packing

Pengisian packing pada cooling tower harus memenuhi karakteristik sebagai berikut:

1. Permukaan interfacial antara fuida yang akan didinginkan dengan fluida yang mendinginkan besar.

2. Memiliki karakteristik aliran fluida yang didinginkan pada packing harus terjadi pertukaran volume fluida yang besar melalui cross section tower yang kecil tanpa loading/fleeding dan pressure drop yang rendah untuk gas.

3. Zat inert fluida dapat diproses secara kimia.

4. Mempunyai kekuatan struktural sehingga mudah dalam penanganan dan instalasi.

5. Biayanya murah.

Terdapat dua cara pengisian packing, yaitu:

1. Random Packing

Jenis random packing yang digunakan, yaitu:

a. Rasching ring

b. Lessing ring

c. Partition ring

d. Belt saddle

e. Intalox saddle

f. Tellerate

g. Pall ring atau flexiring

2. Regular Packing

Jenis regular packing yang digunakan, yaitu:

a. Rasching ring

b. Double spiral ring

c. Section through expanded metal packing

d. Wood grids

B. Water Make-Up

Perlengkapan make up untuk cooling tower terdiri dari penjumlahan evaporation loss, drift loss dan blown down.

Rumus: Wm = We + Wd + Wb (1)Dimana:

Wm

=Water make up.

Wd

=Water drift loss.

Wb

=Water blown down.

Evaporation loss dapat ditentukan dengan persamaanRumus: We = 0,00085 Wc (T1 - T2) (2)Dimana:

Wc

=Sirkulasi water flow (gal/ min pada tower inlet)

T1 - T2

=Temperatur air masuk - temperatur air keluar (oF)

Drift adalah air yang naik ke atas (terdorong keatas) pada tower dischange vapor. Drift loss adalah fungsi dari draft eliminator design yang bervariasi antara 0,1 dan 0,2 % dari air yang di supply ke tower. Perkembangan baru dalam eliminator design memungkinkan untuk mengurangi menjadi dibawah 0,1 %.

Blown down mengurangi bagian dari sirkulasi air terkonsentrasi terhadap proses evaporasi untuk menurunkan konsentrasi sistem solid.Blown dapat dihitung berdasarkan jumlah siklus dari konsentrasi yang dibutuhkan untuk membatasi scale formation. Siklus konsentrasi adalah rasio dari dissolved solid pada air resirkulasi untuk memisahkan atau melarutkan solid dalam make up water.

Kuantitas blowndown yang dibutuhkan:

Cycle of concentration =

= (3)atau

Wb =

(4)

Cycles of concentration terlibat dengan operasi cooling tower normalnya pada range tiga hingga empat cycles. Di bawah tiga cycles of concentration, kuantitas excessive blown down terpenuhi dari penambahan asam untuk membatasi scale formation harus dipertimbangkan.

C. Fan House Power

Pada cooling tower sumber daya yang digunakan sebagai pengeluaran udara adalah fan atau blower, kecepatan tergantung dari berapa banyak air yang diinginkan. Jumlah udara disirkulasikan melalui cooling tower dengankecepatan 10,2 m/s (2000 ft/min maksimum untuk menurunkan draft tower).Jumlah dari fan tergantung pada faktor cooling tower, termasuk tipe fill, konfigurasi tower dan kondisi thermal. Ada persamaan untuk menghitung output dari fan.Rumus:Static

=

.............. (1)Dimana:

Q = Volume udara (ft3/ min).

hs = Static head di dalam air.

d = Densitas air pada temperatur ambient (lb/ ft3).

D. Pump Horse Power

Pompa adalah salah satu bagian yang terpenting dari cooling tower untuk mengalirkan air dari dasar cooling tower menuju bagian spray pada puncak cooling tower. Tipe counter flow dari tower dengan spray nozzles akan memiliki pumping head sama dengan static lift plus nozzles pressure loss. Tipe cross flowdari tower dengan aliran gravitasi memungkinkan pumping head sama dengan static lift. Cara menghitung reducing pompa adalah :

Pump bhp=

......... (1)Dimana: ht= total head (ft).

E. Fogging dan Plume Abatement

Fenomena yang muncul dalam operasi cooling tower adalah fogging (pengkabutan) yang menghasilkan visible plume (bulu-bulu yang kelihatan). Hasil dari fogging dari mixing warm, tower pada highly saturated mengeluarkan udara dengan cooler ambient air yang mengurangi kapasitas untuk mengabsorbsi moisture sebagai uap.

2.7. Peranan Cooling Tower

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 latent heat yang disebabkan oleh penguapan air dalam porsi kecil dan juga transfer sensible heat yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara air dan udara. Diperkirakan 80% dari transfer heat itu adalah kalor latent dan 20% sisanya adalah kalor sensible.Sebuah cooling tower bisa digunakan sebagai penghilang panas dalam proses termodinamika konvensional seperti pendinginan atau generasi tenaga steam atau biasa digunakan dalam berbagai proses dimana air digunakan untuk penukar panas dan ini baik atau diinginkan untuk membuat penolak panas pada udara atmospherics. Air bekerja sebagai sebagai fluida penukar panas, menghilangkan panas ke udara secara atmosferik kemudian didinginkan dan disirkulasi pada system untuk menghasilkan operasi yang ekonomis.

Kemungkinan teoritis dari perpindahan panas per pound dari sirkulasi udara dalam suatu cooling tower bergantung pada temperatur dan uap air dari udara (moisture content of the air). Suatu indikasi uap air dari udara adalah temperatur wet-bulbnya. Idealnya, temperatur wet-bulb harus lebih rendah dari temperatur teoritis dimana air dapat didinginkan.

Air pendingin (cooling water) yang dihasilkan dari cooling tower digunakan untuk mendinginkan peralatan pada proses industri kimia, keuntungannya antara lain adalah:

a. Kemungkinan terjadinya korosi pada alat sekecil mungkin dapat dihindari

b. Terjadinya deposit pada peralatan dapat dihindari

c. Dapat mengendalikan pertumbuhan bakteri, jamur, dan lumut pada peralatan

d. Menaikkan effisiensi alat pendingin

e. Tidak merusak lingkunganSistem operasi cooling tower berdasarkan pada penguapan dan perubahan panas sensible, dimana campuran dua aliran fluida pada temperatur yang berbeda (air dan udara) akan melepaskan panas latent penguapan yang menyebabkan efek pendinginan ke fluida yang lebih panas dalam masalah ini air. Efek pendinginan ini dicapai dengan merubah sebagian cairan ke keadaan uap dengan melepaskan panas laten 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 jumlah panas sensible yang diperolehnya.

Jika udara kering pada temperatur konstan dijenuhkan dengan air pada temperatur yang sama dalam suatu peralatan kontak langsung. Uap air akan masuk ke udara dengan membawa panas latentnya. Humiditas campuran udara-uap air akan meningkat selama penjenuhan, karena tekanan uap dari air yang berpindah dari lingkungan yang berupa air lebih besar dari tekanan uapnya dalam udara tak jenuh sehingga penguapan dapat terjadi. Bila tekanan uap dari air di udara sama dengan cairannya, maka penguapan akan terhenti. Perpindahan material oleh perbedaan tekanan uap (beda konsentrasi) disebut difusi. Difusi merupakan salah satu proses yang terjadi di cooling tower.

Para ahli yang berpengalaman dalam mendesain Cooling Tower biasanya menggunakan metode chart / grafik yang data datanya didapat dari pengalaman di lapangan. Apabila belum berpengalaman maka dibutuhkan preliminary desain dalam hal estimasi size tower, cost, mechanical equipment.

BAB III

METODOLOGI

3.1.Alat dan Bahan

Alat dan Bahan yang digunakan, yaitu :

1. Satu unit Cooling Tower Armfiel yang dilengkapi dengan pemanas.

2. Aquadest.

3. Udara bebas (sebagai media pendingin).

3.2.Prosedur Percobaan

1. Siapkan peralatan cooling tower supaya dapat beroperasi.

2.Isi aquadest ke basin.

3.Hubungkan cooling tower dengan arus listrik, atur debit air yang mengalir dan Q sesuai dengan yang dikehendaki.

4.Catat temperatur inlet dan outlet untuk dry bulb dan wet bulb (T1 - T6) tekanan dan pressure drop yang ditunjukan. Lakukan pengambilan data sebanyak lima kali dengan tekanan yang berbeda-beda.

5.Hitung laju alir udara masing-masing data.

_1454512463.unknown

_1454512465.unknown

_1454691731.unknown

_1454512464.unknown

_1454512462.unknown