Analisa Perencanaan Menara Pendingin Data-data Perencanaan

F. Efisiensi dan Daya Turbin Keseluruhan

4.4.4.2 Analisa Perencanaan Menara Pendingin Data-data Perencanaan

L = jumlah air yang disirkulasikan ke menara pendingin (L/min) q = jumlah kalor yang dilepas oleh kondensor (kkal/jam)

Cp = kalor spesifik air = 1 kkal/kg⁰C γ = berat jenis air = 1 kg/L

t0,t1 = temperatur air pada sisi masuk dan keluar cooling tower , ⁰C

maka :

q = L.C_p.γ.(t₁-t₀)

= 16.329 L/min . 1 kkal/kg⁰C . 1 kg/L (46-30)⁰C . 60 = 15.675.840 kkal/jam

Apabila dari hasil perhitungan beban pendinginan di atas dikonversikan ke dalam TR (Ton Refrigeration) maka akan didapatkan harga sebesar 5.183,9 TR ≈ 5.185 TR.

4.4.4.2 Analisa Perencanaan Menara Pendingin Data-data Perencanaan

Dari data-data awal diketahui : 1. Kondisi air :

Temperatur air masuk menara (t1,in) = 46 ⁰C = 114,8 ⁰F Temperatur air keluar menara (t1,out) = 30 ⁰C = 86 ⁰F 2. Kondisi udara :

Temperatur udara masuk (twb) = 19,7 ⁰C = 67,46 ⁰F

Temperatur udara masuk (tdb) = 22 ⁰C = 71,6 ⁰F (Cristianto, 1998) Temperatur udara keluar (twb= tdb) = 35 ⁰C = 95 ⁰F

3. Range pendingin : tin - tout = (114,8 - 86) ⁰F = 28,8 ⁰F

4. Ketinggian lokasi = 1730 M ≈ 6.000 ft

commit to user a. Perhitungan Nilai Karakteristik Menara Pendingin

Entalpi udara masuk menara pendingin pada umumnya sama dengan temperatur bola basahnya= 67,46 ⁰F sehingga dari tabel termodinamika enthalpies

and humidities Air-Water mixture at 6.000 ft (Kern, 1983) didapat :

(ha,in) = 36,46 BTU/lbm

b. Prestasi Menara Pendingin

Range Pendingin : tin – tout = (114,8 – 86) ⁰F = 28,8 ⁰F

Approach (hampiran) : t_1,out – t_wb = (86 – 67,46)⁰F = 18,54 ⁰F

c. Rasio Laju Aliran Air dan [L/G]

Untuk menentukan nilai L/G adalah dengan menggunakan diagram perhitungan faktor Ka.V (Gambar 4.25). Dimana terdapat hubungan antara range pendinginan (cooling range), temperatur air keluar (cold water) dan temperatur bola basah (wet bulb). Dengan menarik garis melalui titik “Cooling Range Cold

Water” secara paralel. Dengan garis “Wet Bulb Cold Water” didapat nilai L/G

commit to user

Gambar 4.25 Diagram karakteristik menara pendingin (Perry, 1999)

d. Perhitungan Nilai Karakteristik Dengan Metode Numerik

Perhitungan dengan metode numerik adalah membagi volume menara pendingin menjadi beberapa bagian volume kecil sesuai dengan kenaikan temperatur. Dalam hal ini, menara pendingin dibagi menjadi 10 bagian dengan penurunan temperatur 3,2 ⁰F sehingga setiap bagian dianalisa sebagai berikut :

hi = h0 + L/G (T1 – T0)

Berikut distribusi temperatur pada menara pendingin : 67,46

commit to user

Gambar 4.26 Distribusi Temperatur Pada Menara Pendingin (Prasetyo, 2003)

Pada twb = 67,46 ⁰F, dengan menggunakan tabel entalpi dan kelembaban pada ketinggian bervariasi (Kern, 1983) didapat :

h_a,in = 36,46 BTU/lbm Bagian 0–1 :

h_i – h₀ = L/G (t_i – t₀)

hi = 36,46 BTU/lbm + 1,3 (89,2-86) BTU/lbm = 40,62 BTU/lbm

Entalpi udara rata-rata di bagian ini :

h_a = = ^{, ,} = 38,54 BTU/lbm

Sedangkan temperatur air rata-rata pada bagian (0-1) adalah

= = ^, = 87,6 ⁰F

Sehingga dari tabel entalpi dan kelembaban pada ketinggian bervariasi (Kern, 1983) pada T= 87,6⁰F & ketinggian 6.000 ft :

commit to user maka harga entalpi driving forcenya adalah :

(h1 – ha) = (61,86 – 38,54) BTU/lbm = 23,32 BTU/lbm dan harga :

( ) =

, BTU/lbm = 0,043 BTU/lbm

Selanjutnya dengan cara yang sama didapatkan untuk bagian (1-2), (2-3), dan seterusnya dapat dilihat pada tabel 4.17.

Tabel 4.17 Hasil perhitungan entalpi driving force setiap volume bagian

Bagian TM (⁰F) h1 (BTU/lbm) ha (BTU/lbm) (h1-ha)m (BTU/lbm) 1 (h − h ) 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 87,6 90,8 94 97,2 100,4 103,6 106,8 110 113,2 61,86 66,98 72,1 79,71 86,69 94,63 103,07 111,9 122,72 38,54 42,70 46,86 51,02 55,18 59,34 63,50 67,66 71,82 23,32 24,29 25,24 28,69 31,51 35,29 39,57 44,24 50,89 0,043 0,042 0,040 0,035 0,032 0,028 0,025 0,023 0,020

∑

( ) = 0,286 Maka nilai karakteristik menara pendingin Ka.V/L, didapat :

.

=

∆T. ∑

_{( )}

= 3,2 x 0,286 = 0,916

Nilai Ka.V/L = 0,916, sehingga masih didalam range 0,8-1,0.

e. Perancangan Fill (Packing) dan Tinggi Packed Menara  Perencanaan Packing

Direncanakan menggunakan packing tipe I model film. Dan jumlah yang digunakan adalah :

commit to user

Direncanakan menggunakan tipe packing I, maka berdasarkan dari tabel 4.18, didapat faktor A dan n, sebagai berikut :

A = 0,135

n = 0,57

Sehingga didapat jumlah packing yang digunakan adalah

N =

. ,

=

^{, ,} , .( , ) , =7,27 ≈ 8 buah packing

Jadi, direncanakan menara pendingin menggunakan 8 buah jumlah packing.

commit to user

Gambar 4.27 Jenis susunan deck (Tanrian, 2005)

 Tinggi Packed Menara Pendingin

H = (N-1). (Cheresmissinof, 1983) Dimana : N = 8 buah (dari perhitungan)

S = jarak vertikal = 24 (dari gambar susunan deck) Sehingga :

H = (8-1)

.

= 14 ft = 4,27 m.

commit to user  Perencanaan Luasan Tanah (ST)

Untuk ketinggian packed menara bervariasi dari 12 ft sampai 40 ft, luasan tanah yang ekonomis untuk laju aliran massa udara perjam per satuan luasan

penampang menara (Ga) adalah antara 1400-2000

. ^{berturut – turut} dianggap sebagai garis lurus (Ludwig, 1997).Sehingga untuk mendapatkan harga (Ga) didapatkan dengan interpolasi diantara harga-harga tersebut di atas

− 2.000 1.400 − 2.000⁼ 14 − 12 40 − 12 Ga = 2.000 + (1.400-2.000) = 2.000 -43 = 1.957 .

Dari perhitungan sebelumnya telah didapatkan harga L/G = 1,3, maka laju aliran massa air perjam per satuan luas penampang menara (L_a) adalah

=

La = Ga . = 1.957 x 1,3 . = 2544 .

Sedangkan laju aliran massa air yang melalui menara (L) adalah L = 4.313,98 gpm

= 4.313,98 gpm x (8,33 lbm/gal) x (60 menit/jam) = 2.156.127,2 lbm/jam

Berat jenis air = 8,33 lbm/galon.

Sehingga luasan tanah yang dipakai untuk 1 unit menara pendingin adalah

ST = = ^{. . , /}

commit to user

Dari luas tanah yang didapat di atas maka direncanakan menara dengan bentuk balok dengan asumsi lebar = 8 m sehingga panjang menara = 9,84 m.

 Perencanaan Louver

Direncanakan louver yang digunakan terbuat dari UPVC Ben Mesh dengan dimensi :

Bentuk : jaring-jaring Tinggi : 8,2 ft = 2,5 m Luas : 928,99 ft² = 86,3 m²

Jarak antara louver dengan sprinkle : 4,92 ft = 1,5 m

 Perencanaan Drift Eliminator

Direncanakan Drift Eliminator yang digunakan pada menara pendingin :

Jenis : Two rows

Jumlah : 18 lapis (berjajar horisontal) Panjang : 36,08 ft = 11 m

Bahan : Asbes Plastik

f. Perhitungan Kerugian Tekanan (Pressure Drop)  Pressure drop pada packing

Pressure drop yang terjadi pada packing dalam menara pendingin aliran

berlawanan dapat dihitung dengan persamaan :

∆P = N. B. (G ) ^, + N. C. S . (L ). (G ) ^, (Ludwig, 1997)

Harga faktor-faktor B, C dan vertikal freefall (S_f) dapat dicari pada tabel 4.2 sesuai dengan tipe packing yang digunakan yaitu tipe I, diperoleh :

B = 0,52 x 10^-8 C = 0,16 x 10^-12 Sf = 4,5

Sedangkan harga equivalent pressure loss air mass flow (GE) dapat dicari dari gambar 4.26. Untuk harga Ga yang telah ditentukan, dari pembahasan di atas, diketahui Ga = 1.957 lbm/jam.ft². Maka didapat :

commit to user G_E = 4700

Sedangkan massa jenis udara rata-rata, didapat dengan menggunakan tabel psikometri :

Untuk kondisi udara masuk T = 67,46 ⁰F, _, = 0,0736 lbm/jam ft³ Untuk kondisi udara keluar T = 95 ⁰F, _, = 0,0673 lbm/jam ft³ Sehingga didapat massa jenis rata-rata,

ρ _, + ρ _, 2 ⁼ (0,0736 + 0,0673) 2 lbm jam . ft ^{= 0,704} lbm jam . ft

Dari data-data di atas, besarnya pressure drop yang terjadi pada packing : ∆P = 9x 0,52 x10 x (1957) . ^0,0675

0,0704

+ 9x 0,16 x10 x 4,5 x 2.212,5x 4700 . ^0,0675 0,0704 = 0,3 inci H₂O.

Gambar 4.28 Grafik Equivalent Pressure Air Mass Flow terhadap Countercurrent

Air Mass Flow (Tanrian, 2005) 4,5

commit to user  Pressure drop pada drift eliminator

Untuk massa jenis udara yang tidak sama dengan 0,0675 lbm/ft³ perlu dilakukan penyesuaian dengan menentukan kecepatan udara pada kondisi tersebut. Karena harga Pressure drop bervariasi antara 0,001 inci H2O pada G = 800 lbm/(jam.ft³) dan 0,07 inci H2O pada G = 2000 lbm/(jam.ft³) (Ludwig, 1997). Maka besarnya kecepatan udara yang melewati drift eliminator adalah

Untuk G = 800

V

udara

=

, .( ) = 197,53 Untuk G = 2.000 Vudara = . , . ( ) = 493,83

Sedangkan udara yang keluar dari menara pendingin dalam kondisi jenuh dengan temperatur 95 ⁰F dan massa jenis 0,0673 , serta laju aliran massa udara G =

1957

. sehingga kecepatan udara pada kondisi ini adalah V_udara =

=

, .( )= 484,65 ft/min

Maka besarnya pressure drop yang terjadi pada drift eliminator dapat dicari dengan interpolasi :

∆P = 0,01 + ^{, ,}

, , (0,07 − 0,01)

commit to user  Pressure drop pada louver

Pressure drop aliran udara yang melewati louver berdasarkan pada massa

jenis udara 0,075 , yaitu antara 0,02 inci H2O pada kecepatan 400 dan

0,32 inci H2O pada 1600 (Ludwig, 1997).

Sedangkan laju aliran volume udara (Qudara) yang melewati louver dengan G = 1957 , dan luas penampang (ST) = 847,44 ft².

G1 = 1957 . 847,44 ft²

= 1.658.559,4

Q_ud = ^{. . , ⁄}

, ⁄ _{.( )}

= 368.568,8 ft³/min

Direncanakan bentuk menara pendingin adalah silinder dan tinggi louver (t) adalah 2,5 m = 8,2 ft, Diameter menara (D) = 10 m = 32,86 ft maka muka louver (SL) adalah

Sehingga luas muka louver (SL) adalah SL = t . π . D

= 8,2 ft . 3,14 . 32,86 ft = 845,99 ft²

Persamaan udara melalui louver adalah

V =

=

^{. , ⁄}

,

= 435,67 ft/min

sehingga besarnya pressure drop yang melewati louver dapat dicari dengan interpolasi ∆ − 0,02 0,32 − 0,02⁼ 435,67 − 400 1.600 − 400 ∆P = 0,02 + ^, (0,32 − 0,02) = 0,029inci H2O

commit to user

Dari hasil perhitungan pressure drop pada ketiga bagian tersebut didapatkan jumlah total pressure drop pada menara pendingin (∆P ) adalah

∆P = ∆P + ∆P + ∆P

= (0,3 + 0,068 + 0,029) inci H2O = 0,396 inci H2O

g. Perhitungan daya dan diameter kipas  Perhitungan daya kipas

Daya kipas digunakan untuk menggerakkan kipas pada menara pendingin. Daya kipas dipengaruhi oleh aliran volume udara yang melewati kipas dan kerugian tekanan (pressure drop) udara ketika melewati menara pendingin.

Besarnya daya kipas yang digunakan dapat dicari dari persamaan berikut

BHP = ^{. ∆}

.

(Ludwig, 1997)

Dimana :

Qud = laju aliran volume udara

∆P = total pressure drop (inci H2O) η_p = efisiensi propeler kipas (0,5)

Laju aliran volume udara didapat dari hubungan berikut Qud =

Massa jenis udara melalui kipas pada temperatur 95 ⁰F adalah 0,0673 lbm/ft³.

Qud =

. . , ,

= 410.656,3 ft³/min

Maka daya kipas yang diperlukan adalah

BHP = ^∆