Pengaruh Penggunaan Media Bahan Pengisi (Filler ) Pvc Dengan Tinggi 45 Cm Dan Diameter 70 Cm Terhadap Kinerja Menara Pendingin Jenis Induced-Draft Counterflow

(1)

W

COUNTERFLO

DRAFT

-INDUCED

FILLER

JENIS

PENDINGIN

MENARA

KINERJA

TERHADAP

CM

70

DIAMETER

DAN

CM

45

TINGGI

DENGAN

PVC

)

(

PENGISI

BAHAN

MEDIA

PENGGUNAAN

PENGARUH

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

A L F R O N NIM. 040401076

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunianyalah penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada jenjang Pendidikan Sarjana (S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.

Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul yaitu

“PENGARUH PENGGUNAAN MEDIA BAHAN PENGISI (FILLER ) PVC DENGAN TINGGI 45 CM DAN DIAMETER 70 CM TERHADAP

KINERJA MENARA PENDINGIN JENIS INDUCED-DRAFT

COUNTERFLOW. Dalam penulisan ini , dari awal sampai akhir penulis telah

mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini.

Dengan tersusunnya Tugas Sarjana ini maka penulis mengucapkan terima-kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kepada Oran tua dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil.

2. Bapak Prof.Dr.Ir. Farel H. Napitupulu, DEA selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dan menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak Dr-Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara .

4. Bapak Tulus Burhanuddin, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

(3)

6. Bapak Joner dari PT. Seltech Utama yang telah memberikan bantuan atas Tugas Sarjana ini.

7. Seluruh staf dan karyawan PT. Seltech Utama yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian skripsi ini.

8. Saya Ucapkan terima-kasih kepada Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya sesama rekan-rekan stambuk 2004.

Akhir kata, dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini , semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Medan, 07 November 2008 Penulis

(4)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...i

LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBIMBING……….ii

LEMBAR PERSETUJUAN DARI DOSEN PEMBANDING………..iii

SPESIFIKASI TUGAS……….iv

LEMBARAN EVALUASI SEMINAR SKRIPSI...v

KATA PENGANTAR...vi

ABSTRAK... vii

DAFTAR ISI...viii

DAFTAR TABEL...xi

DAFTAR GAMBAR...xii

DAFTAR NOTASI...xiv

BAB 1PENDAHULUAN………...………..1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Pembatasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...3

2.1 Pengertian Menara Pendingin ... 3

2.2 Fungsi Menara Pendingin ... 5

2.3 Prinsip Kerja Menara Pendingin ... 5

2.4 Konstruksi Menara Pendingin ... 6

2.5 Klasifikasi Menara Pendingin ... 10

2.5.1 Menara Pendingin Basah ... 10

2.5.2 Menara Pendingin Keing ... 17

2.5.3Menara Pendingin Basah-Kering ... 20

BAB 3 METODE PENELITIAN………22

3.1 Perencanaan Awal Menara Pendingin ... 22

3.1.1 Perencanaan Awal ... 22

3.1.2 Penempatan Menara Pendingin ... 22

(5)

3.2.1 Penentuan cooling range menara pendingin ... 24

3.2.2 Penentuan kapasitas aliran distribusi air menara pendingin ... 24

3.2.3 Penentuan laju pembuangn kalor menara pendingin ... 25

3.2.4 Penentuan daya water heater sebagai pengganti air panas dari kondensor ... 26

3.2.5 Penentuan kapasitas aliran udara (fan) ... 28

3.2.6 Perancangan konstruksi menara pendingin ... 28

3.2.7 Perancangan springkler ... 30

3.2.8 Perencanaan pemipaan untuk instalasi menara pendingin ... 30

3.2.9 Perencanaan bahan pengisi (filler) ... 31

3.3 Alat Yang Digunakan ... 33

3.4 Pelaksanaan Penelitian ... 35

3.5 Perumusan Hasil Penelitian ... 35

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

4.1 Hasil Penelitian ... 36

4.2 Pembahasan Hasil Penelitian ... 37

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

5.1 Kesimpulan ... 48

5.2 Saran ... 50

DAFTAR PUSTAKA ... 51

(6)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil penelitian 36

(7)

DAFTAR GAMBAR

Deskripsi

Halaman

Gambar 1.1 Diagram skematik sistem menara pendingin 2 Gambar 2.1 Range dan approach temperatur pada menara pendingin 3

Gambar 2.2 Skema menara pendingin 5

Gambar 2.3 Konstruksi menara pendingin 6

Gambar 2.4 Splash Fill 8

Gambar 2.5 Film Fill 9

Gambar 2.6 Low-clog Film Fill 9

Gambar 2.7 Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah 11 Gambar 2.8 Menara pendingin aliran angin alami aliran silang 12 Gambar 2.9 Menara pendingin aliran angin mekanik 14 Gambar 2.10 Menara pendingin induced-draft dengan aliran berlawanan 14 Gambar 2.11 Menara pendingin induced-draft dengan aliran melintang 15 Gambar 2.12 Menara pendingin forced-draft dengan aliran berlawanan 15 Gambar 2.13 Menara pendingin forced-draft dengan aliran melintang 16 Gambar 2.14 Menara pendingin aliran angin gabungan(hybrid cooling tower) 17

Gambar 2.15 Menara pendingin kering langsung 18

Gambar 2.16 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung

dengan kondensor permukaan konvensional 19 Gambar 2.17 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung

dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase 20

Gambar 2.18 Menara pendingin basah-kering 21

Gambar 3.1 Penempatan menara pendingin 23

Gambar 3.2 Pompa air 24

Gambar 3.3 Water Heater 27

Gambar 3.4 Blower 28

(8)

Gambar 3.6 Springkler air 30

Gambar 3.7 Skema instalasi menara 31

Gambar 3.8a Filler 32

Gambar 3.8b Skema ukuran filler 32

Gambar 3.9 Flow meter 33

Gambar 3.10 Anemometer 33

Gambar 3.11 Thermometer 34

Gambar 3.12 Hygrometer 34

Gambar 3.13 Diagram alir penelitian 35

Gambar 4.1 Grafik hubungan debit air (Q) vs laju penyerapan

kalor (q) 39

Gambar 4.2 Grafik Hubungan debit air (Q) vs kelembaban (RH) 39

Gambar 4.3 Skema penampang filler 44

(9)

DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

Afan Luas penampamg blower m2

a Luas bidang kontak permukaan air dengan filler m2/m3

Atower Luas tower m2

cp,air Kalor atau panas jenis air kJ/kg oC

Dtower Diameter tower m

Dtembaga Diameter pipa tembaga m

G Jumlah massa gas kg

h1 Enthalpi udara masuk kJ/kg

h2 Enthalpi udara keluar kJ/kg

k Konduktivitas Thermal W/m2.K

L Jumlah massa cair kg

l Panjang pipa tembaga m

Nu Bilangan Nusselt Pr Bilangan Prandtl

Q Debit air ltr/min

ctr

Q• Kapasitas aliran udara menara

pendingin rancangan m3/s

cta

Q• Kapasitas aliran udara menara pendingin acuan m3/s

q Laju Perpindahan Kalor W

Re Bilangan Reynold

RHud masuk Kelembapan relatif udara masuk %

RHud keluar Kelembapan relatif udara keluar %

RHud lingkungan Kelembapan relatif udara lingkungan %

Tair masuk Temperatur air masuk oC

Tair keluar Temperatur air keluar oC

(10)

Tdb-in Temperatur bola kering masukering oC

Tdb-out Temperatur bola kering keluarering oC

Twb Temperatur bola basahkering oC

Twb-in Temperatur bola basah masuk oC

Twb-out Temperatur bola basah keluar oC

Tud masuk Temperatur udara masuk oC

Tud keluar Temperatur udara keluar oC

Tud lingkungan Temperatur udara lingkungan oC

U Koefisien pindahan panas menyeluruh W/m2 .K

V Volume filler m3

•

v Volume spesifik udara m3/kg

vair Kecepatan air mengalir m/s

vtower Kecepatan aliran udara dalam menara pendingin m/s

vfan Kecepatan aliran udara blower m/s

W Kapasitas aliran udara m3/s

∆P Perubahan Tekanan Udara Pa

∆T Perubahan temperatur K

Simbol Yunani

Simbol Arti Satuan

ρ Massa jenis kg/m3

μ Viskositas dinamik air Pa.s

cta

η Efisiensi menara pendingin acuan %

ctr

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Dewasa ini penggunaan mesin pengkondisian udara semakin marak sejak pertama kali ditemuka n oleh Carrier pada tahun 1902.Teknologi mesin pengkondisian udara telah berkembang pesat saat itu,dan mengalami perbaikan dari waktu ke waktu.Berbagai system pengkondisian udara telah dikembangkan mulai dari direct expansion sampai water chiller dan telah menjadi bagian yang tidak dapat terpisahkan dalam kehidupan manusia saat ini.

Air dingin diperlukan untuk, sebagai contoh, penyejuk udara/ AC, proses-proses manufakturing atau pembangkitan daya. Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi kalor dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan (Gambar 1). Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang kalor, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.

(16)

Sumber : Kementrian Tenaga India, Menara Pendingin, Dalam: Efisiensi Energi pada Utilitas Listrik. Bab 7.hal. 135-151.

Gambar 1. Diagram skematik sistim menara pendingin

1.2Pembatasan Masalah

Menara pendingin yang digunakan dalam penelitian ini adalah menara pendingin basah tipe aliran angin tarik (induced-draft cooling tower). Menara pendingin ini mendinginkan air kondensor yang disimulasikan oleh water heater dengan menjatuhkannya melalui filler konvensional berupa lembaran PVC terhadap aliran udara oleh blower agar menjadi air bertemperatur normal. Adapun temperatur air panas yang hendak didinginkan dibatasi sebesar 35°C dan temperatur air normal rata-rata adalah 27°C. Pembatasan masalah dalam tugas sarjana ini mencakup permasalahan pindahan kalor dan hal lain yang dipengaruhi oleh penggunaan filler yang terbuat dari 1lapis dan 2 lapis lembaran PVC.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui :

1. Pengaruh penggunaan bahan pengisi (filler) konvensional berupa lembaran (sheet) PVC, terhadap kinerja menara pendingin, untuk menurunkan temperatur air kondensor.

(17)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Menara Pendingin

Menurut El-Wakil dalam [11] menara pendingindidefinisikan 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 yang diambil dari [10] .

Gambar 2.1. Range dan approach temperatur pada menara pendingin

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, dengan rumus yang diambil dari [10], maka range

dapat dihitung sebagai berikut :

(18)

Sedangkan 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 atmosfer, dengan rumus yang diambil dari [10], maka approach dapat dihitung sebagai berikut :

Approach CT (°C) = [suhu keluar CW (°C) – suhu wet bulb (°C)] ………….(2.2)

Temperatur udara sebagaimana umumnya diukur dengan menggunakan termometer biasa yang sering dikenal sebagai temperatur bola kering (dry bulb temperature), sedangkan temperatur bola basah (wet bulb temperature) 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

• Kompresor, berfungsi untuk mengkompresi refrijeran dari fasa uap tekanan rendah evaporator hingga ke tekanan tinggi kondensor.

). 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:

• Kondensor, berfungsi untuk mengkondensasi uap refrijeran kalor lanjut yang keluar dari kompresor.

• Katup ekspansi, berfungsi untuk mencekik (throttling) refrijeran bertekanan tinggi yang keluar dari konsensor dimana setelah melewati katup ekspansi ini tekanan refrijeran turun sehingga fasa refrijeran setelah keluar dari katup ekspansi ini adalah berupa fasa cair dan uap.

(19)

2.2. 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 mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir.

Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.

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. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan, skema menara pendingin tersebut dapat dilihat pada gambar yang diambil dari [8], sebagai berikut.

(20)

Prinsip kerja menara pendingin dapat dilihat pada gambar 2.2. 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 isapan atau dorongan fan/blower yang terpasang pada menara pendingin, lalu mengalir jatuh ke bahan pengisi (filler).

Air yang sudah mengalami penurunan suhu ditampung ke dalam bak/basin. Pada cooling tower juga dipasang katup make up water untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air (drift loses) ketika proses evaporative cooling tersebut sedang berlangsung.

2.4. Konstruksi Menara Pendingin

Adapun konstruksi menara pendingin jenis aliran angin tarik (induced-draft counterflow cooling tower) dapat dilihat pada gambar berikut ini.

(21)

Konstruksi menara pendingin yang diambil dari [4] pada gambar di atas secara garis besar terdiri atas :

1. Kerangka pendukung menara (tower supporter)

Kerangka pendukung menara berfungsi untuk mendukung menara pendingin agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Towersupporter terbuat dari baja. 2. Rumah menara pendingin (casing)

Rumah menara pendingin (casing) harus memiliki ketahanan yang baik terhadap segala cuaca dan umur pakai (life time) yang lama. Casing terbuat dari seng.

3. 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.

4. Penampung air (water basin)

Water basin berfungsi sebagai pengumpul air sementara yang jatuh dari

filling material sebelum disirkulasikan kembali ke kondensor. Water basin terbuat dari seng.

5. Lubang udara (air intake)

Air intake berfungsi sebagai tempat masuknya udara melalui lubang-lubang yang ada. Melalui inlet louver akan terlihat kualitas dan kuantitas air yang akan didistribusikan. Inlet louver terbuat dari seng.

6. Bahan Pengisi (filling material)

(22)

Jenis bahan pengisi dapat dibagi menjadi: a. Bahan pengisi jenis percikan (splash fill)

Media pengisi splash menciptakan arah perpindahan panas yang dibutuhkan melalui cipratan air diatas media pengisi menjadi butiran air yang kescil. Luas permukaan butiran air adalah luas permukaan perpindahan kalor dengan udara. Bahan pengisi percikan dari plastik memberikan perpindahan kalor yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu. Dapat dilihat pada gambar yang diambil dari [11].

Sumber : M.M.El-Walkil, Instalasi Pembangkit Daya, Jilid 1, Cetakan I. Penerbit Erlangga : Jakarta, 1992, hal. 251-252

Gambar 2.4. Splash Fill

b. Bahan pengisi jenis film (film fill)

(23)

Gambar 2.5. Film Fill

c. Bahan pengisi sumbatan rendah (low-clog film fill)

Bahan pengisi sumbatan rendah dengan ukuran flute yang lebih tinggi, saat ini dikembangkan untuk menangani air yang keruh. Jenis ini merupakan pilihan terbaik untuk air laut karena adanya penghematan daya dan kinerjanya dibandingkan tipe bahan pengisi jenis percikan konvensional.

Sumber : M.M.El-Walkil, Instalasi Pembangkit Daya, Jilid 1, Cetakan I. Penerbit Erlangga : Jakarta, 1992, hal. 251-252

Gambar 2.6. Low-clogFilm Fill

7. Kipas (fan)

(24)

dalam 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.

2.5. Klasifikasi Menara Pendingin

Ada banyak jenis klasifikasi menara pendingin, namun pada umumnya pengkasifikasian dilakukan berdasarkan sirkulasi air yang terdapat di dalamnya. Menara pendingin dapat diklasifikasikan atas tiga bagian seperti yang diambil dari [9], yaitu:

1. Menara pendingin basah (wet cooling tower) 2. Menara pendingin kering (dry cooling tower)

3. Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower)

Setiap jenis menara pendingin ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.

2.5.1. Menara Pendingin Basah (Wet Cooling Tower)

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.

Menara pendingin basah dapat dibagi menjadi :

1. Menara Pendingin Basah Aliran Angin Alami (Natural-Draft Cooling

Tower)

(25)

dari kayu dan akhirnya dibuat dari beton bertulang seperti yang banyak digunakan sekarang ini.

Pada awalnya unit ini berbentuk silinder dan akhirnya berbentuk hiperbola yang umum dipakai dewasa ini. Alat ini digunakan secara luas terutama di negara Inggris dan Amerika, unit pertama dibuat tahun 1972.

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:

a. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah

(26)

b. Menara pendingin aliran angin alami aliran silang

Sumber : Kementrian Tenaga India, Menara Pendingin, Dalam: Efisiensi Energi pada Utilitas Listrik. Bab 7, dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi, India, 2004.hal. 135-151

Gambar 2.8. 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:

1. Memiliki konstruksi yang kuat dan kokoh sehingga lebih tahan terhadap tekanan angin

2. Mampu beroperasi di daerah dingin maupun lembab 3. Dapat digunakan untuk instalasi skala besar.

2. Menara Pendingin Aliran Angin Mekanik (Mechanical-Draft Cooling

Tower)

(27)

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:

1. Terjaminnya jumlah aliran udara dalam jumlah yang diperlukan pada segala kondisi beban dan cuaca.

2. Biaya investasi dan konstruksinya lebih rendah 3 Ukuran dimensinya lebih kecil.

(28)

2. Biaya operasi dan pemeliharaan yang besar 3. Bunyinya lebih ribut.

Jenis – jenis dari menara pendingin tersebut dapat dilihat seperti pada gambar yang diambil dari [1], berikut ini :

Gambar 2.9. Menara pendingin aliran angin mekanik

Sumber : Department of Human Services' booklet Evaporative Coolers: An Operation and Maintenance Guide for Owner, State Government Victoria – USA, hal. 2

(29)

Gambar 2.11. Menara pendingin induced-draft dengan aliran melintang.

(30)

[image:30.595.120.500.85.305.2]

Gambar 2.13. Menara pendingin forced-draft dengan aliran melintang.

3. Menara Pendingin Aliran Angin Gabungan (Combined Draft Cooling

Tower)

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).

(31)

[image:31.595.141.483.104.312.2]

Sumber : EPRI JOURNAL,Technolgy Inovation Program, Volume 1014487, USA, hal. 31-32

Gambar 2.14 Menara pendingin aliran angin gabungan (hybrid cooling tower)

2.5.2. Menara Pendingin Kering (Dry Cooling Tower)

Menara pendingin kering (dry cooling tower) adalah menara pendingin yang air sirkulasinya diairkan 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.

Menara pendingin jenis ini banyak mendapat perhatian akhir-akhir ini karena keunggulannya yaitu:

1. Tidak memerlukan pembersihan berkala sesering menara pendingin basah. 2. Tidak memerlukan zat kimia aditif yang banyak

3. Memenuhi syarat peraturan pengelolaan lingkungan mengenai pencemaran termal dan pencemaran udara pada lingkungan.

(32)

Ada dua jenis menara pendingin kering, yaitu:

1. Menara pendingin kering langsung (direct dry-cooling tower)

Menara pendingin kering jenis langsung merupakan gabungan antara kondensor dan menara pendingin. Uap buangan turbin diamsukkan ke kotak uap melalui talang-talang 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 sistam 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: 1. Hanya dapat beroperasi dengan volume besar.

2. Memerlukan talang-talang ukuran besar.

Skema dari menara pendingin kering langsung tersebut dapat dilihat seperti pada gambar yang diambil dari [3], berikut ini.

[image:32.595.203.422.497.684.2]

(33)

2. Menara pendingin kering tak langsung (indirect dry-cooling tower)

Menara pendingin jenis tak langsung dapat dibagi menjadi dua jenis lagi, yaitu: a. Menara pendingin kering tak langsung dengan menggunakan kondensor

permukaan kovensional.

[image:33.595.119.503.353.603.2]

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 pendingin, yang kemudian didinginkan dan dikembalikan ke kondensor.

Gambar 2.16 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan kondensor permukaan konvensional

(34)

[image:34.595.122.501.232.517.2]

denagan 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 menghasilakn beda suhu yang lebih rendah antara uap dan amoniak dan antara amoniak dan udara.

Gambar 2.17 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase

2.5.3. Menara Pendingin Basah-Kering (Wet-Dry Cooling Tower)

Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower) merupakan gabungan antara menara pendingin basah dan menara pendingin kering. Menara pendingin ini mepunyai dua jalur udara paralel dan dua jalur udara seri.

(35)

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 renda) daripada udara sekitar, sedangkan arus kedua biasanya jenuh.

Menara pendingin basah-kering mempunyai keunggulan:

1. Udara keluar tidak jenuh sehingga mempunyai kepulan yang lebih sedikit 2. Karena airnya mengalami pendinginan awal di bagian kering, penyusutan

karena penguapan jauh berkurang, demikian juga dengan kebutuhan air tambahan.

Skema menara pendingin basah-kering tersebut dapat dilihat seperti pada gambar yang diambil dari [3], berikut ini.

[image:35.595.200.424.393.610.2]

Gambar 2.18 Menara pendingin basah-kering

(36)

BAB 3

METODE PENELITAN

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pindahan Panas, gedung Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilaksanakan dengan menggunakan instalasi menara pendingin hasil perencanaan dan perakitan pribadi tim peneliti.

3.1. PERENCANAAN AWAL MENARA PENDINGIN 3.1.1. Perencanaan Awal

Perencanaan penelitian ini diawali dengan pemilihan jenis menara pendingin, yaitu menara pendingin basah dengan tipe aliran angin mekanik. Jenis menara pendingin ini umum digunakan karena memiliki beberapa keunggulan, yaitu:

1. Pasokan aliran udara yang terjamin dalam jumlah yang diperlukan 2. Pengoperasian yang dimungkinkan untuk segala jenis beban dan cuaca 3. Profil fisik yang sederhana dan kemudahan penempatan instalasi.

3.1.2. Penentuan Tempat Menara Pendingin

(37)

[image:37.595.198.425.82.338.2]

Gambar 3.1. Penempatan Menara Pendingin

3.2. PERENCANAAN INSTALASI MENARA PENDINGIN

Adapun urutan dari perencanaan menara pendingin ini adalah sebagai berikut.

1. Penentuan cooling range menara pendingin.

2. Penentuan kapasitas aliran distribusi air menara pendingin (kapasitas pompa).

3. Penentuan laju pembuangan kalor menara pendingin.

4. Penentuan daya water heater sebagai simulasi air panas dari kondensor. 5. Penentuan kapasitas aliran udara fan.

6. Perancangan konstruksi menara pendingin. 7. Perancangan sprinkler.

(38)

3.2.1 Penentuan cooling range menara pendingin

Menara pendingin ini direncanakan untuk dapat mendinginkan air panas dari kondensor (hasil simulasi water heater) dengan temperatur berkisar 33°C menjadi air sejuk dengan temperatur berkisar antara 27ºC, dengan suhu lingkungan (Twet bulb ambient) yang dirancang sebesar 25,5 ºC Sehingga, dari persamaan 2.1 dan 2.2

maka kita dapatkan cooling range sebesar 6°C dan approach sebesar 1,5 ºC

3.2.2 Penentuan kapasitas aliran distribusi air menara pendingin

Distribusi air untuk instalasi menara pendingin ini dipompa oleh sebuah pompa sentifugal dengan spesifikasi sebagai berikut.

Merk : DAB Aqua 109C Daya Motor : 90 W

[image:38.595.133.452.270.659.2]

Voltase/Hz : 220 / 50 Putaran : 2800 rpm Debit air : 3,2 ltr/min

(39)

Penentuan laju pembuangan kalor menara pendingin

Menara pendingin ini direncanakan untuk dioperasikan pada kondisi udara sebagai berikut.

• udara masuk : Tdb-in = 33°C

Twb-in = 28°C

RHin = 70 %

v = 0,90 m3/kg • udara keluar : Tdb-out = 28°C

Twb-out = 28°C

RHout = 95 %

Dengan laju aliran volum udara sebesar 1,081 m3

) / ( ) / ( ) ( ) min ( : ) 1 . 3 .( ... ... ... ... ) ( 2 1 3 3 1 2 kg kJ keluar udara entalpi h kg kJ masuk udara entalpi h v Q kg m udara spesifik volume m udara Debit W Keterangan h h W q = = = = − = • •

/s, maka laju pembuangan kalor menara pendingin tersebut dapat dihitung dengan rumus yang diambil dari [14], sebagai berikut :

Sehingga:

(

)

kW s kJ h kJ kg kJ kg m m q 077 , 14 / 077 , 14 726 , 677 . 50 96 , 79 46 , 91 883 , 0 min 8528 , 64 3 3 * = = = − × =

(40)

3.2.4 Penentuan daya water heater sebagai simulasi air panas dari kondensor

Sesuai dengan harga cooling range maksimum yang telah ditentukan sebelumnya untuk menara pendingin ini yaitu sebesar 5°C, maka direncanakan water heater dengan menggunakan koil tembaga. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan rumus yang diambil dari [8], sebagai berikut :

(41)

(

)

(

)

m D m l m C m K m W s J l C l m K m W T T T l D h s J s J q C C C kg kJ s kg q T T c m q T T T l D h q K m W m C m W D Nu k h Nu Nu Nu o o out air in air panas air o o o in air out air air p air out air in air panas air o 0134 , 0 ) ( diameter dengan 2 , 1 ) ( dipakai yang tembaga pipa panjang maka 196 , 1 5 , 10 0134 , 0 / 5 , 2289 / 3386 , 1109 2 33 28 41 0134 , 0 / 5 , 2289 2 / 3386 , 1109 sehingga / 3386 , 1109 ] 28 33 / 1783 , 4 / 0531 , 0 dan 2 / 5 , 2289 0134 , 0 652 , 49 / 6179 , 0 652 , 49 389 , 5 89 , 6338 023 , 0 Pr Re 023 , 0 : Turbulen aliran untuk Turbulen. adalah pipa dalam aliran maka diatas Reynold bilangan dari 2 2 , 2 4 , 0 8 , 0 4 , 0 8 , 0 = = = × × × =       ₋ + × × × =     ₋ + × × × = = − × × = − × × =     ₋ + × × × = = × = × = = × × = × × = π π π π  [image:41.595.117.483.85.447.2]

Adapun bentuk penampang dari water heater yang dirancang dapat dilihat pada gambar berikut ini.

[image:41.595.185.440.529.708.2]

(42)

3.2.5 Penentuan kapasitas aliran udara fan

Adapun fan yang digunakan untuk penelitian menara pendingin ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut.

Merk : CKE

Daya Motor : 400 W Voltase/Cycles : 220 / 50

Putaran : 1400 rpm

[image:42.595.141.438.135.464.2]

Diameter fan : 40 cm Kapasitas udara : 2290 cfm

Gambar 3.4 Blower

3.2.6 Perancangan konstruksi menara pendingin

Konstruksi menara pendingin ini dirancang menurut konstruksi menara pendingin aliran angin mekanik dengan komponen-komponen sebagai berikut.

• Rangka

(43)

[image:43.595.194.431.514.677.2]

cm m D s m m D s m s m D v A v A Q Q tower tower tower fan fan tower tower fan ctr 80 78 , 0 5 , 2 4 08088 , 1 / 08088 , 1 ) 5 , 2 .( 4 . . ) 3 . 3 ...( ... ... ... 3 3 2 * * ≈ = × × = =       × = = π π

Tinggi menara pendingin ditentukan dengan mempertimbangkan dimensi berbagai komponen yang lain, seperti sprinkler, instalasi pemipaan, bahan pengisi

(filler), dan lain-lain. Rangka pendukung menara ini harus dapat mendukung menara pendingin agar dapat berdiri kokoh dan tegak, oleh karena itu, bahan untuk rangka menara dipilih jenis baja tempa dengan profil lingkaran berdiameter 5 milimeter.

• Wadah Air Dingin (Water Basin)

Penentuan ukuran wadah air dingin didasarkan pada jumlah air yang bersirkulasi pada menara pendingin. Untuk volume dari wadah air dingin disesuaikan dengan ukuran debit air yang mengalir serta ukuran diameter casing, sehingga wadah air dingin bisa dipasang pasa instalasi menara pendingin.

(44)

•Casing

Material casing yang dipilih adalah pelat seng dengan ketebalan 0,5 mm. Alasan pemilihan pelat seng sebagai material casing adalah harga seng yang relatif lebih murah dibandingkan harga material lainnya.

3.2.7 Perancangan sprinkler

[image:44.595.190.436.289.458.2]

Sprinkler dirancang beserta sambungannya dengan mempertimbangkan aspek fungsional dan ekonomis. Komponen-komponen sprinkler yang dirancang dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 3.6 Sprinkler air

3.2.8 Perencanaan pemipaan untuk instalasi menara pendingin

(45)

[image:45.595.118.504.85.357.2]

Gambar 3.7 Skema instalasi menara pendingin

3.2.9 Perencanaan bahan pengisi (filler)

(46)

[image:46.595.201.482.82.316.2]

70 cm

Gambar 3.8 Filler PVC

(47)

3.3 ALAT UKUR YANG DIGUNAKAN

Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini yaitu sebagai berikut : 1. Flow meter

[image:47.595.193.428.268.378.2]

Flow meter digunakan untuk mengukur debit air yang bersirkulasi di dalam menara pendingin. Flow meter ini dipasang pada instalasi pipa air pendingin sebelum air masuk ke pompa untuk selanjutnya dipompakan ke heater. Adapun bentuk flow meter yang digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut :

Gambar 3.9 Flow meter

2. Anemometer

Anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan angin yang terjadi pada menara pendingin akibat isapan blower serta kecepatan di lingkungan sekitar menara pendigin. Adapun anemometer yang digunakan dapat dilihat pada gambar berikut :

(48)

3. Thermometer

Thermometer digunakan untuk mengukur temperatur air yang mauk dan keluar dari menara pendingin. Adapun thermometer yang digunakan dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3.11 Thermometer

4. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur kelembaban, temperatur serta tekanan udara yang masuk dan keluar menara pendingin serta temperatur dan kelembaban udara di lingkungan sekitar menara pendingin. Hygrometer yang digunakan adalah hygrometer digital, seperti gambar berikut ini.

[image:48.595.260.366.168.373.2] [image:48.595.178.482.569.700.2]

(49)

3.4 PELAKSANAAN PENELITIAN

Diagram alir penelitian ditunjukan pada gambar berikut.

[image:49.595.255.432.136.395.2]

Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian

3.5 PERUMUSAN HASIL PENELITIAN

Data yang diperoleh dari penelitian ditabulasikan untuk kemudian diplot dalam bentuk grafik dan juga diterapkan ke persamaan-persamaan seperti yang tercantum pada tinjauan pustaka. Hasil pengolahan data tersebut kembali ditabulasikan dan dibahas lebih lanjut pada pembahasan hasil penelitian.

Perakitan Alat dan Instalasinya

Penelitian dan Pengambilan Data

Perencanaan Awal

Analisis data

(50)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada kondisi lingkungan : RH in = 48,5 % - 75 % Tdb,in = 31,1 C – 33,5 C Twb,in = 25,0 C – 28,0 C

Berdasarkan hasil penelitian ini maka diperoleh hasil sebagai berikut :

[image:50.595.118.512.355.478.2]

PENGUNAAN 2 BUAH FILLER

Tabel 4.1 Data hasil penelitian (T air masuk = 33 ºC ; Tair keluar

Q

= 27ºC)

ΔPmmAir Tlingkungan RHlingkungan Tud keluar RHud keluar 0,49 l/min 2 32,3 ºC 66,4% 29,4 ºC 84,1 %

0,78 l/min 2 33 ºC 58,1% 28,3 ºC 86 %

0,98 l/min 2 31,8ºC 65% 29,2 ºC 87,8%

Sebagai data pembanding maka dilakukan pengujian kinerja dari cooling tower yang ada di Capital Building. Dari hasil pengujian tersebut maka diperoleh data sebagai berikut :

Laju aliran udara = 1150 m3/min = 40611.867 cfm ; Tekanan = 101,312 kPa Laju aliran udara = 1150 m3/min = 40611.867 cfm ; Tekanan = 101,312 kPa Tair masuk = 33 ºC Tlingkungan = 31,3 ºC

Tair keluar = 28 ºC RHlingkungan

Q

= 71,6%,

= 3273 ltr/min Tud keluar = 29,6 ºC

(51)

4.2 Pembahasan Hasil Penelitian

Berdasarkan data yang diperoleh maka dapat dihitung besar perpindahan kalor yang dibuang air ke udara, dengan menggunakan persamaan (3.1), yang diambil dari [9]. Perhitungan pindahan kalor dari air ke udara dapat dilihat sebagai berikut : ) / ( ) / ( ) ( ) min ( : ) 1 ) ( 2 1 3 3 1 2 kg kJ keluar udara entalpi h kg kJ masuk udara entalpi h v Q kg m udara spesifik volume m udara Debit W Keterangan h h W q = = = = − = • •

a. Menguji kinerja menara pendingin

Untuk menguji kinerja menara pendingin dengan menggunakan 2 lapis

filler, maka data hasil penelitian diolah dengan menggunakan bantuan software

Psychometirc Chart untuk mendapatkan harga entalpi dari kondisi udara masuk dan keluar menara pendingin.

Untuk mendapatkan harga entalpi (h) dari tiap temperatur pada perhitungan laju penyerapan kalor oleh udara di bawah ini, selengakapnya ditampilkan pada lampiran 2.

Perhitungan laju penyerapan kalor oleh udara untuk berbagai variasi debit air yang bersirkulasi pada menara pendigin, dapat dilihat sebagai berikut :

(52)

(

)

kW 72 , 1 / 72 , 1 kJ/jam 72 , 819 . 6 / 67 , 80 23 , 82 89 , 0 min m 845578696 , 64 jam min 60 / 23 , 82 ; % 86 ; 3 , 28 / 67 , 80 ; % 1 , 58 ; 33 min / ltr 78 , 0 . 2 3 3 2 2 2 2 1 1 1 = = = − × = = = = = = = = s kJ q kg kJ kg m q kg kJ h RH C T kg kJ h RH C T Q b  

(

)

kW s kJ jam kJ q kg kJ kg m m jam q kg kJ h RH C T kg kJ h RH C T ltr Q c 97 , 6 / 97 , 6 / 05 , 093 . 25 / 66 , 81 40 , 87 89 , 0 min 845578696 , 64 min 60 / 40 , 87 ; % 8 , 87 ; 2 , 29 / 66 , 81 ; % 65 ; 8 , 31 min / 98 , 0 . 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 = = = − × = = = = = = = =   [image:52.595.135.444.88.369.2]

Dari hasil perhitungan di atas, besarnya laju penyerapan kalor oleh udara yang terjadi pada menara pendingin adalah sebagai berikut :

Tabel 4.2 Hasil Analisa Data (T air masuk = 33 ºC ; Tair keluar Filler

= 27ºC)

Q (ltr/min) _{q (kW)} _RH_{ud keluar}_(%)

2 Lapis 0,49 1,06 84

0,78 1,72 86

0,98 6,97 87,8

(53)

Pengaruh Debit air terhadap Kalor yang diserap oleh udara

0.49

0.78

0.98

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Q (ltr/menit)

q

(

k

W

)

[image:53.595.119.505.100.341.2]

Suhu air 33 C -27 C

Gambar 4.1 Grafik Hubungan debit air (Q) terhadap laju penyerapan kalor (q)

Pengaruh Debit air terhadap Kelembapan udara

0.49

0.78

0.98

83.5 84 84.5 85 85.5 86 86.5 87 87.5 88

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Q (ltr/menit)

R

H

(

%

)

Suhu air 33C-27C

[image:53.595.122.516.426.691.2]

(54)

Perhitungan laju penyerapan kalor yang terjadi pada menara pendingin acuan yang berada di gedung Capital Building, dapat dilihat sebagai berikut :

(

)

kW s kJ jam kJ q kg kJ kg m m jam q kg kJ h RH C T kg kJ h RH C T ltr Q 62 , 3 / 62 , 3 / 404 , 027 . 13 / 61 , 85 59 , 88 89 , 0 min 1150 min 60 / 59 , 88 ; % 9 . 86 ; 6 , 29 / 61 , 85 ; % 6 , 71 ; 5 , 31 min / 3273 3 3 2 2 2 1 1 1 = = = − × = = = = = = = = •  

Sehingga laju penyerapan kalor yang terjadi pada menara pendingin acuan adalah sebesar 3,62 kW.

b. Kapasitas pendinginan

Perbandingan laju debit air menara pendingin yang dibangun dengan menara pendingin acuan.

3 m in / 0 0 0 9 8 ,

0

m in / 3 .2 7 3

3 3 = = • • m m Q Q c tr c ta 3339,39

Kapasitas penyerapan kalor (q) maximum dari menara pendingin yang dibangun berdasarkan prinsip Termodinamika, dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang diambil dari [5] berikut ini:

(55)

h kJ s kJ q s kJ q Building Capital kW s kJ q K K kg kJ s kg q / 32 , 999 . 988 . 15 / 38 , 4441 39 , 3339 / 33 , 1 : berikut sebagai n pendingina kapasitas diperoleh dapat maka gedung di berada yang acuan pendingin menara terhadap dirancang yang pendingin menara pada mengalir yang air debit kan membanding Dengan 10 33 , 1 / 10 33 , 1 6 . / 1784 , 4 / 0531 , 0 : adalah diatas rumus n berdasarka diperoleh yang maksimum kalor kapasitas nilai Maka 3 3 = = × = × = × = × × =

q ctr= 15.988.999,32kJ/h

Dengan menggunakan persmaan 4.2 maka diadapat kapasitas penyerapan kalor (q) maximum dari menara pendingin acuan (cooling load)

qcta = 15.990.914,52 kJ/h

c. Menghitung approach dan effisiensi menara pendingin

Approach yang dicapai pada hasil penelitian dengan menggunaakn 2 lapis filler berdasarkan rumus persamaan (2.1) adalah :

C C C T Temperatur Approach o o o 05 , 1 95 , 25 27 ) ( = − =

Sehingga Approach yang dihasilkan pada 2 lapis filler adalah sebesar 1,05 o

(

)

(

)

(

)

(

)

% 10 , 85 95 , 25 3 3 27 33 100% ) 3 . 4 ...( ... T 100% (%) Pendingin Menara

Effisiensi wter in

= −− × = − − × = ctr ctr bulb welb in water out water C C C C T T T η η     C

Effisiensi menara pendingin dihitung dengan menggunakan rumus yang diambil dari [10], sehingga besarnya effisiensi menara pendingin yang dibangun, bila dibandingkan dengan menara pendingin acuan yang berada di Capital Building, yaitu:

(56)

Sehingga effisiensi dari menara pendingin yang dapat di capai adalah sebesar : % 10 , 85 = ctr η .

Untuk menara pendingin acuan yang berada di Capital Buiding :

(

)

(

)

(

)

(

)

% 33 , 83 27 3 3 28 3 3 100% T 100% (%) Pendingin Menara

Effisiensi wter in

= −− × = − − × = cta cta bulb welb in water out water C C C C T T T η η    

Sehingga effisiensi dari menara pendingin acuan adalah sebesar η_cta =83,33%.

d. Kehilangan penguapan (drift loses)

Kehilangan penguapan adalah jumlah air yang diuapkan untuk tugas pendinginan. Secara teoritis, jumlah penguapan mencapai 1,8 m3

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

s m sebesar atau jam m penguapan Kehilangan C jam m penguapan Kehilangan maka pendingin menara keluar dan masuk air antara suhu perbedaan T T T T jam m air sirkulasi laju jam m penguapan Kehilangan o / 944 , 1 / 10 4 , 5 27 33 / 0588 , 0 8 , 1 00085 , 0 : ) 4 . 4 ( ... ... ... ... / 8 , 1 00085 , 0 / 3 3 4 3 2 1 2 1 3 3 − × = − × × × = = − − × × × = untuk setiap 10.000.000 kkal kalor yang dibuang. Kehilangan penguapan (drift loses) dihitung dengan menggunakan rumus yang diambil dari [12], sebagai berikut :

Maka kehilangan penguapan yang terjadi pada Tair masuk = 33 oC dan

Tair keluar = 27 oC, adalah sebesar 1,944 m3

e. Perbandingan Cair –Gas (L/G)

/jam.

(57)

(

) (

)

(

2 1

) (

1 2

)

1 2 2 1 / / ) 5 . 4 .( ... ... ... ... ... ... T T h h G L h h G T T L − − = − = − ) / ( pendingin menara keluar air entalpi ) / ( pendingin menara masuk air entalpi ) ( pendingin menara masuk air suhu ) ( pendingin menara masuk air suhu ) . / ( gas cair massa aliran an perbanding / kg kJ h kg kJ h C T C T C kg kJ G L in in o out o in o = = = = − =

(

) (

)

C . kg / kJ 95 , 0 G / L 27 33 / 66 , 81 40 , 87 G / L : maka kg / kJ 40 , 87 h kg / kJ 66 , 81 h C 27 T C 33 T o out in o keluar air o masuk air = − − = = = = =

Sehingga besar perbandingan cair-gas (L/G) yang terjadi dalam menara pendingin pada Tair masuk = 33 oC dan Tair keluar = 27 o

f. Pindahan panas pada filler

C adalah sebesar 0,95 kJ/kg.

(58)

(

)

W q K K kg kJ s kg q s kg m K kg kJ c C T C T C T T T c m q q air p o air o keluar air o masuk air keluar air masuk air pair air inamika Ther 3 , , , , , mod 10 33 , 1 6 . / 1784 , 4 / 0531 , 0 / 0531 , 0 . / 1784 , 4 ; 30 27 33 : × = × × = = = = = = − × × = •

Jadi besarnya kalor (q) yang dibuang air ke udara dari perhitungan thermodinamika adalah sebesar : 1,33 × 103

[image:58.595.174.384.537.724.2]

filler volume V air suhu Range T filler air kontak permukaan bidang luas filler pada panas pindahan koefisien U ) 6 . 4 ...( ... ... ... ... ... TV U q = = ∆ − = = ∆ = a a W

Untuk menghitung pindahan panas secara kontak langsung dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang diambil dari [6], sebagai berikut :

Keterangan : H = 1 cm hb = 0,5 cm

vb = 1,5 cm

tebal (t) = 0,5 mm

(59)

Besarnya koefisien pindahan panas menyeluruh (U) untuk kasus kontak langsung (direct-contact) pada menara pendingin, seperti yang diambil dari [2],

[image:59.595.143.439.197.342.2]

Engineering School San Sebastian Technological Campus, maka diperoleh nilai koefisien pindahan panas menyeluruh (U) seperti pada tabel 4.5 di bawah ini :

Tabel 4.3 Harga koefisien pindahan panas menyeluruh (U)

Sumber : (Engineering School San Sebastian Technological Campus)

Berdasarkan tabel di atas maka koefisien pindahan panas menyeluruh (U) untuk kasus pada menara pendingin ini, yaitu antara fluida udara – air (gases – water) yang besarnya antara 10 W /m2.K – 250 W /m2.K, besarnya luas bidang kontak pindahan panas yang terjadi dengan kondisi, kalor (Q), beda suhu (ΔT), volume (V), yang konstan dan koefisen pindahan panas menyeluruh (U) yang bervariasi dari 10 W /m2.K – 250 W/m2

( )

3 2 3 2 3 2 1 m . / m 382 , 1181 m 1732 , 0 K 65 , 0 K . m W 10 W 1330 K 65 , 0 T m 1732 , 0 V W 1330 q K . m / W 10 U V T U q V T U q = × ×       = = ∆ = = = ∆ = ∆ = a a a a

(60)

Sehingga luas bidang kontak pindahan panas yang terjadi adalah sebesar 1181,382 m2/m3

U (W/m

[image:60.595.113.514.206.630.2]

. Perhitungan selanjutnya untuk berbagai variasi nilai koefisien pindahan panas nilai luas bidang kontak pindahan panasnya dapat dilihat pada tabel 4.4 di bawah ini.

Tabel 4.4 Berbagai variasi nilai koefisen pindahan panas menyeluruh (U)

2 _q_(W)

.K) ΔT (K) V (m3) a (m2/m3) 10 1330 0.65 0.1732 1181.382128 20 1330 0.65 0.1732 590.6910641 30 1330 0.65 0.1732 393.7940428 40 1330 0.65 0.1732 295.3455321 50 1330 0.65 0.1732 236.2764257 60 1330 0.65 0.1732 196.8970214 70 1330 0.65 0.1732 168.7688755

80 1330 0.65 0.1732 147.672766

90 1330 0.65 0.1732 131.2646809 100 1330 0.65 0.1732 118.1382128 110 1330 0.65 0.1732 107.3983753 120 1330 0.65 0.1732 98.44851069 130 1330 0.65 0.1732 90.87554833 140 1330 0.65 0.1732 84.38443773 150 1330 0.65 0.1732 78.75880855 160 1330 0.65 0.1732 73.83638302 170 1330 0.65 0.1732 69.49306637 180 1330 0.65 0.1732 65.63234046 190 1330 0.65 0.1732 62.17800675 200 1330 0.65 0.1732 59.06910641 210 1330 0.65 0.1732 56.25629182 220 1330 0.65 0.1732 53.69918765 230 1330 0.65 0.1732 51.36444036 240 1330 0.65 0.1732 49.22425534 250 1330 0.65 0.1732 47.25528513

(61)

[image:61.595.216.412.515.633.2]

Tabel 4.5 Nilai desain dari berbagai jenis bahan pengisi

Sumber : Ramarao and Shivaraman, Bureu Efficiency Energy : India , 2004

Untuk bahan pengisi jenis film fill luas bidang kontak pindahan panas yang efektif adalah 150 m2/m3. Bila disesuaikan luas bidang kontak pindahan panas ini terhadap tabel 4.6 Berbagai variasi nilai koefisen pindahan panas menyeluruh (U), maka harga koefisen pindahan panas menyeluruh (U), yang sesuai terletak antara 70 W /m2.K – 80 W /m2

U (W/m

.K. Dengan menginterpolasi maka harga koefisien pindahan panas menyeluruh (U), didapat sebagai berikut :

2 _q_(Watt)

.K) ΔT(K) V (m3) a (m2/m3) 70 1330 0.65 0.1732 168.77

U150 1330 0.65 0.1732 150

80 1330 0.65 0.1732 147.67

Maka harga koefisien pindahan panas menyeluruh (U150

(

)

(

)

(

)

(

)

K m W U K m W K m W U m m m m K m W K m W U . / 7588 , 78 . 70 . 10 ) 87588 , 0 ( 77 , 168 67 , 147 77 , 168 150 . 70 80 . 70 2 150 2 2 150 3 2 3 2 2 2 150 = +       _× = − − = − − ) didapat:

(62)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan pada menara pendingin yang dirancang dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Menara pendingin dengan range yang tinggi berarti bahwa menara pendingin telah mampu menurunkan suhu air secara efektif, dan kinerjanya bagus. Dalam penelitian ini range maksimum yang dapat dicapai dari menara pendingin yang menggunakan 2 lapis filler adalah sebesar 6 o

2. Approach yang dicapai pada penelitian dengan menggunkan 2 lapis filler adalah 1,05

C.

o

3. Efisiensi yang diperoleh pada menara pendingin rancangan terhadap menara pendingin acuan yang berada di Capital Building yaitu :

C. Semakin rendah nilai approach semakin baik kinerja menara pendingin

η_ctr =85,10% untuk menara pendingin rancangan dengan 2 alpis filler

dan

ηctr =83,33% untuk menara pendingin acuan yang berada di Capital

Building.

Berdasarkan effisiensi di atas maka menara pendingin yang menggunakan 2 lapis filler lebih efisien daripada menara pendingin acuan.

4. Kapasitas pendinginan menara pendingin rancangan yang diperoleh sebagai hasil kali dari kecepatan aliran masa air, panas spesifik dan perbedaan suhu yaitu :

qctr = 15.988.999,32 kJ/h

Sedangkan kapasitas pendinginan dari menara pendingin acuan adalah:

(63)

5. Kehilangan penguapan yang terjadi selama proses pendinginan air didalam menara pendingin adalah sebesar 1,944 m3

Dari nilai di atas dapat diketahui bahwa penguapan yang lebih besar terjadi pada menara pendingin dengan 2 lapis filler, dengan range suhu yang lebih besar.

/s.

6. Perbandingan antara laju aliran massa air dan udara pada menara pendingin rancangan dengan Tair masuk = 33 oC dan Tair keluar = 27 o

7. Pertambahan debit air (Q) mengakibatkan pertambahan laju penyerapan kalor (q) oleh udara pada menara pendingin (Gambar 4.1).

C adalah sebesar 0,95 kJ/kg dari nilai ini dapat kita lihat bahwa jumlah perbandingan cair-gas yang lebih besar terjadi pada range menara pendingin yang lebih tinggi yaitu pada 2 lapis filler hal ini karena jumlah zat cair lebih banyak dibandingkan jumlah kandungan gas, karena dengan tingginya range air maka laju penguapan akan semakin besar pula yang menagakibatkan kandungan gas semakin sedikit di dalam menara pendingin.

8. Pertambahan debit air (Q) mengakibatkan pertambahan kelembaban (RH) menara pendingin 2 lapis filler, hal ini karena jumlah volume uap yang mengalir pada menara pendingin bertambah seiring dengan pertambahan laju debit air (Gambar4.2).

(64)

5.2 Saran

1. Dalam penelitian selanjutnya hendak variasi terhadap parameter-parameter lainnya lebih banyak dilakukan, seperti kecepatan daya hisap blower, laju aliran massa air, serta susunan dan jenis bahan pengisi. lebih banyak dilakukan, untuk mendapatkan data yang lebih bervariasi.

2. Untuk melakukan penelitian selanjutnya hendaknya pengkondisian suhu dan kelembapan lingkungan tempat dilakasanakannya penelitian diusahakan pada kondisi yang konstan, agar didapat data yang lebih teliti.

(65)

DAFTAR PUSATAKA

1. Department of Human Services' booklet Evaporative Coolers: An Operation and Maintenance Guide for Owner, State Government Victoria – USA, 2001, hal. 2

2. Engineering School San Sebastian Technological Campus of

University of Navaras. A.Y., University of Navaras : Mexico, 2006. hal. 50 3. EPRI JOURNAL,Technolgy Inovation Program, Volume 1014487, United

State of America, Summer : 2007, hal 31-32.

4. Fibreglass Cooling Tower Counterflow Induced Draft, LIANG CHI Industry Co.Ltd Marketing Brosur, Pa Li Hsiang Taipe Hsien-Taiwan, hal. 6

5. Frank P. Incropera and David P. DeWitt,.Fundamental of Heat Excanger and Mass Transfer. Edisi ke-4, Jhon Wiley and Son : NewYork, hal 508 6. G. F. HeWitt and G. L. Shires and T.R. Bott, Process Heat Transfer,

CRC Press: United States of America, 1994, hal.708 – 711.

7. ImprovingCooling Tower Performance for Sustainable Refrigeration. hal. 7 8. J.P. Holman, Perpindahan Kalor. Cetakan IV, Edisi ke-6. Penerbit Erlangga:

Jakarta, 1994, hal. 260-263

9. J.R. Singham..Heat Exhanger Design Handbook : Cooling Tower, Cetakan I Hemisphere Publishing Coorperation : New York, 1983,

hal. 3.12.3 – 3.12.5-4.

10. Kementrian Tenaga India, Menara Pendingin, Dalam: Efisiensi Energi pada Utilitas Listrik. Bab 7, dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi, India, 2004 , hal. 135-151.

11. M.M.El-Walkil, Instalasi Pembangkit Daya, Jilid 1, Cetakan I. Penerbit Erlangga : Jakarta, 1992, hal. 251-252

(66)

13. Ramarao R.A Towers and Equipment Ltd. and Shivaraman Tower Tech Ltd,

Selection and Design of Cooling Towers , Design Values of Different Type of

Fill, Bureu Efficiency Energy : India , 2004, hal. 12

(67)

LAMPIRAN

(68)

(69)

1. Grafik Psikometrik (Psychometric Chart) untuk perhitugan laju penyrapan kalor (q) oleh udara pada bagian a pada halaman 37

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DRY BULB TEMPERATURE - °C

5 10 15 20 25 30

15 20 25 30 35 40 45 50

55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 110 115 115 120 120 125 125 130 EN T H AL PY KJ PER KG O F D R Y AI R 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 ENTH ALPY

KJ PER

KG OF D

RY AIR SATU RAT ION TEM PER ATU

RE °C 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25

30 W_ET BU

LB T EM

PER AT

URE °C

30

10% RELATIVE HUMIDITY 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% .7 8 .8 0 .8 2 .8 4 .8 6 .8₈ .9 0 S PEC IF_IC VO LU M E m ³/kg O F D R_{Y A}

IR .9 2 .9 4 H U M ID IT Y R A T IO GR A M S OF M OIS T U R E P E R K IL OGR A M OF D R Y A IR PSYCHROMETRIC CHART Sea Level

BAROMETRIC PRESSURE 760 mm of Mercury

Linric Company Psychrometric Chart, www.linric.com

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 VAPO R PR ESSU R E M M O F M ER C U R Y -40 -20 -10 0 10 20 25 30 D EW PO IN T ° C 1 2

Dua Lapis Filler

(70)

2. Grafik Psikometrik (Psychometric Chart) untuk perhitugan laju penyrapan kalor (q) oleh udara pada bagian b pada halaman 38

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DRY BULB TEMPERATURE - °C

5 10 15 20 25 30

15 20 25 30 35 40 45 50

KJ PER

KG OF D

RE °C 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 W ET_BU

LB T EM_PER AT_UR E °C 30

10% RELATIVE HUMIDITY 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% .7 8 .8 0 .8 2 .8 4 .8₆ .8 8 .9 0 S PEC IF_IC VO LU M E m ³/kg O F D R_{Y A}

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 VAPO R PR ESSU R E M M O F M ER C U R Y -40 -20 -10 0 10 20 25 30 D EW PO IN T ° C 1 2

Debit air (Q) = 0,78 ltr/min Suhu air masuk (T) = 33 C Suhu air keluar (T) = 27 C

(71)

3. Grafik Psikometrik (Psychometric Chart) untuk perhitugan laju penyrapan kalor (q) oleh udara pada bagian c pada halaman 38

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

DRY BULB TEMPERATURE - °C

5 10 15 20 25 30

15 20 25 30 35 40 45 50

KJ PER

KG OF D

RE °C 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25

30 W_ET BU

LB T EM_PER

AT UR_E

°C

30

10% RELATIVE HUMID ITY 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% .7 8 .8 0 .8 2 .8 4 .8 6 .8 8 .9 0 SPEC

IF_IC VO LU M E m ³/kg O F D

R_{Y A}

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 VAPO R PR ESSU R E M M O F M ER C U R Y -40 -20 -10 0 10 20 25 30 D EW PO IN T ° C 1 2 Debit air (Q) = 0,98 ltr/min

Suhu air masuk (T) = 33 C Suhu air keluar (T) = 27 C