D-9 Cooling tower

(1)

LAPORAN SEMINAR

PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA

COOLING TOWER

D-9

Disusun Oleh :

Asdi Erlinawati 121120074

Widyasari Galuh P 121120080

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

YOGYAKARTA 2014

(2)

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN SEMINAR

PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA

COOLING TOWER

D-9

Disusun Oleh : Asdi Erlinawati 121120074 Widyasari Galuh P 121120080 Yogyakarta, 13 Juni 2014 Disetujui oleh Asisten Pembimbing Arya Irmansyah

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur pada Allah SWT karena atas segala rahmat dan karunia-Nya penyusun dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Praktikum Dasar Teknik Kimiayang berjudul “Cooling Tower” dengan tepat.

Adapun tujuan dari pembuatan laporan ini kami susun untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah Praktikum Dasar Teknik Kimia dalam kurikulum pendidikan pada Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta.

Pada kesempatan ini kami juga ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Ir. Gogot Haryono, MT selaku Kepala Laboratorium Praktikum Dasar

Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta. 2. Arya Irmansyah selaku Asisten Pembimbing.

3. Segenap staf Laboratorium Praktikum Dasar Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta.

Penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan laporan ini, penyusun juga berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi diri pribadi dan mahasiswa Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta.

Yogyakarta, 13 Juni 2014

(4)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR TABEL... v

DAFTAR GAMBAR... vi

DAFTAR LAMBANG... vii

INTISARI... viii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Percobaan... 1

I.2 Tujuan Percobaan... 2

I.3 Tinjauan Pustaka... 2

BAB II PELAKSANAAN PERCOBAAN II.1 Bahan-bahan... 7

II.2 Rangkain Alat Cooling Tower... 7

II.3 Cara Kerja... 8

BAB III HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN III.1 Variasi Laju Air Masukn Menara (L) pada Suhu Air Masuk Menara (T ) Konstan... 9

III.2 Variasi Suhu Air Masuk Menara (T) pada Laju Air Masuk Menara (L) Konstan... 10

BAB IV KESIMPULAN... 13

DAFTAR PUSTAKA... 14

(5)

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Variasi laju alir masuk menara pada suhu air masuk konstan... 9

Tabel 2. Variasi suhu air masuk menara pada laju aliran air masuk menara... 11

Tabel 3. Variasi laju alir masuk menara pada suhu air masuk konstan... 15

Tabel 4. Variasi suhu air masuk menara pada laju aliran air masuk menara konstan... 16

Tabel 5. Hubungan antara Q, M, L, dan L/Ga... 17

Tabel 6. Hubungan suhu dengan entalpi pada L=2 ft3/ menit... 20

Tabel 11. Harga m dan n... 25

Tabel 12. Persentase Kesalahan Variasi Suhu Air Masuk (T1) Pada Laju Air Masuk (L) Konstan... 26

Tabel 13. Data L dan (L/Ga)... 29

Tabel 14. Hubungan antara Entalpi dan Suhu pada T=69 °F... 31

Tabel 19. Harga m dan n... 36

Tabel 20. Persentase Kesalahan Variasi Suhu Air Masuk Menara ( T1 ) pada Laju Aliran Air Masuk Menara... 37

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Prinsip kerja menara pendingiN... 3

Gambar 2. Rangkain alat Cooling Tower... 7

Gambar 3. Hubungan L/Ga dengan Ntu... 10

Gambar 4. Hubungan suhu air masuk menara (T1) dengan Ntu... 11

Gambar 5. Hubungan L/Ga dengan Ntu... 25

(7)

DAFTAR LAMBANG

Ak = Luas penampang kolom (cm2) Ap = Luas penampang pipa (cm2) C` = Panas jenis air (BTU/lboF) Dk = Diameter kolom (cm) Dp = Diameter pipa (cm)

G` = Kecepatan volumetrik udara (cm3/detik)

Ga = Kecepatan massa udara (lb udara kering/cm2jam) H = Entalpi udara (BTU/lb udara kering)

H1 = Entalpi udara kering masuk menara (BTU/lb udara kering) H2 = Entalpi udara kering keluar menara (BTU/lb udara kering) Ka = Koefisien transfer massa keseluruhan (lb/jam ft2)

Lo = Laju air make up (lb/jam ft2) L = Laju air masuk( lb/jam ft2)

Lv = Kecepatan air dalam pipa (cm/detik) M = Kecepatan massa air (lb/jam)

Ntu = Bilangan unit transfer (tak berdimensi) Q = Kecepatan panas (BTU/jam)

q = Heat transfer tiap 1 ft2luas penampang menara (BTU/jam ft2) to,To = Temperatur air make up (oF,oR)

t1,T1 = Temperatur air masuk menara (oF,oR) t2,T2 = Temperatur air keluar menara(oF,oR) td = Temperatur bola kering (oF)

tw = Temperatur bola basah (oF) V = Volume menara (cm3)

Vs = Volume udara jenuh (ft3udara/lb udara kering)

X1 = Humiditas udara masuk menara (lb uap air/lb udara kering) X2 = Humiditas udara keluar menara (lb uap air/lb udara kering) ρ = Berat udara kering per ft3udara (lb udara kering/ft3udara)

(8)

INTISARI

Menara pendingin (cooling tower) merupakan alat yang digunakan untuk mendinginkan kembali air pendingin yang telah digunakan dalam proses pendinginan, sehingga air pendingin yang telah digunakan tersebut dapat dipakai pada proses pendinginan selanjutnya.

Pendinginan dilakukan dengan cara mengalirkan air dari atas menara dengan kecepatan aliran dan suhu tertentu, kemudian dikontakan dengan udara yang dialirkan dari bawah menara dengan kecepatan tertentu pula. Percobaan dilakukan dengan memvariasi kecepatan aliran air masuk menara pada suhu air masuk yang konstan dan variasi suhu air masuk pada aliran air masuk konstan.

Berdasarkan perhitungan percobaan didapat hubungan antara temperatur air masuk konstan dengan variasi laju alir masuk menara, sehingga didapat persamaan NTU = 4,00184E+26 (L/Ga) -11,823005 dengan persentase kesalahan rata-rata sebesar 5,1485%. Sedangkan Berdasarkan variasi temperatur air masuk menara terhadap laju alir konstan, diperoleh persamaan NTU = 6,353E-13 +26 (L/Ga)6,127275469dengan persentase kesalahan rata-rata sebesar 4,3717 %.

(9)

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Dalam industri kimia, air pendingin sangat dibutuhkan sebagai media pengambil panas fluida yang terjadi di dalam suatu heat exchanger, atau yang lebih spesifik disebut dengan cooler. Pertukaran panas tersebut menyebabkan air dingin mengalami perubahan temperatur, dimana temperatur air pendingin tersebut menjadi naik karena panas yang dibawa oleh suatu fluida diserap oleh air. Air yang mengalami perubahan temperatur tersebut tidak dapat langsung digunakan kembali sebagai pendingin dan juga tidak dapat di buang ke sungai maupun ke lingkungan yang disebabkan oleh temperatur air yang dibuang masih sangat tinggi dan tidak memenuhi syarat Analisa Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL).

Untuk mengatasi itu perlu dilakukan suatu proses pendingin untuk menurunkan temperatur air tersebut sehingga dapat digunakan kembali sebagai pendingin. Proses pendinginan air tersebut dapat dilakukan dalam suatu tower pendingin. Proses pendinginan air tersebut dapat dilakukan didalam suatu tower pendingin yang disebut cooling tower. Dimana proses pendinginan dapat terjadi dengan bantuan udara luar serta alat untuk mempercepat pendinginan tersebut, yang biasa digunakan dalam industri kimia adalah kipas. Penggunaan teknologi cooling tower dewasa ini dirasakan sangat penting dalam tiap industri dalam rangka efisiensi dan konservasi energi. Oleh karena itu, pemahaman tentang prinsip kerja atau operasi cooling tower sangat diperlukan.

Meskipun biasanya para operator tidak merancang sendiri menara pendingin, tetapi pengetahuan tentang sistem proses seluk beluk menara pendingin itu sendiri. Selain itu seorang operator harus menetapkan sendiri jumlah air yang digunakan untuk mengganti air yang hilang karena penguapan dalam proses pendinginan. Percobaan ini bertujuan mencari

(11)

faktor dan banyaknya air yang menguap pada proses pendinginan mengingat betapa pentingnya faktor karakteristik menara pendingin dan jumlah air yang menguap.

I.2 Tujuan Percobaan

1. Mempelajari pelajari karakteristik menara atau kolom yaitu bilangan satuan transfer unit keseluruhan (Ntu), faktor bahan isian (m) dan eksponensial (n).

2. Mempelajari pengaruh kenaikan temperatur air masuk menara terhadap bilangan transfer unit keseluruhan (Ntu).

3. Mempelajari pengaruh L/Ga terhadap Ntu. I.3 Tinjauan Pustaka

Menara pendingin adalah suatu menara yang digunakan untuk mendinginkan air pendingin yang telah menjadi panas pada proses pendinginan, sehingga air pendingin yang telah dingin itu dapat digunakan untuk proses pendinginan selanjutnya.

Adapun prinsip umum kerja dalam cooling tower adalah kontak langsung antara permukaan air dengan udara kering. Apabila air panas berkontak dengan udara yang lebih dingin maka air akan mengalami penurunan temperatur (pendinginan). Penurunan temperatur ini disebabkan oleh penguapan sebagian dari cairannya dan kehilangan panas sensibelnya, sebaliknya udara akan menjadi panas dan mengalami pelembaban (Hardjono, 1989).

Dalam menara pendingin, aliran air panas didinginkan dengan merubah panas laten dan panas sensible uap air dengan aliran udara kering pada arus yang berlawanan. Air panas dimasukkan dari atas menara dan dikeluarkan dari bagian dasar menara. Aliran udara mengalir secara

counter current terhadap aliran air. Pada bagian atas menara panas

ditransfer dari air panas ke udara, temperatur air lebih tinggi daripada lapisan antar muka pada film gas-cair (interface) dan temperatur interface

(12)

biasanya lebih tinggi daripada temperatur udara. Panas sensibel ini dipindahkan dari air ke udara. Pada bagian dasar menara temperatur air dan interface, keduanya lebih rendah daripada udara dengan panas sensibel ditransfer cairan dan udara ke interface dimana diserap sebagai panas laten dalam proses penguapan air (Brown, 1978).

Muatan panas (air panas) pada bagian atas kolom dinyatakan dengan cara yang sama sebagai L (lb/jam.ft2). Umumnya kita dapat menyatakan suplai air make up sebagai Lo (lb/jam.ft2) dari air. Jika Q adalah kecepatan panas (Btu/jam) lewat kondensor, maka kita dapat mendefinisikan muatan panas per ft2 sebagai q/A, di mana A adalah luas area aliran dalam menara pendingin (Kern, D.Q., 1989).

Gambar 1. Prinsip kerja menara pendingin

Neraca energi sekitar sistem untuk harga udara hasil pendinginan adalah : Q + Lo . Cp . To = G ( H2–H1 ) ... ( 1 ) Persamaan ini menggunakan temperatur referensi pada oF udara kering, dengan panas uap masuk dalam lb udara kering (Kern, D.Q., 1989).

(13)

Neraca energi untuk komposisi air :

Q = L. Cp ( T1–T2 ) + Lo . Cp ( T2– To ) ……….... ( 2 ) Kombinasi dari kedua persamaan diatas adalah :

Cp . T1 . ( H2-H1 ) = L . ( T1– T2 ) + Lo . Cp . T2…………...….. ( 3 ) Maka jumlah air make up untuk mengganti penguapan adalah :

Lo = G ( X2– X1 )………...….. ( 4 ) Dalam menara pendingin, udara pendingin digunakan untuk mendinginkan air panas. Air yang telah lewat kolom, temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara kering masuk, tetapi tidak akan lebih rendah daripada temperatur bola basah udara masuk.

Dalam daerah teratas dari kolom, air panas mula-mula berkontak dengan udara kering yang lebih dingin dari air panas. Dapat dinyatakan juga sebagai penurunan total kuantitas air atau penguapan. Entalpi air total atau pertambahan entalpi campuran udara adalah setara.

dq = d ( L.Cp . T ) = G . dH………...………...( 5 ) Muatan udara yang melewati menara pendingin adalah tetap karena dinyatakan dalam basis udara kering. Tetapi muatan air tidak persis konstan karena ada yang hilang oleh penguapan dengan nilai yang lebih kecil dari sirkulasi (2%), maka dapat diasumsikan harga L adalah konstan (Kern, D.Q., 1989).

d ( L .Cp .T ) = L .Cp .dT ... ( 6 ) L .Cp .dT = G .dH ... ( 7 ) Menurut Lewis dalam sistem campuran udara dan air persamaannya dapat dinyatakan sebagai berikut :

L .Cp .dT– G .dH = k ( H’ –H ) a .dV ... ( 8 ) Dari persamaan ( 8 ) didapat :

... ( 9 )

(14)

Data-data dalam menara pendingin sering digambarkan dalam bentuk k.a. K/L Vs L/G untuk variasi temperatur cooling tower .

Hubungan antara NTU dengan L/Ga dapat didekati dengan persaman polinomial yaitu:

y = ax2+ bx + c y = NTU

x = L/Ga

Media Pendingin

Di dalam suatu proses pendinginan air panas hasil proses diperlukan media pendingin yang sangat efektif dan efisien. Di dalam menara pendingin, untuk proses pendinginan biasanya menggunakan media pendingin yang dapat mendinginkan zat panas yang ingin kita dinginkan, biasanya mempunyai nilai panas laten dan sensibel yang besar, agar zat panas tersebut cepat dingin atau berubah fasanya dengan temperatur yang lebih kecil sehingga memudahkan proses.

Media pendingin yang biasa digunakan adalah: 1. Udara 2. Air : a. Air laut b. air 3. Refrigerant : a. Dowtherm b. Freon c. NH3 d. Propanol e. Brine

Media pendingin yang biasanya digunakan dalam industri adalah udara, hal ini disebabkan :

1. Murah dan mudah didapat 2. Bebas dari bahan korosi

(15)

3. Tidak memerlukan treatment yang rumit seperti treatment dalam penggunaan air

4. Pendirian suatu industri dapat dilakukan dimana saja, tidak tergantung letak sumber air pendingin

5. Tidak memerlukan pemasangan instalasi pipa seperti halnya jika menggunakan pendingin air

Di dalam menara pendingin terdapat bahan isian, dimana bahan isian ini berfungsi untuk memperbesar permukaan bidang kontak antara permukaan air panas yang akan didinginkan dengan udara dingin yang dihembuskan dalam menara secara searah atau berlawanan arah(Treybal, 1968).

Dengan adanya bahan isian ini maka transfer panas dan transfer massa antara air dengan udara dapat berjalan dengan maksimal, sehingga penurunan temperatur dapat berjalan dengan cepat.

Untuk itu bahan isian yang digunakan untuk mempercepat pendinginan harus mempunyai sifat–sifat, diantaranya :

1. Mempunyai permukaan bidang kontak yang luas. 2. Mempunyai sifat pembasahan yang baik.

3. Mempunyai volume rongga yang besar.

4. Tahan terhadap panas, korosi dan reaksi kimia. 5. Murah dan mudah didapat.

(16)

BAB II

PELAKSANAAN PERCOBAAN

II.1 Bahan-bahan

1. Air, yang dialirkan dari kran 2. Udara, yang berasal dari blower II.2 Alat

Gambar 2. Rangkain alat cooling tower Keterangan gambar :

1. Tangki air panas 7. T dry

2. Pompa 8. T wet

3. Keranpengaturrotameter 9. T air keluarmenara

4. Rotameter 10. Baskom air

5. Menarakolomisian 11. Kompor

(17)

II.3 Cara Kerja

1. Memeriksa rangkaian alat.

2. Mengamati dan mencatat suhu yang terbaca pada termometer bola basah (Twm) dan termometer bola kering (Tdm).

3. Mengisi tangki air panas dengan air dan menyalakan heater sampai dicapai temperatur yang ditentukan kemudian heater dimatikan.

4. Menyalakan pompa dan blower secara bersamaan.

5. Mengatur skala rotameteryang telah ditentukan sampai keadaan rotameter stabil.

6. Memastikan temperatur air pada tangki air panas tetap, bila terjadi penurunan suhu kemudian heater dinyalakan.

7. Setelah semua keadaan konstan dan berada pada kondisi yang ditentukan kemudian mencatat:

a. Suhu bola basah (Twet) b. Suhu bola kering (Tdry) c. Suhu air keluar menara (T2)

8. Mengulangi langkah 3-7 untuk variasi suhu air (oC) di dalam tangki air panas.

9. Mengulangi langkah percobaan tersebut untuk variasi temperatur masuk menara pendingin yang berada sebagai variabel peubah kedua.

(18)

BAB III

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

Kecepatan aliran fluida (G) : 360 cm3/detik

Diameter kolom : 39,17 cm

Tinggi badan isian : 52 cm

Diameter pipa adalam aliran : 1,7 cm

T wet masuk (Twm) : 31 ͦC

T dry masuk (Tdm) : 35 ͦC

III.1 Variasi laju alir air masuk menara T1konstan

Tabel 1. Variasi laju air masuk menara (L) pada temperatur air masuk (T1) menara (T) konstan No. Kecepatan Air (L) CFM Suhu Air Masuk (ͦ C) Suhu Air Keluar (ͦ C) Udara Keluar Tw (ͦ C) Td (ͦ C) 1 2 56 36 33 36 2 3 56 38 33 36 3 4 56 39 33 36 4 5 56 41 33 36 5 6 56 42 33 36

(19)

Dari percobaan Cooling Tower, maka diperoleh grafik hubungan antara Ntu dengan L/Ga :

Gambar 3. Hubungan L/Ga dengan Ntu

Dari data yang diperoleh pada variasi laju alir masuk menara(L) pada temperatur air masukmenara (T) konstandapat dilihat bahwa semakin besar laju alir masuk menara maka temperatur air keluar menara akan semakin besar. Hal ini disebakan karena semakin besar laju alir(L), waktu kontak antara air dan udara kering semakin sedikit sehingga jumlah panas yang ditransfer ke udara semakin kecil, sehingga temperatur air yang keluar menara semakin besar, begitu juga sebaliknya. Sedangkan dari hubungan L/Ga dengan NTU pada variasi laju alir masuk menara (L) menunjukan bahwa semakin besar nilai L/G maka nilai NTU semakin kecil. Hal ini disebabkan karena hubungan Ntu dengan L adalah berbanding terbalik. y = 0,157e-3E-04x R² = 0,9779 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,090,1 0,0 2000,0 4000,0 6000,0 8000,0 N TU L/Ga NTU Expon. (NTU)

(20)

III.2 Variasi suhu masuk menara (T1) pada laju (L) konstan

Tabel 2. Variasi suhu air masuk menara pada laju aliran air masuk menara

B e

Dari hasil data percobaan pada variasi suhu air masuk menara, maka diperoleh grafik hubungan antara T1 dan Ntu :

Gambar 4. Hubungan suhu air masuk menara (T1) dengan Ntu Berdasarkan hasil data percobaan pada variasi temperatur masuk menara dapat dilihat bahwa,semakin besar temperatur air panas yang masuk maka, semakin besar pula temperatur air keluar menara. Hal ini disebabkan karena semakin besar laju alir, waktu kontak antara air dengan udara kering semakin sedikit,sehingga jumlah panas yang ditransfer ke udara semakin sedikit, sehingga temperatur suhu air keluar menara semakin besar. y = 9E-05e0,1049x R² = 0,9963 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 20 40 60 80 N TU T masuk (o_C) NTU Expon. (NTU) No. Kecepatan Air (L) CFM Suhu Air Masuk (ͦ C) Suhu Air Keluar (ͦ C) Udara Keluar Tw (ͦ C) Td (ͦ C) 1 2,5 69 7 33 36 2 2,5 64 38 33 36 3 2,5 59 40 33 37 4 2,5 54 41 34 37 5 2,5 49 41 34 37

(21)

Tetapi pada data keempat dan kelima suhu air keluar menara temperaturnya tidak berubah, hal itu disebabkan karena air panas pada tangki tersebut memiliki suhu yang tidak merata secara keseluruhan sehingga menimbulkan perubahan transfer panas yang tidak merata.

(22)

BAB IV

KESIMPULAN

1. Dari hasil percobaan, maka diperoleh persamaan karakteristik menara untuk laju aliran air masuk menara pendingin pada temperatur air masuk konstan adalah Ntu = 4,00184E+26 (L/Ga) -11,823005dengan persentase kesalahan rata-rata sebesar 5,1485%.

2. Dari hasil percobaan, maka diperoleh persamaan karakteristik menara untuk temperatur air masuk menara pendingin pada laju alir air masuk konstan adalah Ntu = 6,353E-13 +26 (L/Ga) 6,127275469dengan persentase kesalahan rata-rata sebesar 4,3717%.

3. Semakin besar nilai Ntu, maka karakteristik menara atau kolom semakin baik begitu pun sebaliknya, semakin kecil Ntu, maka karakteristik menara atau kolom semakin buruk.

(23)

DAFTAR PUSTAKA

Brown, G.G., 1978, “Unit Operation“, Fourteenth Printing, John Wiley and Sons, New York.

Hardjono, 1989, “Operasi Teknik Kimia II”, Teknik Kimia UGM, Yogyakarta. Kern, D.Q., 1965, “Process Heat Transfer”, Mc Graw Hill Book Company, Inc.,

Japan.

Perry, R.H., 1984, “Chemical Engineer’s Handbook”, 6th edition, Mc Graw Hill Book Company, Inc., New York .

Treybal, R.E., 1984, “Mass – Transfer Operation”, 2nd edition, Mc Graw Hill Book Company, Inc., New York.

(24)

LAMPIRAN

PERHITUNGAN

1. Variasi Laju Air Masuk Menara (L) Pada Temperatur Air Masuk (T1) Konstan

a. Mengitung harga (L/Ga) 1. Menghitung harga Ga

Twm = 310C = 87,80F

G = 360 cm3/detik = 0,7628 ft3/menit Dk = 39,17 cm = 1,2851 ft

Mencari harga Vs pada Tw = 87,8 0F dengan cara interpolasi dari table 12-1Perry Chemical Enginer’s Handbook:

Tw = 860F, harga Vs = 14,354 ft3udara/lb udara kering Tw = 880F, harga Vs = 14,448 ft3udara/lb udara kering

14,448 ft3udara/lb udara kering

Vs ft3udara/lb udara kering

14,354 ft3udara/lb udara kering 880F 87,80F 860F

( 14,448 - Vs ) ft3udara/lb udara kering = ( 88–87,8 )0F ( 14,448–14,354 ) ft3udara/lb udara kering ( 88–86)0F (14,448–Vs) ft3udara/lb udara kering = 0,1 ( 0,094 ) ft3udara/lb udara kering

(25)

Jadi berat udara kering tiap ft3udara (ρ) adalah : ρ= s v 1 = 14,4386 1

= 0,069258 lb udara kering/ ft3udara Ak = ¼.П. Dk2 = ¼ . 3,14 . (1,2851)2 = 1,296413 ft2 Ga = G . = 0,7628 ft3/menit . , / , = 0,040751

Harga Ga ini sama untuk setiap data. 2. Menghitung harga L

Untuk data no.1 Q = 2 ft3/menit Dk = 39,17 cm = 1,2851 ft ρair pada 56ᵒC = 985,219 kg/m3= 61,50722 lb/ ft3 Ak = ¼ .П. Dk2 = ¼ . 3,14 . ( 1,2851ft )2 = 1,296413 ft2 M = ρair . Q = 61,50722 lb/ ft3. 2 ft3/menit = 123,0144 lb/menit L = Ak M = 94,8883 menit ft lb 2 Sehingga : Ga L = 040751 , 0 94,8883 = 2328,4961

(26)

Dengan cara yang sama dihitung L/Ga untuk data no.2 sampai dengan no.5 didapat hasil :

Tabel 5. Hubungan antara Q, M, L, dan L/Ga

b. Mencari harga NTU NTU = V Ka =

_∫

2 1 T T ' H) (H dT

Harga NTU dicari dengan cara Integrasi Numerik. Untuk data no.1 :

T1= 560C = 132,80F T2= 360C = 96,80F Untuk mencari harga

(H'-H) 1

, T1sampai T2dibagi menjadi 10 interval.

∆T = 10 T -T₁ ₂ = , , = 3,60F

Untuk mencari H’ pada tiap-tiap suhu digunakan table 12-1 Perry’s

Chemical Engineering Handbook.

Harga H untuk suhu 96,8 0F adalah sama dengan harga entalpi uap jenuh pada suhu 87,80F yaitu dengan interpolasi harga H

Q M L Ga L/Ga 2 123,01444 94,8883 0,0407509 2328,4961 3 184,52166 142,3325 0,0407509 3492,7441 4 246,02888 189,7766 0,0407509 4656,9922 5 307,5361 237,2208 0,0407509 5821,2402 6 369,04332 284,6649 0,0407509 6985,4883

(27)

88 87,8 86 53,23 X 50,66 , = _, , _, , = ,_, 0,257=53,23-X X=52,973

Untuk menghitung H pada suhu 100,4ᵒF digunakan rumus : H100,4= H96,8+ (L/Ga)∆T

H100,4= 52,973 + ( 2328,4961)( 3,60F) = 8435,5589 BTU/lb udara kering

(28)

Dengan cara yang sama akan didapatkan hasil

 Data 1

Tabel 6. Hubungan suhu dengan entalpi pada L= 2 ft3/menit

NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU =0,089298398 T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 96,8 3,6 66,2440 52,973 0,07535227 y0 100,4 3,6 72,4680 8435,5589 -0,0001196 y1 104 3,6 79,3100 16818,1448 -5,974E-05 y2 107,6 3,6 86,8920 25200,7307 -3,982E-05 y3 111,2 3,6 95,2440 33583,3166 -2,986E-05 y4 114,8 3,6 104,4780 41965,9025 -2,389E-05 y5 118,4 3,6 114,6760 50348,4884 -1,991E-05 y6 122 3,6 125,9800 58731,0743 -1,706E-05 y7 125,6 3,6 138,6400 67113,6602 -1,493E-05 y8 129,2 3,6 152,6600 75496,2461 -1,327E-05 y9 132,8 3,6 168,5700 83878,832 -1,195E-05 y10

(29)

 Data 2

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 100,4 3,24 72,468 52,9730 0,0512952 y0 103,64 3,24 78,6098 11369,4640 -8,857E-05 y1 106,88 3,24 85,3296 22685,9549 -4,425E-05 y2 110,12 3,24 92,6304 34002,4459 -2,949E-05 y3 113,36 3,24 100,6684 45318,9369 -2,211E-05 y4 116,6 3,24 109,449 56635,4278 -1,769E-05 y5 119,84 3,24 119,0536 67951,9188 -1,474E-05 y6 123,08 3,24 129,6628 79268,4098 -1,264E-05 y7 126,32 3,24 141,332 90584,9007 -1,106E-05 y8 129,56 3,24 154,118 101901,3917 -9,828E-06 y9 132,8 3,24 168,42 113217,8827 -8,846E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU =0,054649396

(30)

 Data 3

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 102,2 3,06 75,809 52,9730 0,04379051 y0 105,26 3,06 81,8993 14303,3690 -7,032E-05 y1 108,32 3,06 88,4928 28553,7651 -3,513E-05 y2 111,38 3,06 95,6796 42804,1611 -2,341E-05 y3 114,44 3,06 103,5024 57054,5571 -1,756E-05 y4 117,5 3,06 112,0275 71304,9532 -1,405E-05 y5 120,56 3,06 121,3432 85555,3492 -1,17E-05 y6 123,62 3,06 131,5042 99805,7452 -1,003E-05 y7 126,68 3,06 142,718 114056,1413 -8,779E-06 y8 129,74 3,06 154,847 128306,5373 -7,803E-06 y9 132,8 3,06 168,42 142556,9333 -7,023E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,044104356

(31)

 Data 4

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 105,8 2,7 83,0090 52,9730 0,03329338 y0 108,5 2,7 88,9050 15770,3216 -6,377E-05 y1 111,2 2,7 95,2440 31487,6701 -3,185E-05 y2 113,9 2,7 102,0535 47205,0187 -2,123E-05 y3 116,6 2,7 109,4490 62922,3673 -1,592E-05 y4 119,3 2,7 117,4120 78639,7158 -1,274E-05 y5 122 2,7 125,9800 94357,0644 -1,061E-05 y6 124,7 2,7 135,5110 110074,4130 -9,096E-06 y7 127,4 2,7 145,4900 125791,7615 -7,959E-06 y8 130,1 2,7 156,6725 141509,1101 -7,075E-06 y9 132,8 2,7 168,4200 157226,4586 -6,367E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,029514437

(32)

 Data 5

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 107,6 2,52 86,8920 52,9730 0,029482 y0 110,12 2,52 92,6304 17656,4034 -5,694E-05 y1 112,64 2,52 98,8216 35259,8338 -2,844E-05 y2 115,16 2,52 105,4536 52863,2642 -1,895E-05 y3 117,68 2,52 112,5432 70466,6946 -1,421E-05 y4 120,2 2,52 120,1840 88070,1250 -1,137E-05 y5 122,72 2,52 128,4352 105673,5554 -9,475E-06 y6 125,24 2,52 137,3260 123276,9857 -8,121E-06 y7 127,76 2,52 146,8760 140880,4161 -7,106E-06 y8 130,28 2,52 157,1320 158483,8465 -6,316E-06 y9 132,8 2,52 168,4200 176087,2769 -5,684E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,024390227

c. Mencari Ntu hitung dengan persamaan garis Rumus : NTU = m(L/Ga)n

Log NTU =log m + n log (L/Ga)

Persamaan ini identik dengan persamaan garis lurus y = a + bx, dimana:

Y = log NTU b = n

a = log m x = log(L/Ga)

(33)

Harga m dan n dicari dengan persamaan Least Square : Tebel 11. Harga m dan n

No L/Ga NTU log NTU (y) log L/Ga

(x) x.y x^2 1 2328,4961 0,0892984 -1,04915633 2,09480203 -2,4356425 4,388195554 2 3492,7441 0,0546494 -1,26241464 2,27089329 -3,1502393 5,15695634 3 4656,9922 0,04410436 -1,35551851 2,39583203 -3,5211912 5,740011106 4 5821,2402 0,02951444 -1,5299655 2,49274204 -4,1647981 6,213762882 5 6985,4883 0,02439023 -1,61278416 2,57192329 -4,5132822 6,614789394 Σ -6,80983914 11,8261927 -17,785153 28,11371528 y = n.a + b.x xy = ax + bx2 -6,809839143 = 5a + 11,8261927b . 11,8261927 -17,78515325 = 11,8261927a + 28,1137153b . 5 -80,53446982 = 59,1309634a + 139,858833b -88,92576623 = 59,1309634a + 140,568576b 8,39129641 = -0,7097431b b = -11,823005 a = 26,6022599 Log m = a m = 10a= 4,00184E+26 Sehingga didapat persamaan :

NTU = m (L/Ga)n

(34)

% Kesalahan = Ydata Yhitung -Ydata x 100%

Tabel 12. Peresen Kesalahan Variasi Laju Alie Air Masuk (L) Pada Suhu Air Masuk (L) Konstan

No NTU data NTU hitung %kesalahan 1 0,0687531 0,06999469 1,8059% 2 0,04099919 0,04241417 3,4512% 3 0,03390663 0,02972719 12,3263% 4 0,02134176 0,02256447 5,7292% 5 0,01758621 0,01801357 2,4300% Σ 25,7427% % Kesalahan rata-rata = , =5,1485%

Diperoleh grafik hubungan antara Ntu dengan (L/Ga) sebagai berikut:

Gambar 5. Hubungan antara L/Ga dengan NTU

y = 0,157e-3E-04x R² = 0,9779 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,090,1 0,0 2000,0 4000,0 6000,0 8000,0 N TU L/Ga NTU Expon. (NTU)

(35)

2. Variasi suhu air masuk menara (T1) pada laju aliran air masuk menara (L) konstan

a. Menghitung harga (L/Ga) 1. Menghitung harga Ga

Twm = 310C = 87,80F

G = 360 cm3/detik = 0,7628 ft3/menit Dk = 39,17 cm = 1,2851 ft

Mencari harga Vs pada Tw = 87,80F dengan cara interpolasi dari table 12-1Perry Chemical Enginer’s Handbook:

Tw = 860F, harga Vs = 14,354 ft3udara/lb udara kering Tw = 880F, harga Vs = 14,448 ft3udara/lb udara kering

14,448 ft3udara/lb udara kering

Vs ft3udara/lb udara kering

14,354 ft3udara/lb udara kering 880F 87,80F 860F

( 14,448 - Vs ) ft3udara/lb udara kering = ( 88–87,8 )0F ( 14,448–14,354 ) ft3udara/lb udara kering ( 88–86)0F (14,448–Vs) ft3udara/lb udara kering = 0,1

( 0,094 ) ft3udara/lb udara kering Vs = 14,4386 ft3udara/lb udara kering

Jadi berat udara kering tiap ft3udara (ρ) adalah : ρ= s v 1 = 14,4386 1

(36)

Ak = ¼.П. Dk2 = ¼ . 3,14 . (1,2851)2 = 1,296413 ft2 Ga = G . Ga= 0,7628 ft3/menit . , / , Ga=0,040751 .

Harga Ga ini sama untuk setiap data. 2. Menghitung harga L

untuk data no.1 Diketahui : Q = 2,5 ft3/menit Dk = 39,17 cm = 1,2851 ft ρ air pada 69ᵒF = 978,339 kg/m3. 2,2 lbm/kg . (0,3048 m/ft)3 = 61,077703 lbm/ft3 Ak = ¼.П. Dk2 = ¼ . 3,14 . (1,2851)2 = 1,296413 ft2 M = ρair . Q = 61,077703 lbm/ft3. 2,5 ft3/menit = 152,694258 lbm/menit L = = , / , =117,7821092 lbm/ft 2 . menit = , , =2890,294673

(37)

Dengan cara yang sama dihitung L/Ga untuk data no.2 sampai dengan no.5 didapat hasil :

Tabel 13. Data L dan (L/Ga)

No M L Ga L/Ga 1 152,694258 117,7821092 0,0407509 2890,294673 2 153,124713 118,1141446 0,0407509 2898,4426 3 153,53285 118,4289652 0,0407509 2906,168088 4 153,917575 118,7257263 0,0407509 2913,450409 5 154,277795 119,0035853 0,0407509 2920,268884

b. Mencari harga NTU



_   ) ' ( . H H dT L V Ka Ntu

Harga NTU dicari dengan cara Integrasi Numerik. Untuk data no.1 :

T1= 690C = 156,20F T2= 370C = 98,60F Untuk mencari harga

(H'-H) 1

, T1sampai T2dibagi menjadi 10 interval.

∆T = 10 T -T₁ ₂ = , , = 5,760F

Untuk mencari H’ pada tiap-tiap suhu digunakan table 12-1Perry’s

Chemical Engineering Handbook.

Harga H untuk suhu 98,6 0F adalah sama dengan harga entalpi uap jenuh pada suhu 87,80F yaitu dengan interpolasi harga H

(38)

88 87,8 86 53,23 X 50,66 , = _, , _, , = ,_, 0,257=53,23-X X=52,973

Untuk menghitung H pada suhu 100,4ᵒF digunakan rumus : H104,36= H98,6+ (L/Ga)∆T

H104,36= 52,973 + (2890,2947)(5,760F) = -6,01648E-05BTU/lb udara kering

(39)

Dengan cara yang sama akan didapatkan hasil

 Data 1

Tabel 14. Hubungan suhu dengan entalpi pada T = 690F

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 98,6 5,76 69,28 52,973 0,061323358 y0 104,36 5,76 80,0498 16701,07031 -6,01648E-05 y1 110,12 5,76 92,6304 33349,16763 -3,00693E-05 y2 115,88 5,76 107,4048 49997,26494 -2,00442E-05 y3 121,64 5,76 124,8208 66645,36226 -1,5033E-05 y4 127,4 5,76 145,49 83293,45957 -1,20268E-05 y5 133,16 5,76 170,094 99941,55688 -1,00229E-05 y6 138,92 5,76 199,598 116589,6542 -8,5918E-06 y7 144,68 5,76 235,292 133237,7515 -7,51866E-06 y8 150,44 5,76 279,062 149885,8488 -6,68419E-06 y9 156,2 5,76 333,17 166533,9461 -6,01682E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9) NTU = 0,11683535

(40)

 Data 2

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 100,4 4,68 72,468 52,973 0,051295204 y0 105,08 4,68 81,5294 13617,68437 -7,38762E-05 y1 109,76 4,68 91,7904 27182,39574 -3,69132E-05 y2 114,44 4,68 103,5024 40747,10711 -2,46041E-05 y3 119,12 4,68 116,8648 54311,81848 -1,84519E-05 y4 123,8 4,68 132,118 67876,52985 -1,47614E-05 y5 128,48 4,68 149,744 81441,24122 -1,23014E-05 y6 133,16 4,68 170,094 95005,95259 -1,05445E-05 y7 137,84 4,68 193,56 108570,664 -9,22704E-06 y8 142,52 4,68 221,054 122135,3753 -8,20248E-06 y9 147,2 4,68 253,34 135700,0867 -7,38298E-06 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU= 0,07911738

(41)

 Data 3

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 104 3,42 79,31 52,973 0,037969397 y0 107,42 3,42 86,5014 9992,067862 -0,000100953 y1 110,84 3,42 94,3728 19931,16272 -5,04114E-05 y2 114,26 3,42 103,0146 29870,25759 -3,3594E-05 y3 117,68 3,42 112,5432 39809,35245 -2,51909E-05 y4 121,1 3,42 123,082 49748,44731 -2,0151E-05 y5 124,52 3,42 134,698 59687,54217 -1,67918E-05 y6 127,94 3,42 147,569 69626,63704 -1,43928E-05 y7 131,36 3,42 161,884 79565,7319 -1,25938E-05 y8 134,78 3,42 177,861 89504,82676 -1,11948E-05 y9 138,2 3,42 195,53 99443,92162 -1,00757E-05 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,04238383

(42)

 Data 4

T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 105,8 2,34 83,009 52,973 0,033293381 y0 108,14 2,34 88,0806 6870,446958 -0,000147441 y1 110,48 2,34 93,5016 13687,92092 -7,35596E-05 y2 112,82 2,34 99,2833 20505,39487 -4,90049E-05 y3 115,16 2,34 105,4536 27322,86883 -3,67412E-05 y4 117,5 2,34 112,0275 34140,34279 -2,93873E-05 y5 119,84 2,34 119,0536 40957,81675 -2,44865E-05 y6 122,18 2,34 126,5938 47775,29071 -2,09869E-05 y7 124,52 2,34 134,698 54592,76467 -1,83628E-05 y8 126,86 2,34 143,411 61410,23862 -1,6322E-05 y9 129,2 2,34 152,66 68227,71258 -1,46897E-05 y10 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,02506905

(43)

 Data 5

D a t a 5 NTU = 3 T Δ (yo+y10+4(y2+y4+y6+y8)+2(y1+y3+y5+y7+y9)) NTU = 0,01508197

c. Mencari Ntu hitung dengan persamaan garis Rumus : NTU = m(L/Ga)n

Log NTU =log m + n log (L/Ga)

Persamaan ini identik dengan persamaan garis lurus y = a + bx, dimana: Y = log NTU b = n a = log m x = log(L/Ga) T (ᵒF) ΔT (ᵒF) H' H 1/(H'-H) Y 105,8 1,44 83,009 52,973 0,033293381 y0 107,24 1,44 86,1108 4258,160193 -0,00023969 y1 108,68 1,44 89,3172 8463,347387 -0,000119417 y2 110,12 1,44 92,6304 12668,53458 -7,95171E-05 y3 111,56 1,44 96,1152 16873,72177 -5,96033E-05 y4 113 1,44 99,745 21078,90897 -4,76663E-05 y5 114,44 1,44 103,5024 25284,09616 -3,97131E-05 y6 115,88 1,44 107,4048 29489,28335 -3,40346E-05 y7 117,32 1,44 111,5118 33694,47055 -2,9777E-05 y8 118,76 1,44 115,7704 37899,65774 -2,64663E-05 y9 120,2 1,44 120,184 42104,84493 -2,38182E-05 y10

(44)

Harga m dan n dicari dengan persamaan Least Square : Tebel 19. Harga m dan n

No T masuk NTU log NTU (y) log T masuk

(x) x.y x^2 1 69 0,116835346 -0,93242575 1,838849091 -1,71459024 3,381366 2 64 0,07911738 -1,1017281 1,806179974 -1,98991923 3,2622861 3 59 0,042383829 -1,37279981 1,770852012 -2,43102531 3,1359168 4 54 0,025069049 -1,60086214 1,73239376 -2,77332358 3,0011881 5 49 0,015081971 -1,8215419 1,69019608 -3,07876298 2,8567628 Σ -6,82935771 8,838470916 -11,9876213 15,63752 y = n.a + b.x xy = ax + bx2 -6,82935771 = 5a + 8,838470916b . 8,838470916 -11,9876213 = 8,838470916a + 15,63751985b . 5 -60,3610795 = 44,19235458a + 78,11856814b -59,9381067 = 44,19235458a + 78,18759926b -0,42297271 = -0,06903112b b = 6,127275469 a = -12,1970207 Log m = a m = 10a= 6,353E-13

Sehingga didapat persamaan : NTU = m (L/Ga)n

(45)

% Kesalahan = Ydata Yhitung -Ydata x 100%

Tabel 20. Peresen Kesalahan Variasi Suhu Air Masuk (T1) Pada Laju Alir Air Masuk (L) Konstan

No NTU data NTU hitung %kesalahan 1 0,11683535 0,117520648 0,5866% 2 0,07911738 0,074121039 6,3151% 3 0,04238383 0,045027449 6,2373% 4 0,02506905 0,026171767 4,3987% 5 0,01508197 0,014430329 4,3207% Σ 21,8584% % Kesalahan rata-rata = , =4,3717%

Diperoleh grafik hubungan antara Ntu dengan (L/Ga) sebagai berikut:

Gambar 6. hubungan antara L/Ga dengan NTU

y = 9E-05e0,1049x R² = 0,9963 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 20 40 60 80 N TU T masuko_C NTU Expon. (NTU)

(46)

PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Indah Retno Wulansary :

Apakah yang dimaksud dengan Ntu ? Jawaban :

Ntu (Number of transfer unit) adalah angka yang menunjukan nilai transfer unit keseluruhan dari suatu menara, dalam hal ini adalah transfer massa dan panas dari air panas kepada udara dingin yang menyebabkan massa air berubah.

2. Kiagus Ekri Wibisono :

Apakah perbedaan antara menara pendingin alami (Natural Draft) dengan menara pendingin mekanik (Mechanical-Draft) ?

Jawaban :

a) Menara pendingin alami (Natural draft)

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

(47)

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 aliran angin alami lebih sering digunakan karena mempunyai keunggulan-keunggulan sebagai berikut:

1. Memiliki konstuksi 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.

b) Menara Pendingin Mekanik ( Mechanical-Draft)

Pada menara pendingin aliran angin mekanik, udara mengalir karena adanya satu atau beberapa kipas (fan) yang digerakkan secara mekanik. Fungsi kipas di sini adalah untuk mendorong udara

(forced-draft) atau menarik udara melalui menara (induced-(forced-draft) yang

(48)

3. Bagas :

Apakah dalam suatu industri memerlukan menara pendingin? Jawaban :

Ya sangat memerlukan, karena dalam suatu industri sangat diperhitungkan efisiensi penggunaan energi, bahan, dan dampak yang ditimbulkan industri. Dimana Air yang mengalami perubahan temperatur tersebut tidak dapat langsung digunakan kembali sebagai pendingin dan juga tidak dapat di buang ke sungai maupun ke lingkungan yang disebabkan oleh temperatur air yang dibuang masih sangat tinggi dan tidak memenuhi syarat Analisa Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL). Sehingga air pendingin tersebut yg telah berubah temperaturnya harus didinginkan terlebih dahulu dalam cooling tower agar bisa dimanfaatkan kembali untuk mendinginkan.