PENELITIAN KINERJA INDUCED DRAFT COOLING
TOWER DENGAN POTONGAN PIPA PVC Ø 1 INCI
SEBAGAI FILLING MATERIAL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DIAN MORFI NASUTION
NIM. 050401105
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya serta nikmat kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW, contoh tauladan dalam kehidupan ini.
Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih adalah dalam bidang Termodinamika Teknik dengan
judul "PENELITIAN KINERJA INDUCED DRAFT COOLING TOWER
DENGAN POTONGAN PIPA PVC Ø 1 INCI SEBAGAI FILLING
MATERIAL".
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta, (Ayah) Mora Oloan Nasution, BA dan (Ibu) Friatni Hastuti yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi, dan nasihat yang tak ternilai harganya. Serta kepada adik-adik, yaitu Aulia Morfi Nasution, Aji Muthahari Morfi Nasution, dan Eprin Bahar Nasution.
2. Bapak Ir. H. M. Yahya Nasution, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
3. Bapak Ir. Zamanhuri, MT yang juga banyak membantu dalam penelitian ini dalam perancangan water heater.
4. Bapak Dr. Armansyah Ginting, M.Eng (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap Staf dan Jajarannya.
5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
7. Bapak Abdul Hadi, SE. Msi
8. Nurmaliza, SE yang setiap saat memberikan perhatian, semangat, dukungan, dan masukan dengan penuh kasih sayang.
9. Rekan satu tim, Oberman David S, Jefry SH, dan Henri, atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.
10. Abang-abang stambuk 2004, tim riset sebelumnya yang telah membantu dalam penelitian ini.
11. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, teristimewa kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2005 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, "Solidarity Forever".
12. Anak kos sofyan 88 periode 2003/2007 dan sahabat-sahabatku seluruhnya. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Allah SWT semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua.
Medan, 12 Februari 2010
Penulis
Dian Morfi Nasution
ABSTRAK
Filling material (bahan pengisi) adalah komponen yang sangat berpengaruh terhadap kinerja menara pendingin, dimana permukaan kontak antara air dengan udara diperluas dan waktu kontaknya diperpanjang. Salah satu bentuk bahan pengisi yang paling mutakhir adalah bentuk inclined honey comb yang terbuat dari lembaran PVC tipis yang harganya cukup mahal. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menemukan suatu jenis bahan pengisi yang baru dengan tingkat efektifitas yang memadai dan harga yang terjangkau. Bahan pengisi yang diaplikasikan pada penelitian ini dibuat dari tumpukan potongan pipa PVC ؽ", ؾ" , dan Ø1". Skripsi ini menyajikan hasil penelitian dengan bahan pengisi dari pipa PVC Ø1", sedangkan ukuran yang lain disajikan oleh rekan-rekan lain yang juga merupakan anggota tim penelitian ini. Penelitian ini dilakukan dengan menguji beberapa parameter yang menunjukkan kinerja menara pendingin seperti range, approach, beban pendinginan, dan laju penguapan air yang mengaplikasikan bahan pengisi non-konvensional ini. Hasil penelitian diperoleh data-data utama yaitu ketinggian optimal bahan pengisi, berat bahan pengisi, suhu bola basah udara, debit air optimal, kebutuhan udara, dan harga bahan pengisi. Sehingga tampak bahwa potongan pipa PVC ؽ", ؾ" , dan Ø1" dapat direkomendasikan sebagai bahan pengisi yang cukup baik untuk menara pendingin selain inclined honey comb filling.
Kata kunci: bahan pengisi, kinerja menara pendingin.
ABSTRACT
Filling material is a component that influence the performance of a cooling tower, where the contact surface and period between water and air are extended. One of the best forms of fill is the inclined-honeycomb form that is made from PVC lamellas which the price is quite expensive. The aim of this research is to find a new filling material with reliable effectiveness and affordable cost. The filling material itself was made from stacks of chopped PVC pipe with the size of ؽ", ؾ", and Ø1". This paper itself provides the result from the research of Ø1" size of PVC filling material, while the other sizes are provided by the other members of this research. This research was conducted by examining some parameters that indicate the performance of a cooling tower such as range, approach, heat load and evaporation rate with this non-conventional filling material. The research show main points are height optimum filling material, weight of filling material, wet bulb temperature, water debit optimum, air volume and cost of filling material. So we can see that chopped PVC pipe with the size of ؽ", ؾ", and Ø1" can be recomanded as a new filling material for cooling tower beside inclined honey comb filling.
Key words: filling material, performance of a cooling tower.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR… ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR NOTASI ... x DAFTAR LAMPIRAN ... xi BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Batasan Masalah ... 2 1.3. Tujuan Penelitian ... 2 1.4. Manfaat Penelitian ... 2 1.5. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1.Pengertian Menara Pendingin ... 4
2.2. Fungsi Menara Pendingin ... 5
2.3. Prinsip Kerja Menara Pendingin ... 6
2.4. Konstruksi Menara Pendingin ... 7
2.5. Klasifikasi Menara Pendingin ... 11
2.5.1. Menara Pendingin Basah (Wet Cooling Tower) ... 11
2.5.2. Menara Pendingin Kering (Dry Cooling Tower) ... 17
2.5.3. Menara Pendingin Basah-Kering (Wet-Dry Cooling Tower) ... 20
2.6. Kinerja Menara Pendingin ... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 26
3.1. Perencanaan Awal Penelitian ... 26
3.1.1. Pemilihan Jenis Menara Pendingin ... 26
3.1.2. Penempatan Menara Pendingin ... 26
3.2. Perencanaan Instalasi Menara Pendingin ... 26
3.2.1. Penentuan kapasitas aliran udara fan ... 27
3.2.2. Penentuan cooling range menara pendingin ... 28
3.2.3. Penentuan debit aliran distribusi air menara pendingin ... 28
3.2.4. Perancangan kondensor sebagai penyedia air panas ... 29
3.2.5. Perancangan konstruksi menara pendingin ... 34
3.2.6. Pemilihan sprinkler ... 37
3.2.7. Perencanaan instalasi menara pendingin ... 38
3.2.8. Perencanaan bahan pengisi (filling material) ... 39
3.3. Alat Ukur yang Digunakan ... 40
3.4. Pelaksanaan Penelitian ... 44
3.5. Perumusan hasil Penelitian ... 47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 48
4.1. Hasil Penelitian ... 48
4.2. Pembahasan Hasil Penelitian ... 55
4.3. Perbandingan Hasil Penelitian ... 62
BAB V KESIMPULAN & SARAN ... 66
5.1. Kesimpulan ... 66
5.2. Saran ... 67
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil pengujian kinerja menara pendingin pada setiap variasi ketinggian filling material (Debit air masuk konstan 16,5
ℓ/min) ... 48 Tabel 4.2. Hubungan antara ketinggian filling material terhadap RH
udara keluar menara pendingin ... 49 Tabel 4.3. Hubungan antara ketinggian filling material terhadap suhu
udara keluar menara pendingin ... 50 Tabel 4.4. Hasil pengujian kinerja menara pendingin pada setiap variasi
kenaikan debit air(ketinggian filling material 12 cm) ... 52 Tabel 4.5. Hubungan antara debit airdengan suhu air pada water basin ... 52 Tabel 4.6. Hubungan antara debit airdengan RH udara keluar menara
pendingin ... 53 Tabel 4.7. Hubungan antara debit airdengan suhu udara keluar menara
pendingin ... 54 Tabel 4.8. Hubungan antara kenaikan debit air dengan debit air spesifik ... 56 Tabel 4.9. Hubungan kenaikan debit air dengan kapasitas pendinginan
spesifik menara pendingin ... 57 Tabel 4.10. Hubungan kenaikan debit air dengan debit aliran udara
persatuan luas penampang menara pendingin ... 58 Tabel 4.11. Hubungan kenaikan debit air terhadap laju penguapan air
menara pendingin ... 60 Tabel 4.12. Hubungan kenaikan debit air terhadap rasio air dengan
udara ... 61 Tabel 4.13. Perbandingan hasil penelitian filling material pipa PVC Ø
½ inci, Ø ¾ inci, dan Ø 1 inci ... 62 Tabel 4.14. Perbandingan spesifikasi menara pendingin yang
mengaplikasikan inclined-honeycomb filling material
dengan menara pendingin hasil penelitian ... 63
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Range dan approach temperatur pada menara pendingin ... 4
Gambar 2.2. Skema menara pendingin ... 6
Gambar 2.3. Konstruksi menara pendingin... 7
Gambar 2.4. Splash Filling material ... 9
Gambar 2.5. Film Filling material ... 10
Gambar 2.6. Low-clogFilm Filling material ... 11
Gambar 2.7. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah ... 12
Gambar 2.8. Menara pendingin aliran angin alami aliran silang ... 13
Gambar 2.9. Menara pendingin Forced Draft ... 15
Gambar 2.10. Menara pendingin induced draft dengan aliran berlawanan ... 15
Gambar 2.11. Menara pendingin induced draft dengan aliran melintang ... 16
Gambar 2.12. Menara pendingin aliran angin gabungan ... 17
Gambar 2.13. Menara pendingin kering langsung ... 18
Gambar 2.14. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan kondensor permukaan konvensional ... 19
Gambar 2.15. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase ... 20
Gambar 2.16. Menara pendingin basah-kering ... 21
Gambar 2.17. Diagram menara pendingin ... 25
Gambar 3.1. Fan ... 27
Gambar 3.2. Pompa Air ... 28
Gambar 3.3. Diagram TemperaturAlat penukar kalor ... 32
Gambar 3.4. Pipa tembaga yang siap digunakan ... 33
Gambar 3.5. Alat penukar kalor ... 34
Gambar 3.6. Alat penukar kalor dan Steam Generator yang selesai dirakit ... 34
Gambar 3.7. Rangka menara pendingin ... 35
Gambar 3.8. Dimensi menara pendingin... 36
Gambar 3.9. Water Basin ... 37
Gambar 3.10. Sprinkler ... 37
Gambar 3.11. Skema instalasi menara pendingin ... 38
Gambar 3.12. Menara pendingin yang telah selesai dirakit ... 39
Gambar 3.13. Filling material ... 40
Gambar 3.14. Flowmeter ... 41
Gambar 3.15. Anemometer ... 42
Gambar 3.16. Thermometer ... 43
Gambar 3.17. Termohigrometer ... 44
Gambar 3.18. Pengukuran suhu udara dan kelembaban relatif (RH) ... 45
Gambar 3.19. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian. ... 46
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara ketinggian filling material terhadap RH udara keluar menara pendingin ... 50
Gambar 4.2. Grafik hubungan antara ketinggian filling material terhadap suhu udara keluar menara pendingin ... 51
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara debit air dengan suhu air pada water basin ... 53
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara debit airterhadap RH udara keluar menara pendingin ... 54
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara debit airterhadap suhu udara keluar menara pendingin ... 55
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara kenaikan debit air dengan debit air spesifik ... 56
Gambar 4.7. Grafik hubungan antara kenaikan debit air dengan kapasitas pendinginan spesifik menara pendingin ... 58
Gambar 4.8. Grafik hubungan kenaikan debit air dengan debit aliran udara persatuan luas penampang menara pendingin ... 59
Gambar 4.9. Grafik hubungan antara kenaikan debit air dengan terhadap laju penguapan air ... 60
Gambar 4.10. Grafik hubungan kenaikan debit air terhadap rasio air- udara ... 61
Gambar 4.11. Hubungan kebutuhan udara dengan luas penampang fill pada menara pendingin Liang Chi untuk tipe LBC 3-15 dan hasil penelitian ... 64
Gambar 4.12. Hubungan debit air dengan luas penampang fill pada menara pendingin Liang Chi untuk tipe LBC 3-30 dan
hasil penelitian ... 65
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
A Luas penampang m2
Cp Panas jenis kJ/kg °C
Cfm Cubic feet per minute ft3min
D Diameter m
h Tinggi lapisan fill (tumpukan) -
ha Entalpi udara kering kJ/kg
hin Koefisien perpindahan kalor W/m2.°C
di dalam pipa
hf Entalpi air kJ/kg
hfg Latent heat of vaporization J/kg
hout Koefisien perpindahan kalor W/m2.°C
di luar pipa
hv Entalpi uap air di udara kJ/kg
k Konduktivitas termal W/m.°C
L Panjang m
m Debit air ℓ/menit
.
sp
m Debit air spesifik ℓ/min/m2
Nu Angka Nusselt -
Pr Angka Prandtl -
Q Kapasitas pendinginan kJ/s
Qsp Kapasitas pendinginan spesifik kJ/s/m2
R Tahanan termal °C/W
r Jari-jari m
Re Angka Reynolds -
RH Kelembaban relatif %
Tdb Temperatur udara kering °C
Twb Temperatur bola basah udara °C
U Koefisien pindahan panas W/m2 °C
menyeluruh
.
V Debit aliran udara m3/s
v Kecepatan udara m/s
v Volum spesifik m3/kg
µ Viskositas kg/m.s
ρ Mass density kg/m3
ωH Rasio kelembaban udara kg uap air / kg
udara
ωω Rasio cair-gas udara kg air / kg
udara kering
ρA Kerapatan air kg/ℓ
∆T Perubahan temperatur °C
ΔTm Log Mean Temperature Difference °C
DAFTAR LAMPIRAN
L.1. Carrier Psychrometric Chart
L.2. Katalog menara pendingin Liang Chi Industry Co. Ltd
L.3. Gambar kerja menara pendingin L.4. Foto-foto hasil penelitian
