4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Cooling Tower
Cooling tower merupakan suatu alat penukar panas yang berfungsi mendinginkan air melalui kontak langsung dengan udara yang mengakibatkan sebagian kecil air menguap (Saputra, 2020). Cooling tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfer (Yulianto, 2013). Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan. cooling tower mampu menurunkan temperatur air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas atau peralatan yang panas fluidanya tidak diuapkan ke atmosfer seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya (Septefani, 2018).
Gambar 1. Skema cooling tower Sumber : (Okazaki, 1985)
5
Ada beberapa tipe cooling tower, salah satunya adalah cooling tower tipe induced draft. Pada tipe ini fan pendinginnya berada di bagian atas, sehingga udara panas hasil dari pertukaran panas dengan air didalam dihisap ke atas.
Selanjutnya, air panas disemprotkan oleh spray nozzle dengan memanfaatkan gravitasi. Butiran-butiran air (droplet) akan turun ke bawah dan berkontak langsung dengan udara luar yang diinduksi oleh fan blade. Gap temperatur antara aliran udara dan air panas akan menimbulkan transfer kalor diantara keduanya. Dengan mekanisme seperti ini, maka air panas akan mengalami penurunan temperatur yang berpengaruh pada penurunan temperatur cold water
Gambar 3 Tipe induced draft.
Sumber : (Septefani, 2018)
Gambar 2 Induced draft counterflow tower with fill Sumber : (Septefani, 2018)
6
basin. Sesuai dengan teori dasar perpindahan kalor, efektifitas perpindahan kalor sangat dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya kecepatan laju fluida. Di dalam cooling tower fluida pendingin berupa udara luar yang diinduksi oleh fan blade dan diteruskan ke fan stack. ( Septefani, 2018).
2.1.1 Komponen Cooling Tower
Komponen cooling tower secara garis besar adalah:
1. Badan cooling tower
Badan cooling tower memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya dengan rancangan yang lebih kecil.
2. Kipas (fan)
Merupakan bagian terpenting dari sebuah menara pendingin karena berfungsi untuk menarik udara dingin dan mensirkulasikan udara tersebut di dalam menara untuk mendinginkan air. Jika kipas rusak atau tidak berfungsi maka kinerja menara pendingin tidak maksimal. Kipas digerakkan oleh motor listrik dan dikopel langsung oleh poros kipas.
3. Pipa sprinkler
Merupakan pipa yang berfungsi untuk mensirkulasikan air secara merata pada menara pendingin, sehingga perpindahan kalor air dapat efektif dan efisien. Pipa sprinkler dilengkapi lubang-lubang kecil untuk menyalurkan air.
7 4. Bahan pengisi (fill material)
Filling material ini mempunyai peranan sebagai pemecah air menjadi butiran-butiran tetes air dengan maksud untuk memperluas permukaan pendinginan sehingga proses perpindahan panas dapat dilakukan seefisien mungkin.
5. Wadah (water basin)
Wadah berfungsi untuk pengumpul air sementara yang jatuh dari filling material sebelum disirkulasikan kembali.
6. Keran pembuangan air
Keran pembuangan untuk mempermudah mengeluarkan air pada wadah yang sudah kotor.
7. Pompa (pump)
Pompa berfungsi untung mensirkulasikan air yang ditampung pada wadah.
8. Keran pengatur laju alir
Keran ini berfungsi untuk mengatur laju alir air dimana laju alir air dapat dibaca pada flowmeter.
2.1.2 Hukum yang terkait
1. Fluks panas
Fluks panas didefinisikan sebagai panas yang dikeluarkan dari fluida proses oleh air pendingin per satuan luas dan per satuan waktu. Itu dihitung dengan persamaan berikut:
8 𝑄 =∆ × × × 10³
………..………….(2.1) (Okazaki, 1985)
dimana :
Q = fluks panas (kkal/m²·h)
T = perbedaan suhu air pendingin antara inlet dan outlet panas penukar (° C) R = laju aliran air pendingin (m³/jam)
C = kalor jenis air pada tekanan tetap (kkal/kg·° C) A = luas perpindahan panas (m²)
2. Koefisien perpindahan panas keseluruhan
Koefisien perpindahan panas keseluruhan (nilai-U) adalah indeks efisiensi termal, dan ditentukan oleh persamaan berikut:
𝑈 =
……….(2.2)
(Okazaki, 1985)
dimana :
U = koefisien perpindahan panas keseluruhan (kkal/m²·h·° C)
𝛼-1 = koefisien perpindahan panas film laminar pada sisi proses (kkal/m²·h·° C)
𝛼2 = koefisien perpindahan panas film laminar pada sisi air pendingin (kkal/ m²· h·
° C)
9
𝜆 = konduktivitas termal bahan tabung (kkal/ m· h· ° C) 𝑙 = tebal dinding tabung (m)
𝛾1 = faktor pengotoran di sisi proses (m²·h·°C/kkal)
𝛾2 = faktor pengotoran pada sisi air pendingin (m²·h·° C/kkal)
Nilai-U dikurangi dengan pengotoran dengan kerak, produk korosi dan lendir selama pengoperasian penukar panas. Tingkat pengurangan nilai-U menjadi lebih besar untuk penukar panas nilai-U yang lebih tinggi di bawah tingkat pengotoran yang sama.
2.2 Kegunaan Cooling Tower
Cooling tower atau dalam bahasa Indonesia adalah menara pendingin merupakan pendingin yang sering kita jumpai di pabrik-pabrik, mall, atau tempat besar lainnya. Salah satu komponen pada cooling data center adalah cooling tower.
Fungsi dari cooling tower ini pun sebagai alat yang mampu mendinginkan air panas dari kondensor menggunakan cara kontak langsung dengan udara secara paksa menggunakan kipas (Amran, 2019).
2.3 Prinsip Kerja Cooling Tower
Cooling tower adalah suatu sistem refrigerasi yang melepaskan kalor ke udara cooling tower bekerja dengan cara mengontakkan air dengan udara dan menguapkan sebagian air tersebut (Puspawan, 2019). Luas permukaan air yang besar dibentuk untuk menyemprotkan air lewat nozzle atau memercikan air ke
10
bawah dari suatu bagian ke bagian lainnya. Bagian-bagian atau bahan-bahan pengisi biasanya terbuat dari kayu tetapi bisa juga dibuat dari plastik atau keramik.
2.4 Fungsi Cooling Tower
Cooling tower sangat dibutuhkan oleh industri sebab cooling tower merupakan bagian dari utilitas yang banyak digunakan. Dimana cooling tower memproses air yang panas menjadi air dingin yang digunakan kembali dan bisa dirotasikan (Dewantara, 2019). cooling tower juga salah satu alat yang berfungsi mengolah air untuk mengatasi masalah polusi lingkungan.
2.5 Macam-macam Cooling Tower
Macam- macam cooling tower, sebagai berikut:
1. Berdasarkan arah aliran udara masuk, yaitu:
a. Cross flow.
b. Counter current flow.
2. Berdasarkan cara pemakaian alat bantu seperti fan atau blower a. Induced draft (alat bantu berada di bagian puncak tower).
b. Force draft (alat bantu berada di bagian bawah tower).
3. Berdasarkan kondisi aliran udara bebas tanpa alat pembantu, yaitu:
a. Atmosphere (udara pada kondisi atmospheric mengalir bebas tanpa memakai penutup tower).
b. Natural draft (udara mengalir dalam udara pendinginan dari tower namun kondisi udara belum tentu atmospheric).
11 2.6 Metode Perhitungan
2.6.1 Range
Range merupakan perbedaan antara suhu air masuk dan keluar menara pendingin. Range CT yang tinggi berarti bahwa menara pendingin telah mampu menurunkan suhu air secara efektif dan kinerjanya bagus. Rumusnya adalah:
𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 (𝛥𝑇) = 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶) − 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) ………..……..(2.3) (Harshang,2017) 2.6.2 Approach
Approach merupakan perbedaan antara suhu air dingin keluar menara pendingin dan suhu wet bulb ambien. Semakin rendah approach semakin baik kinerja menara pendingin. Walaupun, range dan approach harus dipantau,
‘approach’ merupakan indikator yang lebih baik untuk kinerja menara pendingin.
𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ (°𝐶) = 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) − 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶)…....(2.4) (Harshang,2017) 2.6.3 Efektivitas penurunan suhu
Efektivitas penurunan suhu merupakan perbandingan antara range dan approach, yaitu perbedaan antara suhu masuk air pendingin dan suhu wet bulb ambien, atau dengan kata lain adalah = Range/ (Range + Approach). Semakin tinggi perbandingan ini, maka semakin tinggi efektivitas menara pendingin.
𝜂(%)= 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)
[𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)− 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶)]+[𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)] × 100………….(2.5) (Harshang,2017)
