PEMBUATAN MENARA PENDINGIN (COOLING TOWER)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma Tiga (D-3) Program Studi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang
ADVENTIA MARYAM ARRUAN 331 19 027
HALAMAN JDUL
PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG MAKASSAR
2022
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Laporan tugas akhir dengan judul “Pembuatan Menara Pendingin (Cooling Tower)” oleh Adventia Maryam Arruan NIM 331 19 027 telah diterima dan disahkan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya pada Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang.
Makassar, Oktober 2022
Menyetujui, Menyetujui,
Pembimbing I, Pembimbing II,
Ir. Irwan Sofia,M.Si Ir. Barlian Hasan, M.T.
NIP.19620810 199103 1 001 NIP.19591112 199003 1 001
Mengetahui,
Ketua Program Studi,
Muhammad Saleh, S.T.,M.Si NIP.19671008 199303 1 001
iii
HALAMAN PENERIMAAN
Pada hari ini, Kamis tanggal 22 September 2022, tim penguji seminar laporan tugas akhir telah menerima hasil seminar laporan tugas akhir oleh mahasiswa Adventia Maryam Arruan NIM 331 19 027 dengan judul “Pembuatan Menara Pendingin (Cooling Tower)”.
Makassar, Oktober 2022 Tim Penguji Seminar Proposal Tugas Akhir :
1. Ir. Zulmanwardi, M.Si. Ketua ( ) 2. Drs. Amri, M.Hum. Sekertaris ( ) 3. Dr. A. Muh. Iqbal Akbar Asfar, S.T., M.T. Anggota ( ) 4. Dr. Ridhawati Thahir, S.T., M.T. Anggota ( ) 5. Ir. Barlian Hasan, M.T. Pembimbing ( ) 6. Ir. Irwan Sofia, M.Si. Pembimbing ( )
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah swt. karena berkat rahmat dan karunia-Nya, penulisan laporan tugas akhir ini yang berjudul ”Pembuatan Menara Pendingin (Cooling Tower)” dapat diselesaikan dengan baik. Dalam penulisan laporan tugas akhir ini tidak sedikit hambatan yang penulis alami. Namun, berkat bantuan berbagai pihak terutama pembimbing, hambatan tersebut dapat teratasi.
Sehubungan dengan itu, penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada keluarga terutama kedua orang tua yang selalu memberikan motivasi, nasihat, perhatian, dan doa yang tentu tidak akan bisa penulis balas.
Melalui lembaran ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Muhammad Anshar, M.Si., Ph.D., selaku Direktur Politeknik Negeri Ujung Pandang.
2. Bapak Drs. Herman Bangngalino, M. T. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang.
3. Muhammad Saleh, S. T., M. Si. selaku Koordinator Program Studi D-3 Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang.
4. Bapak Muallim Syahrir, S. T., M. T. selaku wali kelas 3-B D-3 Teknik Kimia.
5. Bapak Ir. Barlian Hasan, M.T. dan Bapak Ir. Irwan Sofia, M.Si. sebagai pembimbing yang telah mencurahkan perhatian dan kesempatannya untuk mengarahkan penulis dalam menyelesaikan laporan tugas akhir.
6. Bapak Nur Amin Riyadi, A. Md. yang senantiasa membantu dalam proses pengerjaan penelitian.
7. Bapak dan Ibu Dosen dan tenaga kependidikan Jurusan Teknik Kimia.
v
Serta ucapan terima kasih untuk teman-teman angkatan 2019 Jurusan Teknik Kimia, khususnya teman-teman sekelas penulis yang senantiasa selalu membantu dan memberikan dukungan hingga penyelesaian laporan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritikan dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan tugas akhir ini dan demi perbaikan pada masa mendatang. Semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi pembacanya.
Makassar, 2022
Penulis
vi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PENERIMAAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
SURAT PERNYATAAN... xi
RINGKASAN ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Dan Manfaat Penelitian ... 3
1.4.1 Tujuan ... 3
1.4.2 Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Cooling Tower ... 4
2.1.1 Komponen Cooling Tower 6 2.1.2 Hukum yang terkait 7 2.2 Kegunaan Cooling Tower ... 9
2.3 Prinsip Kerja Cooling Tower ... 9
2.4 Fungsi Cooling Tower ... 10
2.5 Macam-macam Cooling Tower ... 10
2.6 Metode Perhitungan ... 11
2.6.1 Range 11 2.6.2 Approach 11 2.6.3 Efektivitas penurunan suhu 11 BAB 3 METODOLOGI ... 12
vii
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 12
3.2 Alat dan Bahan ... 12
3.3 Diagram Alir Prosedur Pelaksanaan ... 14
3.4 Diagram Alir Pengujian Cooling Tower ... 15
3.5 Diagram Alir Analisa Data ... 16
3.6 Pembuatan Cooling Tower ... 16
3.7 Tahap Pengujian ... 17
3.8 Teknik Analisis Data ... 18
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 19
4.1 Pengujian efektifitas cooling tower pada suhu air masuk 40oC ... 21
4.2 Pengujian efektifitas cooling tower pada suhu air masuk 45oC ... 22
BAB 5 KESIMPULAN ... 25
DAFTAR PUSTAKA ... 26
LAMPIRAN ... 27
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Skema cooling tower ... 4
Gambar 2 Tipe induced draft. ... 5
Gambar 3 Induced draft counterflow tower with fill ... 5
Gambar 4 Diagram alir prosedur pelaksanaan ... 14
Gambar 5 Diagram Alir Pengujian Cooling Tower ... 15
Gambar 6 Diagram alir analisa data ... 16
Gambar 7 Cooling Tower... 19
Gambar 8 Kurva hubungan range terhadap laju alir pada suhu 40°C ... 21
Gambar 9 Kurva hubungan efektivitas penurunan suhu terhadap laju alir pada suhu 40°C ... 22
Gambar 10 Kurva hubungan range terhadap laju alir pada suhu 45°C ... 23
Gambar 11 Kurva hubungan efektivitas penurunan suhu terhadap laju alir pada suhu 45°C ... 24
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data pengamatan untuk suhu 40°C ... 21 Tabel 2 Data pengamatan untuk suhu 45°C ... 23
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Contoh Perhitungan Cooling Tower ... 27 Lampiran 2 Rangkaian Cooling Tower ... 28 Lampiran 3 Rangkaian Alat Heat Exchanger Dengan System Pendingin
Menggunakan Cooling Tower... 29 Lampiran 4 Pembuatan Cooling Tower ... 30
xi
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Adventia Maryam Arruan NIM : 331 19 027
menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam laporan tugas akhir ini, yang berjudul “Pembuatan Menara Pendingin (Cooling Tower)”
merupakan gagasan, hasil karya saya sendiri dengan arahan pembimbing, dan belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun pada perguruan tinggi dan instansi mana pun.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan oleh penulis lain telah disebutkan dalam naskah dan dicantumkan dalam daftar pustaka laporan tugas akhir ini.
Jika pernyataan saya tersebut di atas tidak benar, saya siap menanggung risiko yang ditetapkan oleh Politeknik Negeri Ujung Pandang.
Makassar, 20 September 2022
Adventia Maryam Arruan NIM 331 19 027
xii RINGKASAN
Pembuatan Menara Pendingin (Cooling Tower)
Laboratorium Satuan Operasi Teknik Kimia I di jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang memiliki 1 unit Heat Exchanger Double Pipe yang digunakan sebagai alat praktikum mahasiswa tetapi air pendingin yang disirkulasikan hanya mengandalkan air dan es batu dalam wadah penampungan sementara. Kegiatan ini bertujuan membangun cooling tower sebagai alat penukar kalor pada alat Heat Exchanger Double Pipe. Pembuatan cooling tower meliputi:
pengadaan komponen pembuatan rangka dengan besi siku, pembuatan badan cooling tower dan wadah penampingan air sementara dengan besi stainlees steel, perakitan komponen komponen cooling tower dan pemasangan pada Heat exchanger double pipe. Selanjutnya Pengujian dan perhitungan analisa data meliputi : range, approach dan efektifitas penurunan suhu.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada suhu air masuk 40°C efektivitas penurunan suhu tertinggi yaitu 95,6% dan pada suhu air masuk 45°C efektivitas penurunan suhu tertinggi yaitu 60%. Cooling tower yang telah dibangun dapat digunakan sebagai alat penukar kalor pada Heat Exhanger Double Pipe.
Kata Kunci: cooling tower, range, approach, efektivitas penurunan suhu
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air permukaan, air sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah mengharuskan untuk mengolah air. Untuk itu diperlukan penyediaan air bersih yang secara kualitas memenuhi standar yang berlaku dan secara kuantitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap industri memiliki pengolahan air sendiri-sendiri sesuai kebutuhan industri (Hardayanti, 2006)
Laboratorium Satuan Operasi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang dilengkapi dengan heat exchanger double pipe yang digunakan dalam praktikum. Alat tersebut memiliki cooling tower sehingga dalam pelaksanaannya pada sistem pendinginan air, air yang telah dipakai tidak dibuang melainkan disirkulasikan agar dapat dipakai lagi, yaitu dengan mendinginkan air tersebut dengan udara luar yang temperaturnya lebih rendah. Cooling tower bekerja dengan cara mengontakkan air dengan udara sehingga terjadi pertukaran kalor yang kemudian udara dikeluarkan dari saluran atas. Akan tetapi, cooling tower tersebut mengalami kerusakan sehingga sistem pendinginan air tersebut hanya mengandalkan wadah air sementara yang diberi es batu untuk menurunkan suhu air sebelum disirkulasikan lagi. Akibat dari pertukaran kalor antara air hangat
2
dengan es batu, membuat es batu cepat mencair. Dengan metode ini penurunan suhu yang terjadi kurang efektif dikarenakan pertukaran kalor yang tidak merata dan membutuhkan tenaga yang lebih banyak untuk mengambil es batu dan penunukarnya dengan yang telah mencair.
Berdasarkan permasalahan di atas perlu dilakukan pembuatan cooling tower untuk mempermudah kegiatan praktikum. Cara kerja pada sistem pendingin cooling tower yang dibuat air yang disemprotkan ke bawah oleh pipa sprinkler untuk membasahi bahan isian terjadi pertukaran kalor dengan udara, kemudian udara dihisap/ atau dikeluarkan oleh fan yang ada di bagian atas pada cooling tower. Air yang telah melalui bahan isian akan jatuh ke bawah karena adanya gaya gravitasi bumi sehinga terjadi pertukaran kalor lagi dengan udara sebelum ditampung oleh wadah air sementara. Air yang telah ditampung tidak dibuang melainkan disirkulasikan kembali sehingga penggunaan air menjadi lebih hemat. Faktor - faktor yang mempengaruhi kinerja cooling tower antara lain tipe menara pendingin, jumlah dan tipe packing yang dipakai, temperatur udara luar, rasio laju aliran udara dan air, range pendinginan, dan cooling approach.
1.2 Rumusan Masalah
a) Bagaimana proses pendinginan air dalam cooling tower lebih maksimal?
b) Berapa efektivitas penurunan suhu cooling tower terhadap laju alir masuk?
3 1.3 Batasan Masalah
Masalah dalam penilitian ini dibatasi pembuatan menara pendingin, mengganti flowmeter ke dalam skala pilot, menghitung range, approch, dan efektivitas penurunan suhu tanpa memperhatikan faktor kelembaban udara dan faktor perpindahan massa.
1.4 Tujuan Dan Manfaat Penelitian 1.4.1 Tujuan
a) Membuat unit contoh cooling tower skala pilot di labolatorium.
b) Menentukan efektifitas penurunan suhu cooling tower terhadap laju alir masuk.
1.4.2 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini dapat dijadikan sebagai referensi mengenai Menara pendingin dan sebagai salah satu alat praktikum untuk mahasiswa dalam Labortorium Satuan Operasi Teknik Kimia sehingga memberikan pengetahuan mengenai prinsip kerja menara pendingin kepada mahasiswa yang dapat diimplementasikan di dunia industri nantinya.
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)
12
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan selama kurang lebih 4 bulan yaitu bulan Juni hingga September 2022. Adapun tempat penelitian ini di Laboratorium Satuan Operasi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan Bahan yang digunakan dalam pembuatan cooling tower yaitu : A. Alat :
1. Gunting.
2. Obeng 3. Spray gun 4. Kompressor 5. Kunci inggris 6. Kunci pas 7. Bor listrik 8. Gerinda 9. Peralatan las
13 B. Bahan :
1. Lem pipa.
2. Isolasi 3. Silikon 4. Cat 5. Pipa 6. Amplas 7. Kabel 8. Panel box 9. Lem besi 10. Pompa.
11. Tangki/bak penyimpan air.
12. Kipas pendingin.
13. Thermostat Hygrostat Digital STC-1000
14 3.3 Diagram Alir Prosedur Pelaksanaan
Gambar 4 Diagram alir prosedur pelaksanaan
15 3.4 Diagram Alir Pengujian Cooling Tower
Gambar 5 Diagram Alir Pengujian Cooling Tower
16 3.5 Diagram Alir Analisa Data
Gambar 6 Diagram alir analisa data
3.6 Pembuatan Cooling Tower
1. Baut pada setiap bagian cooling tower dibuka, kemudian dikelompokkan berdasarkan jenis dan fungsinya.
2. Bagian-bagian cooling tower seperti kerangka, pipa-pipa saluran dan pompa dilepas.
3. Pengadaan komponen- komponen dan peralatan yang dibutuhkan Thermostat Hygrostat Digital (display), roda, kipas, flowmeter, panel box dan instalasi listrik)
4. Dudukan cooling tower dan tabung bak penampung dibuat dari besi dengan cara dilas.
17
5. Bagian-bagian cooling tower yang telah dibersihkan dan diamplas (cooling tower dan tabung bak penampung) dicat kembali menggunakan spray gun dan kompresor.
6. Komponen-komponen cooling tower seperti roda, fill material, bak penampung, kipas, display, panel box, perpipaan dan flowmeter dipasang kembali sesuai dengan tempatnya.
7. Panel box dilubangi sebagai tempat masuk kabel, pilot lamp, display, emergency stop, dan selector switch.
8. Komponen-komponen listrik seperti pilot lamp, display, emergency stop, dan selector switch dipasang pada panel box sesuai lubang yang telah dibuat 9. Instalasi listrik dirakit pada panel box dengan menghubungkan setiap kabel-
kabel sesuai tempatnya.
3.7 Tahap Pengujian
Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian langsung pada cooling tower untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan pada analisis perhitungan dengan langkah-langkah berikut:
1. Bak utama diisi dengan air hingga mencapai volume bak.
2. Waterbath diisi dengan air hingga penuh.
3. Cooling tower dihubungkan dengan sumber listrik.
4. Suhu waterbath diatur ke 40°C 5. Menyambungkan ke sumber listrik
6. Mengatur suhu waterbath (pilot lamp kuning menyala menandakan adanya arus listrik yang masuk)
18
7. Kran pipa air panas sesuai dengan aliran conter flow atau current flow
8. Selector switch kipas diputar ke arah kanan (pilot lamp hijau menyala menandakan kipas beroperasi)
9. Selector switch pompa panas dan pompa dingin diputar ke arah kanan saat suhu air waterbath konstan.
10. Laju alir air pendingin diatur menjadi 100 L /jam.
11. Data suhu air masuk dan air keluar cooling tower dicatat.
12. Prosedur pada poin 10 dan 11 dilakukan kembali dengan variasi laju alir 200, 300 hingga 1000 L/jam.
13. Cooling tower dimatikan.
3.8 Teknik Analisis Data
Data-data yang telah dikumpulkan selanjutnya dilakukan analisis data dengan cara sebagai berikut:
1. Menghitung range
𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 (𝛥𝑇) = 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶) − 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) 2. Menghitung approach
𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ (°𝐶) = 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) − 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶) 3. Menghitung efektivitas penurunan suhu (𝜂)
𝜂(%)= 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)
[𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)− 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶)]+[𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)] × 100
19
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah pembuatan cooling tower, terlebih dahulu dilakukan tahap uji coba untuk mengetahui masalah pada cooling tower. Tahap uji coba dilakulan dengan mengisi air pada bak penampung/ wadah sementara kira—kira ¾, kemudian cooling tower dioperasikan untuk memeriksa bagian- bagian cooling tower (flowmeter, fan, fill, kran-kran, display, dan lain-lain) apakah dalam keadaan baik
Gambar 7 Cooling Tower
20
(tidak ada kebocoran atau kerusakan). Perbaikan ulang dilakukan jika terdapat masalah pada cooling tower sebelum melakukan pengambilan data.
Pengukuran suhu pada cooling tower telah diganti menjadi digital yaitu thermostat hygrostat digital (THD). Display tersebut digunakan untuk memudahkan pembacaan data dengan satuan °C dan data yang dihasilkan menjadi lebih akurat. Terdapat 3 thermostat hygrostat digital pada cooling tower masing- masing berfungsi untuk mengukur suhu air masuk, mengukur suhu air pada wadah sementara dan mengukur suhu air keluar.
Setelah setiap komponen cooling tower terpasang dan berfungsi dengan baik, dilakukan pengambilan data dengan variasi laju alir yaitu 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, dan 1000 (L/jam). Data yang diambil yaitu suhu air masuk cooling tower dan suhu air keluaran cooling tower. Selanjutnya data tersebut digunakan untuk menentukan nilai range, approch, dan efektivitas penurunan suhu cooling tower. Setelah dilakukan analisa dan perhitungan sesuai dengan Lampiran 1 diperoleh hasil sebagai berikut:
21
4.1 Pengujian efektivitas penurunan suhu cooling tower pada suhu air masuk 40oC
Tabel 1 Data pengamatan untuk suhu 40°C Laju Alir
(L/jam)
Tin (°C) Tout (°C) Range (°C) Approach (°C)
Efektivitas (%)
100 33,5 29,2 4,3 0,2
95,6
200 33,7 29,6 4,1 0,6
87,2
300 33,8 30,2 3,6 1,2
75,0
400 33,8 31,3 2,5 2,3
52,1
500 34,1 32,1 2,0 3,1
39,2
600 34,4 32,6 1,8 3,6
33,3
700 34,6 32,8 1,8 3,8
32,1
800 34,7 33,1 1,6 4,1
28,1
900 34,8 33,3 1,5 4,3
25,9
1000 34,9 33,5 1,4 4,5
23,7
y = -0.0834x + 95.102 R² = 0.8762
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
0 200 400 600 800 1000 1200
Efektivitas (%)
Laju alir (L/jam) efektivitas
Gambar 8 Kurva hubungan range terhadap laju alir pada suhu 40°C
22
Gambar 8 menunjukkan hubungan efektivitas dengan laju alir, bentuk kurva yang dihasilkan melengkung yang berarti bahwa efektivitas menurun seiring bertambahnya laju alir. Efektivitas terbesar diperoleh pada laju alir 100 L/jam yaitu 95,6 % yang berarti cooling tower tersebut memiliki hubungan dengan efektivitas.
4.2 Pengujian efektivitas penurunan suhu cooling tower pada suhu air masuk 45oC
Selanjutnya dilakukan pengujian kembali dengan memvariasikan suhu waterbath menjadi 45°C untuk menentukan efektifitas pompa. Adapun data dan hasil yang diperoleh sebagai berikut:
y = -0.0034x + 4.3467 R² = 0.8634
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
0 200 400 600 800 1000 1200
Range (oC)
Laju alir (L/jam) range
Gambar 9 Kurva hubungan efektivitas penurunan suhu terhadap laju alir pada suhu 40°C
23 Tabel 2 Data pengamatan untuk suhu 45°C
Laju Alir
(L/jam) Tin (°C) Tout (°C) Range (°C) Approach
(°C) Efektivitas (%)
100 38,0 32,6 5,4 3,6 60,0
200 37,8 32,8 5,0 3,8 56,8
300 37,6 33,0 4,6 4,0 53,5
400 37,6 33,0 4,6 4,0 53,5
500 37,4 33,3 4,1 4,3 48,8
600 37,0 33,7 3,3 4,7 41,3
700 36,9 34,0 2,9 5,0 36,7
800 36,8 34,2 2,6 5,2 33,3
900 36,7 34,3 2,4 5,3 31,2
1000 36,6 34,4 2,2 5,4 28,9
y = -0.0038x + 5.8067 R² = 0.974
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
0 200 400 600 800 1000 1200
Range (oC)
Laju alir (L/jam) range
Gambar 10 Kurva hubungan range terhadap laju alir pada suhu 45°C
24
Gambar 10 menunjukkan efektivitas tertinggi cooling tower untuk suhu 45°C yaitu sebesar 60% pada kecepatan laju alir 100 L/jam.
y = -0.0374x + 64.991 R² = 0.9735
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
0 200 400 600 800 1000 1200
Efektivitas (%)
Laju alir (L/jam) efektivitas
Gambar 11 Kurva hubungan efektivitas penurunan suhu terhadap laju alir pada suhu 45°C
25
BAB 5 KESIMPULAN
1. Proses pengoperasian lebih efisien serta meningkatkan kinerja cooling tower dan pembacaan suhu lebih akurat.
2. Setelah dilakukan pengujian efektivitas tertinggi penurunan suhu cooling tower yaitu 95,6% pada suhu 40℃ dan kecepatan laju alir 100 L/jam.
26
DAFTAR PUSTAKA
Amran, Ayodha & Saladin P. (2019). Studi Pembuatan dan Uji Coba Menara Pendingin Untuk Chiller Berbasis TEC. Universitas Telkom.
Dewantara (2019). Analisa dan Perhitungan laju Aliran Massa Air Pada Cooling Tower Di mesin Heat Chamber. Jurnal Teknik Mesin, 10. Universitas Mercu Buana.
Geankoplis, Chiristie J. 2018. Transport Processes and Separation Process principles. Upper Saddle River, New Jersey, Amerika Serikat: Prentice Hall.
Geankoplis, Chiristie J. 1993. Transport Processes and Unit Opratoons. Upper Saddle River, New Jersey, Amerika Serikat: Prentice Hall.
Harshang, dkk (2017). Experimental and Investigation of Induced Draught Cooling Tower. Vadodars Institute Of Technology.
Okazaki, M, 1985. KURITA HANDBOOK OF WATER TREATMENT Jepang:
Kurita.
Puspawan (2019). The Effectiveness of Cooling Tower of Mechanical Draft-Unit 3 Steam Power Plant Case Study in PT PLN (Persero) Bukit Asam Sector, Tanjung Enim Regency, South Sumatra Province. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Rekayasa Mekanik 3 No. 2.
Saputra (2020). Analisis Performa Kinerja Cooling Tower Induced Draft Counter Flow dengan Bahan Pengisi Aluminium Pipih. Universitas Jember.
Septefani & Hidayanti (2018). Rancang Bangun Cooling Tower Tipe Induced Draft Berpengendali Kecepatan Putaran Fan. Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.
Yulianto & Urbiantoro (2013). Perancangan Cooling Tower Untuk Alat Penukar Kalor Shell and Tube Kapasitas Skala Laboratorium. Universitas Muhammadiyah Jakarta.
27 LAMPIRAN
Lampiran 1 Contoh Perhitungan Cooling Tower 1. 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 (𝛥𝑇)
𝛥𝑇 (°𝐶)= 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) 𝛥𝑇 = 33,5 °𝐶 − 29,2 °𝐶 𝛥𝑇 = 4,3°𝐶
2. Approach
𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ = 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶) − 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶) 𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ = 29,2 °𝐶 − 29,0 °𝐶
𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ = 0,2 °𝐶 3. Efektivitas (𝜂)
𝜂(%)= 𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)
[𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)− 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 (°𝐶)]+[𝑇𝑖𝑛 (°𝐶)− 𝑇𝑜𝑢𝑡 (°𝐶)] × 100 𝜂 = (33,5 °𝐶 − 29,2 °𝐶)/([29,2 °𝐶 − 29,0 °𝐶] + [33,5 °𝐶
− 29,2 °𝐶]] ) × 100
𝜂 =
95,6%
Keterangan :
1. 𝑇𝑖𝑛 = suhu air masuk cooling tower (°𝐶) 2. 𝑇𝑜𝑢𝑡 = suhu air keluar cooling tower (°𝐶)
3. 𝑇𝑤𝑒𝑡 𝑏𝑢𝑙𝑏 = suhu wet bulb ambien (lingkungan) (°𝐶)
28 Lampiran 2 Rangkaian Cooling Tower
Gambar L. 1 Rangkaian Cooling Tower
29
Lampiran 3 Rangkaian Alat Heat Exchanger Dengan System Pendingin Menggunakan Cooling Tower
Keterangan:
1. Exhaust fan 2. Pipa sprinkler 3. Spray
4. Isian
5. Wadah air sementara 6. Pompa air pendingin 7. Pompa air pemanas 8. Flowmeter
9. Pemanas
10. Head exchanger double pipe 11. Pipa air pendingin keluar 12. Pipa air pendingin masuk 13. Pipa air panas masuk 1 14. Pipa air panas masuk 2 15. Pipa air panas keluar 16. K (keran pipa air dingin) 17. k (keran pipa air panas) Gambar L. 2 Rangkaian alat heat exchanger dengan system pendingin
menggunakan cooling tower
30 Lampiran 4 Pembuatan Cooling Tower
Gambar L. 3 Pembuatan Kerangka cooling tower
Gambar L. 4 Kerangka cooling tower
31
Gambar L. 5 Kerangka cooling tower yang sudah di cat
Gambar L. 6 Gambar kipas cooling tower
