PROPOSAL TEKNIS
PROGRAM PERAWATAN COOLING TOWER
Kepada : Building Management Ref. No. :
: Revise :
PIC - Purchasing
- Engineering
Alamat : Date : November 2023
1. PENDAHULUAN
Apakah Cooling Tower/Menara Pendingin itu?
Cooling Tower atau menara pendingin adalah sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan/kipas. Konstruksi cooling tower terdiri dari system pemipaan dengan banyak nozzle, fan/blower, bak penampung, casing, dsb. Air dingin diperlukan untuk penyejuk udara/AC, proses-proses manufakturing atau pembangkitan daya. Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Cooling Tower/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 panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.
2. JENIS-JENIS MENARA PENDINGIN
Bagian ini menjelaskan dua jenis utama menara pendingin:
a. menara pendingin jenis natural draft dan b. jenis mechanical draft.
2.1 Menara pendingin jenis natural draft
Menara pendingin jenis natural draft atau hiperbola menggunakan perbedaan suhu antara udara ambien dan udara yang lebih panas dibagian dalam menara. Begitu udara panas mengalir ke atas melalui menara (sebab udara panas akan naik), udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Tidak diperlukan fan dan disana hampir tidak ada sirkulasi udara panas yang dapat mempengaruhi kinerja.
Kontruksi beton banyak digunakan untuk dinding menara dengan ketinggian hingga mencapai 200 m. Menara pendingin tersebut kebanyakan hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal.
Gambar 2. Menara pendingin natural draft aliran melintang Terdapat dua jenis utama menara natural draft:
1) Menara aliran melintang (Gambar 2): udara dialirkan melintasi air yang jatuh dan bahan pengisi berada diluar menara.
2) Menara dengan aliran yang berlawanan arah (Gambar 3): udara dihisap melalui air yang jatuh dan oleh karena itu bahan pengisi terletak dibagian dalam menara, walaupun desain tergantung pada kondisi tempat yang spesifik.
2.2 . Cooling Tower /Menara Pendingin Draft Mekanik
Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk meningkatkan waktu kontak antara air dan udara – hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Laju pendinginan menara draft mekanis tergantung pada banyak parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, bahan pengisi untuk tahanan sistim dll.
Menara draft mekanik tersedia dalam range kapasitas yang besar. Menara tersedia dalam bentuk rakitan pabrik atau didirikan dilapangan – sebagai contoh menara beton hanya bisa dibuat dilapangan.
Banyak menara telah dibangun dan dapat digabungkan untuk mendapatkan kapasitas yang dikehendaki. Jadi, banyak menara pendingin yang merupakan rakitan dari dua atau lebih menara pendingin individu atau “sel”. Jumlah sel yang mereka miliki, misalnya suatu menara delapan sel, dinamakan sesuai dengan jumlah selnya. Menara dengan jumlah sel banyak, dapat berupa garis lurus, segi empat, atau bundar tergantung pada bentuk individu sel dan tempat saluran udara masuk ditempatkan pada sisi atau dibawah sel.
Tiga jenis menara draft mekanik dijelaskan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Ciri-ciri berbagai jenis menara pendingin draft (berdasarkan pada Arah)
Jenis menara pendingin Keuntungan Kerugian
Menara pendinginforced draft(Gambar 4):
udara dihembuskan ke menara oleh sebuah fan yang terletak pada saluran udara masuk
Cocok untuk
resistansi udara yang tinggi karena adanya fan dengan blower sentrifugal
Fan relatif tidak berisik
Resirkulasi karena kecepatan udara masuk yang tinggi dan udara keluar yang rendah, yang dapat diselesaikan dengan menempatkan menara di ruangan pabrik digabung dengan saluran
pembuangan Menara pendingin aliran melintanginduced
draft(Gambar 5):
Air masuk pada puncak dan melewati bahan pengisi
Udara masuk dari salah satu sisi (menara aliran tunggal) atau pada sisi yang berlawanan (menara aliran ganda)
Faninduced draftmengalirkan udara melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar pada puncak menara
Lebih sedikit resirkulasi daripada menaraforced draft sebab kecepatan keluarnya 3 hingga 4 kali lebih tinggi daripada udara masuk
Fan dan mekanisme penggerak motor dibutuhkan yang tahan cuaca terhadap embun dan korosi sebab mereka berada pada jalur udara keluar yang lembab
Menara pendingin aliran berlawanan induced draft(Gambar 6):
Air panas masuk pada puncak
Udara masuk dari bawah dan keluar pada puncak
Menggunakan fanforceddaninduced draft
Gambar 4. Menara Pendingin Forced Draft (REFERENSI)
Gambar 5. Menara pendingin induced draft dengan aliran berlawanan
Gambar 6. Menara pendingin induced draft dengan aliran melintang
3. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KINERJA COOLING TOWER
Bagian ini menjelaskan tentang bagaimana kinerja tenaga pendinginan dapat dikaji. Kinerja menara pendingin dievaluasi untuk mengkaji tingkat approach dan range saat ini terhadap nilai desain, mengidentifikasi area terjadinya pemborosan energi dan memberikan saran perbaikan.
Selama evaluasi kinerja, peralatan pemantauan yang rutin digunakan untuk mengukur parameter-parameter berikut:
1) Suhu udara wet bulb 2)Suhu udara dry bulb
3)Suhu air masuk menara pendingin 4)Suhu air keluar menara pendingin 5)Suhu udara keluar
6) Pembacaan listrik motor pompa dan fan 7) Laju alir air
8)Laju alir udara
ambar 7. Range dan approach menara pendingin
Parameter terukur tersebut kemudian digunakan untuk menentukan kinerja menara pendingin dengan beberapa cara. Yaitu:
a) Range (lihat Gambar 7). Ini 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 CT (°C) = [suhu masuk CW (°C) – suhu keluar CW (°C)]
b) Approach (lihat Gambar7). 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 CT (°C) = [suhu keluar CW (°C) – suhu wet bulb (°C)]
c) Efektivitas. Merupakan perbandingan antara range dan range ideal (dalam persentase), 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.
Efektivitas CT (%) = 100 x (suhu masukCW –suhu keluar CW) / (suhu masuk CW –suhu WB) d) Kapasitas pendinginan. Merupakan panas yang dibuang dalam kKal/jam atau TR, sebagai
hasil dari kecepatan aliran masa air, panas spesifik dan perbedaan suhu.
E} Kehilangan penguapan. Merupakan jumlah air yang diuapkan untuk tugas pendinginan.
Secara teoritis jumlah penguapan mencapai 1,8 m3 untuk setiap 10.000.000 kKal panas yang dibuang.
SUHU AIR PANAS MASUK
SUHU AIR DINGIN KELUAR (MASUK) KE MENARA (KELUAR) DARI MENARA
SUHU WET BULB(AMBIENT) RANGE
APPROACH
Rumus berikut dapat digunakan (Evaporation Loss):
Kehilangan karena penguapan (m3/jam) = 0,00085 x 1,8 x laju sirkulasi (m3/jam) x (T1-T2) T1 - T2 = perbedaan suhu antara air masuk dan keluar
f) Siklus konsentrasi (C.O.C). Merupakan perbandingan padatan terlarut dalam air sirkulasi terhadap padatan terlarut dalam air make up.
g) Kehilangan Blow down tergantung pada siklus konsentrasi dan kehilangan penguapan dan dihitung dengan rumus:
Blow down = Kehilangan penguapan/ (C.O.C. – 1)
h) Perbandingan Cair/Gas (L/G). Perbandingan L/G menara pendingin merupakan perbandingan antara laju alir massa air dan udara. Menara pendingin memiliki nilai desain tertentu, namun variasi karena musim memerlukan pengaturan dan perubahan laju alir air dan udara untuk mendapatkan efektivitas terbaik menara pendingin.
Pengaturan dapat dilakukan dengan perubahan beban kotak air atau pengaturan sudut siripnya. Aturan termodinamika juga mengatakan bahwa panas yang dibuang dari air harus sama dengan panas yang diserap oleh udara sekitarnya. Oleh karena itu rumus berikut dapat digunakan:
L(T1 – T2) = G(h2 – h1) L/G = (h2 – h1) / (T1 – T2) Dimana:
L/G = perbandingan aliran massa cair terhadap gas (kg/kg) T1 = suhu air panas (0C) T2
= suhu air dingin (0C)
h2 = entalpi uap campuran udara-air pada suhu wet-bulb keluar (satuannya sama dengan diatas)
h1 = entalpi uap campuran udara-air pada suhu wet-bulb masuk (satuannya sama dengan diatas)
4. PRINSIP KERJA COOLING TOWER PADA AC CENTRAL
Salah satu komponen utama pada AC sentral selain chiller, AHU, dan ducting adalah Cooling Tower atau Menara Pendingin. Fungsi utamanya adalah sebagai alat untuk mendinginkan air panas dari kondensor dengan cara dikontakkan langsung dengan udara secara konveksi paksa menggunakan fan/kipas. Konstruksi cooling tower terdiri dari system pemipaan dengan banyak nozzle, fan/blower, bak penampung, casing, dsb
Proses yang terjadi pada chiller atau unit pendingin untuk system AC sentral dengan system
ekspansi, sementara air yang keluar memiliki temperatur yang lebih tinggi. Karena air ini akan digunakan
lagi untuk proses pendinginan kondensor maka tentu saja temperaturnya harus diturunkan kembali atau didinginkan pada cooling tower.
Langkah pertama adalah memompa air panas tersebut menuju cooling tower melewati system pemipaan yang pada ujungnya memiliki banyak nozzle untuk tahap spraying atau semburan.
Air panas yang keluar dari nozzle secara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh.fan/blower yang terpasang pada cooling tower.
Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu kondensasinya sangat rendah mendekati suhu wet-bulb udara. Air yang sudah mengalami penurunan temperature ditampung dalam bak/basin untuk kemudian dipompa kembali menuju kondensor yang berada di dalam chiller.
Pada cooling tower juga dipasang katup make up water yang dihubungkan ke sumber air terdekat untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam “range”
dan “approach”, dimana range adalah penurunan suhu air yang melewati cooling tower dan approach adalah selisih antara udara suhu udara wet-bulb dan suhu air yang keluar.
Perpindahan kalor yang terjadi pada cooling tower berlangsung dari air ke udara tak jenuh.
Ada dua penyebab terjadinya perpindahan kalor yaitu:
1. perbedaan suhu dan
2. perbedaan tekanan parsial antara air dan udara.
Suhu pengembunan yang rendah pada cooling tower membuat sistem ini lebih hemat energi jika digunakan untuk system refrigerasi pada skala besar seperti chiller. Salah satu kekurangannya adalah bahwa sistem ini tidak praktis karena jarak yang jauh antara chiller dan cooling tower sehingga memerlukan system pemipaan yang relative panjang. Selain itu juga biaya perawatan cooling tower cukup tinggi dibandingkan system lainnya
5. TREATMENT COOLING TOWER
Mengapa Cooling Tower Perlu di Treatment?
Tujuan dari perawatan system air pendingin terbuka adalah untuk menjaga efisiensi, dan memperpanjang umur / life time peralatan dalam system, dan juga menjaga kondisi operasi secara berkelanjutan dengan mengantisipasi masalah yang muncul dari air.
Tujuan utama dari pengolahan secara kimiawi ini adalah untuk menjaga efisiensi alat pendingin dan fungsi dari alat penukar panas , dilihat dari mutu baku air yang digunakan. Oleh karena itu, sangat diperlukan kontrol operasi terhadap sistem air pendingin, selama kebutuhan terhadap akan perawatan sistem air pendingin masih diperlukan.
PROBLEM DALAM COOLING WATER SYSTEM
Masalah yang harus diantisipasi dalam sistem air pendingin pada umumnya digolongkan menjadi 4 (empat) jenis, yaitu :
1. Masalah Corrosion / Korosi, Dimana air cenderung merubah logam menjadi keadaan teroksidasi.
2. Masalah Scale / Kerak, mineral dalam air seperti calsium, Magnesium akan mengendap menjadi kerak akibat perubahan pH, Temperatur maupun Konsentrasi mineral tersebut didalam air.
3. Kontaminasi Microbiology, Kondisi sistem Cooling Tower memberikan lingkungan yang nyaman bagi pertumbuhan microorganisme sehingga dapat menimbulkan masalah.
4. Fouling, yaitu endapan yang disebabkan oleh padatan tersuspensi yang berasal dari internal dan eksternal system cooling tower.
Masalah dan phenomena yang berhubungan sebagai berikut :
Masalah-masalah tersebut akan mempengaruhi terhadap kondisi operasi dan efisiensi secara kontinyu. Oleh karena itu, sangat dibutuhkan perlakuan / perawatan secara kimiawi, untuk anti korosi, anti kerak, dan kontrol terhadap slime/lumut.
Air pendingin mengandung sejumlah besar mineral pembentuk kerak dan foulant. Hal ini termasuk ion yang dapat dilarutkan (seperti kalsium, magnesium, silica yang dapat dilarutkan,zinc dan garam iron) dan mengendap sebagai deposit yang tidak dapat dilarutkan yang terjadi pada berbagai temperatur air, pH, konsentrasi atau additives. Misalnya, adalah calcium carbonate, calcium phosphate, silica, iron hydroxides, sulfides, calcium sulfate, magnesium salts, zinc phosphate dan zinc hydroxide.
Endapan fouling dapat terjadi dari alam atau sebab artificial. Meskipun deposit ini umumnya kurang sejalan dengan kerak mineral,namun dapat menyebabkan permasalahan yang sama dengan kerak mineral. Contoh dari beberapa foulants yang lebih umum adalah pasir,lumpur, endapan lumpur, tanah liat, natural organics dan debu.
Microbiological tumbuh sebagai alga dan bakteri adalah beberapa dari organic foulant yang paling umum pada sistem pendingin air.
Beberapa jenis kerak yang terjadi di dalam system Cooling Tower:
Calcium Carbonate (CaCO3) Scale (kerak dari Kalcium carbonat)
Calcium carbonate membentuk kerak, yang umum terjadi pada system cooling tower. Air yang paling alami mengandung bicarbonate alkalinity pada pH<8.2. Pada pH>8,2, carbon dioxide menghilang dari air. kalcium bicarbonate dapat dilarutkan pada banyak air alami, Jika pH
dan/atau temperatur air dinaikkan dan ada proses pemanasan, maka reaksi lanjutan akan terjadi sebagai berikut
Ca+2+ 2HCO3- -> CaCO3(s) + H20 + CO2
Kecenderungan untuk membentuk calcium carbonate dapat diprediksi berdasarkan uji mutu dengan the Langelier Index, the Ryznar Index, atau the Stiff dan Davis Index.
Calcium Sulfate (CaSO4) Scale (Kerak kalsium sulfat)
Yang paling umum terbentuk dari calcium sulfate adalah gypsum (CaSO4 -2H20), yang mendekati 50 kali lebih dapat larut daripada calcium carbonate pada 100 F (37.78 C). diatas 100 F, kelarutan dari calcium sulfate berkurang, temperatur air bertambah. Calcium sulfate seharusnya tidak menghasilkan masalah scale pada sebuah sistem cooling menggunakan prosedur blowdown yang baik. Solubility yang lebih tinggi dari calcium sulfate adalah dasar untuk mengontrol scale dengan pengaturan pH. Tanpa melewati batas solubility dari CACO.
Untuk mencegah kalsium sulfate scale, jumlah dari calcium concentration (as CaCO3,) dan konsentrasi sulfate (sebagai CaCO3,) harus kurang dari 1,500 ppm dan seharusnya dijaga
(sebagai CaCO3) dan sulfate (sebagai CaCO3) dapat sama dengan 2,500 ppm dan harus di jaga di bawah 1,500 ppm.
Calcium Phosphate Scale (Ca3(PO4)2)
Jika polyphosphate digunakan tersendiri, atau dikombinasikan dengan zinc atau zinc/chromate untuk perlindungan korosi, polyphosphate ions mungkin terhydrolisasi kembali kepada untuk ion orthophosphate. Tingkat Orthophosphate dapat juga dikonstribusikan dengan pengembalian dari phosphonates atau secara alami dari penambahan air makeup.
Bagaimanapun, kerak phosphate dapat terjadi jika kondisi sesuai untuk tricalcium phosphate (Ca3(PO4)2) karena kelarutan calcium phosphate sangat kecil. Temperatur, pH, calcium dan konsentrasi orthophosphate mempengaruhi formasi dari calcium phosphate. Calcium orthophosphate scale lebih terbatas daripada calcium carbonate, dan jadi penyebab cepatnya kehilangan heat transfer.
Silica Scale (Kerak silica)
Solubilitas dari silica pada air adalah sangat tinggi, oleh karena murni kerak silica murni (SiO2) jarang terjadi pada system cooling tower. Total maksimum yang dapat dipertahankan pada cairan pada cooling sistem adalah mendekati 200 ppm. Pada pH yang lebih tinggi , lebih banyak silica
akan tinggal pada larutan (lihat tabel dibawah). Silica mungkin ber coprecipitasi dengan iron, manganese, aluminum dan magnesium hydroxides.
Solubility dari SiO2 pada Level pH berbeda pH Wt% SiO2in sat.
solution pH Wt% SiO2in sat.
solution
1 0.015 7 0.011
2 0.016 8 0.012
3 0.015 9 0.015
4 0.014 10 0.035
5 0.011 11 0.33
Magnesium Silicate Scale
Reaksi silica yang dapat dilarutkan secara cepat dengan memperingati untuk membentuk variasi kompleks dari silica. Jika magnesium dihasilkan pada konsentrasi yang cukup tinggi.
Kerak magnesium silicate akan terjadi pada pH hingga 8.5. Endapan dari magnesium silicate dapat dicegah dengan menjaga:
1. (Mg ppm sebagai CaCO3) x (SiO2ppm) <35,000 ppm @ pH<7.5 2. (Mg ppm sebagai CaCO3) + (SiO2ppm) <17,000 ppm @ pH>7.5
Iron fouling terjadi sebagai sebuah hasil dari proses korosi yang keluar melalui sistem. Jadi, sangat penting untuk implementasi sebuah program control korosi yang baik. Iron fouling kadang-kadang terjadi pada cooling waters sebagai hasil dari clarifiers, dimana garam iron mungkin digunakan
sebagai coagulants atau dimana air. Tingkat iron dari 2 ppm atau lebih besar pada sirkulasi ulang air dapat dikontrol melalui penggunaan dari iron dispersants. Iron dispersant sangat direkomendasikan. Pada cooling waters, Fe2O3 (hematite) dan FeO adalah endapan iron yang paling umum. Magnetite (Fe3O4) jarang ditemukan pada cooling sistem. Magnetite membutuhkan temperatur tinggi dan/atau kondisi anaerobic. magnetite paling banyak ditemukan pada sistem cooling terbuka.
Zinc Phosphate and Zinc Hydroxide
Kerak Zinc hydroxide biasanya ditemukan ketika pH melampaui 7.6 atau ketika over-feed dari sebuah produk zinc product. Zinc hydroxide adalah sebuah edndapan grayish-white. Dengan menaikkan pH, total endapan bertambah. pH lebih rendah dibawah 7.0, zinc hydroxide akan terlarutkan kembali..
Metode yang paling umum untuk mencegah scale pada cooling water sistem adalah:
1. Menggunakan Program Cooling Tower Treatment 2. Mengatur pH.
3. Men-soft kan makeup water ( melunakkan air umpan)
Program Cooling Tower Treatment
Berdasarkan permasalahan cooling tower, direkomendasikan penggunaan produk anti kerak dan anti microbial/microorganisme untuk meminimalkan penurunan kinerja cooling tower sehingga cooling tower beroperasi secara maksimal ;
1. ECO-3011 Scale and Corrosion Inhibitor For Cooling Water 2. ECO-3015 Biocide Control
3. ECO-3017 Algacide Oxidazing Biocide- Cooling Water Treatment 4. ECO- 3019 chilled and Closed Loop Treatment -Chiller Treatment
Demikianlah paparan dari kami mengenai perawatan cooling water beserta rekomendasi produk chemical yang digunakan. Atas perhatian dan kerjasamanya kami ucapkan terima kasih dan kami menunggu undangannya sehingga kami dapat berpartisipasi dalam melukakan perawatan/ mainenan cooling tower di tempat bapak/Ibu.
Salam Hormat
Suhairi Anas, S.Si
