5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)

2.1.1 Fungsi Pltu

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan,

karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis.

PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energi kimia dalam bahan

bakar menjadi energi listrik.

Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu :

­ Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas

dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.

­ Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk

putaran.

­ Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.

Gambar 2.1 Proses konversi energi pada PLTU

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

uap

BOILER TURBI

NE

GENERAT

OR

bahan bakar poros listrik

energi kimia

menjadi

panas

energi panas

menjadi

mekanik

energi

mekanik

menjadi

6

Dibanding jenis pembangkit lainnya PLTU memiliki beberapa keunggulan.

Keunggulan tersebut antara lain:

• Dapat dioperasikan dengan menggunakan berbagai jenis bahan bakar

• Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi

• Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan

• Kontinyuitas operasinya tinggi

• Usia pakai (life time) relatif lama

Namun PLTU mempunyai bebrapa kelemahan yang harus dipertimbangkan

dalam memilih jenis pembangkit termal. Kelemahan itu adalah :

• Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar

• Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasok listrik dari luar

• Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu

• Investasi awalnya mahal

Gambar 2.2. Tata letak PLTU Batubara

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

7

2.1.2 Prinsip Kerja

PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup.

Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang.

Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut :

Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan

pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil

pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap.

Kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu

diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa

putaran.

Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar

menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam

kumparan.

Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air

pendingin agar berubah kembali menjadi air. Air kondensat hasil kondensasi uap

kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini

berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Gambar 2.3. menunjukkan

diagram sederhana PLTU dengan komponen utama dan siklus kerja sistem-

sistemnya.

Putaran turbin digunakan untuk memutar generator yang dikopel langsung

dengan turbin sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal

output generator.

8

Gambar 2.3. Siklus fluida kerja sederhana (air uap) PLTU

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air

dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini disebabkan oleh

kebocoran kebocoran baik yang disengaja maupun yang tidak disengaja. Untuk

mengganti air yang hilang, maka perlu adanya penambahan air kedalam siklus.

Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan air yang ada dalam

siklus.

2.1.3 Siklus Rankine

Siklus kerja PLTU yang merupakan siklus tertutup dapat digambarkan

dengan diagram T – s (temperatur – entropi). Siklus ini adalah penerapan siklus

rankine ideal. Adapun urutan langkahnya adalah sebagai berikut

9

Gambar 2.4. Diagram T – S siklus PLTU (siklus rankine)

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

• a - b : air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1. Langkah ini adalah

kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi.

• b - c : air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik

didih.

• c - d : air berubah wujud menjadi uap jenuh. Langkah ini disebut vapourising

(penguapan) dengan proses isobar isotermis, terjadi di boiler.

• d - e ; uap dipanaskan lebih lanjut hingga mencapai temperatur kerjanya.

Langkah ini terjadi di boiler dengan proses isobar.

• e - f : uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun.

Langkah ini adalah ekspansi isentropis, dan terjadi didalam

turbin.

• f – a : pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air

kondensat. Langkah ini adalah isobar isotermis, dan terjadi

didalam kondensor.

10

2.2 BAGIAN-BAGIAN PLTU

PLTU adalah mesin pembangkit yang terdiri dari komponen utama dan

instalasi peralatan penunjang. Komponen utama PLTU terdiri dari empat, yaitu

( i ) Boiler

(ii ) Turbin uap

(iii) Kondensor

(iv) Generator

Sedangkan peralatan penunjang terdiri dari

- Desalination plant (unit desal) untuk air laut

- Reverse Osmosis (RO)

- Pre Treatment untuk unit yang menggunakan pendingin air tanah/sungai

- Demineraliser plant (unit demin)

- Hidrogen plant (unit hidrogen) untuk unit yang menggunakan H2 sebagai

pendingin Generator

- Chlorination plant (unit chlorin) untuk air laut

- Auxiliary boiler

- Coal and ash handling

Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan

sistem-sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan

atau malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan

terganggunya seluruh sistem PLTU.

2.2.1 Boiler

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk

merubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan

memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan panas hasil pembakaran

11

bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan

mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan

temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan

pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang

konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler

(boiler pipa air).

Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator

(pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada

kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.

Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan

menjadi :

- PLTU Batubara

- PLTU Minyak

- PLTU gas

- PLTU nuklir atau PLTN

Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses

pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal

/ PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized

Bed / CFB Boiler).

12

Gambar 2.5. Tata Letak PLTU Pulverizer

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada

peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta limbah abunya.

PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih komplek

dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling

sederhana peralatan bantunya.

13

Gambar 2.6. Tata letak CFB Boiler Batubara

Sumber : Materi Diklat PLTU Suralaya

2.2.2 Turbin Uap

Turbin uap berfungsi untuk merubah energi panas yang terkandung dalam

uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Uap dengan tekanan dan

temperatur tinggi mengalir melalui nosel sehingga kecepatannya naik dan

mengarah dengan tepat untuk mendorong sudu-sudu turbin yang dipasang pada

poros. Akibatnya poros turbin bergerak menghasilkan putaran (energi mekanik).

Uap yang telah melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur turun

hingga kondisinya menjadi uap basah. Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan

kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan

tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator.

2.2.3 Kondensor

Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses

perubahan nya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan

14

yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air sebagai

pendingin mengalir di dalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut kondensor

tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar

sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil

dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut.

Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan

aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan

pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan

uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor

berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan

temperatur udara luar, maka temperatur air kondensat nya maksimum mendekati

temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan

berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.

2.2.4 Generator

Tujuan utama dari kegiatan di PLTU adalah menghasilkan energi listrik.

Produksi energi listrik merupakan target dari proses konversi energi di PLTU.

Generator dikopel langsung dengan turbin, akan menghasilkan tegangan listrik

manakala turbin berputar.

Proses konversi energi didalam generator adalah dengan memutar medan

magnet didalam kumparan. Rotor generator sebagai medan magnet menginduksi

kumparan yang dipasang pada stator sehingga timbul tegangan diantara kedua

ujung kumparan generator. Untuk membuat rotor agar menjadi medan magnet,

maka dialirkan arus DC ke kumparan rotor. Sistem pemberian arus DC kepada rotor

agar menjadi magnet ini disebut eksitasi.

15

2.3 PLTU TENAYAN

PLTU Tenayan merupakan pembangkit listrik dengan menggunakan boiler

tipe CFB ( Circulating Fludized Bed). Berlokasi di jalan ringroad 70, Kelurahan

Kawasan Industri Tenayan, Kecamatan Tenayan Raya, Kota Pekanbaru. PLTU

Tenayan berkapasitas 2 X 110 MW menggunakan batubara sebagai bahan bakar

utamanya.

Gambar 2.7. PLTU Tenayan 2 x 110 MW

Sumber : Plant Project PLTU Tenayan

Dalam proses produksi PLTU Tenayan terdapat 4 siklus utama, yaitu :

a. Siklus air dan uap

b. Siklus udara bakar dan gas buang

c. Siklus Bahan bakar minyak dan batubara.

d. Siklus Air Pendingin Utama

16

Gambar 2.8. Siklus PLTU Tenayan

Sumber : Laporan Operasi PLTU Tenayan

2.3.1 Sistem Pendingin Utama

Sistem air pendingin utama merupakan sistem yang menyediakan dan

memasok air pendingin yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap bekas

didalam kondensor dan memasok kebutuhan untuk “Auxiliary Cooling water heat

Exchanger”. Air pendingin utama (circulating water) merupakan media pendingin

untuk menyerap panas laten uap bekas dari turbin yang mengalir kedalam

kondensor. Tanpa aliran air pendingin utama yang cukup, vakum kondensor akan

rendah dan dapat mengakibatkan unit trip.

17

Gambar 2.9. Siklus Air Pendingin Utama PLTU Tenayan

Sumber : P&ID PLTU Tenayan

Ada 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTU yaitu

sistem terbuka dan sistem tertutup.

Pada PLTU Tenayan menggunakan system pendingin tertutup, bagian- bagian

utama pada system pendingin PLTU Tenayan yaitu :

1. Cooling tower

Cooling tower didefinisikan sebagai alat penukar kalor yang berfungsi

mendinginkan air melalui kontak langsung dengan udara yang mengakibatkan

sebagian kecil air menguap. Cooling tower yang bekerja pada sistem pendinginan

udara biasanya menggunakan pompa sentrifugal untuk menggerakkan air melintasi

menara.

18

Gambar 2.10. Cooling Tower Unit 1 PLTU Tenayan

Sumber : Laporan Operasi PLTU Tenayan

A. Fungsi Cooling Tower

Semua peralatan pendingin yang bekerja akan melepaskan kalor melalui

kondensor, refrijeran akan melepas kalornya kepada air pendingin sehingga air

menjadi panas. Air panas ini akan dipompakan ke cooling tower. Cooling tower

secara garis besar berfungsi untuk menyerap kalor dari air tersebut dan

menyediakan sejumlah air yang relatif sejuk (dingin) untuk dipergunakan kembali

di suatu instalasi pendingin atau dengan kata lain cooling tower berfungsi untuk

menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan

mengemisikannya ke atmosfer. Cooling tower mampu menurunkan suhu air lebih

rendah dibandingkan dengan peralatan - peralatan yang hanya menggunakan

udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu

biayanya lebih efektif dan efisien energinya.

B. Prinsip Kerja Cooling Tower

Prinsip kerja cooling tower berdasarkan pada pelepasan kalor dan

perpindahan kalor. Perpindahan kalor pada cooling tower berlangsung dari air ke

19

udara. Cooling tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke

aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir, sehingga air yang

tersisa didinginkan secara signifikan.

Gambar 2.11. Skema Cooling Tower

Sumber : P&ID PLTU Tenayan

Prinsip kerja cooling tower dapat dilihat pada gambar di atas. Air dari

bak/basin dipompa menuju heater untuk dipanaskan dan dialirkan ke cooling

tower. Air panas yang keluar tersebut secara langsung melakukan kontak dengan

udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh fan atau blower yang

terpasang pada bagian atas cooling tower, lalu mengalir jatuh ke bahan pengisi.

Sistem ini sangat efektif dalam proses pendinginan air karena suhu

kondensasinya sangat rendah mendekati suhu wet bulb udara. Air yang sudah

mengalami penurunan suhu ditampung ke dalam bak/basin. Pada cooling tower

juga dipasang katup make up water untuk menambah kapasitas air pendingin jika

terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut sedang

berlangsung.

C. Konstruksi Cooling Tower

Adapun konstruksi cooling tower jenis induced draft aliran counterflow

adalah sebagai berikut :

20

Gambar 2.12. Konstruksi Cooling Tower PLTU Tenayan

Sumber : Drawing PLTU Tenayan

Konstruksi cooling tower secara garis besar terdiri atas:

Fan

Fan merupakan bagian terpenting dari sebuah cooling tower karena

berfungsi untuk menarik udara dingin dan mensirkulasikan udara tersebut di

dalam menara untuk mendinginkan air. Jika fan tidak berfungsi maka kinerja

cooling tower tidak akan optimal. Fan digerakkan oleh motor listrik yang dikopel

langsung dengan poros kipas.

Kerangka Pendukung Cooling Tower

Kerangka pendukung cooling tower berfungsi untuk mendukung cooling

tower agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Kerangka pendukung terbuat dari baja.

21

Casing Cooling Tower

Casing cooling tower harus memiliki ketahanan yang baik terhadap segala

cuaca dan umur pakai (life time) yang lama. Casing terbuat dari seng atau plastik.

Pipa Sprinkler

Pipa sprinkler merupakan pipa yang berfungsi untuk mensirkulasikan air

secara merata pada cooling tower, sehingga perpindahan kalor air dapat menjadi

efektif dan efisien. Pipa sprinkler dilengkapi dengan lubang - lubang kecil untuk

menyalurkan air.

Water Basin

Water basin berfungsi sebagai penampung air sementara yang jatuh dari

filling material sebelum disirkulasikan kembali ke kondensor. Water basin terbuat

dari seng.

Inlet Louver

Inlet louver berfungsi sebagai tempat masuknya udara melalui lubang -

lubang yang ada. Melalui inlet louver akan terlihat kualitas dan kuantitas air yang

akan didistribusikan. Inlet louver terbuat dari seng.

Bahan Pengisi

Bahan pengisi merupakan bagian dari cooling tower yang berfungsi untuk

mencampurkan air yang jatuh dengan udara yang bergerak naik. Air masuk yang

mempunyai suhu yang cukup tinggi (33°C) akan disemprotkan ke bahan pengisi.

Pada bahan pengisi inilah air yang mengalir turun ke water basin akan bertukar

kalor dengan udara segar dari atmosfer yang suhunya (28°C). Oleh sebab itu,

bahan pengisi harus dapat menimbulkan kontak yang baik antara air dan udara

agar terjadi laju perpindahan kalor yang baik. Bahan pengisi harus kuat, ringan

dan tahan lapuk.

Bahan pengisi ini mempunyai peranan sebagai memecah air menjadi butiran

- butiran tetes air dengan maksud untuk memperluas permukaan pendinginan

22

sehingga proses perpindahan panas dapat dilakukan se-efisien mungkin.

Bahan pengisi ini umumnya terdiri dari 2 jenis lapisan:

a. 1st level packing

Bahan pengisi lapisan atas yang mempunyai celah sarang lebah lebih besar

dimaksudkan untuk pendinginan tahap pertama. Fluida yang akan

didinginkan pertama kali dialirkan ke lamella ini.

b. 2nd level packing

Bahan pengisi yang lebih lembut untuk second stage pendinginan.

Pabrikan package cooling tower umumnya merancang filling material

pada stage ini lebih tebal sehigga dapat menampung kapasitas fluida yang

lebih banyak.

Jenis bahan pengisi dapat dibagi menjadi:

a. Bahan pengisi jenis percikan (Splash fill)

Air jatuh diatas lapisan yang berurut dari batang pemercik horisontal, secara

terus menerus pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, sambil membasahi

permukaan bahan pengisi. Luas permukaan butiran air adalah luas permukaan

perpindahan kalor dengan udara. Bahan pengisi percikan dari plastik

memberikan

perpindahan kalor yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu.

b. Bahan pengisi jenis film (Film fill)

Bahan pengisi jenis film terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak

yang berdekatan dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk

lapisan

film yang tipis dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat

berbentuk datar, bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Pada bahan

pengisi

film, air membentuk lapisan tipis pada sisi - sisi lembaran pengisi. Luas

permukaan dari lembaran pengisi adalah luas perpindahan kalor dengan udara

sekitar. Jenis bahan pengisi film lebih efisien dan memberi perpindahan kalor

23

yang sama dalam volume yang lebih kecil daripada bahan pengisi jenis

splash.

Bahan pengisi film dapat menghasilkan penghematan listrik yang signifikan

melalui kebutuhan air yang lebih sedikit dan head pompa yang lebih kecil.

c. Bahan pengisi sumbatan rendah (Low-clog film fill)

Bahan pengisi sumbatan rendah dengan ukuran flute yang lebih tinggi, saat

ini dikembangkan untuk menangani air yang keruh. Jenis ini merupakan

pilihan

terbaik untuk air laut karena adanya penghematan daya dan kinerjanya

dibandingkan tipe bahan pengisi jenis percikan konvensional.

2. Circulating Water Pump (CWP)

Circulating water pump (CWP) merupakan pompa yang digunakan pada

system pendingin utama PLTU Tenayan, air dari water basin cooling tower

dipompakan melalui CWP kemudian masuk kedalam kondensor untuk

mendinginkan dan membantu proses kondensasi uap ekspansi dari turbin. Dari

kondensor kemudian melalui cooling tower untuk proses pendinginan dengan

media udara.

Design parameters

Type = KS11000-26

Number per one unit = 2 x 100 %

Capacity each = 10 333 m3/h

Developed head = 26 m

Pump efficiency = 88 %

Shaft horse power = 897 kW

Power consumption at 100% rating = 1000 kW

NPSH required = 6 m

24

Discharge valve

Type = HHXDF47FK-0.6MPa

hydraulic-control check

butterfly valve

Number for one unit = 2

Size = DN1200

Material = cast iron

Circulating water pump berlokasi di Gedung pompa CWP, berjumlah 4

pompa untuk 2 unit.

Gambar 2.13. Cooling Water Pump

Sumber : Laporan Assesment Hamon

3. Kondensor

Kondensor merupakan alat penukar kalor dengan media pendinginan air dari

cooling tower, uap yang digunakan untuk memutar turbin kemudian

dikondensasikan di dalam kondensor. Pada PLTU Tenayan menggunakan

kondensor dengan tipe N-6900 yang mempunyai efektivitas permukaan untuk

menukar kalor sebesar 6900 m2

Berikut data spesifikasi kondensor PLTU Tenayan :

25

Design parameters:

Condenser type = N-6900

Manufacturer = DONGFANG TURBINE CO.,LTD

Design heat duty = 167 MW

Circulating water quantity = 18 000 m3/h

Circulating water inlet temp. = 29 °C

Circulating water outlet temp. = 37 °C

Condensation pressure = 8.2 kPa

Condensation temperature = 42 °C

Cleanliness factor = 0.85

Tube dimensions = Ø 25 x 0.5 or Ø 25 x 0.7 - 8 320

Heat transfer surface = 6900 m2

Tube material = Stainless steel TP304

Tube sheet material = Stainless Steel cladded

Gambar 2.14. Drawing Kondensor PLTU Tenayan

Sumber : Drawing PLTU Tenayan

INLET OF COOLING

OUTLET OF COOLING

INLET OF COOLING WATER

OUTLET OF COOLING WATER

26

Gambar 2.15. Inlet Pipa Kondensor

Sumber : Drawing PLTU Tenayan

2.4 PERFORMA KINERJA COOLING TOWER

Performa kinerja cooling tower dievaluasi untuk membahas nilai rancangan,

identifikasi pemborosan energi, dan sarana perbaikan pada unit cooling tower.

Sehingga harapannya setelah dianalisa akan memberikan dampak atau hasil yang

lebih baik pada cooling tower PLTU Tenayan.

Gambar 2.16. Range dan Approach Temperatur pada Cooling Tower

Sumber : ASHRAE Handbook

27

Parameter untuk mengukur performa cooling tower adalah sebagai berikut :

2.4.1 Range

Range adalah perbedaan atau jarak antara temperature air masuk dan

keluar cooling tower. Nilai range yang tinggi menunjukkan bahwa cooling

tower mampu menurunkan suhu air secara efektif dan cara kinerjanya

baik. Akan tetapi range bukan ditentukan oleh cooling tower, tetapi oleh

proses yang dilayaninya. Range pada alat penukar kalor ditentukan seluruh

beban panas dan laju sirkulasi air melalui penukar panas dan menuju ke air

pendingin.

Range = suhu air masuk Cooling Tower – suhu air keluar Cooling Tower

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 = 𝑇𝑖𝑛 𝐴𝑖𝑟 − 𝑇𝑜𝑢𝑡 𝐴𝑖𝑟

2.4.2 Approach

Approach adalah perbedaan antara suhu air dingin keluar cooling tower

dan temperature wet bulb. Semakin rendah nilai approach maka semakin baik

kinerja cooling tower. Semakin dekat approach terhadap wet bulb maka

semakin mahal cooling tower karena akan meningkatkan ukuran cooling

tower tersebut. Approach merupakan indikator yang lebih baik untuk kinerja

menara pendingin.

Approach = Suhu air keluar Cooling Tower – Suhu wet bulb Cooling

Tower

𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ = 𝑇𝑖𝑛 𝐴𝑖𝑟 − 𝑇𝑤𝑏

2.4.3 Efektifitas pendingin

Efektifitas pendingin adalah perbandingan antara range dan range ideal.

Semakin tinggi nilai perbandingan maka semakin tinggi efektifitas

perbandingan pada cooling tower.

Efektifitas pendingin = 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒

𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ+𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑥 100%

28

2.4.4 Laju Aliran Massa Air (L)

Laju aliran massa air adalah jumlah aliran debit air dikalikan dengan massa

jenis air

𝐿 = 𝑄𝑎𝑖𝑟 𝑥 𝜌𝑎𝑖𝑟

2.4.5 Laju Massa Udara (G)

Laju aliran massa udara adalah jumlah perkalian debit udara dengan massa

jenis udara

𝐺 = 𝑄 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑥 𝜌 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

2.4.6 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, pengaturan dapat dilakukan dengan perubahan beban kotak air atau

pengaturan sudut siripnya. Aturan pada termodinamika mengatakan bahwa

panas yang dibuang dari air harus sama dengan panas yang diserap oleh

udara sekitarnya.

Dalam perencanaan biasanya jumlah massa udara rata-rata per jam satuan

luas penampang G atau rasio L/G tidak diketahui. Oleh karena itu dapat

dirumuskan sebagai berikut:

𝐿

𝐺=

𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟

𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

2.4.7 Kehilangan air akibat evaporator loss (WE)

Merupakan jumlah air yang hilang menguap pada saat proses pendinginan,

secara teori setiap 10.000.000 kCal kalor dilepas, akan mendapatkan jumlah

penguapan 1,8 m³. Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑊𝐸 = 0,00085 𝑥 1,8 𝑥 𝐿 𝑥 (𝑇1 − 𝑇2)

Dimana T1 – T2 = perbedaan temperature inlet & outlet

Sumber : Perry’s Chemical Engineers Handbook (hal : 12 – 17)

29

2.4.8 Kehilangan air akibat drift loss (WD)

Jumlah banyaknya kehilangan air akibat dari drift loss pada cooling tower,

dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut :

𝑊𝐷 = 0,02% 𝑥 𝐿

2.4.9 Kehilangan air akibat blow down (WB)

Jumlah banyaknya air yang hilang akibat dari blow down cooling tower,

dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut:

𝑊𝐵 =𝑊𝐸

𝐶. 𝑂. 𝐶 − 1

2.4.10 Make up water Cooling Tower

Merupakan banyaknya air pengisi yang ditambahkan akibat loss dari

evaporasi, drift loss dan blow down

𝑀𝑎𝑘𝑒 𝑢𝑝 𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟 = 𝑊𝐸 + 𝑊𝐷 + 𝑊𝐵

2.4.11 Kapasitas pendingin (cooling tower)

Kapasitas pendingin (cooling tower) adalah kemampuan menara

pendingin (cooling tower) dalam membuang panas ke lingkungan.

Kapasitas pendingin dapat dihitung sebagai berikut :

𝑄 = 𝐿 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 ∆𝑇

2.4.12 Integrasi Stepwise

Untuk mencari besarnya laju kalor yang dipindahkan oleh seluruh bagian

Cooling Tower, dapat dituliskan dengan rumus sebagai beikut:

ℎ𝑐𝐴

𝐶𝑝𝑚= 4,19 𝐿∆𝑡 ∑

1

(ℎ𝑖 − ℎ𝑎)𝑚

30

2.5 DATA PARAMETER COOLING TOWER PLTU TENAYAN

2.5.1 Cooling Tower PLTU Tenayan

Cooling tower PLTU Tenayan pada masing – masing unit mempunyai 5 cell,

berikut data spesifikasi Cooling Tower PLTU Tenayan :

Gambar 2.17. layout cooling tower

Sumber : Drawing PLTU Tenayan

Original design conditions for one cooling tower

Circulating water flow rate = 20 000 m3/h

Hot water temperature (Inlet) = 43 °C

Cold water temperature (Outlet) = 33 °C

Heat duty = 230 MW

Cooling range = 10 °C

Approach = 8 °C

Wet bulb temperature = 25 °C

Dry bulb temperature = 32 °C

Technical data

Number of cells = 5 (one unit)

Number of fans = 5

31

Fan diameter = 30 ft

Absorbed power on fan motor shaft = 185 kW

Drift eliminators = YES

Fill = NO