Laporan Praktikum Cooling Tower _ Kelita Mea Melaca - Academia
Cooling Tower Ed6 New
description
Transcript of Cooling Tower Ed6 New
4.4.4 Cooling Tower
Langkah ketujuh dalam merancang pembangkit listrik yaitu menganalisis
dan menghitung beban panas cooling tower dan laju aliran massa air pendingin.
Fungsi dari cooling tower yaitu menurunkan temperatur air pendingin
yang diperoleh dari sumber air terdekat dan dari kondensator. Air pendingin
tersebut akan dimanfaatkan kembali pada proses kondensasi pada kondensator.
Gambar 4.20 menunjukkan diagram alir dari proses cooling tower.
Keseimbangan massa dan energi pada kondisi tunak dapat diperoleh dari
perhitungan :
E¿−Eout=∆ E system
Qcv−W cv+mcw ¿
0−0+mcw (125,9−192,7 )+8,32 (2314−192,7 )=0
mcw (−66,8 )+8,32 (2121,3 )=0
mcw=(−17650 )
(−66,8 )=264,22 kg /s
Gambar 4.20 Diagram alir proses cooling tower
Dimana:
Qcv = kalor yang terjadi pada kontrol volume = 0;
W cv = kerja yang terjadi pada kontrol volume = 0;
mcw = laju aliran massa cooling water (kg/s);
hcw ,∈¿¿ = entalpi cooling water pada saat memasuki kondensator (kJ/kg);
hcw ,out = entalpi cooling water pada saat keluar dari kondensator (kJ/kg);
m = laju aliran massa uap (kg/s);
h6 = entalpi fluida pada kondisi 6 (kJ/kg);
h7 = entalpi fluida padakondisi 7(kJ/kg);
Gambar 4.22 merupakan diagram penggambaran proses yang terjadi pada
cooling tower dengan menggunakan diagram temperatur-entropi. Diagram
temperatur-entropi yang digunakan yaitu diagram R-718 water (DTU, 2009).
Titik 8 merupakan kondisi panas bumi sebelum memasuki cooling tower
yang berupa air. Titik 14 merupakan kondisi panas bumi berupa air yang telah
diturunkan temperaturnya dan akan dimanfaatkan kembali dalam proses
kondensasi. Pada titik 20 merupakan kondisi panas bumi berupa air yang dialirkan
ke kolam kondensat untuk diinjeksikan kembali ke dalam sumur reinjeksi.
Kondisi tiap titik ditampilkan dalam tabel 4.15.
Dengan mempertimbangkan laju aliran massa air pendingin yang akan
melewati cooling tower, dipilih konstruksi mechanical induced draft cooling
tower counterflow. Cooling tower yang mana menggunakan fan untuk menghisap
udara. Fan diletakkan pada bagian atap cooling tower untuk menghisap udara
melalui inlet di bagian bawah cooling tower. Udara ini kontak langsung dengan
air pendingin yang dihujankan dari bak atas menuju bak penampung bawah
(basin). Sehingga air pendingin tersebut memiliki temperatur yang lebih rendah.
Kriteria desain cooling tower yaitu temperatur air pendingin keluar pada
300C.
Gambar 4.21 Mechanical induced draft cooling tower (GPSA, 2004)
Gambar 4.22 Diagram temperatur-entropi fluida pada cooling tower
437
3014
7
8
6,s 6 9
21B
1A
20
3
Tabel 4.15 Tabel sifat fluida pada proses cooling tower
7 8 14 20
T, 0C 46 46 30 30
P, bar 0,16 1,16 1 1
h, kj/kg 192,6 192,7 125,9 125,9
s, kj/kg0C 0,6517 0,6516 0,4368 0,4368
X 0 0 0 0
ṁsteam 0 0 0 0
ṁNCG 0 0 0 0
ṁwater 272,71 272,71 264,16 8,55
ṁtotal 272,71 272,71 264,16 8,55
4.4.4.1 Perhitungan Cooling tower
Perancangan unit pendingin ini direncanakan digunakan untuk
mendinginkan air pendingin pada kondensator dengan laju aliran air yang berasal
dari reservoir yang dipompakan sebesar 16.329 L/min.
Sebelum menghitung beban kalor sensibel dan laten, maka perlu diketahui laju
aliran massa air yang disirkulasikan ke menara pendingin.
Dari data-data awal diketahui bahwa :
Qpompa = 20.500 L/min
ηpompa = 0,8 (untuk jenis pompa sentrifugal)
maka, Qpompa = 0,8 x 20.500 L/min
= 16.329 L/min
Dimana :
Qpompa = debit pompa, L/min
ηpompa = efisiensi pompa
Qpompa inilah yang nantinya akan disirkulasikan masuk menara pendingin,
sehingga besarnya kebutuhan air pendingin yang harus diterima oleh kondensor
(penukar kalor) adalah sebesar 16.329 L/min (4.313,7 gpm). Karena jumlah air
yang disirkulasikan ke menara pendingin diketahui, selanjutnya dapat dicari
dengan cara sebagai berikut :
L = q
Cp . γ .( t1−t 0)
L = jumlah air yang disirkulasikan ke menara pendingin (L/min)
q = jumlah kalor yang dilepas oleh kondensor (kkal/jam)
Cp = kalor spesifik air = 1 kkal/kg0C
γ = berat jenis air = 1 kg/L
t0,t1 = temperatur air pada sisi masuk dan keluar cooling tower , 0C
maka :
q = L.Cp.γ.(t1-t0)
= 16.329 L/min . 1 kkal/kg0C . 1 kg/L (46-30)0C . 60
= 15.675.840 kkal/jam
Apabila dari hasil perhitungan beban pendinginan di atas dikonversikan ke
dalam TR (Ton Refrigeration) maka akan didapatkan harga sebesar 5.183,9 TR ≈
5.185 TR.
4.6.1 Analisa Perencanaan Menara Pendingin
Data-data Perencanaan
Dari data-data awal diketahui :
1. Kondisi air :
Temperatur air masuk menara (t1,in) = 46 0C = 114,8 0F
Temperatur air keluar menara (t1,out) = 30 0C = 86 0F
2. Kondisi udara :
Temperatur udara masuk (twb) = 19,7 0C = 67,46 0F
Temperatur udara masuk (tdb) = 22 0C = 71,6 0F (Cristianto, 1998)
Temperatur udara keluar (twb= tdb) = 35 0C = 95 0F
3. Range pendingin : tin - tout = (114,8 - 86) 0F
= 28,8 0F
4. Ketinggian lokasi = 1730 M
≈ 6.000 ft
4.6.2. Perhitungan Nilai Karakteristik Menara Pendingin
Entalpi udara masuk menara pendingin pada umumnya sama dengan
temperatur bola basahnya= 67,46 0F sehingga dari tabel termodinamika enthalpies
and humidities Air-Water mixture at 6.000 ft (Kern, 1983) didapat :
(ha,in) = 36,46 BTU/lbm
4.6.2.1. Prestasi Menara Pendingin
Range Pendingin : tin – tout = (114,8 – 86) 0F
= 28,8 0F
Approach (hampiran) : t1,out – twb = (86 – 67,46)0F
= 18,54 0F
4.6.2.2. Rasio Laju Aliran Air dan [L/G]
Untuk menentukan nilai L/G adalah dengan menggunakan diagram
perhitungan faktor Ka.V (Gambar 4.23). Dimana terdapat hubungan antara range
pendinginan (cooling range), temperatur air keluar (cold water) dan temperatur
bola basah (wet bulb). Dengan menarik garis melalui titik “Cooling Range Cold
Water” secara paralel. Dengan garis “Wet Bulb Cold Water” didapat nilai L/G
sebesar 1,5 dan nilai Ka.V/L adalah dalam range 0,8 – 1,0.
Gambar 4.23 Diagram Karakteristik Menara Pendingin (Perry, 1999)
67,46
86
4.6.2.3. Perhitungan Nilai Karakteristik Dengan Metode Numerik
Perhitungan dengan metode numerik adalah membagi volume menara
pendingin menjadi beberapa bagian volume kecil sesuai dengan kenaikan
temperatur. Dalam hal ini, menara pendingin dibagi menjadi 10 bagian dengan
penurunan temperatur 3,2 0F sehingga setiap bagian dianalisa sebagai berikut :
hi = h0 + L/G (T1 – T0)
Berikut distribusi temperatur pada menara pendingin :
Gambar 4.24 Distribusi Temperatur Pada Menara Pendingin (Prasetyo, 2003)
Pada twb = 67,46 0F, dengan menggunakan tabel entalpi dan kelembaban pada
ketinggian bervariasi (Kern, 1983) didapat :
ha,in = 36,46 BTU/lbm
Bagian 0–1 :
hi – h0 = L/G (ti – t0)
hi = 36,46 BTU/lbm + 1,3 (89,2-86) BTU/lbm = 40,62 BTU/lbm
Entalpi udara rata-rata di bagian ini :
ha = [ h0+h1
2 ]= [ 36,46+40,622 ] = 38,54 BTU/lbm
Sedangkan temperatur air rata-rata pada bagian (0-1) adalah
= [ t 0+t 1
2 ] = [ 86+89,22 ] = 87,6 0F
Sehingga dari tabel entalpi dan kelembaban pada ketinggian bervariasi (Kern,
1983) pada T= 87,60F & ketinggian 6.000 ft :
h1 = 61,86 BTU/lbm
maka harga entalpi driving forcenya adalah :
(h1 – ha) = (61,86 – 38,54) BTU/lbm = 23,32 BTU/lbm
dan harga : 1
(h1−ha ) = 1
23,32 BTU/lbm = 0,043 BTU/lbm
Selanjutnya dengan cara yang sama didapatkan untuk bagian (1-2), (2-3), dan
seterusnya dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Entalpi Driving Force Setiap Volume Bagian
Bagian TM (0F) h1 (BTU/lbm) ha (BTU/lbm) (h1-ha)m (BTU/lbm)1
(h1−ha )
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
87,6
90,8
94
97,2
100,4
103,6
106,8
110
113,2
61,86
66,98
72,1
79,71
86,69
94,63
103,07
111,9
122,72
38,54
42,70
46,86
51,02
55,18
59,34
63,50
67,66
71,82
23,32
24,29
25,24
28,69
31,51
35,29
39,57
44,24
50,89
0,043
0,042
0,040
0,035
0,032
0,028
0,025
0,023
0,020
∑ 1
(h i−ha ) = 0,286
Maka nilai karakteristik menara pendingin Ka.V/L, didapat :
Ka.VL
= ∆ T .∑ 1
(h i−ha )
= 3,2 x 0,286
= 0,916
Nilai Ka.V/L = 0,916, sehingga masih didalam range 0,8-1,0.
4.6.3 Perancangan Fill (Packing) dan Tinggi Packed Menara
4.6.3.1 Perencanaan Packing
Direncanakan menggunakan packing tipe I model film. Dan jumlah yang
digunakan adalah :
Dari persamaan : Ka.V
L= 0,07 + A.N.[ L
Ga ]−n
(Ludwig, 1997)
Direncanakan menggunakan tipe packing I, maka berdasarkan dari tabel
4.2, didapat faktor A dan n, sebagai berikut :
A = 0,135
n = 0,57
Sehingga didapat jumlah packing yang digunakan adalah
N=
Ka .V
L−0,07
A [ LGa
]−n
¿ 0,916−0,07
0,135. (1,3 )−0,57
¿7,27 ≈ 8 buah packing
Jadi, direncanakan menara pendingin menggunakan 8 buah jumlah packing.
Tabel 4.17 Faktor Konstanta Berbagai Tipe Packing(Tanrian, 2005)
Gambar 4.25 Jenis susunan deck (Tanrian, 2005)
4.6.3.2 Tinggi Packed Menara Pendingin
H = (N-1). S
12(Cheresmissinof, 1983)
Dimana : N = 8 buah (dari perhitungan)
S = jarak vertikal = 24 (dari gambar susunan deck)
Sehingga :
H = (8-1) . 2412
= 14 ft = 4,27 m.
4.6.4. Perencanaan Luasan Tanah (ST)
Untuk ketinggian packed menara bervariasi dari 12 ft sampai 40 ft, luasan
tanah yang ekonomis untuk laju aliran massa udara perjam per satuan luasan
penampang menara (Ga) adalah antara 1400-2000 [ lb
jam . ft2 ]berturut – turut
dianggap sebagai garis lurus (Ludwig, 1997).Sehingga untuk mendapatkan harga
(Ga) didapatkan dengan interpolasi diantara harga-harga tersebut di atas
Ga−2.000
1.400−2.000=14−12
40−12
Ga = 2.000 + 14−1240−12
(1.400-2.000)
= 2.000 -43
= 1.957lb
jam . ft2
Dari perhitungan sebelumnya telah didapatkan harga L/G = 1,3, maka laju aliran
massa air perjam per satuan luas penampang menara (La) adalah
La
Ga
= LG
La = Ga . LG
= 1.957 x 1,3lb
jam . ft2
= 2544lb
jam . ft2
Sedangkan laju aliran massa air yang melalui menara (L) adalah
L = 4.313,98 gpm
= 4.313,98 gpm x (8,33 lbm/gal) x (60 menit/jam)
= 2.156.127,2 lbm/jam
Berat jenis air = 8,33 lbm/galon.
Sehingga luasan tanah yang dipakai untuk 1 unit menara pendingin adalah
ST = LLa
= 2.156 .127,2lbm / jam
2.544 lbm/ jam ft2 = 847 ft2= 78,73 m2
Dari luas tanah yang didapat di atas maka direncanakan menara dengan bentuk
balok dengan asumsi lebar = 8 m sehingga panjang menara = 9,84 m.
4.6.5. Perencanaan Louver
Direncanakan louver yang digunakan terbuat dari UPVC Ben Mesh
dengan dimensi :
Bentuk : jaring-jaring
Tinggi : 8,2 ft = 2,5 m
Luas : 928,99 ft2 = 86,3 m2
Jarak antara louver dengan sprinkle : 4,92 ft = 1,5 m
4.6.6. Perencanaan Drift Eliminator
Direncanakan Drift Eliminator yang digunakan pada menara pendingin :
Jenis : Two rows
Jumlah : 18 lapis (berjajar horisontal)
Panjang : 36,08 ft = 11 m
Bahan : Asbes Plastik
4.6.7 Perhitungan Kerugian Tekanan (Pressure Drop)
4.6.7.1 Pressure drop pada packing
Pressure drop yang terjadi pada packing dalam menara pendingin aliran
berlawanan dapat dihitung dengan persamaan :
∆ Pp=N .B . ( Ga )2[ 0,0675ρG ]+N . C .√S f . ( La ) . (GE )2[ 0,0675
ρG ](Ludwig, 1997)
Harga faktor-faktor B, C dan vertikal freefall (Sf) dapat dicari pada tabel 4.2
sesuai dengan tipe packing yang digunakan yaitu tipe I, diperoleh :
B = 0,52 x 10-8
C = 0,16 x 10-12
Sf = 4,5
Sedangkan harga equivalent pressure loss air mass flow (GE) dapat dicari dari
gambar 4.26. Untuk harga Ga yang telah ditentukan, dari pembahasan di atas,
diketahui Ga = 1.957 lbm/jam.ft2. Maka didapat :
GE = 4700
Sedangkan massa jenis udara rata-rata, didapat dengan menggunakan tabel
psikometri :
Untuk kondisi udara masuk T = 67,46 0F, ρG ,∈¿¿ = 0,0736 lbm/jam ft3
Untuk kondisi udara keluar T = 95 0F, ρG ,out = 0,0673 lbm/jam ft3
Sehingga didapat massa jenis rata-rata, ρG
ρG,∈¿+ ρG, out
2=
(0,0736+0,0673)2
lbmjam . ft3 =0,704
lbmjam. ft3 ¿
Dari data-data di atas, besarnya pressure drop yang terjadi pada
packing :
∆ PP=9 x 0,52 x 10−8 x (1957)2 . [ 0,06750,0704 ]+9x 0,16 x10−12 x √4,5 x 2.212,5 x 47002 . [ 0,0675
0,0704 ]= 0,3 inci H2O.
Gambar 4.26 Grafik Equivalent Pressure Air Mass Flow terhadap Countercurrent
Air Mass Flow (Tanrian, 2005)
4.6.7.2. Pressure drop pada drift eliminator
Untuk massa jenis udara yang tidak sama dengan 0,0675 lbm/ft3 perlu
dilakukan penyesuaian dengan menentukan kecepatan udara pada kondisi
tersebut. Karena harga Pressure drop bervariasi antara 0,001 inci H2O pada G =
800 lbm/(jam.ft3) dan 0,07 inci H2O pada G = 2000 lbm/(jam.ft3) (Ludwig, 1997).
Maka besarnya kecepatan udara yang melewati drift eliminator adalah
Untuk G = 800 lbm
jam ft 2
Vudara = 800
lbm
jam ft 2
0,0675lbm
jam ft3 .(60 min)
= 197,53 ft
min
Untuk G = 2.000 lbm
jam ft 2
4,54700
Vudara =
2.000lbm
jam ft2
0,0675lbm
jam ft3 .(60min)
= 493,83 ft
min
Sedangkan udara yang keluar dari menara pendingin dalam kondisi jenuh dengan
temperatur 95 0F dan massa jenis 0,0673 lbm
ft3 , serta laju aliran massa udara G =
1957lbm
jam . ft2 sehingga kecepatan udara pada kondisi ini adalah
Vudara = Gρ =
1957lbm
jam ft2
0,0673lbm
jamft3 .(60min)= 484,65 ft/min
Maka besarnya pressure drop yang terjadi pada drift eliminator dapat dicari
dengan interpolasi :
∆ PDE=0,01+[ 484,65−197,53493,83−197,53 ](0,07−0,01)
= 0,068 inciH2O
4.2.6.3. Pressure drop pada louver
Pressure drop aliran udara yang melewati louver berdasarkan pada massa
jenis udara 0,075 lbm
ft3 , yaitu antara 0,02 inci H2O pada kecepatan 400 ft
min dan
0,32 inci H2O pada 1600 ft
min (Ludwig, 1997).
Sedangkan laju aliran volume udara (Qudara) yang melewati louver dengan
G = 1957lbm
jam ft 2, dan luas penampang (ST) = 847,44 ft2.
G1 = 1957lbm
jam ft 2 . 847,44 ft2
= 1.658.559,4lbmjam
Qud = 1.437 .418,1lbm / jam
0,075 lbm/ ft3 .(60 min)
= 368.568,8 ft3/min
Direncanakan bentuk menara pendingin adalah silinder dan tinggi louver
(t) adalah 2,5 m = 8,2 ft, Diameter menara (D) = 10 m = 32,86 ft maka muka
louver (SL) adalah
Sehingga luas muka louver (SL) adalah
SL = t . π . D
= 8,2 ft . 3,14 . 32,86 ft
= 845,99 ft2
Persamaan udara melalui louver adalah
V = Qud
SL=
319.426,3 ft3/min845 ,99 ft2
= 435,67 ft/min
sehingga besarnya pressure drop yang melewati louver dapat dicari
dengan interpolasi
∆ PL−0,02
0,32−0,02=435,67−400
1.600−400
∆ PL=0,02+[ 435,67−4001600−400 ](0,32−0,02)
= 0,029inci H2O
Dari hasil perhitungan pressure drop pada ketiga bagian tersebut
didapatkan jumlah total pressure drop pada menara pendingin (∆ Ptot) adalah
∆ Ptot=∆ PP+∆ PDE+∆ PL
= (0,3 + 0,068 + 0,029) inci H2O
= 0,396 inci H2O
4.6.8. Perhitungan daya dan diameter kipas
4.6.8.1. Perhitungan daya kipas
Daya kipas digunakan untuk menggerakkan kipas pada menara pendingin.
Daya kipas dipengaruhi oleh aliran volume udara yang melewati kipas dan
kerugian tekanan (pressure drop) udara ketika melewati menara pendingin.
Besarnya daya kipas yang digunakan dapat dicari dari persamaan berikut
BHP = Qud . ∆ P tot
6356 .η p(Ludwig, 1997)
Dimana :
Qud = laju aliran volume udara [ ftmin ]
∆ Ptot = total pressure drop (inci H2O)
ηp = efisiensi propeler kipas (0,5)
Laju aliran volume udara didapat dari hubungan berikut
Qud = G1
ρG
Massa jenis udara melalui kipas pada temperatur 95 0F adalah 0,0673
lbm/ft3.
Qud =
1.658 .559,4lbmjam
0,0673lbm
ft3 60minjam
= 410.656,3 ft3/min
Maka daya kipas yang diperlukan adalah
BHP = Qud ∆ Ptot
6356 . ηp
= 410 .656,3
ft3
min. 0,4 inci H 2O
6356 .0,5
= 51,2 hp
Digunakan motor dengan daya 55 hp = 40,45 kW. Dibagi menjadi dua motor
sehingga masing-masing motor dengan daya 20 kW.
4.6.8.2. Perhitungan diameter kipas
Kecepatan udara yang melalui kipas mempunyai range dari 1200-2500
ft/min. Sedangkan untuk desain yang ekonomis, kecepatannya sekitar 1800 ft/min
(Ludwig, 1997), sehingga didapat hubungan sebagai berikut
Qud = Af.V
Dimana :
Af = luas penampang kipas (ft2)
V = kecepatan udara untuk desain ekonomis (1800 ft/min)
maka :
Af = Qud
V =
355.904,7ft3
min
1800ft
min
= 197,7 ft2
Sehingga diameter kipas didapat :
Df = √ 4 . A f
π = √ 4 . 197,7 ft2
3,14 = 15,87 ft ≈ 5 m
Dibagi menjadi dua kipas sehingga diameter masing-masing kipas = 2,5 m.
4.6.9. Resirkulasi
Resirkulasi adalah bercampurnya udara yang masuk menara pendingin
(fresh air) dengan sebagian udara yang meninggalkan menara (warm moist air)
sehingga ada kandungan air yang masuk menara pendingin.
Gambar 4.27 Resirkulasi
Untuk mengetahui resirkulasi yang terjadi dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Rc = 0,073 x panjang sisimenara
1+(0,004 x panjang sisimenara)(Ludwig, 1997)
Dengan penentuan panjang sisi menara = 36,08 ft = 11 m.
Rc = 0,073 x36,08 ft
1+(0,004 x 36,08 ft )
= 2,3 %
Hal ini berarti nahwa udara keluar dari menara pendingin yang ikut masuk
bersama udara segar adalah 2,3 % dari seluruh udara yang masuk ke menara
pendingin.
4.6.10. Analisa Make Up Water
Make up water adalah penambahan kebutuhan yang digunakan untuk
menggantikan air yang hilang karena adanya proses evaporasi pada menara
pendingin (E), terbawanya air karena hembusan udara atau drift (W) dan air yang
sengaja dibuang untuk mengurangi endapan yang terjadi atau blow down (B).
Sehinga jumlah air yang ditambahkan adalah
M = E + W + B (%) (Ludwig, 1997)
4.6.10.1. Kehilangan Air Karena Evaporasi
Karena adanya perpindahan massa uap air dari muka basah ke udara akan
menyebabkan jumlah air yang disirkulasikan berkurang akibat penguapan. Hal ini
karena dalam menara pendingin udara mengalami proses penjenuhan dan keluar
dalam kondisi udara jenuh. Air yang hilang ini dapat diperhitungkan dengan
menggunakna persamaan berikut
E = G (W2 – W1) (Ludwig, 1997)
Dari tabel psikometri, untuk udara jenuh yang keluar menara pada T= 950F
mempunyai rasio kelembaban W2 = 0,0367 lb/lb dry air. Sedangkan untuk kondisi
udara masuk dengan T= 67,46 0F mempunyai rasio kelembaban W1 = 0,0145 lb/lb
dry air. Untuk aliran yang melalui menara pendingin G = 4.157,54 gpm.
E = 4.157,54 gpm (0,0367 – 0,0145) lb/lb dry air.
= 92,51 gpm
Sedangkan total air yang disirkulasikan L = 4.313,7 gpm, maka:
E = 92,51 gpm
4.313,7 gpmx100 % = 2,14 %
4.6.10.2. Kehilangan Air Karena Drift
Drift adalah terbuangnya air bersama hembusan udara keluar. Drift
eliminator tidak mungkin dapat mencegah seluruh air untuk tidak ikut keluar ber-
sama hembusan udara. Tetapi, untuk desainyang baik, sistem akan kehilangan air
diperkirakan kurang dari 0,2 % dari total air yang disirkulasikan (Ludwig, 1997).
Kehilangan air akibat hembusan udara bervariasi untuk berbagai tipe
menara pendingin dan kondisi lokal. Operasi menara pendingin yang normal
kehilangan air berkisar 0,3 – 1 % dari sirkulasi air yang masuk menara pendingin
(untuk tipe menara pendingin natural draft) dan 0,1 – 0,3 % untuk tipe
mechanical draft cooling tower. (Ludwig, 1997)
Dalam perancangan ini diperkirakan kehilangan air karena drift pada
eliminator adalah 0,2 % dari total sirkulasi air. Karena air yang disirkulasikan
sebesar 4.313,7 gpm, maka kehilangan air karena drift (W) adalah
W = 0,2 % . 4.313,7 gpm
= 8,6 gpm
4.6.10.3 Kehilangan Air Karena Blow Down
Blow down adalah sejumlah air yang sengaja dikeluarkan dari menara
pendingin untuk mengontrol kadar konsentrasi garam atau kotoran lain pada air
yang disirkulasikan. Dengan adanya blow down ini maka diperlukan adanya air
untuk menggantikan air yang keluar dengan persamaan sebagai berikut
B = E
π . c−1−W (Ludwig, 1997)
Dimana :
π.c = cycle of concentration (harganya bervariasi antara 3-7)
B,E dan W dalam %.
Dalam perencanaain ini diambil nilai π.c = 3, maka kehilangan air akibat blow
down sebesar :
B = 2,14 %3−1
−0,2 %
= 0,87 %
4.6.10.4 Total Make Up Water yang Diperlukan
Dari perhitungan di atas, jumlah air yang harus ditambahkan dalam
sirkulasi air pada menara pendingin adalah sejumlah air yang hilang akibat
evaporasi, drift dan blow down tersebut di atas adalah
M = E + W + B
= 2,14 % + 0,2 % + 0,87 %
= 3,21 %
Jadi total make up water yang diperlukan adalah 3,21 % dari seluruh air yang
disirkulasikan pada menara pendingin, yaitu :
= 3,21 % x 4.313,7 gpm = 138 gpm
4.6.11 Perhitungan Beban Kalor Sensibel dan Laten Pada Menara Pendingin
4.6.11.1 Perhitungan Beban Kalor Sensibel Pada Menara Pendingin
Perpindahan kalor sensibel terjadi jika terdapat perbedaan suhu antara
udara yang mengalir (masuk ke menara pendingin) dengan muka basah air ( air
yang keluar dari sprinkle). Proses ini disebut juga dengan perpindahan panas
secara konveksi dimana kalor sensibel mengalir dari dalam zat cair ke muka basah
(interface).
Laju kalor sensibel dapat dihitung dengan rumus :
qs = hc x (Ti – Ta) x A
Dari data awal diketahui :
- Kondisi udara masuk louver, tdb = 71,46 0F
twb = 67,46 0F
- Kondisi udara keluar menara, tdb = twb = 95 0F
- Luas perpindahan panas pada cooling tower :
Jarak antara sprinkle dan louver = 4,92 ft = 1,5 m
Diameter menara = 36,08 ft = 11 m
maka, A = π . D . t
= 3,14 . 36,08 ft . 4,92 ft
= 557,39 ft2
Koefisien perpindahan panas
Tin, udara = 71,46 0F
Gin, udara = 1475 lb/ jam.ft2
Dengan temperatur di atas dari tabel properties udara didapat :
ρud = 0,073 lb/ft3
v = 13,74 (ft3/lb)
Vud = G. v
= 1475 lbm
jam ft 2 . 13,74 ft3
lb
= 20.268,7 ft/jam = 5,6 ft/s
Tout, udara = 95 0F
Trata-rata = (95+71,46 )o F
2= 83,23 0F
Dari tabel properties udara didapat
v = 0,172 x 103 ft2/s
Pr = 0,729
k = 0,0149 BTU/h.Ft.0F
Re = V . D
v
= 5,6
fts
. 36,08 ft
172ft2
s
= 1,2
Nu = 0,664 . Re1/2 . Pr
1/3
= 0,664 . 1,21/2 . 0,7291/3
= 0,7
h = N u k
L
= 0,7 x0,0149
BTU
h . fto F4,92 ft
= 0,0020 BTU/h.ft20F
Sehingga laju kalor sensibel adalah
qs = 0,0020 BTU/h.ft20F x (95 – 71,46) 0F x 557,39 ft2
= 25,85 BTU/h
4.6.11.2 Perpindahan Beban Kalor Laten Pada Menara Pendingin
Perpindahan kalor laten terjadi apabila terdapat perpindahan massa air
dalam proses pengembunan ataupun penguapan karena pada saat uap air
mengembun, kalor laten harus dilepaskan oleh air. Sebaliknya jika air menguap
maka harus diberikan kalor laten untuk penguapan. Proses ini disebut juga dengan
perpindahan air difusi.
laju perpindahan kalor laten dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
q1 = K (W1 – W2) hfg x A
Dari data-data awal diketahui :
- Kondisi udara masuk (Tin) = tdb = 71,46 0F
twb = 67,46 0F
- Kondisi udara keluar (Tout) = tdb = twb = 95 0F
Dari tabel psikometri diperoleh :
- Wl (T=95 F) = 0,0367 lb/lb dry air
- Wa (T=71,46 F) = 0,0167 lb/lb dry air
Pada kondisi Trata-rata = 83,23 0F diperoleh harga hfg = 47,31 BTU/lb dari tabel
psikometri serta harga cpm = 0,2404 BTU/ lbm 0F dari tabel properties udara.
- K = h
cpm =
koefisien perpindahan panaskalor panas spesifik
=
0,0020BTU
jam ft2 o F
0,2404BTU
lbmo F
= 0,0082 lbm/jam ft2
maka,
q1 = 0,0082 lbm
jam ft 2(0,0367 – 0,0167) lb
lbdry air47,31
BTUlb
557,39 ft2
= 4,34 BTU/jam
Sehingga diperoleh dimensi cooling tower :
Panjang = 9,84 m.
Lebar = 8 m.
Tinggi packed = 4,27 m.
Diameter kipas = 2,5 m.
Daya motor = 20 kW.
Dibutuhkan dua buah kipas dan dua buah motor.
Gambar 4. 28 Dimensi cooling tower hasil perhitungan