BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air pendingin dan menara pendingin merupakan komponen sistem peralatan yang sangat penting dan dibutuhkan dalam setiap industri. Dalam dunia industri, menara pendingin bertanggung jawab terhadap hampir 80% kebutuhan air pendingin dalam suatu operasi pabrik. Kebutuhan akan air pendingin (cooling water) bisa di kategorikan kebutuhan umum dalam setiap mesin penggerak. Pengolahan air pendingin biasanya kurang diperhatikan oleh operator pabrik karena persepsi yang salah dimana setiap air bersuhu rendah bisa digunakan. Tetapi mereka lupa bahwa air pendingin disalurkan melalui pipa-pipa yang diameternya terkadang cukup kecil, panjang dan melingkar-lingkar sehingga rawan terhadap karat dan sumbatan tentunya. Air pendingin adalah air yang digunakan untuk menyerap panas yang berlebihan pada reaktor untuk menghasilkan listrik. Karakteristik dari air pendingin yaitu air tawar yang tahan terhadap radiasi dan kapasitas panas tinggi. Air yang digunakan untuk air pendingin yaitu air berat karena mempunyai kapasitas panas tinggi, tahan radiasi tinggi dan digunakan pada reaktor yang menggunakan uranium alam. Jenis air lainnya yang dapat digunakan sebagai air pendingin yaitu air bertekanan tinggi dan air biasa. Air dingin diperlukan untuk sebagai contoh, penyejuk udara/ AC, proses-proses manufakturing atau pembangkitan daya. Sedangkan Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. 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 (Menara Pendingin Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia www.energyefficiencyasia.org UNEP 2). Secara umum, air pendingin biasa digunakan untuk keperluan proses dan sebagai pendingin pada cooling tower di pabrik. Namun penggunaan air pendingin terkadang meninmbulkan beberapa kasus sehingga nantinya diharapkan akan diperoleh sistem pendinginan yang dianggap terbaik untuk diaplikasikan pada pembangunan pabrik. Pengetahuan lebih lanjut mengenai menara pendingin dan air pendingin akan dikaji pada pembahasan makalah ini.1

1.2 Tujuan Makalah ini disusun berdasarkan tujuan yang terarah, antara lain : a. Memberikan pemahaman mengenai komponen menara pendingin pompa. b. Memberikan pemahaman mengenaiair pendingin. c. Memberikan penjelasan mengenai jenis-jenis menara pendingin. d. Memberikan penjelasan mengenai air pendingin. e. Memberikan ulasan mengenai prinsip kerja pompa. f. Memberikan ulasan mengenai prinsip kerja kompresor.

1.3 Manfaat Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini antara lain :a. Memahami komponen menara pendingin.

b. Memahami karakteristik kompresor.c. Mampu menjelaskan jenis-jenis menara pendingin.

d. Mampu menjelaskan jenis-jenis. e. Mampu memberikan ulasan mengenai f. Mampu memberikan ulasan mengenai.g. Dapat dijadikan sebagai materi penunjang mata kuliah utilitas.

2

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Pengertian Menara Pendingin Menurut El. Wakil, menara pendingin didefinisikan sebagai alat penukar kalor yang fluida kerjanya adalah air dan udara yang berfungsi mendinginkan air dengan kontak langsung dengan udara yang mengakibatkan sebagian kecil air menguap. Dalam kebanyakan menara pendingin yang bekerja pada sistem pendinginan udara menggunakan pompa sentrifugal untuk menggerakkan air vertikal ke atas melintasi menara. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam range dan approach seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1. Range dan approach temperatur pada menara pendingin

Range adalah perbedaan suhu antara tingkat suhu air masuk menara pendingin dengan tingkat suhu air yang keluar menara pendingin atau selisih antara suhu air panas dan suhu air3

dingin, sedangkan approach adalah perbedaan antara temperatur air keluar menara pendingin dengan temperatur bola basah udara yang masuk atau selisih antara suhu air dingin dan temperatur bola basah (wet bulb) dari udara atmosfir. Temperatur udara sebagaimana umumnya diukur dengan menggunakan termometer biasa yang sering dikenal sebagai temperatur bola kering (dry bulb temperature), sedangkan temperatur bola basah (wet bulb temperature) adalah temperatur yang bolanya diberi kasa basah, sehingga jika air menguap dari kasa dan bacaan suhu pada termometer menjadi lebih rendah daripada temperatur bola kering. Pada kelembaban tinggi, penguapan akan berlangsung lamban dan temperatur bola basah (Twb) identik dengan temperatur bola kering (Tdb). Namun pada kelembaban rendah sebagian air akan menguap, jadi temperatur bola basah akan semakin jauh perbedaannya dengan temperatur bola kering. Adapun sistem mesin pendingin yang paling banyak digunakan adalah sistem kompresi uap. Secara garis besar komponen sistem pendingin siklus kompresi uap terdiri dari: 1. 2.3.

Kompresor, berfungsi untuk mengkompresi refrijeran dari fasa uap tekanan rendah evaporator hingga ke tekanan tinggi kondensor. Kondensor, berfungsi untuk mengkondensasi uap refrijeran kalor lanjut yang keluar dari kompresor. Katup ekspansi, berfungsi untuk mencekik (throttling) refrijeran bertekanan tinggi yang keluar dari konsensor dimana setelah melewati katup ekspansi ini tekanan refrijeran turun sehingga fasa refrijeran setelah keluar dari katup ekspansi ini adalah berupa fasa cair + uap.

4.

Evaporator, berfungsi untuk menguapkan refrijeran dari fasa cair + uap menjadi fasa uap

2.2. Fungsi Menara Pendingin Semua mesin pendingin yang bekerja akan melepaskan kalor melalui kondensor, refrijeran akan melepas kalornya kepada air pendingin sehingga air menjadi panas. Selanjutnya air panas ini akan dipompakan ke menara pendingin. Menara pendingin 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 menara pendingin berfungsi untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfer.4

Menara pendingin 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. 2.3. Prinsip Kerja Menara Pendingin Prinsip kerja menara pendingin berdasarkan pada pelepasan kalor dan perpindahan kalor. Dalam menara pendingin, perpindahan kalor berlangsung dari air ke udara. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sehingga air yang tersisa didinginkan secara signifikan.

Gambar 2.2. Skema menara pendingin

Prinsip kerja menara pendingin dapat dilihat pada gambar di atas. Air dari bak/basin dipompa menuju heater untuk dipanaskan dan dialirkan ke menara pendingin. 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 menara pendingin, 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 menara pendingin juga dipasang katup make up water untuk menambah kapasitas air pendingin jika terjadi kehilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut sedang berlangsung. 2.4. Komponen komponen Menara Pendingin5

Gambar 2.3. Komponen menara pendingin

Komponen komponen pada menara pendingin secara garis besar terdiri atas: 1. Kipas (fan) Kipas 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 tidak berfungsi maka kinerja menara pendingin tidak akan optimal. Kipas digerakkan oleh motor listrik yang dikopel langsung dengan poros kipas. 2. Kerangka pendukung menara (tower supporter) Kerangka pendukung menara berfungsi untuk mendukung menara pendingin agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Tower supporter terbuat dari baja. 3. Rumah menara pendingin (casing) Rumah menara pendingin (casing) harus memiliki ketahanan yang baik terhadap segala cuaca dan umur pakai (life time) yang lama. Casing terbuat dari seng. 4. Pipa sprinkler Pipa sprinkler merupakan pipa yang berfungsi untuk mensirkulasikan air secara merata pada menara pendingin, sehingga perpindahan kalor air dapat menjadi efektif dan efisien. Pipa sprinkler dilengkapi dengan lubang-lubang kecil untuk menyalurkan air. 5. Penampung air (water basin)6

Water basin berfungsi sebagai pengumpul air sementara yang jatuh dari filling material sebelum disirkulasikan kembali ke kondensor. Water basin terbuat dari seng. 6. Lubang udara (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. 7. Bahan Pengisi (filling material) Filling material merupakan bagian dari menara pendingin yang berfungsi untuk mencampurkan air yang jatuh dengan udara yang bergerak naik. Air masuk yang mempunyai suhu yang cukup tinggi (33oC) akan disemprotkan ke filling material. Pada filling material inilah air yang mengalir turun ke water basin akan bertukar kalor dengan udara segar dari atmosfer yang suhunya (28oC). Oleh sebab itu, filling material harus dapat menimbulkan kontak yang baik antara air dan udara agar terjadi laju perpindahan kalor yang baik. Filling material harus kuat, ringan dan tahan lapuk. Filling material ini mempunyai peranan sebagai memecah air menjadi butiran-butiran tetes air dengan maksud untuk memperluas permukaan pendinginan sehingga proses perpindahan panas dapat dilakukan seefisien mungkin. Filling material ini umumnya terdiri dari 2 jenis lapisan:1. 1st level packing

Merupakan Filling material lapisan atas yang mempunyai celah sarang lebah lebih besar dimaksudkan untuk pendinginan tahap pertama. Fluida yang akan didinginkan pertama kali dialirkan ke lamella ini. 2. 2nd level packing Merupakan Filling material yang lebih lembut untuk second stage pendinginan. Pabrikan package menara pendingin 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.7

Gambar 2.4. Splash Fill b. Bahan pengisi jenis film (film fill) 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 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.

Gambar 2.5. Film Fill 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 air8

laut karena adanya penghematan daya dan kinerjanya dibandingkan tipe bahan pengisi jenis percikan konvensional.

Gambar 2.6. Low-clog Film Fill

Pengaruh Media Bahan PengisiDalam menara pendingin, air panas didistribusikan diatas media pengisi dan didinginkan melalui penguapan ketika menuruni menara dan bersentuhan dengan udara. Media pengisi berdampak pada pemakaian energi dalam dua cara:

Digunakan listrik untuk memompa ke atas bahan pengisi dan untuk fan yang menciptakan air draft. Media pengisi yang dirancang secara efisien dengan distribusi air yang cukup, drift eliminator, fan, gearbox dan motor menyebabkan pemakaian listrik yang lebih rendah.

Pertukaran panas antara udara dan air dipengaruhi oleh luas permukaan pertukaran panas, lamanya waktu pertukaran panas (interaksi) dan turbulensi dalam air mempengaruhi keseksamaan pencampuran. Media pengisi menentukan keseluruhan diatas dan oleh karena itu mempengaruhi pertukaran panas. Makin besar pertukaran panas, makin efektif menara pendinginnya.

2.5. Klasifikasi Menara Pendingin Ada banyak jenis klasifikasi menara pendingin, namun pada umumnya pengklasifikasian dilakukan berdasarkan sirkulasi air yang terdapat di dalamnya. Menurut J.R. Singham menara pendingin dapat diklasifikasikan atas tiga bagian, yaitu:1. Menara pendingin basah (wet cooling tower) 2. Menara pendingin kering (dry cooling tower) 3. Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower) 9

Setiap jenis menara pendingin ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masingmasing. 2.5.1. Menara Pendingin Basah (Wet Cooling Tower) Menara pendingin basah mempunyai sistem distribusi air panas yang disemprotkan secara merata ke kisi-kisi, lubang-lubang atau batang-batang horizontal pada sisi menara yang disebut isian. Udara masuk dari luar menara melalui kisi-kisi yang berbentuk celahcelah horizontal yang terpancang pada sisi menara. Celah ini biasanya mengarah miring ke bawah supaya air tidak keluar. Oleh karena ada percampuran antara air dan udara terjadi perpindahan kalor sehingga air menjadi dingin. Air yang telah dingin itu berkumpul di kolam atau bak di dasar menara dan dari situ diteruskan ke dalam kondensor atau dibuang keluar, sehingga udara sekarang kalor dan lembab keluar dari atas menara. Berdasarkan literatur El. Wakil, menara pendingin basah dapat dibagi menjadi:1. Menara Pendingin Basah Aliran Alami (Naturally Draft Colling Tower)

Menara pendingin aliran angin alami pada mulanya berkembang di Eropa. Beberapa unit pertama dibangun di Belanda pada awal abad ke-19 yang terbuat dari kayu dan akhirnya dibuat dari beton bertulang seperti yang banyak digunakan sekarang ini. Pada awalnya unit ini berbentuk silinder dan akhirnya berbentuk hiperbola yang umum dipakai dewasa ini. Alat ini digunakan secara luas terutama di negara Inggris dan Amerika, unit pertama dibuat tahun 1972. Menara pendingin aliran angin alami tidak menggunakan kipas (fan). Aliran udaranya bergantung semata-mata pada tekanan dorong alami. Pada menara pendingin alami ini tidak ada bagian yang bergerak, udara mengalir ke atas akibat adanya perbedaan massa jenis antara udara atmosfer dengan udara kalor lembab di dalam menara pendingin yang bersuhu lebih tinggi daripada udara atmosfer di sekitarnya. Karena perbedaan massa jenis ini maka timbul tekanan dorong yang mendorong udara ke atas. Biasanya menara pendingin tipe ini mempunyai tinggi yang besar dan dapat mencapai ketinggian puluhan meter. Menara pendingin aliran angin alami dapat dibagi menjadi dua jenis,yaitu: a. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah10

Gambar 2.7. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arahb.

Menara pendingin aliran angin alami aliran melintang

Gambar 2.8. Menara pendingin aliran angin alami aliran melintang Dari kedua jenis menara pendingin ini, menara pendingin aliran angin alami aliran silang kurang disukai karena lebih sedikit memberi tahanan terhadap aliran udara di dalam menara, sehingga kecepatan udaranya lebih tinggi dan mekanisme perpindahan kalornya kurang efisien. Menara aliran angin alami aliran lawan arah lebih sering digunakan karena mempunyai keunggulan-keunggulan sebagai berikut:1. Memiliki konstuksi yang kuat dan kokoh sehingga lebih tahan terhadap tekanan angin

2. 3.

Mampu beroperasi di daerah dingin maupun lembab Dapat digunakan untuk instalasi skala besar.

11

2. Menara Pendingin Aliran Angin Mekanik (Mechanical-Draft Cooling Tower) Pada menara pendingin aliran angin mekanik, udara mengalir karena adanya satu atau beberapa kipas (fan) yang digerakkan secara mekanik. Fungsi kipas di sini adalah untuk mendorong udara (forced-draft) atau menarik udara melalui menara (induced-draft) yang dipasang pada bagian bawah atau atas menara. Berdasarkan fungsi kipas yang digunakan menara pendingin aliran angin mekanik dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu: a. Tipe aliran angin dorong (forced-draft) b. Tipe aliran angin tarik (induced draft) Pada tipe aliran angin dorong (forced-draft), kipas yang dipasang pada bagian bawah, mendorong udara melalui menara. Jenis ini secara teoritis lebih disukai karena kipas beroperasi dengan udara yang lebih dingin, sehingga konsumsi daya menjadi lebih kecil. Akan tetapi, berdasarkan pengalaman jenis ini memiliki masalah-masalah yang berkaitan dengan distribusi udara, kebocoran dan resirkulasi udara kalor dan lembab kembali ke menara, serta masalah pembekuan pada masukan kipas ketika musim dingin. Mengingat banyaknya permasalahan di atas maka pada saat ini menara pendingin aliran angin mekanik yang sering digunakan pada instalasi adalah tipe aliran angin tarik (induced draft). Pada menara pendingin aliran tarik, udara masuk dari sisi menara melalui bukaan-bukaan yang cukup besar pada kecepatan rendah dan bergerak melalui bahan pengisi (filling material). Kipas dipasang pada puncak menara dan membuang udara kalor dan lembab ke atmosfer. Aliran udara masuk menara pada dasarnya horizontal, tetapi aliran di dalam bahan pengisi (filling material) ada yang horizontal seperti yang terdapat pada menara pendingin aliran silang (cross flow) dan ada pula yang vertikal seperti menara pendingin aliran lawan arah (counter flow). Aliran lawan arah lebih sering dipakai dan dipilih karena efisiensi termalnya lebih baik daripada aliran silang. Keunggulan menara pendingin aliran angin mekanik adalah:1. Terjaminnya jumlah aliran udara dalam jumlah yang diperlukan pada segala kondisi

beban dan cuaca. 2. Biaya investasi dan konstruksinya lebih rendah 3. Ukuran dimensinya lebih kecil. Kelemahan menara pendingin aliran angin mekanik adalah: 1. Kebutuhan daya yang besar 2. Biaya operasi dan pemeliharaan yang besar12

Gambar 2.9. Menara pendingin aliran angin mekanik

Gambar 2.10. Menara pendingin induced draft dengan counter flow

Gambar 2.11. Menara pendingin induced draft dengan cross flow13

3. Menara Pendingin Aliran Angin Gabungan (Combined Draft CoolingTower) Menara pendingin aliran angin alami biasanya mempunyai ukuran yang besar dan membutuhkan lahan yang luas, tetapi dengan konsumsi daya dan biaya operasi yang kecil. Sebaliknya menara pendingin aliran angin mekanik ukurannya lebih kecil, namun membutuhkan daya yang besar. Oleh sebab itu, kedua hal tersebut digabungkan di dalam menara pendingin aliran angin gabungan (combined draft cooling tower). Menara ini disebut juga menara pendingin hiperbola berkipas (fan assisted hyperbolic tower) atau hibrida (hybrid tower). Menara hibrida terdiri dari cangkang beton, tetapi ukurannya lebih kecil dimana diameternya sekitar dua pertiga diameter menara aliran angin mekanik. Di samping itu, terdapat sejumlah kipas listrik yang berfungsi untuk mendorong angin. Menara ini dapat dioperasikan pada musim dingin tanpa menggunakan kipas, sehingga lebih hemat listrik.

Gambar 2.12. Menara pendingin aliran angin gabungan

Tabel 1. Ciri-ciri berbagai jenis menara pendingin draft (berdasarkan pada AIRAH)

14

Jenis menara pendingin Menara pendingin forced draft (Gambar 4): udara dihembuskan ke menara oleh sebuah fan yang terletak pada saluran udara masuk

Keuntungan Cocok untuk resistansi udara yang tinggi karena adanya fan dengan blower sentrifugal Fan relatif tidak berisik

Menara pendingin aliran melintang induced 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) Fan induced draft mengalirkan udara melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar pada puncak menara Menara pendingin aliran berlawanan induced draft (Gambar 6): Air panas masuk pada puncak Udara masuk dari bawah dan keluar pada puncak Menggunakan fan forced dan induced draft

Lebih sedikit resirkulasi daripada menara forced draft sebab kecepatan keluarnya 3 hingga 4 kali lebih tinggi daripada udara masuk

Kerugian 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 Fan dan mekanisme penggerak motor dibutuhkan yang tahan cuaca terhadap embun dan korosi sebab mereka berada pada jalur udara keluar yang lembab

2.5.2. Menara Pendingin Kering (Dry Cooling Tower) Menara pendingin kering (dry cooling tower) adalah menara pendingin yang air sirkulasinya dialirkan di dalam tabung-tabung bersirip yang dialiri udara. Semua kalor yang dikeluarkan dari air sirkulasi diubah. Menara pendingin kering dirancang untuk dioperasikan dalam ruang tertutup. Menara pendingin jenis ini banyak mendapat perhatian akhir-akhir ini karena keunggulannya yaitu: 1. Tidak memerlukan pembersihan berkala sesering menara pendingin basah. 2. Tidak memerlukan zat kimia aditif yang banyak3. Memenuhi syarat peraturan pengelolaan lingkungan mengenai pencemaran termal dan

pencemaran udara pada lingkungan. Meskipun begitu, menara pendingin kering mempunyai beberapa kelemahan, yaitu efisiensinya lebih rendah, sehingga mempengaruhi efisiensi siklus keseluruhan. Ada dua jenis menara pendingin kering, yaitu: 1. Menara pendingin kering langsung (direct dry-cooling tower)15

Menara pendingin kering jenis langsung merupakan gabungan antara kondensor dan menara pendingin. Uap buangan turbin dimasukkan ke kotak uap melalui talang-talang besar supaya jatuh pada tekanan yang tidak terlalu besar dan dapat terkondensasi pada waktu mengalir ke bawah melalui sejumlah besar tabung atau kumparan bersirip. Tabung ini didinginkan dengan udara atmosfer yang mengalir di dalam atmosfer. Kondensat mengalir karena gaya gravitasi ke penampung kondensat dan dipompakan lagi ke sistem air umpan instalasi dengan bantuan pompa kondensat. Terdapat pula sistem untuk menyingkirkan gas dan mencegah pembekuan pada cuaca dingin. Beberapa kelemahan dari menara pendingin jenis ini adalah: 1. Hanya dapat beroperasi dengan volume besar. 2. Memerlukan talang-talang ukuran besar.

Gambar 2.13. Menara pendingin kering langsung 2. Menara pendingin kering tak langsung (indirect dry-cooling tower) Menara pendingin jenis tak langsung dapat dibagi menjadi dua jenis lagi, yaitu: a. Menara pendingin kering tak langsung dengan menggunakan kondensor permukaan kovensional. Air sirkulasi yang keluar dari kondensor masuk melalui tabung bersirip dan didinginkan oleh udara atmosfer di dalam menara. Menara ini boleh menggunakan jujut jenis alami seperti pada gambar. Operasi kondensor pada jenis ini harus dilakukan pada tekanan 0,17 sampai 0,27 kPa. Pada jenis ini, digunakan kondensor terbuka atau kondensor jet. Kondensat jatuh ke dasar kondensor dan dari situ dipompakan oleh pompa resirkulasi ke kumparan bersirip di menara, yang kemudian didinginkan dan dikembalikan ke kondensor.

16

Gambar 2.14. Skematik

instalasi menara pendingin kering tak langsung

dengan kondensor permukaan konvensional b. Menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase. Menara pendingin ini tidak menggunakan air pendingin, tetapi menggunakan suatu bahan pendingin, seperti dengan menggunakan amoniak sebagai bahan perpindahan kalor antara uap dan air, sehingga perpindahan kalor dapat terjadi dengan perubahan fasa, yaitu pendidihan di dalam tabung kondensor dan kondensasi di dalam tabung menara. Amoniak cair yang hampir jenuh masuk kondensor permukaan dan diuapkan menjadi uap jenuh dan uap jenuh tersebut dipompakan lagi ke kondensor. Pendidihan dan kondensasi ini mempunyai koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi daripada sisi tabung, sehingga menghasilkan beda suhu yang lebih rendah antara uap dan amoniak dan antara amoniak dan udara.

17

Gambar 2.15. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase

2.5.3. Menara Pendingin Basah-Kering (Wet-Dry Cooling Tower) Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower) merupakan gabungan antara menara pendingin basah dan menara pendingin kering. Menara pendingin ini mempunyai dua jalur udara paralel dan dua jalur udara seri. Bagian atas menara di bawah kipas adalah bagian kering yang berisi tabung-tabung bersirip. Bagian bawah adalah ruang yang lebar yang merupakan bagian yang basah yang terdiri dari bahan pengisi (filling material). Air sirkulasi yang panas masuk melalui kepala yang terletak di tengah. Air mula-mula mengalir naik-turun melalui tabung bersirip di bagian kering, kemudian meninggalkan bagian kering dan jatuh ke isian di bagian basah menuju bak penampung air dingin. Sedangkan udara ditarik dalam dua arus melalui bagian kering dan basah. Kedua arus menyatu dan bercampur di dalam menara sebelum keluar. Oleh karena arus pertama dipanaskan secara kering dan keluar dalam keadaan yang kering (kelembaban relatif rendah) daripada udara sekitar, sedangkan arus kedua biasanya jenuh. Keunggulan Menara pendingin basah-kering: 1. 2. Udara keluar tidak jenuh sehingga mempunyai kepulan yang lebih sedikit Karena airnya mengalami pendinginan awal di bagian kering, penyusutan karena penguapan jauh berkurang, demikian juga dengan kebutuhan air tambahan.

Gambar 2.16. Menara pendingin basah-kering 2.6. Kinerja Menara Pendingin18

Kinerja menara pendingin dievaluasi untuk mengkaji tingkat approach dan range operasi terhadap nilai rancangan, mengidentifikasi area terjadinya pemborosan energi, dan juga untuk mendapatkan saran perbaikan. Sebagai evaluasi kinerja, pemantauan dilaksanakan untuk mengukur parameter-parameter signifikan berikut ini:1. Temperatur udara wet bulb 2. Temperatur udara dry bulb

3. Temperatur air masuk menara pendingin 4. Temperatur air keluar menara pendingin 5. Temperatur udara keluar 6. Laju aliran air 7. Laju aliran udara.

Parameter Kinerja Menara PendinginSetelah sebuah menara pendingin dipasang ditempatnya sangat sulit untuk memperbaiki kinerja energinya. Sejumlah faktor berpengaruh pada kinerja menara pendingin dan harus dipertimbangkan bilamana memilih sebuah menara pendingin,yaitu: kapasitas, range,approach, beban panas, suhu wet bulb, dan hubungan antara faktor-faktor tersebut. Hal ini akan dijelaskan dibawah. 1. Kapasitas Pemborosan panas (dalam kKal/jam) dan laju alir tersirkulasi (m3/jam) merupakan suatu indikasi kapasitas menara pendingin. Walau begitu, parameter-parameter desain tersebut tidak cukup untuk mengerti kinerja menara pendingin. Sebagai contoh, sebuah menara pendingin yang digunakan untuk mendinginkan 4540 m3/jam hingga mencapai range suhu 13,9 0C mungkin lebih besar dari menara pendingin yang mendinginkan 4540 m 3/jam dengan range suhu 19,5 0C. Oleh karena itu parameter-parameter desain juga diperlukan. 2. Range Range ditentukan bukan oleh menara pendingin, namun oleh proses yang melayaninya. Range pada penukar panas ditentukan seluruhnya oleh beban panas dan laju sirkulasi air yang melalui penukar panas dan menuju ke air pendingin. Range merupakan fungsi dari beban panas dan aliran yang disirkulasikan melalui sistim: Range 0C = Beban panas (dalam kKal/jam) / Laju sirkulasi air (l/jam) Menara pendingin biasanya dikhususkan untuk mendinginkan laju aliran tertentu dari satu suhu ke suhu lainnya pada suhu wet bulb tertentu. Sebagai contoh, menara pendingin mungkin ditentukan untuk mendinginkan 4540 m3/jam dari 48,9oC ke 32,2oC pada suhu wet19

bulb 26,7oC. 3. Approach Sebagaimana aturan yang umum, semakin dekat approach terhadap wet bulb, akan semakin mahal menara pendinginnya karena meningkatnya ukuran. Biasanya approach 2,8Oc terhadap desain wet bulb merupakan suhu air terdingin yang digaransi pembuat menara pendingin. Bila ukuran menara harus dipilih, maka approach menjadi sangat penting, yang kemudian diikuti oleh laju alir, dan range dan wet bulb mungkin akan menjadi semakin kurang penting. Approach (5,50C) = Suhu air dingin 32,2 0C Suhu wet bulb (26,7 0C) 4. Beban panas Beban panas yang diberikan pada menara pendingin ditentukan oleh proses yang dilayaninya. Tingkat pendinginan yang diperlukan dikontrol oleh suhu operasi proses yang dikehendaki. Pada kebanyakan kasus, suhu operasi yang rendah adalah yang dikehendaki untuk meningkatkan efisiensi proses atau untuk memperbaiki kualitas atau kuantitas produk. Meskipun begitu, pada beberapa penggunaan (misalnya mesin pembakaran internal) suhu operasi yang tinggi adalah yang dikehendaki. Ukuran dan harga menara pendingin meningkat dengan meningkatnya beban panas. Pembelian peralatan dengan ukuran terlalu kecil (jika beban panas yang dihitung terlalu rendah) dan peralatan dengan ukuran berlebih/ terlalu besar (jika beban panas yang dihitung terlalu tinggi) adalah sesuatu yang harus diperhatikan. Beban panas proses dapat bervariasi tergantung pada proses yang terlibat didalamnya dan oleh karena itu sukar untuk menentukan secara tepat. Dengan kata lain, beban panas penyejuk udara/ AC dan refrigerasi dapat ditentukan dengan ketepatan yang lebih tinggi. Informasi sudah tersedia untuk kebutuhan pembuangan panas berbagai jenis peralatan tenaga. Daftar contohnya adalah sebagai berikut: Kompresor udara

Satu tahap - 129 kKal/kW/jam Satu tahap dengan after cooler - 862 kKal/kW/jam Dua tahap dengan intercooler - 518 kKal/kW/jam Dua tahap dengan intercooler dan after cooler - 862 kKal/kW/jam

Pendinginan, Kompresi - 63 kKal/menit/TR Pendinginan, Absorpsi - 127 kKal/menit/TR Kondensor Turbin Uap - 555 kKal /kg steam Mesin Diesel, Empat Siklus, Supercharged - 880 kKal /kW/jam20

Mesin Gas Alam, Empat Siklus - 1523 kKal /kW/jam (= 18 kg/cm2 kompresi)5. Suhu wet bulb

Suhu bulb temperature merupakan faktor penting dalam kinerja peralatan pendingin air yang teruapkan, sebab merupakan suhu terendah dimana air akan didinginkan. Oleh karena itu, suhu wet bulb udara yang masuk ke menara pendingin menentukan tingkat suhu operasi minimum seluruh pabrik, proses, atau sistim. Hal berikut harus dipertimbangkan bila melakukan seleksi awal menara pendingin berdasarkan suhu wet bulb: Secara teoritis, sebuah menara pendingin akan mendinginkan air menuju suhu wet bulb. Walau demikian, dalam prakteknya, air didinginkan ke suhu yang lebih tinggi dari suhu wet bulb sebab panasnya perlu dibuang dari menara pendingin. Seleksi awal menara yang didasarkan pada suhu desain wet bulb harus mempertimbangkan kondisi lokasi menara. Suhu desain wet bulb juga harus tidak boleh lebih dari 5 persen. Umumnya, desain suhu yang dipilih mendekati suhu wet bulb maksimum rata-rata pada musim panas. Harus dikonfirmasikan apakah suhu wet bulb ditentukan sebagai ambien (suhu di area menara pendingin) atau sebagai saluran masuk (suhu masuknya udara ke menara, yang kadangkala dipengaruhi oleh uap buangan yang disirkulai ulang ke menara). Sebagai dampak dari sirkulasi ulang yang tidak diketahui sebelumnya, maka suhu wet bulb ambien lebih disukai. Suhu air dingin harus cukup rendah untuk menukar panas atau mengembunkan uap pada tingkat suhu optimum. Jumlah dan suhu panas yang ditukar harus dipertimbangkan dalam memilih menara pendingin dan penukar panas supaya ukuran benar dan biayanya terendah. Hubungan Antara Range, Aliran Dan Beban Panas Range meningkat bila jumlah air yang disirkulasi dan beban panas meningkat. Hal ini berarti bahwa kenaikan range sebagai hasil dari beban panas yang ditambahkan memerlukan menara yang lebih besar. Terdapat dua kemungkinan penyebab meningkatnya range: Suhu air masuk meningkat (dan suhu air dingin yang keluar sama). Dalam hal ini akan ekonomis untuk menginvestasikan alat tambahan untuk penghilangan panas. Suhu air keluar berkurang (dan suhu air panas yang masuk sama). Dalam hal ini

ukuran menara harus ditingkatkan sebab approachnya juga turun, dan hal ini tidak selalu ekonomis. Hubungan Antara Approach Dan Suhu Wet Bulb Desain suhu wet bulb ditentukan oleh lokasi geografis. Untuk nilai approach tertentu21

(dan pada range konstan dan range aliran), semakin tinggi suhu wet bulb, makin kecil menara yang diperlukan. Contoh, menara pendingin terpilih yang berkapasitas 4540 m3/jam untuk range 16,67oC dan approach 4,45oC untuk wet bulb 21,11oC akan lebih besar daripada menara yang sama untuk wet bulb 26,67oC. Alasannya adalah bahwa udara pada suhu wet bulb yang lebih tinggi mampu mengambil lebih banyak panas. Hal ini dapat dijelaskan dengan dua suhu wet bulb yang berbeda:

Setiap kg udara yang masuk menara pada suhu wet bulb 21,1oC mengandung 18,86 kKal. Jika udara meninggalkan menara pada suhu wet bulb 32,2oC, setiap kg udara mengandung 24,17 kKal. Pada kenaikan 11,1oC, udara mengambil 12,1 kKal per kg of udara.

Setiap kg udara yang masuk menara pada suhu wet bulb 26,67oC mengandung 24,17 kKal. Jika udara meninggalkan menara pada suhu wet bulb 37,8oC, setiap kg udara mengandung 39,67 kKal. Pada kenaikan 11,1oC, udara mengambil 15,5 kKal per kg udara, dimana lebih besar dari skenario pertama.

BAB III PENUTUP22

Ringkasan Menurut El. Wakil, menara pendingin didefinisikan sebagai alat penukar kalor yang fluida kerjanya adalah air dan udara yang berfungsi mendinginkan air dengan kontak langsung dengan udara yang mengakibatkan sebagian kecil air menguap. Menara pendingin 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 menara pendingin berfungsi untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfer. Prinsip kerja menara pendingin berdasarkan pada pelepasan kalor dan perpindahan kalor. Dalam menara pendingin, perpindahan kalor berlangsung dari air ke udara. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sehingga air yang tersisa didinginkan secara signifikan. Ada banyak jenis klasifikasi menara pendingin, namun pada umumnya pengklasifikasian dilakukan berdasarkan sirkulasi air yang terdapat di dalamnya. Menurut J.R. Singham menara pendingin dapat diklasifikasikan atas tiga bagian, yaitu: 1. Menara pendingin basah (wet cooling tower) 2. Menara pendingin kering (dry cooling tower) 3. Menara pendingin basah-kering (wet-dry cooling tower) Setiap jenis menara pendingin ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masingmasing.

23