LABORATORIUM PILOT PLANT SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2017/2018
PRAKTIKUM PILOT PLANT MODUL
: Cooling tower
PEMBIMBING
: Ayu Ratna Permanasari, ST, MT
Praktikum
:5
September 2017
Penyerahan
: 17 September 2017
(Laporan)
Oleh :
Kelompok
: VII dan VIII
Nama
: 1. Muhamad Faizal
Kelas
151411051
2. Muhammad Ikhsan
151411052
3. Radian Zulmar Dwi K
151411053
4. Rani Dewi Eryani
151411054
: 3B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Cooling tower system merupakan sarana sirkulasi air pendingin yangsangat berperan dalam berbagai industri. Air pendingin dalam cooling towersystem didistribusikan ke beberapa media antara lain ke mesin chiller, cooler, heat exchanger, dan unit lainnya (Maharani, 2010). Jika aliran air digunakan untukmendinginkan suatu unit mesin maka hal ini akan menyebabkan air pendingin tersebut akan naik temperaturnya. Fungsi cooling tower adalah untuk mendinginkan kembali temperatur dan proses tersebut berulang secara terus menerus. Dalam dunia industri, cooling tower merupakan salah satu peralatan yang harus dijaga operasionalnya dengan perawatan yang rutin agar bisa bekerja secara optimal. Penanggulangan kualitas air pendingin yang kurang memadai menyebabkan mesin seperti unit heat exchanger akan mengalami korosi atau terbentuk kerak. Heat exchanger yang mengalami korosi menyebabkan tingkat efisiensi sistem alih panas yang rendah dan menyebabkan konsumsi energi yang cukup besar (Musalam, 2006). Pada sistem air pendingin tertutup maupun sistem air pendingin terbuka, kedua sistem tersebut sama akan menimbulkan masalah seperti korosi. Pada sistem air pendingin terbuka, akan selalu ditambahkan air baru, sehingga memungkinkan jumlah padatan terlarut, O2, CO2, dan mineral biologi lain akan bertambah dan terbawa pada sistem pendingin. 1.2 Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini ialah sebagai berikut. 1. Menentukan kelembaban bagian atas dan bawah Cooling Tower melalui pengukuran suhu bola basah dan bola kering. 2. Menentukan efisiensi Cooling Tower. 3. Mengevaluasi kinerja Cooling Tower Laboratorium Teknik Kimia Bawah melalui massa yang teruapkan dari efisiensi Cooling Tower.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Menara Pendingin (Cooling tower) Cooling tower adalah suatu alat yang digunakan untuk mendinginkan air proses (cooling water) dengan cara mengontakkan air tersebut dengan udara. Fungsi cooling tower adalah merubah cooling water panas menjadi cooling water dingin sehingga dapat digunakan kembali dan tidak menjadi polusi lingkungan. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa dan panas yang terjadi. Di dalam sistem cooling towerterdapat cooling tower, distribution system, spray nozzle (springkel), cooling tower(packing), basin dan pump. Air panas yang masuk ke cooling towerdialirkan dengan cara spray melalui nozzle (springkel). Air mengalami perubahan temperatur dari panas ke dingin melalui cooling toweratau ruang pengisi. Di dalam cooling tower udara panas ditarik dan dibuang ke atmosfer dengan bantuan cooling tower. Air yang telah berubah temperaturnya dari keluaran cooling tower masuk ke basin (kolam air dingin sementara). Air penambahan (make up water) pada cooling towerditambahkan dalam basin. Air penambahan dari PDAM ini untuk menambahkan volume air dalam kolam yang terjadi karena sebagian air hilang akibat penguapan. Air dingin yang telah ditampung di dalam basin. 2.2 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. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan seperti gambar 2.1 sebagai berikut.
Gambar 2.1 Skema Menara Pendingin (Sumber: Sembiring, 2010) Prinsip kerja menara pendingin dapat dilihat pada gambar diatas. Air dari bak/basin dipompa menuju heater untuk dipanaskan dan dialirkan ke menara pendingin. Air hangat yang keluar tersebut secara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar yang bergerak secara paksa karena pengaruh isapan atau dorongan fan/blower yang terpasang pada menara pendingin, lalu mengalir jatuh ke bahan pengisi (filler). 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 (drift loses) ketika proses evaporative cooling tersebut sedang berlangsung. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa dan panas yang terjadi. Besarnya laju perpindahan massa dan panas dipengaruhi oleh luas daerah kontak antara fluida panas dengan fluida dingin, waktu kontak, kecepatan fluida dan temperatur fluida. Sedangkan cooling water adalah air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan peralatan. Pendinginannya air terjadi didalam cooling tower. Macam-Macam Cooling tower Pada dasarnya cooling tower terbagi beberapa macam antara lain, yaitu: 1). Berdasarkan arah aliran udara masuk a). Cross flow. b). Counter current flow.
2). Berdasarkan cara pemakaian alat bantu seperti cooling tower atau blower a). Induced draft (alat bantu berada dibagian puncak tower) b). Force draft (alat bantu berada dibagian bawah tower) 3). Berdasarkan kondisi aliran udara bebas tanpa alat pembantu a). Atmosphere (udara pada kondisi atmosphereric mengalir bebas tanpa
memakai
penutup tower). b). Natural draft (udara mengalir dalam udara pendinginan dari tower namun kondisi udara belum tentu atmospheric). 2.2 Air Pendingin (Cooling Water) Peralatan-peralatan yang digunakan untuk pengolahan/ penyediaan cooling water adalah: 1) Cooling tower (Basin, ID cooling tower). 2) Pompa Cooling Water. 3) Sistem Injeksi bahan kimia. Cooling water atau air pendingin adalah suatu media air yang berfungsi sebagai suatu media air yang berfungsi untuk mengambil panas dari suatu proses atau equipment dengan jalan perpindahan panas (heat transfer). Cooling water sistem pada garis besarnya dibagi menjadi 2 (dua) tipe, yaitu: 1). Recirculation Type. a) Open type, yaitu dimana sebagian air setelah mengalami pemanasan akan diuapkan untuk proses pendinginannya kembali. b) Close type, yaitu dimana pendingin kembali airnya tanpa penguapan. Type ini biasanya dipakai untuk internal engine combustion system.
2) Once Through Type (tergantung penggunaannya). Cooling water sangat penting gunanya untuk pabrik, karena apabila ada gangguan cooling waterakan menyebabkan terjadinya pengurangan produksi atau akan menyebabkan kerusakan alat baik langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu Cooling Water System harus dikontrol dengan sebaik-baiknya, minimal mampu beroperasi tanpa gangguan selama 1-2 tahun. Adapun tujuan digunakannya cooling water adalah: 1) Korosi yang terjadi dalam peralatan dapat dihindari sekecil mungkin. 2) Deposit yang terjadi didalam peralatan dapat dihindari sekecil mungkin. 3) Pertumbuhan bakteri, jamur, lumut terkendali. 4) Menaikkan efisiensi alat pendingin. 5) Tidak merusak lingkungan. Beberapa faktor yang sangat berpengaruh terhadap cooling water adalah sebagai berikut: 1) Make Up Air Pendingin Sebagai make up adalah filter water. Hal ini mempunyai pengaruh yang besar karena filter water membawa beberapa komponen yang dapat mengakibatkan timbulnya deposit maupun korosif. 2) Lingkungan Sekitar Karena sebagai media pendingin dari air pendingin di cooling water adalah udara yang diambil dari sekitarnya, maka tidak lepas dari kotoran atau benda asing lainnya yang dibawa udara masuk kesistem air pendingin, akibatnya terkontaminasi. 3) Proses yang terkait Yang dimaksud proses terkait adalah bentuk atau macam fluida yang didinginkan, Hal ini biasanya terjadi karena kebocoran dari peralatan. Misalnya Heat Exchanger untuk
pelumas gas ammoniak atau gas sintesa apabila terjadi kebocoran akan mengakibatkan kontaminasi air pendingin. 4) Bahan Kimia Penggunaan bahan kimia melalui injeksi tidak terkontrol menimbulkan efek samping, pengaruh ini lebih dominan bilamana jumlahnya semakin besar.
BAB III METODELOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Bahan - Air proses dalam suhu panas dari penggunaan praktikum di Laboratorium Pilot Plant. 3.1.2 Alat - Satu unit peralatan cooling tower - Termometer bola basah bola kering 1 buah - Termometer raksa 1 buah - Stopwatch 1 buah 3.2 Skema Cooling Tower
Gambar 3.1 Skema Rangkaian Alat Cooling Tower
Gambar 3.2 Bagian-Bagian Cooling Tower
Gambar 3.3 Titik Pengambilan Sampel pada Cooling Tower 3.3 Langkah Kerja
Pengukuran suhu air masuk dan keluar cooling tower
Pengukuran suhu bola basah dan bola kering (udara)
Pengukuran dilakukan pada saat tertentu
3.4 Keselamatan Kerja 1. Wajib Menggunakan Alat Pelindung Diri 2. Berhati hati dalam mengukur suhu air panas dalam Cooling Tower
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4. 1 Tabel Hasil Percobaan 4.1.1 Tabel Hasil Pengukuran Suhu Air Panas dan Dingin di Cooling Tower Suhu Air Panas Masuk Cooling Tower
Suhu Air Dingin di Dalam Cooling Tower
23 OC
21 OC 4.1.2 Tabel Hasil Percobaan Cooling Tower Suhu bola basah
Suhu bola kering
Entalpi
Kelembaban
(0C)
(0C)
(Kj/kg)
Lubang Bagian Atas
23
28
68,5
67,5%
Lubang Bagian
20,5
25,5
59,5
65%
Bawah
4.1.3 Tabel Penentuan Efisiensi Cooling Tower Range
Approach
Efisensi
2 OC
0,5 OC
80 %
Grafik 4.1 Grafik Psikometrik untuk Penentuan Kelembaban dan Entalpi Cooling Tower
4.2 Pembahasan 4.2.1 Muhammad Faizal (151411051) Cooling tower adalah rangkaian alat yang digunakan untuk menurunkan suhu air yang sudah digunakan sebagai kondenser yang mengalami kenaikan suhu. Prinsip kerja cooling tower yaitu mendinginkan suhu aliran air dengan cara air yang masuk ke cooling tower dikontakkan dengan udara dingin yang didorong oleh cooling tower dari udara. Mekanisme cooling tower sendiri adalah penjenuhan adiabatik.Air dikontakkan dengan udara dan secara otomatis massa air berpindah ke udara karena air dikontakkan terus menerus dengan udara, udara menjadi jenuh secara adiabatis dan suhu air mengalami penurunan. Tujuan praktikum kali ini adalah mengevaluasi kinerja cooling tower melalui efisiensi cooling tower. Berdasarkan hasil praktikum, pada bagian atas dan bawah yang menjadi tempat pengukuran terjadi penurunan suhu air sebesar 2
O
C dan data entalpi yang diperoleh dari
pengukuran suhu bola basah dan kering yang diplotkan ke grafik, terjadi penurunan entalpi yang cukup besar. Berdasarkan kedua data tersebut bahwa proses difusi air dan kalor telah terjadi pada cooling tower sehingga terjadi penurunan suhu dan entalpi di dua titik. Berdasarkan perhitungan, nilai efisiensi cooling tower sebesar 80%. Nilai tersebut sudah mendekati efisiensi berdasarkan literatur, yaitu sekitar 90%. Berdasarkan pengamatan terdapat perbedaan sebesar 2,5% nilai kelembaban bagian atas dan bawah pada cooling tower, dimana bagian bawah lebih rendah daripada bagian atas, hal ini menandakan terjadinya pelepasan molekul air atau terlepasnya uap air ketika kontak dengan udara. 4.2.2 Muhammad Ikhsan (151411052) Cooling tower atau menara pendingin merupakan unit utilitas yang memiliki fungsi untuk menurunkan suhu air yang telah digunakan pada unit proses. 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. Prinsip kerja cooling tower ini adalah air yang memiliki suhu panas masuk ke menara pendingin dengan menggunakan pompa melalui bagian atas, lalu dihamburkan dengan nozzle membentuk butiran-butiran air. Di bagian dalam cooling tower terdapat filler
yang merupakan sebuah bahan terbuat plastik serta berpola rumit yang menyebabkan waktu tinggal air dalam menara pendingin lebih lama serta, air yang telah di hamburkan di nozzle akan jatuh di filler menyebabkan terjadinya pembentukan film di bagian filler sehingga proses perpindahan panas lebih optimum. Udara yang digunakan sebagai pendingin merupakan udara lingkungan, udara lingkungan akan kontak dengan lapisan film, sehingga terjadi perpindahan panas paling besar di bagian filler. Berdasarkan praktikum yang sudah dilakukan, didapatkan beberapa informasi yang menunjukkan performa dari menara pendingin Laboratorium Pilot Plant. Pengurangan suhu air yang melalui cooling tower sebesar 2,0 oC. Salah satu yang mempengaruhi pengurangan ini adalah dimensi menara pendingin yang digunakan (design alat). Meskipun pengurangan suhu yang dihasilkan terbilang rendah jika dibandingkan dengan penggunaan menara pendingin pada skala industri. Namun, performa menara pendingin yang digunakan terbilang baik. Hal ini dapat diamati pada approach atau perbedaan antara suhu air dingin keluar menar dan effisiensi cooling tower. Dalam percobaan ini approach sebesar 0,5 oC. Seiring dengan nilai approach, adalah efisiensi. Berdasarkan perhitungan dan data percobaan efisiensi cooling tower jurusan teknik kimia sebesar 80%. Efisiensi cooling tower sudah mendekati efisiensi berdasarkan literatur, yaitu sekitar 90%. Berdasarkan pengamatan kelembaban antara bagian atas dan bagian bawah cooling tower terdapat perbedaan sebesar 2,5%, dimana bagian bawah lebih rendah daripada bagian atas, Hal ini menandakan terjadinya pelepasan molekul air atau terlepasnya uap air ketika kontak dengan udara. 4.2.3 Radian Zulmar Dwi Kuncahyo (151411053) Pada praktikum kali ini, dilakukan percobaan cooling tower yang bertujuan mengevaluasi kinerja cooling tower laboratorium teknik kimia atas politeknik negeri bandung melalui efisiensi cooling tower. Evaluasi dilakukan dengan mengamati kondisi udara lingkungan dan kelembaban cooling tower pada bagian atas dan bawah. Cooling tower yang digunakan berjenis induced draft cooling tower yang memiliki fan pada bagian puncak menara. Pengukuran suhu bola basah dan kering dilakukan sekali pada dua titik berbeda. Titik pertama pada lubang di bagian atas samping dan titik kedua pada bagian dalam tengah cooling tower seperti pada Gambar 3.3.
Cooling tower adalah rangkaian alat yang digunakan untuk menurunkan suhu air yang sudah digunakan oleh proses sebagai air kondenser yang kemudian mengalami kenaikan suhu. Prinsip kerja cooling tower mendinginkan air panas yang masuk dari atas cooling tower dan mengkontakkannya dengan udara yang ditarik dari bagian bawah menara oleh fan. Mekanisme cooling tower merupakan penjenuhan adiabatik. Air dikontakkan dengan udara dan terjadi perpindahan massa air (difusi). Dengan air yang dikonakkan secara terus menerus dengan udara, udara menjadi jenuh secara adiabatis dan suhu air mengalami penurunan. Berdasarkan data percobaan, terjadi penurunan suhu air pada bagian atas dan bagian bawah sebesar 2 OC. Serta berdasarkan data entalpi yang didapat dari pengukuran suhu bola basah dan kering kedua bagian didapat terjadi penurunan entalpi yang cukup besar. Dari kedua data percobaan dapat dikatakan bahwa proses difusi air dan kalor telah terjadi pada cooling tower sehingga terjadi penurunan suhu dan entalpi di dua titik. Sedangkan pada data humiditas relatif terjadi penurunan sebesar 2%. Hal ini dikarenakan kelembaban pada bagian atas/puncak cooling tower lebih tinggi karena hasil penguapan terbawa ke atas menara. Berdasarkan nilai efektivitas atau efisiensi cooling tower, didapat hasil yang cukup sesuai dengan literatur dimana efisiensi cooling tower seharusnya lebih dari 90% untuk kelembaban 80%. Berdasarkan data percobaan didapat efisiensi cooling tower sebesar 80% untuk range pendinginan 2 OC dengan kelembaban 65%. Hal ini menandakan efisiensi cooling tower pada percobaan cukup tinggi yang dikarenakan range pendinginan yang kecil. 4.2.4 Rani Dewi Eryani (151411054) Praktikum ini memiliki tujuan untuk menentukan kelembaban bagian atas dan bawah cooling tower melalui pengukuran suhu bola basah dan bola kering, menentukan efisiensi cooling tower, mengevaluasi kinerja cooling tower melalui massa yang teruapkan dari efisiensi Cooling tower. Prinsip kerja dari cooling tower adalah dehumidifikasi. Perpindahan panas yang terjadi berlangsung dari air yang mempunyai suhu lebih tinggi ke udara yang mempunyai suhu lebih rendah. Pada praktikum yang digunakan adalah cooling tower tipe direct atau open cooling tower dimana air panas dipancarkan dari atas melewati bahan pengisi untuk meningkatkan kontak area, dan udara dihembuskan ke atas. Bahan pengisi berupa filler yang merupakan sebuah bahan terbuat plastik serta berpola rumit yang menyebabkan waktu tinggal air dalam menara pendingin lebih lama. Semakin banyak kontak antara air dengan udara maka akan semakin besar nilai humidity. Bila semakin besar kontak maka akan semakin
banyak terjadinya perpindahan panas maupun massa. Uap air akan terbawa oleh udara keluar cooling tower, air pendingin jatuh ke kolam penampung dan disirkulasi ulang ke atas sebagian dan ke alat proses yang membutuhkan. Perpindahan panas yang terjadi adalah panas sensibel dari air panas ke udara yang lebih dingin yang mengakibatkan turunnya temperatur air. Proses perpindahan panas terjadi antara panas yang dibawa oleh air dan panas yang dibawa udara agar dapat menguapkan kandungan uap air dari fasa air. Perpindahan massa terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi Tempeatur bola basah adalah suhu yang didapat apabila udara didinginkan pada tekanan konstan hingga jenuh oleh penguapan air yang panas laten untuk penguapan air berasal dari udara tersebut. Sedangkan temperature bola kering adalah suhu udara sesugguhnyatidak dipengaruhi oleh kelembeban. Dengan pengukuran menggunakan thermometer bola kering dan basah dapat diketahui kelembaban approach serta efesiensi dari cooling tower. Dari hasil praktikum melalui perhitungan diketahui bahwa range cooling tower adalah 2oC, nilai ini kecil jika dibandingkan dengan nilai range cooling tower pada umumnya. Hal ini disebabkan air panas yang masuk pada cooling tower hanya memiliki suhu sebesar 230C yang mana memiliki nilai yang tidak jauh dari suhu lingkungan, dikarenakan cooling tower adalah alat pendingin yang dilakukan dan memanfaatkan pendinginan dari suhu lingkungan (walaupun dibantu dengan alat blower) maka pendinginan untuk air masuk tidak bisa jauh lebih kecil dari suhu ingkunagn yang ada. Namun effesien dari cooling tower memiliki nilai yang cukup tinggi yaitu 80%. Berdasarkan literature efisiensi cooling tower seharusnya lebih dari 90% untuk kelembaban 80%. Pada praktikum diketahui nilai kelembaban adalah 65%, ini menandakan bahwa kinerja dari cooling tower yang diamati cukup baik. Hal ini ditandai dengan adanya perbedaan kelembaban sebesar 2.5% dari bagian dan bawah cooling tower, artinya terjadinya pelepasan molekul air atau terlepasnya uap air ketika kontak dengan udara.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, diperoleh simpulan sebagai berikut: 1. Kelembaban cooling tower bagian atas sebesar 67% (relative humidity) sedangkan kelembaban coolin tower bagian bawah lebih rendah sedikit yakni sebesar 65%. 2. Efisiensi cooling tower laboratorium teknik kimia bawah Politeknik Negeri Bandung berdasarkan perhitungan sebesar 80% 3. Kinerja cooling tower dalam mendinginkan air dipengaruhi oleh laju alir air masuk, suhu air masuk/keluar, dan suhu bola basah/kering. 5.2 Saran Setelah dilakukannya praktikum ini, saran yang dapat dilakukan untuk praktikum yang selanjutnya yaitu : 1. Modul jobsheet praktikum seharusnya disediakan oleh pihak jurusan teknik kimia untuk praktikum cooling tower agar terdapat keselarasan tujuan dan langkah percobaan. 2. Pengukuran seharusnya dilakukan beberapa kali dengan beberapa titik waktu pengukuran agar data yang dihasilkan lebih presisi.
DAFTAR PUSTAKA Nasution, Dian Morfi, 2011, “Penelitian Kinerja Induced Draft Cooling tower Dengan Potongan Pipa PVC Ø 1 Inci Sebagai Filling Material”, Universitas Sumatera Utara, http://repository.usu.ac.id [diunduh pada tanggal 11 Oktober 2017]. Sembiring, Ferry, 2010, “Pengaruh Penggunaan Media Bahan Pengisi (Filler) PVC dengan Tinggi 22,5 cm dan Diameter 70 cm terhadap Kinerja Menara Pendingin Jenis Induced-Draft Counterflow”, Universitas Sumatera Utara, http://repository.usu.ac.id [diunduh pada tanggal 11 Oktober 2017]. Sujana, Deni Soleh, 2012, “Potensi Daun Lamtoro (Leucaena Leucocephala) Sebagai Inhibitor Korosi Baja Karbon Unit Heat Exchanger Pada Proses Cooling tower System”, Universitas Pendidikan Indonesia, http://repository.upi.ac.id [diunduh pada tanggal 11 Oktober 2017]
LAMPIRAN A. Pengolahan Data
Perhitungan Range Range (OC) = Temperatur Air Masuk CT – Temperatur Air Keluar CT = 23 OC – 21 OC = 2 OC
Perhitungan Approach Approach (OC) = Temperatur Air Keluar CT – Temperatur Bola Basah Bawah = 21 OC – 20,5 OC = 0,5 OC
Perhitungan Efisiensi 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒
Efisiensi Cooling Tower = 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒+𝐴𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ × 100% 2
= 2+0,5 × 100% = 80 % B. Prosedur Kerja Lengkap
Mempersiapkan alat ukur (termometer bola basah-kering dan termometer raksa) Mengukur suhu air masuk dan air keluar cooling tower menggunakan termometer raksa.
Mengukur suhu air bagian atas cooling tower, pengukuran dilakukan pada bagian lubang atas samping CT menggunakan termometer bola basah-kering Mengukur suhu bola basah-kering bagian bawah cooling tower, pengukuran dilakukan di bagian dalam CT
Mencatat Hasil Pengukuran
