JUDUL UTAMA

NURCAHYO

1

TRANSPORT PHENOMENA

PRINSIP PERISTIWA PERPINDAHAN DALAM COOLING TOWERAIR (cair)Yi YG Ti Bidang antarmuka TG

UDARA (gas)

TL

qL Panas Sensibel

q qs

Panas Laten Panas Sensibel2

G Y2 L2 udara air L1NURCAHYO Judul neraca massa

G Y13

Make up water

masuk = keluar L2 + G.Y1 = L1 + G.Y2 L2 - L1 = G. Y2 - G.Y1 (L = G.(Y2 - Y1)

Lselisih laju aliran air Jumlah air yang kabur ke udara MAKE UP WATER

G

4 NURCAHYO

Skema aliran

FLOW SCHEME (L = G.(Y2 - Y1)

Y2

G

L1

Y1 L2L5

NERACA ENERGIL cL TL2 HL2 G Y2 TG2 Hy2

L cL TL1 HL1Tatanama dalam neraca energi

G Y1 TG1 Hy1

NURCAHYO

6

Neraca Energi Keseluruhanmasuk = keluarG.HY 2

G.HY1 + L.HL2 = G.HY2 + L.HL1 G.HY 1 G.HY2 - G.HY1 = L.HL2 - L.HL1 dengan HL = cL . TL didapat :

L.cLTL 2

L.cLTL 1

G.(HY2 - HY1) = L.cL.(TL2 TL1)Neraca energi total

NURCAHYO

7

NERACA ENERGI SEGMENL cL TL+ dTL HL + dHL G Y + dY TG + dTG Hy + dHy G Y TG Hy

L cL TL HL q A

L.cL.dTL = G.dHyLNeraca energi segmen

q A

NURCAHYO

G

8

Perpindahan panas umum

Udara + air

fluida

interface

transfer panas

konveksi

q = h . (T A modifikasi : h = hLa . dz Tinjau perpindahan panas di air q AEnergi dibawa air Perubahan fasa Energi dibawa udara

= hLa . dz . (TL Ti) = L.cL.dTL = G.dHyinterfaceHanya melambangkan energi yg dibawa air & berubah fasa Fasa air (cair) Interface 9 Fasa udara (gas)

Tinjau perpindahan panas uap air di udara q A =G

qP A

+

qS A

sedangkan : qP = kGa.MB.P. dz.P0.(Yi-YG) A dan : qS A = hGa. dz. (Ti-TG)interface

selanjutnya : G.dHY = kGa.MB.P.dz.P0.(Yi-YG)Perpindahan panas di udara

+ hGa.dz.(Ti-TG)10

NURCAHYO

Pada kenyataannya : hGa kGa.MB.P ~ cS

cS= 1,005 + 1,88Y

sehingga : G.dHY = kGaMBP.dz.[P0.(Yi-YG) + cS(Ti-TG)] disusun ulang : G.dHY = kGaMBP.dz.[(cSTi + P0.Yi ) - (cSTG + P0.YG )]

disingkat menjadi : G.dHY = kGaMBP.dz.(HYi - HY )Penurunan lanjut

HY=cST+P0YT[=]oC11 NURCAHYO

Persamaan RancanganIntegrasi : dz = z = 0Z

G

dHYHy1

Hy2

kGa.MB.P Hyi - HYHTG NTG

z

Untuk mencari Hyi dilakukan dengan menyusun ulang persamaan neraca energi segmen, didapat :

-

hLa kGa.MB.P

=

Hyi - HY Ti - TL12

Modifikasi persamaan rancanganSering dikehendaki fokus perhitungan pada segmen air, sehingga variabel-variabel yang ditonjolkan merupakan tolok ukur kondisi air

L

KaV cooling tower : characteristic L

K = mass transfer coefficient (lb water/h ft2) a = contact area/tower volume V = active cooling volume/plan area L = water rate (lb/h ft2) hw = enthalpy of air-water vapor mixture at bulk water temperature ha = enthalpy of air-water vapor mixture at wet bulb temperature

13

Tahapan Penyelesaian RancanganTahap penyelesaian rancangan

1. Buat Equlibrium Curve 2. Buat Operating Line dengan gradien L.cL/G 3. Buat garis hubung dengan gradien hLa/kYa

4. Hitung tinggi kolom 4a. Buat tabel untuk integrasi 4b. Hitung luas di bawah kurva p aturan trapesium 4c. Hitung z = G/(KGa.MB.P) *7Luas14

Grafik Rancangan Cooling Tower300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 6015Grafik desain Cooling Tower

HEquilibrium curve

-hLa/kYa line

Operating line

T

Equilibrium Curve(a) Pakai peta psikrometrik (b) Anggap Sumbu T sebagai Tw (c) Cari HY dari masing-masing Tw300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 6016 NURCAHYO

H

HY

Tw

Ambil T 50C dibawah TL1 sampai 5oC diatas TL2T

Operating Line(a) Deklarasikan sumbu T sebagai TL (b) Dari kondisi udara masuk & air keluar pplot TL1, HY1 (c) Dari kondisi udara keluar & air masuk pplot TL2, HY2300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60

HY2 Kondisi udara keluar dapat dicari dengan neraca massa atau metode laju alir udara minimum17 NURCAHYO

HY1 TL1

TL2

-hLa/kYa line(a) Buat satu garis dengan gradien hLa/kYa (b) Buat garis-garis duplikat, sejajar dengan garis tadi garis300 250 200 150 100 50 0 10 20 HY 30 40 50 6018 NURCAHYO

Garis awal HYi Duplikat

kYa = kGa.MB.P

Tinggi kolom pendingin(a) Buat tabel sebagai berikut

No HY

HYi

HYi HY

1 HYi HY

(b) Hitung luas dibawah kurva dengan aturan trapesium A = Luas trapesium = (jumlah sisi //) * ( tinggi)1 HYi HY

An=1 2 3 4

1 HYi HY

n

1 + HYi HY

(HYn+1

519

HY

NURCAHYO

(c) Hitung tinggi kolomdengan prinsip

Hitung Z

G adalah laju massa udara kering per satuan luas

G dHY dz = kGa.MB.P Hyi - HY 0Hy1

Z

Hy2

G z= kGa.MB.P

Z = HTG.NTG

7Luas trapesiumhw = enthalpy of air-water vapor mixture at bulk water temperature ha = enthalpy of air-water vapor mixture at wet bulb temperature20

Catatan p jika dihitung dengan tolok ukur air didapat :

Laju alir udara minimumJika tidak didapat data yang cukup tentang G Harga laju udara (G) memang sedang dirancang

Cari G minimum300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60

1 TL1, HY1

2 y y 3

1 Plot TL1 , HY1 Buat garis 2 menyinggung equilibrium curve Buat garis operasi 3 optimum y = 1,3~1,5 y

L.cL Gmin

L.cL = 1,3~1,5 G

21

Overall TransferKonstanta perpindahan di air dianggap besar Cari harga H* dengan menarik garis B keatas Langkah yang lain sama dengan memakai HYi

z=300 250 200 150 100 50 0 10 20 HY 30 40

G

dHYHy1

Hy2

KGa.MB.P H - HY G HTOG = KGa.MB.P dHY H - HYHy1 Hy2

Garis awal H*

z=

NTOG =Duplikat50 60

Z = HTOG. NTOG 22

Contoh cooling tower

23

NURCAHYO

Bottle shape cooling tower

24 NURCAHYO

25Detail bagian cooling tower

motor

CoolingTower Main Componentsskin

sprinkler water spray

air inlet

level detector

water Inlet

water outlet26

GBCT reaktor nuklir

HYPERBOLIC SHAPE

NURCAHYO

27

Rectangular shape cooling tower

28 NURCAHYO

GBCT kotak tunggal

29 NURCAHYO

Cooling Tower Ukuran Besar

30

Kasus-kasus operasional

31 NURCAHYO

Tenaga penggerak udara berkurang Pada cooling tower dengan banyak motor, salah satu motor mati dan aliran air masih dapat tersebar merata ke cooling tower yang hidup Motor yang ada berkurang tenaganya

Analisis(1) G berkurang, berarti dalam persamaan rancangan :

z =

G

k a.M .PG B

dHY Hyi - HYHy1

Hy2

Bersifat tetap Berubah Harus disesuaikan32

Lanjutan kasus G berkurang

(2) L tetap G berubah, berarti dalam grafik L.cL/G berubah gradien garis operasi berubah300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60

Operating line baru HY1 tetap Operating line semula TL2 tetap

(3) TL2 tetap atau dianggap tetap, karena air panas masuk sama (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah33

Pemecahanterjadi perubahan TL1

Solusi G berkurang

Jika dikehendaki L (jumlah air masuk) tetap, berarti akan

p

air keluar bertambah panas

300 250 200 150 100 50 0 10

Geser Operating line yang baru, sehingga didapat harga integral yang memenuhi persamaan rancangan Setiap menggeser, harga integral HY1 tetap dihitung

TL2 tetap

20

30

40

50

60

Arah pergeseran 34

Terjadi lumut

Tumbuh lumut di antara isian Kasus ini terjadi pada cooling tower dengan isian (packing) Dapat juga terjadi pada cooling tower yang sprinkler atau distributornya bermasalah

Analisis(1) Perpindahan massa dan energi terganggu, berarti dalam persamaan rancangan :

z =

G

k a.M .PG B

dHY Hyi - HYHy1

Hy2

Bersifat tetap Berubah Harus disesuaikan35

Lanjutan tumbuh lumut

(2) L dan G tetap, berarti dalam grafik L.cL/G tetap

p gradien garis operasi tetap300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60

HY1 tetap

Operating line tetap seperti semula

TL2 tetap

(3) TL2 tetap atau dianggap tetap, karena air panas masuk sama (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah36

Solusi tumbuh lumut

PemecahanJika dikehendaki L dan G tetap, berarti akan terjadi perubahan TL1

p

air keluar bertambah panas

Geser operating line, sehingga didapat harga integral yang memenuhi persamaan rancangan300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60

HY1 tetap

Setiap menggeser, harga integral dihitung TL2 tetap

Arah pergeseran 37

Suhu air berubah

Temperatur air masuk meningkat Kasus dapat terjadi jika ada peristiwa overheating dalam penukar panas yang didinginkan oleh air

Analisis(1) TL2 bertambah, berarti dalam persamaan rancangan tidak terlihat faktor yang berubah:

z =

G

k a.M .PG B

dHY Hyi - HYHy1

Hy2

Bersifat tetap Berubah Seharusnya tetap38 NURCAHYO

(2) L dan G tetap, berarti dalam grafik L.cL/G tetap

p gradien garis operasi tetap(3) TL2 berubah, karena air panas masuk meningkat temperaturnya (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50Lanjutan suhu air berubah

HY1 tetap

Operating line tetap seperti semula

TL2 berubah6039 NURCAHYO

Pemecahanperubahan TL1

Solusi suhu air berubah

Jika dikehendaki L dan G tetap, berarti akan terjadi

p

air keluar bertambah panas

Ikuti langkah 1 2 3 selanjutnya hitung integrasi Ulang langkah 3 sampai didapat nilai integrasi seperti semula300 250 200 150 100 50 0 10 20Hy2

HY1 tetap

3

dHY Hyi - HYHy1

Operating line (OL) baru 230 TL2 berubah 40 50

160

1 Geser TL2 ke kanan 2 Perpanjang OL 3 Geser OL ke atas 40