BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Dalam suatu proses pabrik pendingin sangat vital. Air digunakan untuk sumber pendingin

membutuhkan suatu sarana yang dapat mengembalikan ke kondisi semula. Dalam industri manapun, air pendingin dibutuhkan sekali sebagai media pertukaran panas antara suatu yang panas dengan air sebagai pendingin, berlangsungnya pertukaran panas disuatu media yang dinamakan dengan cooler. Air pendingin akan berubah suhunya sebab terjadinya panas yang dibawa oleh air tersebut.

Air yang digunakan setelah keluar dari cooler tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan sebab dapat merusak lingkungan itu sendiri jadi air tersebut diproses lagi sampai suhunya sama dengan lingkungan. Proses tersebut membutuhkan alat yang disebut Cooling tower.

Teknologi pendingin sudah lama ditemukan dengan teknologi pertama kali adalah teknologi pendinginan udara. Kemudian teknologi pendinginan air baru diketemukan sebab dengan pendinginan air pendingin menjadi lebih konstan. Mulanya, teknologi pendinginan air menggunakan sungai, sumur, danau dan kanal.

Tapi sejak perluasan industri, banyak industri berdiri jauh dari sumber air, apalagi suatu industri yang berdiri di negara yang minim sumber air. Dengan semakin pesatnya perkembangan teknologi, maka untuk mendinginkan air yang telah digunakan pada suatu proses sebelum dibuang ke lingkungan sekitar, ditemukanlah suatu teknologi menara pendingin (cooling tower).

Cooling tower adalah suatu alat yang dipergunakan untuk memindahkan sejumlah panas dari suatu fluida ke fluida lain. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa yang terjadi. Besarnya laju perpindahan massa dipengaruhi oleh luas daerah kontak antara fluida panas dengan fluida dingin. Sedangkan cooling water adalah air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan peralatan. Pendinginan air terjadi didalam cooling tower.

1.2. Permasalahan1. Bagaimana prinsip kerja dari cooling tower.2. Bagaimana perhitungan pada cooling tower apparatus.3. Bagaimana aplikasi dari cooling tower.

1.3. Tujuan• Untuk mengetahui cara dan prinsip kerja cooling tower.• Mengetahui perhitungan pada cooling tower apparatus. • Mengetahui aplikasi dari cooling tower.

1.4. Manfaat Percobaan1. Dapat mengetahui cara dan prinsip kerja cooling tower2. Dapat mengetahui perhitungan pada cooling tower apparatus.3. Mengetahui aplikasi dari cooling tower.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Cooling TowerCooling tower adalah suatu alat yang dipergunakan untuk mendinginkan air proses (cooling

water) dengan cara mengkontak air tersebut dengan udara. Cooling tower ini beroperasi menurut prinsip difusi, dimana adanya perubahan temperatur dapat mengakibatkan perbedaan besarnya laju perpindahan massa yang terjadi. Besarnya laju perpindahan massa dipengaruhi oleh luas daerah kontak antara fluida panas dengan fluida dingin. Sedangkan cooling water adalah air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan peralatan. Pendinginan air terjadi didalam cooling tower.

Fungsi cooling tower adalah untuk memproses air (cooling water) yang panas menjadi air yang dingin sehingga dapat digunakan kembali dan untuk mengatasi masalah polusi lingkungan. Pada cooling tower sebagian air menguap ke udara dan kalor sensibel berpindah dari air panas ke udara yang lebih dingin. Kedua proses itulah yang mengakibatkan turunnya temperatur air dan untuk menjaga keseimbangan air, kita hanya perlu menambahkan air (make up water) untuk menggantikan air yang hilang karena penguapan atau terbawa oleh udara.

2.2. Cooling WaterPeralatan-peralatan yang digunakan untuk pengolahan/penyediaan cooling water adalah:

• Cooling tower (Basin, ID fan).• Pompa Cooling water.• Sistem Injeksi bahan kimia.

Cooling water atau air pendingin adalah suatu media pendingin yang berfungsi untuk mengambil panas dari suatu proses atau equipment dengan jalan perpindahan panas (heat transfer). Sistem cooling water pada garis besarnya dibagi menjadi 2 (dua) tipe, yaitu:• Recirculation Type

• Open type, yaitu dimana sebagian air setelah mengalami pemanasan akan diuapkan untuk proses pendinginannya kembali.

• Close type, yaitu dimana pendingin kembali airnya tanpa penguapan. Tipe ini biasanya dipakai untuk internal engine combustion system.

• Once Through Type (tergantung penggunaannya).Cooling water sangat penting gunanya untuk pabrik, karena apabila ada gangguan pada cooling water maka akan menyebabkan terjadinya pengurangan produksi atau akan menyebabkan kerusakan alat baik langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, sistem cooling water harus dikontrol dengan sebaik - baiknya, minimal mampu beroperasi tanpa gangguan selama 1 - 2 tahun.Adapun tujuan digunakannya cooling water adalah :

• Korosi yang terjadi dalam peralatan dapat dihindari sekecil mungkin.• Deposit yang terjadi didalam peralatan dapat dihindari sekecil mungkin.• Pertumbuhan bakteri, jamur, lumut terkendali.• Menaikkan efisiensi alat pendingin.• 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 SekitarKarena sebagai media pendingin dari air pendingin di cooling tower adalah udara yang diambil dari sekitarnya, maka tidak lepas dari kotoran atau benda asing lainnya yang dibawa udara masuk ke system air pendingin, akibatnya terkontaminasi.

• 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.

• Bahan KimiaPenggunaan bahan kimia melalui injeksi tidak terkontrol menimbulkan efek samping, pengaruh ini lebih dominan bilamana jumlahnya semakin besar.

2.3. Treatment ProsedureAda beberapa batasan yang harus diperhatikan air sebelum masuk ke cooling tower, yaitu:

• pH harus dijaga kondisi normal yaitu 6 - 7, karena pH yang lebih tinggi akan menyebabkan perubahan lignin pada penangasan weed fiber.

• Inhibitor korosi dipilih berdasarkan pada adanya serat-serat kimia dalam make up water dan material dari peralatan Heat Exchanger.

• Penambahan zat anti alga dan jamur diperlukan untuk menjaga keadaan zat kimia tersebut.

2.4. Pengontrolan Cooling waterYang dimaksud dengan Cooling water Control System adalah usaha-usaha untuk menjaga

kualitas dan kuantitas cooling water sesuai dengan parameter design yang telah ditetapkan. Kuantitas/jumlah cooling water ditentukan oleh kondisi mekanik seperti pompa, opening valve, tekanan yang mempengaruhi flow cooling water. Sedangkan kualitas cooling water ditentukan oleh chemical treatment yang dilakukan. Adapun bahan kimia yang diinjeksikan untuk chemical treatment adalah:1. Pencegah Korosi (Corrossion Inhibitor)

Korosi adalah suatu peristiwa perusakan air oleh reaksi kimia atau reaksi elektrokimia. Untuk menghindari ini maka diinjeksikan bahan kimia yang dapat melapisi permukaan metal (protective film) agar terhindar dari pengaruh korosi atau dapat menurunkan kecepatan korosi. Bahan kimia ini berupa cairan yang terdiri dari Ortho Phospat, Poly Phospat dan Phospat dengan perbandingan tertentu, diinjeksikan ke dalam sistem cooling water sampai didapat kadar Ortho Phospat sebesar 12 – 17 ppm.

2. Pencegah Kerak (Scale Inhibitor)Kerak terjadi karena adanya endapan deposit di permukaan metal. Endapan ini dapat digolongkan dalam beberapa jenis, yaitu::• Mineral scale, yaitu pengendapan garam-garam kistal apabila daya kelarutannya

dilampaui (misalnya: garam-garam Ca, Mg, SiO2). • Suspended matter, yaitu partikel-partikael asing yang masuk ke dalam sistem karena

terbawa udara (misalnya: debu).

• Corrosion Product, hasil sampingan dari proses korosi yang tidak larut dalam air.Adanya kerak dalam permukaan pipa akan menyebabkan sebagai berikut:• Mengganggu perpindahan panas.• Menyebabkan penyumbatan pipa.• Penyebab korosi.Untuk menghindari terbentuknya pengendapan yang berupa garam Ca, maka diinjeksikan

scale inhibitor (Dispersant). Terbentuknya kerak ini dipengaruhi beberapa faktor, yaitu:• pH, makin tinggi pH maka makin mudah terjadinya pengendapan.• Temperatur, makin tinggi temperatur maka kelarutan garam calsium carbonat semakin

turun sehingga bertendensi terjadi pengendapan• Flow rate, semakin rendah flow rate memperbesar kesempatan pengendapan. Begitu

juga sebaliknya, semakin tinggi flow rate memperkecil kesempatan pengendapan pengendapan yang terjadi.

3. Pencegah Slime (Slime inhibitor)Slime adalah lendir yang berwarna coklat kehitaman yang menempel di permukaan pipa. Slime akan mengurangi efek pencegahan korosi dan menurunkan efisiensi cooling water. Slime disebabkan oleh adanya bakteri mikroorganisme yang terbentuk dalam cooling water.Cooling tower dapat dibagi berdasarkan beberapa bagian, antara lain sebagai berikut :

1. Berdasarkan arah aliran udara masuk :• Cross flow.• Counter current flow.

2. Berdasarkan cara pemakaian alat bantu seperti fan atau blower• Induced draft (alat bantu berada dibagian puncak tower)• Force draft (alat bantu berada dibagian bawah tower)

3. Berdasarkan kondisi aliran udara bebas tanpa alat pembantu• Atmosphere (udara pada kondisi atmosphereric mengalir bebas tanpa memakai penutup

tower).• Natural draft (udara mengalir dalam udara pendinginan dari tower namun kondisi udara

belum tentu atmospheric)

2.5. Fungsi Cooling towerCooling tower sangat dibutuhkan oleh industri sebab cooling tower merupakan bagian dari

utilitas yang banyak digunakan. Dimana cooling tower memproses air panas menjadi air dingin yang digunakan kembali atau bisa dirotasikan. Cooling tower salah satu alat yang juga mengolah air untuk mengatasi masalah polusi lingkungan.

Umumnya batasan operasi cooling tower adalah pada suhu 120 oF. Temperatur air keluar

biasanya lebih rendah dari 120 oF. Pada saat temperatur air proses melebihi 120 oF perlu dilakukan tahapan evaporasi dengan menggunakan cooler sehingga tidak terjadi kontak langsung antar air panas dan udara.

Temperatur air terendah yang mungkin didinginkan di dalam cooling tower tergantung pada wet bulb temperatur udara, tetapi ini bukanlah batasan mutlak karena tekanan uap keluar dan wet bulb temperatur dalam cooling tower disebut Approach. Temperatur air terendah yang mungkin didinginkan di dalam cooling tower tergantung pada wet bulb temperatur udara, tetapi ini bukanlah batasan mutlak karena tekanan uap keluar dan wet bulb temperatur dalam cooling tower disebut Approach.

2.6. PackingJenis bahan isian (packing) pada cooling tower biasanya khusus, seperti kayu sipres yang

mempunyai daya tahan aksi gabungan air dan angin. Pengisian packing pada cooling tower harus memenuhi karakteristik sebagai berikut:1. Permukaan interfacial antara fuida yang akan didinginkan dengan fluida yang mendinginkan

besar.2. Memiliki karakteristik aliran fluida yang didinginkan pada packing harus terjadi pertukaran

volume fluida yang besar melalui cross section tower yang kecil tanpa loading/fleeding dan pressure drop yang rendah untuk gas.

3. Zat inert fluida dapat diproses secara kimia.4. Mempunyai kekuatan struktural sehingga mudah dalam penangan dan instalasi.5. Biayanya murah.

Terdapat dua cara pengisian packing, yaitu:1. Random Packing

Jenis random packing yang digunakan, yaitu:• Rasching ring• Lessing ring• Partition ring• Belt saddle• Intalox saddle• Tellerate• Pall ring atau flexiring

2. Regular PackingPacking jenis ini menguntungkan karena pressure drop yang rendah dan laju alir fluida yang makin besar, namun packing jenis ini mahal biaya instalasinya. Jenis regular packing yang digunakan, yaitu:

• Rasching ring• Doble spiral ring• Section through expanded metal packing• Wood grids

2.7. Water Make-UpPerlengkapan make up untuk cooling tower terdiri dari penjumlahan evaporation loss, drift

loss dan blow down.Rumus:

Wm = We + Wd + Wb..............................................(1)Dimana:Wm = Water make up.We = Water evaporation loss.Wd = Water drift loss.Wb = Water blow down.

Evaporation loss dapat ditentukan dengan persamaan, yaitu:We = 0,00085 Wc (T1 - T2)............................................(2)

Dimana:Wc = Sirkulasi water flow (gal/ min pada tower inlet)T1 - T2 = Temperatur air masuk - temperatur air keluar, oF.

Drift adalah air yang naik ke atas (terdorong keatas) pada tower dischange vapor. Drift loss adalah fungsi dari draft eliminator design yang bervariasi antara 0,1 dan 0,2 % dari air yang di-supply ke tower. Perkembangan baru dalam eliminator design memungkinkan untuk mengurangi menjadi dibawah 0,1 %.

Blow down mengurangi bagian dari sirkulasi air terkonsentrasi terhadap proses evaporasi untuk menurunkan konsentrasi sistem solid blown dapat dihitung berdasarkan jumlah siklus dari konsentrasi. Kuantitas blow down yang dibutuhkan:

Cycle of concentration = = .................................................(3)

atauWb = ............................................(4)

Dimana :Wb = Water blow down.We = Water evaporation loss.

2.8. Horse Power

Pada cooling tower sumber daya yang digunakan sebagai pengeluar udara adalah fan atau blower, kecepatan tergantung dari beberapa banyak air yang akan diinginkan. Jumlah dari fan tergantung pada faktor cooling tower, termasuk type fill, konfigurasi tower dan kondisi thermal. Untuk menghitung dari output dari fan adalah sebagai berikut:

Static = ..........................................(5)Dimana:Q = Volume udara (ft3/ min).hs = Static head di dalam air.d = Densitas air pada temperatur ambient (lb/ ft3).

2.9. Pump Horse PowerPompa adalah salah satu bagian yang terpenting dari cooling tower untuk mengalirkan air

dari dasar cooling tower menuju bagian spray pada puncak cooling tower. Cara menghitung reducing pompa adalah :

Pump bhp = .........................(6)Dimana:ht = total head, ft.

2.10. Operasi Cooling towerPenerapan yang nyata dari operasi ini adalah dengan cooling tower. Biasanya cooling tower

ini menyerupai kotak kayu, dimana alat ini mengontakkan air panas sisa dari proses pendingin ke udara sehingga terjadi proses pendinginan air. Fungsi kayu yang ada pada bagian cooling tower adalah untuk memperluas wilayah pertemuan antara air dan udara. Suatu cooling tower biasanya dapat menekan kebutuhan akan cooling water sebanyak 98 % walau ada juga resiko terkontaminasi yang disebabkan oleh penjenuhan air oleh uap air.

Pada cooling tower, udara dingin dari atmosfer dilewatkan ke bagian bawah cooling tower dan terjadi panas antara air panas dengan udara dingin. Bila zat cair panas dikontakkan kepada gas tak jenuh, sebagian dari zat cair tersebut akan menguap dan suhu zat cair menjadi turun. Pendinginan air dalam jumlah besar dilakukan dalam kolam-kolam semprot (Spray Pond).

Seperti yang telah diketahui bahwa tujuan dari dibuatnya cooling tower atau menara pendingin adalah untuk mensirkulasikan air pendingin dengan cara mendinginkan air itu dan menggunakannya kembali secara berulang-ulang. Air panas yang biasanya berasal dari kondensor atau unit perpindahan panas lainnya dimasukkan melalui puncak menara (top tower) dan didistribusikan ke dalam plat-plat melalui metode cascade kebawah dilengkapi dengan Slat Grating untuk memberikan luas permukaan yang besar untuk kontak udara dan air.

Pada prinsipnya cooling tower atau menara pendingin adalah jenis bahan isian yang khusus yaitu kayu sipres yang mempunyai daya tahan aksi gabungan air dan angin. Dalam menara itu

sebagian air menguap ke udara dan kalor sensibel berpindah dari air panas ke udara yang lebih dingin. Kedua proses itulah yang mengakibatkan turunnya air dingin dan untuk menjaga keseimbangan air dingin kita hanya perlu menambahkan air untuk menggantikan air (make up water) yang hilang karena proses penguapan atau terbawa oleh udara. Besarnya laju perpindahan massa dan panas dipengaruhi oleh luas daerah kontak antara fluida panas dan fluida dingin, waktu kontak, kecepatan fluida dan temperatur fluida.

2.11. Teori DifusiSuatu peristiwa difusi melibatkan peresapan satu fluida lainnya misalnya, gas udara yang

mengandung sejumlah kecil uap aseton yang larut dalam air sedangkan udara tidak larut dalam air. Seandainya campuran udara - aseton dimasukkan ke menara dimana air akan mengalir secara kontinu sehingga molekul aseton melekat ke molekul air. Maka molekul aseton dalam lapisan film udara menyentuh lapisan film liquid dan menyerap dengan cepat oleh larutan tersebut dalam liquid sehingga konsentrasi aseton dalam lapisan udara lebih kecil dibandingkan yang terlarut.

Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat berpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah mencapai keadaan setimbang antara dua keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat perbedaan konsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terus-menerus berlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini dapat dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya suatu molekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida sudah sama atau setimbang. Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.

Difusi adalah gerakan suatu komponen melalui suatu campuran, yang berlangsung karena suatu rangsangan fisika. Pada umumnya, difusi disebabkan oleh adanya gradien konsentrasi. Dalam semua operasi perpindahan massa, difusi berlangsung dalam sedikitnya satu fase dan biasanya kedua fase. Pada absorbsi gas, zat terlarut terdifusi melalui fase gas antarmuka kedua fase dan melalui fase zat cair dari antar muak itu. Pada distilasi, komponen bertitik didih rendah terdifusi melalui fase zat cair keantar muka dan dari antar muka ke fase uap.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan1. Satu unit Cooling tower Armfiel yang dilengkapi dengan pemanas.2. Aquadest3. Udara bebas (sebagai media pendingin)

3.2 Prosedur Percobaan1. Siapkan peralatan cooling tower (miniatur) sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya.2. Isi aquadest ke basin (dibagian bawah cooling tower).3. Hubungkan cooling tower dengan arus listrik, atur debit air yang mengalir dan Q sesuai

dengan yang dikehendaki.4. Catat temperatur inlet dan outlet untuk dry bulb dan wet bulb T1 - T6, tekanan dan pressure

drop yang ditunjukan. Lakukan pengambilan data sebanyak tiga kali dengan tekanan yang berbeda-beda.

5. Hitung laju alir udara masing-masing data.