TUGAS UTILITAS

AIR PENDINGIN DAN SISTEM PENDINGINAN AIR

DISUSUN OLEH :

Aprilia Laila 21030112130049

Ignatius Ivan 21030112140047

Indri Wahyuningtyas 21030112120005

Luthfi Choiruly 21030112130055

Mario Lorenso 21030112120026

Minaco Rino 21030112140043

Ninda Yunita 21030112110044

Rizkia Ramadhina 21030112130074

Suad Fatihati 21030112130050

Theresia Avila 21030112140053

Yodha Galih 21030112130030

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2014

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain

dalam suatu industri. Penggunaan air industri dapat memanfaatkan air permukaan, air

sebagai sumber air. Penggunaan air permukaan dan air tanah mengharuskan untuk

mengolah air. Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan

lain dalam suatu industri. Untuk itu diperlukan penyediaan air bersih yang secara

kualitas memenuhi standar yang berlaku dan secara kuantitas dan kontinuitas harus

memenuhi kebutuhan industri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan

dengan baik. Dengan adanya standar baku mutu untuk air bersih industri, setiap

industri memiliki pengolahan air sendiri-sendiri sesuai dengan kebutuhan industri

(Hardayanti, 2006).

Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang diperlukan dalam proses

industri. Kualitas air pendingin akan mempengaruhi integritas komponen atau struktur

reaktor, karena pada dasarnya air sebagai pendingin akan berhubungan langsung dengan

komponen atau struktur reaktor. Air yang digunakan sebagai pendingin harus memenuhi

persyaratan yang sesuai dengan komponen atau struktur yang dirumuskan dalam

spesifikasi kualitas air pendingin (Lestari, 2006). Dalam memenuhui spesifikasi dari air

pendingin maka dilakukan pengolahan terhadap air pendingin tersebut dengan berbagai

metode dan teknologi peralatan yang bervariasi. Oleh karena itu, dalam makalah ini kami

akan mencoba menjelaskan mengenai air pendingin atau biasa disebut dengan cooling

water.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari makalah ini antara lain:

1. Apakah definisi air pendingin (cooling water) itu?

2. Apa saja jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri?

3. Apa saja komponen sistem air pendingin?

4. Apa saja masalah yang sering terjadi dalam air pendingin?

5. Apa saja teknologi yang berhubungan dengan air pendingin?

C. Tujuan

Tujuan dari makalah ini, antara lain:

1. Mengetahui definisi mengenai air pendingin (cooling water)

2. Mengetahui jenis air pendingin yang digunakan dalam proses industri.

3. Mengetahui komponen sistem air pendingin.

4. Memahami masalah yang sering terjadi dalam air pendingin.

5. Mengetahui teknologi yang berhubungan dengan air pendingin.

BAB II

ISI

A. Pengertian Umum

Air pendingin (cooling water) adalah suatu system yang menggunakan air sebagai

media dan berfungsi menurunkan suhu/temperature dalam suatu proses industri. Air

pendingin (cooling water) mempunyai arti yang cukup penting dalam kehidupan suatu

pabrik atau industri.

Sebagai contoh, bila air pendingin tidak stabil atau tidak berfungsi dengan baik,

maka pesawatmesin akan terganggu operasinya karena kondisinya yang semakin panas

sehingga efisiensi dari system itu akan menurun.

Untuk menjaga kondisi air pendingin tetap stabil, maka gangguan terhadap air

pendingin tersebut harus kita hilangkan antara lain :

1. Kerak dan pengerakkan

2. Korosi

3. Pertumbuhan lumut dan mikroba

4. Kotoran-kotoran (fouling)

Faktor-faktor yang menyebabkan air dipilih sebagai pendingin yang baik adalah :

1. Terdapat banyak sekali dan murah

2. Mudah memakainya

3. Tiap unit volume air dapat membawa jumlah panas yang besar

4. Pada batas-batas suhu penggunaan yang normal tidak terjadi

pemurnian/penyusutan yang nyata.

5. Tidak terjadi penguraian

B. Pengolahan Air Pendingin

Air pendingin (cooling water) adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar

panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Sistem yang

dilaluioleh aliran air pendingin disebut sebagai sistem air pendingin (cooling water

system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yaitu jenis resirkulasi dan jenis

sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air pendingin yang telah digunakan,

digunakan kembali untuk keperluan yang sama, sedangkan pada sistem sekali-lewat air

yang telah digunakan langsung dibuang. Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis,

yaitu resirkulasi terbuka dan resirkulasi tertutup. Pada sistem resirkulasi terbuka sebagian

air yang telah digunakan diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya. Pada sistem

resirkulasi tertutup, pendinginan kembali tidak dengan cara memanfaatkan panas laten

penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar panas. Pada sub-

bab berikut, akan dijelaskan mengenai persyaratan air pendingin serta metoda

pengendalian terhadap masalah yang sering timbul pada sistem air pendingin. Metoda

pengendalian tersebut meliputi sistem air pendingin resirkulasi terbuka, system air

pendingin resirkulasi tertutup, dan sistem air pendingin sekali-lewat.

a. Persyaratan Air Pendingin

Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat

exchanger) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Masalah yang

sering timbul dalam sistem air pendingin adalah :

terjadinya korosi

pembentukan kerak dan deposit

terjadinya fouling akibat aktivitas mikroba

b. Korosi pada Sistem Air Pendingin

Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah

penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan

karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas.

c. Pembentukan Kerak dan Deposit pada Sistem Air Pendingin

Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : penurunan

efisiensi perpindahan panas, naiknya kehilangan tekanan karena naiknya tahanan dalam

pipa serta penyumbatan pada pipa-pipa berukuran kecil. Fouling pada Sistem Air

Pendingin Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air pendingin

yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan

mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup

mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di

seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisma yang tumbuh dan

berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal,

penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas. Penggunaan air yang

memenuhi persyaratan dapat mencegah timbulnya masalah-masalah dalam sistem air

pendingin. Persyaratan bagi air yang dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat

persyaratan untuk umpan ketel. Contoh persyaratan untuk air pendingin untuk sistem

resirkulasi terbuka ditunjukkan pada tabel berikut :

parameter Nilai1. Konduktivitas (mhos/cm) <10002. Turbiditas (ppm) <103. Suspended Solid (ppm) <104. Total Hardness (ppm as CaCO3) <1005. Total iron (ppm as Fe) <1,06. Residual chlorine (ppm as Cl2) 0,5-1,07. Silicate (ppm as SiO2) <1508. Total Chromate (ppm as CrO4) 1,5-2,59. Ph 6,5-7,5

C. Sistem Air Pendingin

a. Resirkulasi Terbuka

Sistem resirkulasi terbuka dibahas lebih dulu karena sistem ini memiliki masalah

yang jauh lebih rumit, sehingga masalah dalam sistem ini telah mencakup pula masalah

dalam sistem-sistem yang lain.

1. Pengendalian Pembentukan Kerak

Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air.

CaCO3 merupakan kerak yang sering ditemui pada sistem air pendingin dan terbentuk

jika kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini dimaksudkan

untuk mencegah pembentukan kerak CaCO3 dengan menjaga agar kadar Ca dan

alkalinitas dalam air sirkulasi cukup rendah, dan mencegah pengendapan kerak pada

permukaan logam. Untuk maksud pertama dapat ditempuh dua cara, yaitu :

menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau

menambah asam, misalnya H2SO4, agar pH air di bawah 7

Untuk maksud kedua dapat digunakan inhibitor kerak berupa chemicals seperti

polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat. Kecenderungan pembentukan kerak

dapat diperkirakan menggunakan Langelier Saturation Index (LSI) dan Ryznar Stability

Index (RSI). Fokus utama penggunaan kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air

pendingin agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif. Index LSI berharga

positif (+) berarti air cenderung untuk membentuk kerak CaCO3, dan jika berharga

negatif (-) air tidak jenuh dengan CaCO3, cenderung untuk melarutkan CaCO3 dan

bersifat korosif. Identik dengan LSI, harga RSI lebih kecil dari 6,0 menunjukkan

kecenderungan pembentukan kerak dan jika lebih besar dari 6,0 berarti cenderung untuk

melarutkan CaCO3 dan bersifat korosif Contoh penggunaan LSl disajikan pada Gambar

6.1. Gambar tersebut dapat dipakai untuk menghitung pHs, yaitu harga pH dimana air

berada dalam kesetimbangan dengan CaCO3. Perbedaan harga pHs dengan pH

menyatakan harga indeks LSI. Tabel 6.2 menyajikan harga indeks LSI dan RSI dan

perkiraan kemungkinan yang akan terjadi pada sistem air pendingin.

2. Pengendalian Korosi

Pengendalian korosi dilakukan dengan cara menambahkan chemicals yang

berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang umum dipakai adalah polifosfat,

kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang

digunakan harus tepat, karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif setelah

kadarnya mencapai harga tertentu. Kadar minimum yang dibutuhkan oleh suatu inhibitor

agar dapat bekerja secara efektif disebut batas kritis. Pemakaian inhibitor yang melebihi

batas kritis akan menambah biaya operasi. Jika kadar inhibitor turun di bawah batas

kritis, bukan saja menjadi tidak efektif, tetapi dapat pula menyebabkan pitting.

3. Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi

Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau

dikendalikan menggunakan klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener,

dan berbagai jenis mikrobiosida (biosida). Klorin merupakan chemicals yang paling

banyak dipakai. Dosis pemakaian klorin yang efektif adalah sebesar 0,3 sampai 1,0 ppm.

Pengolahan yang tepat diperoleh secara percobaan, karena penggunaan beberapa biosida

secara bersama-sama kadang-kadang memberikan hasil yang lebih baik dan senyawa-

senyawa tersebut acap kali digunakan bersama klorin. Padatan tersuspensi dalam air

merupakan masalah yang cukup serius. Padatan tersuspensi tersebut dapat menempel

pada permukaan perpindahan panas sehingga mengakibatkan berkurangnya efisiensi

perpindahan panas. Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan

tersuspensi adalah dengan melakukan filtrasi secara kontinu terhadap sebagian air yang

disirkulasi.

b. Resirkulasi Tertutup dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat

Sistem air pendingin dengan resirkulasi tertutup membutuhkan sejumlah kecil air

make-up untuk mengurangi gangguan. Air demin atau kondensat uap, biasanya

digunakan sebagai sebagai air make-up. Pada sistem air pendingin sekali-lewat, tidak ada

proses pemekatan. Jika proses pemekatan tidak terjadi, maka kadar padatan terlarut relatif

sama dengan air umpan. Kekurangan pada sistem ini adalah terjadi kenaikan temperatur,

sehingga perlu usaha untuk menurunkan temperatur tersebut. Pengolahan seringkali

dimaksudkan untuk mencegah atau meminimumkan kerak atau korosi dan juga berfungsi

untuk mengurangi fouling yang disebabkan oleh padatan tersuspensi dan organisme laut.

Chemicals yang digunakan untuk maksud tersebut identik dengan yang dipakai untuk

resirkulasi terbuka, kecuali pada pengendalian korosi. Pemakaian inhibitor korosi pada

sistem ini sama sekali tidak praktis, sehingga masalah korosi ditangani dengan cara

melapisi permukaan peralatan dengan serat yang diperkuat dengan plastik, semen, atau

menggunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.

D. Sistem Cooling Water

1. Once Trough System

Setelah mendinginkan proses pabrik air langsung dibuang. Contohnya pada pabrik

yang ada di tepi sungai atau laut, air sungai/laut setelah dipakai pendinginan proses dalam

pabrik dibuang lagi ke sungai atau ke laut.

Air pendingin digunakan sebagai pendingin pada heat exchanger hanya

dilewatkan sekali, selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke badan air. Once through

systems digunakan bilamana kebutuhan air pendingin sangat banyak, ketersediaan sumber

air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk menangani buangan air panas dari air

pendingin yang sudah digunakan. Once through system dimana air pendingin akan

melewati HE hanya sekali. Mineral-mineral dalam air akan relatif tetap jumlahnya, tidak

berubah. Polusi suhu yang disebabkan discharge dari sistem ini menjadi perhatian

lingkungan.

Keuntungan menggunakan Once through systems :

Tidak diperlukan cooling tower

Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan

Kerugian menggunakan once through systems :

Korosi

Fouling

Sampah dan kotoran

Polusi / pencemaran temperatur di badan air

 Gambar 1. Once through.system (Gumilar, 2011)

2. Recirculating System

Air setelah mendinginkan suatu proses kemudian diolah lagi (didinginkan)

selanjutnya bias dipakai sebagai air pendingin lagi. Recirculating system bias dibagi

menjadi 2 bagian:

a. Close recirculating system

Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan

lain-lain) kemudian didinginkan lagi, selanjutnya dipakai lagi sebagai air pendingin.

Contohnya air pendingin pada radiator mobil, jacket water coolinh diesel, dan lain-lain.

Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan

lain-lain) kemudian didinginkan lagi, selanjutnya dipakai lagi sebagai air pendingin.

Contohnya air pendingin pada radiator mobil, jacket water coolinh diesel, dan lain-lain.

Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam

pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu “secondary

cooler” (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara

tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan “secondary cooler”

dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian

dibuang lagi ke laut. Closed Nonevaporative Recirculating Systems yang menggunakan

air pendingin yang sama dan disirkulasikan berulang kali dalam siklus yang kontinu.

Pada sistem ini, komposisi air juga relatif konstan.

Air pendingin didinginkan pada secondary heat exchanger. Tidak ada kehilangan

akibat penguapan juga tidak ada pengembalian.

Keuntungan menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :

Air pendinginyang kembali relatif bersih

Temperatur air pendingin memungkinkan lebih tinggi dari 100oC

Kerugian menggunakan Closed nonevaporative recirculating systems :

Investasi / capital cost sangat tinggi

Dibatasi oleh equipment secondary heat exchanger

  

Gambar 2. Closed nonevaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)

b. Open recirculating system

Air pendingin setelah mendinginkan suatu sistem (exchanger, mesin-mesin, dan

lain-lain) kemudian didinginkan lagi secara terbuka, disini terjadi pengurangan dan

penambahan air secara kontinyu. Contohnya menara pendingin (Cooling tower).

Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up

cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi)

terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam

pabrik.

Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk

kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya

agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan

beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-

up dan blow-down (Nugroho, Muchlis. 2004).

Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air

tawar atau jauh dari laut. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air

tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih

tidak korosif dibandingkan dengan air laut. Open recirculating system banyak digunakan

dalam industri. Sistem ini terdiri dari pompa, HE, dan cooling tower. Pompa akan

meresirkulasikan air melalui HE, mengambil panasnya, lalu membuangnya di cooling

tower dimana panas tersebut akan dibuang dari air dengan cara evaporasi. Dalam sistem

ini, chemical akan lebih banyak digunakan karena komposisi air akan berubah saat

evaporasi berlangsung, dimana konstituen korosi dan scaling akan lebih pekat (Gumilar,

2011). 

Keungtungan menggunakan Open evaporative recirculating systems :

Jumlah kebutuhan air medikit (make up);

Memungkinkan untuk mengontrol korosi

Kerugian menggunakan Open evaporative recirculating systems :

Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through;

Memerlukan cooling tower yang cukup besar;

System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan pencemaran

lingkungan

  Gambar 3. Open evaporative recirculating systems (Gumilar, 2011)

E. Proses Pendinginan

Pada sistem pendingin terbuka (cooling tower), penguaan harus selalu terjadi,

karena efek pendinginan diperoleh dari proses penguapan air. Bagian air sesudah

mendinginkan prses pabrik/industry, dilanjutkan hingga bersinggungan dengan udara

pada menara pendingin. Macam-macam kontak antara air dan udara dalam menara

pendingin diantaranya adalah :

1. Counter Current

Pada sistem ini bagian-bagian dari air bersinggungan secara axial dengan udara

dalam menara pendingin

2. Cross Flow

Bagian-bagian air berpotongan dengan udara membentuk sudut 90o di dalam

menara pendingin.

F. Skema Proses Pendinginan

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.

Gambar 4. Skema alat 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.

G. Cooling Tower dan Klasifikasinya

Cooling tower adalah salah satu bagian dari suatu cooling tower dengan proses

open recirculating system. Cooling tower adalah sebuah bangunan dari kayu yang

biasanya berbentuk kubus ataupun kerucut/silinder dengan menggunakan kipas

penghisap/penghembus udara. Pada tugas pengambilan air pendingin menjadi panas,

untuk mendinginkan kembali biasanya air dihujankan kembali pada menara pendingin,

dimana bagian-bagian air bersinggungan dengan udara yang dihisap.dihembus oleh kipas

(fan).

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)

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 celah-celah 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:

a. Natural Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Alami)

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:

Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah

Gambar 5. Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah

Menara pendingin aliran angin alami aliran silang

Gambar 6. Menara pendingin aliran angin alami aliran silang

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:

Memiliki konstuksi yang kuat dan kokoh sehingga lebih tahan terhadap

tekanan angin

Mampu beroperasi di daerah dingin maupun lembab

Dapat digunakan untuk instalasi skala besar.

b. Mechanical-Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Mekanik)

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:

Terjaminnya jumlah aliran udara dalam jumlah yang diperlukan pada segala

kondisi beban dan cuaca.

Biaya investasi dan konstruksinya lebih rendah

Ukuran dimensinya lebih kecil.

Kelemahan menara pendingin aliran angin mekanik adalah:

Kebutuhan daya yang besar

Biaya operasi dan pemeliharaan yang besar

Bunyinya lebih ribut.

Gambar 7. Menara Pendingin Forced Draft

Gambar 8. Menara pendingin induced draft dengan aliran berlawanan

Gambar 9. Menara pendingin induced draft dengan aliran melintang

c. Combined Draft Cooling Tower (Menara Pendingin Aliran Angin Gabungan)

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 10. Menara pendingin aliran angin gabungan

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.Ada dua jenis menara pendingin kering, yaitu:

a. Menara pendingin kering langsung (direct dry-cooling tower)

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:

Hanya dapat beroperasi dengan volume besar.

Memerlukan talang-talang ukuran besar.

Gambar 11. Menara pendingin kering langsung

b. Menara pendingin kering tak langsung (indirect dry-cooling tower)

Menara pendingin jenis tak langsung dapat dibagi menjadi dua jenis lagi, yaitu:

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.

Gambar 12. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsungdengan kondensor

permukaan konvensional

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.

Gambar 13. Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan

pendingin 2 fase

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.

Menara pendingin basah-kering mempunyai keunggulan:

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 14. Menara pendingin basah-kering

H. Masalah-Masalah yang Timbul dalam Cooling Tower

1. Pembentukan Kerak

Unsur-unsur yang larut dalam air seperti kalsium dan silica akan mengalami

pengentalan yang mana suatu saat bias melewati kalarutannya dan akhirnya bias

mengendap sebagai endapan kerak yang keras pada perpipaan ataupun heat exchanger

yang selanjutnya bias mengurangi flow air dan juga mengurangi perpindahan panas pada

flow tersebut.Proses pengendapan itu terjadi misalkan :

Ca(HCO3)2→ CaCO3 ↓ + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + CO2 + H2O

Metode yang digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan kerak antara lain :

a. Mengendalikan kerak dengan pH

Dalam keadaan asam lemah ( kira – kira pH 6,5 ). Asam sulfat yang paling sering

digunakan untuk ini, memiliki dua efek dengan memelihara pH dalam daerah yang benar

dan mengubah kalsium karbonat, Ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium

karbonat dan membiarkan cycle yang tinggi dari konsentrasi dalam system.

b. Mengendalikan kerak dengan bleed off

Bleed off pada sirkulasi air cooling terbuka sangat penting untuk memastikan

bahwa air tidak pekat sebagai perbandingan untuk mengurangi kelarutan dari garam

mineral yang kritis. Jika kelarutan ini berkurang kerak akan terbentuk pada penukar

panas.

c. Mengendalikan kerak dengan bahan kimia penghambat kerak.

Ada cukup banyak jenis bahan kimia penghambat kerak dan umumnya dari jenis

bahan kimia organic, baik jenis polymer maupun jenis non polymer. Sebagai contoh, dari

jenis polymer yang cukup banyak digunakan adalah polymer dari jenis acrylate; Untuk

jenis non polymer, phosphonate, EDTA, Polyphospate, dsb.

2. Terjadinya Korosi

Air yang mengandung oksigen dalam kondisi jenuh atau bersifat agresif terhadap

sistem logam dan mendorong terjadinya akumulasi dari hasil korosi yang selanjutnya

akan bias mengurangi laju perpindahan panas. Korosi adalah suatu proses elektrokimia

dimana suatu metal (missal: besi, baja) kembali dalam status alamiahnya, missal: Fe

Oxida atau karat. Korosi terjadi pada akibat pH rendah, Selain pH ada beberapa jenis

mikroorganisme yang menyebabkan korosi seperti nitrifying bacteria dan Sulfate

Reducing Bacteria (SRB) yang dapat menghasilkan asam sulfida (H2S). Bakteri ini

memiliki kemampuan untuk mengubah ion sufate (SO4) menjadi asam sulfida (H2S)

yang sangat korosif menyerang logam besi, logam lunak. Bakteri ini hidup sebagai

anaerobik ( tanpa udara ).

Contoh :

Fe → Fe3+ + 2e-

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

2Fe2O3+ H2O → Fe(OH)3

3. Terjadinya Fouling

Padatan yang tersuspensi jumlahnya di dalam air pendingin jumlahnya bias

bertambah atau semakin pekat, karena partikel-partikel yang ada di udara bias terjaring

oleh air di dalam menara pendingin. Ditambahn dengan hasil korosi, semua padatan itu

terbawa oleh aliran dan bias mengendap pada permukaan perpindahan panas ataupun

pada perpipaan. Peristiwa semacam ini tidak hanya mengurangi efisiensi perpindahan

panas tetapi juga mendorong terjadinya korosi yang disebabkan oleh perbedaan

konsentrasi oksigen yang terjadi pada bagian bawah endapan tersebut.

4. Pertumbuhan Lumut dan Mikroba

Mikroorganisme yang berasal dari air baku atau yang terjaring dari udara, pada

umumnya memperoleh suasana lingkungan yang sesuai dengan syarat hidupnya, suhu

yang lebih hangat dan pada aliran air pendingin banyak nutrient sebagai bahan makanan.

Akibat yang ditimbulkan ialah berkembang biaknya bakteri berlipat ganda sehingga

menghasilkan endapan yang bisa dilihat mata. Endapan ini akan mengurangi efisiensi

perpindahan panas dan mendorong terjadinya proses korosi seperti akibat yang

ditimbulkan oleh padatan yang tersuspensi.

I. Pengendalian Air Pendingin

Berikut adalah review secara ringkas beberapa parameter yang berguna dalam

pengendalian sistem air pendingin.

1. Neraca Massa

Dasar utama neraca massa pada sistem air pendingin adalah “Apapun yang masuk

harus keluar (segera atau mati)”. Dari dasar ini kemudian muncul banyak variasi sesuai

dengan kebutuhan, salah satu bentuk pokok dari prinsip dasar itu adalah:

M = E +B

Yaitu Make up (M) sama dengan Evaporasi (E) dan Fow down (B)

2. Siklus Konsentrasi (N)

Tingkat pemakaian zat-zat yang ada pada air pendingin dihitung berdasarkan

pengukuran konsentrasi dalam air pendingin dan air umpan (make up) dengan rumusan :

N = C pendinginC make up

Dimana : C pendingin = konsentrasi zat dalam air pendingin

C make up = konsentrasi zat dalam air make up

Sebagai zat pengukuran yang baik ialah : Ion Khlorida, Kalsium, Natrium, atau

Magnesium

3. Evaporasi (E)

Pada open recirculating system, penguapan harus slalu terjadi karena efek

pendinginan diperoleh dari panas penguapan. Rate penguapan dipengaruhi banyak faktor

diantaranya :

Kelembaban udara sekitar

Bada suhu antara air pendingin panas (inlet tower) dengan suhu air pendingin dingin

(outlet tower, selisih ini disebut Range.

Kecepatan siklus (recycle rate)

Rate evaporasi sebenarnya sulit diukur karena bervariasi tergantung cuaca dan iklim.

Sebagai patokan :

E = 1% dari recycle rate per 5oC range

= 0,002 (E) (dT)

Keterangan : E = Evaporasi (m3 jam)

R = Recycle rate (m3 /jam)

dT = Range Pendingin (OC)

4. Retention Time

Waktu tinggal rata-rata air pendingin di dalam sistem sebelum keluar lewat blow

down biasanya dinyatakan dalam jam atau hari.

Retention Time = V/B

Retention Time berguna untuk menghitung waktu tinggal ion dalam sistem pendingin di

bawah pengaruh penambahan dan pengurangan yang kontinu.

5. Time Cycle (Waktu Siklus)

Waktu yang diperlukan seluruh air pendingin (V) untuk melewati lingkar

pendingin sebanyak satu kali. Secara matematis sama dengan V/R. Berguna untuk

mengetahui kecepatan tanggapan sistem air pendingin terhadap penambahan bahan-bahan

kimia. Time cycle biasanya dinyatakan dalam menit.

J. Karakter Kimia Sistem Air Pendingin

1. pH

pH setia sistem air pendingin biasanya dikendalikan pada suatu jangka tertentu,

biasanya antara 6,0 - 8,0. Kadang-kadang, pH yang sedikit lebih tinggi masih

diperkenankan tergantung pada kualitas air make up dan program pengendalian

kerak/endapan yang dipergunakan.

Akan tetapi, semakin tinggi pH, potensi terjadinya kerak/endapan semakin besar

dan sensitive terhadap kelalaian pemberian dosis bahan kimia yang cukup. pH yang

tinggi biasanya juga mengandung efektivitas kerja biocide dan tidak sesuai dengan

inhibitor korosi yang mengandung seng (Zinc based corrosion inhibitor). Sebalinya, pH

lebih kecil dari 6,0 tidak baik secara teknis mai=upun ekonomis karena kebanyakan

bahan inhibitor korosi tidak mampu bekerja dengan baik pada pH rendah.

Beberapa penyebab perubahan pH ialah:

Pemberian gas kalor yang berlebihan dapat menurunkan pH

Pemberian asam untuk menstabilkan air pendingin

Kualitas Air make up yang rendah

Pada pH dibawah 4,3 rate korosi akan menjadi semakin besar karena lenyapnya

seluruh nilai alkalinya dan pada nilai pH dibawahnya akan timbul asam mineral

bebas yang bersifat agresif terhadap metal.

2. Hardness Kalsium

Kalsium berinteraksi dengan fosft organic maupun anoganik membentuk lapisan

pelindung korosi. Harga terkecil yang diperlukan 50ppm sebagai CaCO3. Bila lapisan di

bawah ini sebaiknya digunakan inhibitir seng atau molibdat.

Pada kadar kalsium tinggi (>10.000 ppm sebagai CaCO3 perlakuan organic dan

basa mungkin akan memberikan masalah pengendapan. Perlakuan terbaik untuk ini

adalah fosfat terstabilkan dengan pH netral.

3. Alkalinitas

Parameter ini paling susah dikendalikan karena di satu pihak dapat memberikan

perlindungan terhadap korosi secara alamiah tetapi juga mempunyai potensi pergerakan.

Pada nilai pH sirkulasi air sekitar 7 dengan alkalinitas sekitar 50 ppm CaCO3, perlakuan

terbaik adalah fosfat terstabilkan atau molibdat. Bila alkainitas air 200 ppm CaCO3,

perlakuan organic, seng, alkali, dan molibdat memerlukan asam untuk menurunkan

alakalinitas.

4. Besi

Ion besi di atan 4 ppm tidak diperkenankan bila perlakuan fosfat terstabilkan

dipergunakan. Besi berbentuk endapan besi fosfat yang menyebanbkan terjadinya korosi

di bawah endapan.

5. Silika

Silika sering kali merupakan penghambat siklus konsentrasi. Pada tingkat

konsentrasi 150 – 200 ppm, silica amorf mulai menjadi masalah bersama dengan

magnesium pada pH>8,0 silika dapat menimbulkan masalah meskipun konsentrasi di

bawah 180 ppm. Untuk kondisi demikian perlakuan fosfat terstabilkan adalah yang

terbaik.

6. Phosphat

Kadar fosfat yang tinggi dalam air make up, paling baik digabung dengan

merlakuan fosfat terstabilkan. Fosfat hamper selalu ada dalam air baku terutama air

olahan menggunakan polifosfat, bila kadar orthofosfat dalam air sirkulasi 4-8 pm,

perlakuan organic atau seng dapat digunakan tanpa perlu modifikasi.

7. Daya Hantar Listrik

Daya hantar listrik lebih besar dari 1000 us/cm sebaiknya diberi erlakuan sebagai

alkasi atau molibdat. Batas Maksimum daya hantar listrik untuk perlakuan:

- Seng alkali ….. 4000

- Molibdat ….. 3000

- Organik ….. 4000

K. Berbagai Macam Perlakuan

1. Kromat/Seng

Kromat/seng merupakan perlakuan tradisional dan banyak dipergunakan. Tetapi

semakin ketatnya peraturan lingkungan hidup, penggunaan perlakuan ini semakin

berkurang. Perkembangan terakhir memungkinkan penggunaan kromat/seng dalam

suasana basa (alkali).

2. Molibdat

Molibdat mempunyai keunggulan serupa dengan kromat, tetapi tidak beracun.

Harganya mahal sekitar 5 kali kromat. Amat cocok untuk keperluan khusus, misalnya ada

sistem dengan air suhu di atas 70oC yang tidak korosif.

3. Fosfat

Perlakuan Fosfat adalah cara terbaru untuk menghindari masalah dengan

lingkungan. Fosfat terstabilkan menggunakan fosfat alkali (basa) umumnya

menggunakan senyawa fosfat organic dan sering disebut sebagai perlakuan organik.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Kesimpulan dari makalah ialah sebagai berikut:

1. Air pendingin adalah air limbah yang berasal dari aliran air yang digunakan untuk

penghilangan panas dan tidak berkontak langsung dengan bahan baku, produk antara

dan produk akhir.

2. Ada tiga system air pendingin yang biasa digunakan di industri yaitu : Once through

system, Open evaporative recirculating, Closed non-evaporative recirculating.

3. Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin utama, dan

cooling tower serta dilengkapi dengan beberapa komponen bantu.

4. Masalah dalam air pendingin ialah, korosi, scale, fouling, dan biological

contamination.

5. Menara pendingin jenis natural draft dan menara pendingin mekanik draft

merupakan dua teknologi menara pendingin yang banyak digunakan.

B. Saran

Sebaiknya dalam perancangan sebuah pabrik memperhatikan aspek-aspek yang

berpengaruh dalam penggunaan air pendingin dan parameter yang mengaturnya untuk

memaksimalkan efisiensi dan nilai ekonomi dari proses produksi.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. Sistem Pendinginan. Universitas Sumatera Utara.

Anonim. 2011. Peralatan listrik: menara pendinginan. UNEP.

Budiyati, C. Sri. 2008. Diktat Utilitas. Teknik Kimia Universitas Diponegoro, Semarang.

Gumilar. 2011. Sistem Air Pendingin. http://proses-engineering.blogspot.com/2011/06/sistem-

air-pendingin.html. Jakarta : STE. Diunduh pada 14 Oktober 2014 pukul 15:00

Nugroho, Muchlis. 2004. Solusi Suplai Air Pendingin Untuk Komplek Industri Padat Di Tepi

Pantai. www.oocities.org/mandor01/Coolingtowerlaut.pdf. Diunduh pada 14 Oktober

2014 pukul 14:55

Setiadi,Tjandra. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air. Institut Teknologi Bandung, Bandung.