ANALISA KINERJA COOLING TOWER INDUCED DRAFT

TIPE LBC-W 300 TERHADAP PENGARUH PANAS RADIASI MATAHARI

Oleh:

Nimas Puspito Pratiwi

Dosen Pembimbing : Dr.Gunawan Nugroho, S.T,M.T Nur Laila Hamidah, ST. MSc

TUGAS AKHIR

1

LATAR BELAKANG

Cooling Tower (CT) merupakan peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikan panas ke atmosfer.

2

LATAR BELAKANG

3

Cooling tower di PT.TMMIN untuk mendinginkan air

kompresor joy turbo 2

Pengaruh panas radiasi matahari

(temperatur ambient) mempengaruhi

kinerja cooling tower

Pengaruh temperatur dry bulb & wet bulb

Efisiensi cooling tower dipengaruhi

oleh wet bulb

• Bagaimana menurunkan model dinamik (matematis) dari cooling tower dengan hukum kesetimbangan kalor dan massa.

• Bagaimana pengaruh panas radiasi matahari (temperatur ambient) terhadap kinerja cooling tower

PERMASALAHAN

TUJUAN • Menurunkan model dinamik (matematis) cooling tower

induced draft LBC W-300. • Menganalisa kinerja cooling tower induced draft LBC W-300.

4

BATASAN MASALAH • Cooling tower yang dianalisa adalah (Mechanical Draft), dengan arah aliran

berlawanan (Counterflow).

• Pengaruh panas radiasi matahari diasumsikan temperatur ambient dry bulb dan wet bulb berdasarkan letak geografis di PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia Sunter 1 koordinat titik LS : -6° 9’40.89’’ & BT : +106° 52’41.14’’

• Data yang diambil adalah data pada bulan Februari dan September 2013 pada pukul 07.00 – 16.00

• Metode yang dipergunakan untuk menganalisa keseimbangan kalor dan massa pada cooling tower menggunakan pendekatan control volume, dimana untuk kesetimbangan massa yang dianalisa adalah perubahan temperature air keluaran cooling tower, terhadap pengaruh perubahan temperatur dry bulb, laju aliran massa air output, dan entalphi air.

• Kinerja cooling tower disimulasikan melalui model matematik.

• Dari hasil simulasi pada program simulink matlab akan dapat dianalisa kinerja dan dapat diketahui nilai efisiensi cooling tower terhadap pengaruh temperatur ambient.

• Menganalisa kinerja fan dan laju aliran massa air yang masuk ke cooling tower untuk meningkatkan kinerjanya

5

TEORI DASAR

Komponen Cooling Tower

6

Nozzle

Fill

Basin

Fan

MenarikUdara

TEORI DASAR

7

Control Volume

udara Air

iinam ,, ioutwm ,,

ievapm ,

iinwm ,,

ioutam ,,

iwm ,

(Xiao Li, Yaoyu Li, and John E.Seem, 2010)

ievapioutwiinw

iwmmm

dt

dm,,,,,

,

iweffectiveiw Vm ,,

Air

tinwh ,,ioutah ,,

iinah ,,

ioutwh ,,

Udara 1q

iwh ,iioutwiinwiw qhhh ,,,,,

Hukum kesetimbangan pada cooling tower

Koefisien Konveksi

TEORI DASAR

Konveksi Paksa di Cooling Tower

D

kNuD

%100,,

,,

wbTainTw

outTwinTw

Efisiensi Cooling Tower

8 Lampiran

METODOLOGI PENELITIAN

Tidak

Ya

Mulai

Observasi Lapangan & Studi Literatur

Mengumpulkan data

Membuat diagram blok proses cooling tower

Selesai

Penyusunan Laporan

Pengujian dan analisa

Penurunan model matematis cooling tower dengan

hukum kesetimbangan kalor dan massa

Menghitung Kinerja Cooling tower

Membuat simulasi menggunakan software

MATLAB

9

DIAGRAM BLOK

Cold Water Basin inaa Tm ,,

ioutwioutwoutw hTm ,,,,, ,,

iinwiinwinw hTm ,,,,, ,,Nozzel

Fill

q

Ket : Aliran Air Aliran Udara

10

Hukum kesetimbangan pada cooling tower

Penurunan Model Matematis

- = Akumulasi

Entalphi pada

fill -

entalphi

input entalphi

output Laju

kalor

total

11

iioutwiinwiw qhhh ,,,,,

Udara Air

inwinwiinw mTh ,, ,,,, 1q

aina Tm ,

iwh ,

outwoutwioutw mTh ,,, ,,,

ilatisensi qqq ,,

)( ,,,, iaiwvicisen TTAhq ievapigfilat mhq ,,,,

faniiwioutwioutwiwiinwiinw

iw

iwpiw Wqhhmhhmdt

dTcm )()( ,,,,,,,,,,

,

,,,

Simulink MATLAB Cooling Tower

12

Simulasi Kinerja Cooling Tower

13

Gambar 3.7 Function SubSystem Simulink Cooling

Tower Gambar 3.8 Inputan Diisi Melalui Tampilan Gui

PENGUJIAN DAN ANALISA

14 DATA

Uji dan Analisa Kinerja

Temperatur Ouput Per Jam Tgl 1 Sep’13

Temperatur dry bulb 26.8°C-34°C

Temperatur Outlet

27.89°C-32°C

Temperatur wet bulb 25°C-27.2°C

Temperatur input 36°C-38°C

Temperatur air masuk (inlet) dan temperatur dry bulb

mempengaruhi kinerja cooling tower

15

Kinerja Cooling Tower

5 Sep’13 Temperatur air inlet = 35°C-38°C

Temperatur air outlet = 27.88°C-32.87°C

Dry bulb = 26.2°C-32.8°C

25 Sep’13 Temperatur air inlet = 37°C-39°C

Temperatur air outlet = 27.91°C-32.88°C

Dry bulb = 26.6°C-35.2°C

Kinerja Cooling Tower

Temperatur dry bulb = 25.5°C-30.02°C

1 Feb’13 Jam ke-1 : Temperatur air inlet =32°C,

temperatur outlet = 25.87°C Jam ke-2 : Temperatur air inlet =39°C,

temperatur outlet = 27.95°C

2 Feb’13 Jam ke-1 : Temperatur air inlet =36°C,

temperatur outlet = 27.89°C Jam ke-2 : Temperatur air inlet =36°C,

temperatur outlet = 27.89°C

Temperatur dry bulb = 25°C-30.2°C

16

Cooling tower mampu mempertahankan kinerja pendinginannya agar tetap optimal pengaruh dari temperatur dry bulb dan wet bulb.

23 Feb’13 Jam ke-5 : Temperatur air inlet =39°C,

temperatur outlet = 29.92°C Jam ke-6 : Temperatur air inlet =37°C,

temperatur outlet = 28.89°C

Analisa Kinerja Cooling Tower Validasi Data :

Temperatur Output hasil pengukuran dibandingkan hasil simulasi sama hanya berbeda 0.11 °C. Nilai deviasi dari perhitungan menggunakan simulink

sebesar 0.33 %.

17

Temperatur dry bulb = jam ke-5 = 28°C-& jam

ke-6 = 29.6°C

Kinerja cooling tower dipengaruhi oleh temperatur air inlet & temperatur ambinet dry bulb.

Laju Panas

Gambar 4.8 Grafik Hubungan Laju Panas terhadap Temperatur dry bulb

dan Temperatur Air Masuk Bulan September

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Laju Panas terhadap Temperatur dry bulb dan Temperatur air masuk Bulan Februari

September Temperatur input = 37°C-

39°C Temperatur dry bulb =

26.6°C-35.2°C Laju Panas = 21kW- 29kW

Temperatur dry bulb mempengaruhi laju perpindahan panas secara sensible dan laten

Laju aliran panas di dalam cooling tower dipengaruhi oleh besarnya temperatur air masuk, sedangkan pengaruh temperatur dry bulb sangat

kecil sekali pengaruhnya

Februari Temperatur input = 32°C-39°C

Temperatur dry bulb = 25.5°C-30.2°C Laju Panas = 14kW- 39kW

18

DATA

20

Efisiensi Cooling Tower

Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Cooling Tower Bulan

Februari 2013 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi cooling tower

bulan September 2013

Efisiensi cooling tower pada bulan September berkisar antara 45% sampai 73%, sedangkan pada bulan Februari efisiensinya antara 62% sampai 80%. Nilai efisiensi cooling tower saat musim hujan lebih baik

dari pada musim kemarau. Hal ini diakibatkan, saat musim hujan cooling tower mampu mendinginkan air sampai mendekati temperatur wet bulb

20

Rekomendasi Table 4.1 . Rekomendasi Peningkatan Kinerja Cooling Tower dengan Cara Meningkatkan Kecepatan Putaran Fan dan Menurunkan Laju Aliran Massa Air

Apabila peningkatan kerja fan dan penurunan laju massa air yang masuk dilakukan secara bersamaan, maka akan memaksimalkan kinerja cooling tower

induced draft di PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia.

Variable Unit Case

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

m dot air kg/s 19.39 19.39 18.84 18.12 17.53 19.39 19.39 19.39 19.39 18.84 18.12

Tw,in °C 37 38 38 38 38 38 38 38 39 39 39

Ta,in °C 26.6 30 30 30 30 30 30 30 35 35 35

Twb °C 24 25 25 25 25 25 25 25 27 27 27

hfg kJ/kg 104.67 110.9 110.9 110.9 110.9 110.9 110.9 110.9 117.71 117.71 117.71

m dot evap kg/s 0.27 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.18 0.18 0.18

hw,in kJ/kg 155.04 159.21 159.21 159.2 159.21 159.21 159.21 159.21 163.38 163.38 163.38

hw,out kJ/kg 117.43 129.97 126.68 122.3 118.7 126.68 122.3 118.7 138.33 131.75 122.99

Rpm fan rpm 1460 1460 1460 1460 1460 1500 1550 1600 1460 1500 1550

Wfan kW 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.71 7.96 8.22 7.5 7.71 7.96

Tw,out °C 27.91 30.88 30.11 29.08 28.24 30.11 29.08 28.24 32.87 31.3 29.26

Efisiensi % 69.92 54.77 60.69 68.82 75.08 60.69 68.82 75.08 51.08 64.17 81.17

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa data, perhitungan dan simulasi maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: Telah diturunkan model matematis dari kinerja cooling tower induced draft LBC W-300 terhadap pengaruh temperatur lingkungan. Telah dinalisa kinerja dari cooling tower induced draft LBC W-300 dengan menggunakan metode kesetimbangan kalor dan massa. Kinerja cooling tower dipengaruhi oleh temperatur dry bulb dan wet bulb yang selalu berubah-ubah. Kinerja cooling tower yang optimal pada bulan September 2013 pukul 07.00 sebesar 27.91°C, saat temperatur dry bulb 26.6°C. Pada musim hujan di bulan Februari 2013 temperatur air keluaran pukul 07.00 adalah 25.87°C, saat dry bulb 25.5°C. Pada musim hujan kinerja cooling tower lebih optimal dibandingkan musim kemarau, sehingga saat temperatur dry bulb rendah kinerja cooling tower akan lebih optimal. Kinerja cooling tower induced draft LBC W-300 dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu : temperatur dry bulb, temperatur wet bulb, temperatur air masukkan/inlet, laju aliran air yang masuk dan kinerja fan. Efisiensi cooling tower pada musim kemarau sebesar 41% sampai 72%, sedangkan pada musim hujan efisiensinya antara 60% sampai 80%. Kinerja cooling tower dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan kecepatan putaran fan sebesar 1550 rpm dan menurunkan laju aliran massa air menjadi 18.12 kg/s, sehingga daya fan dapat ditingkatkan sebesar 7.96 kW serta efisiensi cooling tower akan naik menjadi 81.63%. 21

SARAN

Dapat dirancang sistem kontrol untuk mengatur secara otomatis laju aliran air yang masuk ke cooling tower, sehingga kinerjanya akan lebih optimal. Dapat dirancang sistem kontrol yang berfungsi mengatur kecepatan putaran fan supaya kinerja cooling tower lebih optimal.

.

22

Terima kasih

23

Catatan

Besarnya kalor yang mampu dibuang ke atmosfer juga dipengaruhi oleh kemampuan udara untuk membuang

panas melalui atas menara. Dimana saat kondisi temperatur dry bulb di luar cooling tower terlalu tinggi maka kerja laju perpindahan panas yang dibawa udara

semakin kecil.

Laju Panas Total Musim Kemarau lbh rendah kinerjanya

dibanding Musim Hujan

19