4.4.4 Cooling Tower

Langkah ketujuh dalam merancang pembangkit listrik yaitu menganalisis

dan menghitung beban panas cooling tower dan laju aliran massa air pendingin.

Fungsi dari cooling tower yaitu menurunkan temperatur air pendingin

yang diperoleh dari sumber air terdekat dan dari kondensator. Air pendingin

tersebut akan dimanfaatkan kembali pada proses kondensasi pada kondensator.

Gambar 4.20 menunjukkan diagram alir dari proses cooling tower.

Keseimbangan massa dan energi pada kondisi tunak dapat diperoleh dari

perhitungan :

E¿−Eout=∆ E system

Qcv−W cv+mcw ¿

0−0+mcw (125,9−192,7 )+8,32 (2314−192,7 )=0

mcw (−66,8 )+8,32 (2121,3 )=0

mcw=(−17650 )

(−66,8 )=264,22 kg /s

Gambar 4.20 Diagram alir proses cooling tower

Dimana:

Qcv = kalor yang terjadi pada kontrol volume = 0;

W cv = kerja yang terjadi pada kontrol volume = 0;

mcw = laju aliran massa cooling water (kg/s);

hcw ,∈¿¿ = entalpi cooling water pada saat memasuki kondensator (kJ/kg);

hcw ,out = entalpi cooling water pada saat keluar dari kondensator (kJ/kg);

m = laju aliran massa uap (kg/s);

h6 = entalpi fluida pada kondisi 6 (kJ/kg);

h7 = entalpi fluida padakondisi 7(kJ/kg);

Gambar 4.22 merupakan diagram penggambaran proses yang terjadi pada

cooling tower dengan menggunakan diagram temperatur-entropi. Diagram

temperatur-entropi yang digunakan yaitu diagram R-718 water (DTU, 2009).

Titik 8 merupakan kondisi panas bumi sebelum memasuki cooling tower

yang berupa air. Titik 14 merupakan kondisi panas bumi berupa air yang telah

diturunkan temperaturnya dan akan dimanfaatkan kembali dalam proses

kondensasi. Pada titik 20 merupakan kondisi panas bumi berupa air yang dialirkan

ke kolam kondensat untuk diinjeksikan kembali ke dalam sumur reinjeksi.

Kondisi tiap titik ditampilkan dalam tabel 4.15.

Dengan mempertimbangkan laju aliran massa air pendingin yang akan

melewati cooling tower, dipilih konstruksi mechanical induced draft cooling

tower counterflow. Cooling tower yang mana menggunakan fan untuk menghisap

udara. Fan diletakkan pada bagian atap cooling tower untuk menghisap udara

melalui inlet di bagian bawah cooling tower. Udara ini kontak langsung dengan

air pendingin yang dihujankan dari bak atas menuju bak penampung bawah

(basin). Sehingga air pendingin tersebut memiliki temperatur yang lebih rendah.

Kriteria desain cooling tower yaitu temperatur air pendingin keluar pada

300C.

Gambar 4.21 Mechanical induced draft cooling tower (GPSA, 2004)

Gambar 4.22 Diagram temperatur-entropi fluida pada cooling tower

437

3014

7

8

6,s 6 9

21B

1A

20

3

Tabel 4.15 Tabel sifat fluida pada proses cooling tower

7 8 14 20

T, 0C 46 46 30 30

P, bar 0,16 1,16 1 1

h, kj/kg 192,6 192,7 125,9 125,9

s, kj/kg0C 0,6517 0,6516 0,4368 0,4368

X 0 0 0 0

         

ṁsteam 0 0 0 0

ṁNCG 0 0 0 0

ṁwater 272,71 272,71 264,16 8,55

ṁtotal 272,71 272,71 264,16 8,55

4.4.4.1 Perhitungan Cooling tower

Perancangan unit pendingin ini direncanakan digunakan untuk

mendinginkan air pendingin pada kondensator dengan laju aliran air yang berasal

dari reservoir yang dipompakan sebesar 16.329 L/min.

Sebelum menghitung beban kalor sensibel dan laten, maka perlu diketahui laju

aliran massa air yang disirkulasikan ke menara pendingin.

Dari data-data awal diketahui bahwa :

Qpompa = 20.500 L/min

ηpompa = 0,8 (untuk jenis pompa sentrifugal)

maka, Qpompa = 0,8 x 20.500 L/min

= 16.329 L/min

Dimana :

Qpompa = debit pompa, L/min

ηpompa = efisiensi pompa

Qpompa inilah yang nantinya akan disirkulasikan masuk menara pendingin,

sehingga besarnya kebutuhan air pendingin yang harus diterima oleh kondensor

(penukar kalor) adalah sebesar 16.329 L/min (4.313,7 gpm). Karena jumlah air

yang disirkulasikan ke menara pendingin diketahui, selanjutnya dapat dicari

dengan cara sebagai berikut :

L = q

Cp . γ .( t1−t 0)

L = jumlah air yang disirkulasikan ke menara pendingin (L/min)

q = jumlah kalor yang dilepas oleh kondensor (kkal/jam)

Cp = kalor spesifik air = 1 kkal/kg0C

γ = berat jenis air = 1 kg/L

t0,t1 = temperatur air pada sisi masuk dan keluar cooling tower , 0C

maka :

q = L.Cp.γ.(t1-t0)

= 16.329 L/min . 1 kkal/kg0C . 1 kg/L (46-30)0C . 60

= 15.675.840 kkal/jam

Apabila dari hasil perhitungan beban pendinginan di atas dikonversikan ke

dalam TR (Ton Refrigeration) maka akan didapatkan harga sebesar 5.183,9 TR ≈

5.185 TR.

4.6.1 Analisa Perencanaan Menara Pendingin

Data-data Perencanaan

Dari data-data awal diketahui :

1. Kondisi air :

Temperatur air masuk menara (t1,in) = 46 0C = 114,8 0F

Temperatur air keluar menara (t1,out) = 30 0C = 86 0F

2. Kondisi udara :

Temperatur udara masuk (twb) = 19,7 0C = 67,46 0F

Temperatur udara masuk (tdb) = 22 0C = 71,6 0F (Cristianto, 1998)

Temperatur udara keluar (twb= tdb) = 35 0C = 95 0F

3. Range pendingin : tin - tout = (114,8 - 86) 0F

= 28,8 0F

4. Ketinggian lokasi = 1730 M

≈ 6.000 ft

4.6.2. Perhitungan Nilai Karakteristik Menara Pendingin

Entalpi udara masuk menara pendingin pada umumnya sama dengan

temperatur bola basahnya= 67,46 0F sehingga dari tabel termodinamika enthalpies

and humidities Air-Water mixture at 6.000 ft (Kern, 1983) didapat :

(ha,in) = 36,46 BTU/lbm

4.6.2.1. Prestasi Menara Pendingin

Range Pendingin : tin – tout = (114,8 – 86) 0F

= 28,8 0F

Approach (hampiran) : t1,out – twb = (86 – 67,46)0F

= 18,54 0F

4.6.2.2. Rasio Laju Aliran Air dan [L/G]

Untuk menentukan nilai L/G adalah dengan menggunakan diagram

perhitungan faktor Ka.V (Gambar 4.23). Dimana terdapat hubungan antara range

pendinginan (cooling range), temperatur air keluar (cold water) dan temperatur

bola basah (wet bulb). Dengan menarik garis melalui titik “Cooling Range Cold

Water” secara paralel. Dengan garis “Wet Bulb Cold Water” didapat nilai L/G

sebesar 1,5 dan nilai Ka.V/L adalah dalam range 0,8 – 1,0.

Gambar 4.23 Diagram Karakteristik Menara Pendingin (Perry, 1999)

67,46

86

4.6.2.3. Perhitungan Nilai Karakteristik Dengan Metode Numerik

Perhitungan dengan metode numerik adalah membagi volume menara

pendingin menjadi beberapa bagian volume kecil sesuai dengan kenaikan

temperatur. Dalam hal ini, menara pendingin dibagi menjadi 10 bagian dengan

penurunan temperatur 3,2 0F sehingga setiap bagian dianalisa sebagai berikut :

hi = h0 + L/G (T1 – T0)

Berikut distribusi temperatur pada menara pendingin :

Gambar 4.24 Distribusi Temperatur Pada Menara Pendingin (Prasetyo, 2003)

Pada twb = 67,46 0F, dengan menggunakan tabel entalpi dan kelembaban pada

ketinggian bervariasi (Kern, 1983) didapat :

ha,in = 36,46 BTU/lbm

Bagian 0–1 :

hi – h0 = L/G (ti – t0)

hi = 36,46 BTU/lbm + 1,3 (89,2-86) BTU/lbm = 40,62 BTU/lbm

Entalpi udara rata-rata di bagian ini :

ha = [ h0+h1

2 ]= [ 36,46+40,622 ] = 38,54 BTU/lbm

Sedangkan temperatur air rata-rata pada bagian (0-1) adalah

= [ t 0+t 1

2 ] = [ 86+89,22 ] = 87,6 0F

Sehingga dari tabel entalpi dan kelembaban pada ketinggian bervariasi (Kern,

1983) pada T= 87,60F & ketinggian 6.000 ft :

h1 = 61,86 BTU/lbm

maka harga entalpi driving forcenya adalah :

(h1 – ha) = (61,86 – 38,54) BTU/lbm = 23,32 BTU/lbm

dan harga : 1

(h1−ha ) = 1

23,32 BTU/lbm = 0,043 BTU/lbm

Selanjutnya dengan cara yang sama didapatkan untuk bagian (1-2), (2-3), dan

seterusnya dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Entalpi Driving Force Setiap Volume Bagian

Bagian TM (0F) h1 (BTU/lbm) ha (BTU/lbm) (h1-ha)m (BTU/lbm)1

(h1−ha )

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

87,6

90,8

94

97,2

100,4

103,6

106,8

110

113,2

61,86

66,98

72,1

79,71

86,69

94,63

103,07

111,9

122,72

38,54

42,70

46,86

51,02

55,18

59,34

63,50

67,66

71,82

23,32

24,29

25,24

28,69

31,51

35,29

39,57

44,24

50,89

0,043

0,042

0,040

0,035

0,032

0,028

0,025

0,023

0,020

∑ 1

(h i−ha ) = 0,286

Maka nilai karakteristik menara pendingin Ka.V/L, didapat :

Ka.VL

= ∆ T .∑ 1

(h i−ha )

= 3,2 x 0,286

= 0,916

Nilai Ka.V/L = 0,916, sehingga masih didalam range 0,8-1,0.

4.6.3 Perancangan Fill (Packing) dan Tinggi Packed Menara

4.6.3.1 Perencanaan Packing

Direncanakan menggunakan packing tipe I model film. Dan jumlah yang

digunakan adalah :

Dari persamaan : Ka.V

L= 0,07 + A.N.[ L

Ga ]−n

(Ludwig, 1997)

Direncanakan menggunakan tipe packing I, maka berdasarkan dari tabel

4.2, didapat faktor A dan n, sebagai berikut :

A = 0,135

n = 0,57

Sehingga didapat jumlah packing yang digunakan adalah

N=

Ka .V

L−0,07

A [ LGa

]−n

¿ 0,916−0,07

0,135. (1,3 )−0,57

¿7,27 ≈ 8 buah packing

Jadi, direncanakan menara pendingin menggunakan 8 buah jumlah packing.

Tabel 4.17 Faktor Konstanta Berbagai Tipe Packing(Tanrian, 2005)

Gambar 4.25 Jenis susunan deck (Tanrian, 2005)

4.6.3.2 Tinggi Packed Menara Pendingin

H = (N-1). S

12(Cheresmissinof, 1983)

Dimana : N = 8 buah (dari perhitungan)

S = jarak vertikal = 24 (dari gambar susunan deck)

Sehingga :

H = (8-1) . 2412

= 14 ft = 4,27 m.

4.6.4. Perencanaan Luasan Tanah (ST)

Untuk ketinggian packed menara bervariasi dari 12 ft sampai 40 ft, luasan

tanah yang ekonomis untuk laju aliran massa udara perjam per satuan luasan

penampang menara (Ga) adalah antara 1400-2000 [ lb

jam . ft2 ]berturut – turut

dianggap sebagai garis lurus (Ludwig, 1997).Sehingga untuk mendapatkan harga

(Ga) didapatkan dengan interpolasi diantara harga-harga tersebut di atas

Ga−2.000

1.400−2.000=14−12

40−12

Ga = 2.000 + 14−1240−12

(1.400-2.000)

= 2.000 -43

= 1.957lb

jam . ft2

Dari perhitungan sebelumnya telah didapatkan harga L/G = 1,3, maka laju aliran

massa air perjam per satuan luas penampang menara (La) adalah

La

Ga

= LG

La = Ga . LG

= 1.957 x 1,3lb

jam . ft2

= 2544lb

jam . ft2

Sedangkan laju aliran massa air yang melalui menara (L) adalah

L = 4.313,98 gpm

= 4.313,98 gpm x (8,33 lbm/gal) x (60 menit/jam)

= 2.156.127,2 lbm/jam

Berat jenis air = 8,33 lbm/galon.

Sehingga luasan tanah yang dipakai untuk 1 unit menara pendingin adalah

ST = LLa

= 2.156 .127,2lbm / jam

2.544 lbm/ jam ft2 = 847 ft2= 78,73 m2

Dari luas tanah yang didapat di atas maka direncanakan menara dengan bentuk

balok dengan asumsi lebar = 8 m sehingga panjang menara = 9,84 m.

4.6.5. Perencanaan Louver

Direncanakan louver yang digunakan terbuat dari UPVC Ben Mesh

dengan dimensi :

Bentuk : jaring-jaring

Tinggi : 8,2 ft = 2,5 m

Luas : 928,99 ft2 = 86,3 m2

Jarak antara louver dengan sprinkle : 4,92 ft = 1,5 m

4.6.6. Perencanaan Drift Eliminator

Direncanakan Drift Eliminator yang digunakan pada menara pendingin :

Jenis : Two rows

Jumlah : 18 lapis (berjajar horisontal)

Panjang : 36,08 ft = 11 m

Bahan : Asbes Plastik

4.6.7 Perhitungan Kerugian Tekanan (Pressure Drop)

4.6.7.1 Pressure drop pada packing

Pressure drop yang terjadi pada packing dalam menara pendingin aliran

berlawanan dapat dihitung dengan persamaan :

∆ Pp=N .B . ( Ga )2[ 0,0675ρG ]+N . C .√S f . ( La ) . (GE )2[ 0,0675

ρG ](Ludwig, 1997)

Harga faktor-faktor B, C dan vertikal freefall (Sf) dapat dicari pada tabel 4.2

sesuai dengan tipe packing yang digunakan yaitu tipe I, diperoleh :

B = 0,52 x 10-8

C = 0,16 x 10-12

Sf = 4,5

Sedangkan harga equivalent pressure loss air mass flow (GE) dapat dicari dari

gambar 4.26. Untuk harga Ga yang telah ditentukan, dari pembahasan di atas,

diketahui Ga = 1.957 lbm/jam.ft2. Maka didapat :

GE = 4700

Sedangkan massa jenis udara rata-rata, didapat dengan menggunakan tabel

psikometri :

Untuk kondisi udara masuk T = 67,46 0F, ρG ,∈¿¿ = 0,0736 lbm/jam ft3

Untuk kondisi udara keluar T = 95 0F, ρG ,out = 0,0673 lbm/jam ft3

Sehingga didapat massa jenis rata-rata, ρG

ρG,∈¿+ ρG, out

2=

(0,0736+0,0673)2

lbmjam . ft3 =0,704

lbmjam. ft3 ¿

Dari data-data di atas, besarnya pressure drop yang terjadi pada

packing :

∆ PP=9 x 0,52 x 10−8 x (1957)2 . [ 0,06750,0704 ]+9x 0,16 x10−12 x √4,5 x 2.212,5 x 47002 . [ 0,0675

0,0704 ]= 0,3 inci H2O.

Gambar 4.26 Grafik Equivalent Pressure Air Mass Flow terhadap Countercurrent

Air Mass Flow (Tanrian, 2005)

4.6.7.2. Pressure drop pada drift eliminator

Untuk massa jenis udara yang tidak sama dengan 0,0675 lbm/ft3 perlu

dilakukan penyesuaian dengan menentukan kecepatan udara pada kondisi

tersebut. Karena harga Pressure drop bervariasi antara 0,001 inci H2O pada G =

800 lbm/(jam.ft3) dan 0,07 inci H2O pada G = 2000 lbm/(jam.ft3) (Ludwig, 1997).

Maka besarnya kecepatan udara yang melewati drift eliminator adalah

Untuk G = 800 lbm

jam ft 2

Vudara = 800

lbm

jam ft 2

0,0675lbm

jam ft3 .(60 min)

= 197,53 ft

min

Untuk G = 2.000 lbm

jam ft 2

4,54700

Vudara =

2.000lbm

jam ft2

0,0675lbm

jam ft3 .(60min)

= 493,83 ft

min

Sedangkan udara yang keluar dari menara pendingin dalam kondisi jenuh dengan

temperatur 95 0F dan massa jenis 0,0673 lbm

ft3 , serta laju aliran massa udara G =

1957lbm

jam . ft2 sehingga kecepatan udara pada kondisi ini adalah

Vudara = Gρ =

1957lbm

jam ft2

0,0673lbm

jamft3 .(60min)= 484,65 ft/min

Maka besarnya pressure drop yang terjadi pada drift eliminator dapat dicari

dengan interpolasi :

∆ PDE=0,01+[ 484,65−197,53493,83−197,53 ](0,07−0,01)

= 0,068 inciH2O

4.2.6.3. Pressure drop pada louver

Pressure drop aliran udara yang melewati louver berdasarkan pada massa

jenis udara 0,075 lbm

ft3 , yaitu antara 0,02 inci H2O pada kecepatan 400 ft

min dan

0,32 inci H2O pada 1600 ft

min (Ludwig, 1997).

Sedangkan laju aliran volume udara (Qudara) yang melewati louver dengan

G = 1957lbm

jam ft 2, dan luas penampang (ST) = 847,44 ft2.

G1 = 1957lbm

jam ft 2 . 847,44 ft2

= 1.658.559,4lbmjam

Qud = 1.437 .418,1lbm / jam

0,075 lbm/ ft3 .(60 min)

= 368.568,8 ft3/min

Direncanakan bentuk menara pendingin adalah silinder dan tinggi louver

(t) adalah 2,5 m = 8,2 ft, Diameter menara (D) = 10 m = 32,86 ft maka muka

louver (SL) adalah

Sehingga luas muka louver (SL) adalah

SL = t . π . D

= 8,2 ft . 3,14 . 32,86 ft

= 845,99 ft2

Persamaan udara melalui louver adalah

V = Qud

SL=

319.426,3 ft3/min845 ,99 ft2

= 435,67 ft/min

sehingga besarnya pressure drop yang melewati louver dapat dicari

dengan interpolasi

∆ PL−0,02

0,32−0,02=435,67−400

1.600−400

∆ PL=0,02+[ 435,67−4001600−400 ](0,32−0,02)

= 0,029inci H2O

Dari hasil perhitungan pressure drop pada ketiga bagian tersebut

didapatkan jumlah total pressure drop pada menara pendingin (∆ Ptot) adalah

∆ Ptot=∆ PP+∆ PDE+∆ PL

= (0,3 + 0,068 + 0,029) inci H2O

= 0,396 inci H2O

4.6.8. Perhitungan daya dan diameter kipas

4.6.8.1. Perhitungan daya kipas

Daya kipas digunakan untuk menggerakkan kipas pada menara pendingin.

Daya kipas dipengaruhi oleh aliran volume udara yang melewati kipas dan

kerugian tekanan (pressure drop) udara ketika melewati menara pendingin.

Besarnya daya kipas yang digunakan dapat dicari dari persamaan berikut

BHP = Qud . ∆ P tot

6356 .η p(Ludwig, 1997)

Dimana :

Qud = laju aliran volume udara [ ftmin ]

∆ Ptot = total pressure drop (inci H2O)

ηp = efisiensi propeler kipas (0,5)

Laju aliran volume udara didapat dari hubungan berikut

Qud = G1

ρG

Massa jenis udara melalui kipas pada temperatur 95 0F adalah 0,0673

lbm/ft3.

Qud =

1.658 .559,4lbmjam

0,0673lbm

ft3 60minjam

= 410.656,3 ft3/min

Maka daya kipas yang diperlukan adalah

BHP = Qud ∆ Ptot

6356 . ηp

= 410 .656,3

ft3

min. 0,4 inci H 2O

6356 .0,5

= 51,2 hp

Digunakan motor dengan daya 55 hp = 40,45 kW. Dibagi menjadi dua motor

sehingga masing-masing motor dengan daya 20 kW.

4.6.8.2. Perhitungan diameter kipas

Kecepatan udara yang melalui kipas mempunyai range dari 1200-2500

ft/min. Sedangkan untuk desain yang ekonomis, kecepatannya sekitar 1800 ft/min

(Ludwig, 1997), sehingga didapat hubungan sebagai berikut

Qud = Af.V

Dimana :

Af = luas penampang kipas (ft2)

V = kecepatan udara untuk desain ekonomis (1800 ft/min)

maka :

Af = Qud

V =

355.904,7ft3

min

1800ft

min

= 197,7 ft2

Sehingga diameter kipas didapat :

Df = √ 4 . A f

π = √ 4 . 197,7 ft2

3,14 = 15,87 ft ≈ 5 m

Dibagi menjadi dua kipas sehingga diameter masing-masing kipas = 2,5 m.

4.6.9. Resirkulasi

Resirkulasi adalah bercampurnya udara yang masuk menara pendingin

(fresh air) dengan sebagian udara yang meninggalkan menara (warm moist air)

sehingga ada kandungan air yang masuk menara pendingin.

Gambar 4.27 Resirkulasi

Untuk mengetahui resirkulasi yang terjadi dilakukan perhitungan sebagai berikut :

Rc = 0,073 x panjang sisimenara

1+(0,004 x panjang sisimenara)(Ludwig, 1997)

Dengan penentuan panjang sisi menara = 36,08 ft = 11 m.

Rc = 0,073 x36,08 ft

1+(0,004 x 36,08 ft )

= 2,3 %

Hal ini berarti nahwa udara keluar dari menara pendingin yang ikut masuk

bersama udara segar adalah 2,3 % dari seluruh udara yang masuk ke menara

pendingin.

4.6.10. Analisa Make Up Water

Make up water adalah penambahan kebutuhan yang digunakan untuk

menggantikan air yang hilang karena adanya proses evaporasi pada menara

pendingin (E), terbawanya air karena hembusan udara atau drift (W) dan air yang

sengaja dibuang untuk mengurangi endapan yang terjadi atau blow down (B).

Sehinga jumlah air yang ditambahkan adalah

M = E + W + B (%) (Ludwig, 1997)

4.6.10.1. Kehilangan Air Karena Evaporasi

Karena adanya perpindahan massa uap air dari muka basah ke udara akan

menyebabkan jumlah air yang disirkulasikan berkurang akibat penguapan. Hal ini

karena dalam menara pendingin udara mengalami proses penjenuhan dan keluar

dalam kondisi udara jenuh. Air yang hilang ini dapat diperhitungkan dengan

menggunakna persamaan berikut

E = G (W2 – W1) (Ludwig, 1997)

Dari tabel psikometri, untuk udara jenuh yang keluar menara pada T= 950F

mempunyai rasio kelembaban W2 = 0,0367 lb/lb dry air. Sedangkan untuk kondisi

udara masuk dengan T= 67,46 0F mempunyai rasio kelembaban W1 = 0,0145 lb/lb

dry air. Untuk aliran yang melalui menara pendingin G = 4.157,54 gpm.

E = 4.157,54 gpm (0,0367 – 0,0145) lb/lb dry air.

= 92,51 gpm

Sedangkan total air yang disirkulasikan L = 4.313,7 gpm, maka:

E = 92,51 gpm

4.313,7 gpmx100 % = 2,14 %

4.6.10.2. Kehilangan Air Karena Drift

Drift adalah terbuangnya air bersama hembusan udara keluar. Drift

eliminator tidak mungkin dapat mencegah seluruh air untuk tidak ikut keluar ber-

sama hembusan udara. Tetapi, untuk desainyang baik, sistem akan kehilangan air

diperkirakan kurang dari 0,2 % dari total air yang disirkulasikan (Ludwig, 1997).

Kehilangan air akibat hembusan udara bervariasi untuk berbagai tipe

menara pendingin dan kondisi lokal. Operasi menara pendingin yang normal

kehilangan air berkisar 0,3 – 1 % dari sirkulasi air yang masuk menara pendingin

(untuk tipe menara pendingin natural draft) dan 0,1 – 0,3 % untuk tipe

mechanical draft cooling tower. (Ludwig, 1997)

Dalam perancangan ini diperkirakan kehilangan air karena drift pada

eliminator adalah 0,2 % dari total sirkulasi air. Karena air yang disirkulasikan

sebesar 4.313,7 gpm, maka kehilangan air karena drift (W) adalah

W = 0,2 % . 4.313,7 gpm

= 8,6 gpm

4.6.10.3 Kehilangan Air Karena Blow Down

Blow down adalah sejumlah air yang sengaja dikeluarkan dari menara

pendingin untuk mengontrol kadar konsentrasi garam atau kotoran lain pada air

yang disirkulasikan. Dengan adanya blow down ini maka diperlukan adanya air

untuk menggantikan air yang keluar dengan persamaan sebagai berikut

B = E

π . c−1−W (Ludwig, 1997)

Dimana :

π.c = cycle of concentration (harganya bervariasi antara 3-7)

B,E dan W dalam %.

Dalam perencanaain ini diambil nilai π.c = 3, maka kehilangan air akibat blow

down sebesar :

B = 2,14 %3−1

−0,2 %

= 0,87 %

4.6.10.4 Total Make Up Water yang Diperlukan

Dari perhitungan di atas, jumlah air yang harus ditambahkan dalam

sirkulasi air pada menara pendingin adalah sejumlah air yang hilang akibat

evaporasi, drift dan blow down tersebut di atas adalah

M = E + W + B

= 2,14 % + 0,2 % + 0,87 %

= 3,21 %

Jadi total make up water yang diperlukan adalah 3,21 % dari seluruh air yang

disirkulasikan pada menara pendingin, yaitu :

= 3,21 % x 4.313,7 gpm = 138 gpm

4.6.11 Perhitungan Beban Kalor Sensibel dan Laten Pada Menara Pendingin

4.6.11.1 Perhitungan Beban Kalor Sensibel Pada Menara Pendingin

Perpindahan kalor sensibel terjadi jika terdapat perbedaan suhu antara

udara yang mengalir (masuk ke menara pendingin) dengan muka basah air ( air

yang keluar dari sprinkle). Proses ini disebut juga dengan perpindahan panas

secara konveksi dimana kalor sensibel mengalir dari dalam zat cair ke muka basah

(interface).

Laju kalor sensibel dapat dihitung dengan rumus :

qs = hc x (Ti – Ta) x A

Dari data awal diketahui :

- Kondisi udara masuk louver, tdb = 71,46 0F

twb = 67,46 0F

- Kondisi udara keluar menara, tdb = twb = 95 0F

- Luas perpindahan panas pada cooling tower :

Jarak antara sprinkle dan louver = 4,92 ft = 1,5 m

Diameter menara = 36,08 ft = 11 m

maka, A = π . D . t

= 3,14 . 36,08 ft . 4,92 ft

= 557,39 ft2

Koefisien perpindahan panas

Tin, udara = 71,46 0F

Gin, udara = 1475 lb/ jam.ft2

Dengan temperatur di atas dari tabel properties udara didapat :

ρud = 0,073 lb/ft3

v = 13,74 (ft3/lb)

Vud = G. v

= 1475 lbm

jam ft 2 . 13,74 ft3

lb

= 20.268,7 ft/jam = 5,6 ft/s

Tout, udara = 95 0F

Trata-rata = (95+71,46 )o F

2= 83,23 0F

Dari tabel properties udara didapat

v = 0,172 x 103 ft2/s

Pr = 0,729

k = 0,0149 BTU/h.Ft.0F

Re = V . D

v

= 5,6

fts

. 36,08 ft

172ft2

s

= 1,2

Nu = 0,664 . Re1/2 . Pr

1/3

= 0,664 . 1,21/2 . 0,7291/3

= 0,7

h = N u k

L

= 0,7 x0,0149

BTU

h . fto F4,92 ft

= 0,0020 BTU/h.ft20F

Sehingga laju kalor sensibel adalah

qs = 0,0020 BTU/h.ft20F x (95 – 71,46) 0F x 557,39 ft2

= 25,85 BTU/h

4.6.11.2 Perpindahan Beban Kalor Laten Pada Menara Pendingin

Perpindahan kalor laten terjadi apabila terdapat perpindahan massa air

dalam proses pengembunan ataupun penguapan karena pada saat uap air

mengembun, kalor laten harus dilepaskan oleh air. Sebaliknya jika air menguap

maka harus diberikan kalor laten untuk penguapan. Proses ini disebut juga dengan

perpindahan air difusi.

laju perpindahan kalor laten dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

q1 = K (W1 – W2) hfg x A

Dari data-data awal diketahui :

- Kondisi udara masuk (Tin) = tdb = 71,46 0F

twb = 67,46 0F

- Kondisi udara keluar (Tout) = tdb = twb = 95 0F

Dari tabel psikometri diperoleh :

- Wl (T=95 F) = 0,0367 lb/lb dry air

- Wa (T=71,46 F) = 0,0167 lb/lb dry air

Pada kondisi Trata-rata = 83,23 0F diperoleh harga hfg = 47,31 BTU/lb dari tabel

psikometri serta harga cpm = 0,2404 BTU/ lbm 0F dari tabel properties udara.

- K = h

cpm =

koefisien perpindahan panaskalor panas spesifik

=

0,0020BTU

jam ft2 o F

0,2404BTU

lbmo F

= 0,0082 lbm/jam ft2

maka,

q1 = 0,0082 lbm

jam ft 2(0,0367 – 0,0167) lb

lbdry air47,31

BTUlb

557,39 ft2

= 4,34 BTU/jam

Sehingga diperoleh dimensi cooling tower :

Panjang = 9,84 m.

Lebar = 8 m.

Tinggi packed = 4,27 m.

Diameter kipas = 2,5 m.

Daya motor = 20 kW.

Dibutuhkan dua buah kipas dan dua buah motor.

Gambar 4. 28 Dimensi cooling tower hasil perhitungan