ANALISA KINERJA COOLING TOWER INDUCED DRAFT TIPE LBC W-300 TERHADAP PENGARUH TEMPERATUR LINGKUNGAN

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) ANALISA KINERJA COOLING TOWER INDUCED DRAFT TIPE LBC W-300 TERHADAP PENGARUH TEMPERATUR LINGKUNGAN Nmas Puspto Pratw 1 Gunawan Nugroo 2 Nur Lala Hamda 3 Jurusan Teknk Fska Fakultas Teknolog Industr Insttut Teknolog Sepulu Nopember (ITS) Jl. Aref Raman Hakm Surabaya E-mal: nmaspusptopratw@yaoo.co.d 1 gunawan@ep.ts.ac.d 2 nur_lala_amda@yaoo.com 3 Abstrak Tela dlakukan analsa knerja coolng tower (CT) nduced draft tpe LBC W 300 dengan metode kesetmbangan kalor dan massa. Analsa n dgunakan untuk menurunkan model matemats yang selanjutnya dgunakan untuk mensmulaskan proses yang ada d coolng tower. Dar asl smulas ddapatkan temperatur ar keluaran coolng tower yang dpengaru ole temperatur dry bulb dan wet bulb yang selalu beruba-uba. Knerja yang palng optmal d bulan September pukul sebesar C saat temperature ambent dry bulb 26.6 C. Pada musm ujan d bulan Februar 2013 knerja coolng tower leb maksmal. Temperatur ar keluaran pada pukul adala C saat temperatur dry bulb 25.5 C. Efsens coolng tower saat musm kemarau antara 41% sampa 72% sedangkan pada musm ujan efsensnya 60% sampa 80%. Knerja coolng tower dapat dtngkatkan dengan cara menngkatkan kecepatan putaran fan sebesar 1550 rpm dan menurunkan laju alran massa ar menjad kg/s sengga daya fan dapat dtngkatkan sebesar 7.96 kw serta efsens coolng tower akan nak menjad 81.63%. Kata Kunc Coolng tower temperatur ambent knerja. I. PENDAHULUAN oolng Tower (CT) merupakan peralatan yang dgunakan Cuntuk menurunkan suu alran ar dengan cara mengekstraks panas dar ar dan mengemskan panas ke atmosfer. Coolng tower memanfaatkan ar dan udara pada proses perpndaan panas yang dbuang ke atmosfer. D dalam sstem coolng tower terdapat fan dstrbuton system spray nozzle (sprngkel) fll (packng) basn dan pump. Coolng tower yang dgunakan pada permasalaan n adala coolng tower yang terdapat pada PT. Toyota Motor Manufacturng Indonesa-Sunter 1 tpe nduced draft counter flow LBC-W 300. Coolng tower dgunakan sebaga meda untuk mendngnkan ar panas yang keluar dar compressor turbo joy 2 d PT.Toyota Motor Manufacturng Indonesa. Compressor Turbo Joy 2 memerlukan ar pendngn sebesar m³/ar. Ar panas dar compressor masuk ke coolng tower supaya temperature ar turun sengga ar yang dngn bsa dgunakan kembal. Sstem pendngnan pada mesn d ndustr bertujuan untuk menjaga kestablan temperature dan penurunan temperatur melalu proses pertukaran panas. Namun temperatur lngkungan sektar akbat (temperatur ambent) mempengaru knerja coolng tower. Hal tersebut dkarenakan pada tngkat udara tertentu yang bergerak melalu sebua coolng tower/menara pendngn mengalam perpndaan panas yang dapat terjad dpengaru ole jumla ar permukaan yang terkena udara. Peneltan yang perna dlakukan sebelumnya membaas tentang pemodelan desan coolng tower mecanc counter flow (laju alran paksa). Pemodelan dnamk coolng tower n menggambarkan analsa knerja coolng tower berdasarkan kesetmbangan kalor dan massa pada ar serta udara. Peneltan n bertujuan untuk menggambarkan pemodelan dnamk teradap performance coolng tower yang dsmulaskan dengan software Dymola Verson 6.1 pengembangan dar Dynasm (Dynasm2007) (Xao L dkk. 2010). Untuk tu knerja desan coolng tower sangat dpengaru ole temperatur lngkungan sektar. Parameter yang mempengaru knerja coolng tower yatu : Pengaru temperatur lngkungan merupakan temperatur ambent (dry bulb dan wet bulb) akan mempengaru perpndaan panas atau knerja d dalam coolng tower. Knerja coolng tower dpengaru ole proses perpndaan panas secara sensbel dan laten d dalam fll (ruang pengs). Analsa knerja coolng tower nduced draft tpe LBC W 300 akan dbuat dalam model matemats sengga memudakan untuk menark ubungan antara pengaru temperatur udara lngkungan (dry bulb dan wet bulb) teradap beban panas d dalam coolng tower. Dar analsa knerja coolng tower nduced draft tpe LBC W 300 teradap pengaru temperatur lngkungan akan danalsa melalu smulas menggunakan software smulas komputas untuk mempertungkan asl. Smulas yang dlakukan berdasarkan penurunan model matemats dar proses pendngnan d coolng tower. Sengga darapkan dar analsa knerja coolng tower yang menggunakan metode kesembangan kalor dan massa dapat dketau pengaru temperatur ambent pada proses pendngnan yang terjad. Serta ddapatkan nla efsens coolng tower nduced darft LBC W-300 yang dpengaru ole temperatur wet bulb temperatur lngkungan. II. METODOLOGI PENELITIAN A. Taapan Peneltan Beberapa taapan dalam melakukan peneltan n antara lan: melakukan stud lteratur mengena coolng tower dan proses pendngnan yang terjad d dalam coolng tower.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) Selanjutnya membuat process flow dagram sebaga acuan untuk dentfkas proses d dalam coolng tower. Langka selanjutnya akan dturunkan model matemats dar tap-tap komponen yang mempresentaskan proses yang terjad d dalam fll (ruang pengs) berdasarkan ukum perpndaan kalor dan massa (ukum perpndaan kalor dan massa). Model matemats yang tela dbuat selanjutnya dsmulaskan dengan mempergunakan software komputas untuk mempresentaskan asl pendngnan pada coolng tower. Kemudan dlakukan pengujan software analsa knerja dar coolng tower serta mengtung effsens coolng tower melakukan rekomendas dan penyusunan laporan tugas akr. B. Blok Dagram Sstem Ar panas yang masuk ke coolng tower dalrkan dengan cara spray melalu nozzle (sprngkel). Ar mengalam perubaan temperatur dar panas ke dngn melalu fll atau ruang pengs. D dalam fll udara panas dtark dan dbuang ke atmosfer dengan bantuan fan. Ar yang tela beruba temperaturnya dar keluaran fll masuk ke basn (kolam ar dngn sementara). Ar penambaan (make up water) pada coolng tower dtambakan dalam basn. Ar penambaan dar PDAM n untuk menambakan volume ar dalam kolam yang terjad karena sebagan ar lang akbat penguapan. Ar dngn yang tela dtampung d dalam basn. Blok dagram untuk kerja pendngnan d dalam coolng tower yatu : q Nozzel m n T n n Udara m w T m a nta Gambar 2. Prnsp Kerja Kesembangan Kalor dan Massa Ar dan Udara d dalam Kontrol Volum. Hukum kesetmbangan energ d dalam coolng tower : dmana : m = Massa ar yang d dalam coolng tower (kg/s) w c p m w n m w w n w dt dt q 1 w n T n m n Ar = Kalor spesfk dar ar (kj/kg) = Laju alran massa yang masuk (kg/s) = Laju alran massa yang keluar (kg/s) = Entalp ar masuk (kj/kg) =Entalp ar keluar (kj/kg) w = Entalp ar d dalam fll. W fan = Kerja Fan (kw) w ) m c p = m n ( n ) m ( q + W fan (1) m T a a n Fll Cold Water Basn m T Dagram blok dar coolng tower dapat dgambarkan dalam smulas software komputas untuk mempertungkan asl yang dgambarkan sebaga berkut : Gambar 1. Blok dagram kerja coolng tower dmana : m n = Laju alran massa ar masuk (kg/s) T n = temperatur ar masuk coolng tower( C) m = Laju alran massa ar keluar (kg/s) m = Laju alran massa udara yang masuk (kg/s) a T an =Temperatur udara masuk ke coolng tower( C) T = Temperatur ar yang tela ddngnkan n = Entalp ar masukkan = Entalp ar keluaran. C. Penurunan Model Matemats Penurunan model matemats akan dlakukan pada komponen coolng tower sebaga berkut : Udara ambent bsa masuk ke dalam coolng tower karena ada tarkan paksa dar kerja fan. Terjadnya proses kesembangan kalor dan massa d dalam sstem coolng tower berada pada fll. Perpndaan ar dan udara sesua dengan kesembangan energ d dalam kontrol volum sebaga berkut: Gambar 3. Knerja Coolng Tower Menggunakan Software Komputas Untuk Mempertungkan Hasl III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pemodelan Pada Smulk Knerja coolng tower untuk mendngnkan ar panas yang dpengaru temperature lngkungan (temperatur ambent) dgambarkan dengan pemodelan matemats. Smulnk berfungs untuk menggambarkan knerja coolng tower nduced draft LBC W-300. Grafk d bawa n

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) menggambarkan knerja coolng tower yang dwakl beberapa data berkut : 300 selama musm kemarau pengaru ole : penngkatan temperatur ar masukkan dan temperatur dry bulb. Hal tersebut mempengaru asl temperatur keluaran (let) coolng tower. Semakn tngg temperatur dry bulb maka semakn tngg temperatur ar let. Gambar 4. Grafk Knerja Coolng Tower Tanggal 1 September 2013 Grafk tersebut merupakan asl smulas software komputas untuk mempertungkan asl. Software n berfungs menggambarkan knerja dar coolng tower yang dpengaru ole temperatur ar masukkan dan temperatur udara dry bulb. Grafk jam ke-1 sampa jam ke-9 menunjukkan knerja coolng untuk mendngnkan temperatur ar pada pukul sampa Berdasarkan data BMKG pusat pada koordnat ttk LS : & BT : tanggal 1 September 2013 yatu temperatur wet bulb sebesar 25 C sampa 27.2 C dan dry bulb sebesar 26.8 C sampa 34 C. Gambar 6. Grafk Knerja Coolng Tower Tanggal 1 Februar 2013 Grafk datas menunjukkan temperatur ar keluaran coolng tower pada tanggal 1 Februar 2013 pada musm ujan. Perbedaan grafk saat musm ujan dan musm kemarau dlat dar grafk temperatur dry bulb dan data wet bulb. Pada musm ujan temperatur wet bulb berksar antara 24 C sampa 26 C sedangkan temperatur dry bulb berada d antara 25.5 C sampa 30.2 C. Temperatur wet bulb dan dry bulb pada musm ujan leb renda dar pada saat musm kemarau. Pada jam ke-2 pukul temperatur ar masukkan tngg yatu 39 C dan temperatur dry bulb yang renda sebesar 26.8 C mampu mempertaankan knerja coolng tower. Coolng tower mampu mempertaankan knerja pendngnannya agar tetap optmal pengaru dar temperatur dry bulb dan wet bulb. Setap jamnya mengalam kenakkan secara perlaan. Pukul bukan waktu puncak musm ujan karena semakn sore temperatur dry bulb akan semakn menngkat. Knerja coolng tower saat musm ujan leb optmal atau leb bagus pada musm ujan. Gambar 5. Grafk Knerja Coolng Tower Tanggal 25 September 2013 Grafk dtas menggambarkan knerja coolng tower pada tanggal 25 September Pada grafk jam ke-1 menggambarkan knerja coolng tower yang palng optmal selama satu ar tersebut yatu C. Dalam konds n ar panas masuk ke coolng tower pada temperatur 37 C sampa 39 C. Knerja coolng tower palng tngg terjad pada jam ke-6 (pukul 13.00). Berdasarkan data BMKG Jakarta Pusat tanggal 25 September 2013 pukul merupakan konds panas puncak selama musm kemarau dengan dry bulb sebesar 35.2 C. Hal n mempengaru knerja pendngnan dalam coolng tower sengga ar letnya menngkat menjad C. Analsa knerja coolng tower nduced draft LBC W- Gambar 7. Grafk Knerja Coolng Tower Tanggal 23 Februar 2013 Grafk ar keluaran coolng tower pada tanggal 23 februar 2013 saat musm ujan. Temperatur wet bulb selama satu ar berada pada temperatur 24 C sampa 25.8 C dmana temperatur wet bulb cenderung konstan pada jam ke-5 s/d ke-8

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) (pukul sampa pukul 15.00). Temperatur wet bulb yang konstan memberkan pengaru ar keluaran coolng tower. Dalam menganalsa grafk datas berbeda dengan knerja pada tanggal 1 Februar 2013 karena pada pukul terjad penurunan temperatur dar konds sebelumya. Seberapa tngg temperatur ar masukkan ke coolng tower arus mampu dturunkan sampa mendekat temperatur wet bulb lngkungan. Apabla semakn tngg temperatur ar nlet maka semakn besar kebutuan temperatur ambent renda untuk menurunkan temperatur masukkan. dry bulb 26.6 C laju panas total d dalam coolng tower kw mampu mendngnkan ar sampa temperatur 28 C. Namun ketka temperatur ar masuk sebesar 39 C temperatur dry bulb d temperatur 35.2 C sengga ar putnya 33 C dan laju alran panasnya kw. Untuk tu kalor yang mampu dbuang ke atmosfer juga dpengaru ole kemampuan udara untuk membuang panas melalu atas menara. Saat konds temperatur dry bulb terlalu tngg maka kerja laju perpndaan panas yang dbawa udara semakn kecl. Gambar 8. Valdas Data Hasl Pengukuran dengan Smulas Grafk 8 menunjukkan bawa data asl pengukuran dengan data asl smulas memlk nla yang sama anya ada sels sebesar 0.11 C. Nla devas dar pertungan menggunakan smulnk sebesar 0.33 %. Nla devas n berupa presentas dar sels antara nla smulas dengan nla pengukuran. Hasl smulas bsa menunjukkan dengan tepat knerja dar coolng tower pada setap jamnya yang dpengaru ole temperatur ambent untuk mendngnkan ar. B. Analsa Laju Panas d Coolng Tower Laju panas d dalam coolng tower terjad secara sensbel dan laten. Untuk menganalsa pengaru temperatur dry bulb udara ambent terarap laju alran panas yang terjad d dalam coolng tower. Gambar 10. Grafk Hubungan Laju Panas teradap Temperatur dry bulb dan Temperatur ar masuk Bulan Februar Grafk datas menggambarkan perubaan laju kalor pada bulan Februar. Laju alran panas d dalam coolng tower dpengaru ole besarnya temperatur ar masuk sedangkan pengaru temperatur dry bulb sangat kecl sekal pengarunya. Saat temperatur ar masuk 32 C temperatur dry bulb 25.5 dan laju panas sebesar kw. Laju alran panas yang terjad d coolng tower menngkat sebesar kw ketka temperatur ar masuk ke nak menjad 39 C. Sengga temperatur dry bulb udara luar mempengaru agar memaksmalkan besar kalor yang mampu d buang ke atmosfer melalu cerobong coolng tower. C. Efsens Coolng Tower Effsens coolng tower ddapatkan dar : T n T η = 100% T n Ta wb (2) Effsens merupakan knerja atau kemampuan coolng tower untuk menurunkan ar sampa dengan temperatur wet bulb atau 1 C datas temperatur wet bulb. Maka ddapatkan nla efsens coolng tower nduced draft tpe LBC W-300 Gambar 9. Grafk Hubungan Laju Panas teradap Temperatur Dry Bulb dan Temperatur Ar Masuk Bulan September Grafk datas menunjukkan pengaru temperatur ambent (dry bulb) teradap knerja coolng tower pada musm kemarau. Temperatur dry bulb mempengaru laju perpndaan panas secara sensble dan laten. Saat temperatur ar panas masuk ke coolng tower sebesar 36 C temperatur

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) Gambar 11. Grafk Efsens coolng tower bulan September ke dalam coolng tower. Menakkan kerja fan dar 1460 rpm menjad 1500 rpm berart menngkatkan knerja fan sebesar 2.8% sengga mampu menurunkan temperatur sebesar 2.8% dar knerja fan sebelumnya. Modfkas kecepatan fan sampa 1600 rpm akan menamba daya kebutuan lstrk yang besar. Saat kecepatan fan dnakkan lag menjad 1550 rpm daya yang dbutukan 7.96 artnya menngkat sebesar 6.5%. Penngktan kerja fan sebesar 6.5% mampu menurunkan temperatur ar coolng tower 2 C dar temperatur sebelum menggunakan knerja fan awal. Jka kerja fan dnakkan lag sebesar 9.6% dengan kecepatan putar 1600 rpm dan daya 8.22 kw maka knerja temperatur ar keluaran coolng tower turun 3 C dar knerja fan sebelumnya. Gambar 12. Grafk Efsens Coolng Tower Bulan Februar 2013 Grafk n menggambarkan perbedaan nla efsens coolng tower pada musm kemarau yang dwakl data bulan September dan musm ujan yang dwakl data bulan Februar. Efsens coolng tower pada bulan September berksar antara 45% sampa 73% sedangkan pada bulan Februar efsensnya antara 62% sampa 80%. Nla efsens coolng tower saat musm ujan leb bak dar pada musm kemarau. Hal n dakbatkan saat musm ujan coolng tower mampu mendngnkan ar sampa mendekat temperatur wet bulb. D. REKOMENDASI Pada konds saat kerja coolng tower kurang maksmal akbat temperatur ar yang masuk ke coolng tower tngg atau temperatur temperatur lngkungan yang tngg. Permasalaan tersebut membutukan solus untuk menngkatkan knerja coolng tower nduced draft LBC W-300. Hasl rekomendas pada tabel 1. Gambar 13. Hubungan Daya Fan dengan Kecepatan rpm Knerja coolng tower selama n dengan kecepatan 1460 rpm daya sebesar 7.5 kw. Perlu suatu modfkas antara menngkatkan knerja coolng tower dengan menngkatkan knerja fan atau mengurang laju alran massa ar yang masuk Gambar 14. Hubungan Laju Alran Massa Ar dengan Knerja Coolng Tower Grafk datas menggambarkan ubungan antara knerja coolng tower penurunan laju alran massa ar untuk menngkatkan knerja sstem. Grafk n menggambarkan data tabel 1 plan rekomendas knerja coolng tower. Tabel tersebut berfungs untuk mempermuda operator dalam menjalankan sstem operas coolng tower. Untuk menurunkan knerja coolng tower bsa dengan cara menurunkan laju alran massa ar yang masuk. Apabla penngkatan kerja fan dan penurunan laju massa ar yang masuk dlakukan secara bersamaan maka akan memaksmalkan knerja coolng tower nduced draft d PT. Toyota Motor Manufacturng Indonesa. Hasl rekomendas pada tabel 1 penngkatan knerja dengan cara menurunkan laju alran massa ar masuk menjad C kerja fan 1500 rpm daya 7.71 kw maka temperatur ar keluarannya 31.3 C turun 1.5 C dar konds sebelumnya. Rekomendas selanjutnya laju alran massa turun menjad C kerja fan 1550 rpm daya 7.96 kw maka temperatur put sebesar C. Knerja coolng tower semakn menngkat dar knerja sebelumnya. Mengatur knerja coolng tower dengan cara mengatur volume ar yang masuk agar tdak berleban mengukur konds temperatur udara sektar dan mengukur kerja fan supaya leb maksmal. Namun ada al yang perlu dpertmbangkan yatu jka menngkatkan daya fan maka konsums lstrk akan bertamba.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) Tabel 1. Rekomendas Penngkatan Knerja Coolng Tower dengan Cara Menngkatkan Kecepatan Putaran Fan dan Menurunkan Laju Alran Massa Ar Varable Unt Case m dot ar kg/s Tn C Tan C Twb C fg kj/kg m dot evap kg/s n kj/kg kj/kg Rpm fan rpm Wfan kw T C Efsens % V. KESIMPULAN Berdasarkan asl analsa data pertungan dan smulas maka ddapatkan kesmpulan sebaga berkut : Tela dturunkan model matemats dar knerja coolng tower nduced draft LBC W-300 teradap pengaru temperatur lngkungan. Tela dnalsa knerja dar coolng tower nduced draft LBC W-300 dengan menggunakan metode kesetmbangan kalor dan massa. Knerja coolng tower dpengaru ole temperatur dry bulb dan wet bulb yang selalu berubauba. Knerja coolng tower yang optmal pada bulan September 2013 pukul sebesar C saat temperatur dry bulb 26.6 C. Pada musm ujan d bulan Februar 2013 temperatur ar keluaran pukul adala C saat dry bulb 25.5 C. Pada musm ujan knerja coolng tower leb optmal dbandngkan musm kemarau sengga saat temperatur dry bulb renda knerja coolng tower akan leb optmal. Knerja coolng tower nduced draft LBC W-300 dpengaru ole beberapa al yatu : temperatur dry bulb temperatur wet bulb temperatur ar masukkan/nlet laju alran ar yang masuk dan knerja fan. Efsens coolng tower pada musm kemarau sebesar 41% sampa 72% sedangkan pada musm ujan efsensnya antara 60% sampa 80%. Knerja coolng tower dapat dtngkatkan dengan cara menngkatkan kecepatan putaran fan sebesar 1550 rpm dan menurunkan laju alran massa ar menjad kg/s sengga daya fan dapat dtngkatkan sebesar 7.96 kw serta efsens coolng tower akan nak menjad 81.63%. UCAPAN TERIMA KASIH Terma kas kepada seluru dosen dan staff pengajar jurusan Teknk Fska yang tela memberkan lmunya kepada seluru Maasswa Teknk Fska atas bantuan kerjasamanya selama kula d jurusan Teknk Fska. DAFTAR PUSTAKA Amercan Socety of Heatng Refrgeraton and Ar Condtonng ASHRAE Handbook. Fourt edton. Braun J. E. et al Effectveness Models for Coolng Tower and Coolng Cols. ASHRAE Trans. 10 pp. Bureau of Energy Effcency Mnstry of Power Inda Coolng Towers. In : Energy Effcency n Electrcal Utltes. Capter 7 PG Ceremsnoff Ncolas.P and Ceremsnoff Paul.N Coolng Towers Slecton Desgn and Practse. Ann Arbor Scence. El Dessouky HTA Al-Haddad A Al-Jumayel F A Modfed Analyss Of Counter Flow Coolng Towers. ASME Heat Transf. 26 pp. IncroperaF.P.DewttD.P Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6 t ed. New York : Jon Wley and Sons nc. Irsand Analsa Unjuk Kerja Coolng Tower Unt 5 d PLTP PT X.Teknk Mesn Fakultas Teknk Industr Unverstas Jayabaya. Jaber H Webb RL Desgn of coolng towers by effectveness-ntu metod. ASME J Heat Transf. 43 pp. JameelU. M.Y and Syed M.Z Performance Caracterstcs of Counter Flow Wet Coolng Towers. Energy Converson and Management. 19 pp. KLM Tecnology Group Coolng Tower Selecton and Szng. Engneerng Desgn Gudelne. Page Mcael J.Moran Howard N.Sapro Termodnamka Teknk. Erlangga : Jakarta. Ncolas. P.C. and Paul.N.C Coolng Tower Selecton Desgn and Practce. Ann Arbor Scence : Amerka. XaoL.Y.L and J.E.Seem Dynamc Modelng of Mecancal Draft Counter-Flow Wet Coolng Tower wt Modelca. Internatonal Refrgeraton and Ar Condtonng Conference. 8 pp. Ylmaz Alper Analytcal Calculaton Of Wet Coolng Tower Performance Wt Large Coolng Ranges. J of Termal Scence and Tecnology. 11 pp.

7 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 7 No. 7 (2014) 1-6 7