...(2) adalah perbedaan harga tengah entalphi untuk suatu bagian. kecil dari volume.

Transkripsi

1 Cooling Tower Menara pendingin adalah suatu menara yang digunakan untuk mendinginkan air pendingin yang telah menjadi panas pada proses pendinginan, sehingga air pendingin yang telah dingin itu dapat digunakan untuk proses pendinginan selanjutnya. Adapun prinsip umum kerja dalam cooling tower adalah kontak langsung antara permukaan air dengan udara kering. Apabila air panas berkontak dengan udara yang lebih dingin, maka air akan mengalami penurunan temperatur (pendinginan). Penurunan temperature ini disebabkan oleh penguapan sebagian cairannya dan kehilangan panas sensibelnya udara akan menjadi panas dan mengalami pelembaban. Dalam menara pendingin, aliran air panas didinginkan denganmerubah panas laten dan panas sensible uap air dengan aliran udara kering pada arus yang berlawanan. Air panas dimasukkan dari atas menara dan dikeluarkan dari bagian dasar menara. Aliran udara mengalir secara counter current terhadap aliran air. Pada bagian atas menara panas ditransfer dari air panas ke udara, temperatur air lebih tinggi daripada lapisan antar muka pada film gas-cair (interface) dan temperatur interface biasanya lebih tinggi daripada temperatur udara. Panas sensibel ini dipindahkan dari air ke udara.pada bagian dasar menara temperatur air dan interface, keduanya lebih rendah daripada udara dengan panas sensibel ditransfer cairan dan udara keinterface dimana diserap sebagai panas laten dalam proses penguapan air. Di dalam suatu proses pendinginan air panas hasil proses diperlukan media pendingin yang sangat efektif dan efisien. Di dalam menara pendingin, untuk proses pendinginan biasanya menggunakan media pendingin yang dapat mendinginkan zat panas yang ingin kita dinginkan, biasanya mempunyai nilai panas laten dan sensible yang besar, agar zat panas tersebut cepat dingin atau berubah fasenya dengan temperature yang lebih kecil sehingga memudahkan proses. Di dalam menara pendingin terdapat bahan isian, dimana bahan isian ini berfungsi untuk memperbesar permukaan bidang kontak antara permukaan air

2 panas yang akan didinginkan dengan udara dingin yang dihembuskan dalam menara secara searah atau berlawanan arah. Dengan adanya bahan isian yang digunakan untuk pendinginan harus mempunyai sifat-sifat diantaranya : 1) Mempunyai permukaan bidang kontak yang luas 2) Mempunyai sifat pembasahan yang baik 3) Mempunyai volume rongga yang besar 4) Tahan terhadap panas, korosi, dan reaksi kimia 5) Murah dan mudah didapat. Saat ini terdapat banyak jenis CT, namun Wet Cooling Tower (WCT) dengan berbagai variannya telah digunakan secara luas. Teori fundamental yang paling umum digunakan untuk menganalisa (WCT) dipublikasikan oleh Merkel tahun Teori ini dikhususkan untuk kasus dimana terjadi perpindahan kalor dan perpindahan massa secara simultan antara aliran air dan aliran udara. Hasil perhitungan dengan Teori Merkel cukup akurat sehingga sampai sekarang tetap dipakai. Dalam penerapannya teori merkel membutuhkan teknik penyelesaian integrasi tertentu karena karakteristik perubahan temperatur dan kesetimbangan kelembaban antara aliran udara pendingin dengan air panas terjadi sepanjang arah kontak antara keduanya yang terjadi di dalam packing cooling tower. Terdapat Penjelasan detail Teori Merkel dapat dilihat, misalnya, pada Mohiuddin (1996 a ), Stoecker et.al. (1983), ASHRAE (1985), Hawkins et.al. (1987), Hewitt et.al. (1994), dan McAdams (1985). Teori Merkel menyatakan bahwa bila udara yang mengalir diatas permukaan yang terbasahi oleh air dan keduanya berbeda temperatur maka akan terjadi perpindahan kalor sensible. Perpindahan massa juga akan terjadi karena tekanan parsial air dan udara berbeda. Perpindahan massa tersebut juga menyebabkan perpindahan energi kalor, ini terjadi karena air pada interface akan ber-evaporasi, dan kalor laten evaporasi akan berpindah dengan bercampurnya uap air ke dalam aliran udara. Dengan kata lain, perpindahan kalor sensibel karena perbedaan temperatur dan perpindahan kalor latent akibat penguapan disatukan

3 dan dipakai sebagai driving force untuk menghitung koefisien perpindahan kalor dan koefisien perpindahan massa dalam proses pendinginan ini. Baker, seperti dikutip Hawkins et.al. (1987), membuktikan bahwa temperatur bola basah dari udara adalah batas temperatur terendah dari proses pendinginan, yang dikenal sebagai Approach. Asumsi simplifikasi dalam pemakaian Teori Merkel adalah dengan menganggap resistansi termal pada interface air dan udara diabaikan, laju aliran massa air di sembarang cross-section WCT adalah konstan, dan Bilangan Lewis bernilai numerik satu. Stoecker et.al. (1983), Elsarrag (2006), Kloppers et.al. (2005), Lemouari et.al (2007), dan Mohiuddin 1 (1996) menggunakan persamaan dengan pernyataan BilanganMerkel (Me) untuk WCT karena persamaan tersebut khusus diturunkan untuk merepresentasikan perpindahan kalor dan perpindahan massa yang terjadi secara simultan antara air dan aliran udara, Sisi air, besar gaya jatuh air, Fa =.V. g (N). Sedangkan dari sisi udara, besar gaya udara, Fu =. V. g (N) dengan : massa jenis air (kg/m3); massa jenis udara (kg/m3); V = volume (m3); g = percepatan grafitasi (m/s2). Karena, maka air akan jatuh ke bawah dan udara akan naik ke atas. Gambar diatas. memperlihatkan volume differensial sebuah cooling tower aliran berlawanan dengan laju alir air yang masuk dari bagian puncak sebesar L dan laju alir udara yang masuk dari bagian dasar sebesar G. Untuk memudahkan perhitungan sejumlah kecil air yang menguap diabaikan saja, sehingga L dan G tetap konstan pada cooling tower. Air masuk kesuatu bagian pada suhu t dan meninggalkan bagian tersebut pada suhu yang sedikit lebih rendah yaitu ( t-dt ). Udara masuk bagian tersebut dengan entalphi dan meninggalkan dengan entalphi ( ha + dha ). Total area

4 permukaan basah mencakup luas permukaan tetesan-tetesan air termasuk pula kepingan-kepingan logam basah atau bahan pengisi lainnya. Laju perpindahan kalor yang dilepaskan dari air, dq sama dengan laju kalor yang diterima(4) : dq Gdh Lc dt a p. (1) Dengan : dq = laju kalor yang dilepaskan (W); G = laju udara yang masuk (kg/det); dha= perubahan entalphi udara (kj/kg udara kering); L = laju air masuk (kg/det); cp = kalor spesifik udara kering pada tekanan konstan = 1,006 (kj/kg.k); dt = perubahan suhu air (0C). Konsep tentang potensial entalphi sangat berguna untuk menentukan jumlah perpindahan kalor total ( sensibel dan laten ) pada proses-proses yang menyangkut hubungan langsung antara udara dan air. Rumus untuk dq total melalui suatu deferensial permukaan da didapat dengan penggabungan antara persamaan :.....(2) koefisien konfeksi (kw/m2.k); entalphi udara jenuh pada suhu air (kj/kg udara kering); = entalphi udara (kj/kg udara kering); kalor jenis udara basah (kj/kg.k). Untuk mencari besarnya laju kalor yang dipindahkan oleh seluruh bagian cooling tower maka persamaan (2) harus diintegrasikan, baik maupun berubah-ubah menurut variable integrasi A. dengan mengkombinasikan persamaan (1) dan (2) akan menghasilkan : (3) Dengan : L = laju air masuk (kg/det); = perubahan suhu air (oc); = entalphi udara jenuh pada suhu air (kj/kg udara kering); = entalphi udara (kj/kg udara kering); = koefisien konveksi (kw/m2.k); = bagian dari luas permukaan (m2); = kalor jenis udara basah (kj/kg.k) dengan dan berturut-turut adalah suhu air masuk dan suhu meninggalkan cooling tower. Sehingga didapatkan persamaan: (4) Dengan kecil dari volume. adalah perbedaan harga tengah entalphi untuk suatu bagian

5 Cooling tower

6