BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA COOLING TOWER 4.1 Data Spesifikasi Desain Cooling Tower Data spesifik desain cooling tower digunakan sebagai acuan dan basic data untuk menghitung kinerja cooling tower. Dengan data desain, kita dapat mengetahui batasan seharusnya dalam menggunakan dan menjalankan cooling tower pada suatu pembangkit listrik. Berikut adalah tabel data spesifik desain yang digunakan sesuai dengan ketentuan project awal pembuatan dan pembangunan. Tabel 4.1 Data Spesifikasi Desain No Parameter Desain Satuan 1 Laju Aliran Air Sirkulasi 41726,5 GPM 2 Temperatur Air masuk (Thot water) 3 Temperatur air keluar (T cold water) 4 Temperatur wet bulb Masuk (Twb inlet) 5 Temperature wet bulb Keluar (Twb exit) 9477,12 Ton/hour 348221,55 Lb/min 110,66 o F 43,7 0 C 77,9 o F 25,5 o C 59 o F 15 o C 92,12 o F 33,4 o C 49
50 6 Temperatur Dry Bulb Masuk (Tdb inlet) 71,6 o F 22 o C 7 Relative Humidity 50 % 8 Daya Motor Kipas per sel 171,45 HP 127,85 kw 9 Ketinggian Cooling tower 5741 ft 1750 m 10 Posisi Cooling tower Pada tanah - 11 Beban Kalor 198748 kw (Heat Load) 12 Karakteristik Menara Pendingin 1342 - (Ka V/L) 13 Perbandingan L/G 11377-14 Jumlah Kipas 4 buah 15 KaV/L = 1,45*(L/G)- 0,6 4.2 Data Parameter Terkait Cooling Tower Berdasarkan Hasil Rekaman Pada Control Room 1. Daya Motor Kipas Berdasarkan kondisi desain diketahui daya motor kipas per sel, sehingga untuk mengetahui daya di lapangan, pertama tama kita mencari arus kipas terpakai dari data operator. Kipas yang digunakan terdiri dari empat buah kipas. Sehingga didapatkan data tabel arus terpakai sebagai berikut: Tabel 4.2 Arus Terpakai Waktu Arus Kipas (Ampere) Kipas 1 Kipas 2 Kipas 3 Kipas 4 00.00 173 183 153 169 1 172 179 153 170 2 172 179 153 170 3 172 179 153 170 4 173 180 154 170 5 172 180 155 171 6 172 180 155 169 7 173 180 154 170 8 179 180 157 172 9 176 185 157 171 10 176 185 158 171 11 176 184 158 170 12 176 183 156 170 13 175 182 155 170
51 14 175 184 156 169 15 175 184 157 169 16 176 183 158 170 17 176 183 156 170 18 177 182 157 170 19 177 183 157 169 20 176 183 157 170 21 176 183 156 171 22 177 184 157 170 23 172 186 154 169 00.00 174 183 155 170 Rata-rata = 174,52 =182,28 =155,64 =170,08 Dengan asumsi tegangan terpakai konstan sebesar 380 V, maka daya motor kipas yang terpakai dapat diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut : P = x 0.925 (kw)...(persamaan Berikut perhitungan dengan menggunakan rumus diatas dengan jumlah kipas 4 buah kipas : Untuk daya motor kipas 1 : Diketahui : I = 160 Ampere Maka, 4.1) P= = 97.4105 KW Untuk daya motor kipas 2 I = 178.68 Ampere Maka, P= =178.68 KW Untuk daya motor kipas 3
52 I = 145.48 Maka, P= = 88.5705 KW Untuk daya motor kiaps 4 I = 168.8 Maka, P= = 102.7681 KW Sehingga diperoleh table sebagai berikut : Tabel 4.3 Daya Motor Kipas Terpakai dari Hasil Perhitungan Parameter Kipas 1 Kipas 2 Kipas 3 Kipas 4 Arus rata-rata (Ampere) 160 178.68 145.48 168.8 Daya Motor Kipad Terpakai (KW) Daya Motor Kipas Terpakai Rata Rata (KW) 97.4105 108.7832 88.5705 102.76 81 99.38 KW 2. Temperatur Air Sirkulasi ( Hot Water ) dan Air Keluaran Cooling Tower ( Cold Water) Data temperatur air panas ( T hot water ) yang diambil berasal dari temperatur keluaran kondenser yang kemuadian masuk ke cooling tower. Sementara data temperatur air dingin ( Tcold water ) yang diambil berasal dari air yang meninggalkan cooling tower. Tabel 4.4 Temperatur Air Panas dan Air Dingin Waktu Twater Ct in Twater Ct out o C o F 00.00 48,3 118,94 31 87,8 01.00 48,2 118,76 30,7 87,26 02.00 48,11 118,58 30,7 87,26 03.00 47,4 117,32 30,5 87,08 04.00 47,7 117,86 30,6 87,08 05.00 48,2 118,76 30,7 87,62 06.00 47,8 118,04 30,6 84,2 o C o F
53 07.00 47,9 118,22 30,6 85,1 08.00 48 118,4 30,9 85,1 09.00 50,4 122,72 29,6 85,46 10.00 49,6 121,28 29,5 82,76 11.00 49,4 120,42 29,5 84,92 12.00 50 112 29,7 84,38 13.00 49,3 120,74 28,2 84,56 14.00 49,5 121,1 29,4 84,38 15.00 49,1 120,38 29,1 84,56 16.00 48,9 120,02 29,2 84,38 17.00 49 118,76 29,1 83,66 18.00 48,9 118,4 28,7 83,12 19.00 47,8 118,76 28,4 83,12 20.00 48 107,6 28,4 83,48 21.00 48,2 114,8 28,6 83,48 22.00 42 116,6 28,6 84,48 23.00 46 114,8 29,2 84,74 00.00 47 116,6 30,1 86,18 Rata-rata / 25 1204,4/25 = 48,176 2959,18 / 25 = 118,32 741,6 / 25 = 29,66 2134,16 / 25 = 85,37 3. Laju Air Masuk Cooling Tower( Qin ) Berdasarkan data operator untuk cooling tower dihasilkan laju aliran air masuk cooling tower sebagai berikut: Tabel 4.5 Hasil Pembacaan Laju Aliran Air Masuk Cooling Tower Waktu Laju Aliran Air Masuk Cooling Tower 00.00 9357 01.00 9143 02.00 9321 03.00 9321 04.00 9405 05.00 9310 06.00 9310 07.00 9452 08.00 9203 09.00 9500 10.00 9321
54 11.00 9381 12.00 9321 13.00 9262 14.00 9440 15.00 9440 16.00 9500 17.00 9500 18.00 8965 19.00 9381 20.00 9300 21.00 9500 22.00 9500 23.00 9500 24.00 9500 Ratarata/25 9373.32 4. Hasil Pembacaan Temperatur Bola Basah ( Twet bulb ) Berdasarkan data operator di dapatkan Twet Bulb sebagai berikut, dari hasil data operator akan diketahui kinerja cooling tower, dengan membandingkan rata rata Twet bulb dengan kondisi desain: Tabel 4.6 Temperatur Bola asah Udara Masuk Cooling Tower ( Twet bulb ) Waktu Twet Bulb ( o C) ( o F) 00.00 15,5 59,9 01.00 16,3 61,34 02.00 16,6 61,88 03.00 16,1 60,98 04.00 15,7 60,26 05.00 16,3 61,34 06.00 16,7 62,06 07.00 17,1 62,78 08.00 17 62,6
55 09.00 17 62,6 10.00 17 62,6 11.00 17 62,6 12.00 17,5 63,5 13.00 18,1 63,32 14.00 18,1 64,58 15.00 18 64,4 16.00 17,9 64,22 17.00 17,8 64,04 18.00 17,6 63,68 19.00 16,5 61,7 20.00 16,7 62,06 21.00 16,9 62,42 22.00 16,8 62,24 23.00 17 62,6 24.00 17,2 62,96 424,7 25 = 16,988 15622,86 25 = 62,514 Dari data recordingtabel 4.2,4.3,4.4,,4.5,4.6yang didapat dari control room maka didapat hasil sebagai berikut : Daya motor kipas rata rata per sel dari cooling tower : 99.38 KW Temperatur air panas yang masuk ke cooling tower (Thot water) : 48,176 C Temperatur air dingin yang masuk ke cooling tower (Tcold water) : 29,66 C Laju aliran air sirkulasi yang masuk ke cooling tower (Q) : 9373.32 T/h Temperatur bola basah udara masuk ke cooling tower (Twet bulb) : 62.514 C 4.3 Kinerja Cooling Tower Menggunakan Kurva Karakteristik 1. Menghitung perbandingan laju aliran massa air/udara Dengan menggunakan rumus dibawah ini lita akan mengitung nilai aliran massa air/udara pada cooling tower, langkahnya adalah sebagai berikut :
56 Untuk Kondisi desain Mencari Sebelum mencari, pertama tama dicari hout menggunakan rumus berikut:.....(persamaan 4.2) Diketahui : Pada, Pada ketinggian 1750 m = 5741 ft (sesuai tabel 4.1) didapat (dari table entalpi lampiran BI). Sehingga masukan ke dalam rumus persamaan 4.2 sebagai berikut : Btu/lb Dengan sebesar 65.78 Btu/lb, dari table entalpi pada lampiran B2 maka di dapat Twet bulb exit(twb)exit sebesar Dengan menggunakan table kerapatan campuran udara uap air (lampiran A2) dan volume spesifiknya(lampiran C2), pada temperature, maka didapat 0.05724 lb/ft 3 dan 18.1716 ft 3 /lb Maka : Diketahui : Qtest = dari table 3.5 Qdesain = dari table 4.1
57 0.05724 lb/ft 3 18.1716 ft 3 /lb kw dari table 4.1 Masukan ke dalam rumus persamaan 4.1 : Untuk kondisi pengujian (test) Untuk mengisi kondisi test, pertama tama dihitung sebagai berikut :...(Persamaan 4.3) Pada, pada ketinggian 5741 ft dari tabel 4.1 didapat = 30.844 Btu/lb (menggunakan table entalpi lampiran BI) Sehingga persamaan 4.2 dan 4.3 sebagai berikut : Karena terdapat 2 variabel yang tidak diketahui dalam 2 persamaan yang dimiliki, maka akan digunakan metode try and error untuk mendapatkan harga tersebut.sebagai
58 pemikiran pertama diambil Twb = 88 0 F. (Gunakan dengan menggunakan tabel entalpi seperti contoh diatas) Tabel 4.7 Tabel Try and Error Twb Twb 88 0.0578 17.9878 1.334 74.886 97 97 0.0577 18.152 1.346 75.229 97 97 0.0577 18.152 1.346 75.229 97 Dari table try and errordiatas, didapatkan nilai : 75.229 Btu/lb = 1.346 2. Menghitung Nilai Karakteristik Cooling Tower (NTU) Diketahui : dari table 4.5 dari table 4.5 pada data kondisi pengujian test pada data pengujian test hasil perhitungan 3.7 table try and error pada data pengujian test hasil perhitungan 3.7 table try and error Kemudian nilai NTU dipergunakan rumus dibawah ini :
59..(Persamaan 4.5) Sehingga :...(Persamaan 4.6) Nilai didapat dari table entalpimenggunakan table entalpi lampiran BI pada temperatur dan ketinggian 5642 ft : = 60.080 Btu/lb. Dimana hw1 = Entalpi air dan udara Btu/lb...(Persamaan 4.7)...(Persamaan 4.8) tu/lb...(persamaan 4.9) Btu/lb Dengan cara yang sama dan data yang sama untuk harga entalpi titik berikutnya dapat dilihat pada table di bawah ini, sehingga didapatkan harga NTU cooling tower untuk kondisi pengujian.
60 Tabel 4.8 NTUpengujianCooling Tower NTU test WATER SIDE AIR SIDE ENTHALPY DIFF Descriptions tw( 0 F) hw(btu Descriptions ha(btu/lb) 1/(hw-ha) /lb) 88.665 60.080 H1+ 0.1*L/G*R 35.27907 0.040321063 98.55 77.963 H1+ 0.4*L/G*R 48.58428 0.034038242 105.14 93.781 H1+ 0.6*L/G*R 57.45442 0.027528052 115.025 128.717 H1+ 0.9*L/G*R 70.75963 0.017254061 Sum of 1/(hw-ha) 0.119193891 NTU =(R*sum of 1/(khw-ha))/4 0.981859677 Dari table 3.8 di dapat hasil NTUpengujian sebesar 0.982 Kemudian:....(Persamaan 4.10) Dimana : C = Konstanta yang berhubungan dengan rancangan cooling tower m = Eksponen yang berhubungan dengan rancangan cooling tower atau disebut juga dengan sllope (-0.5 - -0.8 ) Msukan ke dalam rumus diatas: Kinerja Cooling Tower merupakan persamaan dari 3.33 :
61 Besarannya nilai untuk didapatkan, pada nilai sama dengan NTU kondisi pengujian. Untuk mencari nilai maka digunakan metode interasi sebagai berikut menggunakan persamaan 4.6 : Diketahui : T1=THwdesain= dari table 4.1 T2=TCWdesain= dari table 4.1 Range (R) = T1 T2 = - = hindesain= h1= 28.52 Btu/lb, dari L/G test untuk kondisi desain hout desain= h2= 65.78 Btu/lb, L/G test untuk kondisi desain Kemudian menentukan L/G test yang kira-kira hasilnya mendekati hasil NTU(KaV/L)test dan NTU(KaV/L)desain. Tabel 4.9 Perhitungan L/G test L/G test 0.95 0.99 1 1.05 1.07 1.08 2 NTU(KaV/L)test 1.2106 1.181 1.174 1.1401 1.1241 1.1210 0.7745 Mencari L/G sehingga menghasilkan nilai NTU desain = NTU test o Percobaan pertama menggunakan L/G = 0.95 Tabel 4.10 Perhitungan L/Gdesain dengan L/G test=0.95
62 NTU desain WATER SIDE AIR SIDE ENTH DIFF Descriptions tw ( o F) hw (btu/lb) Descriptions ha (Btu/lb) 1/ (hw-ha) T2+0.1xR 81.176 51.934 h1+0.1*l/g*r 31.6322 0.049256716 T2+0.4xR 91.004 66.078 h1+0.4*l/g*r 40.9688 0.039826039 T2+0.6xR 97.556 78.491 h1+0.6*l/g*r 47.1932 0.031951127 T2+0.9xR 107.384 101.960 h1+0.9*l/g*r 56.5298 0.022011789 Sum of 1/(hw-ha) 0.1430756 NTU desain pada L/G =(R*sum of 1/(khw-ha))/4 1.2066 Untuk L/G test = 0.95 nilai NTUdasain didapat 1.2066 Karena nilai NTUdesain belum sama dengan nilai NTUtest, maka kemudian dicoba lagi dengan nilai L/G = 1.05 o Percobaan kedua menggunakan L/G = 1.05 Tabel 4.11 Perhitungan L/Gdesain dengan L/Gtest = 1.05 NTU desain WATER SIDE AIR SIDE ENTH DIFF Descriptions tw ( o F) hw Descriptions ha 1/ (hw-ha) (btu/lb) (Btu/lb) T2+0.1xR 81.176 51.934 h1+0.1*l/g*r 31.796 0.049657364 T2+0.4xR 91.004 66.078 h1+0.4*l/g*r 41.624 0.040893105 T2+0.6xR 97.556 78.491 h1+0.6*l/g*r 48.176 0.03298697 T2+0.9xR 107.384 101.960 h1+0.9*l/g*r 58.004 0.022750022
63 Sum of 1/(hw-ha) 0.146287461 NTU desain pada L/G =(R*sum of 1/(khw-ha))/4 1.19809 Untuk L/G = 1.05, nilai NTUdesain didapat 1.2351 Karena nilai NTUdesain belum sama dengan nilai NTUtest o Percobaan ketiga menggunakan L/G = 0.99 Tabel 4.12 Perhitungan L/Gdesain dengan L/Gtest =0.99 NTU desain WATER SIDE AIR SIDE ENTH DIFF Descriptions tw ( o F) hw Descriptions ha 1/ (hw-ha) (btu/lb) (Btu/lb) T2+0.1xR 81.176 51.934 h1+0.1*l/g*r 31.76324 0.049576714 T2+0.4xR 91.004 66.078 h1+0.4*l/g*r 41.41296 0.040642079 T2+0.6xR 97.556 78.491 h1+0.6*l/g*r 47.97944 0.032774463 T2+0.9xR 107.384 101.960 h1+0.9*l/g*r 57.70916 0.022598441 Sum of 1/(hw-ha) 0.145591697 NTU desain pada L/G =(R*sum of 1/(khw-ha))/4 1.19239 Untuk L/G = 0.99, nilai NTUdesain didapat 1.2 Karena nilai NTUdesainsama dengan nilai NTUtest. Ternyata nilai NTUdesain=NTUtest yaitu pada nilai L/G =0.99 Pengecekan Ulang Untuk nilai L/G = 0.99, maka masukan ke dalam persamaan 4.10 :
64 = 1.1811 = 1.2 (sudah sama nilai NTU nya dengan desain) Sehingga, kinerja cooling tower berdasarkan rumus persamaan 3.33 adalah sebagai berikut : 4.4 Analisa Pengolahan Data Gambar dibawah ini merupakan grafik yang menggambarkan kinerja cooling tower dengan menggunakan metode karakteristik KaV/L : 2 1 Karakteristik desain1.2 0 0.95 0.99 1 1.05 1.07 1.08 2 Gambar 4.13 Kurva Kinerja Cooling Tower L/G terhadap (Metode KaV/L) Kinerja cooling tower dari hasil pcngujian menunjukkan nilai yang masih cukup baik. Hal ini ditunjukkan antara lain oleh :
65 Perbedaan temperatur air yang meninggalkan cooling tower antara kondisi desain dengan hasil pengujian tidak terlalu besar (7.47 F ). Perbedaan ini dapat disebabkan oleh perbedaan temperatur bola basah (Twet bulb) pada saat test berbeda dengan kondisi desain ( Twbtest> Twb desain). Selama pengujian berlangsung, cooling tower mampu beroperasi pada pembebanan yang cenderung tetap (55 MW). Nilai rata -rata tabel 4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7 masih dibawah kondisi desain, kalaupun ada selisih tidak terlalu besar. Penurunan persentase performa cooling tower sebesar 7.24% selama kurun waktu 6 tahun terakhir, berdasarkan data pengujian dari PLTP Darajat. Kurva yang terbentuk dari hasil pengujian berada dibawah kurva kondisi, desain menunjukkan bahwa kemampuan dari cooling tower untuk mendinginkan air berada dibawah kondisi desain. Hal ini menunjukkan masih terganggunya proses perpindahan panas dan massa yang terjadi di cooling tower. Dari perrnasalahan-permasalahan yang menyebabkan terganggunya proses perpindahan panas yang telah ditulis pada lampiran, kemungkinan terbesar disebabkan oleh adanya kerak atau kotoran yang terbentuk pada paking-paking dan drill eliminator serta adanya korosi sehingga mengganggu proses perpindahan panas yang terjadi antara udara dan air. Pengecekkan dan pembersihan pada kerak atau kotoran yang mengumpul hanya dapat dilakukan pada saat cooling tower tidak beroperasi. Berdasarkan grafik yang didapat, beberapa cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kinerja cooling tower sehingga mendekati kondisi desain yang diinginkan adalah melalui: 1. memperbanyak laju aliran udara (G) yang masuk ke cooling tower
66 2. mengurangi laju aliran air (L) yang masuk ke cooling tower 3. meningkatkan luas permukaaan perpindahan panas pada fill cooling tower. 4. Membersihkan area sekitar cooling tower yang sudah terjadi proses pembentukan endapan baik berupa kerak (scale) maupun fouling. hal ini menurut penulis dapat mengatasi permasalahan beban pendinginan pada cooling tower yang meningkat seiring dengan meningkatnya range. Cara 1 dan 2 didasarkan pada teori dan logika yang menjadi hipotesa penulis, bahwa dengan diperlakukannya cara 1 dan 2 (berkurangnya nilai L/G) maka nilai koefisien NTU (C pada kurva warna merah) yang didapat akan semakin besar sehingga kurva NTUtest akan mendekati NTU kondisi desain (yang digambarkan scbagai kurva biru). Dengan semakin mendekatinya kurva pengujian dengan kurva kondisi desain, maka nilai L/Gintersectionakan juga semakin dekat dengan nilai L/Gdesain, sehingga dapat disimpulkan cara ini dapat meningkatkan kinerja menara pendingin tersebut. Peningkatan perfoma cooling tower melalui perbesaran aliran udara yang masuk ke dalam cooling tower. Solusi ini didasari pada cooling tower berjeniskan induced draft tower. Tipe ini berpotensial untuk meningkatkan aliran udara yang masuk dibandingkan dengan tipe forced draft tower. Kecepatan kipas dan atau blade pitch pada induced draft tower dapat diubah untuk memperbesar aliran udara yang masuk. Bilamana hal ini belum mencukupi kebutuhan beban pendinginan, maka bilah kipas ditambahkan pada fan wheel dan diiringi dengan perbesaran ukuran motor serta perubahan ukuran kabel daya untuk mendukung
67 Diperlukan tahapan lebih lanjut untuk menghitung jumlah aliran udara (G) yang diperlukan pada kondisi terkini cooling tower ataupun menghitung jumlah aliran air (L) masuk ideal yang dapat dikurangi. Selain itu, diperlukan juga tahapan lebih lanjut untuk menganalisis studi kelayakan mengenai perubahan kecepatan kipas pada setiap cell cooling tower, perubahan pada blade pitch hingga penambahan bilah kipas dalam rangka menambah jumlah aliran udara yang masuk. Dan diperlukan juga tahapan lanjut untuk menganalisis studi kelayakan mengenai pengurangan jumlah aliran air yang masuk sehingga tidak mempengaruhi kevakuman atau kinerja condenser.
68