PENGARUH PENGGUNAANMEDIABAHANPENGISI( FILLER) PVC DENGANTINGGI45CM DAN DIAMETER 70CM TERHADAPKINERJAMENARAPENDINGINJENIS INDUCED- DRAFT COUNTERFLOW SKRIPSI Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik A L F R O N NIM. 040401076 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
vi KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunianyalah penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaikbaiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada jenjang Pendidikan Sarjana (S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Medan. Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul yaitu PENGARUH PENGGUNAAN MEDIA BAHAN PENGISI (FILLER ) PVC DENGAN TINGGI 45 CM DAN DIAMETER 70 CM TERHADAP KINERJA MENARA PENDINGIN JENIS INDUCED-DRAFT COUNTERFLOW. Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini. Dengan tersusunnya Tugas Sarjana ini maka penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kepada Oran tua dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil. 2. Bapak Prof.Dr.Ir. Farel H. Napitupulu, DEA selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dan menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak Dr-Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak Tulus Burhanuddin, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin yang tidak dapat disebutkan satupersatu.
vii 6. Bapak Joner dari PT. Seltech Utama yang telah memberikan bantuan atas Tugas Sarjana ini. 7. Seluruh staf dan karyawan PT. Seltech Utama yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian skripsi ini. 8. Saya Ucapkan terima-kasih kepada Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya sesama rekan-rekan stambuk 2004. Akhir kata, dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Medan, 07 November 2008 Penulis A L F R O N ( 0 4 0 4 0 1 0 7 6 )
ix DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i LEMBAR PENGESAHAN DARI DOSEN PEMBIMBING.ii LEMBAR PERSETUJUAN DARI DOSEN PEMBANDING..iii SPESIFIKASI TUGAS.iv LEMBARAN EVALUASI SEMINAR SKRIPSI...v KATA PENGANTAR...vi ABSTRAK... vii DAFTAR ISI...viii DAFTAR TABEL...xi DAFTAR GAMBAR...xii DAFTAR NOTASI...xiv BAB 1 PENDAHULUAN.....1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Pembatasan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...3 2.1 Pengertian Menara Pendingin... 3 2.2 Fungsi Menara Pendingin... 5 2.3 Prinsip Kerja Menara Pendingin... 5 2.4 Konstruksi Menara Pendingin... 6 2.5 Klasifikasi Menara Pendingin... 10 2.5.1 Menara Pendingin Basah... 10 2.5.2 Menara Pendingin Keing... 17 2.5.3 Menara Pendingin Basah-Kering... 20 BAB 3 METODE PENELITIAN 22 3.1 Perencanaan Awal Menara Pendingin... 22 3.1.1 Perencanaan Awal... 22 3.1.2 Penempatan Menara Pendingin... 22 3.2 Perencanaan Instalasi Menara Pendingin... 23
x 3.2.1 Penentuan cooling range menara pendingin... 24 3.2.2 Penentuan kapasitas aliran distribusi air menara pendingin... 24 3.2.3 Penentuan laju pembuangn kalor menara pendingin... 25 3.2.4 Penentuan daya water heater sebagai pengganti air panas dari kondensor... 26 3.2.5 Penentuan kapasitas aliran udara (fan)... 28 3.2.6 Perancangan konstruksi menara pendingin... 28 3.2.7 Perancangan springkler... 30 3.2.8 Perencanaan pemipaan untuk instalasi menara pendingin... 30 3.2.9 Perencanaan bahan pengisi (filler)... 31 3.3 Alat Yang Digunakan... 33 3.4 Pelaksanaan Penelitian... 35 3.5 Perumusan Hasil Penelitian... 35 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 36 4.1 Hasil Penelitian... 36 4.2 Pembahasan Hasil Penelitian... 37 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 48 5.1 Kesimpulan... 48 5.2 Saran... 50 DAFTAR PUSTAKA... 51 LAMPIRAN... 53
xi DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data hasil penelitian 36 Tabel 4.2 Data hasil analisa penelitian 38 Tabel 4.3 Harga Koefisien Pindahan Panas Menyeluruh 45 Tabel 4.4 Berbagai variasi nilai Koefisien Pindahan Panas Menyeluruh 46 Tabel 4.5 Nilai desain dari berbagai jenis bahan pengisi 47
xii DAFTAR GAMBAR Halaman Deskripsi Gambar 1.1 Diagram skematik sistem menara pendingin 2 Gambar 2.1 Range dan approach temperatur pada menara pendingin 3 Gambar 2.2 Skema menara pendingin 5 Gambar 2.3 Konstruksi menara pendingin 6 Gambar 2.4 Splash Fill 8 Gambar 2.5 Film Fill 9 Gambar 2.6 Low-clog Film Fill 9 Gambar 2.7 Menara pendingin aliran angin alami aliran lawan arah 11 Gambar 2.8 Menara pendingin aliran angin alami aliran silang 12 Gambar 2.9 Menara pendingin aliran angin mekanik 14 Gambar 2.10 Menara pendingin induced-draft dengan aliran berlawanan 14 Gambar 2.11 Menara pendingin induced-draft dengan aliran melintang 15 Gambar 2.12 Menara pendingin forced-draft dengan aliran berlawanan 15 Gambar 2.13 Menara pendingin forced-draft dengan aliran melintang 16 Gambar 2.14 Menara pendingin aliran angin gabungan(hybrid cooling tower) 17 Gambar 2.15 Menara pendingin kering langsung 18 Gambar 2.16 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan kondensor permukaan konvensional 19 Gambar 2.17 Skematik instalasi menara pendingin kering tak langsung dengan sirkulasi bahan pendingin 2 fase 20 Gambar 2.18 Menara pendingin basah-kering 21 Gambar 3.1 Penempatan menara pendingin 23 Gambar 3.2 Pompa air 24 Gambar 3.3 Water Heater 27 Gambar 3.4 Blower 28 Gambar 3.5 Wadah penampung air (Water basin) 29
xiii Gambar 3.6 Springkler air 30 Gambar 3.7 Skema instalasi menara 31 Gambar 3.8a Filler 32 Gambar 3.8b Skema ukuran filler 32 Gambar 3.9 Flow meter 33 Gambar 3.10 Anemometer 33 Gambar 3.11 Thermometer 34 Gambar 3.12 Hygrometer 34 Gambar 3.13 Diagram alir penelitian 35 Gambar 4.1 Grafik hubungan debit air (Q) vs laju penyerapan kalor (q) 39 Gambar 4.2 Grafik Hubungan debit air (Q) vs kelembaban (RH) 39 Gambar 4.3 Skema penampang filler 44 Gambar 4.4 Filler yang digunakan pada menara pendingin 44
xiv DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan A fan Luas penampamg blower m 2 a Luas bidang kontak permukaan air dengan filler m 2 /m 3 A tower Luas tower m 2 c p,air Kalor atau panas jenis air kj/kg D tower Diameter tower m D tembaga Diameter pipa tembaga m G Jumlah massa gas kg h 1 Enthalpi udara masuk kj/kg h 2 Enthalpi udara keluar kj/kg k Konduktivitas Thermal W/m 2.K L Jumlah massa cair kg l Panjang pipa tembaga m Nu Bilangan Nusselt Pr Bilangan Prandtl Q Debit air ltr/min Q ctr Kapasitas aliran udara menara pendingin rancangan m 3 /s Q cta Kapasitas aliran udara menara pendingin acuan m 3 /s q Laju Perpindahan Kalor W Re Bilangan Reynold RH ud masuk Kelembapan relatif udara masuk % RH ud keluar Kelembapan relatif udara keluar % RH ud lingkungan Kelembapan relatif udara lingkungan % T air masuk Temperatur air masuk Temperatur air keluar T air keluar T db Temperatur bola kering
xv T db-in T db-out T wb T wb-in T wb-out Temperatur bola kering masukering Temperatur bola kering keluarering Temperatur bola basahkering Temperatur bola basah masuk Temperatur bola basah keluar T ud masuk Temperatur udara masuk T ud keluar Temperatur udara keluar T ud lingkungan Temperatur udara lingkungan U Koefisien pindahan panas menyeluruh W/m 2.K V Volume filler m 3 v Volume spesifik udara m 3 /kg v air Kecepatan air mengalir m/s v tower Kecepatan aliran udara dalam menara pendingin m/s v fan Kecepatan aliran udara blower m/s W Kapasitas aliran udara m 3 /s P Perubahan Tekanan Udara Pa T Perubahan temperatur K Simbol Yunani Simbol Arti Satuan ρ Massa jenis kg/m 3 μ Viskositas dinamik air Pa.s η cta Efisiensi menara pendingin acuan % η ctr Efisiensi menara pendingin rancangan %
ABSTRACT Using filler is very influences in increasing performance of cooling tower to decrease water temperature of condenssor. The point of this research is knowing the effect of using conventional filler to performance and efficiency of cooling tower. This research has been done with built a induced draft coling tower, in which researched by hygrometer to found temperature of water in and water out from cooling tower, and to found temperature and humidity of air inlet and outlet from cooling tower, using variation amount level of filler. Based on the research there was significant difference between these two of variations of used filler. The cooling tower which used two level of filler with 70 cm of diameters and 45 cm of height has a better performance and efficiency, it is about 85,10 %.
ABSTRAK Penggunaan bahan pengisi (filler) sangat mempengaruhi peningkatan performa kerja dari suatu menara pendingin dalam menurunkan temperatur air kondensor. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan bahan pengisi (filler) konvensional terhadap kinerja dan effisiensi menara pendingin. Penelitian ini dilakukan dengan membangun sebuah menara pendingin jenis aliran angin tarik (Induced Draft Cooling Tower), yang kemudian diteliti dengan menggunakan hygrometer untuk mendapatkan suhu air masuk dan keluar, serta temperatur dan kelembapan udara yang masuk dan keluar dari menara pendingin, dengan memvariasiakan jumlah susunan filler. Berdasarkan hasil penelitian terdapat perbedaaan kinerja dan effisiensi yang cukup signifikan dari 2 varaisi penggunaan filler ini. Menara pendingin yang menggunakan 2 lapis filler dengan diameter 70 cm dan tinggi 45 cm, memiliki kinerja dan effisiensi yang lebih baik yaitu sebesar 85,10 %.