TUGAS UPBK COOLING TOWERS _ALAT PEMISAHAN1.pdf

tugas makalah

1. Nama : Slamet Mujiono Wibowo
Nim : 2307026241
Kelas : TPK B 2023
Matkul : Unit Produksi Bahan Kimia

PENDAHULUAN
Mesin-mesin dan proses-proses industri, demikian juga yang digunakan
untuk kenyamanan dan kesejahteraan manusia, menghasilkan sejumlah besar
panas yang harus terus-menerus dihilangkan jika mesin-mesin dan prosesproses
tersebut ingin terus beroperasi secara efisien. Meskipun panas ini biasanya
ditransfer ke volume air yang dingin dan rendah, pembuangan akhir selalu ke
atmosfer dan, selalu, dilakukan oleh beberapa bentuk penukar panas. Banyak dari
penukar panas terminal tersebut tidak mudah dikenali karena lebih dikenal sebagai
anak sungai, sungai, danau, dan lain sebagainya.
Proses penguapan alami menjadikan mereka media perpindahan panas yang
sangat efektif, meskipun agak tidak efisien karena keterbatasan permukaannya.
Sistem pendingin adalah suatu cara untuk mencegah terjadinya overheating pada
mesin dan peralatan. Pendinginan ini menggunakan air yang berasal dari sumber
tertentu untuk menjaga suhu agar tetap stabil. Air tersebut diolah dan digunakan
untuk mendinginkan proses produksi di berbagai industri. Manusia purba yang
berkeringat bergantung pada angin alami untuk mempercepat proses penguapan
ini, dan bersyukur ketika angin itu datang. Namun, pada suatu saat di masa lalu
yang jauh itu, tangan mulai memanipulasi daun lebar untuk menciptakan angin
buatan dan konsep dasar menara pendingin tanpa disadari ditemukan.
Cooling tower adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari
satu fluida ke fluida lainnya. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip difusi, di mana
perubahan temperatur menyebabkan perbedaan dalam laju perpindahan massa.
Besarnya laju perpindahan massa dan panas dipengaruhi oleh kontak antara fluida
panas dan fluida dingin.

2. PEMBAHASAN
1.1 Pengertian Cooling Tower
Cooling tower adalah sebuah struktur yang dirancang untuk menghilangkan
panas dari suatu sistem pendingin, seperti sistem pendingin air atau sistem
pendingin udara. Cooling tower bekerja dengan memanfaatkan prinsip
pendinginan evaporatif, yaitu proses pendinginan yang terjadi ketika suatu cairan
(dalam hal ini air) menguap.
Dengan kata lain, cooling tower berfungsi melepaskan kalor ke udara
sekitar. Alat ini identik dengan dua istilah, yaitu range dan approach. Range
berguna untuk menunjukkan perbedaan temperatur antara air yang masuk dan air
yang keluar. Sedangkan approach menujukkan perbedaan temperatur antara air
yang keluar dari tiwer dan air wet-bull yang masuk ke tower. Selain itu, cooling
tower memiliki guna untuk mengolah air supaya tidak mencemari lingkungan.
1.2 Jenis Menara
Menara pendingin dirancang dan diproduksi dalam beberapa jenis, dengan
berbagai ukuran (model) yang tersedia di setiap jenis. Tidak semua jenis cocok
untuk diaplikasikan pada setiap konfigurasi beban panas. Memahami berbagai
jenis, beserta kelebihan dan keterbatasannya, dapat menjadi sangat penting bagi
calon pengguna, dan penting untuk memahami teks ini secara menyeluruh.
1. Atmospheric towers, tidak memanfaatkan perangkat mekanis (kipas) untuk
menciptakan udara rendah melalui menara. Menara atmosfer kecil yang
digambarkan pada Gambar 2 memperoleh aliran udaranya dari induksi alami
(aspirasi) yang disediakan oleh sistem distribusi air tipe semprotan bertekanan.
Meskipun relatif murah, menara ini biasanya hanya diterapkan dalam ukuran
yang sangat kecil, dan jauh lebih terpengaruh oleh kondisi angin yang buruk
daripada tipe lainnya. Penggunaannya pada proses yang memerlukan suhu air
dingin yang akurat dan dapat diandalkan tidak direkomendasikan dan karenanya
sudah jarang digunakan.

3. Atmospheric spray tower
Sebaliknya, tipe atmosfer yang dikenal sebagai menara draft alami
hiperbolik, sangat dapat diandalkan dan dapat diprediksi dalam kinerja
termalnya. Udara yang mengalir rendah melalui menara ini dihasilkan oleh
perbedaan kepadatan yang ada antara udara panas (kurang padat) di dalam
cerobong dan udara sekitar yang relatif dingin (lebih padat) di luar menara.
Biasanya, menara ini cenderung cukup besar (250.000 gpm dan lebih), dan
kadang-kadang tingginya melebihi 500 kaki. Namanya, tentu saja, berasal dari
bentuk geometris cangkangnya.

Counterflow natural draft tower

Crossflow natural draft tower
Beban yang memerlukan pertimbangan penggunaan menara hiperbolik.
Namun, karena menara draft alami beroperasi paling efektif di daerah dengan
kelembaban relatif lebih tinggi, banyak pabrik seperti itu yang terletak di daerah
kering dan/atau dataran tinggi menganggap menara draft mekanis lebih sesuai.

4. 2. Mechanical draft towers, menggunakan satu atau beberapa kipas untuk
menyediakan aliran udara dengan volume tertentu melalui menara. Dengan
demikian, kinerja termalnya cenderung lebih stabil, dan dipengaruhi oleh lebih
sedikit variabel psikrometrik, dibandingkan dengan menara atmosfer.
Keberadaan kipas juga menyediakan sarana untuk mengatur aliran udara, untuk
mengimbangi perubahan kondisi atmosfer dan beban, dengan manipulasi
kapasitas kipas dan/atau siklus.
Mechanical draft towers terdapat dua kategori diantaranya adalah Forced
draft dan induced draft, berikut adalah penjelasannya.
 Forced draft towers, dicirikan oleh kecepatan masuk udara yang tinggi dan
kecepatan keluar yang rendah. Oleh karena itu, menara ini sangat rentan
terhadap resirkulasi.

Forced draft, counterflow, blower fan tower
 Induced draft towers, memiliki kecepatan pembuangan udara 3 hingga 4
kali lebih tinggi daripada kecepatan masuk udaranya, dengan kecepatan
masuk mendekati kecepatan angin 5 mph. Oleh karena itu, ada sedikit atau
tidak ada kecenderungan untuk zona tekanan rendah yang akan tercipta di
saluran masuk udara hanya dengan aksi kipas saja. Potensi resirkulasi pada
Induced draft towers tidak dimulai dengan sendirinya dan, oleh karena itu,
dapat lebih mudah diukur hanya berdasarkan kondisi angin sekitar.

5. Induced draft, crossflow, propeller fan tower
3. Hybrid draft towers, dapat memberikan tampilan luar seperti menara draft
alami dengan cerobong yang relatif pendek. Namun, pemeriksaan internal
menunjukkan bahwa menara tersebut juga dilengkapi dengan kipas draft
mekanis untuk menambah aliran udara. Akibatnya, mereka juga disebut sebagai
Fan-assisted natural draft tower (menara dengan aliran udara alami yang
dibantu kipas). Tujuan dari desain mereka adalah untuk meminimalkan tenaga
kuda yang dibutuhkan untuk pergerakan udara, tetapi melakukannya dengan
dampak biaya cerobong seminimal mungkin.

Fan-assisted natural draft tower.

6. 4. Characterization by Air Flow (Karakterisasi Berdasarkan Aliran Udara),
Menara pendingin juga “diketik” berdasarkan hubungan udara dan air yang
relatif rendah di dalam menara, sebagai berikut:
 In Counterflow towers (menara aliran berlawanan), Aliran udara bergerak
sejajar tetapi berlawanan arah dengan aliran air saat melewati media pengisi.
Konfigurasi ini memungkinkan perpindahan panas yang lebih efisien karena
udara yang lebih dingin bersentuhan langsung dengan air yang sudah lebih
dingin, sementara udara yang lebih panas bertemu dengan air yang masih
lebih hangat. Hal ini meningkatkan efektivitas pendinginan dan mengurangi
kehilangan panas.

counterflow tower
 Crossflow towers (Menara aliran silang), Pada jenis ini, aliran udara
bergerak tegak lurus terhadap aliran air yang mengalir melalui media
pengisi. Selanjutnya, udara mengalir melewati menara melalui saluran
keluaran udara karena adanya gaya hisap dari kipas yang berputar.
Mekanisme ini membantu memaksimalkan perpindahan panas antara udara
dan air, sehingga meningkatkan efisiensi proses pendinginan.

7. Crossflow tower
1.3 Jenis-jenis cooling towers
Terdapat beberapa jenis cooling towers yang digunakan, didalam industri
berdasarkan metode perpindahan panasnya, adalah sebagai berikut:
a. Wet Cooling Tower
Wet cooling towers adalah jenis cooling tower yang menggunakan air
sebagai media pendingin. Proses pendinginan terjadi melalui evaporasi air, di
mana air panas disemprotkan ke udara dan menguap, sehingga menghilangkan
panas. Wet cooling towers memiliki efisiensi pendinginan yang tinggi, tetapi
memerlukan perawatan yang lebih sering dan dapat menyebabkan korosi.

Diagram Wet Cooling Water

8. b. Dry Cooler
Dry coolers adalah jenis cooling tower yang tidak menggunakan air sebagai
media pendingin. Sebaliknya, dry coolers menggunakan udara sebagai media
pendingin. Proses pendinginan terjadi melalui konveksi, di mana udara panas
dihembuskan melalui kumparan pendingin dan didinginkan oleh udara sekitar.
Dry coolers memiliki kelebihan karena tidak memerlukan air dan tidak
menyebabkan korosi, tetapi memiliki efisiensi pendinginan yang lebih rendah
dibandingkan dengan wet cooling towers.

Flat Configuration

V-Configuration

c. Wet Dry Cooling Towers (Hybrid Cooling Towers)
Wet dry cooling towers, juga dikenal sebagai hybrid cooling towers, adalah
jenis cooling tower yang menggabungkan teknologi wet cooling dan dry cooling.
Wet dry cooling towers memiliki kelebihan karena dapat mengurangi konsumsi
air dan mengurangi korosi, serta memiliki efisiensi pendinginan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan dry coolers. Namun, wet dry cooling towers juga
memiliki kelemahan karena memerlukan perawatan yang lebih sering dan dapat
menyebabkan korosi jika tidak dirawat dengan baik.

9. d. Sistem Terbuka (Open Cooling System)
Sistem terbuka adalah sistem cooling water yang menggunakan air dari
sumber luar, seperti sungai, danau, atau laut, sebagai media pendingin. Air yang
digunakan kemudian dibuang kembali ke sumbernya setelah digunakan. Sistem
terbuka memiliki kelebihan biaya operasional yang yang rendah dan tidak
memerlukan perawatan intensif. Namun disisi lain juga memiliki kekurangan
kualitas air yang digunakan dapat berubah-ubah, dapat menyebabkan polusi
lingkungan dan memerlukan lahan yang luas untuk pebuangan airnya.

Open Cooling System
e. Sistem Tertutup (Closed Cooling System)
Sistem tertutup adalah sistem cooling water yang menggunakan air yang
sama secara berulang-ulang sebagai media pendingin. Air yang digunakan
kemudian didinginkan kembali melalui proses pendinginan, seperti
menggunakan cooling tower. Kelebihan sistem ini kualitas air yang digunakan
dapat dipertahankan, tidak menyebabkan polusi udara, dan memerlukan lahan
yang kecil dibandingkan dengan sitem terbuka. Namun adapun kekurangan
sistem ini biaya operasional yang lebih tinggi dan memerlukan perawatan yang
intensif.

Closed Cooling System

10. 1.4 Fungsi dan bagian-bagian cooling towers
a. Bak Pendingin (Cooling Basin)
Bak pendingin adalah bagian dasar cooling tower yang menampung air
pendingin. Bak pendingin juga memiliki fungsi menampung air pendingin
yang panas dari sistem pendingin.
b. Pipa Distribusi (Distribution Pipe)
Pipa distribusi adalah pipa yang mengalirkan air pendingin dari bak
pendingin ke sprinkler. Pipa distribusi juga memiliki fungsi mengalirkan air
pendingin ke seluruh bagian cooling tower.
c. Sprinkler
Sprinkler adalah bagian yang menyemprotkan air pendingin ke udara.
Sprinkler juga memiliki fungsi menyemprotkan air pendingin ke udara
untuk mempercepat proses pendinginan.
d. Kipas (Fan)
Kipas adalah bagian yang mengalirkan udara melalui cooling tower. Kipas
juga memiliki fungsi mengalirkan udara melalui cooling tower untuk
mempercepat proses pendinginan.
e. Pipa Kolektor (Collection Pipe)
Pipa kolektor adalah pipa yang mengumpulkan air pendingin yang telah
didinginkan. Pipa ini juga memiliki fungsi mengumpulkan air pendingin
yang telah didinginkan.
f. Nozel (Nozzle)
Nozel adalah bagian yang mengatur aliran air pendingin ke sprinkler. Nozel
juga memiliki fungsi Mengatur aliran air pendingin ke sprinkler.
g. Fill Pack (Isi Pak)
Fill pack adalah bagian yang meningkatkan luas permukaan kontak antara
air pendingin dan udara. Fill Pack juga memiliki fungsinya adalah
meningkatkan luas permukaan kontak antara air pendingin dan udara.
h. Struktur Penopang (Support Structure)
Struktur penopang adalah bagian yang menopang cooling tower dan
menjaga stabilitasnya. Struktur penopang memiliki fungsi Menopang
cooling tower dan menjaga stabilitasnya.

11. i. Sistem Kontrol (Control System)
Sistem kontrol adalah bagian yang mengatur dan mengawasi proses
pendinginan. Sistem kontrol memiliki fungsi mengatur dan mengawasi
proses pendinginan.
j. Sistem Pemantauan (Monitoring System)
Sistem pemantauan adalah bagian yang memantau kondisi cooling tower
dan sistem pendingin. Sistem pemantau memiliki fungsi memantau kondisi
cooling tower dan sistem pendingin.
1.5 Prinsip Kerja Cooling Towers
a) Wet Cooling Towers
1. Air pendingin yang panas dari sistem pendingin masuk ke bak
pendingin.
2. Air pendingin kemudian disemprotkan ke udara melalui sprinkler.
3. Udara yang mengalir melalui cooling tower mengambil panas dari air
pendingin melalui proses evaporasi.
4. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian dikumpulkan di pipa
kolektor.
5. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian kembali ke sistem
pendingin untuk digunakan kembali.
b) Dry Coolers
1. Udara panas dari sistem pendingin masuk ke dry cooler.
2. Udara panas kemudian mengalir melalui kumparan pendingin.
3. Kumparan pendingin yang terbuat dari pipa yang berisi cairan pendingin
(seperti air atau glykol) mengambil panas dari udara panas.
4. Udara yang telah didinginkan kemudian keluar dari dry cooler.
5. Cairan pendingin yang telah panas kemudian didinginkan kembali
melalui proses pendinginan.
c) Wet Dry Cooling Towers (Hybrid Cooling Towers)
1. Air pendingin yang panas dari sistem pendingin masuk ke bak
pendingin.
2. Air pendingin kemudian disemprotkan ke udara melalui sprinkler.

12. 3. Udara yang mengalir melalui cooling tower mengambil panas dari air
pendingin melalui proses evaporasi.
4. Namun, sebelum air pendingin yang telah didinginkan dikumpulkan di
pipa kolektor, air pendingin tersebut kemudian mengalir melalui
kumparan pendingin yang terbuat dari pipa yang berisi cairan pendingin.
5. Kumparan pendingin mengambil panas dari air pendingin yang telah
didinginkan, sehingga air pendingin tersebut menjadi lebih dingin.
6. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian kembali ke sistem
pendingin untuk digunakan kembali.
d) Sistem Terbuka (Open Cooling System)
1. Air pendingin yang panas dari sistem pendingin masuk ke bak
pendingin.
2. Air pendingin kemudian disemprotkan ke udara melalui sprinkler.
3. Udara yang mengalir melalui cooling tower mengambil panas dari air
pendingin melalui proses evaporasi.
4. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian dikumpulkan di pipa
kolektor.
5. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian dibuang ke lingkungan
(sungai, laut, dll.).
6. Sistem pendingin kemudian mengambil air pendingin baru dari sumber
air (sungai, laut, dll.) untuk digunakan kembali.
e) Sistem Tertutup (Closed Cooling System)
1. Air pendingin yang panas dari sistem pendingin masuk ke bak
pendingin.
2. Air pendingin kemudian disemprotkan ke udara melalui sprinkler.
3. Udara yang mengalir melalui cooling tower mengambil panas dari air
pendingin melalui proses evaporasi.
4. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian dikumpulkan di pipa
kolektor.
5. Air pendingin yang telah didinginkan kemudian kembali ke sistem
pendingin untuk digunakan kembali.
6. Sistem pendingin kemudian menggunakan air pendingin yang sama
secara berulang-ulang.