TUGAS AKHIR
ANALISA KINERJA COOLING TOWER INDUCED DRAFT TIPE LBC-W 300 TERHADAP PENGARUH PANAS RADIASI MATAHARI Oleh: Nimas Puspito Pratiwi
Dosen Pembimbing : Dr.Gunawan Nugroho, S.T,M.T Nur Laila Hamidah, ST. MSc 1
LATAR BELAKANG
Cooling Tower (CT) merupakan peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikan panas ke atmosfer. 2
LATAR BELAKANG
Pengaruh panas radiasi matahari (temperatur ambient) mempengaruhi kinerja cooling tower
Pengaruh temperatur dry bulb & wet bulb
Cooling tower di PT.TMMIN untuk mendinginkan air kompresor joy turbo 2
Efisiensi cooling tower dipengaruhi oleh wet bulb 3
PERMASALAHAN • Bagaimana menurunkan model dinamik (matematis) dari cooling tower dengan hukum kesetimbangan kalor dan massa. • Bagaimana pengaruh panas radiasi matahari (temperatur ambient) terhadap kinerja cooling tower
TUJUAN • Menurunkan model dinamik (matematis) cooling tower induced draft LBC W-300. • Menganalisa kinerja cooling tower induced draft LBC W-300. 4
BATASAN MASALAH •
•
• •
• •
•
Cooling tower yang dianalisa adalah (Mechanical Draft), dengan arah aliran berlawanan (Counterflow). Pengaruh panas radiasi matahari diasumsikan temperatur ambient dry bulb dan wet bulb berdasarkan letak geografis di PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia Sunter 1 koordinat titik LS : -6° 9’40.89’’ & BT : +106° 52’41.14’’ Data yang diambil adalah data pada bulan Februari dan September 2013 pada pukul 07.00 – 16.00 Metode yang dipergunakan untuk menganalisa keseimbangan kalor dan massa pada cooling tower menggunakan pendekatan control volume, dimana untuk kesetimbangan massa yang dianalisa adalah perubahan temperature air keluaran cooling tower, terhadap pengaruh perubahan temperatur dry bulb, laju aliran massa air output, dan entalphi air. Kinerja cooling tower disimulasikan melalui model matematik. Dari hasil simulasi pada program simulink matlab akan dapat dianalisa kinerja dan dapat diketahui nilai efisiensi cooling tower terhadap pengaruh temperatur ambient. Menganalisa kinerja fan dan laju aliran massa air yang masuk ke cooling tower untuk meningkatkan kinerjanya 5
TEORI DASAR Komponen Cooling Tower Menarik Udara
Nozzle Fan Fill
Basin
6
TEORI DASAR m w,in,i
m a ,out,i
Control Volume
m evap,i
mw,i
udara
Air
dmw,i
m w,out,i
m a ,in,i
dt
m w,in,i m w,out,i m evap,i
mw,i Veffective w,i
Hukum kesetimbangan pada cooling tower
(Xiao Li, Yaoyu Li, and John E.Seem, 2010)
, , h w in t
, h a out , i 1 q
Udara , , h a in i
hw , i
Air
hw,i hw,in,i hw,out,i qi
, h w o u t, i
7
TEORI DASAR Konveksi Paksa di Cooling Tower Koefisien Konveksi Nu D k D
Efisiensi Cooling Tower Tw, in Tw, out 100% Tw, in Ta, wb Lampiran
8
METODOLOGI PENELITIAN Mulai Observasi Lapangan & Studi Literatur
Mengumpulkan data Membuat diagram blok proses cooling tower Penurunan model matematis cooling tower dengan hukum kesetimbangan kalor dan massa
Membuat simulasi menggunakan software MATLAB Menghitung Kinerja Cooling tower
Tidak Pengujian dan analisa
Ya Penyusunan Laporan
Selesai
9
DIAGRAM BLOK q Nozzel
m w,in , Tw,in,i , hw,in,i
Fill
m a , Ta,in Cold Water Basin
Ket :
Aliran Air Aliran Udara
m w,out , Tw,out,i , hw,out,i Hukum kesetimbangan pada cooling tower
10
Penurunan Model Matematis q1 hw ,in ,i , Tw,in , m w,in
hw ,i
Udara
Akumulasi Entalphi pada fill
=
entalphi input
-
entalphi output
-
Laju kalor total
Air
a ,inTa m
hw,i hw,in,i hw,out,i qi
w,out hw ,out, i , Tw,out , m
q i q sens,i q lat,i q sen,i hc,i Av (Tw,i Ta,i ) mw,i c p,w,i
dTw,i dt
evap,i q lat,i h f , g ,i m
m w,in,i (hw,in,i hw,i ) m w,out,i (hw,out,i hw,i ) q i W fan 11
Simulink MATLAB Cooling Tower
12
Simulasi Kinerja Cooling Tower
Gambar 3.7 Function SubSystem Simulink Cooling Tower
Gambar 3.8 Inputan Diisi Melalui Tampilan Gui
13
PENGUJIAN DAN ANALISA Uji dan Analisa Kinerja Temperatur Ouput Per Jam Tgl 1 Sep’13
Temperatur input 36°C-38°C Temperatur dry bulb 26.8°C-34°C
Temperatur Outlet 27.89°C-32°C
DATA
Temperatur air masuk (inlet) dan temperatur dry bulb mempengaruhi kinerja cooling tower
Temperatur wet bulb 25°C-27.2°C
14
Kinerja Cooling Tower
5 Sep’13 Temperatur air inlet = 35°C-38°C Temperatur air outlet = 27.88°C-32.87°C
25 Sep’13 Temperatur air inlet = 37°C-39°C Temperatur air outlet = 27.91°C-32.88°C
Dry bulb = 26.2°C-32.8°C Dry bulb = 26.6°C-35.2°C
15
Kinerja Cooling Tower 1 Feb’13 Jam ke-1 : Temperatur air inlet =32°C, temperatur outlet = 25.87°C Jam ke-2 : Temperatur air inlet =39°C, temperatur outlet = 27.95°C
Temperatur dry bulb = 25.5°C-30.02°C
2 Feb’13 Jam ke-1 : Temperatur air inlet =36°C, temperatur outlet = 27.89°C Jam ke-2 : Temperatur air inlet =36°C, temperatur outlet = 27.89°C
Temperatur dry bulb = 25°C-30.2°C
Cooling tower mampu mempertahankan kinerja pendinginannya agar tetap optimal pengaruh dari temperatur dry bulb dan wet bulb.
16
Analisa Kinerja Cooling Tower 23 Feb’13 Jam ke-5 : Temperatur air inlet =39°C, temperatur outlet = 29.92°C Jam ke-6 : Temperatur air inlet =37°C, temperatur outlet = 28.89°C
Validasi Data : Temperatur Output hasil pengukuran dibandingkan hasil simulasi sama hanya berbeda 0.11 °C. Nilai deviasi dari perhitungan menggunakan simulink sebesar 0.33 %.
Temperatur dry bulb = jam ke-5 = 28°C-& jam ke-6 = 29.6°C
Kinerja cooling tower dipengaruhi oleh temperatur air inlet & temperatur ambinet dry bulb. 17
Laju Panas September Temperatur input = 37°C39°C Temperatur dry bulb = 26.6°C-35.2°C Laju Panas = 21kW- 29kW
DATA
Februari Temperatur input = 32°C-39°C Temperatur dry bulb = 25.5°C-30.2°C Laju Panas = 14kW- 39kW
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Laju Panas terhadap Temperatur dry bulb dan Temperatur Air Masuk Bulan September
Temperatur dry bulb mempengaruhi laju perpindahan panas secara sensible dan laten Laju aliran panas di dalam cooling tower dipengaruhi oleh besarnya temperatur air masuk, sedangkan pengaruh temperatur dry bulb sangat kecil sekali pengaruhnya
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Laju Panas terhadap Temperatur dry bulb dan Temperatur air masuk Bulan Februari
18
Efisiensi Cooling Tower
Gambar 4.10 Grafik Efisiensi cooling tower bulan September 2013
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Cooling Tower Bulan Februari 2013
Efisiensi cooling tower pada bulan September berkisar antara 45% sampai 73%, sedangkan pada bulan Februari efisiensinya antara 62% sampai 80%. Nilai efisiensi cooling tower saat musim hujan lebih baik dari pada musim kemarau. Hal ini diakibatkan, saat musim hujan cooling tower mampu mendinginkan air sampai mendekati temperatur wet bulb
20
Rekomendasi Table 4.1 . Rekomendasi Peningkatan Kinerja Cooling Tower dengan Cara Meningkatkan Kecepatan Putaran Fan dan Menurunkan Laju Aliran Massa Air 1 19.39 37 26.6 24
2 19.39 38 30 25
3 18.84 38 30 25
4 18.12 38 30 25
5 17.53 38 30 25
Case 6 7 19.39 19.39 38 38 30 30 25 25
kJ/kg 104.67
110.9
110.9
110.9
110.9
110.9
110.9
110.9
117.71
117.71
117.71
0.21
0.21
0.21
0.21
0.21
0.21
0.21
0.18
0.18
0.18
Variable
Unit
m dot air Tw,in Ta,in Twb
kg/s °C °C °C
hfg m dot evap
kg/s
0.27
8 19.39 38 30 25
9 19.39 39 35 27
10 18.84 39 35 27
11 18.12 39 35 27
hw,in
kJ/kg 155.04 159.21 159.21
159.2
159.21 159.21 159.21 159.21 163.38
163.38
163.38
hw,out
kJ/kg
117.43 129.97 126.68
122.3
118.7
126.68
122.3
118.7
138.33
131.75
122.99
Rpm fan Wfan Tw,out Efisiensi
rpm kW °C %
1460 7.5 27.91 69.92
1460 7.5 29.08 68.82
1460 7.5 28.24 75.08
1500 7.71 30.11 60.69
1550 7.96 29.08 68.82
1600 8.22 28.24 75.08
1460 7.5 32.87 51.08
1500 7.71 31.3 64.17
1550 7.96 29.26 81.17
1460 7.5 30.88 54.77
1460 7.5 30.11 60.69
Apabila peningkatan kerja fan dan penurunan laju massa air yang masuk dilakukan secara bersamaan, maka akan memaksimalkan kinerja cooling tower induced draft di PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia. 20
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa data, perhitungan dan simulasi maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: Telah diturunkan model matematis dari kinerja cooling tower induced draft LBC W-300 terhadap pengaruh temperatur lingkungan. Telah dinalisa kinerja dari cooling tower induced draft LBC W-300 dengan menggunakan metode kesetimbangan kalor dan massa. Kinerja cooling tower dipengaruhi oleh temperatur dry bulb dan wet bulb yang selalu berubah-ubah. Kinerja cooling tower yang optimal pada bulan September 2013 pukul 07.00 sebesar 27.91°C, saat temperatur dry bulb 26.6°C. Pada musim hujan di bulan Februari 2013 temperatur air keluaran pukul 07.00 adalah 25.87°C, saat dry bulb 25.5°C. Pada musim hujan kinerja cooling tower lebih optimal dibandingkan musim kemarau, sehingga saat temperatur dry bulb rendah kinerja cooling tower akan lebih optimal. Kinerja cooling tower induced draft LBC W-300 dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu : temperatur dry bulb, temperatur wet bulb, temperatur air masukkan/inlet, laju aliran air yang masuk dan kinerja fan. Efisiensi cooling tower pada musim kemarau sebesar 41% sampai 72%, sedangkan pada musim hujan efisiensinya antara 60% sampai 80%. Kinerja cooling tower dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan kecepatan putaran fan sebesar 1550 rpm dan menurunkan laju aliran massa air menjadi 18.12 kg/s, sehingga daya fan dapat ditingkatkan sebesar 7.96 kW serta efisiensi cooling tower akan naik menjadi 81.63%.
21
SARAN Dapat dirancang sistem kontrol untuk mengatur secara otomatis laju aliran air yang masuk ke cooling tower, sehingga kinerjanya akan lebih optimal. Dapat dirancang sistem kontrol yang berfungsi mengatur kecepatan putaran fan supaya kinerja cooling tower lebih optimal. .
22
Terima kasih
23
Catatan Laju Panas Total Musim Kemarau lbh rendah kinerjanya dibanding Musim Hujan
Besarnya kalor yang mampu dibuang ke atmosfer juga dipengaruhi oleh kemampuan udara untuk membuang panas melalui atas menara. Dimana saat kondisi temperatur dry bulb di luar cooling tower terlalu tinggi maka kerja laju perpindahan panas yang dibawa udara semakin kecil.
19
