PENGARUH PENGGUNAANMEDIA BAHAN PENGISI ( FILLER) PVC DENGAN TINGGI 45 CM DAN DIAMETER 70 CM TERHADAPKINERJA MENARA PENDINGIN JENIS INDUCED- DRAFT COUNTERFLOW
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALFRON NIM. 040401076
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara Medan. Penulis
dalam
Tugas
Sarjana
ini
mengambil
judul
yaitu
“PENGARUH PENGGUNAAN MEDIA BAHAN PENGISI (FILLER ) PVC DENGAN TINGGI 45 CM DAN DIAMETER KINERJA
MENARA
PENDINGIN
JENIS
70 CM TERHADAP 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 Universitas Sumatera Utara . 4. Bapak Tulus Burhanuddin, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang tidak dapat disebutkan satupersatu.
Universitas Sumatera Utara
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
ALFRON (040401076)
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR GAMBAR
Deskripsi Halaman
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
Gambar 2.17
19
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
xiv
DAFTAR NOTASI
Simbol
Arti
Satuan
Afan
Luas penampamg blower
m2
a
Luas bidang kontak permukaan air dengan filler
m2/m3
Atower
Luas tower
m2
cp,air
Kalor atau panas jenis air
Dtower
Diameter tower
m
Dtembaga
Diameter pipa tembaga
m
G
Jumlah massa gas
kg
h1
Enthalpi udara masuk
h2
Enthalpi udara keluar
k
Konduktivitas Thermal
L
Jumlah massa cair
kg
l
Panjang pipa tembaga
m
Nu
Bilangan Nusselt
Pr
Bilangan Prandtl
Q
Debit air
kJ/kg oC
kJ/kg kJ/kg W/m2.K
ltr/min
•
Q ctr
Kapasitas aliran udara menara pendingin rancangan
m3/s
Q cta
Kapasitas aliran udara menara pendingin acuan
m3/s
q
Laju Perpindahan Kalor
W
Re
Bilangan Reynold
RHud masuk
Kelembapan relatif udara masuk
%
RHud keluar
Kelembapan relatif udara keluar
%
•
RHud lingkungan Kelembapan relatif udara lingkungan
%
Tair masuk
Temperatur air masuk
o
Tair keluar
Temperatur air keluar
o
Tdb
Temperatur bola kering
o
C C C
Universitas Sumatera Utara
xv Tdb-in
Temperatur bola kering masukering
o
Tdb-out
Temperatur bola kering keluarering
o
Twb
Temperatur bola basahkering
o
Twb-in
Temperatur bola basah masuk
o
Twb-out
Temperatur bola basah keluar
o
Tud masuk
Temperatur udara masuk
o
Tud keluar
Temperatur udara keluar
o
Tud lingkungan
Temperatur udara lingkungan
o
U
Koefisien pindahan panas menyeluruh
V
Volume filler
m3
v
Volume spesifik udara
m3/kg
vair
Kecepatan air mengalir
m/s
vtower
Kecepatan aliran udara dalam menara pendingin
m/s
vfan
Kecepatan aliran udara blower
m/s
W
Kapasitas aliran udara
m3/s
∆P
Perubahan Tekanan Udara
Pa
∆T
Perubahan temperatur
C C C C C C C C
W/m2 .K
•
K
Simbol Yunani Simbol
Arti
Satuan
ρ
Massa jenis
kg/m3
μ
Viskositas dinamik air
Pa.s
η cta
Efisiensi menara pendingin acuan
%
η ctr
Efisiensi menara pendingin rancangan
%
Universitas Sumatera Utara
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 % .
Universitas Sumatera Utara
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 %.
Universitas Sumatera Utara
