TUGAS UTILITAS

Dasar Teori Tambahan

1. Pengertian Menara PendinginMenara pendingin merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Fungsi menara pendingin adalah untuk menghilangkan panas dari peralatan proses produksi. Pendinginan alat produksi terjadi dengan meningkatnya suhu media pendingin atau air.

Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.

Gambar 1. Diagram skematik sistim menara pendingin

(Laboratorium Nasional Pacific Northwest, 2001)

1. Komponen Menara PendinginKomponen dasar sebuah menara pendingin meliputi rangka dan wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers, nosel dan fan.

a. Rangka dan wadahHampir semua menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit fiber glass, wadahnya dapat menjadi rangka.b. Bahan Pengisi Hampir seluruh menara menggunakan bahan pengisi (terbuat dari plastik

atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air. Terdapat dua jenis bahan pengisi: Bahan pengisi berbentuk percikan/Splash fill: air jatuh diatas lapisan yang berurut dari batang pemercik horisontal, secara terus menerus pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, sambil membasahi permukaan bahan pengisi. Bahan pengisi percikan dari plastik memberikan perpindahan panas yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu.

Bahan pengisi berbentuk film: terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak yang berdekatan dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk lapisan film yang tipis dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat berbentuk datar, bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Jenis bahan pengisi film lebih efisien dan memberi perpindahan panas yang sama dalam volume yang lebih kecil daripada bahan pengisi jenis splash.c. Kolam air dingin

Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan

menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam beberapa desain, kolam air dingin berada dibagian bawah seluruh bahan pengisi. Pada beberapa desain aliran yang berlawanan arah pada forced draft, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkan ke bak yang berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai kolam air dingin. Sudu-sudu fan dipasang dibawah bahan pengisi untuk meniup udara naik melalui menara. Dengan desain ini, menara dipasang pada landasannya, memberikan kemudahan akses bagi fan dan motornya.d. Drift eliminatorsAlat ini menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya

tidak hilang ke atmosfir.e. Saluran udara masukIni merupakan titik masuk bagi udara menuju menara. Saluran masuk

bisa berada pada seluruh sisi menara (desain aliran melintang) atau berada dibagian bawah menara (desain aliran berlawanan arah).f. LouversPada umumnya, menara dengan aliran silang memiliki saluran masuk louvers. Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara. Beberapa desain menara aliran berlawanan arah tidak memerlukan louver.g. NoselAlat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang berputar seperti pada menara dengan beberapa potongan lintang yang memutar.h. FanFan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam menara. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada menara induced draft dan baik fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapat dirubah-rubah/ diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara otomatis dapat digunakan diatas range yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk mengirim aliran udara yang dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi beban.

2. Masalah yang Sering Timbul pada Menara Pendingin

Masalah yang sering timbul dalam pada sistem menara pendingin adalah:

a. KorosifPada pH yang rendah menyebabkan terjadinya korosi pada logam. Begitu juga nitrifying. Penyebab lain adalah dengan adanya bakteri yang dapat menghasilkan asam sulfat. Bakteri yang memiliki kemampuan untuk mengubah hydrogen sulfide menjadi sulfur kemudian mengubah menjadi asam sulfat. Bakteri ini menyerang logam besi, logam lunak dan steiless steel, hidup sebagai anaerobic ( tanpa udara ).

b. KerakPembentukan kerak diakibatkan oleh kandungan padatan terlarut dan material anorganik yang mencapai limit control.

Metode yang digunakan untuk mencegah terjadinya pembentukan kerak antara lain :

1. Menghambat kerak dengan mengontrol pH

Dalam keadaan asam lemah ( kira kira pH 6,5 ). Asam sulfat yang paling sering digunakan untuk ini, memiliki dua efek dengan memelihara pH dalam daerah yang benar dan mengubah kalsium karbonat, ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium sulfat. Ini memperkecil resiko terbentuknya kerak kalsium karbonat dan membiarkan cycle yang tinggi dari konsentrasi dalam sistem.2. Mengontrol kerak dengan bleed off

Bleed off pada sirkulasi air cooling terbuka sangat penting untuk memastikan bahwa air tidak pekat sebagai perbandingan untuk mengurangi kelarutan dari garam mineral yang kritis. Jika kelarutan ini berkurang kerak akan terbentuk pada penukar panas.Mengontrol kerak dengan bahan kimia penghambat kerak.

Bahan kimia umumnya berasal dari organic polimer, yaitu polyacrilik dan polyacrilik buatan.c. Masalah mikrobiologiMicroorganisme juga mampu membentuk deposit pada sembarangan permukaan. Hampir semua jasad renik ini menjadi kolektor bagi debu dan kotoran lainnya. Hal ini dapat menyebabkan efektivitas kerja cooling tower menjadi terganggu.

d. Masalah kontaminasi

Keadaan cooling tower yang terbuka dengan udara bebas memungkinkan organisme renik untuk tumbuh dan berkembang pada sistem, belum lagi kualitas air make up yang digunakan.3. Aplikasi Penggunaan Menara Pendingin di IndustriBerikut ini beberapa kasus yang sering terjadi dalam penggunaan air pendingin:Beberapa macam sistem pendinginan telah dievaluasi untuk mendapatkan sistem pendinginan yang dianggap terbaik untuk diaplikasikan pada pembangunan pabrik ammonia PT. KPI. Berikut adalah beberapa kasus sistem pendinginan yang dievaluasi tersebut.Case 1. Open re-circulated fresh water system

Air tawar yang berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan proses-proses di dalam pabrik.

Air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik. Untuk menjaga kualitas air, misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blow-down. Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut, misalnya PT. Pupuk Kujang, PT. PUSRI, Pabrik kertas Leces, PT. BOC, dll. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut.Case 2. Closed recirculating fresh water system yang didinginkan oleh once through sea water system

Air tawar pendingin digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik. Air tawar pendingin yang telah panas didinginkan kembali di suatu secondary cooler (biasanya plate heat exchanger) untuk selanjutnya disirkulasikan kembali secara tertutup kedalam pabrik. Air laut dipakai untuk mendinginkan secondary cooler dengan cara hanya sekali pakai (once through), sumber air berasal dari laut kemudian dibuang lagi ke laut.Case 3. Gabungan Once through sea water system dengan Closed recirculating fresh water system yang didinginkan oleh once through seawater system.

Pada sistem ini air tawar pendingin juga digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik seperti pada kasus 2. Namun pada sistem ini ada porsi air laut yang tidak melewati secondary cooler, air laut ini digunakan langsung untuk mendinginkan heat exchanger pabrik yang bebannya cukup besar misalnya steam condenser. Air laut yang sudah hangat ini kemudian dibuang ke laut. Sistem ini dipakai di beberapa pabrik PT. Pupuk Kaltim, dan PT. MMB. Di PT. MMB karena porsi closed recirculating system-nya kecil maka secondary cooler yang dipakai adalah HE yang lebih kecil bertipe shell&tube, bukan tipe plate.

Pada sistem ini air tawar pendingin juga digunakan untuk mendinginkan proses-proses didalam pabrik seperti pada kasus 2. Namun pada sistem ini ada porsi air laut yang tidak melewati secondary cooler, air laut ini digunakan langsung untuk mendinginkan heat exchanger pabrik yang bebannya cukup besar misalnya steam condenser. Air laut yang sudah hangat ini kemudian dibuang ke laut. Sistem ini dipakai di beberapa pabrik PT. Pupuk Kaltim, dan PT. MMB. Di PT. MMB karena porsi closed recirculating system-nya kecil maka secondary cooler yang dipakai adalah HE yang lebih kecil bertipe shell&tube, bukan tipe plate. Case 4. Serial Cooling Water System Pada sistem nomer 2 dan 3 seluruh beban pendinginan pabrik pada dasarnya dibuang ke laut, karena seluruh kalor yang terkandung didalam air pendingin dibuang kelaut secara konveksi. Jadi kedua sistem ini akan menambah beban polusi panas di laut, sehingga dikhawatirkan air laut akan menjadi bertambah panas. Sebagai alternatif untuk menghindari hal tersebut, telah diaplikasikan metode baru yaitu serial cooling system. Pada dasarnya serial cooling system adalah closed recirculated fresh water system yang didinginkan oleh open recirculated seawater system. Cara ini menggunakan seawater cooling tower, sehingga beban panas akan lebih banyak dibuang ke udara bukan ke laut. Dengan demikian hilanglah sudah kekhawatiran akan peningkatan temperatur air laut. FLOWSHEET COOLING TOWER