View
8
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
6
BAB IV
PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA COOLING TOWER
4.1 Analisa Desain Cooling Tower
4.2.1 Desain Cooling Tower Existing
Gambar 4.1. Desain cooling tower existing
a. Tidak Adanya Filler Pada Cooling Tower Existing
Hampir seluruh Cooling tower menggunakan bahan pengisi (terbuat dari
plastic atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan
kontak udara dan air, pada kondisi cooling tower existing pltu tenayan tidak
terdapat filler sehingga kinerja / heat transfernya kurang maksimal.
Gambar 4.2. Tidak adanya filler pada cooling tower exsisting
Sumber : Laporan performance test cooling tower
7
b. Posisi Nozzle
Gambar 4.3. Nozzle cooling tower existing
Sumber : Laporan performance test cooling tower
Pada cooling tower existing, posisi nozzle menghadap ke atas dan jenis
nozzlenya tipe pressurized. Posisi nozzle yang menghadap ke atas menyebabkan air
yang keluar dari nozzle langsung bertabrakan dengan eliminator, sehingga
menyebabkan kerusakan pada eliminator cooling tower.
Gambar 4.4. Kerusakan drift eliminator
Sumber : Laporan performance test cooling tower
c. Analisa distribusi temperature
Dengan menggunakan software Computational fluid dynamics (CFD)
didapatkan hasil sebagai berikut :
8
Gambar 4.5. Simulasi CFD Cooling Tower Existing
Sumber : Laporan performance test cooling tower
Sampel nilai diambil pada titik koordinat -0.124033, 7.4248, -0.803295,
nilai temperatur pada titik kordinat tersebut adalah 311,25 K atau sebesar 38,1˚C.
4.2.2 Desain Cooling Tower Hamon Type Multi Cell Induced Draft Fan
Counter Flow
Gambar 4.6. Desain Cooling Tower Hamon
Sumber : Laporan performance test cooling tower
9
a. Penambahan Filler
Untuk meningkatkan , memaksimalkan pertukaran panas pada cooling tower
pltu Tenatan, maka pada desain baru ditambahkan filler pack sejumlah 20 lapis.
Gambar 4.7. Filler pack cooling tower Hamon
Sumber : Laporan performance test cooling tower
b. Nozzle type down spray
Pada cooling tower baru dilakukan penggantian nozzle spray dari tipe nozzle
pressurized menjadi down spray type.
Gambar 4.8. Nozzle cooling tower Hamon
Sumber : Laporan performance test cooling tower
10
c. Analisa distribusi temperature
Dengan menggunakan software Computational fluid dynamics (CFD)
didapatkan hasil sebagai berikut :
Gambar 4.9. Nozzle cooling tower Hamon
Sumber : Laporan performance test cooling tower
Titik koordinat yang sama juga diterapkan pada cooling tower setelah inovasi,
nilai temperatur pada titik kordinat tersebut adalah 306,9 K atau sebesar 33,75˚C.
4.2 Kinerja Cooling Tower
Analisa kinerja cooling tower dengan membandingkan data performance test
Cooling Tower Existing dengan Hamon Cooling Tower Type Multi Cell Induced
Draft Fan Counter Flow untuk mengetahui kinerja dari cooling tower existing
PLTU Tenayan.
4.2.1 Perhitungan Performance Hamon Cooling Tower Type Multi Cell
Induced Draft Fan Counter Flow
Berikut merupakan data parameter hasil performance test dari Hamon
Cooling Tower.
11
Tabel 4.1 Data Hamon Cooling Tower PLTU Tenayan
No Parameter Besaran satuan
1 Twb 25 ⁰ C
2 Tdb 32,02 ⁰ C
3 Tin Air 42,7 ⁰ C
4 Tout Air 32,7 ⁰ C
5 Debit Air 4.000 m³/h
6 Debit Udara
1.877.760
m³/h
1. Range = suhu air masuk (Tin air) – suhu air keluar (Tout air)
= 42,7 °C – 32,7 °C
= 10 °C
2. Approach = suhu air Keluar (Tout air) – suhu wet bulb (Twb)
= 32,02 °C – 25 °C
= 7,7 °C
3. Effektifitas = 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒
𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ+𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒𝑥 100%
= 10°𝐶
7,7°𝐶+10°𝐶𝑥 100%
= 56%
4. Laju aliran Massa Air (L)
L = Qair x ρair 43 °C
Massa jenis air 43 °C pada table heat transfer = 990,985 (interpolasi)
L = 4.000 m³/jam x 990,985 kg/jam
=3.963.940 kg/jam
= 1101,09 kg/s
5. Laju aliran massa udara (G)
G= Qudara x ρudara 32,02 °C
12
Massa jenis udara 32,02 °C pada table heat and mass transfer = 1,157 kg/m³
Sehingga,
= 1.877.760 m³/jam x 1,157 kg/m³
= 2.172.568,32 kg/jam
= 603,491 kg/s
6. Perbandingan L/G Cooling Range
L/G =19.817.000
16.080.920,9 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚
= 1,824
7. Menghitung kehilangan air akibat evaporator loss (We)
We = 0,00085 x 4.000 m³/jam x 1,8 x (T1 - T2)
We = 0,00085 x 4.000 m³/jam x 1,8 x (42,7 – 32,7)
= 61,2 m³/jam
8. Menghitung kehilangan air akibat drift loss (Wd)
Wd = 0,02% x 4.000 m³/jam
= 0,8 m³/jam
9. Menghitung kehilangan air akibat Blow Down (Wb)
Wb = 61,2𝑚3/𝑗𝑎𝑚
2,7−1 = 36 m³/jam
10. Menghitung make up water cooling tower
Make up water = 61,2 m³/jam + 0,8 m³/jam + 36 m³/jam
= 98 m³/jam
11. Kapasitas pendingin (Q) cooling tower
Q = 1101,09 kg/s x 4,19 kJ/kg.K x 283K = 1.305.645 kJ/s
12. Diagram psikometrik untuk mencari kelembapan relative (Relative
Humidity), rasio kelembapan (humidity Ratio) dan enthalpi dari suhu bola
basah dan suhu bola kering dengan kondisi :
- Barometric pressure = 760 mmHg
- Atmosphere pressure = 101.325 kPa
13
Tabel 4.2 Nilai RH, HR & Entalpi berdasarkan kalkulator
psikometrik.
TDB (°C) TWB (°C) RH (%) HR (kg/kg) H (kJ/kg)
32,02 25 56,64 0,017 75,74
13. Integrasi stepwise
Cooling tower terbagi menjadi 10 bagian seperti dalam gamnbar di bawah ini,
dimana penurunan suhu air 1 °C pada tiap – tiap bagian seperti gambar di
bawah ini :
Gambar 4.10. Pembagian Ruas Volume Data Hamon
Keseimbangan energi pada bagian paling bawah (ruas 0 ke ruas 1) akan
memberikan hasil dari persamaan berikut :
= ℎ𝑎1 − ℎ𝑎0 =𝐿
𝐺 𝑥 (4,19
𝑘𝐽
𝑘𝑔. 𝐾) 𝑥 (𝑑𝑇. 𝐾)
= 1,824 x 4,19 kJ/kg.K x 1K
= 7,642 kJ/kg
42,7
°C
41,7
°C
40,7
°C
39,7
°C
38,8
°C
37,7
°C
36,7
°C
35,7
°C
34,7
°C
33,7
°C
32,7
°C
14
a. Air pada ruas bagian bawah ini memiliki suhu rata – rata = (32,7°C +
33,7°C)/2 = 33,2°C
b. Entalpi udara yang meninggalkan bagian paling bawah (ha1) adalah
ha1 = ha0 + kJ/kg
= 75,74 kJ/kg + 7,642 kJ/kg
= 83,382 kJ/kg
Maka rata – rata entalpi ha pada ruas ini adalah (75,74 kJ/kg + 83,382 kJ/kg)
/ 2 = 79,561 kJ/kg
c. Pada bagian paling bawah, air mempunyai suhu (hi) 33,2°C dan entalpi udara
jenuh pada suhu air ini adalah 139,21 kJ/kg (kalkulator steam properties)
d. Harga (hi – ha)m dalam bagian paling bawah ini yaitu :
= 139,21 kJ/kg – 79,561 kJ/kg
= 59,649 kJ/kg
Maka,
1
ℎ𝑖−ℎ𝑎=
1
59,649 𝑘𝐽/𝑘𝑔
= 0,0167 kJ/kg
e. Bergerak keatas menuju bagian kedua dari bawah, untuk mencari (h1 – ha)m
dilakukan prosedur yang sama. Entalpi udara yang masuk ke bagian kedua
dari bawah sama dengan entalpi udara yang meninggalkan bagian pertama
yaitu 80,893 kJ/kg. dihasilkan sebagai berikut :
Tabel 4.3 Nilai 1/(h1 – ha)m
bagian h1 rata - rata ha rata - rata (h1 - ha)m 1/(h1 - ha)m
1 140,46 79,561 60,899 0,01642063
2 144,64 87,203 57,437 0,01741038
3 148,82 94,845 53,975 0,0185271
4 153 102,487 50,513 0,01979688
5 157,18 110,129 47,051 0,02125353
6 161,36 117,771 43,589 0,02294157
7 165,54 125,413 40,127 0,02492088
8 169,71 133,055 36,655 0,02728141
9 173,89 140,697 33,193 0,03012683
10 178,07 148,339 29,731 0,03363493
jumlah 1/(h1 - ha)m 0,23231414
15
perhitungan – perhitungan untuk mencari jumlah 1
(ℎ𝑖−ℎ𝑎)𝑚 hingga ke ruas ke
sepuluh.
Dengan demikian dapat diketahui tingkat panas yang dilepas dari air :
ℎ𝑐𝐴
𝐶𝑝𝑚= 4,19 𝐿∆𝑡 ∑
1
(ℎ𝑖 − ℎ𝑎)𝑚
= 4,19 x 1101,09 kg/s x 1K x 0,23231414 kJ/kg
= 1071,796 kJ/s
4.2.2 Perhitungan Kinerja Existing Cooling Tower
Data spesifikasi existing cooling tower merupakan data yang diambil
berdasarkan hasil performance test cooling tower existing.
Table 4.4 Data Parameter Cooling Tower Existing
No Parameter Besaran satuan
1 Twb 25,24 ⁰ C
2 Tdb 31,87 ⁰ C
3 Tin Air 42,88 ⁰ C
4 Tout Air 35,89 ⁰ C
5 Debit Air 4.000 m³/h
6 Debit Udara
1.877.760
m³/h
1. Range = suhu air masuk (Tin air) – suhu air keluar (Tout air)
= 42,88 °C – 35,89 °C
= 6,99 °C
2. Approach = suhu air Keluar (Tout air) – suhu wet bulb (Twb)
= 35,89 °C – 25,24 °C
= 10,65 °C
3. Effektifitas = 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒
𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ+𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒𝑥 100%
= 6,99°𝐶
10,65°𝐶+6,99°𝐶𝑥 100%
16
= 40 %
4. Laju aliran Massa Air (L)
L = Qair x ρair 42,88 °C
Massa jenis air 42,88 °C pada table heat transfer = 995,404
(interpolasi)
L = 4000 m³/jam x 995,404 kg/jam
= 3.981.616 kg/jam
= 1106 kg/s
5. Laju aliran massa udara (G)
G = Qudara x ρudara 32,02 °C
Massa jenis udara 32 °C pada table heat and mass transfer = 1,156 kg/m³
= 1.877.760 m³/jam x 1,156 kg/m³
= 2.170.690,6 kg/jam
= 602,969 kg/s
6. Perbandingan L/G Cooling Range
L/G =3.981.616
602,969 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚
= 1,834
7. Menghitung kehilangan air akibat evaporator loss (We)
We = 0,00085 x 4000 m³/jam x 1,8 x (T1 - T2)
We = 0,00085 x 4000 m³/jam x 1,8 x (42,88 – 35,89)
= 42,778 m³/jam
8. Menghitung kehilangan air akibat drift loss (Wd)
Wd = 0,02% x 4000 m³/jam
= 3,6 m³/jam
9. Menghitung kehilangan air akibat Blow Down (Wb)
Wb = 42,778 𝑚3/𝑗𝑎𝑚
2,7−1 = 25,164 m³/jam
10. Menghitung make up water cooling tower
17
Make up water = 42,778 m³/jam + 3,6 m³/jam + 25,164 m³/jam
= 68,742 m³/jam
11. Kapasitas pendingin (Q) cooling tower
Q = ṁ x Cp x ∆T
Q = 1106 kg/s x 4,19 kJ/kg.K x 279,99 = 1.297.518 kJ/s
12. Diagram psikometrik untuk mencari kelembapan relative (Relative
Humidity), rasio kelembapan (humidity Ratio) dan enthalpi dari suhu bola
basah dan suhu bola kering dengan kondisi :
- Barometric pressure = 760 mmHg
- Atmosphere pressure = 101.325 kPa
Tabel 4.5 Nilai RH, HR & Entalpi berdasarkan kalkulator psikometrik.
TDB
(°C)
TWB
(°C)
RH
(%)
HR
(kg/kg)
H
(kJ/kg)
32,87 25,24 54,377 0,017 76,934
13. Integrasi stepwise
Cooling tower terbagi menjadi 10 bagian seperti dalam gamnbar di bawah
ini, dimana penurunan suhu air 1 °C pada tiap – tiap bagian seperti gambar
di bawah ini :
18
Gambar 4.11. Pembagian Ruas Volume Data Existing
Keseimbangan energi pada bagian paling bawah (ruas 0 ke ruas 1) akan
memberikan hasil dari persamaan berikut :
= ℎ𝑎1 − ℎ𝑎0 =𝐿
𝐺 𝑥 (4,19
𝑘𝐽
𝑘𝑔. 𝐾) 𝑥 (𝑑𝑇. 𝐾)
= 1,834 x 4,19 kJ/kg.K x 0,7 K
= 5,379 kJ/kg
a. Air pada ruas bagian bawah ini memiliki suhu rata – rata = (35,89 °C + 36,589
°C)/2 = 36,24 °C
b. Entalpi udara yang meninggalkan bagian paling bawah (ha1) adalah
ha1 = ha0 + 3,276 kJ/kg
= 76,934 kJ/kg + 5,379 kJ/kg
= 82,313 kJ/kg
Maka rata – rata entalpi ha pada ruas ini adalah (76,934 kJ/kg + 82,313 kJ/kg)
/ 2 = 79,623 kJ/kg
35,89 °C
36,94 °C
37,64 °C
38,34 °C
39,04 °C
39,73 °C
40,43 °C
41,13 °C
41,83 °C
42,53 °C
36,24 °C
19
c. Pada bagian paling bawah, air mempunyai suhu (hi) 36,24 °C dan entalpi
udara jenuh pada suhu air ini adalah 151,91 kJ/kg (kalkulator steam
properties)
harga (hi – ha)m dalam bagian paling bawah ini yaitu :
= 151,91 kJ/kg – 79,623 kJ/kg
=72,287 kJ/kg
Maka,
1
ℎ𝑖−ℎ𝑎=
1
72,287 𝑘𝐽/𝑘𝑔
= 0,0138 kJ/kg
d. Bergerak keatas menuju bagian kedua dari bawah, untuk mencari (h1 – ha)m
dilakukan prosedur yang sama. Sehingga dihasilkan sebagai berikut :
Tabel 4.6 Nilai 1/(h1 – ha)m
bagian h1 rata - rata ha rata - rata (h1 - ha)m 1/(h1 - ha)m
1 151,91 79,614 72,30 0,01383193
2 154,84 84,993 69,85 0,01431690
3 157,76 90,372 67,39 0,01483933
4 160,69 95,751 64,94 0,01539895
5 163,61 101,130 62,48 0,01600499
6 166,50 106,509 59,99 0,01666903
7 169,42 111,888 57,53 0,01738148
8 172,35 117,267 55,08 0,01815426
9 175,27 122,646 52,62 0,01900256
10 178,20 128,025 50,18 0,01993005
jumlah 1/(h1 - ha)m 0,16552947
perhitungan – perhitungan untuk mencari jumlah 1
(ℎ𝑖−ℎ𝑎)𝑚 hingga ke
ruas ke sepuluh.
Dengan demikian dapat diketahui tingkat panas yang dilepas dari air :
=ℎ𝑐𝐴
𝐶𝑝𝑚= 4,19 𝐿∆𝑡 ∑
1
(ℎ𝑖 − ℎ𝑎)𝑚
= 4,19 x 1106 kg/s x 0,699 K x 0,16552947 kJ/kg
= 536,193 kJ/s
20
4.3 Analisa Data Perbandingan Kondisi Existing Dengan Hamon Cooling
Tower
4.3.1 Hasil perhitungan Range, Approach, Cooling Range
Tabel 4.7 Nilai Perhitungan Range, Approach, Cooling Range
Data Tin
(°C)
Tout
(°C)
Twb
(°C)
Tdb
(°C)
Range
(°C)
Approach
(°C)
Cooling
Range
Hamon 42,7 32,7 25 32,02 10 7,7 1,824
Existing 42,88 35,89 25,24 31,87 6,99 10,65 1,834
Gambar 4.12. Grafik Kinerja Cooling Tower
Dari grafik di atas dapat diambil kesimpulan bahwa performance cooling
tower meningkat setelah dilakukan upgrade dengan desain dari hamon cooling
tower, dari parameter yang sama ketika melakukan performance test. Hamon
cooling tower mempunyai range yang lebih tinggi yaitu 10°C, sehingga mampu
menukar kalor dengan lebih baik menghasilkan temperature outlet cooling tower
dari 35,89°C menjadi 32,7°C.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Tin Tout Twb Tdb Range Approach CoolingRange
Grafik Kinerja Cooling Tower
Hamon CT Existing CT
Tem
per
ature
(°C
)
21
4.3.2 Hasil Perhitungan Evaporation Loss, Drift Loss, Blow Down, Dan Make
Up Water
Tabel 4.8 hasil perhitungan evaporation loss, drift loss, blow down, dan
make up water
Data We
(m³/jam)
WD
(m³/jam)
WB
(m³/jam)
Make up
(m³/jam)
Hamon CT 61,2 0,8 36 98
Existing CT 42,77 0,8 25,164 68,74
Gambar 4.13. Grafik Evaporation Loss, Drift Loss, Blow Down Dan Make Up
Water
Dari grafik di atas dapat diambil kesimpulan bahwa cooling tower existing
memerlukan air penambah sebanyak 68,74 ton / jam dan pada hamon cooling tower
memerlukan air penambah sebanyak 90 ton / jam
0
20
40
60
80
100
120
We Wd Wb Make Up
Grafik Losses Water
Hamon CT Existing CT
Tem
per
ature
(°C
)
22
4.3.3 Hasil Perhitungan Efektivitas Dan Tingkat Panas Yang Dilepas Cooling
Tower
Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Efektivitas Dan Tingkat Panas Yang Dilepas
Cooling Tower
Data Efektivitas (%) hcA/Cpm (kJ/s) Kapasitas cooling tower (kJ/s)
Hamon CT 56 1071,796 1.305.645
Existing CT 40 536,193 1.297.518
Dari tabel di atas dapat digambarkan grafik efektivitas dan tingkat panas
yang dilepas antara data teori dengan data actual cooling tower PLTU Tenayan.
Gambar 4.14. Grafik Efektivitas
Cooling tower existing mempunyai kapasitas sebesar 40%, ketika dilakukan
upgrade dengan desain baru dengan penambahan lapisan fill pack sebanyak 20 lapis
dan merubah posisi nozzle dapat meningkatkan efektivitas menjadi 56%
56
40
0
10
20
30
40
50
60
efektivitas
Efektivitas CT
Hamon CT Existing CT
( %
)
23
Gambar 4.15. Grafik Kapasitas Pendinginan Cooling Tower
Dari grafik di atas dapat disimpulkan untuk kapasitas pendinginan cooling
tower existing dapat melepas kalor sebesar 1.297.518 kJ/s dan pada hamon
cooling tower type induced draft fan counter flow sekitar 1.305.645 kJ/s.
1305645
1297518
1292000
1294000
1296000
1298000
1300000
1302000
1304000
1306000
1308000
Kapasitas CT
Grafik Kapasitas Cooling Tower
Hamon CT Existing CT
kJ/
s
Recommended