21
Jurnal, Juli 2013 Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup Muhammad Abdullah Hamidi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia Abstrak - Menara pendingin dibutuhkan dalam sistem tata udara pada gedung sebagai pendingin air kondenser. Menara pendingin yang digunakan pada penelitian ini bertipe forced draft - counter flow – indirect/ closed evaporative cooling tower. Penelitian ini berusaha untuk menunjukkan karakteristik performa menara pendingin sistem tertutup berupa nilai efektivitas, NTU (Number of Transfer Unit), kapasitas pendinginan, dan koefisien perpindahan kalor dan massa keseluruhan dari menara pendingin. Eksperimen dilakukan pada penukar kalor berupa koil dengan susunan bersilangan dengan diameter 3/8 inchi, yang memiliki jalur parallel. Hasil eksperimen kemudian dibandingkan dengan korelasi perpindahan kalor dan massa dasar yang ada pada textbook, juga dipadukan dengan simulasi CFD untuk menginvestigasi proses fisik yang terjadi di dalam kolom menara pendingin. Baik eksperimen, perhitungan teoritis, dan simulasi CFD, divariasikan dengan nilai laju massa air hangat, udara dingin, dan air semprot yang berbeda untuk memberikan deskripsi yang jelas tentang karakteristik performa dari menara pendingin sistem tertutup. Kata kunci: menara pendingin, pendinginan evaporatif, cfd. Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Karakteristik Unjuk Kerja

Menara Pendingin Sistem Tertutup

Muhammad Abdullah Hamidi

Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Abstrak - Menara pendingin dibutuhkan dalam sistem tata udara pada gedung

sebagai pendingin air kondenser. Menara pendingin yang digunakan pada penelitian

ini bertipe forced draft - counter flow – indirect/ closed evaporative cooling tower.

Penelitian ini berusaha untuk menunjukkan karakteristik performa menara pendingin

sistem tertutup berupa nilai efektivitas, NTU (Number of Transfer Unit), kapasitas

pendinginan, dan koefisien perpindahan kalor dan massa keseluruhan dari menara

pendingin. Eksperimen dilakukan pada penukar kalor berupa koil dengan susunan

bersilangan dengan diameter 3/8 inchi, yang memiliki jalur parallel. Hasil

eksperimen kemudian dibandingkan dengan korelasi perpindahan kalor dan massa

dasar yang ada pada textbook, juga dipadukan dengan simulasi CFD untuk

menginvestigasi proses fisik yang terjadi di dalam kolom menara pendingin. Baik

eksperimen, perhitungan teoritis, dan simulasi CFD, divariasikan dengan nilai laju

massa air hangat, udara dingin, dan air semprot yang berbeda untuk memberikan

deskripsi yang jelas tentang karakteristik performa dari menara pendingin sistem

tertutup.

Kata kunci: menara pendingin, pendinginan evaporatif, cfd.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 2: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

I. PENDAHULUAN

Ada beberapa tipe dari menara pendingin. Menara pendingin basah bekerja secara

aliran natural, atau aliran mekanis. Menara pendingin aliran mekanis sendiri bisa

berupa aliran tekan, atau aliran induksi. Aliran udara dan air bisa bertipe aliran lawan

arah, aliran silang, atau pun keduanya. Masing-masing tipe menara pendingin, punya

karakteristik tersendiri. Berdasarkan tipe kontak antara fluida panas dengan udara

pendinginnya, maka menara pendingin dibagi dua, yaitu yang kontak secara

langsung, dan kontak tidak langsung.

Pada menara pendingin kontak langsung, air dan udara yang bertemu secara

langsung menyebabkan adanya evaporasi dari air dan menyebabkan reduksi

temperatur secara simultan. Hasilnya yaitu air yang terevaporasi yang berbentuk

vapor(air yang berfasa gas) ditambahkan ke udara menyebabkan udara yang amat

lembab pada sisi keluaran udara. Air yang terevaporasi harus digantikan dengan air

baru untuk menjaga debit dari sirkulasi air pendinginan kondenser, air ini disebut air

pelengkap (make-up water). Air pelengkap pada menara pendingin kontak langsung

cukup besar, karena debit air dan udara yang saling kontak juga besar untuk menjaga

keefektifan dari menara pendingin ini. Untuk daerah perkotaan, konsumsi air pun

dibatasi. Gedung yang mengkonsumsi air yang banyak dapat digolongkan dalam jeis

gedung boros energy.

Pada tipe kontak langsung juga terjadi pengotoran pada air panas. Terlebih pada

daerah perkotaan, udara lingkungan yang digunakan untuk penginginan banyak

mengandung debu juga zat asam. Zat dan partikel tersebut akan tercampur pada air

panas dan menyembabkan pengotoran pada air. Hal ini dapat penyebabkan

pengotoran pada pipa kondenser yang menghambat perpindahan panas dari kondenser

ke air sirkulasi. Terlebih juga dapat menyebabkan karat pada pipa kondenser yang

terbuat dari tembaga. Pada menara pendingin kontak langsung menghasilkan polusi

suara berupa kebisingan yang terjadi akibat air dalam debit yang besar yang jatuh

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 3: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

langsung dan menumbuk ke permukaan. Meskipun menara pendingin ini terletak di

luar gedung, namun faktor ini tetap diperhatikan.

Untuk mengurangi faktor yang telah disebutkan di atas, maka menara pendingin

jenis kontak tidak langsung, atau lebih dikenal dengan sistem tertutup, digunakan

pada menara pengingin di gedung perkotaan. Pada menara pendingin sistem tertutup,

air hangat dan udara dingin dipisahkan dengan jalur pipa tembaga. Saat

pengoprasiannya, evaporasi dari air terjadi di sisi luar pipa tembaga yang terbasahi

oleh air sekunder. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan secara signifikan

perpindahan panas dari air primer ke udara atmosfir.

II. ALAT UJI DAN METODE PENELITIAN

Peralatan pengujian yang dipergunakan adalah “Mass and Heat Transfer

Experimental Apparatus”, yakni peralatan penelitian perpindahan kalor dan massa.

Kode dari alat ini ialah CT-336 V produksi Jepang.

Pertama dilakukan perhitungan koefisien keseluruhan perpindahan kalor, dengan

korelasi-korelasi yang terkait dengan fenomena yang terjadi pada sistem menara

pendingin sistem tertutup. Kemudian dilakukan pembuatan model yang meliputi

pembuatan geometri kolom, memasukkan persamaan matematis yang sesuai

disertai kondisi batas, dan melakukan meshing. Dimensi model disesuaikan

dengan alat exsisting untuk memperoleh hasil yang mendekati kondisi actual.

Kemudian dilakukan verifikasi model dengan memastikan bahwa simulasi

awal/dummy menunjukkan hasil yang dapat diterima(reasonable) dengan berbagai

model dan persamaan yang dijalankan saat perhitungan. Setelah melihat hasil

simulasi awal, optimasi meshing dapat dilakukan. Kemudian kembali melakukan

simulasi dengan berbagai variable masukan. Setelah itu dilakukan eksperimen

dimulai dengan instalasi coil penukar kalor pada alat existing. Kemudian dilakukan

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 4: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

pengujian dengan berbagai variable masukan dengan menjaga temperatur masukan

air konstan 380 C.

Gambar 1. skematik menara pendingin system tertutup

III. MODEL TEORITIS

Efektivitas dari menara pendingin dihitung dengan

! = !"#$%!"#$%!!""#$!%!

(1)

dengan,

range = to – ti

approach = ti – twi

Dengan mengintegrasikan persamaan kesetimbangan energi, dari inlet ke outlet

menara pendingin dengan ts konstan memberikan persamaan;

!!!!!!!!

= ln !!,!!!!!!,!!!!

(2)

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 5: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Untuk perpindahan panas antara udara saturasi - air semprot dengan udara

keseluruhan, diwakili dengan perubahan entalpi berdasarkan persamaan Merkel,

dengan mengintegrasikan persamaan tersebut dari udara inlet ke outlet memberikan;

!!!!!

= ln !"!!!!,!!"!!!!,!

(3)

Persamaan 2 dan 3 terdapat nilai log-mean dari perbedaan temperatur dan entalpi.

Nilai Uo dan K merupakan nilai perpindahan kalor dan massa keseluruhan.

Sedangkan untuk nilai Uo teoritis dihitung dengan persamaan

!!!!

= !!!!!!

+  !!"## +  !

!!!!! (4)

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Simulasi CFD

Simulasi dilakukan dengan kriteria konvergensi persamaan energi sebesar 1e-06,

dan 1e-03 untuk persamaan lainnya(kontinuitas, momentum, k, epsilon, h2o), dan

simulasi konvergen pada iterasi 130-150.

Gambar 2. vektor kecepatan pada menara pendingin

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 6: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Dari vektor kecepatan terlihat bahwa memang kecepatan udara dingin sebagai

media perpindahan meningkat saat melewati susunan koil penukar kalor.

Meningkatnya kecepatan udara tentunya juga meningkatkan bilangan reynold,

nusselt, dan koefisien perpindahan panas konveksinya. Dari vektor kecepatan juga

terlihat adanya turbulensi pada daerah sebelum masuk ke susunan koil. Disebabkan

karena udara masuk sebelumnya tidak didistribusi merata sebelum masuk kolom.

Kecepatan tertinggi justru berada pada daerah drift eliminator akibat perubahan luas

yang signifikan.

Kesetimbangan Energi

Gambar 3. kesetimbangan energi antara sisi udara dan sisi air

Nilai kesalahan dari perbandingan kesetimbangan pada eksperimen tidak melebihi

30% dari garis kesetimbangan, artinya eksperimen ini dapat cukup diterima. Dari

grafik, dapat menjadi catatan bahwa grafik menunjukkan nilai perubahan energi pada

sisi udara cenderung lebih besar dari pada sisi air.

Efektifitas Bola Basah

Nilai efektivitas dari menara pendingin diperoleh dari persamaan (2.44). Grafik

(3) dan (4) menunjukkan pengaruh laju alir massa udara dan air terhadap nilai

efektivitas dari menara pendingin.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 7: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Gambar 3. Grafik efektivitas dengan variasi laju massa udara

Nilai efektivitas semakin tinggi seiring dengan semakin banyaknya massa udara

yang dialirkan. Sebaliknya, nilai efektivitas semakin turun dengan bertambahnya

jumlah air hangat yang didinginkan.

Gambar 3. Grafik efektivitas vs laju massa udara (variasi laju massa air semprot)

Nilai efektivitas meningkat dengan bertambahnya laju massa air semprot. Nilai

efektivitas terbesar ialah dengan mengalirkan secara maksimum massa udara dan

massa air semprot.

Pada gambar 5, dapat dilihat efek rasio laju massa air hangat disbanding dengan

laju massa udara. Dari grafik tersebut terlihat bahwa, nilai efektivitas memiliki

kecendrungan untuk berkurang seiring dengan meningkatknya rasio mw/ma.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 8: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Gambar 5. Grafik Efektivitas vs rasio mw/ma

Nilai efektivitas dipengaruhi oleh besarnya laju alir massa dari air hangat dan

udara dingin. Semakin sedikit jumlah air hangat yang didinginkan, maka nilai

efektivitas semakin berkurang. Sebaliknya, semakin banyak jumlah udara dingin

yang dialirkan maka nilai efektivitas semakin bertambah.

Number of Transfer Unit (NTU)

Nilai NTU merepresentasikan kinerja menara pendingin. Nilai ini akan cenderung

konstan dengan berbagai variasi jumlah aliran air dan udara yang terjadi dalam sistem

menara pendingin. Dengan persamaan (2.43). nilai NTU diselesaikan secara numeric,

dan menghasilkan nilai yang diplot pada Gambar

Gambar 6. Nilai NTU dengan pengaruh rasio mw/ma

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 9: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Tidak seperti pada nilai efektivitas pada gambar 3, nilai NTU yang sama-sama

dijadikan patokan performa dari menara pendingin memiliki kecendrungan yang

berbeda. Nilai NTU terlihat tidak memiliki kecendrungan akibat berubahnya variasi

udara maupun air hangat.

Gambar 7. Grafik NTU vs laju massa udara (variasi laju massa air semprot)

Dengan laju massa air hangat sebesar 300 kg/jam, dengan laju massa air semprot

yang besar, nilai NTU berada di angka 0,5 dan mengalami penurunan seiring

bertambahnya laju massa udara.

Gambar 5. Grafik nilai NTU vs rasio ms/ma

Kecendrungan nilai NTU dapat dilihat dengan mengeplot grafik perbandingan

nilai NTU dengan rasio laju massa air semprot(ms) dengan laju massa udara(ma). dari

grafik menunjukkan bahwa nilai NTU akan semakin besar seiring dengan semakin

besarnya rasio ms/ma.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 10: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Garis Operasi Menara Pendingin

Gambar 6. garis operasi menara pendingin pada diagram psychrometric

Garis operasi pada menara pendingin dapat di plot pada diagram psychrometric

ataupun grafik entalpi-temperatur. Garis operasi menara pendingin pada diagram

psychrometric dapat dilihat pada gambar 9.

Pada gambar, diplot salah satu data (yang cukup merepresentasikan data lain)

pada diagram psychrometric, akan terlihat kurva actual dari udara yang cenderung

lurus. Hal ini menunjukkan bahwa menara pendingin sistem tertutup hanya

memanfaatkan panas laten dari evaporasi untuk pembuangan panasnya. Ditandai

dengan tidak berubahnya temperature bola kering(bahkan cenderung sedikit turun)

dan bertambahnya jumlah grain atau butiran air yang terkandung dalam udara saat

keluar dari kolom menara pendingin.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 11: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Gambar 7. Grafik H-T untuk garis operasi menara pendingin

Pengaruh variasi laju massa air semprot(ms) pada garis operasi menara pendingin

dapat dilihat pada grafik 10. Pada eksperimen, temperature inlet yang dimasukkan

seragam, yaitu 38 oC, laju massa air hangat konstan sebesar 300 kg/jam, dan laju

massa udara sebesar 270 kg/jam. Pada grafik H-T di atas dapat dilihat range menara

pendingin atas variasi laju massa air semprot yang menunjukkan bahwa besar range

berbanding lurus dengan laju massa air semprot. Sedangkan, gradient kemiringan dari

garis operasi cenderung sama untuk setiap variasi.

Gambar 8. Garis operasi pada grafik H-T

Pada grafik 11, terlihat pengaruh variasi laju massa udara(ma) pada garis operasi

menara pendingin pada grafik H-T. Grafik di atas ialah garis operasi pada

temperature inlet 38 oC, laju massa air hangat konstan sebesar 300 kg/jam, dan laju

massa air semprot 66 kg/jam. Range menara pendingin atas variasi laju massa air

semprot yang menunjukkan bahwa besar range berbanding lurus dengan laju massa

udara. Gradient kemiringan dari garis operasi berbanding terbalik dengan laju massa

udara.

Kapasitas Pendinginan

Grafik 12 Menunjukkan nilai buang panas menara pendingin yang divariasikan

dengan jumlah laju alir air hangat. Meskipun dalam grafik 5 menunjukkan bahwa

efektivitas pada laju aliran air hangat yang besar, efektivitas semakin kecil. Pada

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 12: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

grafik 12 Menunjukkan bahwa semakin besar laju massa air hangat, kapasitas

pendinginan menara pendingin akan semakin besar.

Gambar 9. Grafik kapasitas pendinginan dengan variasi laju massa air hangat &

air semprot

Pada grafik juga diplot nilai prediksi perhitungan dengan menggunakan rasio laju

massa air semprot sebesar 1. Nilai eksperimen menunjukkan kapasitas pendinginan

yang lebih kecil dari prediksi. Namun dari grafik dapat dilihat bahwa plot garis

teoritis(perhitungan) dan eksperimen memiliki kecendrungan yang sama.

Gambar 10. Grafik kapasitas pendinginan vs laju massa air semprot (variasi laju

massa udara)

Nilai buang panas menara pendingin yang divariasikan dengan jumlah laju alir air

semprot. Pada grafik 13 Menunjukkan bahwa laju massa air semprot dan laju massa

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 13: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

udara, berbanding lurus dengan nilai kapasitas pendinginan. Hasil prediksi/ teoritis

juga menunjukkan nilai yang lebih besar dari data eksperimen.

Gambar 11. Grafik Kapasitas pendinginan vs air tambahan

Grafik di atas menunjukkan bahwa nilai kapasitas pendinginan berbanding lurus

dengan besarnya jumlah air tambahan (yang dihitung dengan persamaan 2.45), yang

juga merupakan massa air semprot yang terevaporasi. Semakin besar nilai make-up

water teoritis, maka akan semakin meningkatkan kapasitas pendinginan akibat kalor

laten air yang terevaporasi

Gambar 12. Grafik kalor evaporasi berdasarkan eksperimen dan prediksi kalor laten

maksimum

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 14: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Pada gambar 15, nilai kapasitas kalor menara pendingin yang diperoleh dari

eksperimen, dievaluasi dengan analogi Zukauskas untuk memprediksi besarnya nilai

kalor laten maksimum yang terjadi pada permukaan susunan koil penukar kalor.

Nilai kapasitas buang kalor pada eksperimen hanya sebesar 50-60% dari nilai

teoritis. Pada nilai teoritis di grafik 15, nilai diplot berdasarkan persamaan (2.27)

dengan asumsi bahwa seluruh permukaan koil terbasahi dengan lapisan air yang amat

tipis dan terjadi evaporasi pada seluruh permukaannya. Nilai yang menyimpang pada

data eksperimen dengan hasil perhitungan teoritis disebabkan tidak terpenuinya

asumsi ini. Penyederhanaan yang dipakai pada perhitungan korelasi dan juga karena

tidak seluruh permukaan koil yang terlapisi oleh air semprot (seperti yang

ditunjukkan pada gambar 16) sehingga evaporasi yang terjadi semakin kecil. Jika

nilai kalor evaporasi eksperimen pada grafik 15 dibandingkan dengan nilai kapasitas

pendinginan pada grafik 13 dan 4.14, maka terlihat bahwa seharusnya nilai kapasitas

pendinginan dapat lebih besar. Penyerapan panas akibat kalor laten evaporasi yang

terjadi tidak seluruhnya dimanfaatkan untuk pembuangan panas pada air hangat,

namun nyatanya terpakai menjadi pendinginan pada sisi udara.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 15: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Gambar 13. Distribusi dari lapisan air semprot pada pipa[7]

Penelitian ini memang bertujuan untuk memberikan gambaran karakteristik

performa dari menara pendingin sistem tertutup, namun dari data eksperimen, dapat

dinilai spesifikasi pendinginan dari menara pendingin ini. Dalam satuan refrigerasi

ton, nilai buang kalor maksimun dari miniature menara pendingin ini sebesar 0,4 RT.

Dengan variasi laju massa udara dan air hangat, nilai RT dapat dilihat pada gambar

17.

Gambar 14. Kapasitas pendinginan dalam RT

Peristiwa Perpindahan

Nilai koefisien perpindahan panas dapat diplot pada grafik dengan menggunakan

persamaan 2.38, sedangkan persamaan 2.39 untuk menentukan koefisien perpindahan

massa.

Pada gambar 18, data hasil eksperimen dibandingkan dengan korelasi pada

persamaan(2.40) dan simulasi CFD. Dari grafik terlihat bahwa terjadi penyimpangan

data eksperimen dengan prediksi. Nilai K dari persamaan(2.40) mendekati nilai

eksperimen. Lain halnya dengan nilai yang ditunjukkan simulasi CFD yang

menunjukkan nilai K yang lebih kecil, karena sulit untuk menggambarkan kondisi

batas yang sesuai untuk pemodelan evaporasi pada menara pendingin. Pada simulasi

CFD, evaporasi akan semakin besar dengan membuat butiran air untuk air semprot

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 16: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

(pada fase diskrit) menjadi lebih kecil. Pada simulasi yang dilakukan, diameter

butiran air semprot sebesar 1 mm.

Gambar 15. Grafik koefisien perpindahan massa

Nilai K berbanding lurus dengan besarnya laju massa udara. Untuk laju massa air

semprot yang kecil, gradient kenaikan nilai K cenderung kecil. Gradien kenaikan nilai

K juga berbanding lurus dengan besarnya laju massa air semprot.

Gambar 16. Grafik koefisien perpindahan panas vs laju massa air semprot

Pada gambar 14, data hasil eksperimen dibandingkan dengan perhitungan teoritis

untuk menghitung nilai Uo. Dari grafik terlihat bahwa terjadi penyimpangan data

eksperimen dengan prediksi. Meskipun terlihat trend kenaikan yang sama seiring

dengan meningkatnya laju massa air semprot.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 17: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Hilang Tekan

Besarnya hilang ketinggian(head losses) yang disebabkan oleh jalur aliran air

pada susunan pipa amat berpengaruh pada daya pompa. Semakin besar hilang

ketinggian, maka daya pompa yang dibutuhkan akan semakin besar. Ini

mempengaruhi efisiensi dan penghematan energy untuk menara pendingin system

tertutup.

Gambar 17. Grafik jatuh tekan dengan variasi laju massa udara pada susunan koil

Pada gambar 20, terlihat grafik pengaruh laju massa air hangat terhadapt besarnya

nilai hilang ketinggian. Grafik di atas diplot dengan persamaan hilang tekan secara

perhitungan/teoritis pada sub bab 3.4, dengan variasi perubahan laju massa udara.

Dari grafik tersebut terlihat bahwa besarnya jatuh tekan berbanding lurus dengan

besarnya laju massa air hangat yang mengalir pada susunan koil penukar kalor.

Sedangkan untuk hilang tekan yang terjadi pada aliran udara, semakin besar

seiring dengan tinggi kolom menara pendingin, dapat dilihat pada hasil kontur

tekanan statik yang ditunjukkan pada gambar 20. Hilang tekan juga semakin besar

seiring dengan naiknya laju massa udara.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 18: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

Gambar 18. Grafik jatuh tekan dengan variasi laju massa udara pada susunan koil

Nilai jatuh tekan sesaat sebelum udara memasuki susunan koil penukar kalor, dan

sesaat setelah melewati koil yang di dapat dari simulasi CFD dibandingkan dengan

hasil perhitungan teoritis pada persamaan(2.49) dengan analogi Zhukauskas. Nilai

cenderung berbeda karena pada perhitungan teoritis, kecepatan udara dianggap

seragam ketika memasuki susunan koil, padahal pada kenyataannya berbeda karena

sisi inlet dari udara terletak di bagian samping menara pendingin.

Gambar 19. Grafik pengaruh nilai jatuh tekan atas laju massa udara pada kolom

menara pendingin

Dari data eksperimen untuk hilang tekan yang terjadi, dilakukan komparasi

dengan data hilang tekan dari simulasi CFD. Terlihat nilai jatuh tekan pada simulasi

CFD hanya sekitar sebesar 50% dari hasil eksperimen. Hal ini disebabkan karena

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 19: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

simulasi CFD dilakukan dengan domain 2D, sehingga luas permukaan bagian inlet

dan outlet pada kolom sama panjang dengan kolom.

Gambar 20. Kontur tekanan statik pada kolom menara pendingin

V. KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah bahwa peningkatan

jumlah massa alir air semprot, menyebabkan naiknya nilai efektivitas, perpindahan

panas dan perpindahan massa keseluruhan, dan kapasitas pendinginan dari menara

pendingin. Kemudian ada nilai minimum bagi laju alir massa air semprot, dimana di

bawah ketinggian tersebut perpindahan panas dan massa menunjukkan nilai yang

tidak signifikan.

Pada pendingin evaporative langsung, biasanya panas buang memanfaatkan kalor

laten evaporasi sebesar 80%, dan kalor sensible udara sebesar 20%, namun panas

buang pada menara pendingin system tertutup ini memanfaatkan 100% kalor laten

evaporasi. Untuk Nilai koefisien perpindahan massa, cenderung stabil untuk laju

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 20: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

massa air semprot yang kecil. Dengan adanya Simulasi CFD sendiri, secara detail

menggambarkan fenomena fisik yang terjadi dalam kolom menara pendingin.

DAFTAR PUSTAKA

[1] ASHRAE Handbook, Fundamentals. 2005. American Society of Heating,

Refrigeration and Air Conditioning Engineers Inc., Atalanta.

[2] ASHRAE Handbook, HVAC Sistem and Equipment. 2008. American Society

of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers Inc., Atalanta.

[3] Cheremisinoff, N.P., Cheremisinoff, P.N. 1981. Cooling Towers – Selection,

Design, and Practice. Ann Arbor Science: Michigan.

[4] Duan, Z., Zhan, C., Zhang, X. (2012). Indirect Evaporative Cooling: Past,

Present And Future Potentials. Renewable and Sustainable Energi Reviews,

16. Pp. 6823–6850.

[5] Facao, J., Oliveira, A. (2004). Heat And Mass Transfer Correlations For The

Design Of Small Indirect Contact Cooling Towers. Applied Thermal

Engineering, 24. Pp. 1969–1978.

[6] Hasan, Ala Ali. 2005. Performance Analysis Of Heat Transfer Processes

From Wet And Dry Surfaces: Cooling Towers And Heat Exchangers. PhD

Dissertation, Helsinki University of Technology

[7] Hasan, Ala. Siren, Kai. (2002). Theoritical and Computational Analysis of

Closed Wet Cooling Towers and its Aplications in Cooling Buildings. Energy

and Buildings, 34. Pp. 477-486

[8] Holman, Jack P., Lyold, John. 2010. HEAT TRANSFER. Mcgraw-Hill: New

York.

[9] Incropera, Frank P., Bergman, Theodore L. 2011. Fundamentals of Heat and

Mass Transfer. John Wiley & Sons, Inc: New York.

[10] Instruction Manual for Mass and Heat Transfer Experimental Apparatus.

1987. Ogawa Seiki Co., LTD. Tokyo, Japan.

[11] Panjaitan, John R. 1995. Karakteristik dan Unjuk Kerja Kondenser

Evaporatif. Skripsi, Universitas Indonesia.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013

Page 21: Karakteristik Unjuk Kerja Menara Pendingin Sistem Tertutup

Jurnal, Juli 2013

[12] Shim, G.J., Baek, S.M., Moon, C.G., Lee, H.S. (2008). Performance

Characteristics of a Closed Circuit Cooling Tower with Multi Path. Heat

Transfer Engineering, 31. Pp. 992-997.

[13] Stabat, P., Marchio D. (2003). Simplified Model For Indirect-Contact

Evaporative Cooling-Tower Behavior. Applied Energi, 78. Pp. 433–451.

[14] Suardi, Karim. 1990. Karakteristik Fill Menara Pendingin Jenis Tekan Paksa,

Aliran Lawan Arah. Skripsi, Universitas Indonesia.

Karakteristik unjuk…, Muhammad Abdullah Hamidi, FT UI, 2013