Cooling Tower.docx

Cooling tower/Menara Pendingin Cooling tower/menara pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu air dengan cara mengekstraksi panas dari air. Menara pendingin menggunakan penguapan, dimana sebagian air menguap ke dalam aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfer. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari perangkat yang hanya menggunakan udara pendingin ( seperti radiator dalam mobil), dan lebih hemat biaya dan energi.

Components of a cooling tower Komponen dasar sebuah menara pendingin meliputi rangka dan casing, pengisi, kolam air dingin, eliminator drift, inlet udara, kisi, nozel dan kipas angin. Hal ini dijelaskan di bawah ini. Frame dan casing. Hampir semua menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (casing), motor, fan, dan komponen lainnya. Dengan beberapa desain yang lebih kecil, seperti beberapa unit fiber glass, casing mungkin dasarnya menjadi frame. Isi. Hampir seluruh menara menggunakan bahan pengisi (terbuat dari plastik atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air. Ada dua jenis pengisi: * Splash pengisi: air jatuh diatas lapisan yang berurut dari bar percikan horisontal, terus membobol tetesan kecil, sementara juga membasahi permukaan pengisi. Percikan plastik mengisi mempromosikan perpindahan panas lebih baik daripada percikan kayu mengisi. * Film pengisi: terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak yang berdekatan dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk lapisan film tipis dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat berbentuk datar, bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Jenis film pengisi

adalah lebih efisien dan menyediakan transfer panas yang sama dalam volume yang lebih kecil daripada pengisi splash. Kolam air dingin. Cekungan air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan mengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin. Dalam beberapa desain, cekungan coldwater adalah bawah seluruh bahan pengisi. Dalam beberapa forced draft desain aliran yang berlawanan, namun, air di bagian bawah bahan pengisi disalurkan ke bak yang berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai cekungan air dingin. Kipas angin Propeller dipasang di bawah pengisi untuk meniup udara ke atas melalui menara. Dengan desain ini, menara dipasang pada landasannya, memberikan akses mudah ke penggemar dan motor mereka. Drift eliminator. Ini tetesan air menangkap terperangkap dalam aliran udara yang lain akan hilang ke atmosfer. Inlet udara. Ini adalah titik masuk untuk udara masuk menara. Inlet bisa memakan waktu hingga seluruh sisi menara (desain aliran melintang) atau berada rendah di samping atau bagian bawah menara (desain aliran berlawanan arah). Kisi-kisi. adalah untuk menyamakan aliran udara ke dalam pengisi dan mempertahankan air dalam menara. Banyak kontra desain menara aliran tidak memerlukan louver. Nozel. Ini semprotan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam di bagian atas pengisi adalah penting untuk mencapai pembasahan yang tepat dari seluruh permukaan pengisi. Nozel dapat diperbaiki dan semprot dalam pola bulat atau persegi, atau mereka dapat menjadi bagian dari perakitan berputar seperti yang ditemukan di beberapa menara penampang melingkar. Fans. Kedua aksial (jenis baling-baling) dan kipas angin sentrifugal yang digunakan dalam menara. Umumnya, Kipas angin baling-baling yang digunakan dalam rancangan menara diinduksi dan kedua baling-baling dan sentrifugal Kipas angin ditemukan di Menara draft paksa. Tergantung pada ukuran, jenis Kipas angin propeller yang digunakan adalah lapangan tetap atau variabel. Sebuah kipas dengan bilah lapangan non-otomatis disesuaikan dapat digunakan selama rentang kW luas karena kipas dapat disesuaikan untuk memberikan aliran udara yang diinginkan pada konsumsi daya terendah. Otomatis Baling-baling yang dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi beban.

TYPES OF COOLING TOWERS 2.1 Natural draft cooling tower Natural draft Aliran udara secara alami karena perbedaan suhu antara udara sekitar dan udara panas di dalam menara. Seperti udara panas bergerak ke atas melalui menara (karena udara panas naik), udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Karena tata letak menara, tidak ada kipas yang diperlukan dan hampir tidak ada sirkulasi udara panas yang dapat mempengaruhi kinerja. Beton digunakan untuk dinding menara dengan ketinggian hingga 200 m.

Menara pendingin tersebut kebanyakan hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal. Ada dua jenis utama rancangan menara alami:

Cross flow tower (Gambar 2): udara ditarik melintasi air yang jatuh dan pengisi terletak di luar menara Counter flow tower (Gambar 3): udara dihisap melalui air yang jatuh dan oleh karena itu bahan pengisi terletak dibagian dalam menara, walaupun desain tergantung pada kondisi tempat yang spesifik

2.2 Mechanical draft cooling tower Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh ke bawah di atas permukaan pengisi, yang membantu meningkatkan waktu kontak antara air dan udara - ini membantu memaksimalkan perpindahan panas antara keduanya. Tingkat pendinginan menara draft mekanis tergantung pada berbagai parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, mengisi untuk ketahanan sistem dll Menara draft mekanik tersedia dalam berbagai macam kapasitas. Towers dapat berupa rakitan pabrik atau didirikan dilapangan - sebagai contoh menara beton hanya bisa dibuat dilapangan. Banyak menara yang dibangun sehingga mereka dapat dikelompokkan bersama-sama untuk mencapai kapasitas yang diinginkan. Jadi, banyak menara pendingin yang merupakan rakitan dari dua atau lebih menara pendingin individu atau "sel." Jumlah sel yang mereka miliki, misalnya, sebuah menara delapan sel, dinamakan sesuai dengan menara tersebut. Beberapa menara-sel dapat linear, persegi, atau bundar tergantung pada bentuk sel individu dan apakah saluran udara masuk ditempatkan pada sisi atau dibawah sel.

Table 1. Main features of different types of draft cooling towers (based on AIRAH) Tabel 1. Fitur utama dari berbagai jenis rancangan menara pendinginan (berdasarkan AIRAH) Type of cooling tower Menara pendingin forced draft (Gambar 4): udara ditiupkan melalui menara dengan kipas yang terletak di saluran masuk udara

Advantages  Cocok untuk hambatan udara tinggi karena Kipas angin blower sentrifugal  Fans relatif tenang

Induced draft lintas aliran menara pendingin (Gambar 5):  Air masuk pada puncak dan melewati pengisi  Udara masuk dari salah satu sisi (menara aliran tunggal) atau sisi yang berlawanan (menara gandaaliran)  sebuah draft fan diinduksi menarik udara di pengisi menuju pintu keluar di atas menara Induced draft kontra aliran menara pendingin (Gambar 6):  air panas masuk di bagian atas

Kurang resirkulasi dibandingkan Menara draft dipaksakan karena kecepatan udara keluar adalah 3-4 kali lebih tinggi dari udara masuk

Disadvantages Resirkulasi udara karena kecepatan udara masuk tinggi dan kecepatan udara keluar rendah, hal ini dapat diatasi dengan lokasi menara di ruang pabrik dan dikombinasikan dengan saluran pembuangan Fan dan mekanisme penggerak motor memerlukan perhatian khusus dari pengaruh kelembaban dan korosi karena kipas berada di jalan keluar udara lembab.

 

udara masuk bawah dan keluar di bagian ata menggunakan paksa dan induced draft Kipas angin

3. ASSESSMENT OF COOLING TOWERS PENILAIAN KINERJA MENARA PENDINGIN Bagian ini menjelaskan bagaimana kinerja kekuatan pendinginan dapat dinilai .3 Kinerja menara pendingin dievaluasi untuk mengkaji tingkat approach dan range saat ini terhadap nilai desain, mengidentifikasi area terjadinya pemborosan energi dan memberikan saran perbaikan. Selama evaluasi kinerja, peralatan pemantauan yang portable digunakan untuk mengukur parameter berikut:

       

Temperatur bola basah (wet bulb) dari udara Temperatur udara kering (Dry bulb) Temperatur air masuk Cooling tower Temperatur air keluar Cooling tower Temperatur udara keluar (Exhaust) Beban listrik dari pompa dan kipas Kecepatan aliran air Kecepatan aliran udara

parameter terukur, kemudian digunakan untuk menentukan kinerja menara pendingin dengan beberapa cara. (Catatan: CT = menara pendingin, CW = air pendingin). Ini adalah: a) Range (lihat Gambar 7). Ini adalah perbedaan antara suhu air masuk dan keluar menara pendingin. Range CT yang tinggi berarti bahwa menara pendingin mampu menurunkan suhu air secara efektif, dan kinerjanya bagus. Rumusnya adalah: CT Range (° C) = [CW inlet suhu (° C) - suhu keluar CW (° C)] b) Pendekatan (Approach). adalah perbedaan antara suhu air keluar menara pendingin dan suhu wet bulb ambien. Approach semakin rendah semakin baik kinerja menara pendingin. 'approach' merupakan indikator yang lebih baik untuk kinerja menara pendingin. CT Pendekatan (° C) = [suhu keluar CW (° C) - suhu wet bulb (° C)] c) Efektivitas. adalah rasio antara jarak dan rentang yang ideal (dalam persentase), atau = Rentang / (Rentang + Approach). Semakin tinggi rasio ini, semakin tinggi efektivitas menara pendingin. Efektivitas CT (%) = 100 x (suhu CW - keluar CW) / (CW dalam suhu - WB temp) d) Kapasitas Pendinginan: adalah panas yang dibuang setiap jam operasi (kKal / jam) atau TR, sebagai hasil dari kecepatan aliran massa air, panas spesifik dan perbedaan suhu. e) Kehilangan penguapan. adalah jumlah air yang diuapkan untuk tugas pendinginan. Secara teoritis jumlah penguapan mencapai 1,8 m3 untuk setiap 1.000.000 kkal panas yang dibuang. Rumus berikut dapat digunakan (Perry): Kehilangan penguapan (m3/jam) = 0,00085 x 1,8 x laju sirkulasi (m3/jam) x (T1-T2) T1 - T2 = perbedaan suhu antara air masuk dan keluar

f)

Siklus konsentrasi Cycles of concentration (C.O.C). adalah rasio padatan terlarut dalam sirkulasi air dan padatan terlarut dalam air make up. g) Kehilangan Blow down tergantung pada siklus konsentrasi dan kehilangan penguapan dan dihitung dengan rumus: Blow down = Penguapan kerugian / (C.O.C. - 1) h) Cair / Gas (L / G) ratio. L / G rasio sebuah menara pendingin adalah rasio antara air dan laju aliran massa udara. Menara pendingin memiliki nilai desain tertentu, namun variasi penyesuaian diperlukan yaitu penyesuaian air dan laju aliran udara untuk mendapatkan efektivitas terbaik menara pendingin. Penyesuaian dapat dilakukan dengan merubah beban kotak air atau penyesuaian sudut blade. Secara termodinamika bahwa panas yang dibuang dari air harus sama dengan panas yang diserap oleh udara sekitarnya. L (T1 - T2) = G (h2 - h1) L / G = (h2 - h1) / (T1 - T2) dimana: L / G rasio aliran cair dan massa gas (kg / kg) T1 = suhu air panas (0C) T2 = suhu air dingin (0C) h2 = entalpi uap campuran udara-air keluar pada suhu bola basah h1 = entalpi uap campuran udara-air inlet pada suhu bola basah

4. ENERGY EFFICIENCY OPPORTUNITIES PELUANG EFISIENSI ENERGI Bagian ini meliputi area utama untuk meningkatkan efisiensi energi menara pendingin. Area utama untuk penghematan energi adalah: 4 􀂃 Pemilihan menara pendingin yang benar (sebab aspek struktural menara pendingin tidak dapat diubah setelah diinstal) 􀂃 Bahan pengisi 􀂃 Pompa dan sistem distribusi air 􀂃 Fan dan motor

4.1 Selecting the right cooling towers Setelah sebuah menara pendingin di tempat itu sangat sulit untuk secara signifikan meningkatkan kinerja energi. Sejumlah faktor berpengaruh pada kinerja menara pendingin dan harus dipertimbangkan ketika memilih sebuah menara pendingin: kapasitas, range, approach, beban panas, suhu wet bulb, dan hubungan antara faktor-faktor ini. Hal ini dijelaskan di bawah ini. 4.1.1 Kapasitas Disipasi panas (dalam kKal / jam) dan laju alir tersirkulasi (m3/jam) merupakan indikasi kapasitas menara pendingin. Namun, parameter-parameter desain tersebut tidak cukup untuk memahami kinerja menara pendingin. Sebagai contoh, sebuah menara pendingin untuk mendinginkan 4540 m3/jam melalui Kisaran

13,9 0C mungkin lebih besar dari menara pendingin untuk mendinginkan 4540 m3/jam melalui kisaran 19,5 0C. Oleh karena itu parameter desain juga diperlukan 4.1.2 Range Rentang ditentukan bukan oleh menara pendingin, tetapi proses itu adalah melayani. Kisaran di exchanger ditentukan sepenuhnya oleh beban panas dan tingkat sirkulasi air melalui exchanger dan pergi ke air pendingin. Range merupakan fungsi dari beban panas dan aliran yang disirkulasikan melalui sistim: Rentang 0C = Beban panas (dalam kKal / jam) / Laju sirkulasi air (l / jam) Menara pendingin biasanya ditentukan untuk mendinginkan laju aliran tertentu dari satu suhu ke suhu lain pada suhu wet bulb tertentu. Sebagai contoh, menara pendingin mungkin ditentukan untuk mendinginkan 4540 m3/jam dari 48.9oC sampai 32.2oC pada 26.7oC suhu wet bulb. 4.1.3 Pendekatan Sebagai aturan umum, semakin dekat pendekatan terhadap wet bulb, semakin mahal menara pendingin karena meningkatnya ukuran. Biasanya pendekatan 2.8oC dengan desain wet bulb merupakan suhu air terdingin bahwa pendinginan produsen tower akan menjamin. Bila ukuran menara harus dipilih, maka pendekatan yang paling penting, diikuti oleh laju aliran, dan jangkauan dan wet bulb akan kurang penting. Pendekatan (5.50C) = suhu air dingin 32,2 0C - suhu bola basah (26,7 0C) 4.1.4 Beban panas Beban panas yang diberikan pada menara pendingin ditentukan oleh proses yang dilayani. Tingkat pendinginan yang diperlukan dikontrol oleh suhu operasi proses yang dikehendaki. Dalam kebanyakan kasus, suhu operasi yang rendah diinginkan untuk meningkatkan efisiensi proses atau untuk memperbaiki kualitas atau kuantitas produk. Namun, dalam beberapa penggunaan (misalnya mesin pembakaran internal) suhu operasi yang tinggi yang diinginkan. Ukuran dan harga menara pendingin meningkat dengan meningkatnya beban panas. Pembelian peralatan (jika beban panas yang dihitung terlalu rendah) dan peralatan kebesaran (jika beban panas yang dihitung terlalu tinggi) adalah sesuatu yang harus diperhatikan. Beban panas proses dapat bervariasi tergantung pada proses yang terlibat dan karena itu sulit untuk menentukan secara akurat. Di sisi lain, AC dan beban pendinginan panas dapat ditentukan dengan akurasi yang lebih besar. Informasi tersedia untuk kebutuhan pembuangan panas berbagai jenis peralatan tenaga. Sebuah daftar sampel adalah sebagai berikut (BEE, 2004): 􀂃 Air Compressor - Single-tahap - 129 kKal / kW / jam - Single-tahap dengan setelah dingin - 862 kKal / kW / jam - Dua-tahap dengan intercooler - 518 kKal / kW / jam - Dua-tahap dengan intercooler dan setelah dingin - 862 kKal / kW / jam

􀂃 Pendinginan, Kompresi - 63 kKal / menit / TR 􀂃 Pendinginan, Absorpsi - 127 kKal / menit / TR 􀂃 Steam Turbine Kondensor - 555 kkal / kg steam 􀂃 Mesin Diesel, Empat Siklus, Supercharged - 880 kKal / kW / jam 􀂃 Mesin Gas Alam, Empat Siklus - 1523 kKal / kW / jam (= 18 kg/cm2 kompresi) 4.1.5 Basah suhu bola Suhu udara basah merupakan faktor penting dalam kinerja peralatan pendingin menguapkan air, karena itu adalah suhu terendah dimana air akan didinginkan. Untuk alasan ini, suhu bola basah udara yang masuk ke menara pendingin menentukan tingkat suhu operasi minimum seluruh pabrik, proses, atau sistem. Berikut ini harus dipertimbangkan ketika pra-seleksi awal menara pendingin berdasarkan suhu wet bulb: 􀂃 Secara teoritis, sebuah menara pendingin akan mendinginkan air ke memasuki suhu bola basah. Dalam prakteknya, bagaimanapun, air didinginkan ke suhu yang lebih tinggi dari suhu wet bulb karena panas harus ditolak dari menara pendingin. 􀂃 Sebuah pra-seleksi awal menara yang didasarkan pada suhu desain wet bulb harus mempertimbangkan kondisi lokasi menara. Desain suhu wet bulb juga tidak boleh terlewati selama lebih dari 5 persen dari waktu. Secara umum, suhu desain yang dipilih dekat dengan rata-rata temperatur wet bulb maksimum di musim panas. 􀂃 Konfirmasikan apakah suhu wet bulb ditentukan sebagai ambien (suhu di area menara pendingin) atau inlet (suhu dari udara yang masuk menara, yang sering dipengaruhi oleh uap debit diresirkulasi ke menara). Sebagai dampak ofrecirculation tidak dapat diketahui sebelumnya, yang suhu wet bulb ambien adalah disukai. 􀂃 Konfirmasikan dengan pemasok jika menara pendingin mampu menangani dengan efek meningkat membasahi bulb suhu. 􀂃 Suhu air dingin harus cukup rendah untuk menukar panas atau uap mengembun pada tingkat suhu optimum. Jumlah dan suhu panas bisa ditukar dipertimbangkan ketika memilih ukuran yang tepat menara pendingin dan penukar panas pada terendah biaya. 4.1.6 Hubungan antara jangkauan, aliran dan beban panas Rentang ini meningkat ketika jumlah air beredar dan meningkatkan beban panas. Ini berarti bahwa meningkatkan jangkauan sebagai akibat dari beban panas yang ditambahkan memerlukan menara yang lebih besar. Ada dua kemungkinan penyebab untuk rentang meningkat: 􀂃 The inlet suhu air meningkat (dan suhu air dingin yang keluar tetap sama). Dalam hal ini akan ekonomis untuk berinvestasi dalam menghilangkan panas tambahan. 􀂃 Pintu keluar suhu air menurun (dan suhu air panas pada inlet tetap sama). Dalam hal ini ukuran menara harus ditingkatkan jauh karena pendekatan juga berkurang, dan hal ini tidak selalu ekonomis.