Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

837

REVITALISASI SISTEM PENDINGIN EVAPORATOR

TIPE COOLING TOWER

Budiyono, Sugianto

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

ABSTRAK

REVITALISASI SISTEM PENDINGIN EVAPORATOR TIPE COOLING TOWER.

Telah dilakukan revitalisasi pada sistem pendingin evaporator tipe cooling tower. Sistem

pendinginan evaporator menggunakan pendingin air. Air pendingin disalurkan ke cooler

evaporator dan setelah mengambil panas evaporator, air tersebut dikeluarkan dari condenser untuk

disirkulasikan ke heat exchanger. Air dingin keluaran heat exchanger dikembalikan ke cooler

evaporator. Air panas keluaran heat exchanger disirkulasikan ke cooling tower untuk didinginkan

dengan udara. Permasalahannya adalah kapasitas operasi peralatan tidak optimal. Untuk itu

dilakukan revitalisasi peralatan. Revitalisasi dilakukan dengan memperbaiki yang rusak dan

memelihara peralatan untuk memperpanjang umur pakai. Revitalisasi berhasil menaikkan cooling

range cooling tower 62101 A dari 4,5 oC ke 5

oC sedangkan cooling tower 62101 B dari 1

oC ke 5

oC. Revitalisasi telah berhasil menurunkan approach cooling tower 62101 A dari 4,8

oC ke 4,2

oC

sedangkan cooling tower 62101 B turun dari 7 oC ke 4,3

oC. Revitalisasi berhasil meningkatkan

efektivitas cooling tower 62101 A dari 48% ke 54% sedangkan cooling tower 62101 B meningkat

dari 13% ke 54%. Meningkatnya efektivitas berarti bahwa penukar panas bekerja semakin baik

dan efektif.

ABSTRACT

REVITALIZATION OF COOLING TOWER TYPE COOLING SYSTEM OF THE

EVAPORATOR. Revitalization has been done on cooling tower type cooling system of

evaporator. Evaporator cooling system uses water as coolant. Cooling water supplied to the

evaporator cooler and after taking heat from the evaporator, the water is removed from the

condenser and circulated to a heat exchanger. Cold water from the heat exchanger output is

returned to the evaporator cooler. Hot water from the output of the heat exchanger is circulated

to the cooling tower to be cooled with air. The problem that occured is the equipment was not in

optimal operating capacity. Therefore, it is necessary to revitalize the equipment. Revitalization is

done by repairing the damage parts and maintaining the equipment to extend their life. The

revitalization was successfully raise the cooling capacity of the cooling tower 62101A from initial

value of 4.5oC to 5

oC, and for cooling tower 62101 B the value raised from 1

oC to 5

oC. The

revitalization has been successfully reduced the approach value of cooling tower 62101A from

value of 4.8°C to 4.2°C and for cooling tower 62101B the value reduced from 7oC to 4.3

oC. The

revitalization successfully increased the effectiveness of the cooling tower 62101A from 48% to

54%, while for the cooling tower 62101 B, the value increased from 13% to 54%. Increase in

effectiveness means that the heat exchanger works better and effective. Keywords: revitalization, cooling, evaporator

PENDAHULUAN

Dalam proses evaporasi, dibutuhkan media untuk mendinginkan destilat

hasil evaporasi. Kapasitas pendinginan disyaratkan suhu masuk cooler evaporasi

32 oC dan suhu keluar kondenser 42

oC. Untuk memenuhi persyaratan tersebut

digunakan unit pendingin sistem tertutup dengan menggunakan cooling tower.

Cooling tower pendukung operasi pengolahan limbah mempunyai kemampuan

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

838

menurunkan suhu dari 42 oC menjadi 32

oC. Persyaratan lainnya adalah PH air 4 –

9, kandungan khlor lebih kecil dari 100 mg/l dan flowrate 120m3/jam.

Metode pendinginan evaporator adalah menggunakan pendingin air. Air

pendingin disalurkan ke cooler evaporator dan air yang telah mengambil panas

dikeluarkan dari condenser disirkulasikan ke heat exchanger. Air dingin keluaran

heat exchanger dikembalikan ke cooler evaporator. Rangkaian pendingin ini

disebut dengan unit pendingin primer. Di heat exchanger, pendingin primer

bersinggungan dengan media pendingin yang lebih rendah suhunya yang dikenal

dengan pendingin sekunder. Pendingin sekunder keluaran heat exchanger

disirkulasikan ke cooling tower untuk didinginkan dengan udara. Air pendingin

dari cooling tower selanjutnya disirkulasikan kembali ke heat exchanger. Dengan

adanya pendinginan air dari proses pendinginan heat exchanger, maka akan

diketahui berapa beban kalor yang terjadi di cooling tower, sehingga diketahui

apakah pendinginan air yang berasal dari pendinginan evaporator dapat berjalan

dengan baik. Karakteristik cooling tower dinyatakan dengan kisaran (range),

pendekatan (approach) dan beban kalor (cooling load).

Sistem air pendingin terdiri dari beberapa peralatan diantaranya Cooling

Tower, Expansion Tank, Air Separator, Circulating Pump, Heat Exchanger,

Chemical Feeder System, Make Up Water System dan Bleed Off System.

Permasalahan saat ini adalah kapasitas operasi peralatan hanya 50% karena satu

unit motor fan tidak berfungsi akibat adanya short circuit. Floating valve pengatur

aliran air tidak berfungsi karena pecah. Flexible joint pada sisi discharge dalam

kondisi pecah akibat besarnya beban pipa yang ditopang. Tranfer panas heat

exchanger tidak maksimal. Satu cooling tower tidak bisa dioperasikan dari kontrol

terpusat. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dilakukan revitalisasi.

Makalah ini menyampaikan revitalisasi sistem pendingin yang telah

dilakukan selama tahun 2012.

DASAR TEORI

Cooling tower basah adalah peralatan pembuang kalor berdasarkan

mekanisme pendinginan air dengan menggunakan udara yang berkontak secara

langsung dan menguapkan sebagian air tersebut. Aliran udara di cooling tower

basah terjadi dengan atau tanpa bantuan kipas, dengan arah aliran udara searah

atau aliran berlawanan arah dengan jatuhnya air. Cooling tower basah aliran

lawan arah yang tanpa menggunakan kipas tergolong cooling tower jujut alami

dan yang menggunakan kipas disebut cooling tower jujut mekanik. Cooling tower

basah jujut mekanik aliran lawan arah masih dibagi menjadi cooling tower basah

induced draft dan forced draft.

Pada cooling tower basah induced –draft aliran lawan arah sebagian air

diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir.

Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan. Skema sistem cooling tower

pendingin evaporator diperlihatkan pada Gambar-1. Mekanisme pembuangan

panas cooling tower basah dalam bentuk penguapan (evaporation) mengambil

porsi 75 % di cuaca panas dan 60 % pada cuaca dingin dari beban pendinginan

dan sisanya berupa penambahan panas sensibel ke udara[1]

. Cooling tower basah

mampu menurunkan suhu air lebih rendah dari jenis peralatan yang hanya

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

839

menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil atau

cooling tower kering. Pembuangan kalor sensibel ke udara lebih besar pada cuaca

dingin dibandingkan cuaca panas.

Gambar-1. Skema sistem cooling tower basah

[2]

Kehilangan sebagian air sirkulasi karena penguapan diantisipasi dengan

sistem air tambahan atau make up water system. Air tambahan juga untuk

pengganti hembus buang (blowdown), dan hanyutan (drift). Hembus buang

biasanya 20 %, dan hanyutan 2 sampai dengan 2,5 % dari kehilangan air karena

penguapan. Sistem distribusi air cooling tower basah induceddraft aliran lawan

arah menyemprotkan air menggunakan nosel ke inti menara dimana udara

berhembus naik untuk bersinggungan secara langsung dengan udara. Cooling

tower merupakan tempat terjadinya perpindahan panas dan massa sehingga air

menjadi dingin.

Komponen cooling tower

Komponen dasar sebuah cooling tower meliputi rangka dan wadah, bahan

pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers, nosel

dan fan. Kesemuanya dijelaskan sebagai berikut[3]

;

a. Rangka dan wadah. Hampir semua cooling tower 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 cooling tower menggunakan bahan pengisi (terbuat dari

plastik atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan

memaksimalkan kontak udara dan air. Terdapat dua jenis bahan pengisi:

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

840

o 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 plastic memberikan perpindahan

panas yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu.

o 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

cooling tower, 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 eliminators. Alat ini menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya

tidak hilang ke atmosfir.

e. Saluran udara masuk. Ini 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. Louvers. Pada 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.

Kinerja cooling tower dievaluasi untuk mengkaji tingkat approach dan

cooling range saat ini, identifikasi area terjadinya pemborosan energi dan

memberikan saran perbaikan. Selama evaluasi kinerja, peralatan pemantauan

digunakan untuk mengukur parameter suhu udara bola basah (wet bulb), suhu air

masuk cooling tower, dan Suhu air keluar cooling tower.

Parameter terukur kemudian digunakan untuk menentukan kinerja cooling tower

dengan beberapa cara. Yaitu[4]

:

a. Range Merupakan perbedaan antara suhu air masuk dan keluar cooling tower.

Range yang tinggi berarti bahwa cooling tower telah mampu menurunkan

suhu air secara efektif, dan kinerjanya bagus. Rumusnya adalah:

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

841

Range CT (°C) = [suhu masuk CW (°C) - suhu keluar CW (°C)]

b. Approach Merupakan perbedaan antara suhu air dingin keluar cooling tower dan

suhu bola basah lingkungan (wet bulb ambient). Semakin rendah nilai

approach semakin baik kinerja cooling tower. Walaupun, range dan

approach harus dipantau, 'approach' merupakan indikator yang lebih baik

untuk kinerja cooling tower.

Approach CT (°C) = [suhu keluar CW (°C) - suhu wet bulb (°C)]

c. Efektivitas.

Merupakan perbandingan antara range dan range ideal (dalam persentase),

yaitu perbedaan antara suhu masuk air pendingin dan suhu wet bulb

ambien, atau dengan kata lain adalah = Range/ (Range + Approach).

Semakin tinggi perbandingan ini, maka semakin tinggi efektivitas cooling

tower.

Efektivitas CT (%) = 100 x (suhu CW – suhu keluar CW) / (suhu masuk

CW -suhu WB)

TATA KERJA

Bahan

1. Pressure gauge kapasitas 0 – 10 bar

2. Temperature indicator kapasitas 0 – 60 oC

3. Floating valve 1 inchi dan Flexible joint 5 inchi

4. Support pipa, Valve 1 inchi, Pipa 4 inchi, Flange 4 inchi, L-bow 4 inchi

dan kawat ram stainlessteel

5. Gasket Small P22A-NBRB/c/p/n 3226318046 dan 3226318096

6. Kontaktor 32 A/ 220 V, Thermal Over Load 12 - 18 A 3 phase, relay 5

Amp 220 VAC, holder lamp dan push button switch

Metode

Pelaksanaan revitalisasi meliputi:

a. Perbaikan Motor Fan

Motor fan B diukur tahanan lilitannya kemudian tahanan isolasi antara

lilitan dengan lilitan dan tahanan lilitan dengan grounding. Motor

dilepas dari dudukannya dan di-rewinding lilitannya. Tahanan lilitan dan

tahanan isolasi diukur kembali pasca rewinding sebelum diinstalasi ke

cooling tower.

b. Penggantian Indikator dan Valve

Indikator suhu, indikator tekanan, floating valve, flexible joint dilepas

menggunakan toolset mekanik kemudian diganti dengan komponen

baru. Support pipa, Valve 1 inchi, Pipa 4 inchi, Flange 4 inchi, L-bow 4

inchi dan kawat ram stainlessteel dipasang pada jaringan pemipaan

menggunakan las dan baut.

c. Perbaikan Heat Exchanger

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

842

Heat exchanger dibuka menggunakan kunci kemudian gasket antar

kisinya dilepas satu persatu. Kisi-kisi dibersihkan dengan air dan

dikeringkan. Gasket baru Small P22A-NBRB/c/p/n 3226318046 dan

3226318096 dipasang menggunakan lem perekat dan diikatkan kembali.

Streaner dan valve-valve dibersihkan dari kotoran untuk memperbaiki

aliran air pendingin.

d. Penggantian Komponen Control Panel

Komponen lama (kontaktor 32 A/ 220 V, Thermal Over Load 12 - 18 A

3 phase, relay 5 Amp 220 VAC, holder lamp dan push button switch)

dilepas menggunakan tool set listrik dan diganti dengan komponen baru.

Gambar proses revitalisasi diperlihatkan pada Gambar-2.

e. Pengujian

Pengujian dilakukan dengan mengoperasikan cooling tower secara

kendali lokal dan sentral. Arus listrik motor fan diukur mengunakan

tang amper meter dan dibandingkan dengan standar. Suhu air masuk

dan keluar cooling tower diamati pada indikator suhu.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk mengatasi sistem pendingin evaporator tipe cooling tower di

Instalasi Pengolahan Limbah radioaktif yang bermasalah maka dilakukan kegiatan

revitalisasi. Revitalisasi dengan cara mengganti indicator suhu dan tekanan,

menggulung ulang koil motor fan kapasitas 3,7 kW, 12 A/380 volt. Mengganti

floating valve dan flexible joint disertai penambahan pipa pendukung pada sisi

discharge pompa. Membersihkan dan memperbaiki komponen pemipaan seperti

streaner dan valve-valve. Penggantian gasket heat exchanger dan penggantian

komponen kontrol motor dan pompa. Dengan penggantian komponen sistem

pendingin diharapkan kapasitas operasi peralatan 100%. HE berfungsi optimal,

flexible joint tidak mudah pecah. Semua fan dan pompa dapat dioperasikan dari

kontrol terpusat. Proses kegiatan revitalisasi yang telah dilakukan diperlihatkan

pada Gambar-2.

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

843

Gambar-2. Proses revitalisasi coling tower

Cooling tower menggunakan motor fan untuk memutar kipas pemancar air

yang akan didinginkan dengan udara. Tidak beroperasinya motor fan

mengakibatkan proses pendinginan tidak sempurna. Motor fan cooling tower

62101 B tidak berfungsi karena terjadi hubung singkat antara lilitan dan lilitan

dengan grounding. Hasil pengukuran tahanan lilitan dan isolasi diperlihatkan pada

Gambar-3.

0

5

10

15

20

25

UV VW UW UG VG WG

Kode lilitan

Tah

anan

(M

ega

Oh

m)

Pra rewinding

Pasca rewinding

Gambar-3. Grafik tahanan lilitan motor fan B kondisi pra dan pasca

rewinding

Gambar-3 menunjukkan bahwa nilai tahanan isolasi lilitan motor pra

rewinding sangat kecil antara 0,2 – 5 mega Ohm. Kondisi ini tidak memenuhi

persyaratan tahanan isolasi minimal untuk motor fan sekitar 2 mega Ohm. Untuk

menaikkan tahanan isolasi agar motor dapat dioperasikan kembali maka lilitan

harus di rewinding. Tahanan isolasi pasca rewinding yang terlihat pada gambar

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

844

menunjukkan bahwa motor fan telah memenuhi persyaratan untuk dioperasikan

kembali karena tahanan isolasi berkisar 10 – 20 mega Ohm.

Selain pengukuran tahanan isolasi, perlu juga untuk mengetahui tahanan

lilitannya. Hasil pengukuran tahanan lilitan diperlihatkan pada Gambar-4. Gambar

menunjukkan bahwa tahanan lilitan pra rewinding bervariasi dari 0,24 – 0,53

ohm. Terdapat ketidakseimbangan tahanan lilitan satu dangan lainnya sehingga

perlu diganti lilitannya. Keadaan berbeda pasca rewinding dimana tahanan lilitan

seimbang 0,56 ohm.

Pasca rewinding lilitan motor fan dan penggantian komponen indikator

suhu, indikator tekanan, floating valve, flexible joint serta lainnya kemudian

dilakukan pengujian cooling tower. Hasil pengujian ditunjukkan dengan istilah

range, approach dan efectivity. Hasil perhitungan range ditunjukkan pada

Gambar-5. Gambar menunjukkan bahwa terjadi kenaikan range pasca revitalisasi.

Cooling range cooling tower 62101 A meningkat dari 4,5 oC ke 5

oC, sedangkan

cooling range cooling tower 62101 B meningkat dari 1 o

C ke 5 oC. Cooling range

cooling tower 62101 B meningkat sangat tinggi karena beroperasinya motor fan.

Range yang lebih tinggi berarti cooling tower mampu menurunkan suhu air secara

efektif, dan kinerjanya bagus. Hal ini merupakan cerminan kemampuan

membuang panas yang baik dari cooling tower ke lingkungan.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

UU' VV' WW'

Kode lilitan

Tah

anan

(O

hm

)

Pra rewinding

Pasca rewinding

Gambar-4. Grafik tahanan isolasi motor fan B kondisi pra dan pasca

rewinding

Perhitungan approach diperlihatkan pada Gambar-6. Gambar menunjukkan

bahwa pasca revitalisasi, approach cooling tower berubah turun. Nilai approach

cooling tower 62101 A turun dari 4,8 oC ke 4,2

oC sedangkan pada cooling tower

62101 B nilai approach turun dari 7 oC ke 4,3

oC. Rendahnya approach pasca

revitalisasi menunjukkan bahwa kinerja semakin baik.

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

845

0

1

2

3

4

5

6

62101 A 62101 B

Ran

ge c

ooli

ng t

ower

(oC

)

Cooling tower

Pra revitalisasi

Pasca revitalisasi

Gambar-5. Grafik cooling tower range antara pra dan pasca revitalisasi

0

1

2

3

4

5

6

7

8

62101 A 62101 B

App

roa

chC

oolin

g t

ow

er

(oC

)

Cooling tower

Pra revitalisasi

Pasca revitalisasi

Gambar-6. Grafik cooling tower approach antara pra dan pasca revitalisasi

Perhitungan efektivitas cooling tower diperlihatkan pada Gambar-7.

Gambar menunjukkan bahwa prosentase efektifitas meningkat pasca revitalisasi.

Cooling tower 62101 A meningkat dari 48% ke 54% sedangkan 62101 B

meningkat dari 13% ke 54%. Meningkatnya efektivitas berarti bahwa penukar

panas bekerja semakin baik dan efektif.

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012 ISSN 0852-2979

846

0

10

20

30

40

50

60

62101 A 62101 B

Cooling Tower

Pro

senta

se (

pro

sen

)

Pra revitalisasi

Pasca revitalisasi

Gambar-7. Grafik cooling tower effectivity antara pra dan pasca revitalisasi

KESIMPULAN

Dari bahasan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa :

1. Revitalisasi cooling tower telah berhasil menaikkan Cooling Range 62101

A dari 4,5 oC ke 5

oC sedangkan 62101 B dari 1

oC ke 5

oC. Semakin

tinggi Cooling Range berarti kemampuan cooling tower membuang panas

lebih baik.

2. Revitalisasi cooling tower telah berhasil menurunkan approach 62101 A

dari 4,8 oC ke 4,2

oC sedangkan 62101 B turun dari 7

oC ke 4,3

oC.

Approach yang makin kecil akan memperbesar efektivitas, karena

approach berbanding terbalik dengan efektivitas.

3. Revitalisasi berhasil meningkatkan efektivitas 62101 A dari 48% ke 54%

sedangkan 62101 B meningkat dari 13% ke 54%. Meningkatnya

efektivitas berarti bahwa penukar panas bekerja semakin baik dan efektif.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. El-Wakil, M.M., diterjemahkan Jasjfi, E, Instalasi Pembangkit Daya

(Judul asli : Power Plant Technology) Penerbit Erlangga,1992, Jakarta.

[2]. AHMAD NURJANA, Pengoperasian Cooling Tower untuk Penurunan

Temperatur Media Pendingin Evaporator, Prosiding Hasil Penelitian dan

Kegiatan PTLR, Tangerang, 2012.

[3]. Laboratorium Nasional Pacific Northwest, 2001 ,dikutip dalam Peralatan

Energi Listrik:Menara Pendingin Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri

di Asia www.energyefficiencyasia.org

[4]. MULYONO, Analisa Beban Kalor Menara Pendingin Basah Induce-

Draft Aliran Lawan Arah, Jurnal Rekayasa, diunduh Pebruari 2013.