6 Hal Penting Tentang Cooling Tower Yang Harus Anda Tahu

Cooling tower atau menara pendingin merupakan salah satu peralatan penting yang banyak digunakan di industri, khususnya pada pabrik yang membutuhkan sistem pendinginan untuk menjaga temperatur proses dan peralatan tetap berada pada kondisi operasi yang aman.

Cooling tower atau menara pendingin adalah satu diantara sekian banyak alat utama di pabrik kimia seperti pabrik H2O2, pabrik asam sulfat atau pabrik asam fosfat, yang memegang peran sangat penting yaitu sebagai penyedia media pendingin.

Dalam sistem utilitas pabrik, cooling tower biasanya menjadi bagian dari sistem cooling water yang bekerja secara sirkulasi. Air pendingin digunakan untuk menyerap panas dari berbagai peralatan proses, kemudian dikembalikan ke cooling tower untuk didinginkan sebelum digunakan kembali.

Kompresor, chiller, pompa dan heat exchanger adalah sederetan alat-alat yang biasa menggunakan cooling water sebagai media pendingin untuk dapat beroperasi.

Tanpa kehadirannya, sebuah pabrik di mana di dalamnya terjadi banyak proses dengan melibatkan banyak alat yang memerlukan pendinginan cooling water, tidak akan dapat beroperasi.

Karena begitu pentingnya peranan cooling tower, maka sangat penting juga bagi kita untuk mengetahui beberapa hal penting terkait dengannya.

Selain memahami fungsi dasarnya, operator, engineer, maupun orang yang bekerja di bidang maintenance juga perlu memahami jenis cooling tower, prinsip kerja cooling tower, komponen cooling tower, cooling water treatment, hingga perawatan cooling tower.

#1 Definisi Cooling Tower

Kalau kita buka handbook Operations & Maintenance Best Practices yang ditulis oleh GP Sullivan dkk, definisi cooling tower adalah heat exchanger atau penukar panas khusus, di mana di dalamnya terdapat dua fluida, yaitu udara dan air, dikontakkan secara langsung sehingga memungkinkan terjadinya proses perpindahan panas dari air ke udara.

Secara sederhana, cooling tower adalah peralatan yang digunakan untuk menurunkan temperatur air dengan cara membuang panas ke atmosfer. Berbeda dengan heat exchanger pada umumnya, proses perpindahan panas di dalam cooling tower umumnya melibatkan kontak langsung antara air dan udara.

Salah satu mekanisme utama pendinginan adalah evaporative cooling, yaitu sebagian kecil air mengalami penguapan. Energi panas yang dibutuhkan untuk proses penguapan tersebut diambil dari air yang bersirkulasi sehingga temperatur air menjadi lebih rendah.

Karena itu, performa cooling tower tidak hanya dipengaruhi oleh temperatur air masuk dan keluar. Kondisi udara lingkungan juga mempunyai pengaruh besar.

Beberapa parameter yang umum diperhatikan dalam mengevaluasi performa cooling tower antara lain:

• Temperatur hot water masuk cooling tower.
• Temperatur cold water keluar cooling tower.
• Temperatur wet bulb udara.
• Temperatur dry bulb udara.
• Cooling range.
• Cooling tower approach.
• Laju alir air.
• Laju alir udara.
• Kondisi fill.
• Kondisi fan dan sistem distribusi air.

Cooling range adalah selisih antara temperatur air masuk dan temperatur air keluar cooling tower.

Sementara itu, approach cooling tower merupakan selisih antara temperatur cold water keluar dengan temperatur wet bulb udara masuk. Semakin kecil approach, secara umum menunjukkan kemampuan cooling tower untuk mendekati temperatur wet bulb semakin baik, meskipun pencapaiannya sangat bergantung pada desain dan kondisi operasi.

#2 Jenis-Jenis Cooling Tower

Cooling tower didesain dan dibuat dalam beberapa jenis. Dan setiap jenis pun memiliki beberapa model. Jenis-jenis cooling tower meliputi atmospheric towers, mechanical draft towers dan hybrid draft towers.

Kalau dilihat dari arah aliran udaranya, dari 3 jenis tadi, ada yang counter flow dan cross flow. Sedangkan dilihat dari sisi bentuknya, ada yang rectilinier, round mechanical draft dan octagonal mechanical draft.

Dari sisi konstruksi ada 2 jenis, yaitu yang dipasang di site langsung (field-erected) dan factory-assembled.

Dalam praktik di industri, jenis cooling tower yang digunakan biasanya dipilih berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi lingkungan, kebutuhan ruang, kualitas air, tingkat kebisingan, konsumsi energi, serta pertimbangan biaya investasi dan operasional.

Salah satu klasifikasi yang penting adalah berdasarkan sistem penggerak udaranya.

Mechanical Draft Cooling Tower

Pada mechanical draft cooling tower, pergerakan udara dibantu oleh fan. Jenis ini banyak digunakan pada industri karena kondisi aliran udaranya dapat lebih mudah dikendalikan dibandingkan sistem yang sepenuhnya mengandalkan kondisi atmosfer.

Mechanical draft sendiri dapat dibedakan menjadi:

• Forced draft, fan mendorong udara masuk ke dalam cooling tower.
• Induced draft, fan menarik udara melewati cooling tower.

Berdasarkan arah aliran air dan udara, dikenal pula:

• Counter flow cooling tower, arah aliran air berlawanan dengan arah aliran udara.
• Cross flow cooling tower, arah aliran udara melintang terhadap aliran air.

Pemilihan jenis tersebut akan memengaruhi desain, ukuran, distribusi air, kebutuhan fan, maintenance, dan performa keseluruhan cooling tower.

#3 Prinsip Kerja Cooling Tower

Pada prinsipnya, perpindahan panas pada cooling tower terjadi di antara air dan udara sebagai pendinginnya, di mana udara dan air kontak secara langsung secara terus menerus.

Pada tipe mechanical draft cross flow, air yang telah mendinginkan proses tertentu, dikembalikan ke cooling tower melalui perantaraan pipa dengan suhu yang lebih tinggi dan diterima di hot water basin.

Dari hot water basin kemudian air didistribusikan melalui distributor dan kemudian melewati fill. Di sisi lain udara masuk melalui inlet louvers yang terletak pada bagian samping cooling tower, yang dihembuskan oleh beberapa fan yang terpasang pada bagian atas-tengah cooling tower.

Pada fill inilah terjadi kontak antara air dengan udara. Panas pada air diserap ke dalam udara, sehingga air yang telah kontak dengan udara mengalami penurunan suhu.

Air yang telah mengalami proses pendinginan kemudian di tampung pada cold water basin yang terletak pada bagian paling bawah cooling tower. Selanjutnya air didistribusikan kembali ke proses untuk digunakan sebagai media pendingin melalui pompa.

Dari penjelasan tersebut dapat disederhanakan bahwa prinsip kerja cooling tower terdiri dari beberapa tahapan:

Proses → hot water → hot water basin → water distribution → fill → kontak air dan udara → pelepasan panas → cold water basin → pompa → proses.

Dalam proses tersebut, panas dari cooling water dilepaskan ke atmosfer. Sebagian kecil air juga hilang akibat evaporasi. Selain evaporasi, terdapat kehilangan air akibat drift dan blowdown.

Karena adanya kehilangan air tersebut, sistem cooling tower membutuhkan make-up water untuk mempertahankan level dan jumlah air dalam sistem.

#4 Bagian-Bagian Cooling Tower

Bagian-bagian cooling tower atau komponen cooling tower antara lain terdiri dari hot water basin, cold water basin, fan, fan blade, motor fan, filler, water distributor, fan deck, drift eliminator, perimeter handrail, inlet louvers, casing, ladder, drain, strainer, walkway, makeup water, dan access door.

Untuk melihat gambar bagian-bagian cooling tower silahkan, klik di sini.

Setiap komponen mempunyai fungsi masing-masing. Beberapa komponen cooling tower yang paling penting antara lain:

1. Fill

Fill merupakan bagian tempat air didistribusikan dan berkontak dengan udara. Bentuk dan desain fill dibuat untuk meningkatkan luas permukaan kontak antara air dan udara sehingga proses perpindahan panas menjadi lebih efektif.

Kerusakan, penyumbatan, atau fouling pada fill dapat menyebabkan distribusi air dan perpindahan panas menjadi tidak optimal.

2. Fan

Fan berfungsi mengatur atau membantu aliran udara melewati cooling tower. Performa fan sangat berpengaruh terhadap kemampuan cooling tower dalam membuang panas.

Masalah seperti kerusakan blade, ketidakseimbangan, getaran, atau masalah motor dapat menyebabkan penurunan kapasitas pendinginan.

3. Water Distributor

Komponen ini berfungsi mendistribusikan air secara merata ke area fill. Distribusi air yang tidak merata dapat menyebabkan sebagian area fill tidak bekerja secara optimal.

4. Drift Eliminator

Drift eliminator berfungsi mengurangi terbawanya droplet air keluar cooling tower bersama aliran udara. Jika kondisinya tidak baik, kehilangan air dapat meningkat.

5. Basin

Cooling tower umumnya memiliki area penampungan air seperti hot water basin dan cold water basin sesuai desainnya. Cold water basin berfungsi menampung air yang telah mengalami proses pendinginan sebelum dikirim kembali ke sistem.

#5 Chemical untuk Cooling Water Treatment

Menjaga kualitas cooling water adalah salah satu aspek penting yang harus dilakukan. Mengapa? Karena masalah-masalah seperti kerak, lumpur, pertumbuhan mikroorganisma, karat dan penurunan efisiensi perpindahan panas akan terjadi.

Karena itu, cooling water treatment merupakan bagian penting dalam pengoperasian cooling tower. Tujuannya bukan hanya menjaga kualitas air, tetapi juga menjaga keandalan peralatan dan mempertahankan efisiensi perpindahan panas.

Beberapa masalah utama yang perlu dikendalikan adalah:

Kerak atau Scale

Scale dapat terbentuk ketika mineral terlarut dalam cooling water mengalami konsentrasi dan kemudian mengendap pada permukaan peralatan.

Kerak dapat menjadi lapisan isolasi yang menghambat perpindahan panas. Akibatnya, cooling tower dan heat exchanger harus bekerja lebih keras untuk mencapai temperatur operasi yang diinginkan.

Korosi

Korosi dapat menyebabkan kerusakan pada berbagai komponen sistem cooling water, terutama pada material logam.

Pengendalian korosi biasanya dilakukan melalui program water treatment yang disesuaikan dengan kualitas air dan material peralatan.

Microbiological Growth

Cooling tower merupakan lingkungan yang dapat mendukung pertumbuhan mikroorganisme apabila kondisi air tidak dikendalikan dengan baik.

Pertumbuhan mikroorganisme dapat menyebabkan biofilm, penyumbatan, fouling, hingga menurunkan efisiensi perpindahan panas.

Karena itu, program cooling water treatment biasanya dapat melibatkan penggunaan beberapa jenis bahan kimia, seperti scale inhibitor, corrosion inhibitor, dan biocide, tergantung kondisi dan desain sistem.

Parameter seperti pH, conductivity, hardness, alkalinity, chloride, silica, iron, serta parameter mikrobiologi juga dapat dipantau sesuai kebutuhan program treatment.

Salah satu aspek penting lainnya adalah blowdown. Air dalam sistem dikeluarkan secara terkontrol untuk membatasi konsentrasi mineral dan kontaminan yang terakumulasi akibat proses evaporasi.

#6 Biaya Operasional dan Perawatan

Untuk mengoperasikan sebuah menara pendingin tentu saja dibutuhkan biaya. Biaya tersebut meliputi biaya operasional dan biaya perawatan.

Biaya operasional terdiri dari biaya untuk air (untuk charge pertama dan make up), bahan kimia untuk water treatment program, pengolahan air blow down, listrik (pompa, fan, dan lain-lain) dan gaji untuk karyawan.

Sedangkan biaya perawatan terdiri dari biaya preventive maintenance, overhaul dan spare parts yang dibutuhkan untuk penggantian, serta biaya perbaikan.

Selain biaya tersebut, terdapat aspek lain yang sering terlupakan, yaitu biaya akibat penurunan performa cooling tower.

Sebagai contoh, apabila cooling tower tidak mampu menurunkan temperatur cooling water sesuai kebutuhan proses, temperatur peralatan yang menggunakan cooling water dapat meningkat. Kondisi tersebut pada akhirnya dapat memengaruhi kapasitas produksi, efisiensi proses, bahkan keandalan peralatan.

Oleh karena itu, perawatan cooling tower sebaiknya tidak hanya dilakukan ketika terjadi kerusakan.

Program preventive maintenance dapat mencakup pemeriksaan:

• Kondisi fan dan fan blade.
• Motor dan sistem penggerak.
• Gearbox jika digunakan.
• Getaran dan suara abnormal.
• Kondisi fill.
• Drift eliminator.
• Water distributor dan nozzle.
• Basin dan strainer.
• Inlet louvers.
• Struktur dan casing.
• Sistem make-up water.
• Sistem blowdown.
• Kondisi cooling water.

Dengan preventive maintenance yang baik, potensi kerusakan dapat diketahui lebih awal sebelum berkembang menjadi masalah yang lebih besar.

Kesimpulan

Cooling tower bukan sekadar alat untuk mendinginkan air. Di dalam sebuah pabrik, cooling tower merupakan bagian penting dari sistem utilitas yang mendukung keberlangsungan proses produksi.

Memahami jenis cooling tower, prinsip kerja cooling tower, komponen cooling tower, cooling water treatment, dan perawatan cooling tower akan membantu operator, engineer, maupun mahasiswa memahami bagaimana sistem pendinginan industri bekerja.

Kinerja cooling tower yang baik akan membantu menjaga temperatur cooling water, mempertahankan efisiensi perpindahan panas, serta mendukung keandalan peralatan proses.

Sebaliknya, cooling tower yang tidak dirawat dengan baik dapat menyebabkan masalah seperti scale, korosi, fouling, pertumbuhan mikroorganisme, konsumsi air dan energi yang lebih tinggi, hingga terganggunya operasi produksi.

Karena itu, pengoperasian dan perawatan cooling tower perlu dilakukan secara terencana dengan memperhatikan kondisi peralatan sekaligus kualitas cooling water.