## Studi kinerja cooling tower unit amoniak dan urea pada sistem utilitas industri petrokimia

## Enggal Nurisman*, Zulfa Syafira, Fatina Shania
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya Jl. Raya Inderalaya–Prabumulih KM. 32 Inderalaya 30662, Indonesia
* Email: nurisman9908@gmail.com

## Abstrak
Setiap industri petrokimia memerlukan kebutuhan steam dan air sebagai unit penunjang prosesnya. Untuk meningkatkan  efisiensi  penggunaan  air  dalam  sistem  utilitas  diperlukan  cooling  tower  sehingga  air pendingin  dapat  digunakan  kembali    selama  proses  berlangsung.  Penggunaan  cooling  tower  dalam industri  dinilai  penting,  sehingga  perlu  peninjauan  mengenai  evaluasi  kinerja  cooling  tower.  Evaluasi kinerja cooling tower dilakukan berdasarkan perhitungan  jumlah losses, neraca massa dan neraca panas, efisiensi  termal,  serta  efisiensi  kerja  untuk  mengetahui  kondisi  dan  kinerja  dari  cooling  tower  dalam proses pendinginan. Hal ini dapat menjadi pertimbangan teknis  pihak industri untuk operasional maupun perawatan lebih lanjut. Setelah melalui pengamatan di lapangan, diperoleh hasil perhitungan aktual yang menunjukkan  efisiensi  thermal  cooling  tower  pada  unit  amoniak  dan  urea  berkisar  antara  74%-78,70%. dan masih sesuai dengan  efisiensi termal secara desain  sebesar 74 % dan 75,82 %. Sedangkan efisiensi kerja cooling tower unit amoniak maupun unit urea berdasarkan data aktualnya, yaitu berkisar 71,429%- 83,537% dan sesuai dengan data desainnya yaitu 71,4 %. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, kinerja cooling tower masih beroperasi dengan baik dan masih layak digunakan dalam proses industri.
Kata kunci : Sistem Utilitas, Cooling Tower, Efisiensi

## Abstract
Every petrochemical industry needs steam and water as a supporting unit for the process. To increase the efficiency  of  water  use  for  the  utility  system,  cooling  tower  is  needed  so  that  the  cooling  water  can  be reused  during  the  process.  The  use  of  cooling  towers  in  the  industry  are  considered  important,  so  it  is necessary  to  review  the  cooling  tower  performance  evaluation.  The  evaluation  of  cooling  tower performance is based on the calculation of the number of losses, mass balance and heat balance, thermal efficiency,  and  work  efficiency  to  determine  the  condition  and  performance  of  the  cooling  tower  in  the cooling  process.  This  can  be  a  technical  consideration  for  the  industry  for  operational  and  further maintenance. After observing in the field, the actual calculation results obtained show the thermal cooling tower efficiency of the ammonia and urea units ranging from 74%  -78.70%. and still in accordance with the  thermal  efficiency  by  design  of  74%  and  75.82%.  While  the  working  efficiency  of  the  ammonia cooling  tower  and  urea  units  are  based  on  actual  data,  which  ranges  from  71.442%  -83.537%  and  in accordance  with  the  design  data  that  is  71.4%.  Based  on  the  results  of  these  calculations,  the  cooling tower performance is still operating well and is still suitable for use of industrial processes.
Keywords : Utility System, Cooling Tower, Efficiency .

## 1. PENDAHULUAN
Industri  petrokimia  tidak  terlepas  dari kebutuhan  utilitas  steam  dan  air.  Hal  ini  tentu erat kaitannya dengan penggunaan cooling tower pada  tahapan  proses  tersebut.  Air  pendingin menjadi  komponen  yang  sangat  dibutuhkan sebagai media yang digunakan untuk melakukan
pertukaran  panas  antara  fluida  panas  dengan  air pendingin.
Cooling  tower  merupakan  alat  penukar kalor  yang  material  fluida  kerjanya  adalah  air dan  udara.  Cooling  tower  berfungsi  untuk mendinginkan  air  melalui  kontak  langsung dengan  udara  yang  mengakibatkan  sebagian kecil air menguap (Zakawali dkk, 2018). Cooling tower juga dimanfaatkan dalam upaya
peningkatan  produktivitas  serta  efisiensi  pada proses  produksi  mesin  di  industri  kimia.  Hal tersebut  dikarenakan,  pada  suatu  industri  kimia dibutuhkan  temperatur  dan  efisiensi  alat  yang sesuai  agar  pabrik  dapat  bekerja  secara  optimal. Gangguan pada cooling  water dapat mengurangi produktivitas  alat  atau  menyebabkan  kerusakan (Putra, 2015).
Pada  studi  yang  dilakukan  pada  salah  satu industri  petrokima  ini,  tipe  cooling  tower  yang digunakan  ialah  jenis  induced-draft.  Induced draft  fan  dapat  kerja  dengan  melakukan penghisapan  uap  air  yang  terkondensasi  oleh peristiwa  kontak  antara  air  pendingin  dengan udara  atmosfer.  Cooling  tower  dengan  jenis  ini menghasilkan  kecepatan  udara  masukan  rendah dan  kecepatan  udara  keluaran  yang  tinggi, sehingga  dapat  mengurangi  resirkulasi  udara. Proses  penghisapan  uap  air  oleh  induced  draft fan  akan  meminimalisir  terjadinya  losses (Aprianti dkk, 2018).
Gambar 1. Cooling Tower Tipe Induced Draft (Sumber: Umakanta et all, 2017)
Air  pendingin  yang  dialirkan  ke  dalam cooling tower akan mengalami proses perpindahan  panas.  Proses  perpindahan  panas terjadi  pada  air  pendingin  yang  bertemperatur tinggi  menjadi  temperatur  rendah  akibat  kontak langsung dengan udara dingin. Proses pendinginan  air  tersebut  akan  mengakibatkan proses penguapan. Dari proses penguapan  tersebut  akan  terjadi  kehilangan udara  yang  disebut  dengan  losses.  Jenis  losses pada  cooling  tower,  yaitu  evaporation  loss,  drift loss,  dan  blowdown.  Losses  pada  cooling  tower menyebabkan  terjadinya  pengurangan  produksi air untuk pendingin peralatan produksi selanjutnya.
Dalam  perhitungan  efisiensi  aspek  yang diperhitungkan  antara  lain  berupa  evaporation loss,  drift  loss  maupun  blow  down.  Evaporation loss  (We)  adalah  peristiwa  terbawanya  uap  air oleh  daya  hisap  ID  fan  menuju  atmosfer. Peristiwa  pendinginan  air  oleh  udara  pada cooling tower akan menghasilkan banyaknya uap
air yang hilang. Oleh  karena  itu, kehilangan  uap air  dapat  dicegah  dengan  penggunaan  cooling tower dengan jenis ID (induced draft) fan.
Drift  loss  (Wd)  merupakan  peristiwa kehilangan uap air oleh adanya proses kondensasi  antara  air  pendingin  dan  udara sekitar.  Drift  loss  (Wd)  juga  dapat  didefinisikan sebagai  peristiwa  keluarnya  uap  air  oleh penggunaan ID fan. Uap air yang keluar dari ID fan  standarnya  0,1-0,2%  dari  jumlah  air  yang bersirkulasi.  Jumlah  drift  loss  dapat  diperkecil dengan  menggunakan  drift  eliminators  yang terdapat pada cooling tower (Perry, 2008).
Blow  down  (Wb)  sendiri  pada  prinsipnya merupakan  kerugian  yang  diakibatkan  oleh pembuangan  sejumlah  air  pendingin  untuk mencegah  terjadinya  penurunan  kualitas  cooling water.  Apabila  kualitas  cooling  water  buruk, maka  harus  dilakukan  continuous  blowdown agar  kualitas  cooling  water  sesuai  standar  untuk pemakaian  alat-alat  pada  pabtik  amoniak maupun  pabrik  urea.  Turunnya  kualitas  cooling water dapat ditandai dengan adanya kerak- kerak dan  endapan  pada  basin  cooling  tower. Pencegahan  dari  adanya  kerak-kerak  tersebut dilakukan  dengan  chemical  injection  dan pembuangan endapan dengan cara blowdown. Kemampuan cooling tower dapat menurunkan  temperatur  lebih  baik  dikarenakan cooling  tower  menurunkan  temperatur  air pendingin dengan cara mengkontakkannya dengan udara yang dilewatkan secara berlawanan arah. Penggunaan cooling tower dapat
meningkatkan  efisiensi  sistem  proses  secara keseluruhan dan mengurangi penggunaan energi, sehingga biaya yang akan dikeluarkan jauh lebih murah.  Oleh  sebab  itu  pada  studi  ini  akan dilakukan analisis perbandingan efiesiensi termal dan  efisiensi  kerja  cooling  tower  secara  aktual dan  desain  sehingga  dapat  mengetahui  tingkat performa peralatan sekaligus memberikan informasi  aktual  kepada  pihak  industri  untuk program  operasional  maupun  perawatan  lebih lanjut  terutama  untuk  memperhitungkan  berapa banyak make up water yang diperlukan.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam  melakukan  analisa  cooling  tower (105-D),  diperlukan  data-data  khusus  yang  akan diolah  dalam  perhitungan.  Data  yang  diperoleh dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu data desain dan  data  aktual.  Data  desain  merupakan  data rancangan  pada  saat  unit  tersebut  didesain. Sedangkan  data  aktual  merupakan  data  yang diperoleh  saat  berlangsungnya  operasi.  Yang diperoleh  dari Control Room perusahaan  dalam bentuk logsheet.
Data  didapatkan  dari  logsheet  Distributed Control  System  (DCS)  Unit  Utilitas  pada  pabrik petrokimia  yang  diambil  dari  28  Januari  2019-3 Februari 2019.
Tabel  1. Data  Desain Cooling  Tower Unit Amoniak Komponen Hasil Perhitungan Water Circulation (m 3 /h) 22360 Temperatur Inlet ( o C) 43 Temperatur Outlet ( o C) 33 Temperatur Dry Bulb ( o C) 30 Temperatur Wet Bulb ( o C) 29 Cycle 6
Tabel 2. Data Desain Cooling Tower Unit Urea Komponen Hasil Perhitungan Water Circulation (m 3 /h) 10826 Temperatur Inlet ( o C) 43 Temperatur Outlet ( o C) 33 Temperatur Dry Bulb ( o C) 30 Temperatur Wet Bulb ( o C) 29 Cycle 6
Selanjutnya,  data  desain  maupun  aktual yang  diperoleh  berupa  volume  sirkulasi  air masuk,  temperatur  masuk  dan  keluar  cooling tower,  temperatur  dry  bulb  dan  temperatur  wet bulb,  serta  cycle  yang  akan  dijadikan  data perhitungan. Perhitungan dilakukan untuk mencari  nilai  evaporation  loss,  drift  loss, blowdown,  jumlah  make  up  water,  efisiensi termal, dan efisiensi kerja cooling tower.
1. Perhitungan Evaporation Loss (We)
Ket: We = Evaporation loss (m 3 /h) WC = Sirkulasi water flow (m 3 /h) T 1 -T 2 = Temperatur inlet - temperatur outlet  ( o C)
2. Perhitungan Drift Loss (Wd)
Ket:
Wd = Drift loss (m 3 /h) D    = Nilai persentase untuk drift Loss
3. Perhitungan Blowdown (Wb)
Ket:
Wb = Blowdown ( m 3 /h)
4. Perhitungan Jumlah Make Up Water (M)
5. Peritungan Neraca Massa dan Neraca Panas Cooling Tower
6. Perhitungan Efisiensi Termal Cooling Tower
Ket: Η       = Efisiensi (%)
Qin     = Panas masuk ( o C) Qout   = Panas keluar ( o C) Qloss  = Panas dari losses cooling tower ( o C)
7. Perhitungan Efisiensi Kerja Cooling Tower
Ket: Tin  = Temperatur masuk air ( o C) Tout = Temperatur keluar air ( o C) Twb = Temperatur wet bulb ( o C)
Setelah dilakukan pengolahan data,
selanjutnya  akan  dianalisis  lebih  lanjut.  Data perhitungan  efisiensi  termal  dan  efisiensi  kerja cooling  tower  dihasilkan  dalam  bentuk  grafik untuk  melihat perbandingan  selama 7 hari,  yaitu dari  tanggal  28  Januari  2019  hingga  3  Februari 2019.

## 3.     HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan data maka diperoleh rekapitulasi  hasil  perhitungan  sebagaimana tercantum pada tabel 3 dan 4 berikut
Tabel 3. Hasil Perhitungan Data Desain Cooling Tower Unit Amoniak
Wd = D Wc
M = We + Wdf + Wb (4)
Input = Output + Losses (5)
Wb = We- ( Cycle-1 ) Wd Cycle-1
We = 0,00085 x 1,8 x WC x (T 1 -T 2 ) η = Qin - Qloss x 100% Qin η = Tin - Tout x 100% Tin - Twb
Komponen
Hasil
Perhitungan Evaporation Loss (m 3 /h) 342,108 Drift Loss (m 3 /h) 2,236 Blowdown (m 3 /h) 66,186 Make Up Water (m 3 /h) 410,53 Efisiensi Termal (%) 74% Efisiensi Kerja (%) 71,429% (6) (7) (1) (2) (3)
Tabel 4. Hasil Perhitungan Data Desain Cooling Tower Unit Urea Komponen Hasil Perhitungan Evaporation Loss (m 3 /h) 165,638 Drift Loss (m 3 /h) 1,0826 Blowdown (m 3 /h) 30,962 Make Up Water (m 3 /h) 197,6826 Efisiensi Termal (%) 75,82% Efisiensi Kerja (%) 71,429%
Dari  tabel  tersebut,  dapat  diketahui  bahwa berdasarkan  data  desain  nilai  efiensi  kerja maupun  efisiensi  thermal cooling  tower yag terdapat  pada  unit  urea  dan  amoniak  berkisar antara  71  –  75  %.  Nilai  efiesiensi  inilah  yang nanti akan dibandingkan dengan data aktual pada saat  dilakukan  pengamatan  di  lapangan.  Grafik hasil  perhitungan  efisiensi  thermal  tertera  pada Gambar 2 berikut
Gambar 2. Grafik Efisiensi Termal Fluida Cooling Tower Amoniak -Urea periode 28 Januari 2019-3 Febuari 2019
Selain  melakukan  perhitungan  effiensi  termal, juga  dilakukan  perhitungan  efsiensi  kerja  pada unit  urea  dan  amoniak  sebagaima  gambar  3 berikut
Gambar 3. Grafik Efisiensi Kerja Cooling Tower Amoniak -Urea periode 28 Januari 2019- 3 Febuari 2019
Hasil  perhitungan  tersebut  menunjukkan  bahwa efisiensi termal dan efisiensi kerja dari dataaktual untuk masing-masing unit cooling tower mendekati  data  desainnya.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  panas  fluida  yang  mengalir  pada  proses pendinginan  cukup  baik  dan  performa  kerja  dari cooling  tower  untuk  masing-masing  unit  masih dapat dikatakan beroperasi dengan baik
Berdasarkan  tabel  3,  dapat  diketahui bahwa  efisiensi  panas  fluida  data  desain cooling tower amoniak,  yaitu  sebesar  74%,  sedangkan perhitungan  efisiensi  panas  fluida  data  aktual cooling  tower amoniak  pada  gambar  2  dari tanggal 28 Januari s.d. 3   Februari   2019,   yaitu 77,20%,  77,40%,      78,70%,      78%,      77,30%, 76,90%,  dan  77,40%.    Selain  itu  ,  berdasarkan tabel  yang  sama  diperoleh  hasil  perhitungan efisiensi    kerja    data    desain cooling  tower amoniak sebesar 71,429%, sedangkan perhitungan  efisiensi  kerja  data  aktual cooling tower  amoniak  p dari  tanggal  28  Januari  2019-3
Februari 2019 pada gambar 2 menunjukkan nilai yang  lebih  besar,  yakni  80%,  81,481%, 74,614%,  79,412%,  79,412%,  83,537%,  dan 81,447%
Pada  unit  urea,  perhitungan  efisiensi panas  fluida  data  desain cooling  tower pada tabel 4 sebesar  75,82%, sedangkan perhitungan efisiensi  termal  menggunakan  data  aktual cooling tower urea dari tanggal  28  Januari s.d 3 Februari  2019 menunjukkan nilai yang berbeda yaitu sebesar 75,65%, 77,57%, 75,77%, 75,53%, 76%,    74,54%,  dan  75,54%.  Disisi  lain,  efisiensi kerja  data  desain cooling  tower urea  yang terdapat  pada  tabel  yang  sama  menunjukkan nilai  71,429%, sedangkan perhitungan efisiensi kerja  data  aktual cooling  tower urea  cukup bervariasi  dari    79,429%,  75,181%,  75,830%, 76,184%, 76,029%, 81,012%, dan 76,483%.
Faktor-faktor yang dapat meningkatkan efisiensi dari cooling tower antara lain mengatur flowrate dari  air  ataupun  udara,  meningkatkan luas  permukaan  kontak,  meningkatkan  waktu kontak  antara  air  dan  udara,  dan  mengatur  arah aliran udara yang berhubungan dengan permukaan kontak air. Flowrate dari air ataupun udara  akan  mempengaruhi  temperatur cooling water yang  dihasilkan.  Semakin  tinggi flowrate
udara  dan  semakin  rendah flowrate air  maka temperatur cooling  water yang  dihasilkan semakin  rendah,  sehingga  efisiensi cooling tower yang didapat semakin meningkat. Flowrate udara  dapat  dipercepat  dengan memperbanyak  dan  mempercepat  putaran fan yang digunakan.
Peningkatan  luas  permukaan  dan  waktu kontak  dapat  dilakukan  dengan  memperbanyak bahan pengisi ( filler ) dan  mempertinggi cooling tower .  Semakin  lama  waktu  kontak  antar  kedua fluida  maka cooling  water yang  dihasilkan semakin  baik.  Arah  aliaran  juga  dapat  diatur secara  parallel, counter  current  flow ,  ataupun cross flow (Fauzi dan Bayu, 2016).

## 4.   KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  tersebut, kinerja  cooling  tower  baik  pada  unit  amoniak maupun  unit  urea  masih  beroperasi  dengan  baik karena sesuai dan mendekati efisiensi desainnya. Berdasarkan data aktual neraca massa dan neraca panasnya,  efiensi  thermal  pada  unit  urea  dan amoniak  yaitu  berkisar  antara  74%-78,70%. Sedangkan  efisiensi  kerja  berdasarkan  data aktualnya, yaitu berkisar 71,429%-83,537%.
Selain  itu  diperkirakan  total  losses  water pada cooling tower untuk unit  amoniak dan  unit urea  masih  mendekati  data  desainnya  sekitar 410,530  m3/jam  dan  198,765  m3/jam.  Oleh sebab  itu  dibutuhkan  make  up  water  untuk mengatasi permasalahan tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
Aprianti,  T.,  dkk.  2018.  Menghitung  Efisiensi dan Losses Cooling Tower Unit Refinery PT  Wilmar  Nabati  Indonesia  Pelintung. Jurnal Teknik Kimia . Vol. 24(3): 58. Coulson’s  and  Richardson’s.  2002. Chemical Engineering vol 6 , 3 th
Edition . Oxford: Butterworth Heinemann.
Fauzi  dan  Bayu.  2016.  Analisa  Performa Menara  Pendingin  pada  PT  Geo  Dipa Energi  Unit  Dieng. Jurnal  Ilmiah  Rotari . Vol. 1(1): 26. Felder,  R.  M.  and  Rosseau,  R.  W.  2005.
Elementary Principle of Chemical Process 3 rd Edition.  United  State  of America: John Willey and Sons Inc. Handoyo, Y. 2015. Analisis  Performa Cooling Tower  LCT  400  pada  PT  XYZ  Tambun Bekasi. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin . Vol. 3(1): 38-39. Perry,  R.  H.  2008. Chemical  Engineering Handbook  8 th edition .  New  York:
Mc.Graw Hill Book Company.
Putra,  R.  2015.  Analisa  Perhitungan  Beban Cooling  Tower  pada  Fluida  di  Mesin Injeksi Plastik. Jurnal Tehnik Mesin . Vol. 4(2): 56. Smith,  J.  M.  1984. Chemical  Engineering Thermodynamics 6 th edition . New York: Mc.Graw Hill Book Company.
Umakanta,  B.,  dan  Nataraj,  C.  N.  2017. Study on Induced  Draft Cooling Tower Performance Analysis In Captive Power  Plant. International  Research
Journal of Engineering and Technology (IRJET) . Vol. 4(8): 414-421.
Zakawali,  dkk.  2018.  Penambahan  Water Coolant  pada  Cooling  Tower  Tipe Counter Flow. Jurnal Mesin Nusantara . Vol. 1(2): 86.