PENERAPAN PERANGKAT LUNAK KOMPUTER UNTUK PENENTUAN KINERJA PENUKAR KALOR
Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006 ISSN : 1411-6286
PENERAPAN PERANGKAT LUNAK KOMPUTER UNTUK PENENTUAN KINERJA PENUKAR KALOR
1
2
3 Sugiyanto , Cokorda Prapti Mahandari , Dita Satyadarma .
Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma Jln Margonda Raya 100 Depok.
2 coki@staff.gunadarma.ac.id.
ABSTRAK Penukar kalor adalah alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain.
Salah satu jenis penukar kalor yang banyak dipergunakan di industri adalah jenis tabung dan buluh (Shell and Tube). Penentuan kinerja alat penukar kalor yang melibatkan banyak perhitungan matematika telah disederhanakan dalam bentuk diagram alir oleh organisasi pembuat penukar kalor yakni Turbular Exchanger Manufactures Association (TEMA).
Dengan berpedoman pada diagram alir dari TEMA telah dibuat program penentuan kinerja penukar kalor dengan perangkat lunak Visual Basic dengan tampilan paramater yang terpadu pada satu layar. Program diuji dengan memberikan data masukan sesuai kondisi di industri. Data masukan yang dipergunakan adalah data fluida dan data spesifikasi penukar kalor yang diperoleh dari PT Migas Cepu. Fluida di dalam tabung adalah solar dan fluida didalam buluh adalah minyak mentah (crude oil).
Parameter kinerja penukar kalor tabung dan buluh yang ditentukan antara lain neraca panas, rasio viskositas dan dinding buluh, Log Mean Temperature Difference (LMTD) dan temperatur kalorik, heat transfer dan faktor pengotor, Bilangan Reynold, penurunan tekanan, Bilangan Prandtl dan koefesien perpindahan panas, dan unjuk kerja alat penukar kalor.
Analisis kinerja penukar kalor milik PT Migas Cepu menghasilkan penurunan tekanan pada sisi tabung 16,26 psi dan pada sisi buluh 7,66 psi. Faktor pengotor penukar kalor diperoleh 0,101 dan unjuk kerja penukar kalor adalah 63,48 %..
Kata Kunci: penukar kalor, Visual Basic, perangkat lunak.
PENDAHULUAN 1.
spesifikasi teknis yang sesuai dengan kondisi nyata. Untuk menyesuaikan dengan data yang Perkembangan perangkat lunak diperoleh dari spesifikasi penukar kalornya komputer mengalami kemajuan yang jauh lebih maka satuan yang dipergunakan adalah satuan cepat jika dibandingkan dengan penerapannya British. dibidang rekayasa teknik. Demikian pula penguasaan penerapan perangkat lunak di
2. LANDASAN TEORI
bidang akademis sangat jauh tertinggal dibandingkan penerapan perangkat lunak di
2.1.Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap
industri. Untuk meningkatkan penguasaan Efektivitas Penukar Kalor dibidang ini maka dilakukan penerapan Penelitian tentang alat penukar kalor perangkat lunak terhadap analisis kinerja telah banyak dilakukan. Salah satunya adalah penukar kalor dengan perangkat lunak yang pengaruh kecepatan aliran terhadap efektivitas tersedia. penukar kalor seperti ditampilkan pada gambar
Penukar kalor yang dianalisis
1. Efektivitas alat penukar kalor tipe tabung dan kinerjanya adalah penukar kalor jenis tabung buluh lebih tinggi saat udara panas mengalir di dan buluh yang telah banyak dipergunakan di sisi buluh (kecepatan aliran tinggi) dan udara industri agar diperoleh parameter kerja dan dingin mengalir di sisi tabung (kecepatan aliran Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006
ISSN : 1411-6286 rendah).Efektivitas alat penukar kalor tipe
baffle adalah penurunan tekanan aliran di sisi tabung [4].
Kajian pustaka tentang berbagai penelitian alat penukar kalor dilakukan sebelum pengambilan data spesifikasi dan data parameter kerja alat penukar kalor yang diperoleh dari PT MIGAS Cepu Jawa Tengah. Diagram alir perancangan alat penukar kalor dari TEMA dijadikan bahan acuan untuk membuat diagram alir analisa kinerja penukar kalor. Dari diagram alir tersebut dibuatlah program Visual Basic dengan rancangan tampilan parameter-parameter kinerja penukar
3 . METODE PENELITIAN
Parameter yang dihitung adalah neraca energi, selisih temperatur sebenarnya, temperatur kalori, luas aliran, kecepatan aliran, bilangan Reynold, faktor JH, panas spesifik, koefisien perpindahan panas, koefisien perpindahan panas bersih keseluruhan, koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan desain, faktor pengotoran dan penurunan tekanan.
Penelitian tentang alat penukar kalor pernah dilakukan oleh Wahyu Setio Nugroho yaitu analisis fouling factor pada alat penukar kalor jenis tabung dan buluh di Pembangkit Listrik Tenaga Uap Sektor Muara Karang dengan menggunakan program Visual Basic 5.0. [12]
E fekt ivit as Udara Panas di Shell Udara Panas di Tube
13
10
8
5
0,2 0,4 0,6 0,8
perpindahan panas namun mengurangi fraksi aliran melintang. Fenomena ini membuat adanya harga optimum dari efektivitas pada jarak antar baffle tertentu. Parameter lain yang penting yang terpengaruh dengan dipasangnya
tabung dan buluh meningkat jika fluida, baik di
baffle yang lebih kecil menaikkan koefisien
Perpindahan panas yang paling efektif dalam alat penukar kalor adalah pada aliran jenis melintang (cross flow). Dengan berkurangnya fraksi aliran melintang berarti perpindahan panas dari udara panas ke udara dingin menjadi berkurang. Jadi, jarak antar
tegak lurus dengan aliran udara semakin kecil. Dengan bertambahnya kecepatan aliran, koefisien panas akan meningkat. Oleh karena itu dengan bertambahnya jumlah baffle yang dipasang, atau semakin kecil jarak antar baffle, efektivitas meningkat. Namun, dengan bertambahnya jumlah baffle membuat fraksi aliran melintang (cross flow) menurun.
baffle membuat kecepatan udara dingin dalam tabung meningkat karena luas penampang yang
Alat penukar kalor yang dioperasikan tanpa baffle ternyata memiliki efektivitas terendah. Semakin kecil jarak antar baffle yang dipasang membuat efektivitas meningkat namun kemudian menurun. Hal ini menunjukkan adanya nilai optimum pula untuk jarak baffle yang dipasang dalam suatu alat penukar kalor. Penggunaan atau penambahan
Baffle dipasang untuk meningkatkan laju kalor perpindahan panas dan untuk menyangga buluh yang ada di dalam tabung. Perpindahan panas yang lebih baik sangat diharapkan dalam suatu alat penukar kalor. Efektivitas meningkat seiring dengan mengecilnya jarak antar baffle hingga suatu jarak tertentu, kemudian menurun.
Gambar 1. Grafik Efektivitas Fungsi Kecepatan Udara Di Buluh [3] 2. 2. Pengaruh Penggunaan Baffle
tabung .[3] .
mengalir di buluh dan udara dingin mengalir di
dan buluh lebih tinggi jika udara panas
sisi tabung maupun di sisi buluh, mengalir dengan kecepatan lebih tinggi hingga suatu harga maksimum dan kemudian akan menurun meskipun kecepatan fluida meningkat terus.Efektivitas alat penukar kalor tipe tabung
15 Kecepatan Udara di Tube (m/s)
Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006 ISSN : 1411-6286 kalor yang terpadu pada satu layar. Untuk menyesuaikan dengan data yang diperoleh dari A spesifikasi penukar kalornya maka satuan yang dipergunakan adalah satuan British.
Perhitungan LMTD dan Temperatur
4. PEMBAHASAN Kalorik
Log Mean Effective Temperature
4.1.Diagram Alir Perhitungan
(LMTD) Temperatur Kalorik untuk solar (T c ) Temperatur Kalorik untuk crude oil (t c )
Mulai Data masukan parameter
Log Mean Effective kerja dan spesifikasi Temperatur, teknis, T , T , t , t , SG, 1 2 1 2 Temperatur Kalorik
V, t, ID s, Pt-OD s,
B, P t , solar, Temperatur De , μ s, cp s, k s, N t, a’t , n, ID t,
Kalorik crude oil cp k JH JH Tw, μ t, t, t, s, t, μws , , q t , L, a”, LMTD,
f, μwt ΔT G N, ø , G , ø s, s t t
Perhitungan Bilangan Reynold pd Tabung
Perhitungan Bilangan Reynold pd Buluh Bilangan Reynold pada
Perhitungan Neraca Panas Tabung Tabung
Temperatur rata-rata (Tr), Bilangan Reynold pada o Derajat API ( API),
Buluh
Kapasitas solar per hari (Q solar ) Massa jenis solar ( ρ solar ), Laju aliran (W ) s
Perhitungan Bilangan Prandtl pd Tabung Panas yang dilepaskan (q s )
Perhitungan Bilangan Prandtl pd Buluh
Perhitungan Neraca Panas Buluh
Perhitungan Keofisien Perpindahan Temperatur rata-rata (Tr) o Panas Derajat API ( API) Kapasitas crude oil per hari (Q crude oil) Massa jenis crude oil ( crude oil)
ρ Bilangan Prandtl pada Laju aliran (W s )
Tabung
Panas yang dilepaskan (q s ) Bilangan Prandtl pada
Buluh
Koefisien Perpindahan Panas
Hasil Perhitungan Neraca Panas pada Tabung Hasil Perhitungan Neraca
Perhitungan Rasio Viskositas dan Koefisien Panas pada Buluh
Dinding Buluh
A B Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006
ISSN : 1411-6286
B
Perhitungan Laju Kalor dan Faktor pengotor Laju Kalor dan Faktor pengotor
Perhitungan Pressure Drop Perhitungan Effisiensi Efektif dari penukar kalor dan
Pressure Drop
Effisiensi Effektif Selesai
Gambar 2. Diagram Alir perhitungan Gambar 4. Hasil Perhitungan Neraca Panas
4.2. Tampilan Keluaran Program
Berikut ini berturut-turut akan ditampilkan layar keluaran masing-masing parameter yang dihitung diawali dengan layar pemasukan data awal pada gambar 3.
Gambar 5. Hasil Perhitungan LMTD Dan Gambar 3. Tampilan Masukan Data Temperatur Kalorik Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006 ISSN : 1411-6286
Gambar 6. Hasil Perhitungan Bilangan Gambar 9. Hasil Perhitungan Overall Heat Reynold. Tranfer Coefficient Dan Faktor Pengotor
Gambar 7. Hasil Perhitungan Bilangan Prandtl Gambar 10. Hasil Perhitungan Pressure Drop
Dan Koefisien Perpindahan PanasGambar 8. Hasil Perhitungan Rasio Viskositas Gambar 11. Hasil Perhitungan Efisiensi Efektif
Dan Koefisien Dinding Tube Penukar KalorAuditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-24 Agustus 2006
John Wiley and Sons: New York, 1981 [6] Heru Prayitno, “Perawatan Sistem Penukar
Trisakti:Jakarta, 2001 [13]Warren M Rohsenow, Handbook Heat
Factor pada Heat Exchanger di Pembangkit Listrik Tenaga Uap Sektor Muara Karang dengan Menggunakan Program Visual Basic 5.0 , Universitas
McGraw-Hill:New York, 1979 [12]Wahyu S. Nugroho, Analisa Fouling
Cepu, 2000 [11]VincentCavaseno, Process Heat Exchange,
Condenser & Cooler , Pusdiklat Migas
[10] Syaiful Anam, Heat Exchanger,
Exchanger Manufactures Association, Inc: New York, 2000
Tubular Exchanger Manufactures Association , Standars of The Turbular
[9] Richard C. Byrne, Standards of The
Panas Tipe Cangkang dan Tabung ‘ SEPHIA-K’”, Jurnal P2TKN-BATAN, Jakarta 2002
Erlangga: Jakarta 1995 [8] Joko P. Witoko, Pembuatan Penukar Kalor
Yogyakarta, 2002 [7] J.P Holman, E Jasjfi, Perpindahan Kalor,
Jurnal Ilmiah Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Maju ,
Panas Tipe Plat EC-4 di Reaktor Kartini”,
Fundamentals of Heat and Mass Transfer ,
ISSN : 1411-6286 Tampilan hasil eksekusi tiap parameter yang langsung berhubungan dengan tampilan masukan data memungkinkan hasil perubahan nilai langsung terlihat. Jika dibandingkan dengan penelitian serupa yang dilakukan dari data penukar kalor jenis tabung dan buluh di PLTU Muara Karang maka terlihat tampilan parameter yang dihitung terpisah-pisah.
[5] Frank P. Incropera, P. De Witt,
Universitas Kristen Petra Surabaya, Jakarta, 2001
[4] Ekadewi A., Handoyo Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell and Tube Heat Exchanger”, Jurnal Teknik Mesin
Teknik Mesin UniversitasKristen Petra Surabaya, Jakarta, 2000
[3] Ekadewi A. Handoyo, “Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell and Tube Heat Exchanger” Jurnal
[2] Ekadewi A., Handoyo, “ Pengaruh Tebal Isolasi Termal Terhadap Efektivitas Plate Heat Exchanger, Jurnal Teknik Mesin Universitas Kristen Petra , Surabaya, 2000.
Nasional Komputer Dan Sistem Intelijen (KOMMIT) , Jakarta, 2002
[1] Cokorda Prapti Mahandari, Simulasi Perancangan Thermohidrolik Pada Alat Penukar Panas Jenis Recuperator Extended Surface, Proceeding Seminar Ilmiah
6. DAFTAR PUSTAKA
Penelitian dapat dilanjutkan dengan menambahkan pilihan berbagai jenis parameter kerja maupun parameter teknis lainnya.
Penerapan perangkat lunak komputer terlihat sangat mempercepat perhitungan dan hasilnya dapat dijadikan bahan pertimbangan untuk langkah pemakaian dan pemeliharaan penukar kalor.
Dari hasil perhitungan dengan program ini efisiensi penukar kalor jenis tabung dan buluh yang ada di PT MIGAS Cepu adalah 63,48 % dengan pressure drop pada tabung 16,26 psi dan pada sisi buluh 7,66 psi. Sedangkan pressure drop total yang diijinkan adalah 10 psi. Hal ini berarti penukar kalor perlu dibersihkan untuk menghilangkan faktor penghambat aliran yang menyebabkan pressure drop agak tinggi.
5. PENUTUP
Disamping itu penelitian tersebut tidak untuk menentukan besarnya efisiensi penukar kalor namun lebih dipusatkan pada penentuan faktor pengotor.
Transfer , McGraw-Hill:New York, 1998