Ya Mulai
Penentuan sifat fisik dan termal
Perancangan penukar panas
Kriteria rancangan?
Selesai Tidak
Pengukuran dan perhitungan hasil
Pembuatan dan perakitan penukar
panas
Pengujian Modifikasi
Gambar 3 Diagram pembuatan alat penukar panas. Setelah dilakukannya pembuatan alat penukar panas maka hasil yang
didapat akan dianalisis perhitungan berdasarkan prinsip hukum termodinamika I dan II. Tahapan perhitungan ditampilkan pada Gambar 4.
Mulai
Mengukur suhu dan daya listrik tiap titik
dalam subsistem Menghitung nilai Cp
dan ∆H reaksi kimia
Menghitung kesetimbangan energi
m, Cp, T Menghitung
kesetimbangan entropi S
Selesai Menghitung
kesetimbangan eksergi X
Menghitung efisiensi eksergi
ηΙΙ Melakukan analisis
hasil kadar metil ester Menghitung
kesetimbangan massa m
Mengukur hasil reaksi ME, Gl, MeOH
Menghitung rasio energi RE
Menentukan suhu dead state
Gambar 4 Diagram alir perhitungan.
3.3.1 Perancangan dan Pembuatan Alat
Alat penukar panas yang dirancang merupakan tipe pipa ganda dengan arah aliran fluida berlawanan. Alat penukar panas difungsikan sebagai pengganti peran
kondensor. Fluida panas merupakan produk yang keluar dari reaktor dengan bentuk uap dan suhu sekitar 290
o
C yang diharapkan akan berubah fase menjadi cairan ketika keluar dari penukar panas, sehingga dapat langsung ditampung pada
gelas penampung. Sedangkan fluida dingin merupakan metanol yang berbentuk cair dan bersuhu sekitar 27
o
C, dengan debit aliran masuk 3 mL menit
-1
. Fluida dingin diharapkan mampu berubah suhu menjadi 200
o
C sehingga dapat mengurangi beban panas vaporizer dan superheater. Dengan perancangan
penukar panas yang mampu memanfaatkan suhu keluaran dari reaktor sebagai pemanas metanol, diharapkan rasio energi dan efisiensi eksergi dapat ditingkatkan
serta kehilangan eksergi dapat ditekan seminimal mungkin. Suhu keluar dari masing-masing pipa merupakan variabel yang akan dihitung dengan estimasi
penentuan awal ukuran penukar panas. Perancangan pada penelitian ini dilaksanakan dalam beberapa tahap yaitu
tahap perancangan, tahap pengumpulan alat dan bahan, tahap pembuatan dan perakitan, tahap pengujian hasil rancangan, tahap pengamatan, dan analisis data.
1 Tahap Perancangan, meliputi pembuatan gambar detail rancangan struktural
alat, gambar tiga dimensi alat, gambar bagian-bagian alat, penentuan ukuran, penentuan bahan konstruksi.
2 Tahap Pengumpulan Alat dan Bahan, yaitu: penentuan jumlah bahan-bahan
konstruksi yang diperlukan, pembelian bahan, penyediaan alat-alat yang dibutuhkan dalam proses perakitan.
3 Tahap Pembuatan dan Perakitan, meliputi pembuatan pipa saluran produk
dan pipa saluran metanol. Kemudian selanjutnya akan dilakukan perakitan dengan sistem produksi biodiesel kemudian dilakukan pengujian alat.
4 Tahap Pengujian, merupakan tahapan untuk mencoba apakah alat yang telah
dirancang dapat bekerja uji performansi dan berfungsi sesuai dengan yang diharapkan uji fungsional.
3.3.1.1 Rancangan Fungsional
Alat penukar panas yang dirancang merupakan salah satu bagian dalam sistem alat produksi biodiesel non-katalitik. Secara fungsional penukar panas ini
bekerja untuk menurunkan suhu keluaran dari reaktor dan menaikkan suhu metanol masuk. Penukar panas ini terdiri dari dua komponen pipa yang berfungsi
sebagai saluran masuk metanol dan saluran produk. 1
Saluran produk. Berfungsi sebagai saluran keluar produk dari reaktor yang bersuhu sekitar 290
o
C, dalam saluran pipa ini produk akan mengalami perubahan suhu yang cukup besar karena diharapkan produk yang keluar
nanti sudah dapat langsung ditampung dalam gelas penampung sehingga tidak memerlukan kondensor kembali untuk mendinginkan dan
mengembunkan produk.
2 Saluran metanol. Pipa ini berfungsi sebagai saluran masuk metanol yang
bersuhu 27
o
C yang bekerja untuk menurunkan dan mengembunkan suhu produk, pipa ini berada di luar menyelimuti pipa produk sehingga kontak
langsung dengan lingkungan. Dalam pipa ini metanol akan mengalami perubahan suhu dan perubahan fase dari cairan menjadi uap sehingga dalam
perhitungan perlu dihitung panas laten yang terjadi pada metanol dalam pipa
ini. 3.3.1.2 Rancangan Struktural
Bahan, bentuk, dan dimensi merupakan faktor penting perancangan suatu alat atau mesin, karena ketepatan akan faktor tersebut berdampak pada kinerja. Dimensi
alat penukar panas yang dirancang merupakan hasil perhitungan dari sifat fisik dan termodinamik cairan dan gas yang akan dialirkan, begitupun bahan dan bentuknya.
1 Saluran produk. Berbentuk pipa yang terbuat dari bahan stainless steel yang
berdiameter 0.01905 m 0.75 inch dengan panjang 0.35 m dan tebal 0.002 m. Pemilihan ukuran diameter didasarkan pada laju alir produk yang masuk
tidak terlalu besar yaitu sekitar 167.9 gram jam
-1
dan berbentuk gas sehingga bidang kontak dengan fluida pendingin lebih efisien. Selain itu,
sudah tersedia di pasaran. Begitupun pemilihan ukuran panjang berdasarkan aliran fluida pendingin yang masuk sebesar 142.2 gram jam
-1
juga berdasarkan simulasi perhitungan yang diharapkan suhu produk keluar
sudah dalam batas toleransi untuk langsung ditampung dalam gelas penampung.
2 Saluran metanol. Berbahan stainless steel dengan diameter 0.0381 m 1.50
inch dengan panjang 0.35 m dan tebal 0.003 m. Ukuran panjang didasarkan pada simulasi perhitungan yang telah dilakukan, karena suhu yang
diharapkan keluar dari pipa ini adalah sekitar 200
o
C, dan mampu menggantikan kinerja vaporizer dan mengurangi kinerja superheater
sehingga lebih hemat energi yang digunakan. 3
Bahan konstruksi. Seluruh bagian pada alat penukar panas dibuat dengan menggunakan stainless steel dikarenakan suhu pengoperasian alat yang tinggi
mencapai 290
o
C dan fluida yang akan digunakan dalam pengoperasian alat yaitu palm olein dan metanol sehingga diharapkan mampu meminimalisir