Superheater
4 3
E_masuk
E_keluar W_elektrik
Superheater
Massa ∑ ṁ = ∑ ṁ
Energi W = m
̇ C T − T Entropi ∆S = ṁ C ln
T T
Eksergi W − T ∆S
= m ̇ C T − T −
�T �ṁ C ln ��
Reaktor
Reaktor
6
5 W_elektrik
E_masuk E_keluar
Massa ∑ ṁ = ∑ ṁ
Energi W +
∆H = m
̇ C T − T Entropi ∆S
= m ̇ C ln −
∆
k
Eksergi W + ∆H �1 − � − T ∆S
= m
̇ C T − T − �T �ṁ C ln � �
Alat penukar panas
Alat penukar panas
8 9
7 10
E_masuk
E_masuk E_keluar
E_keluar Produk
Massa m
̇ = ṁ = ṁ m
̇ = ṁ = ṁ Energi
m ̇ C T − T = ṁ C T − T
Entropi ṁ C ln +
∆S = m
̇ C ln Eksergi Q �1 − � − T ∆S
= Q �1 − �
Efisiensi eksergi hukum kedua termodinamika pada setiap subsistem dapat dituliskan sebagai:
η = 1 −
∆ ̇
30
Dimana
Ẋ merupakan komponen yang diperhitungkan sebagai eksergi masuk kW
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Alat Penukar Panas
Alat penukar panas yang dirancang merupakan tipe pipa ganda dengan arah aliran fluida berlawanan. Alat penukar panas difungsikan sebagai pengganti peran
kondensor, dengan memperlakukan metanol masuk sebagai fluida pendingin bagi produk yang keluar dari reaktor yang merupakan fluida panas. Pipa yang dibuat
terdiri dari dua macam yaitu pipa yang difungsikan sebagai tempat aliran fluida panas produk yang berada di bagian dalam dan pipa yang difungsikan sebagai
tempat aliran fluida dingin metanol yang berada di bagian luar menyelimuti pipa bagian dalam. Seluruh bahan menggunakan stainless steel SS 316 yang
mempunyai nilai konduktivitas termal sebesar 13.99 W m
-1 o
C
-1
bertujuan untuk menghambat terjadinya korosi karena bahan fluida yang digunakan untuk
pembuatan biodiesel adalah minyak dan metanol. Pipa dalam fluida panas dibuat dengan ukuran panjang 0.50 cm, diameter
0.01905 m 0.75 inch, dan tebal 0.0015 m. Bentuk pipa fluida panas ditampilkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Pipa saluran fluida panas. Pipa luar fluida dingin berukuran panjang 0.35 m, diameter 0.0381 m
1.50 inch, dan tebal 0.0030 m. Gambar 7 menunjukan bentuk pipa saluran fluida dingin. Penggabungan antara kedua pipa menggunakan las argon sehingga lebih
rapih dan tidak terjadi kebocoran karena lebih rapat dan padat. Gambar 8 merupakan gambar alat penukar panas secara keseluruhan digabung. Nepel,
elbow, dan T-socket digunakan sebagai penghubung alat penukar panas dan sistem
pada alat yang sudah ada dengan tambahan pipa stainless steel yang berdiameter sama dengan antar sistem yang akan dihubungkan. Desain dan Gambar alat secara
keseluruhan terdapat pada Lampiran 3 dan 4.
Gambar 7 Pipa saluran fluida dingin.
Gambar 8 Alat penukar panas hasil rancangan. Penentuan dimensi berdasarkan ketersediaan tempat dan perhitungan saat
perancangan menggunakan laju alir fluida pendingin metanol 142.2 gram jam
-1
3 mL menit
-1
dan fluida panas produk 167.9 gram jam
-1
hasil penelitian Joelianingsih 2008b serta berbentuk uap sehingga bidang kontak dengan fluida
pendingin diharapkan lebih efektif. Namun, pada pelaksanaan uji fungsional dengan aplikasi dilapangan justru hal tersebut menjadi kendala karena variabel
pengukuran menggunakan tiga laju alir metanol yaitu 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit
-1
sehingga mempengaruhi kinerja alat penukar panas. Alat penukar panas yang
diharapkan berperan sebagai pengganti kondensor tidak mampu menurunkan suhu produk hingga suhu yang diharapkan 30
o
C. Skema letak pengukuran suhu dengan termokopel pada jalur produk keluar dari reaktor ditampilkan Gambar 9
dan rata-rata perubahan suhunya dalam Tabel 5.
Gambar 9 Letak pengukuran suhu produk dari reaktor sampai alat penukar panas. Tabel 5 Perubahan suhu fluida pada alat penukar panas dan pipa jalur produk
Titik pengukuran suhu
Laju alir metanol mLmenit Satuan
Keterangan 1.5
3.0 4.5
1
118.82 123.69
134.65
o
C 2
93.28 99.39
116.25
o
C 3
64.90 65.02
84.45
o
C 4
64.45 64.92
65.29
o
C 5
63.60 64.51
64.95
o
C 6
62.13 61.70
63.87
o
C Produk masuk
7
42.82 56.43
59.17
o
C Produk keluar
8
41.12 40.22
39.16
o
C Metanol masuk
9
55.71 56.04
57.84
o
C Metanol keluar
10
54.90 53.49
53.02
o
C 11
56.10 55.88
55.38
o
C 12
47.10 51.54
51.04
o
C 13
28.79 28.68
28.91
o
C Lingkungan
4 5
6
12 11
10
7 3
8 9
2 1
13
Gambar 11, 12, dan 13 menunjukan profil perubahan suhu disepanjang alat penukar panas pada setiap laju alir metanol. Menurut Holman 1995 bahwa alat
penukar panas dengan sistem aliran berlawanan arah counter flow akan mendapatkan suhu keluar fluida dingin yang lebih tinggi dari suhu keluar fluida
panas dari alat penukar panas sehingga dianggap lebih baik dari alat penukar panas dengan aliran searah parallel flow, seperti yang ditampilkan dalam
Gambar 10. Hasil pengukuran suhu saat penelitian mendapatkan pada laju alir metanol 1.5 mL menit
-1
suhu keluar fluida dingin dapat lebih tinggi dari suhu keluar fluida panas pada alat penukar panas, bahkan suhu keluar fluida panas
cenderung mendekati suhu masuk fluida dingin. Hal ini dimungkinkan karena pada kolom pipa fluida dingin metanol masih memenuhi kolom tersebut saat
produk fluida panas masuk, sedangkan produk masuk dengan laju alir yang rendah sehingga suhunya dapat lebih cepat diturunkan oleh metanol cair yang
memenuhi kolom pipa metanol fluida dingin. Oleh karena itu, saat produk keluar dari alat penukar panas suhunya mendekati suhu metanol masuk. Namun, hal itu
tidak terjadi pada laju alir metanol 3.0 dan 4.5 mL menit
-1
.
Gambar 10 Profil suhu pada aliran berlawanan arah.
