Perencanaan Mesin Pendingin Absorbsi (Lithium Bromide) memanfaatkan Waste Energy di PT. PJB Paiton dengan
tinjauan secara thermodinamika
M h d A A
Muhamad Angga A 2108 100 522
Dosen Pembimbing :
Ary Bachtiar Krishna Putra, ST,MT,PhD
Latar Belakang Latar Belakang
• Waste Energy merupakan pemanfaatan energy buang yang sudah tidak terpakai lagi Daripada energy nya yang sudah tidak terpakai lagi . Daripada energy nya terbuang sia-sia lebih baik dimanfaatkan lagi untuk penunjang proses lainnya .
p j g p y
• Pemanfaatan waste energy disini yaitu berupa dengan memanfaatkan kalor dari gas buang yang terletak di
dalam stack (cerobong) boiler sehingga dapat digunakan dalam stack (cerobong) boiler sehingga dapat digunakan untuk perancangan mesin pendingin sistem absorpsi ini khususnya pada generator nya . y p g y
• Pada perencanaan sistem absorpsi ini penulis
menggunakan air sebagai refrigeran dan lithium bromide sebagai absorbent
sebagai absorbent.
Perumusan Masalah Perumusan Masalah
• Untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja dari alat penyejuk udara dengan sistem absorpsi.
M hit il i COP d i i f i i b i
• Menghitung nilai COP dari mesin refrigerasi absorpsi tersebut.
• Merencanakan generator absorpsi yang dipakai pada
• Merencanakan generator absorpsi yang dipakai pada
mesin pendingin absorpsi tersebut.
Tujuan Penulisan Tujuan Penulisan
• Menghitung kalor yang dibutuhkan generator.
• Merencanakan mesin pendingin sistem absorpsi
d ti j th di ik hi
dengan tinjauan secara thermodinamika sehingga dapat ditentukan nilai COP nya .
• Merencanakan generator pada mesin pendingin
• Merencanakan generator pada mesin pendingin
tersebut.
Batasan Masalah
P dikh k d t
Batasan Masalah
• Perencanaan dikhususkan pada generator.
• Sistem pendingin terisolasi sempurna dan tidak terjadi kebocoran
kebocoran.
• Mesin pendingin diasumsikan dalam kondisi aliran mantap/tunak atau kondisi steady state. p y
• Dalam perhitungan tidak disertakan faktor biaya
• Perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan
• Keluar dari kondenser diasumsikan cair jenuh
• Hanya membahas siklus refrigerasi
• Mengenai kondensor, evaporator, absorber tidak
dihitung
Penelitian terdahulu
R di (2010)
• Rudi (2010)
“Perencanaan generator sistem absorbsi (LiBr) dengan memanfaatkan panas buang kendaraan bermotor” . p g parameter penelitian :
- menggunakan gas buang knalpot mobilmenggunakan gas buang knalpot mobil
- variasi waktu (menit) = 2 s/d 12 yang menghasilkan variasi temperatur knalpot
skema penelitian :
Uap Air in
Gas buang in LiBr-Air in
g
LiBr-Air larutan miskin out
Data perencanaan awal,
• Temperatur kondensasi: 40°C
• Temperatur kondensasi: 40 C
• Temperatur evaporasi : 10°C
• Temperatur absorber : 40°C
• Temperatur generator : 90°C
• Temperatur generator : 90 C
Dengan menggunakan perhitungan absorpsi didapat Q generator = 4,578 kW
Hasil penelitian:
Dengan menggunakan Qgenerator untuk merencanakan generator mengguna- Dengan menggunakan Qgenerator untuk merencanakan generator mengguna kan metode LMTD, didapat dimensi tabung generator
L pipa = L tabung = 52,5 meter Diameter tabung = 22 cm
Tebal dinding = 1mm
Material = stainless steel
Penelitian terdahulu
• Restina (2008)( )
“Perencanaan evaporator AC mobil dengan refrigerasi sistem absorpsi” .
parameter penelitian :
- menggunakan gas buang knalpot mobil
variasi waktu (menit) = 2 s/d 12 yang menghasilkan variasi - variasi waktu (menit) = 2 s/d 12 yang menghasilkan variasi temperatur knalpot
skema penelitian :
Menentukan data perencanaan awal,
• Temperatur kondensasi: 40°Cp
• Temperatur evaporasi : 10°C
• Temperatur absorber : 40°C
• Temperatur generator : 90°C
• Temperatur generator : 90 C
Dengan menggunakan perhitungan absorpsi didapat Q evaporator = 3,517 kW
Hasil penelitian:
Dengan menggunakan Qevaporator untuk merencanakan evaporator mengguna- kan metode LMTD, didapat dimensi evaporator
L pipa = L tabung = 2 meter
Diameter inlet = 0,00791 cm Diameter inlet = 0,00953 cm Tebal dinding = 0,00872 cm Material = tembagag
Penelitian terdahulu
R bi S j (2010)
Penelitian terdahulu
• Robin Sanjaya (2010)
“Perencanaan mesin pendingin sistem absorbsi (LiBr) dengan tinjauan secara thermodinamika” .
parameter penelitian :
- menggunakan gas buang knalpot mobilmenggunakan gas buang knalpot mobil - variasi engine speed (rpm) = 1000-2500
- variasi temperatur generator, condensor, absorber, konsentrasi LiBr skema penelitian :
Hasil Penelitian :
- perubahan suhu pada generator secara signifikan akan mempengaruhi COP (coefficient of performance) dari sistem refrigerasi absorpsi tersebut.
Semakin meningkatnya suhu pada generator maka COP (coefficient of performance) akan semakin menurun .
p )
- tingkat perubahan temperatur pada generator akan mempengaruhi kinerja perpindahan panas masing-masing komponen. Salah satu hasil yang
ditunjukan adalah meningkatnya kapasitas evaporator dari 25 240 kW ditunjukan adalah meningkatnya kapasitas evaporator dari -25 – 240 kW ketika suhu generator 85 – 120 °C.
Dasar Teori
Dasar Teori
Refrigerasi Absorbsi
Komponen yang digunakan:
Komponen yang digunakan:
- Evaporator - Kondensor
- Katup ekspansi
K di tik l h
- Kompresor digantikan oleh :
☻ Absorber
menyerap uap refrigerant larutan lemah/miskin membentuk menyerap uap refrigerant larutan lemah/miskin membentuk refrigerant larutan kaya/kuat
☻ Pompa
menaikkan tekanan larutan kuat/kaya ke tekanan kondensor
☻ Generator/ desorber
distilasi uap dari larutan kaya/kuat menjadi larutan lemah/miskin distilasi uap dari larutan kaya/kuat menjadi larutan lemah/miskin
Siklus absorpsi uap pada diagram ln p-1/T
Keseimbangan Energi g g
Keseimbangan energi sirkuit larutan
• Generator
• Absorber
Keseimbangan energi sirkuit refrigeran
• Kondensor
• Evaporator
Metode NTU Metode NTU
- Pada shell (fluegas)Pada shell (fluegas) Ch = mh . Cphot
- Pada tube (LiBr-Water) Cc = mc. Cpcold
NTU - NTU
NTU = U.A / Cmin
Jika Cc < Ch, maka q maks = Cc (Th, i – Tc,i) Jika Cc > Ch, maka q maks = Ch (Th, i – Tc, i) - Efectiveness
Є = q / qmax Є = q / qmax
Flowchart pengerjaan tugas akhir
Mulai
Studi literatur
Observasi
Perumusan sistem Perumusan sistem
Perencanaan dasar sistem
Pemilihan komponen
Pembuatan laporan
SELESAI
• Flowchart perencanaan dan perhitungan
start
- Data temperatur stack gas buangData temperatur stack gas buang - Potensi panas stack Q = 18 MW - Q generator = 4 MW
Menentukan data perencaan awal:
1. temperature generator absorpsi 2. temperature kondensasi
3. temperature evaporasi
4 t t b b
4. temperature absorber
Pengeplotan di diagram Ln P-1/T
Pencarian data konsentrasi LiBr
Mencari harga entalphi
Menghitung kalor pada absorber, generator, kondensor dan evaporator
Menentukan COP absorpsi Menentukan COP absorpsi
A
A
M t k ti LiB W t
-Menentukan dimensi heatexchanger(generator) -Menentukan properties LiBr-Water
-Menentukan properties Flue Gas
g (g )
- Menentukan tipe generator (shell and tube)
Fluida dingin (tube)
Fluida panas (shell) Fluida dingin (tube)
Fluida panas (shell)
Menghitung laju aliran massa flue gas laju aliran massa = 1,27 kg/s
Menghitung debit: m dot / ρ fluegas Menghitung debit: m dot / ρLiBr-water
Menghitung kecepatan fluida di dlm shell Menghitung kecepatan fluida di dlm tube
Menghitung angka Re shell Menghitung angka Re tube
Red ≤ 2300 Red ≤
2300
Laminar Nu=4 36 Nu=0 36 Re0,55Pr0,33 (µb/µw)0,14 Nu=0 0265 Re4/5Pr0,3 Laminar Nu=4 36 tidak
tidak
ya ya
D Laminar Nu=4,36 Nu=0,36.Re0,55.Pr0,33. (µb/µw)0,14 Nu=0,0265.Re4/5.Pr0,3 Laminar Nu=4,36
B C
M hit k fi i i d h
B C
M hit k fi i i d h
D
Menghitung koefisien perpindahan konveksi ( h hot )
h hot = Dh
k Nud. h
Menghitung koefisien perpindahan konveksi ( h cold )
h cold =
tube D
k Nud
i
. c
k
Nud. h Nud.kc
Menghitung R total
Dh Ditube
+ +
L tube D h
ntube. h. o . 1
L K ntube
tube D tube D
tube i o
. . 2 .
) /
ln(
ntube.hc. .Ditube.L 1
UA = 1/R total
Menghitung kapasitas panas : - Cc = m ld Cp ld
Dh k Nud. h
E Cc mcold. Cpcold - Ch = mhot. Cphot
D
E D
tid k Cc < Ch
Cc = Cmin Ch = Cmin
tidak
ya
NTU = U.A / Cmin
Menghitung Cr = Cmin/Cmax
Menghitung Efectiveness
Menghitung Thot out actuale g tu g ot out actua
Apakah sesuai yang
tidak yang
diharapkan?
Pemilihan HE yang dipakai
ya
Pemilihan HE yang dipakai
selesai
Penempatan generator absorpsi
• Pengambilan data
Jam Temperatur (oC)
06.00 137,8
07 00 137 1
07.00 137,1
08.00 138,1
09.00 138,2
10.00 138,3
11.00 139,2
12.00 140,2
13.00 140,8
14.00 141,9
15.00 142,6
16.00 143,6
Perhitungan siklus absorpsi g p
Data Perencanaan
o Temperatur kondensasi : 60 °C o Temperatur evaporasi : 10 °C
T t b b 40 °C
o Temperatur absorber : 40 °C o Temperatur generator : 130 °C o Memakai pendingin udara
o Memakai refrigerant air
o Memakai absorbent berupa lithium bromida (LiBr)
( )
o Memakai generator jenis shell and tube o Q generator = 4 MW
Tempat titik temperatur dalam Siklus b b i f i t
absorbsi refrigerant
Pengeplotan Data Pada Diagram ln P-1/T
3, 3a
1 2
7,8 4, 4a 6
Dari pengeplotan data didapat :
- h1 = 203,43 kJ/kg - h1a = 183,09 kJ/kg h = 320 88 kJ/kg - h2 = 320,88 kJ/kg - h3 = 210,10 kJ/kg - h4 = 93,5 kJ/kg
h = 2745 4 kJ/kg - h5 = 2745,4 kJ/kg - h6 = h7 = 251,1 kJ/kg - h8 = 2519,8 kJ/kg
• Efek refrigerasi
qo = h8 – h7
= 2519,8 – 251,1 = 2268,7 kJ/kg
• Kalor yang ditambahkan pada generator per unit massa uap yang didistilasikan
qh = h5 – h2 + f (h2 – h1a)
= 2745,4 – 320,88 + 5,23 (320,88-183,09)
= 3145,16 kJ/kg
COP = / h COP = qo / qh
= 2268,7 kJ/kg / 3145,16 kJ/kg
= 0,721
Perencanaan generator absorpsi g p
Laju aliran massa
Hot fluid (flue gas)
Q = . Cp . ∆Tp = 123,26 kg/s, g Cold fluid (LiBr-water)
= = 1,27 kg/s
h h
q Q
Debit
Hot fluid (flue gas)
qh
Hot fluid (flue gas)
Q (debit) = Q debit = 140,7 m3/s Cold fluid (LiBr-water)
h
m
Q (debit) = Q debit = 0,000857 m3/s
h
m
Kecepatan fluida pada shell and tube Hot fluid (flue gas-shell)
V hot = = = 240,16 m3/s
A
Q 140,7m3 /s
,
Cold fluid (LiBr-water)
Ah
] ) 03175 ,
0 4 .(
. 1600 [ ] ) 21 , 1 4 .(
[ m 2 m 2
Q 0,000857m3 / s
V cold = = = 0,00173 m3/s
Perhitungan Angka Reynould
Ah
Q
)2
02975 ,
0 4 .(
. 712
/ 000857 ,
0
m s m
Perhitungan Angka Reynould Hot fluid (flue gas-shell)
Red = = h.Vh.Dh 0,876 / 0.,2400000229,16 / .0,0313 Red = 287904,3
3
3 m s m
m kg
Dh = = = 0,0313 m
C ld fl id (LiB t )
h
P Ac . 4
0000229 ,
0
) 03175 , 0 . 712 . ( ) 21 , 1 . (
] ) 03175 , 0 4.(
. 712 [ ] ) 21 , 1 4 ( .[
4 2 2
m m
m m
Cold fluid (LiBr-water)
Red = = Red = 254,93
. . . 1600
4 Di m
/ 2
0002996 ,
0 . 02975 , 0 . . 712
/ 27 , 1 . 4
m Ns m
s kg
Koefisien perpindahan panas Hot fluid (flue gas-shell)
h hot = h hot = 240,02 W/m2.K
Dh k Nud. h
, Nud : Laminar = 4,36 (Re≤2300)
Turbulensi = 0,36 Re0,55Pr0,33 (µb/µw)0,14
Dh
Cold fluid (LiBr-water-tube)
h cold = h cold = 46,46 W/m2.K Nud : Laminar = 4 36 (Re≤2300)D tube
k Nud
i
. c
Nud : Laminar 4,36 (Re≤2300) 1
Turbulensi = 0,0243 Re4/5Pr0,3 ntube.hh.Dotube.L
Perhitungan tahanan panas total (Rtotal)
Rtotal = Rkonveksi (fluegas) + Rkonduksi + Rkonduksi(LiBr-Water)
tube D tube
D / i )
ln( 1
= +1 +
= 0,0000877 W/K
L K ntube
tube D tube D
tube i o
. . 2 .
) /
ln(
ntube.hc. .Ditube.L 1
L
Dotube h
ntube. h.. .
0,0000877 W/K
Perhitungan UA pada heat exchanger UA = = 11398,71 W/K
Rtotal 1
Perhitungan kapasitas panas Hot fluid (flue gas)
Hot fluid (flue gas)
Chot = mh . Cph Chot = 124,96 kW/K Cold fluid (LiBr-water)
Ccold = mc . Cpc Ccold = 4,33 kW/K
Perhitungan NTU Perhitungan NTU
NTU =
i C
UA
= = 2,63
min C
K kW
K kW
/ 33 , 4
/ 39871 ,
11
Tabel perhitungan data
KESIMPULAN
Dengan memanfaatkan panas dari gas buang stack sebesar 4 MW dapat
di k i f i i i t b i d COP b
direncanakan mesin refrigerasi sistem absorpsi dengan COP sebesar 0,72 dan kapasitas pendinginan 2987,3 kW
Dari hasil perencanaan generator absorpsi dengan menggunakan metode NTU-efectiveness, dipilih heat exchanger tipe shell and tube yang paling efektif dengan spesifikasi sebagai berikut:
yang paling efektif dengan spesifikasi sebagai berikut:
diameter shell 48” x 20’10” overall length dan diameter outlet tube 1 1/4”
x 19’10” long 304LSS tubes.
