Perencanaan Mesin Pendingin Absorbsi (Lithium Bromide) memanfaatkan Waste Energy di PT. PJB Paiton dengan

tinjauan secara thermodinamika

M h d A AMuhamad Angga A2108 100 522

Dosen Pembimbing :Ary Bachtiar Krishna Putra, ST,MT,PhD

Latar BelakangLatar Belakang• Waste Energy merupakan pemanfaatan energy buang

yang sudah tidak terpakai lagi Daripada energy nyayang 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 digunakandalam 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 absorbentsebagai absorbent.

Perumusan MasalahPerumusan 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 PenulisanTujuan Penulisan

• Menghitung kalor yang dibutuhkan generator.• Merencanakan mesin pendingin sistem absorpsi

d ti j th di ik hidengan 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

kebocorankebocoran.• 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 menggunakan metode LMTD, didapat dimensi tabung generatorL pipa = L tabung = 52,5 meterDiameter tabung = 22 cmTebal dinding = 1mmMaterial = 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 meterDiameter inlet = 0,00791 cmDiameter inlet = 0,00953 cmTebal dinding = 0,00872 cmMaterial = 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 kWditunjukan adalah meningkatnya kapasitas evaporator dari -25 – 240 kW ketika suhu generator 85 – 120 °C.

Dasar TeoriDasar 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 membentukmenyerap uap refrigerant larutan lemah/miskin membentuk refrigerant larutan kaya/kuat

☻ Pompamenaikkan tekanan larutan kuat/kaya ke tekanan kondensor

☻ Generator/ desorberdistilasi uap dari larutan kaya/kuat menjadi larutan lemah/miskindistilasi uap dari larutan kaya/kuat menjadi larutan lemah/miskin

Siklus absorpsi uap pada diagram ln p-1/T

Keseimbangan Energig g

Keseimbangan energi sirkuit larutan

• Generator

• Absorber

Keseimbangan energi sirkuit refrigeran

• Kondensor

• Evaporator

Metode NTUMetode NTU

- Pada shell (fluegas)Pada shell (fluegas)Ch = mh . Cphot

- Pada tube (LiBr-Water)Cc = mc. Cpcold

NTU- NTUNTU = 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)

- EfectivenessЄ = q / qmaxЄ = q / qmax

Flowchart pengerjaan tugas akhir

Mulai

Studi literatur

Observasi

Perumusan sistemPerumusan 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 absorpsi2. temperature kondensasi3. temperature evaporasi4 t t b b4. 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 absorpsiMenentukan 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 / ρ LiBr-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 Laminar Nu=4 36Nu=0 36 Re0,55 Pr0,33 (µb/µw)0,14 Nu=0 0265 Re4/5 Pr0,3

tidak tidak

ya ya

D

Laminar Nu=4,36 Laminar Nu=4,36Nu=0,36.Re0,55.Pr0,33 . (µb/µw)0,14 Nu=0,0265.Re4/5.Pr0,3

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

kNud h.

Menghitung koefisien perpindahan konveksi ( h cold )

h cold = tubeD

kNud

i

c.

kNud h. kNud c.

Menghitung R total

Dh tubeDi+ + LtubeDhntube oh ...1

LKntubetubeDtubeD

tube

io

..2.)/ln(

LtubeDhntube ic ....1

UA = 1/R total

Menghitung kapasitas panas :- Cc = m ld Cp ld

DhkNud h.

E

Cc mcold . Cpcold- Ch = mhot . Cphot

D

E D

tid kCc < 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

yangdiharapkan?

Pemilihan HE yang dipakai

ya

Pemilihan HE yang dipakai

selesai

Penempatan generator absorpsi

• Pengambilan data

Jam Temperatur (oC)

06.00 137,8

07 00 137 107.00 137,1

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 absorpsig p

Data Perencanaan

o Temperatur kondensasi : 60 °Co Temperatur evaporasi : 10 °C

T t b b 40 °Co Temperatur absorber : 40 °Co Temperatur generator : 130 °Co Memakai pendingin udara o Memakai refrigerant airo 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 tabsorbsi refrigerant

Pengeplotan Data Pada Diagram ln P-1/T

3, 3a1 2

67,8 4, 4a

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 refrigerasiqo = h8 – h7

= 2519,8 – 251,1 = 2268,7 kJ/kg• Kalor yang ditambahkan pada generator per unit massa uap

yang didistilasikanqh = h5 – h2 + f (h2 – h1a)

= 2745,4 – 320,88 + 5,23 (320,88-183,09)= 3145,16 kJ/kg

COP = / hCOP = qo / qh= 2268,7 kJ/kg / 3145,16 kJ/kg= 0,721

Perencanaan generator absorpsig p

Laju aliran massa

Hot fluid (flue gas)

Q = . Cp . ∆T = 123,26 kg/sp , gCold fluid (LiBr-water)

= = 1,27 kg/sh

h

qQ

DebitHot fluid (flue gas)

hq

Hot fluid (flue gas)Q (debit) = Q debit = 140,7 m3/sCold fluid (LiBr-water)

h

m

Q (debit) = Q debit = 0,000857 m3/sh

m

Kecepatan fluida pada shell and tube

Hot fluid (flue gas-shell)

V hot = = = 240,16 m3/sAQ /7,140 3 sm

,

Cold fluid (LiBr-water)

hA ])03175,0.(4

.1600[])21,1.(4

[ 22 mm

Q 3 /000857,0 smV cold = = = 0,00173 m3/s

Perhitungan Angka Reynould

hAQ

2)02975,0.(4

.712

/000857,0

m

sm

Perhitungan Angka ReynouldHot fluid (flue gas-shell)Red = = Red = 287904,3hh DhV

..

0000229,00313,0./16,240./876,0 33 msmmkg

Dh = = = 0,0313 mC ld fl id (LiB t )

h

PAc.4

0000229,0

)03175,0.712.()21,1.(

])03175,0.(4

.712[])21,1(4

.[4 22

mm

mm

Cold fluid (LiBr-water)Red = = Red = 254,93 ...1600

4Di

m2/0002996,0.02975,0..712

/27,1.4mNsm

skg

Koefisien perpindahan panas

Hot fluid (flue gas-shell)

h hot = h hot = 240,02 W/m2.KDhkNud 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.KNud : Laminar = 4 36 (Re≤2300)

tubeDkNud

i

c.

1Nud : Laminar 4,36 (Re≤2300)Turbulensi = 0,0243 Re4/5Pr0,3 LtubeDhntube oh ...

Perhitungan tahanan panas total (Rtotal)Rtotal = Rkonveksi (fluegas) + Rkonduksi + Rkonduksi(LiBr-Water)

tubeDtubeD i )/ln( 11= + +

= 0,0000877 W/K

LKntubetubeDtubeD

tube

io

..2.)/ln(

LDitubehntube c ....1LDotubehntube h ....

0,0000877 W/K

Perhitungan UA pada heat exchanger

UA = = 11398,71 W/KRtotal

1

Perhitungan kapasitas panasHot fluid (flue gas)Hot fluid (flue gas)Chot = mh . Cph Chot = 124,96 kW/KCold fluid (LiBr-water)Ccold = mc . Cpc Ccold = 4,33 kW/K

Perhitungan NTUPerhitungan NTU

NTU = iC

UA

= = 2,63

minC

KkWKkW

/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.

Terima Kasih

Grazie Ragazzig