Upload
fajar-sidiq
View
320
Download
18
Embed Size (px)
Citation preview
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
1/59
TK- 4090 KERJA PRAKTEK
PERANCANGAN AIR HANDLING UNIT DAN AIR
COOLER HEAT EXCHANGER PADA PROYEK
SULFATION DEBOTTLENECKING
LAPORAN TUGAS KHUSUS
KERJA PRAKTEK DI
PT BASF CARE CHEMICALS INDONESIA
PLANT CIMANGGIS
DEPOK – JAWA BARAT
Oleh:
Fajar Sidiq (13011031)
Pembimbing:
Dr. Winny Wulandari
Ivan Eka, S.T, M.T
SEMESTER I 2014/2015
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
2/59
i
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN KHUSUS
TK- 4090 KERJA PRAKTEK
Semester I 2014/2015
Fajar Sidiq (13011031)
Catatan/komentar :
Tempat Kerja Praktek : PT BASF Care Chemicals Indonesia – Depok – Jawa
Barat
Periode Kerja Praktek : 2 Juni 2014 – 22 Agustus 2014
Telah diperiksa dan disetujui,
Pembimbing Lapangan Dosen pembimbing
Ivan Eka, S.T, M.T Dr. Winny Wulandari Kepala Divisi Engineering
Tanggal : Tanggal :
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
3/59
ii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................. i
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................................... v
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................... 2
1.3 Tujuan ................................................................................................................. 3
1.4 Tugas Khusus ...................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................ 4
2.1 Proses Pembuatan Udara Kering ......................................................................... 4
2.2 Blower ................................................................................................................. 7
2.3 Air Cooler Heat Exchanger .............................................................................. 10
2.4 Compressor ....................................................................................................... 16
2.5 Air Bed Dryer .................................................................................................... 17
BAB III METODOLOGI DAN PENYELESAIAN TUGAS KHUSUS .......................... 18
3.1 Simulasi Proses Penyediaan Udara Kering ....................................................... 18
3.2 Metodologi Perancangan Blower ( Air Handling Unit ) ..................................... 19
Asumsi-asumsi yang Digunakan ............................................................... 19
Tahapan-Tahapan Perancangan ................................................................ 19
3.3 Metodologi Perancangan Air Cooler Heat Exchanger ..................................... 20
Asumsi-asumsi yang Digunakan ............................................................... 20
Tahapan-Tahapan Perancangan ................................................................ 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................... 33
4.1 Neraca Massa dan Energi .................................................................................. 33
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
4/59
iii
4.2 Blower ............................................................................................................... 34
Deskripsi Singkat ...................................................................................... 34
Data Perancangan Air Handling Unit ....................................................... 34
Hasil Perancangan ( Data Sheet )................................................................ 35
Pertimbangan Perancangan ....................................................................... 36
4.3 Air Cooler ......................................................................................................... 37
Deskripsi Singkat ...................................................................................... 37
Data Perancangan ...................................................................................... 37
Hasil Perancangan Air Cooler Heat Exchanger ........................................ 39
Sketsa Air Cooler ...................................................................................... 41
Pertimbangan Perancangan ....................................................................... 41
Perbandingan Hasil Perhitungan Manual dengan HTRI ........................... 43
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ................................................................................. 45
5.1 Simpulan ........................................................................................................... 45
5.2 Saran ................................................................................................................. 46
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 47
LAMPIRAN A .................................................................................................................. 48
LAMPIRAN B .................................................................................................................. 52
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
5/59
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Persamaan Reaksi Sulfasi ............................................................................... 1
Gambar 2.1 Diagram Alir Blok Proses Penyediaan Udara Kering ..................................... 4
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Penyediaan Udara Kering .............................................. 6
Gambar 2.3 Sketsa Impeller berbentuk Sirocco .................................................................. 8
Gambar 2.4 Sketsa Blower dengan jenis impeller yaitu Sirocco ........................................ 9
Gambar 2.5 Kurva Performansi Blower dengan Jenis Impeller Sirocco............................. 9
Gambar 2.6 Model compact heat exchanger / plate fin heat exchanger ........................... 12
Gambar 2.7 Komponen dari compact heat exchanger / plate fin heat exchanger ............ 13
Gambar 2.8 Rangkain Paralel dari 3 Plate Fin Heat Exchanger ...................................... 14
Gambar 2.9 Bentuk Geometri dari Plate-Fin .................................................................... 15
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Air Cooler Heat Exchanger ............................... 22
Gambar 3.2 Jenis Pitch Pada Air Cooler Heat Exchanger ................................................ 29
Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Produksi Udara Kering ................................................ 33
Gambar 4.2 Sketsa Air Cooler Heat Exchanger ............................................................... 41
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
6/59
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Hubungan Kandungan 20% Oleum pada Aliran Produk .................................... 5
Tabel 2.2 Tipe Blower dan Hubungan terhadap Performa .................................................. 7
Tabel 2.3 Nilai Air Change Rate untuk Beberapa Ruangan ............................................. 10
Tabel 2.4 Jenis-jenis compact heat exchanger / plate fin heat exchanger ........................ 12
Tabel 2.5 Spesifikasi Kompresor pada pabrik PT BCCI .................................................. 16
Tabel 3.1 Asumsi-asumsi yang digunakan dalam perancangan Air Handling Unit ......... 19
Tabel 3.2 Daftar Asumsi Perancangan Air Cooler Heat Exchanger ................................. 20
Tabel 4.1 Neraca Massa Proses Produksi Udara Kering ................................................... 33
Tabel 4.2 Properti Udara Masukan dan Keluaran Air Handling Unit ............................... 34
Tabel 4.3 Hasil Perancangan Air Handling Unit .............................................................. 35
Tabel 4.4 Sifat Fisik Fluida Proses dan Fluida Pendingin ................................................ 38
Tabel 5.1 Hasil Perancangan Air Cooler Heat Exchanger ............................................... 45
Tabel 5.2 Hasil Perancangan Air Handling Unit .............................................................. 46
Tabel A.1 Data Sheet Blower (halaman 1) ....................................................................... 48
Tabel A.2 Data Sheet Blower (halaman 2) ....................................................................... 49
Tabel A.3 Sketsa Penempatan Blower .............................................................................. 51
Tabel B.1 Data Hasil HTRI Air Cooler Heat Exchanger 1 st Bundle ................................. 52
Tabel B.2 Data Hasil HTRI Air Cooler Heat Exchanger 2nd Bundle................................ 53
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
7/59
1
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
PT BASF Care Chemical Indonesia (BCCI) merupakan pabrik yang memproduksi bahan
kimia yang digunakan untuk kebutuhan sehari-hari. Salah satu produk yang dihasilkan
adalah Sodium Lauryl Sulphate (SLS) dan Sodium Lauryl Ether Sulphate (SLES). Proses
produksi kedua produk tersebut hampir mirip, perbedaan hanya terdapat pada bahan baku.
Proses produksi tersebut merupakan reaksi antara bahan baku dengan gas SO3 yang sudah
dilarutkan di udara kering. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi SLS berupa
Fatty Alcohol , sedangkan untuk memproduksi SLES, menggunakan bahan baku Fatty
Alcohol Ethoxylated . SLES lebih banyak digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan
shampoo, sedangkan SLS lebih banyak digunakan sebagai bahan baku pasta gigi.
Reaksi pembentukan SLES dan SLS sering disebut dengan reaksi Sulfasi. Persamaan reaksi
sulfasi pada umumnya dapat dilihat pada Gambar 1.1. Produksi SLS membutuhkan
konsentrasi volum gas SO3 sebesar 4-7%, sedangkan untuk SLES membutuhkan
konsentrasi volum gas SO3 sebesar 2,75% (Chemiton Corporation, 1997). Konsentrasi
volum Gas SO3 perlu dijaga pada rentang tersebut, karena perubahan sedikit kadar
konsentrasinya dapat merusak produk. Terutama ketika memproduksi SLES, produk yang
dihasilkan dapat bersifat sangat beracun, karena mengandung dioxane berlebih jika
konsentrasi gas SO3 lebih dari yang ditetapkan.
Gambar 1.1 Persamaan Reaksi Sulfasi
Kebutuhan gas SO3 di PT BCCI dipenuhi dengan adanya unit penghasil SO3. Gas SO3
dihasilkan dari pembakaran Sulfur dengan menggunakan udara kering. Proses produksi
Gas SO3, yaitu (1) Pembakaran sulfur dengan oksigen akan menghasilkan gas SO2, (2)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
8/59
2
Reaksi konversi dari SO2 menjadi SO3 terjadi secara tiga tahap dengan menggunakan
katalis Vanadium Oksida (V2O5) pada konversi tahap 1 sampai 2, dan menggunakan
Cessium (Cs) pada konversi tahap 3. Udara yang digunakan pada proses pembakaran
maupun konversi menggunakan udara yang bebas dari air, biasa disebut udara kering.
Udara kering menyediakan kebutuhan Oksigen (O2) sebagai reaktan. Kandungan uap air
pada udara perlu dijaga pada batas atas 0,01 g/m3, atau sesuai dew point sebesar -60oC (W.
Herman de Groot, 1991). Kandungan uap air pada udara akan menyebabkan terbentuknya
asam sulfat dan oleum, mempermudah terjadinya korosi pada peralatan, dan menyebabkan
buruknya kualitas produk, ditambah jika produksi SLES, akan dapat menyebabkan
terbentuknya dioxane.
Proses produksi udara kering di pabrik PT BCCI memiliki peran yang sangat penting,
karena dapat menyebabkan banyak kemungkinan terganggunya proses maupun kualitas
produk. Proses produksi udara kering melalui serangkaian proses, yaitu (1) pemampatan
udara menggunakan kompresor, (2) penurunan dan pengembunan menggunakan Air
Cooler Heat Exchanger , dan (3) proses adsorpsi air menggunakan Air Dryer Bed . Proses
produksi udara kering ini dapat dikontrol dengan mengendalikan kadar air pada udara
produk. Alat ukur kadar air yang dapat digunakan secara in-line dan dapat selalu dipantauadalah hygrometer .
1.2 Rumusan M asalah
Permintaan pasar akan produk surfakatan, baik SLS maupun SLES membuat PT BCCI
perlu melakukan peningkatan kapasitas produksi. Mulai tahun 2013, proyek untuk
meningkatkan kapasitas produksi sudah dilakukan. Proyek peningkatan kapasitas di
Industri sering disebut Debottlenecking Project . Kajian mengenai unit proses yang akan
mengalami perubahan sudah dilakukan oleh Tim BASF. Salah satu unit proses yang akan
mengalami modifikasi adalah unit produksi udara kering. Kapasitas produksi yang
bertambah akan menambah jumlah udara kering yang perlu diberikan untuk proses. Maka
dari itu pada laporan ini akan dibahas mengenai,
1. Bagaimana rancangan proses unit penyedia udara kering yang sesuai dengan kapasitas
produksi pabrik baru?
2. Bagaimana perubahan peralatan yang diperlukan pada proses penyediaan udara kering
karena proyek Debottlenecking ?
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
9/59
3
1.3 Tujuan
Tujuan dari pemberian tugas khusus ini adalah membuat rancangan proses unit penyediaudara kering pada pabrik PT BCCI dengan kapasitas produksi yang lebih besar.
1.4 Tugas Khusus
Tugas khusus yang diberikan antara lain:
1. Membuat simulasi unit penyediaan udara kering lengkap, dengan peralatan proses
utama yaitu, compressor , air cooler heat exchanger , dan chiller package menggunakan
program ASPEN Hysys v 7.3, sehingga dapat dihasilkan diagram alir proses.
2. Menentukan neraca massa unit penyediaan udara kering.
3. Membuat Process Flow Diagram (PFD) dari hasil rancangan unit penyediaan udara
kering.
4. Membuat rancangan blower menggunakan data aktual.
5. Membuat rancangan air cooler heat exchanger menggunakan data aktual, perancangan
meliputi coil pertama dengan media pendingin cooling water dan coil kedua dengan
media pendingin chiller water, menggunakan program HTRI Xchanger Suite 6.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
10/59
4
2 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Proses Pembuatan Udara Ker ing
Udara kering dalam jumlah besar dibutuhkan dalam rangkaian proses pabrik SLS maupun
SLES. Kegunaan udara kering ini sebagai bahan dasar dalam memproduksi SO3. Udara
kering dibutuhkan untuk menyediakan Oksigen (O2) dalam reaksi pembakaran Sulfur (S)
dan pada reaksi konversi SO2 menjadi SO3. Gas SO3 yang akan digunakan untuk reaksi
Sulfonasi akan bereaksi dengan Fatty Alcohol dan membentuk Fatty Alcohol Sulfate (FAS).
Selain berfungsi untuk pembakaran sulfur dan konversi SO2, udara kering juga berfungsi
untuk melarutkan gas SO3 hingga mencapai konsentrasi 4-7% v/v dalam campuran udara
(W. Herman de Groot, 1991).
Blower Compressor Air Cooler Heat
Exchanger Air Bed Dryer
H2O H2O
H2O
O2N2
H2O
O2N2
Gambar 2.1 Diagram Alir Blok Proses Penyediaan Udara Kering
(Sumber: PT BCCI, 2014)
Diagram alir blok proses penyediaan udara kering pada pabrik PT BCCI dapat dilihat pada
Gambar 2.1. Udara pada lingkungan pabrik PT BCCI memiliki kadar moisture dengan
konsentrasi rata-rata 2,3%(massa) H2O di dalam udara lingkungan (Engineering
Department PT BCCI, 2014). Keberadaan kandungan air pada udara ini dapat berakibat
buruk pada rangkaian proses sulfonasi. Beberapa akibat terdapatnya air di dalam udara
yang akan digunakan untuk proses antara lain menyebabkan terbentuknya asam sulfat
(H2SO4) dan oleum (H2SO4∙SO3). Hal ini mempercepat terjadinya korosi pada peralatan
pabrik, menyebabkan penurunan kualitas produk, serta dapat menyebabkan munculnya zat
yang tidak diinginkan yaitu Dioxane (C4H8O2).
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
11/59
5
Pembentukan asam sulfat merupakan penyebab terbentuknya oleum. Proses pembentukan
oleum merupakan proses pelarutan gas SO3 di dalam asam sulfat. Oleum merupakan suatu
larutan yang konsentrasinya biasa dinyatakan dalam persen massa gas SO3 yang terlarut di
dalam larutan asam sulfat. Pembentukan oleum dapat terjadi pada proses konversi SO 2
menjadi SO3. Hal yang memengaruhi terbentuknya oleum pada aliran keluaran reaktor
konversi SO3 adalah kadar air yang terdapat pada udara umpan. Hubungan antara titik
embun udara terhadap jumlah oleum 20% yang terdapat dalam pabrik LAS kapasitas 1 ton
per jam dan beroperasi selama 24 jam per hari dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dari Tabel 2.1
dapat dilihat bahwa udara kering harus dijaga pada titik embun minimal -60oC, yang
berkolerasi dengan 0,0066 g H2O/ kg udara kering dan menghasilkan maksimal 2,5 kg 20%
oleum pada 4% SO3 dalam udara. Hal ini penting agar dapat memenuhi spesifikasi produk.
Beberapa permasalahan dan pertimbangan yang telah disebutkan pada paragraf
sebelumnya menyebabkan pentingnya keberadaan unit penyediaan udara kering pada
pebrik di PT BCCI. Proses produksi udara kering pada dasarnya merupakan proses
pemisahan udara dari kandungan air yang terdapat di dalamnya. Kondisi lingkungan sekitar
merupakan faktor yang paling memengaruhi terhadap kadar air yang terdapat pada udara
umpan untuk unit penyediaan udara kering ini. Diagram alir proses produksi udara kering pada umumnya dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Tabel 2.1 Hubungan Kandungan 20% Oleum pada Aliran Produk dengan Titik EmbunUdara Proses
(Sumber: W. Herman de Groot, 1991)
Titik Embun Udara
Proses (oC)
g H20 / kg udara
kering
Massa 20% Oleum (kg)
7% SO3 dalam
Udara
4% SO3 dalam
Udara
-20 0.634 158 238
-30 0.234 51 88
-40 0.079 17 30
-50 0.024 5 9
-60 0.0066 1.5 2.5
-70 0.0016 0.5 0.5
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
12/59
6
Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Penyediaan Udara Kering
(Sumber: Norman C. Foster, 2011)
Proses produksi udara kering dimulai dengan memampatkan udara lingkungan dengan
menggunakan blower . Namun pada kebanyakan proses, kompresor maupun kombinasi
antara kompresor dan blower juga digunakan. Udara hasil pemampatan memiliki
temperatur yang cukup tinggi, yaitu sekitar 140oC sehingga diperlukan proses pendinginan
terlebih dahulu sebelum dilakukan proses pengembunan air menggunakan air cooler heat
exchanger . Udara keluaran air cooler heat exchanger memiliki temperatur keluaran yaitu
3-5 oC. Pencapaian temperatur keluaran seperti itu membutuhkan refrijeran sebagai fluida
pendingin. Maka diperlukan pemasangan sistem refrijerasi untuk penyediaan fluida
pendingin. Tahapan berikutnya adalah pengembunan air, yang bertujuan untuk
mendapatkan udara yang memiliki titik embun -60oC. Proses ini menggunakan air bed
dryer . Tahapan ini terdiri atas dua absorber yang disusun secara parallel. Satu absorber
digunakan untuk proses, sedangkan satu absorber yang lain menjalani tahap regenerasi.
Proses regenersi memerlukan pemanasan untuk menguapkan air yang terperangkap pada
silica gel . Proses pemanasan dilakukan pada rentang temperatur 100-135 oC selama 5 jam.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
13/59
7
Proses regenerasi dilanjutkan dengan proses pendinginan silica gel menggunakan udara
pendingin selama 4 jam.
Keluran dari proses penyediaan udara kering merupakan udara kering dengan kadar air
yang rendah, yaitu sekitar 0,0066 g H2O per kg udara kering. Udara kering tersebut
digunakan dalam proses pembakaran sulfur, konversi SO3, dan pelarutan gas SO3. Dari
paparan deskripsi proses di atas, alat-alat utama yang ada dalam sistem adalah blower ,
kompresor, air cooler heat exchanger , serta air bed dryer . Berikut ini akan dijelaskan
mengenai prinsip kerja dan perancangan masing-masing alat utama tersebut.
2.2 Blower
Blower merupakan alat yang memiliki fungsi untuk meningkatkan tekanan dari suatu aliran
fluida berfasa gas dengan tekanan keluaran lebih rendah dari 40 psig (Walas, 2005).
Perpindahan fluida berfasa gas memiliki beberapa tujuan untuk melawan adanya friksi
sepanjang pipa dan mencapai suatu level tertentu pada peralatan. Blower memiliki
kecenderungan dapat menaikkan tekanan hingga mencapai tekanan yang sedang, yaitu
lebih rendah dari 40 psig, sedangkan fan menaikkan 3% dari tekanan masuk fluida gas
tersebut. Penggunaan blower dan fan lebih difungsikan untuk melakukan sirkulasi udara
pada suatu ruangan tertentu.
Beberapa jenis fan atau blower berdasarkan jenis propeller yang digunakan dapat dilihat
pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Tipe Blower dan Hubungan terhadap Performa
(Sumber: Walas, 2008)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
14/59
8
Menurut Walas (2005), perancangan fan maupun blower memiliki beberapa heuristik yang
bisa digunakan sebagai dasar untuk melakukan perancangan. Heuristik dalam perancanganfan maupun blower antara lain:
1. Fan dan blower digunakan untuk menaikkan tekanan pada rentang rendah
menengah di bawah kompresor, yaitu menaikkan tekanan hingga mencapai
maksimal 40 psig
2. Daya Teoritis Adiabatik Reversibel = [{/} 1]/, dimana adalah temperatur inlet, adalah konstanta gas, adalah kompresibilitas, lajualir molar, = 1 / , adalah /
3. Temperatur keluaran untuk kondisi adiabatik reversibel adalah
= {/}
Dalam penentuan jenis blower yang digunakan diperlukan pengetahuan mengenai kurva
performansi dari blower tersebut. Kurva performansi untuk jenis blower tertentu biasanya
dikeluarkan oleh vendor yang memproduksi blower . Dalam proyek debottlenecking ini,
pihak PT BCCI mengharapkan jenis blower yang dipilih memiliki impeller berbentuk
sirocco. Gambar impeller berjenis sirocco dapat dilihat pada Gambar 2.3. Sedangkan
struktur umum blower berjenis sirocco dapat dilihat pada Gambar 2.4. Contoh kurva
perfomansi untuk blower dengan jenis yang sesuai pada Gambar 2.4 dapat dilihat pada
Gambar 2.5. Hal penting yang dapat diketahui dari kurva performansi tersebut adalah nilai
kebisingan, putaran impeller , dan daya pada suatu rentang laju alir dan beda tekan yang
dihasilkan oleh blower tersebut. Kurva performansi dari blower juga ditentukan oleh
diameter impeller yang digunakan.
Gambar 2.3 Sketsa Impeller berbentuk Sirocco
(Sumber: Tsotumo Adachi, 2001)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
15/59
9
Gambar 2.4 Sketsa Blower dengan jenis impeller , yaitu Sirocco
(Sumber: Dong Hae Engineering, 2010)
Gambar 2.5 Kurva Performansi Blower dengan Jenis Impeller Sirocco dan Diameter Impeller 315mm
(Sumber: Dong Hae Engineering, 2010)
Perancangan blower di PT BCCI ditujukan untuk menyediakan udara yang digunakan
untuk kompresor di ruang kompresor. Faktor kebisingan kompresor membuat ruang
kompresor di PT BCCI di desain kedap suara atau ruangan yang terisolasi. Pertimbangan
itu membuat diperlukan pasokan udara ke dalam ruangan menggunakan blower agar
ruangan memiliki tekanan positif. Pengetahuan yang juga perlu diketahui adalah Air
Change Rate, yaitu jumlah udara yang keluar masuk ruangan dalam satuan volumetrik
dengan kondisi operasi tertentu tiap jam. Definisi Air Change Rate adalah jumlah
pertukaran udara pada suatu ukuran ruang tertentu tiap jam. Beberapa standard untuk nilai
Air Change Rate pada implementasinya di industri dapat dilihat pada Tabel 2.3
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
16/59
10
Perpindahan udara dari lingkungan menuju ke dalam ruang kompresor membutuhkan
suatu saluran untuk didistribusikan. Saluran aliran udara ini biasa disebut ducting .Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merancang ducting ini antara lain,
equipment losses, kecepatan linear udara, bahan material ducting , serta ukuran dan
bentuk ducting (Janquart, 2010). Beberapa pertimbangan di atas dapat dibuat menjadi
dalam skala prioritas sesuai dengan kebutuhan PT BCCI. Ukuran ducting yang
dibutuhkan tidak terlalu panjang, yang penting dapat mensuplai udara dari luar ruangan
ke dalam ruangan (Engineering Department PT BCCI, 2014).
Tabel 2.3 Nilai Air Change Rate untuk Beberapa Ruangan
(Sumber: Mark Bowman, 2012)
No Ruangan ACR (1/jam)
1 Ruang Boiler 15-20
2 Ruang Mesin 4-6
3 Bangunan Pabrik (Biasa) 2-4
4 Bangunan Pabrik (Lembab) 10-15
5 Ruang Pompa 5
6 Gudang 2
7 Ruang Turbin (Elektikal) 5-10
2.3 Ai r Cooler H eat Exchanger
Heat Exchanger merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk melakukan
peristiwa pertukaran panas dari aliran panas ke aliran dingin. Kedua aliran tersebut
dapat memiliki konfigurasi yang searah maupun berlawanan arah, tergantung padahasil pertukaran panas yang diinginkan. Selain itu, kedua aliran tersebut dapat
dipertemukan secara langsung maupun dapat dipisahkan dengan suatu bagian pemisah
yang biasanya terbuat dari logam tertentu. Ditambah lagi, kedua aliran tersebut dapat
dipertemukan hanya satu kali, maupun lebih dari satu kali. Dalam pembahasan
perancangan air cooler heat exchanger , beberapa konfigurasi tersebut perlu
diperhatikan.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
17/59
11
Menurut Walas (2005), prinsip-prinsip dasar dalam merancang heat exchanger , antara
lain:1. Pada bagian tube, biasanya berisi fluida yang lebih bersifat korosif, bertekanan
tinggi, serta mudah menyebabkan fouling maupun scaling ,
2. Pada bagian shell , biasanya berisi fluida yang memiliki viskositas tinggi dan fluida
yang akan terkondensasi,
3. Beda tekan yang diperbolehkan untuk proses penguapan yaitu 1.5 psi, sedangkan
untuk proses yang lainnya 3-9 psi,
4. Diperlukan heat teansfer coefficient sebagai tebakan awal dalam proses
perancangan, dan tergantung pada jenis fluida yang akan dipertukarakan panasnya.
Air Cooler Heat Exchanger merupakan sebutan untuk serangkaian compact heat
exchanger / plate fin heat exchanger yang disusun secara seri. Alat penukar panas jenis
ini memang dirancang khusus untuk melakukan pertukaran panas pada fluida berfasa
gas. Dimensi umum untuk alat penukar panas jenis ini biasanya memiliki permukaan
pada ukuran 1200 m2/m3, tinggi rangkaian 3.8 – 11.8 m, tebal rangkaian 0.2 – 0.6 mm.
densitas fin 230 – 700 fin/m (Walas, 2005). Luas permukaan tambahan yang berlebih
memberikan laju perpindahan panas per satuan volume lebih besar daripada jenis alat
penukar panas lainnya. Sketsa jenis alat penukar tipe compact heat exchanger / plate
fin heat exchanger dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Alat penukar panas jenis ini pada umumnya digunakan pada proses cryogenic, yang
memiliki tujuan untuk memisahkan gas menjadi berbagai komponen sesuai dengan
titik embunnya masing-masing. Selain itu biasanya alat penukar panas seperti ini dapat
digunakan untuk memanfaatkan panas sisa yang dihasilkan oleh berbagai aliran gas
panas. Beberapa jenis pabrik yang menggunakan alat penukar panas jenis ini antara
lain, pabrik produksi gas Nitrogen atau Oksigen, Pabrik LNG ( Liquified Natural Gas)
dan LPG ( Liquified {Petroleum Gas), serta pemanfaatan panas gas buang pada pabrik
Petrokimia. Jenis-jenis penggunaan lainnya untuk alat penukar panas jenis plate fin
heat exchanger dapat dilihat pada Tabel 2.4.
Jenis bahan yang umum digunakan untuk fin pada alat penukar panas jenis compact
heat exchanger / plate fin heat exchanger adalah Brazed-Aluminum. Kondisi operasi
yang dapat dicapai menggunakan alat ini yaitu pada tekanan maksimal 100 bar g dan
temperatur maksimal 204
o
C, minimal -269
o
C (ALPEMA, 2000). Fluida proses yang
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
18/59
12
dapat digunakan pada alat ini dapat beragam sesuai dengan jenis prosesnya. Berbagai
pengotor seperti H2S, CO2, NH3, SO2, NO2, CO, Cl dan gas asam lain tidak akanmempercepat korosi pada aliran dengan titik embun udara lebih rendah daripada
temperatur keluaran compact heat exchanger / plate fin heat exchanger .
Gambar 2.6 Model compact heat exchanger / plate fin heat exchanger
(Sumber: ALPEMA, 2000)
Tabel 2.4 Jenis-jenis compact heat exchanger / plate fin heat exchanger dan penggunaannya di industri
(Sumber: ALPEMA, 2000)
No Nama Penggunaan
1 Main Exchanger Untuk mendinginkan aliran umpan yang berlawanan
aliran balik dan aliran balik produk.
2 Reversing Exchanger Sebagai alat untuk pendinginan udara dan untuk
memisahkan udara dari gas CO2 serta Air (H2O)
3 Subcooler Untuk pra pendinginan produk cair atau aliran cair
lainnya
4 Reboiler Untuk menguapkan kembali aliran bottom, biasanya
terpasang di dalam kolom.
5 Overhead Condenser Untuk mengkondensasi aliran overhead pada kolom,
dengan menggunakan berbagai jenis refrijeran sebagai
fluida pendingin
6 Chiller Untuk mendinginkan aliran proses dengan
menggunakan penguapan refrijeran
7 Liquefiers Untuk mecairkan gas umpan pada siklus tertutup
8 Dephlegmators Untuk mengkondensasi aliran overhead serta
melakukan proses perpindahan panas dan massa secara
bersamaan.
9 Aftercooler Untuk mendinginkan aliran uap keluaran kompresor.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
19/59
13
Gambar 2.7 Komponen dari compact heat exchanger / plate fin heat exchanger
(Sumber: ALPEMA, 2000)
Bentuk geometri compact heat exchanger / plate fin heat exchanger memiliki struktur
yang unik dan berbeda dengan alat penukar panas yang lainnya. Luas permukaan yang
berlebih membutuhkan beberapa tambahan struktur yang tersusun dengan spesifikasi
tertentu. Berbagai komponen atau bagian yang menyusun compact heat exchanger /
plate fin heat exchanger ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Dalam aplikasi penggunaannya, alat penukar panas ini dapat dirangkai secara parallel,
seri, maupun kombinasi secara seri dan parallel. Pada penggunaan alat penukar panas
jenis ini di PT BCCI rangakaian yang digunakan merupakan rangkaian seri. Rangkaian
pertama berguna untuk menurunkan temperatur udara keluaran kompresor dan
rangkaian kedua memiliki fungsi untuk memberikan perubahan fasa pada air yang
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
20/59
14
terkandung pada udara proses (Engineering Department PT BCCI, 2014). Jenis fluida
yang digunakan pada kedua rangkaian tersebut juga berbeda, pada rangkaian pertamamenggunakan fluida pendingin yaitu air biasa, sedangkan pada rangkaian kedua, fluida
pendingin yang digunakan adalah chilled water . Pada Gambar 2.8 merupakan jenis
rangkaian parallel dari plate fin heat exchanger . Aliran fluida akan didistribusikan ke
dalam 3 plate fin heat exchanger berbeda yang tersusun secara parallel. Aliran masukan
akan didistribusikan dengan menggunakan header dan aliran keluaran akan
dikumpulkan pada header keluaran.
Gambar 2.8 Rangkain Paralel dari 3 Plate Fin Heat Exchanger
(Sumber: ALPEMA, 2000)
Bentuk geometri plate-fin merupakan hal yang paling penting untuk dipertimbangkan
dalam merancang plate-fin heat exchanger . Gambar 2.9 menunjukkan berbagai 7 jenis
konfigurasi plate-fin yang umum digunakan pada industri dan variabel yang perlu
ditentukan nilainya. Konfigurasi yang tidak rumit adalah rectangular dan triangular ,
yang memberikan pertambahan perpindahan panas karena hydraulic radius yang kecil
(Webb, 1983). Berbagai konfigurasi seperti perforated atau terdapatnya lubang
sepanjang fin akan menambah pertukaran panas dengan adanya pencampuran yang
lebih terjadi di dalam rongga tersebut. Wavy fin memeberikan penambahan pada
perpindahan panas dengan adanya pertambahan aliran atau permukaan dengan bentuk
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
21/59
15
gelombang tersebut. Untuk jenis offset-strip, louvered, dan pin-fit memiliki
penambahan permukaan dengan ditambahkannya lapisan batas.
Gambar 2.9 Bentuk Geometri dari Plate-Fin
(Sumber: Hewitt, 1998)
Perancangan termal (Thermal Design) dari plate fin heat exchanger terdiri dari dua
jenis, yaitu rating dan sizing . Pada permasalahan rating , ukuran dan geometri dari alat
penukar panas sudah diketahui. Hal yang perlu diperhitungkan adalah panas yang
dipertukarkan dan hilang tekan dari sistem alat penukar panas tersebut. Kasus seperti
ini biasanya terdapat pada pengevaluasian kinerja alat penukar panas. Janis
perancangan yang kedua adalah sizing , yang prinsipnya berkebalikan dengan rating .
Pada perancangan termal jenis sizing , ukuran dan geometri dari alat penukar panas
merupakan parameter yang akan dicari. Perancangan dengan konsep sizing ini
memiliki tingkat kerumitan yang lebih sulit dibandingkan dengan rating . Pada
perancangan jenis sizing beberapa pemilihan perlu dilakukan, antara lain,
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
22/59
16
a. Pengaturan arah aliran pada alat penukar panas, misalnya counter flow atau cross
flow. b. Material konstruksi alat penukar panas yang dipengaruhi oleh temperatur operasi
dan potensi korosi.
c. Geometri dan Ketebalan fin. Dimensi ini dipengaruhi oleh tekanan operasi.
d. Jenis bentuk geometri permukaan, jarak antar fin, dan tinggi fin. Pemilihan
geometri permukaan dan jarak antar fin yang tidak tepat akan menyebabkan
fouling . Sementara itu, tinggi fin memengaruihi efisiensi fin.
e. Luas penampang alat penukar panas. Hilang tekan sangat dipengaruhi dengan
pemilihan luas penampang ini.
2.4 Compressor
Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk meningkatkan tekanan fluida.
Rentang peningkatan tekanan yang dapat dilakukan oleh kompresor lebih besar daripada
blower dan fan. Output tekanan kompresor yang diharapkan adalah 2,4 bar g. Jenis
kompresor yang terdapat di pasaran ada empat jenis, yaitu reciprocating , axial flow,
rotary, dan centrifugal . Jenis kompresor yang digunakan pada pabrik di PT BCCI adalah
jenis rotary. Bentuk impeller pada kompresor tersebut adalah screw. Kompresor yang
digunakan berjumlah 2 buah, spesifikasi masing-masing kompresor dapat dilihat pada
Tabel 2.5.
Tabel 2.5 Spesifikasi Kompresor pada pabrik PT BCCI
(Sumber: PT BCCI, 2014)
No Nomor Alat Brand dan
Jenis
Laju Alir
(Nm3/jam)
Daya (kW) Putaran
(rpm)
1 8V 101 Aerzen VML60
3.961 200 9.723
2 8V 102 Aerzen
VM210-2B
2.160 75 10.142
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
23/59
17
2.5 Ai r Bed Dryer
Air bed dryer berfungsi untuk menghilangkan uap air yang terkandung di udara. Udara
yang digunakan tidak boleh mengandung uap air karena akan bereaksi dengan gas SO3
dan menghasilkan H2SO4. Jumlah air bed dryer pada unit SO3 plant ada dua buah yang
masing-masing bervolume 2 m3. Media pengering yang diganakan adalah silica gel yang
mengisi 80% dari volume air bed dryer . Regenerasi unit ini dilakukan setiap delapan
jam sekali dengan temperatur operasi 80oC, sedangkan penggantian slica gel dilakukan
8-10 tahun sekali.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
24/59
18
3 BAB III
METODOLOGI DAN PENYELESAIAN TUGAS KHUSUS
Kapasitas produksi PT BCCI akan ditingkatkan dalam menghadapi kebutuhan pasar
produk surfaktan yang meningkat. Produk surfaktan yang mengalami peningkatan jumlah
adalah SLS dan SLES. Peningkatan kapasitas dalam dunia industri biasa disebut dengan
debottlenecking . Istilah debottlenecking dapat diartikan dalam Bahasa Indonesia, yaitu
perubahan ukuran pada leher botol. Istilah tersebut mengandung arti bahwa dalam
peningkatan kapasitas pabrik diperlukan kajian mengenai peralatan pabrik yang dapat
menghambat produksi. Sehingga dibutuhkan perubahan atau penggantian terhadap
peralatan yang sudah terpasang dengan peralatan yang baru.
Perubahan kapasitas pabrik dapat menyebabkan perubahan beberapa kondisi operasi pada
beberapa peralatan. Selain itu, perubahan kapasitas produksi juga dapat berpengaruh pada
spesifikasi peralatan yang digunakan. Simulasi terhadap perubahan kapasitas diperlukan
untuk mengkaji berbagai perubahan yang terjadi, baik pada kondisi operasi maupun
spesifikasi peralatan. Simulasi juga dapat mengurangi biaya yang dibutuhkan untuk
membuat suatu pilot plant . Simulasi perubahan kapasitas pabrik dapat dilakukan
menggunakan program ASPEN Hysys v7.3. Perancangan proses dalam proyek
debottlenecking di PT BCCI ini akan dijelaskan dalam sub-bab berikut.
3.1 Simul asi Pr oses Penyediaan Udara Kering
Simulasi proses penyediaan udara kering ini menggunakan program ASPEN Hysys v
7.3. Data- data yang digunakan pada simulasi ini berasal dari data pengamatan di pabrik
PT BCCI oleh Departemen Engineering PT BCCI. Simulasi proses dapat membantu
penyediaan data sifat fisik yang dibutuhkan dalam perancangan peralatan utama. Hal
yang didapatkan dari simulasi adalah Neraca Massa dan Energi serta Process Flow
Diagram. Sementara itu, perancangan air cooler heat exchanger menggunakan
bantuan software HTRI XChanger Suite 6. Metode perancangan alat utama, yaitu
blower dan air cooler heat exchanger akan dijelaskan pada sub bab berikut. Asumsi
umum yang digunakan dalam simulasi proses penyediaan udara kering, yaitu
a.
Fluid Package : Vapor = Peng-Robinson
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
25/59
19
Liquid = NRTL
b.
Komposisi Udara ( Dry-Basis) : O2 = 21%-mol N2 = 79%-mol
3.2 Metodologi Perancangan Blower (Ai r Handling Uni t)
Asumsi-asumsi yang Digunakan
Tabel 3.1 Asumsi-asumsi yang digunakan dalam perancangan Air Handling Unit
No. Proses Asumsi
1. Kondisi Operasi Tekanan udara sebesar 1.013 bar atmosfer
Temperatur udara 30oCelcius,
2. Air Change Rate Penggunaan asumsi ACH pada Compressor Room
diasumsikan sama seperti dengan Boiler Room,
yaitu 20.
3. Laju Alir Udara pada
Ducting
Laju alir udara maksimal yang diperbolehkan
untuk melewati ducting pada Compressor
Room, 17 m/s
Kecepatan udara pada pre-filter yang biasa
diterapkan adalah 2,5 m/s
Tahapan-Tahapan Perancangan
1.
Studi Lapangan
Compressor Room yang terdapat saat ini perlu dipelajari geometrik bangunan dan
kondisi lingkungan di sekitarnya. Geometrik bangunan yang perlu dipelajari dari
Compressor Room adalah luas bangunan, tata letak unit di dalam dan di sekitar
ruangan, dan ruang kosong di luar ruangan. Kondisi lingkungan di sekitar Compressor
Room perlu dipelajari terkait dengan sifat fisik udara yang akan disediakan untuk
Compressor Room.
2. Studi Literatur
Pembelajaran terhadap kegunaan Air Handling Unit pada proses di PT BASF Care
Chemical Indonesia. Selain itu pembelajaran dilakukan terhadap penentuan spesifikasi
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
26/59
20
peralatan-peralatan yang akan digunakan pada Air Handling Unit . Peralatan yang
digunakan untuk menyusun Air Handling Unit , yaitu blower , ducting, dan pre-filter .Perancangan blower memerlukan pengetahuan mengenai debit udara yang dibutuhkan
untuk memasok ruang kompresor. Perancangan ducting memerlukan pengetahuan
mengenai luas penampang, posisi, serta dimensi ducting . Perancangan pre-filter
memerlukan pengetahuan mengenai spesifikasi penyaringan ukuran partikel, kondisi
operasi, dan kemudahan dalam perawatannya.
3.3 Metodologi Perancangan Ai r Cooler Heat Exchanger
Asumsi-asumsi yang Digunakan
Tabel 3.2 Daftar Asumsi Perancangan Air Cooler Heat Exchanger
No. Proses Asumsi
1. Kondisi Operasi Tekanan Inlet Chilled Water = 2 bar a
Tekanan Inlet Normal Water = 2.5 bar a
Tekanan Inlet Hot Air = 2.2 bar a
Temperatur Inlet/Outlet Chilled Water = 2/6oC
Temperatur Inlet/Outlet Normal Water =
30/34 oC
Temperatur Inlet/Outlet Hot Air = 140/5 oC
2. Dimensi Penampang
Air Cooler Heat
Exchanger
Pada Air Cooler Heat Exchanger yang baru,
dimensi luas penampang aliran udara panas
disesuaikan dengan alat yang sudah terpasang,
yaitu panjang bundle: 1150 mm dan lebar bundle:1150 mm.
3. Laju Alir Fluida di
dalam pipa tembaga
Untuk air di bawah temperatur 60 oC, laju alir
maksimal di dalam pipa berbahan tembaga adalah
2 m/s.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
27/59
21
Tahapan-Tahapan Perancangan
1. Studi Lapangan
Studi lapangan dilakukan dengan mempelajari letak penempatan air cooler heat
exchanger yang sudah terpasang. Selain memerhatikan letak air cooler heat exchanger
yang sudah terpasang, perlu juga dipelajari ruang kosong yang terdapat di sekitar air
cooler heat exchanger tersebut. Pengetahuan mengenai kondisi lapangan diperlukan
sebagai kondisi batas dalam membuat rancangan dimensi air cooler heat exchanger .
2.
Studi Literatur
Pembelajaran terhadap pentingnya kegunaan dari air cooler heat exchanger ini dalam
proses di pabrk PT BCCI. Beberapa proses sebelum dan sesudah unit air cooler heat
exchanger juga perlu dipelajari, karena diperlukan beberapa data terkait dengan sistem
ini. Hal yang tidak kalah penting adalah mempelajari desain air cooler heat exchanger
yang sudah terpasang. Pegetahuan mengenai jenis-jenis perancangan dalam program
HTRI XChanger Suite 6 diperlukan dalam menentukan rancangan baru air cooler heat
exchanger .
Pada tahap studi literatur ini, juga dilakukan perumusan berbagai tahapan perancangan
air cooler heat exchanger menggunakan metode perhitungan overall heat transfer .
Diagram alir metode perhitungan dapat dilihat pada Gambar 3.1. Metode perhitungan
ini diambil dari buku “Process Heat Transfer” ditulis oleh Hewitt dan buku “Chemical
Engineering Design” ditulis oleh Coulson dan Richardson. Metoda ini memiliki prinsip
memperhitungkan nilai koefisien perpindahan panas untuk kedua jenis aliran, yaitu
service fluid dan process fluid . Dengan menghitung kedua koefisien perpindahan panas
tersebut maka bisa didapatkan nilai koefisien perpindahan panas total pada rangkaian
heat exchanger . Nilai ini pada dasarnya akan dibandingkan dengan tebakan koefisien
perpindahan panas total, yang menjadi tebakan untuk mendapatkan nilai luas
perpindahan panas yang diperlukan. Perbandingan nilai koefisien perpindahan panas
hasil perhitungan dengan koefisien perpindahan panas tebakan, akan mendapatkan
nilai overdesign dari perancangan yang dilakukan
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
28/59
22
Mulai
Studi literatur dan pengumpulan data proses
1. laju alir m assa
2. Temperatur umpan
3. Data fisik fluida
Perhitungan beban kalor Q
Penyusunan neraca massa
adiabatik
1
1
Penetapan nilai Uass (Overall Heat Transfer
Coefficient )
Menghitung TLM
Menghitung nilai R dan S
TLM
R S
Penentuan nilai FT (faktor koreksi) dari grafik
Hitung TM
3
2
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Air Cooler Heat Exchanger (1)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
29/59
23
3
Hitung luas permukaan perpindahan panas tanpa fin AT
Penentuan Spesifikasi pipa danfin
Hitung luas permukaan 1 pipa AT
Hitung jumlah pipa yang
dibutuhkan sesuai spesifikasi
Tentukan jenis konfigurasi pipa
5
4
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Air Cooler Heat Exchanger (2)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
30/59
24
5
Perhitungan Koefisien
perpindahan Panas
Tentukan laju alir udara MudaraTentukan laju alir fluida
proses (air)
Mair
Hitung kecepatan aliran
fluida proses dalam pipa
Hitung luas permukaan
minimum yang akan
dilewati udara
Smin
Hitung kecepatanmaksimum udara
Hitung Reynold Number (Nre)
untuk aliran udara
Hitung Reynold Number
(Nre) untuk aliran fluida
proses
Hitung Prandtl Number
untuk aliran fluida
proses
Hitung Nusselt Number
untuk aliran udara
Nre udara
6 7
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Air Cooler Heat Exchanger (3)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
31/59
25
6 7
Hitung (air-side heat transfer
coefficient tanpa fin) Pr
air-side heat
transfer
coefficient
Hitung luas permukaan fin (Af ) Af
Hitung luas area di antara fin (Aw) Aw
Hitung efisiensi fin
Hitung (air-side heat transfer
coefficient dengan fin)
air-side heat
transfer
coefficient w/
fin
8
Hitung Nusselt Number
untuk aliran fluidaproses
Hitung (water-side heat transfer
coefficient dengan fin)
water-side
heat
transfer
coefficient
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Air Cooler Heat Exchanger (4)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
32/59
26
8
Hitung koefisien perpindahan panas didalam dan di luar pipa (Overall Heat
Transfer Coefficient )
|(Ucal-Uass)/Ucal)|
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
33/59
27
Penjelasan dari beberapa perhitungan yang dibutuhkan pada proses perancangan air
cooler heat exchanger :
1. Beban Kalor
Menghitung nilai kalor yang diperoleh dari pendinginan udara.
= λ mudara,∆T (3.1)Keterangan : m = laju alir massa udara (kg/s)
= Kalor Laten Penguapan Air (J/kg)
C = Kapasitas Kalor Udara (j/ Kg oC)
∆T = Perubahan Suhu Udara (o
C)
2. Neraca Energi
Menghitung neraca energi sistem, dengan asumsi keadaan adiabatik, karena
dianggap hanya terjadi pertukaran panas di dalam sistem. Bertujuan untuk
mengetahui data fisik yang belum diketahui.
Air Cooler Heat Exchanger Bundle 1 (Service Fluid: Normal Water)
= mudara,∆T℃−℃ = mn,∆T℃−℃ (3.2)
Air Cooler Heat Exchanger Bundle 2 (Service Fluid: Chilled Water)
= mudara,∆T℃−℃ mair = mcw,∆T,9℃−6℃ (3.3)
3. Faktor koreksi (FT) dan ∆TM
Menghitung ∆T, Bilangan Tanpa Dimensi (R dan S), FT (factor koreksi), dan∆TM. Data ini didapat dari perhitungan serta grafik. Sumber : “Chemical
Engineering Design” oleh Coulson & Richardson.
∆ = −−−[−/−] (3.4)
= −−
(3.5)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
34/59
28
= −− (3.6)
∆ = ∆ (3.7)
Perhitungan bilangan tak berdimensi R dan S didapatkan Faktor Koreksi darigrafik, yang dapat digunakan untuk menghitung nilai Temperatur Rata-Rata
∆T.
Jika nilai < 0,75 maka alat penukar panas yang digunakan saat ini tidakdianjurkan, harus diganti jenisnya atau konfigurasi penyusunnya.
4. Luas Permukaan Pertukaran Panas
Menentukan luas area perpindahan panas dengan menggunakan persamaan dari
buku “Chemical Engineering Design” oleh Coulson & Richardson.
= ∆ (3.8)
= ∆ (3.9)
5. Luas Permukaan 1 Pipa
Menentukan luas permukaan tiap pipa yang akan digunakan, sebagai dasar
penyusunan jumlah pipa, konfigurasi pipa, serta jumlah baris pipa.
= (3.10)6. Jumlah Pipa
Menentukan banyaknya pipa yang diperlukan agar luas total perpindahan panas
(A) dapat memenuhi persamaan. Selainitu, sebagai dasar kita memperkirakan jenis
pitch dan jumlah tube passes
ℎ = (3.11)
7. Jenis Pitch dan Jumlah Tube Passes
Menentukan jenis pitch atau rangkaian pipa, staggered atau in-line serta
Keterangan : Thi = Temperatur Fluida Panas masuk
Tho =Temperatur Fluida Panas keluar
Tci =Temperatur Fluida Dingin masuk
Tco =Temperatur Fluida Dingin keluar
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
35/59
29
menentukan jumlah passes yang digunakan. Sebagai dasar untuk melakukan
perhitungan koefisien perpindahan panas.
Gambar 3.2 Jenis Pitch Pada Air Cooler Heat Exchanger
8. Koefisien Perpindahan Panas di Dalam Pipa
Proses perhitungan nilai koefisien perpindahan panas di dalam pipa bersumber
pada buku “ Process Heat Transfer” oleh Hewitt Bab 2.
Tahapan Perhitungan :
a. Tentukan laju alir service fluid
b. Hitung kecepatan service fluid
= ̇
/ (3.12)c. Tentukan Re (Reynold Number) untuk service fluid
= (3.13)
d. Cari nilai Pr (Prantdl Number) di literatur untuk service fluid pada
kondisi yang telah ditentukan
= .
̇ (3.14)
e. Hitung nilai Nu (Nusselt Number) untuk service fluid
̅ = 0.023 .8. (3.15)
f. Hitung nilai water,i (water-side heat transfer coefficient )̅ = ̅ × (3.16)
Keterangan :
a = in-line
b = staggered
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
36/59
30
9. Koefisien Perpindahan Panas di Luar Pipa
Proses perhitungan nilai koefisien perpindahan panas di luar pipa bersumber pada
buku “ Process Heat Transfer” oleh Hewitt Bab 2.
Tahapan Perhitungan :
a. Tentukan laju alir process fluid (udara) ( ̇ ) b. Hitung luas permukaan minimum yang akan dilewati process fluid
(udara) = + (3.17)
c. Hitung nilai kecepatan maksimum process e fluid (udara)
= × ̇ (3.18)
d. Hitung Re (reynold number) untuk process fluid (udara)
=
(3.19)
e. Hitung nilai Nusselt number untuk process fluid (udara)
̅ = 0.242 .688 .9
−.9 /"" (3.20) Asumsi : F1” and F2”
f. Hitung (air-side heat transfer coefficient tanpa fin)
̅ =
̅ (3.21)
g. Hitung luas permukaan fin (Af )
= . 0.5 . . . 2. ℎ (3.22)
h. Hitung luas area diantara fin (Aw)
= + () (3.23)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
37/59
31
i. Hitung Efisiensi fin (
= tanh
× √ /× (3.24)
= 1 1 0.35
(3.25)
j. , (air-side heat transfer coefficient dengan fin)̅, = + ̅ (3.26)
Keterangan : n1 : Jumlah Pipa dalam 1 Baris
N r : Jumlah Baris Pipa
L : Panjang Pipa
p1 : Jarak Antar Pipa (tegak lurus aliran)
p2 : Jarak Antar Pipa (sejajar aliran)
p3 : Jarak Antar Pipa (diagonal aliran)
Dr : Diameter Pipa
D f : Diamter Total Pipa dan fin
N : Jumlah Pipa
w : Lebar fin
h : Tinggi fin
s : Celah fin
: Konduktifitas Udara : Konduktifitas fin
10. Koefisien Perpindahan Panas Total ()Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Total, dari akumulasi antara konveksi
serta konduksi yang terjadi pada daerah terjadinya perpindahan panas. Rumus
diperoleh dari buku “Heat Transfer Process” oleh Hewitt Bab 9.
=
,
,
(3.27)
Keterangan : Ur = Ucalc
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
38/59
32
11. Galat Uass dengan Ucalc
Menentukan galat perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Total dengan asumsi :
0 < |− |
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
39/59
33
4 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Neraca Massa dan Energi
Simulasi proses yang dilakukan menggunakan program ASPEN Hysys v7.3 menghasilkan
rancangan proses yang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Proses produksi udara kering
memiliki rangkaian peralatan utama, yaitu blower, kompresor , air cooler heat exchanger ,
dan air bed dryer . Air cooler heat exchanger terdiri atas dua buah bundle heat exchanger
berjenis plate-fin dan satu buah knock out drum. Kedua bundle heat exchanger heat
exchanger tersebut terdapat di dalam knock out drum. Dari proses tersebut, neraca massa
proses produksi udara kering dapat dilihat pada Tabel 4.1.
3
4 5
9
10
11
12
7
2
6
8
1
Blower Kompresor Air Cooler HE
1st Battery
Air Cooler HE
2nd
Battery
Knock Out
Drum Air Bed Dryer
Air Handling Unit
Air Cooler Heat
Exchanger
Gambar 4.1 Diagram Alir Proses Produksi Udara Kering
Tabel 4.1 Neraca Massa Proses Produksi Udara Kering
No. Aliran 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Laju alir (kg/jam) 10000 10000 10000 10000 10000 9863 9770 136.6 69233.41 69233.41 108361 108361
T(°C) 25 30 140 37 5 22 22 22 30 34 2 4
P(bar) 1.013 1.014 2.391 2.291 2.191 1.791 1.691 1.791 2.5 2 2 1.5
Vapour Fraction 1 1 1 0.9942 0.9686 1 1 0 0 0 0 0
Komponen %-massa
Nitrogen (N2) 0.768 0.768 0.768 0.768 0.768 0.778638 0.786079 2.62E-05 - - - -
Oksigen (O2) 0.209 0.209 0.209 0.209 0.209 0.211895 0.21392 1.44E-05 - - - -
Air (H2O) 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 9.47E-03 6.60E-07 0.999959 1 1 0.53725 0.53725
Etilen Glikol - - - - - - - - - - 0.46275 0.46275
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
40/59
34
4.2 Blower
Deskripsi Singkat
Proses yang terjadi pada Air Handling Unit merupakan proses penyediaan udara untuk
Compressor Room. Proses yang diperlukan bertujuan untuk menyediakan sejumlah debit
udara tertentu dengan menggunakan blower . Debit udara yang dibutuhkan sesuai dengan
kapasitas Air Compressor yang akan digunakan. Pada pabrik surfaktan di PT BASF Care
Chemical Indonesia (BCCI) ini akan ditambahkan Air Compressor berjumlah satu unit
berkapasitas 4.000 Nm3/h. Total debit udara yang dibutuhkan per jam untuk masuk ke
ruangan Air Compressor adalah 10.000 Nm3/h. Beberapa hal yang perlu diperhatikan
dalam perancangan kapasitas blower yang akan digunakan yaitu Safety Factor dan Air
Changes Rate.
Data Perancangan Air Handling Unit
Proses penyediaan udara untuk kompresor dilakukan menggunakan blower yang akan
dihubungkan menggunakan ducting ke dalam Compressor Room. Penyediaan udara
dibutuhkan, karena ruang kompresor pada PT BASF Care Chemical ini didesain kedap
udara. Pemilihan ruangan yang kedap udara ini dimaksudkan agar tingkat kebisingan yang
disebabkan oleh kompresor ke lingkungan dapat diminimalkan, mengingat kondisi pabrik
yang dekat dengan lingkungan masyarakat. Penyediaan udara untuk kompresor akan
diperlukan pada ruangan yang kedap udara. Saat ini, sudah terpasang Air Handling Unit
pada ruang kompresor tetapi karena pabrik akan ditambah kapasitas produksinya, sehingga
kebutuhan udara untuk kompresor juga akan semakin bertambah. Jadi, akan dilakukan
penggantian Air Handling Unit yang terpasang dengan Air Handling Unit baru, sesuai
dengan kapasitas udara kebutuhan kompresor total. Kondisi udara di lingkungan pabrik PT
BCCI dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Properti Udara Masukan dan Keluaran Air Handling Unit
Inlet Outlet
Debit 20.509 m3/s 20.509 m3/s
Fasa Gas Gas
Temperatur 30 oC 30 oC
Tekanan 1,013 bar a 1,013 bar a
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
41/59
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
42/59
36
Pertimbangan Perancangan
Air Handling Unit adalah peralatan paling awal dalam proses penyediaan udara kering.
Keberadaan Air Handling Unit sangat penting untuk menjalankan proses produksi di
pabrik. Jika tidak ada proses pengolahan terhadap udara, maka proses sulfation atau
produksi akan terganggu. Air Handling Unit dapat memastikan bahwa udara yang
dinaikkan tekanannya oleh kompresor tidak mengandung debu dan minyak. Debu dan
minyak yang terkandung di udara dapat membuat kompresor terganggu dan rendahnya
kualitas produk. Alasan lain, karena desain kedap udara ruang kompresor. Pasokan aliran
udara ke ruang kompresor harus disesuaikan dengan kapasitas kompresor. Ruang
kompresor akan menjadi ruang bertekanan positif, jika pasokan aliran udara dari Air
Handling Unit lebih dari udara yang diperlukan kompresor.
Hal yang perlu diperhatikan dalam desain Penanganan Air Unit adalah
1. Laju Alir Volumetrik Udara
Laju alir volumetrik udara akan mempengaruhi ukuran fan. Laju alir volumetrik udara
harus ditentukan dengan benar, karena ada tiga unit untuk menyatakan aliran
volumetrik udara. Unit m3/h, S.m3/h, dan N.m3/h. Huruf S menjelaskan bahwa aliran
diukur dalam kondisi standard, 20 oC dan 1 bar. Huruf N menjelaskan bahwa aliran
diukur di kondisi normal, 0 oC dan 1 bar. Jika tidak ada huruf di depan unit, berarti
bahwa aliran diukur dalam kondisi aktual.
Aliran volumetrik udara akan mempengaruhi ukuran dari kipas dan motor. Dalam hal
ini kipas Sirocco terpilih. Sirocco fan dapat memberikan aliran volumetrik udara besar.
Tekanan rendah sistem membuat memilih jenis Sirocco sebagai blower untuk Air
Handling Unit .
2. Kecepatan udara di Ducting
Kecepatan saluran akan mempengaruhi dimensi ducting. Keterbatasan kecepatan
saluran berdasarkan suara yang dihasilkan dan faktor kebocoran. Berdasarkan batas ini,
dimensi penampang ducting dapat ditentukan. Lebar cross-sectional adalah 0,8 m dan
tinggi sectiomal lintas adalah 0,6 m. Materi ducting galvanis seng BJLS 50-60, yang
merupakan bahan baku untuk ducting.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
43/59
37
3. Debu
Pra-filter dipasang sebelum udara masuk kipas angin. Debu yang ada dapat membuatmasalah yang sudah dijelaskan. Pilihan pra-filter berdasarkan ukuran maksimum
partikel disaring, ukuran, dan kemudahan pemeliharaan. Air Handling Unit
menggunakan filter yang dapat dicuci kembali dengan ukuran cross sectional ,2,4 m x
1,8 m, dan ukuran partikel disaring adalah 300 mikron. Penurunan tekanan dalam pra-
filter harus diperhatikan karena dapat memengaruhi kinerja pra-filter.
4.3 Ai r Cooler
Deskripsi Singkat
Proses pada alat Air Cooler Heat Exchanger memiliki tujuan untuk mengurangi kadar uap
air pada udara atau pengurangan kelembapan pada udara. Udara keluaran kompresor
memiliki temperatur yang cukup tinggi. Proses untuk mendapatkan udara kering dapat
dicapai dengan menurunkan temperatur udara hingga mencapai titik embun. Air Cooler
Heat Exchanger terdiri atas dua buah plate fin heat exchanger yang disusun secara seri.
Pada tahap pertama udara akan bertemu dengan satu buah heat exchanger dengankonfigurasi plate-fin dan memiliki fluida servis yaitu air pendingin. Pada tahap pertama
udara akan bertemu dengan satu buah heat exchanger dengan konfigurasi plate fin dan
memiliki fluida servis chilled water. Kedua buah heat exchanger tersebut dirangkai seri
dalam sebuah tangki bertekanan.
Data Perancangan
Proses pertukaran panas yang terjadi pada Air Cooler Heat Exchanger diharapkan dapat
menurunkan temperatur udara panas keluaran kompresor sekitar 140 oC, menjadi
temperatur pada titik embun udara, sekitar 5 oC. Proses yang terjadi tidak hanya penurunan
suhu udara, tetapi juga terjadi pengembunan uap air yang terdapat di udara. Seperti yang
sudah dijelaskan bahwa udara akan melewati dua tahap pendinginan, tahap pertama
menggunakan air biasa dan tahap kedua menggunakan chilled water. Air pendingin masuk
heat exchanger dengan suhu 30 oC dan diharapkan temperatur keluar 34 oC. Temperatur
chilled water masuk yaitu 2 oC, dan temperatur keluar yaitu 6oC. Sebagai dasar untuk
merancang data fisik dari ketiga fluida, yaitu udara panas, air biasa, dan chilled water
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
44/59
38
diperlukan sebagai data masukan program HTRI XChanger Suite 6. Data fisik tersebut
dapat diperoleh dari simulasi proses menggunakan program ASPEN Hysys v 7.3. Selaindata fisik fluida, diperlukan pula data rancangan Air Cooler Heat Exchanger yang sudah
terpasang di pabrik PT BCCI. Data fisik fluida proses dan fluida pending untuk air cooler
heat exchanger dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Sifat Fisik Fluida Proses dan Fluida Pendingin
Fluida: Chilled Water
Sifat Fisik Inlet Outlet
Tekanan 1.471 bar a - bar a
Temperatur 2 deg C 6 deg C
Enthalpi -11952 kJ/kg -11932 kJ/kg
Densitas 1082.38 kg/m3 1079.8 kg/m3
Viskositas 4.8527 cP 4.4534 cP
Konduktivitas Termal 0.5106 W/m.K 0.514 W/m.K
Heat Capacity 3.4118 kJ/kg.C 3.4189 kJ/kg.C
Fluida: Normal Water
Sifat Fisik Inlet Outlet
Tekanan 1.863 bar a - bar a
Temperatur 30 deg C 34 deg C
Densitas 1003.6 kg/m3 999.899 kg/m3
Viskositas 0.7944 cP 0.7201 cP
Konduktivitas Termal 618.2 W/m.K 624.3 W/m.K
Heat Capacity 4.317 kJ/kg.C 4.3171 kJ/kg.C
Fluida: Hot Air
Sifat Fisik Inlet Outlet
Tekanan 0.981 bar a - bar a
Temperatur 140 deg C 5 deg C
Enthalpi -187.94 kJ/kg -90.19 kJ/kg
Densitas 1.455 kg/m3 1.8161 kg/m3
Viskositas 0.0233 cP 0.0178 cP
Konduktivitas Termal 0.0336 W/m.K 0.0211 W/m.K
Heat Capacity 1.0574 kJ/kg.C 0.2426 kJ/kg.C
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
45/59
39
Hasil Perancangan Air Cooler Heat Exchanger
4.3.3.1 Air Cooler Heat Exchanger Bundle ke-1
No. Parameter Manual HTRI Satuan
1. Beban Kalor (q) 370.813,6 381.208,9 J/s
2. Mean Temperature Difference ( ∆T M ) 35,6 35,6 oC
3. Luas Permukaan Pertukaran Panas Total (AT) 826,6 426,308 m2
4. Koefisien Perpindahan Panas Tabakan (Ur ) 21,647 21,647 W/m2K
5. Koefisien Perpindahan Panas Overall (Ur ) 33,013 27,853 W/m2K
6. Pressure Drop Di Dalam Pipa (∆Pi) 0,005 0,09 Bar
7. Pressure Drop Di Luar Pipa (∆Po) 0,008 0,003 Bar
8. Overdesign 35% 28,67% -
Dimensi Alat Penukar Panas
1. Jumlah Bays 1 1 -
2. Jumlah Bundles per-Bays 1 1 -
3. Jumlah Passes 2 2 -
4. Tubes (row) 10 10 -
5 Tubes (column) 30 30 -
6. Diameter Dalam 0,013843 0,013843 meter
7. Diameter Luar 0,015875 0,015875 meter
8. Panjang Pipa / Panjang Bundle 1,15 1,15 meter
9. Tinggi Fin 0,729 0,729 meter
10. Ketebalan Fin 0,000432 0,000432 meter
11. Lebar Fin 1,15 1,15 meter
12. Jumlah Fin 434 434 meter -1
14. Lebar Bundle 1,15 1,15 meter
15. Tinggi Bundle 0,8 0,8 meter
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
46/59
40
4.3.3.2 Air Cooler Heat Exchanger Bundle ke-2
No. Parameter Manual HTRI Satuan
1. Beban Kalor (q) 359.134,6 297.428,9 J/s
2. Mean Temperature Difference ( ∆T M ) 13,1 13,1 oC
3. Luas Permukaan Pertukaran Panas Total (AT) 1.212,8 869,52 m2
4. Koefisien Perpindahan Panas Tabakan (Ur ) 22,58 22,58 W/m2K
5. Koefisien Perpindahan Panas Overall (Ur ) 30,88 25,62 W/m2K
6. Pressure Drop Di Dalam Pipa (∆Pi) 0,013 0,007 Bar
7. Pressure Drop Di Luar Pipa (∆Po) 0,02 0,4 Bar
8. Overdesign 26,9% 13,45% -
Dimensi Alat Penukar Panas
1. Jumlah Bays 1 1 -
2. Jumlah Bundles per-Bays 1 1 -
3. Jumlah Passes 6 6 -
4. Tubes (row) 30 30 -
5 Tubes (column) 30 30 -
6. Diameter Dalam 0,013843 0,013843 meter
7. Diameter Luar 0,015875 0,015875 meter
8. Panjang Pipa 1,15 1,15 meter
9. Tinggi Fin 1,05 1,05 meter
10. Ketebalan Fin 0,0004 0,0004 meter
11. Lebar Fin 1,15 1,15 meter
12. Jumlah Fin 472 472 meter -1
14. Lebar Bundle 1,15 1,15 meter
15. Tinggi Bundle 1,2 1,2 meter
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
47/59
41
Sketsa Air Cooler
Perancangan air cooler hear exchanger akan menghasilkan dimensi dari peralaran. Hasil
dimensi yang berupa angka dapat diintepretasikan menjadi sebuah sketsa untuk rangkaian
peralatan. Air cooler heat exchanger yang terdiri dari 2 bundle heat exchanger memiliki
sketsa peralatan yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. Hasil perancangan menempatkan
bundle pertama merupakan air cooler heat exchanger dengan media pending berupa air
biasa yang berfungsi untuk menurunkan temperatur udara hingga mencapai 40oC.
Berikutnya udara tersebut akan dlewatkan bundle kedua dengan media pendingin berupa
chilled water . Pada bundle kedua ini akan menurunkan temperatur udara hingga 5oC.
Gambar 4.2 Sketsa Air Cooler Heat Exchanger
Pertimbangan Perancangan
Air Cooler Heat Exchanger memiliki tujuan utama untuk mengurangi air yang terkandung
di udara proses. Untuk mencapai tujuan ini Air Cooler Heat Exchanger perlu untuk
mentransfer panas dari udara panas menuju fluida pendingin, sehingga mencapai titik
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
48/59
42
embun dari udara. Air Cooler Heat Exchanger dirancang dengan dua buah plate fin heat
exchanger . Plate fin heat exchanger sengaja dipilih karena konduktivitas termal udara yang buruk. Jadi, area perpindahan yang lebih besar akan disediakan oleh ini pelat-sirip dan
kondensasi uap air akan jatuh secara bertahap di pelat-sirip. Hal yang perlu diperhatikan
dalam desain pendingin udara penukar panas antara lain,
1. Suhu Fluida Pendingin
Baterai Pertama Air Cooler Heat Exchanger memiliki tugas untuk mengurangi suhu
udara panas dari 140 oC sampai 40 oC. Fluida pendingin dalam baterai pertama adalah
air biasa. Suhu air biasa masukkan baterai pertama adalah sekitar 30 oC. Suhu outlet
air normal terbatas pada 34 oC. Keterbatasan ini disebabkan oleh tugas menara
pendingin hanya mengurangi suhu air sekitar 4 oC. Jadi, kita harus mengoptimalkan
desain baterai pertama plate fin heat exchanger dengan keterbatasan ini.
Baterai kedua dari Air Cooler Heat Exchanger memiliki tugas untuk mengurangi suhu
udara panas dari 40 oC sampai 5 oC, dan mencairkan uap air. Fluida pendingin dalam
baterai kedua adalah air dingin. Air dingin mengandung 20% etilena glikol dan sisanya
adalah air. Air dingin dapat bertahan pada suhu di bawah 6oC. Suhu air dingin
masukkan baterai pertama adalah sekitar 2 oC. Outlet temperaturis terbatas pada 6 oC,
karena kapasitas paket chiller.
2. Heat Transfer Area
Air Cooler Heat Exchanger dirancang sebagai 2 baterai plate fin heat exchanger .
Dalam HTRI XChanger Suite 6, tidak ada pilihan plate-fin sebagai jenis fin. Jenis-jenis
fin yang tersedia di HTRI XCHanger Suite 6 adalah Circular-Fin, Rectangular-Fin,
dan Sherrated-Fin. Dalam hal ini diasumsikan bahwa rectanguar-fin sebagai plate-fin,
tanpa mengisi input data untuk tinggi dan lebar dari sirip. Asumsi ini hampir benar,
karena perhitungan secara manual telah dilakukan oleh BASF Team.
Plate fin heat exchanger . memiliki konfigurasi geometri fin, yaitu bergelombang atau
herringbone biasa. Pelat bergelombang akan memberikan permukaan tambahan kontak
cairan. Jika dalam proses desain, pelat bergelombang adalah memilih area perpindahan
panas akan lebih besar dari piring polos dengan ukuran yang sama. Untuk alasan
ketersediaan ruang kosong di PT BCCI, pemilihan pelat bergelombang atau
herringbone adalah konfigurasi yang sangat baik dalam plate fin heat exchanger .
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
49/59
43
3.
Pressure DropPenurunan tekanan untuk Air Cooler Heat Exchanger dibagi menjadi dua bagian,
penurunan tekanan pada udata dan penurunan tekanan fluida pendingin. Penurunan
tekanan pada sisi udara dipertahankan pada nilai yang sangat rendah, kurang dari 0,01
bar g. Penurunan tekanan fluida pendingin dipertahankan pada nilai maksimum adalah
0,5 bar g. Nilai penurunan tekanan dirancang untuk mencapai nilai yang lebih rendah,
karena harus memperhatikan tekanan statis yang tersedia di blower untuk udara dan
pompa untuk air.
Perbandingan Hasil Perhitungan Manual dengan HTRI
Perhitungan antara menggunakan perangkat lunak HTRI dengan perhitungan secara
manual menghasilkan beberapa perbedaan antara lain, pada nilai beban kalor, luas
perpindahan panas total, koefisien perpindahan panas total, serta beda tekan. Salah satu
faktor yang menyebabkan perbedaan paling mendasar adalah penggunaan asumsi dalam
perhitungan beban kalor. Pada perhitungan manual beban kalor diasumsikan kapasitas
panas untuk semua fluida tidak berubah bergantung pada suhu, dan yang digunakan pada
perhitungan adalah rata-rata kapasitas panas masukan dan keluaran. Sedangkan pada perangkat lunak HTRI digunakan kapasitas panas yang bergantung pada suhu. Sehingga
dapat dilihat perbedaan hasil perhitungan beban panas, terutama pada bundle kedua. Pada
bundle kedua diasumsikan pada perhitungan manual terdapat pengembunan air, sehingga
perlu ditambahkan perhitungan panas laten untuk air.
Perhitungan luas perpindahan panas total pada kedua bundle terdapat perbedaan yang
signifikan dengan menggunakan dua metode tersebut. Program HTRI XChanger Suite 6,
asumsi yang digunakan untuk merancang plate fin heat exchanger adalah circular fin heat
exchanger . Perangkat lunak HTRI versi ini belum memiliki fitur untuk melakukan
perhitungan plate fin heat exchanger secara spesifik. Hasil perhitungan luas perpindahan
panas total pada program HTRI dapat dikatakan kurang tepat, sehingga perhitungan secara
manual dapat digunakan untuk mengkoreksi hasil perhitungan luas perpindahan panas total
pada perangkat lunak HTRI.
Perhitungan koefisien perpindahan panas total menggunakan dua metode ini memiliki
perbedaan yang tidak terlalu signifikan. Perbedaan kedua nilai terseebut dapat dilihat pada
hasil overdesign untuk masing-masing jenis perhitungan. Metode perhitungan manual
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
50/59
44
menghasilkan overdesign yang lebih besar daripada perangkat lunak HTRI. Hal ini sesuai
dengan analisis pada perhitungan luas pertukaran panas total yang menyatakan lebih besar pada perhitungan manual. Sehingga menyebabkan overdesign pada perhitungan manual
juga pasti lebih besar.
Perhitungan beda tekan pada kedua jenis metode terdapat perbedaan yang signifikan,
khususnya untuk beda tekan yang terdapat di dalam pipa. Pada perhitungan beda tekan
menggunakan metode manual menghasilkan nilai beda tekan yang lebih kecil
dibandingkan hasil perhitungan dengan perangkat lunak HTRI. Hal ini dapat terjadi karena
asumsi yang digunakan untuk perhitungan metode manual mengabaikan faktor scaling .
Sementara perangkat lunak HTRI, perhitungan faktor scaling tidak diabaikan.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
51/59
45
5 BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Proyek Debottlenecking di PT BCCI akan membutuhkan suplai udara yang lebih
untuk proses, maka dari itu keberadaan unit Air Handling Unit yang baru
dibutuhkan untuk memberikan suplai udara ke kompresor di ruang kompresor.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merancang Air Handling Unit , antara
lain Laju Alir Volumetrik Udara, Kecepatan Udara di dalam Ducting , serta
Keberadaan Debu di Udara. Hasil perancangan Air Handling Unit dapat dilihat
pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Hasil Perancangan Air Cooler Heat Exchanger
Bundle Pertama
No. Parameter Manual HTRI Satuan
1. Beban Kalor (q) 370.813,6 381.208,9 J/s
2. Luas Permukaan Pertukaran Panas Total (AT) 826,6 426,308 m2
3. Koefisien Perpindahan Panas Overall (Ur ) 33,013 27,853 W/m2K
4. Pressure Drop Di Dalam Pipa (∆Pi) 0,005 0,09 Bar
5. Pressure Drop Di Luar Pipa (∆Po) 0,008 0,003 Bar
Bundle Kedua
No. Parameter Manual HTRI Satuan
1. Beban Kalor (q) 359.134,6 297.428,9 J/s
2. Luas Permukaan Pertukaran Panas Total (AT) 1.212,8 869,52 m2
3. Koefisien Perpindahan Panas Overall (Ur) 30,88 25,62 W/m2K
4. Pressure Drop Di Dalam Pipa (∆Pi) 0,013 0,007 Bar
5. Pressure Drop Di Luar Pipa (∆Po) 0,02 0,4 Bar
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
52/59
46
2. Proyek Debottlenecking ini juga memberikan dampak pada bertambahnya beban
(duty) yang akan diterima oleh Air Cooler Heat Exchanger . Maka dari itudiperlukan rancangan baru untuk Air Cooler Heat Exchanger . Beberapa hal yang
perlu dipertimbangkan dalam merancang Air Cooler Heat Exchanger , antara lain
Temperatur Fluida Pendingin, Heat Transfer Area, Pressure Drop, dan Laju Alir
Fluida di dalam pipa. Hasil perancangan Air Cooler Heat Exchanger dapat dilihat
pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Hasil Perancangan Air Handling Unit
No. Parameter Spesifikasi
1. Jenis Blower Sirocco
2. Kapasitas Blower 18.480 N.m3/h
3. Bahan Ducting Baja Lapis Seng
4. Jenis filter Udara Viledon Vinele Washable PS-300
5.2
Saran
1. Penataan letak Air Handling Unit harus diperhatikan secara baik, dikarenakan
karena ketersediaan ruang yang minim di area pabrik PT BCCI.
2. Perancangan Air Cooler Heat Exchanger memerlukan perancangan alat penukar
panas dengan spesifikasi plate-fin heat exchanger . Penggunaan program HTRI,
memerlukan peningkatan versi menjadi HTRI XChanger 7. Pada versi HTRI yang
paling baru terdapat fitur tambahan yang merupakan program untuk merancang
khusus plate-fin heat exchanger .
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
53/59
47
6 DAFTAR PUSTAKA
1.
ALPEMA, “The Standards of The Brazed Aliminium Plate-Fin Heat Exchanger
Manufacturers’ Asosiation”, 2nd Edition, 2000.
2. A.I., Mohammad, M., Akio, “Numerical Investigation of Flow Behaviour and
Heat Transfer Characterisctics inside Herringbone Microfin Tube”. IJERA vol.
2, 2012.
3.
A., Tsutomo. S., Naohiro, Y., Yousuke, “ Study on The Performance of a Srocco
Fan (Optimum Design of Blade Shape)”, 2001.
4. F.C., Norman, “Sulfonation and Sulfation Processes”,Chemithon,1997.
5.
G., W. Herman de, “Sulphonation Technology in Detergent Industri”, 1991.
6. Hemisphere Publishing Co., “Heat Exchanger Design Handbook”. 1983.
7. J., Dave, “Duct Design – Presentation File”,.
8.
POWERTECH Eng. Australia, ”Plant Engineers’ Guide – Centrifugal Fan
Design”,9. SIHI, “Technical Information – Guide for Estimated layout of Liquid Ring
Vacuum Pump”, 1979.
10. VINELE VILEDON, "Synthetic Non-Woven Filter, Air Viledon Filter
Brochure", page 7.
11.
W., Somchai, C., Chokeman, “ Effect of Pitch and Number of Tube R ows on
The Aor Side Peformnace of Herringbone Wavy Fin and Tube Heat
Exchangers”. 2004.
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
54/59
48
7 LAMPIRAN A
DATA PERANCANGAN BLOWER
A.1 Data Sheet Bl ower
Tabel A.1 Data Sheet Blower (halaman 1)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
55/59
49
Tabel A.2 Data Sheet Blower (halaman 2)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
56/59
50
A.2 Spesifikasi Air F ilter (Viledon Vinele, Japan Company Vinele)
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
57/59
51
A.3 Sketsa Penempatan Blower
Tabel A.3 Sketsa Penempatan Blower
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
58/59
52
8 LAMPIRAN B
DATA PERANCANGAN AIR COOLER HEAT EXCHANGER
B.1 Data Perancangan HTRI Ai r Cooler H eat Exchanger Bundle ke-1
Tabel B.1 Data Hasil HTRI Air Cooler Heat Exchanger 1 st Bundle
8/9/2019 Perancangan Air Cooler Heat Exchanger Dan Air Handling Unit
59/59
B.2 Data Perancangan HTRI Ai r Cooler Heat Exchanger Bundle ke-2
Tabel B.2 Data Hasil HTRI Air Cooler Heat Exchanger 2nd Bundle