ANALISIS KINERJA KONDENSOR SISTEM PENDINGIN PUSAT PERBELANJAAN

Transkripsi

1 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. No. 2 NLISIS KINERJ KONDENSOR SISTEM PENDINGIN PST PERBELNJN Hadi Wibowo *, Prawoto ** Program Studi Teknik Mesinniversitas Pancasakti*, Program Studi Magister Teknik Mesinniversitas Pancasila** hadimaula@gmail.com, pra_woto@yahoo.com BSTRCT Shell and tubes condenser in chiller capacity 600 Tons Rerigerations with rerigerant HFC 34-a (R34-a) is as heat exchanger with ungtioned to change rerigerant in superheated gas to be luid. ter several months o operation the condenser will decrease perormance, because o decreasing in the rate o heat transer. Condenser daily operational data that is used as an evaluation o analysis condenser perormance in which the water temperature inlet and outlet condenser, rerigerant temperature inlet and outlet condenser, with a mass low o rerigerant. Some parameters associated with the rate o heat transer is the heat transer coeicient, the Log Mean Temperature Dierence, ouling actor and heat transer surace area. Through calculation and analysis, obtained a decrease in heat transer rate 0.8%, overall heat transer coeicient 42.5 %, and note the increase in the Log Mean Temperature Dierence 29.5 %, ouling actor 66.5 %, with heat transer surace area %. Keywords: condenser, perormance analysis, ouling actor. PENDHLN Kondensor merupakan alat penukar kalor yang didalamnya terdapat dua siklus yang saling berkaitan, yaitu siklus luida panas (rerigeran) dan siklus luida dingin (air kondensor),yang keduanya saling berlawanan arah (counter low). Rerigeran sebagai luida panas dalam bentuk yang berada di luar pipa kondensor akan melepaskan kalor ke air kondensor sebagai luida dingin yang terletak di dalam pipa. Dengan demikian laju perpindahan panas dari rerigeran ke air kondensor melalui dinding pipa kondensor sangat dipengaruhi oleh adanya kotoran dari rerigeran sekunder yang terbawa dan melekat pipa-pipa kondensor yang disebut dengan ouling.dengan adanya ouling akan menghambat laju perpindahan kalor, yang akan menurunkan kinerja kondensor sehingga akan mempercepat waktu cleaning. Tujuan penelitian adalah mengetahui pengaruh aktor ouling terhadap laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran.dengan diperoleh inormasi harga aktor ouling aktual pada kondensor yang dipasang pada instalasi pusat perbelanjaan, maka dapat digunakan untuk menganalisis kinerja kondensor. METODE PENELITIN Sebagai bahan penelitian adalah sebuah kondensorsebuah chiller pada sebuah pusat perbelanjaan yang berlokasi di kota Tegal Jawa Tengah, yang dilaksanakan pada setiap minggu dari bulan pril sampai dengan bulan Juli 200 secara kontinu. Centriugal chiller (PEH087, Evaporator/Condensor : 306/306) merk Mc Quay tersebut berkapasitas 600 Tons (20 kw), menggunakan HFC- 34a (R34-a) sebagai luida pemanas (rerigeran primer) dan air sebagai luida pendingin (rerigeran sekunder). ktiitas penelitian dimulai dengan mengumpulkan data spesiikasi teknik chiller khususnyakondensor dan air kondensor, yang dilanjutkan dengan mengukur (mencatat) temperatur dan tekanan rerigeran dan air kondensor pada saat pengoperasian. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode teoritis, analisis dan developmental. Kajian secara teoritis, penjelasan utama enomena atau data dikembangkan, diusulkan dan diuraikan. ntuk mendapatkan parameter-parameter utama dalam kondensor dengan berbagai sumber literatur, baik berupa buku teks maupun jurnal. Pendekatan secara analisis dilakukan dengan pengamatan (visualisasi) kinerja operasional kondensor dan pengambilan data operasional harian yang yang dikoleksi dan diteliti dijadikan petunjuk penelitian. Sedangkan secara developmental, perubahan pada aktor yang diamati sehingga dapat ditelusuri pertumbuhannya maupun penurunannya. 60

2 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. No. 2 PRMETER KINERJ KONDENSOR Evaluasi kinerja kondensor dilakukan dengan mengevaluasi parameter-parameter sebagai berikut : a. Laju perpindahan kalor (Q h ). b. logaritmik (LMTD) c. Koeisien perpindahan kalor menyeluruh () d. Faktor pengotoran (R ) dan over sizing (OS). Laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran pada kondensor dievaluasi dengan menggunakan persamaan : Q h m.( h ) 3 h4 h () dimana, Q h = laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran (kw), m h = laju aliran massa rerigeran (kg/s), h 3 = entalpi rerigeran pada temperatur masuk dan tekanan kondensor (kj/kg)h 4 = entalpi rerigeran pada temperatur keluar kondensor (kj/kg)laju aliran massa rerigeran dievaluasi berdasarkan kapasitas beban pendinginan pada mesin pendingin yang digunakan. LMTD = F c. ΔT m (2) Beda temperatur rata-rata logaritmik dievaluasi dengan menggunakan persamaan : dimana : T m T T2 ln( T / T2 ) ( 3 ) dimana, ΔT = beda temperatur luida panas masuk kondensor dengan temperatur luida dingin keluar kondensor (K). ΔT = T hi - T co (4) ΔT 2 = beda temperatur luida panas keluar kondensor dengan temperatur luida dingin masuk kondensor (K). ΔT 2 = T ho - T ci (5) Besarnya aktor koreksi untuk proses kondensasi pada kondensor Fc =. [5,3] Saat kondensor beroperasi, maka nilai koeisien perpindahan kalor akan berubah terhadap waktu (kondisi kotor). Koeisien perpindahan kalor kondisi kotor, dievaluasi menggunakan persamaan : Q h (6) atau: o LMTD Qh (7) LMTD o dimana, = koeisien perpindahan kalor pada kondisi kotor (W/m 2 K), o =luas permukaan perpindahan kalor (m 2 ), LMTD= beda temperatur rata-rata logaritmik kondensor (K) c R d (8) Sedangkan koeisien perpindahan kalor kondensor kondisi bersih, dievaluasi dengan persamaan : atau : c R (9) d dimana, c = koeisien perpindahan kalor pada kondisi bersih (W/m 2 K), R d = aktor ouling total kedua permukaan, (m 2 K/W). Faktor ouling total yang digunakan untuk mengevaluasi koeisien perpindahan kalor kondisi bersih, sesuai spesiikasi kondensor C306 adalah R d = 0, m 2 W/K. [5] Saat kondensor beoperasi, besarnya actor pengotoran akan berubah terhadap waktu dan koeisien perpindahan kalor kondisi kotor ( ) juga berubah terhadap waktu, sedangkan koeisien perpindahan kalor kondisi bersih merupakan besaran yang konstan c = konstan. (W/m 2 K), pada t = (W/m 2 K), pada t = 2 (W/m 2 K), pada t = 2 Luas permukaan perpindahan kalor kondisi kotor, dievaluasi dengan persamaan : atau : c R (0) o c R () o dimana, = luas permukaan perpindahan kalor pada kondisi kotor (m 2 ), R = koeisien perpindahan kalor kondisi kotor (m 2 6

3 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. No. 2 K/W), o = luas permukaan luar perpindahan kalor kondisi bersih(m 2 ) Prosentase penambahan perluasan permukaan perpindahan kalor (over sizing) akibat aktor ouling dievaluasi dengan persamaan: OS = ( c R ) 00 (%)(2) HSIL DN PEMBHSN Laju aliran massa rerigeran dari data spesiik mesin adalah 3 lbm/min/tons. Sehingga laju aliran massa rerigeran yang digunakan adalah: m h 3 [ lbm ] 0,4536[ kg ] min Tons lbm m h = 3,6080 kg/s 600 Tons 60[ s ] min Tingkat keadaan rerigeran masuk kondensor hasil pengukuran adalah temperatur gas panas lanjut 33,6 o C dan tekanan kondensor 0,7 MPa, sehingga : h 3 =269,7 kj/kg Tingkat keadaan rerigeran keluar kondensor hasil pengukuran adalah temperatur luida 32,8 o C, sehingga : h 4 =95,58 kj/kg Dengan persamaan (), laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran adalah : Q h = 2362,26 kw Dari hasil evaluasi laju aliran perpindahan kalor yang dilepas rerigeran diperoleh, bahwa laju aliran perpindahan kalor yang dilepas rerigeran ke air kondensor mengalami penurunan sebesar 0,8% (tabel 2. dan gambar 2.). Gambar 2. Graik laju perpindahan kalor terhadap waktu Pada kondisi yang ideal adalah laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran adalah tetap, dikarenakan koeisien hambatan termal hanya terdapat pada konduktiitas termal pipa yang besarnya tetap (bukan ungsi waktu). Jika terjadi penurunan laju perpindahan kalor yang dilepas rerigeran, dikarenakan terdapat hambatan termal lain, yaitu aktor pengotoran pada dinding didalam pipa (deposit) karena air yang mengalir didalam pipa yang besarnya berubah (ungsi waktu), sedangkan aktor pengotoran diluar pipa diabaikan karena rerigeran dianggap bersih. Gambar 3. Distribusi temperatur rerigeran dan air kondensor Beda temperatur luida panas masuk dengan temperatur luida dingin keluar kondensor dievaluasi dengan persamaan (3). dimana : T hi = 33,6 o C = 306,6 K T co = 3,9 o C = 304,9 K Sehingga diperoleh :ΔT =,7 K Beda temperatur luida panas keluar dengan temperatur luida dingin masuk kondensor dievaluasi dengan persamaan (5). dimana: T ho = 32,8 o C = 305,8 K T ci = 28,2 o C = 30,2 K Sehingga diperoleh :ΔT 2 = 4,6 K Sehingga dari persamaan (), beda temperatur rata-rata adalah: ΔT m = 2,9 K Besarnya aktor koreksi (F c ), adalah : F c = Sehingga dari persamaan (2), beda temperatur rata-rata logaritmik adalah: LMTD = 2,9 K Dari hasil evaluasi, diperoleh LMTD mengalami kenaikan sebesar 29,5%.Koeisien 62

4 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. No. 2 perpindahan kalor kondisi kotor, menggunakan persamaan (7), dimana : Q h = 2362,26 kw LMTD =2,9 K Luas total permukaan perpindahan kalor, sesuai spesiikasi alat, o = 65,64 m 2.Sehingga koeisien perpindahan kalor kondisi kotor adalah: = 4902,27 W/m 2 K Koeisien perpindahan kalor pada kondisi bersih dievaluasi pada kondisi awal pengambilan, dengan menggunakan aktor ouling total, sesuai alatr d = 0, m 2 K/W [7].Sehingga dengan asumsi = konstan (pada kondisi awal pengambilan data), dengan persamaan (9) diperoleh : c = 6250,50 W/m 2 K Tabel 4. nalisa koeisien perpindahan kalor pada kondisi kotor Pada t =, R = 0, (m 2 K/W) Pada t = 2, R 2 = 0, (m 2 K/W) Sedangkan luas permukaan perpindahan kalor kondisi kotor, dievaluasi dengan persamaan (), dimana : R = 0, m 2 K/W o = 65,40 m 2 Sehingga luas permukaan perpindahan kalor kondisi kotor adalah : = 20,89 m 2 Prosentase penambahan perluasan permukaan perpindahan kalor (over sizing) akibat aktor ouling total dievaluasi dengan persamaan (2), diperoleh :OS = 27,50 % Dari tabel 5.dan gambar 5, dapat dilihat bahwa adanya penambahan aktor ouling yang semakin meningkat mulai pada minggu ke- pada pipa-pipa kondensor. Gambar 4. Graik koeisien perpindahan kalor terhadap waktu Dari hasil evaluasi diperoleh bahwa laju perpindahan kalor rerigeran yang dilepas ke air kondensor mengalami penurunan sebesar 42,5%. Sedangkan pada kondisi bersih, yaitu pada harga aktor ouling total yang konstan (spesiikasi kondensor) diperoleh laju perpindahan kalor kondisi yang bersih dengan harga konstan yang lebih besar daripada harga laju perpindahan kalor pada kondisi kotor. Saat kondensor beroperasi, besarnya aktor pengotoran akan berubah terhadap waktu dan koeisien perpindahan kalor kondisi kotor juga berubah terhadap waktu, sedangkan koeisien perpindahan kalor kondisi bersih merupakan besaran yang konstan c = konstan. Dimana: c = 6250,50 W/m 2 K (konstan)ada t=, = 4902,27 W/m 2 K. Pada t=2, 2 = 473,39 W/m 2 K. Sehingga dengan persamaan (9), aktor pengotoran total kedua permukaan pipa kondensor adalah : Gambar 5. Graik aktor ouling terhadap waktu Pada saat t = 0 adalah penambahan aktor ouling (R ) adalah 0 m 2 K/W, sedangkan pada t = penambahan aktor ouling adalah 0, m 2 K/W.Dan sampai minggu terakhir kenaikan aktor ouling total pada permukaan bagian dalam pipa adalah 66,5% Luas total permukaan perpindahan kalor saat kondensor beroperasi ( ) akan mengalami kenaikan sebesar 29,65%, hal ini karena koeisien perpindahan kalor kondisi kotor yang semakin menurun akibat adanya penambahan aktor ouling total kedua sisi permukaan yang berubah terhadap waktu. KESIMPLN Dari analisis hasil penelitian kinerja kondensor yang menggunakan data hasil pengukuran selama 20 hari berturut-turut dan evaluasi parameter-parameter kinerja kondensor, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 63

5 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. No. 2. Laju perpindahan kalor menyeluruh pada kondensor semakin menurun, dikarenakan terjadi kenaikan temperatur rerigeran keluar kondensor. 2. danya kenaikan beda temperatur rata-rata logarimik (LMTD) yang cukup besar, dikarenakan temperatur rerigeran keluar kondensor kenaikan, sedangkan perbedaan temperatur air masuk dan keluar kondensor relati konstan. 3. Dengan adanya penurunan laju perpindahan kalor, sebanding dengan menurunnya koeisien laju perpindahan kalor menyeluruh. 4. Dengan menurunnya nilai koeisien perpindahan kalor kondensor, hal ini menunjukan adanya nilai tahanan termal pada pipa-pipa kondensor yang semakin naik yang disebabkan karena adanya aktor ouling (deposit) pada pipa-pipa kondensor. Melalui perhitungan dan analisis, diperoleh adanya penurunan laju perpindahan kalor 0,8%, penurunan koeisien perpindahan kalor menyeluruh 42,5%, dan diketahui adanya kenaikan beda temperatur rata-rata logaritmik 29,5%, kenaikan aktor ouling 66,5%, dengan kenaikan luas permukaan perpindahan kalor 29,65%. DFTR PSTK [] Brown, G.G, 984, nit Operation, 3 th Ed, Mc. Graw-Hill Book Co, Singapore. [2] CQM-Tech.,(Industrial ir Conditioning and Rerigeration Systems 200), Loss o Eiciency and output in closed cycle water systems, [3] Donald Q Kern, 984, Process Heat Transer, Mc Graw-Hill Book Co, Singapore,. [4] Frank Kreith & William Z. Black Basic Heat Transer. New York : Harper & Row Publisher. [5] John H. Leinhard IV, 2003, Heat Transer Text Book, 3 th Ed., Phlogiston Press, CambridgeMassachusetts. [6] McQuay ir Conditioning pplication Guide : Centriugal Chiller Fundamentals. McQuay International. [7] McQuay ir Conditioning pplication Guide : Chiller Plant Design. McQuay International. [8] McQuay ir Conditioning Installation, Operating and Maintenance :Single/Dual Compressor Centriugal Chiller. McQuay International. [9] McQuay ir Conditioning. Product Manual PEH087. Revisi V Centriugal Chiller. McQuay International. [0] McQuay ir Conditioning. Product Manual PM PEH/PFH Centriugal Compressor Water Chiller. McQuay International. [] Merle C. Potter etc., 200. Mechanics o Fluids. Prentice-Hall. Inc. [2] Michael J. Moran, etc, 2003, Introduction to Thermal System Engineering, John Wiley and Sons. [3] Robert-Field, 992, Chemical Engineering: Introductory spects, The Macmilland Press Ltd, London. [4] S. J. Pugh. etc, Juli 2007, Fouling During The se o Fresh Water as Coolant-The Development o ser Guide, Engineering Conerences International, Tomar, Portugal. [0/5/200] [5] Shan K. Wang. Edisi Handbook o ir Conditioning and Rerigeration. McGraw-Hill. New York. [6] Thackery, P.,, 980, The Cost o Fouling in Heat Exchange Plant, Eluent and Water Treatment Journal, Vol.20, Washington D.C. [7] NEP. Pedoman Eisiensi Energi untuk Industri di sia. Peralatan Energi Listrik : Rerigerasi dan Penyejuk C. [8] Y. D. Jun, etc., Juni 2005, Fouling reduction Characteristics o a circulating Fluidized Bed Heat Exchanger, Proceedings o 6th International Conerence on Heat Exchanger Fouling and Cleaning Challenges and Opportunities, Germany.[0/5/200] [9] Yunus. Cengel & Michael. Boles Thermodynamics : n Engineering pproach. McGraw-Hill. Singapore. [20] Zainus Salimin dan Endang Nuraeni. 7 Oktober Estimasi Biaya Fouling pada lat Penukar Panas untuk Pengolahan Limbah Radioakti Cair. Prosiding Seminar Nasional ke-5 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. Pusat Teknologi Limbah Radioakti Batan. Surakarta.[0/5/200] [2] Zainus Salimin dan Gunandjar, 2 Juni Persoalan Fouling dan Solusinya pada Evaporator untuk Pengolahan Limbah Radioakti Cair, Prosiding Seminar Nasional X, Kimia Dalam Pembangunan, Hotel Grand Mercure Yogyakarta. 64