Perencanaan Mesin Pendingin Absorbsi (Lithium Bromide) memanfaatkan Waste Energy di PT. PJB Paiton dengan tinjauan secara thermodinamika Muhamad dangga A 2108 100 522 Dosen Pembimbing : Ary Bachtiar Krishna Putra, ST,MT,PhD
Latar Belakang Waste Energy merupakan pemanfaatan energy buang yang sudah tidak terpakai lagi. Daripada energy nya terbuang sia-sia lebih baik dimanfaatkan lagi untuk penunjang proses lainnya. Pemanfaatan waste energy disini yaitu berupa dengan memanfaatkan kalor dari gas buang yang terletak di dalam stack (cerobong) boiler sehingga dapat digunakan untuk perancangan mesin pendingin sistem absorpsi ini khususnya pada generator nya. Pada perencanaan sistem absorpsi ini penulis menggunakan air sebagai refrigeran dan lithium bromide sebagai absorbent.
Perumusan Masalah Untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja dari alat penyejuk udara dengan sistem absorpsi. Menghitung nilai i COP dari mesin refrigerasi i absorpsi tersebut. Merencanakan generator absorpsi yang dipakai pada Merencanakan generator absorpsi yang dipakai pada mesin pendingin absorpsi tersebut.
Tujuan Penulisan Menghitung kalor yang dibutuhkan generator. Merencanakan mesin pendingin sistem absorpsi dengan tinjauan secara thermodinamika ik sehingga dapat ditentukan nilai COP nya. Merencanakan generator pada mesin pendingin tersebut.
Batasan Masalah Perencanaan dikhususkan k pada generator. Sistem pendingin terisolasi sempurna dan tidak terjadi kebocoran. Mesin pendingin diasumsikan dalam kondisi aliran mantap/tunak atau kondisi steady state. 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 Rudi (2010) Perencanaan generator sistem absorbsi (LiBr) dengan memanfaatkan panas buang kendaraan bermotor. parameter penelitian : - menggunakan gas buang knalpot mobil - variasi waktu (menit) = 2 s/d 12 yang menghasilkan variasi temperatur knalpot skema penelitian : Uap Air in LiBr-Air in Gas buang in LiBr-Air larutan miskin out
Data perencanaan awal, Temperatur kondensasi: 40 C Temperatur evaporasi : 10 C Temperatur absorber : 40 C Temperatur generator :90 C Dengan menggunakan perhitungan absorpsi didapat Q generator = 4,578 kw Hasil penelitian: Dengan menggunakan Qgenerator untuk merencanakan generator mengguna- kan metode LMTD, didapat dimensi tabung generator L pipa = L tabung = 52,5 meter Diameter tabung = 22 cm Tebal dinding = 1mm Material = stainless steel
Penelitian terdahulu Restina (2008) Perencanaan evaporator AC mobil dengan refrigerasi sistem absorpsi. parameter penelitian : - menggunakan gas buang knalpot mobil - variasi waktu (menit) = 2 s/d 12 yang menghasilkan variasi temperatur knalpot skema penelitian : Menentukan data perencanaan awal, Temperatur kondensasi: 40 C Temperatur evaporasi : 10 C Temperatur absorber : 40 C Temperatur generator :90 C
Dengan menggunakan perhitungan absorpsi didapat Q evaporator = 3,517 kw Hasil penelitian: Dengan menggunakan Qevaporator untuk merencanakan evaporator menggunakan metode LMTD, didapat dimensi evaporator L pipa = L tabung = 2 meter Diameter inlet = 0,00791 cm Diameter inlet = 0,00953 cm Tebal dinding = 0,00872 cm Material = tembaga
Penelitian terdahulu Robin Sanjaya (2010) Perencanaan mesin pendingin sistem absorbsi (LiBr) dengan tinjauan secara thermodinamika. parameter penelitian : - menggunakan 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. - tingkat perubahan temperatur pada generator akan mempengaruhi kinerja perpindahan panas masing-masing komponen. Salah satu hasil yang ditunjukan adalah meningkatnya kapasitas evaporator dari -25 240 kw ketika suhu generator 85 120 C.
Dasar Teori
Refrigerasi Absorbsi Komponen yang digunakan: - Evaporator - Kondensor - Katup ekspansi - Kompresor digantikan oleh : Absorber menyerap uap refrigerant larutan lemah/miskin membentuk refrigerant larutan kaya/kuat Pompa menaikkan tekanan larutan kuat/kaya ke tekanan kondensor Generator/ desorber distilasi uap dari larutan kaya/kuat menjadi larutan lemah/miskin
Siklus absorpsi uap pada diagram ln p-1/t
Keseimbangan Energi Keseimbangan energi sirkuit larutan Generator Absorber Keseimbangan energi sirkuit refrigeran Kondensor Evaporator
Metode NTU - Pada shell (fluegas) Ch = m h. Cp hot - Pada tube (LiBr-Water) Cc = m c. Cp cold - NTU NTU = U.A / Cmin Jika Cc < Ch, maka q maks = Cc (Th, i Tc,i) Jika Cc > Ch, maka q maks = Ch (Th, i Tc, i) - Efectiveness Є =q/qmax qmax
Flowchart pengerjaan tugas akhir Mulai Studi literatur Observasi Perumusan sistem Perencanaan dasar sistem Pemilihan komponen Pembuatan laporan SELESAI
Flowchart perencanaan dan perhitungan start - Data temperatur stack gas buang - Potensi panas stack Q = 18 MW - Q generator = 4 MW Menentukan data perencaan awal: 1. temperature generator absorpsi 2. temperature kondensasi 3. temperature evaporasi 4. temperature t absorber b Pengeplotan di diagram Ln P-1/T Pencarian data konsentrasi LiBr Mencari harga entalphi Menghitung kalor pada absorber, generator, kondensor dan evaporator Menentukan COP absorpsi A
A -Menentukan properties LiBr-Water -Menentukan properties Flue Gas -Menentukan dimensi heatexchanger(generator) - Menentukan tipe generator (shell and tube) Fluida panas (shell) Fluida dingin (tube) 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 ya tidak tidak ya Red 2300 Laminar Nu=4,36 Nu=0,36.Re 0,55.Pr 0,33. (µb/µw) 0,14 Nu=0,0265.Re0265 4/5.Pr 0,3 Laminar Nu=4,36 B C D
B C D Menghitung koefisien i perpindahan konveksi ( h hot ) h hot = Nud. k Dh h Menghitung koefisien i perpindahan konveksi ( h cold ) Nud. kc h cold = Ditube Nud. k Nud. k h Dh 1 ntube. h. D tube L h o. Menghitung R total ln( D tube / D tube) o i + + ntube.2. K tube. L 1 D i tube ntube. h.. D tube L c i. c UA = 1/R total Menghitung kapasitas panas : - Cc = m cold. Cp cold -Ch = m hot. Cp hot Nud. k Dh h E D
E D Cc < Ch tidak ya Cc = Cmin Ch = Cmin NTU = U.A / Cmin Menghitung Cr = Cmin/Cmax Menghitung Efectiveness Menghitung g Thot out actual Apakah sesuai yang diharapkan? tidak ya Pemilihan HE yang dipakai selesai
Penempatan generator absorpsi
Pengambilan data Jam Temperatur ( o C) 06.00 137,8 07.0000 137,11 08.00 138,1 09.00 138,2 10.00 138,3 11.00 139,2 12.00 140,2 13.00 140,8 14.00 141,9 15.00 142,6 16.00 143,6
Perhitungan siklus absorpsi
Data Perencanaan o Temperatur kondensasi : 60 C o Temperatur evaporasi : 10 C o Temperatur absorber b : 40 C o Temperatur generator : 130 C o Memakai pendingin udara o Memakai refrigerant air o Memakai absorbent berupa lithium bromida (LiBr) o Memakai generator jenis shell and tube o Q generator = 4 MW
Tempat titik temperatur dalam Siklus absorbsi b refrigerant
Pengeplotan Data Pada Diagram ln P-1/T 3, 3a 1 2 7,8 4, 4a 6
Dari pengeplotan data didapat : -h 1 = 203,43 kj/kg -h 1a = 183,09 kj/kg - h 2 = 320,88 kj/kg -h 3 = 210,10 kj/kg -h 4 = 93,5 kj/kg - h 5 = 2745,44 kj/kg -h 6 = h 7 = 251,1 kj/kg -h 8 = 2519,8 kj/kg Efek refrigerasi COP = qo / qh = 2268,7 kj/kg / 3145,16 kj/kg = 0,721 qo = h8 h7 = 2519,8 251,1 = 2268,7 kj/kg Kalor yang ditambahkan pada generator per unit massa uap yang didistilasikan qh = h5 h2 + f (h2 h1a) = 2745,4 320,88 + 5,23 (320,88-183,09) = 3145,16 kj/kg
Perencanaan generator absorpsi
Laju aliran massa Hot fluid (flue gas) Q =. Cp. T = 123,26 kg/s Debit Cold fluid (LiBr-water) Q h = = 1,27 kg/s q h Hot fluid (flue gas) m Q (debit) = Q debit = 140,7 m 3 /s Cold fluid (LiBr-water) h m Q (debit) = Q debit = 0,000857 m 3 /s h
Kecepatan fluida pada shell and tube Hot fluid (flue gas-shell) Q 140,7m / s A h 2 [.(1,21m) ] [1600..(0,03175m) 4 4 V hot = = = 240,16 m 3 /s Cold fluid (LiBr-water) Q 3 / 0,000857 m s 712..(0,02975m) 4 V cold = = = 0,00173 m 3 /s A h Perhitungan Angka Reynould Hot fluid (flue gas-shell). V. Dh 0,876kg / m 3 3 h h Red = = Red = 287904,3 4.Ac P Dh = = h Cold fluid (LiBr-water) 4m 1600.. Di. 2.240,16m 3 0,0000229 2 4.[ (1,21m) ] [712..(0,03175m) 4 4 (.1,21m) (.712.0,03175m) 4.1,27kg / s / s.0,0313m 2 ] 2 ] = 0,0313 m Red = = 2 Red = 254,93 712..0,02975m.0,0002996 Ns / m
Koefisien perpindahan panas Hot fluid (flue gas-shell) Nud. k h hot = h h hot = 240,02 W/m 2.K Dh Nud : Laminar = 4,36 (Re 2300) Turbulensi = 0,36 Re 0,55 Pr 0,33 (µb/µw) 0,14 Cold fluid (LiBr-water-tube) Nud. k c h cold = h cold = 46,46 W/m 2.K D tube i Nud : Laminar = 436(Re 2300) 4,36 Turbulensi = 0,0243 Re 4/5 Pr 0,3 ntube. h 1. D tube L h o. Perhitungan tahanan panas total (Rtotal) Rtotal = Rkonveksi (fluegas) + Rkonduksi + Rkonduksi(LiBr-Water) 1 ntube. h h.. Dotube. L ln( Do tube / D i tube ) 1 ntube.2. K. L ntube. h c.. Ditube. L = + + = 0,0000877 W/K tube
Perhitungan UA pada heat exchanger UA = 1 Rtotal = 11398,71 W/K Perhitungan kapasitas panas Hot fluid (flue gas) Chot = mh. Cph Chot = 124,96 kw/k Cold fluid (LiBr-water) Ccold = mc. Cpc Ccold = 4,33 kw/k Perhitungan NTU NTU = UA C min 11,39871kW / K 4,33kW / K = = 2,63
Tabel perhitungan data
KESIMPULAN Dengan memanfaatkan panas dari gas buang stack sebesar 4 MW dapat direncanakan mesin refrigerasi i 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: diameter shell 48 x 20 10 overall length dan diameter outlet tube 1 1/4 x 19 10 long 304LSS tubes.
Terima Kasih Grazie Ragazzi