56 BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN 4.1 Analisa Varian Prinsip Solusi Pada Varian Pertama dari cover diikatkan dengan tabung pirolisis menggunakan 3 buah toggle clamp, sehingga mudah dan sederhana dalam membuka dan menutup tabung pirolisis. Pipa penyalur uap dari tabung pirolisis dihubungkan dengan kondensor dengan sambungan berupa mur sehingga memudahkan dalam operasionalnya, selain itu bertujuan agar perawatannya lebih mudah karena tiap tiap bagian dapan di bongkar dan jika diperlukan penggantian komponen tidak sekaligus diganti semua, melainkan dapat diganti pada komponen yang rusak saja. Pipa penyalur uap dibuat sedemikian rupa agar kebutuhan pipa dapat diminimalkan sehingga dapat mengurangi biaya pembuatan. Tabung kondensor berbentuk tabung dan pipa kondensor mengikuti bentuk tabung sehingga pembuatan lebih mudah. Dan rangkanya disambung langsung dengan las agar lebih sederhana. Pada varian ini jumlah komponen paling banyak dan begitu pula biaya pembuatanya yang lebih mahal. Pada varian kedua cover diikatkan dengan tabung pirolisis menggunakan clamp berbentuk seperti sabuk yang mengelingi badan cover dangan baut pada ujung clamp yang berfungsi untuk mangikat cover dan tabung pirolisis. Dengan clamp tipe ini operasional penggunaan akan lebih susah dibandingkan dengan tipe clamp pada varian pertama, Pipa penyalur uap penghubung antara cover dangan kondensor disambungkan dengan menggunakan las, sehingga dipastikan sambungan antar bagian terhubung dengan sempurna tanpa ada kebocora dan
57 rigidn, selain itu dengan sambungan las dapat mengurangi jumlah komponen dan tentunya biaya pembuatan juga akan lebih terjangkau, tetapi untuk perawatanya operasional penggunaan dan perawatannya akan lebih sudah karena lebih rigid. kondensor di buat persegi panjang dengan pipa kondensor mengikuti bentuk kondensor, rangka disambung langsug dengan kondensor dengan menggunakan las agar lebih rigid dan untuk menekan biaya produksi. Pada Varian ketiga Cover dirancang dengan bentuk kerucut dengan tujuan agar uap hasil dari pirolisi dapat terpusat menuju ke arah pipa sehingga kebocoran dapat diminimalkan, cover dan tabung pirolisis ditambahkan flange pada bagian yang akan berhubungan dengan dilengkapi pengikat berupa 3 buah baut mengelilingi flange untuk merapatkan hubungannya, dengan begitu sambungannya akan rapat. Tetapi demikian membuat proses pembuatan akan menjadi lebih susah selain itu operasional penggunaannya juga lebih rumit dibandingkan dengan varian pertama. Untuk kondensor dibuat persegi panjang tipis dengan pipa kondensor dibuat zig-zag sedemikian rupa membuat luas permukaan yang bersinggungan dengan udara lebih luas sehingga proses pendinginan akan lebih baik. Untuk rangka tidak beda dengan varian pertama dan kedua langsung disambung las dengan kondensor akan lebih rigid dan sederhana. Dari seleksi pemilihan variasi diatas, dapat dipilih bahwa kriteria yang ada sebagian besar dapat memenuhi kriteria kriteria yang ada, tetapi pada akhirnya harus dipilih varian yang paling tepat. pilihan yang paling tepat adalah varian petama dengan pertimbangan sebagai berikut: - Memenuhi kriteria keindahan - Kemudahan dalam pengoperasian - Mudah dalam perawatan Dengan demikian varian petama ini nantinya akan dipilih untuk pengembangan selanjutnya.
58 4.2 Analisa Perhitungan secara Teoritis Pada tahap ini dilakukan perhitungan sesuai dengan perencanaan yang telah ditentukan dengan mempertimbangkan studi leteratur yang telah dilakukan, tahapan ini untuk menentukan dimensi dari kondensor yang akan dirancang. 4.2.1. Perhitungan Balance Energi pada Kondensor Untuk menentukan besarnya panas yang dapat ditransfer dari fluida panas ke fluida dingin pada alat penukar kalor dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus: Q = m c. Cp. T Q c = m c. Cp c. (T ci T co ) = 0,5 x 4178 x (29 27) = 4178 J/s Diketahui suhu uap yang masuk ke dalam kondensor adalah 130 O C, dan mempunyai karakteristik sebagai berikut: =930,81 kg/m3 µ = 0.0002042 kg/ms K Pr = 0,685 w/m C = 1,275 w/m C
59 Parameter Tipe Kondensor : Diameter outside pipa (d o ) Diameter outside pipa (d i ) Diameter tangki Cooling Water inlet Cooling Water Outlet Mass Flow Rate Condensing Water Vapour Temp. Value 0,0127 m 0,0117 m 0,3 m 27 o C 29 o C 0,455 kg/s 130-30 o C Dari diameter tanki yang telah diketahui yaitu 0,3 meter maka dapat dihitung Luas penampang tangki: A = r 2 = 3,14 x (0,3/2) 2 = 0,0702 m 2 Setelah luas penampang diketahui selanjutnya dapat dihitung bilangan Reynold dengan rumus berikut: u = = = 0,0096 Re = = 555,75
60 Menghitung koefisien gesek didalam tube (f) f = (1,58. lnre 3,28) 2 = (1,58. ln555,75 3,28) 2 = (6,706) 2 = 0,0223 Menghitung bilangan Nusselt (Nu) Nu = 0,023 Re 0,8 x Pr 0,4 = 0,023 x 555,750,8 x 1,2750,4 = 3,97 4.2.2. Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tube (Hi) H i = = = 214, 13 W/m 2 C 4.2.3. Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi shell (Ho) H o = = = 232,43 W/m 2 C
61 4.2.4. Menghitung koefisien rata rata perpindahan panas h m = 0,725 Dimana h m = Koefisien rata rata perpindahan panas (W/m 2 0 K) g ρ I ρ v h fg = gaya gravitasi (m/s) = massa jenis air (kg/m3) = massa jenis uap air (kg/m3) = kalor laten (kj/kg) k 1 = konduktivitas thermal (W/m 2 0 K) D o = diameter luat tube (m) µ = viskositas absolut air (kg/ms) T v = temperatur uap ( o C) T w = temperatur dinding ( o C) Temperatur rata rata dari kondensor film adalah (30 + 28) = 29 o C Sifat air pada temperatur 29 o C: ρ I ρ v h fg = 995,05 (kg/m3) = 1,109 (kg/m3) = 2432,67 (kj/kg) k 1 = 0,621 (W/m 2 0 K) µ 1 = 7,81 (kg/ms)
62 T v = 30 ( o C) T w = 28 ( o C) Hm = 0,725 = 0,725 = 1995,58 W/m 2 o C 4.2.5. Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan ( U ) adalah: U o = Dimana: d o d i = diamater luar tube (m) = diamater dalam tube (m) K = konduktivitas thermal pada material (W/m o C) Karena material yang digunakan stainless steel maka nilai konduktivitas thermalnya adalah 16 W/m o C U o = U o = U o = 203,48 W/m o C
63 4.2.6. Perkiraan Panjang Tube Setelah nilai koefisien panas didapat, kemudian menghitung Tm dengan menggunakan rumus Tm = F Tln = F Dimana: masuk T o = Perbedaan temperatur panas dan dingin fluida pada waktu T L = Perbedaan temperatur panas dan dingin fluida pada waktu keluar T o = 130 29 = 101 O C T L = 45 27 = 18 O C Tm = = 48,12 Setelah Tm diketahui dapat dicari luasan yang dibutuhkan untuk mendinginkan uap yang masuk kedalam kondensor. Q = m. c. T = 0,5 x 4178 x (29-27) = 4178 Q = A. U o. Tm
64 Dimana: A U o = Luas permukaan = Koefisien perpindahan panas A = = = 0,43 m 2 Setelah luasan permukaan dari tube yang digunakan untuk pengkondensasian uap diketahui, maka dapat dihitung beraa total panjang tube yang dibutuhkan dengan spesifikasi sebagai berikut: Jenis Tube : Stainless Steel Diameter Luar : 0,0127 m Diameter Dalam: 0,0117 m A = x d x t Dimana: A d t = luasan tube = diameter luar tube = panjang tube t = t = = 10,78 m Jadi total panjang tube yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan uap yang masuk kedalam kondensor adalah 10,78 m