ANALISIS MODEL MATEMATIKA PERPINDAHAN PANAS PADA FLUIDA DI HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE YANG DIGUNAKAN DI PT. PUPUK KALTIM Tbk.

Abstract

Pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi membuat mate- matika menjadi sangat penting artinya. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak lepas dari peranan mate- matika. Perkembangan teknologi salah satunya dibuktikan dengan lahirnya alat penukar kalor atau yang dinamakan heat exchanger. Semua penukar kalor sebe- narnya berfungsi sama yaitu menukarkan energi yang dimiliki oleh suatu °u- ida atau zat ke °uida atau zat lainnya(Handy,2011:13). Berdasarkan TEMA (Tubular Exchanger Manufacturer Association) jenis penukar kalor dibagi men- jadi dua kelompok besar berdasarkan pemakaiannya di industri untuk pemaka- ian dengan kondisi kerja yang berat dan untuk pemakaian umum yang dasar produksinya lebih memperhatikan aspek ekonomi dengan ukuran dan kapasitas pemindahan panas yang kecil. PT. Pupuk Kalimantan Timur, Tbk merupakan perusahaan industri pupuk urea memiliki pabrik urea POPKA(Proyek Optimal- isasi Pupuk Kaltim) menggunakan heat exchanger dengan kondisi yang berat. Untuk membuat pupuk urea, dibutuhkan gas CO2 dan cairan NH3. Pada pabrik urea POPKA salah satu heat exchanger yang digunakan adalah jenis intercooler. Intercooler yang digunakan tipenya adalah shell and tube untuk mendinginkan gas CO2 yang keluar dari kompressor untuk masuk ke kompressor berikutnya. Keterbatasan utama dari perhitungan perpindahan panas secara konvensional adalah adanya asumsi heat exchanger bersifat seragam, steady, dan menyeluruh. Hingga kemudian digunakan pemodelan matematika. Pemodelan perpindahan panas pada °uida di heat exchanger bertujuan untuk memprediksi perpindahan panas yang keadaannya bisa disesuaikan dengan keadaan sebenarnya. Dari latar belakang tersebut maka dilakukan penelitian yang memiliki tujuan untuk menge-tahui model matematika pada perpindahan panas °uida di heat exchanger tipe shell and tube saat proses pendinginan gas CO2, untuk mengetahui hasil diskri- tisasi model perpindahan panas pada proses pendinginan gas CO2 menggunakan diskritisasi QUICK berupa matriks nxn, dan untuk mengetahui akurasi model ma- tematika perpindahan panas pada heat exchanger tipe shell and tube saat proses pendinginan gas CO2. Tahapan kegiatan penelitian meliputi, pertama, menentukan model mate- matika pendinginan gas CO2. Tahapan ini meliputi studi pustaka dan wawan- cara tentang cara kerja dan proses pendinginan gas CO2 kemudian membuat model dengan peninjauan perubahan energi dan momentum dengan menggu- nakan Metode Volume Hingga. Kedua, menentukan diskritisasi model matematika proses pendinginan gas CO2. Ketiga, membuat program matematika pendinginan gas CO2 dengan Matlab untuk mengetahui sebaran panas serta simulasi Fluent untuk mengetahui sebaran panas secara visual. Hasil penelitian disimpulkan sebagai berikut, pertama, model matematika pendinginan CO2 gas dengan Metode Volume Hingga adalah: Te(¡½2u + ½u) + Tw(½2u ¡ ½u) = ¡p + ½(g + Q) + 2¹¢x(1 ¡ ½u) (1) Kedua, hasil Hasil diskritisasi model perpindahan panas pada proses pending- inan gas CO2 menggunakan diskritisasi QUICK berupa matriks nxn 2 666666666666666664 C D 0 0 0 : : : 0 B C D 0 0 : : : 0 A B C D 0 : : : 0 0 A B C D : : : 0 0 0 A B C : : : 0 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 0 0 0 0 0 : : : C 3 777777777777777775 nxn 2 666666666666666664 T1 T2 T3 T4 T5 : : : Tn 3 777777777777777775 = 2 666666666666666664 E1 E2 E3 E4 E5 : : : En 3 777777777777777775 Dengan keterangan sebagai berikut x A merupakan persamaan yang mengandung T(i-2) yaitu: (½2u ¡ ½u) ¡ ¡1 8 ¢ ; B merupakan persamaan yang mengandung T(i-1) yaitu: (¡½2u+½u) ¡ ¡1 8 ¢ + (½2u ¡ ½u) ¡3 4 ¢ ; C merupakan persamaan yang mengandung T(i) yaitu: (¡½2u + ½u) ¡3 4 ¢ + (½2u ¡ ½u) ¡3 8 ¢ ; D merupakan persamaan yang mengandung T(i+1) yaitu: (¡½2u + ½u) ¡3 8 ¢ ; E merupakan konstanta matriks X yaitu: ¡p + ½(g + Q) + 2¹ u ¢x(1 ¡ ½T0) Ketiga, berdasarkan simulasi perpindahan panas pada proses pendinginan gas CO2 didapatkan bahwa temperatur awal 423 K kemudian masuk heat ex- changer menjadi 419,8252 K dan keluar menjadi 312,2841 K. Persamaan mate- matika perpindahan panas pada proses pendinginan gas CO2 sangat baik karena error relatif nya kurang dari 0,01 yaitu sebesar 0,0087.