ANALISIS MODEL MATEMATIKA PERTUKARAN PANAS PADA FLUIDA DI HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE YANG DIGUNAKAN DI PT. PUPUK KALTIM Tbk
Date
2013-12-30Metadata
Show full item recordAbstract
Pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi membuat matematika
menjadi sangat penting artinya. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak lepas dari peranan matematika.
Perkembangan teknologi salah satunya dibuktikan dengan lahirnya alat
penukar kalor atau yang dinamakan heat exchanger. Semua penukar kalor sebenarnya
berfungsi sama yaitu menukarkan energi yang dimiliki oleh suatu °uida
atau zat ke °uida atau zat lainnya(Handy,2011:13). Berdasarkan TEMA
(Tubular Exchanger Manufacturer Association) jenis penukar kalor dibagi menjadi
dua kelompok besar berdasarkan pemakaiannya di industri untuk pemakaian
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 Optimalisasi
Pupuk Kaltim) menggunakan heat exchanger dengan kondisi yang berat.
Untuk membuat pupuk urea, dibutuhkan gas CO
2
dan cairan NH
. Pada pabrik
urea POPKA salah satu heat exchanger yang digunakan adalah jenis intercooler.
Intercooler yang digunakan tipenya adalah shell and tube untuk mendinginkan
gas CO
2
3
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 CO
, untuk mengetahui hasil diskritisasi
model perpindahan panas pada proses pendinginan gas CO
2
menggunakan
diskritisasi QUICK berupa matriks nxn, dan untuk mengetahui akurasi model matematika
perpindahan panas pada heat exchanger tipe shell and tube saat proses
pendinginan gas CO
2
2
.
Tahapan kegiatan penelitian meliputi, pertama, menentukan model mate-
matika pendinginan gas CO
. Tahapan ini meliputi studi pustaka dan wawancara
tentang cara kerja dan proses pendinginan gas CO
2
kemudian membuat
model dengan peninjauan perubahan energi dan momentum dengan menggunakan
Metode Volume Hingga. Kedua, menentukan diskritisasi model matematika
proses pendinginan gas CO
2
2
. Ketiga, membuat program matematika pendinginan
gas CO
dengan Matlab untuk mengetahui sebaran panas serta simulasi Fluent
untuk mengetahui sebaran panas secara visual.
2
Hasil penelitian disimpulkan sebagai berikut, pertama, model matematika
pendinginan CO
T
e
(¡½
2
2
gas dengan Metode Volume Hingga adalah:
u + ½u) + T
w
(½
2
u ¡ ½u) = ¡p + ½(g + Q) + 2¹¢x(1 ¡ ½u) (1)
Kedua, hasil Hasil diskritisasi model perpindahan panas pada proses pendinginan
gas CO
2
menggunakan diskritisasi QUICK berupa matriks nxn
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
4
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
: : : : : : : : :
: : : : : : : : :
: : : : : : : : :
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
Dengan keterangan sebagai berikut
x
3
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
5
nxn
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
4
T
T
T
T
T
:
:
:
T
1
2
3
4
5
n
3
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
5
=
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
4
E
E
E
E
E
:
:
:
E
1
2
3
4
5
n
3
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
5
A merupakan persamaan yang mengandung T(i-2) yaitu: (½
B merupakan persamaan yang mengandung T(i-1) yaitu: (¡½
(½
2
u ¡ ½u)
¡
3
4
¢
;
C merupakan persamaan yang mengandung T(i) yaitu: (¡½
(½
2
u ¡ ½u)
¡
3
8
¢
;
D merupakan persamaan yang mengandung T(i+1) yaitu: (¡½
E merupakan konstanta matriks X yaitu: ¡p + ½(g + Q) + 2¹
2
u ¡ ½u)
¡
¡
Ketiga, berdasarkan simulasi perpindahan panas pada proses pendinginan
gas CO
didapatkan bahwa temperatur awal 423 K kemudian masuk heat exchanger
menjadi 419,8252 K dan keluar menjadi 312,2841 K. Persamaan matematika
perpindahan panas pada proses pendinginan gas CO
2
sangat baik karena
error relatif nya kurang dari 0,01 yaitu sebesar 0,0087.