APLIKASI PINCH TECHNOLOGY

MAKALAHTERMODINAMIKA LANJUT

Oleh:

Imam Bahrudin NIM 091910101097

Andrik Hadi I. NIM 091910101035

Prasetya Eka P.P NIM 091910101064

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JEMBER2012

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Allah Swt. karena dengan rahmat,

hidayah dan pertolongan-Nya makalah ini dapat tersusun dengan baik. makalah

ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah termodinamika lanjut

pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember.

Dalam penyusunanmakalah ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak.

Oleh karena saya ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Hari sutjahjono, ST,.MT. selaku Dosen Pembimbing mata kuliah

termodinamika lanjut yang dengan kesabaran dan keikhlasan hati memberi

pengarahan;

2. Teman-teman yang dengan keikhlasan hati memberi pengarahan dan masukan

dalam menyelesaikan makalah ini.

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh

karena itu segala kritik dan saran sangat penulis harapkan demi kesempurnaan

makalah ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi

penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

Jember, 11 Juni 2012

Penulis

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi menciptakan banyak peluang untuk memperbaiki sistem pada industri sehingga teknologi lama mampu diinovasi untuk menciptakan teknologi dengan konsep dan pemahaman seiring ditemukannya metode-metode baru guna meningkatkan efisiensi dan produktivitas sebuah industri.

Dalam dunia industri

1.2 RUMUSAN MASALAH1.3 TUJUAN DAN MANFAAT

BAB 2. PEMBAHASAN

2.1 Pembangkitan Energi

Sumber energi pabrik gula melipti bagasse.

o Kandungan bagasse didalam tebu berkisar antara 30,54% -

32,76%,

o kadar fiber%cane sekitar 14,10-15,34%,

o nilai Net Heating Value sekitar 7600 kJ/kg. (Hugot,1986)

• Kalor hasil pembakaran bagasse akan digunakan untuk menguapkan air dalam boiler hingga berubah menjadi high pressure steam.

• Boiler pabrik gula jenis steam,

o Steam tekanan rendah ( tekanan <6 barr),

o Steam tekanan menengah (tekanan antara 6-15 barr)

o Steam tekanan tinggi (16-45 atau >45 bar).

• Energi yang tersimpan dalam steam berubah menjadi :

o Energi listrik untuk menggerakkan motor-motor listrik,

penerangan, dan listrik untuk kebutuhan domestik

o Energi gerak untuk menggerakkan mesin uap, pompa uap dan

turbin (mill turbine dan turbin alternator)

o Energi panas untuk memanaskan juice dalam juice heater,

penguapan dan proses pembentukan kristal gula.

• Energi panas yang digunakan di pabrik gula berasal dari exhaust steam dan low pressure (LP)steam.

o Exhaust steam berasal dari konversi high pressure steam menjadi

tenaga gerak di turbin-turbin.

o Low pressure steam biasanya digunakan jika exhaust steam tidak

mencukupi untuk memberikan energi panas.

2.2 Distribusi Pemakaian Energi

Secara garis besar pabrik gula terdiri dari bagian:

1. Mill and Boiler, merupakan kesatuan beberapa unit peralatan yang mengolah tebu menjadi cane raw juice (nira mentah) dan bagasse di unit Mill. Bagasse selanjutnya dibakar di Boiler untuk menghasilkan medium pressure steam atau high pressure steam untuk menggerakkan mill turbine dan turbin alternator. Sumber energi turbin untuk mill dan alternator

berasal dari pengubahan high pressure steam atau medium pressure steam menjadi exhaust steam.

2. Process house, merupakan kesatuan beberapa unit di pabrik gula yang mengolah cane raw juice hingga menjadi gula produk (white sugar). Energi yang digunakan berupa energi panas (exhausst steam dan low pressure steam) dan energi listrik.

Process house merupakan bagian pabrik gula yang menggunakan hampir seluruh exhaust steam yang dihasilkan dari mill and boiler bahkan jika kurang biasanya disuplesi dari low pressure steam yang berasal dari desuperheater.

Pabrik gula yang mempunyai performance bagus biasanya tidak memerlukan lagi bahan bakar sumber energi selain bagasse bahkan mampu menghemat bagasse. Penggunaan diesel oil / fuel oil hanya dilakukan sebagai antisipasi saat awal giling tebu dimana bagasse belum ada, dan juga jika terjadi kendala dengan bagasse misalnya kadar air yang tinggi (>50-52%).

Konsumsi energi pabrik gula didominasi oleh process house, dimana energi panas dari exhaust steam dan low pressure steam digunakan untuk

memanaskan juice di juice heater, evaporator dan boiling pan. Kondisi ini menunjukkan bahwa konsumsi energi pabrik gula sangat dipengaruhi oleh efisiensi penggunaan energi di process house.

Konsumsi energi ini akan mempengaruhi berapa kebutuhan bagasse yang harus dibakar atau dihasilkan oleh pabrik gula agar tidak terjadi kekurangan energi.

Penurunan pemakaian exhaust steam dan low pressure steam di pabrik gula akan memberikan dampak penghematan bagasse.

Penghematan bagasse bisa meningkatkan cogeneration berupa bertambahnya kuanta sumber bahan bakar untuk menghasilkan energi listrik dan energi gerak yang dapat dijual keluar pabrik.

Selain efisiensi energi disetiap tahapan proses khususnya process house, kandungan fiber dan moisture dalam bagasse sangat menentukan nilai Net Heating Value dari bagasse tersebut.

Konsumsi bagasse untuk menghasilkan steam berkisar antara 1.8-2.3 kg bagasse per kg steam.

2.3 KOGENERASI

Kogenerasi adalah produksi secara simultan dua atau lebih bentuk energi yang dihasilkan hanya dari satu sumber bahan bakar.

Aplikasi kogenerasi yang lazim digunakan adalah pembangkitan energi listrik dan pembangkitan energi termal. Energi listrik akan dipakai untuk catu daya bagi peralatan kelistrikan. Energi termalnya akan digunakan untuk membangkitkan uap, air panas, atau untuk proses pendingin sebuah absorption chiller.

2.1 Klasifikasi Kogenerasi Berdasarkan urutan penggunaan energi dan skema pengoperasiannya, sistem kogenerasi biasanya diklasifikasikan menjadi : • Siklus Atas (Topping Cycle) Bahan bakar utama mula-mula digunakan untuk memproduksi energi listrik, baru kemudian menghasilkan energi termal. Jenis ini umumnya digunakan pada industri kertas dan pulp, tekstil, makanan, dan gedung komersial. • Siklus Bawah (Bottoming Cycle) Bahan bakar utama digunakan untuk mem-produksi energi termal bersuhu tinggi untuk kebutuhan proses yang ada, kemudian panas yang terbuang dari proses tersebut dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Industri yang dapat mengaplikasikan jenis ini antara lain : industri semen,

Bentuk paling umum kogenerasi industri adalah melibatkan penggunaan daya (listrik) dan panas. Sebagaimana diketahui, Kogenerasi sudah lama menjadi bagian tak terpisahkan dari pabrik gula.

Pabrik gula pada umumnya merupakan pengguna besar panas dan daya

Pabrik gula merupakan kogenerator. Proses kogenerasi bukanlah hal yang baru di pabrik gula, hanya kuantitas panas dan daya yang berubah.

2.4 RULE OF THUMB

Agar pabrik gula bisa memenuhi konsumsi energi sendiri tanpa harus menggunakan energi lain selain bagasse maka konsumsi energi dalam Uap%Tebu atau Steam on Cane (SOC) ~ 40-50

Agar pabrik gula bisa melakukan cogeneration dan menghasilkan listrik untuk dijual maka harus mampu menekan Steam on Cane (SOC) menjadi maksimal 40.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Ju

mla

h P

ab

rik G

ula

(% d

ari

58 P

ab

rik G

ula

)

65% 70% 60% 55%

Konsumsi steam(%tebu)

Konsumsi steam%tebu Pabrik Gula di Indonesa

Konsumsi energi / Steam On Cane (SOC) di PT.Gunung Madu Plantation berkisar antara 44.6-46% sedangkan 90% pabrik gula di Indonesia masih memiliki konsumsi energi (steam%tebu) diatas 55% tebu

2.5 INTEGRASI PANAS UNTUK MENURUNKAN SOC (STEAM ON CANE)

• Aplikasi Hk.Rillieux dan ∆T approach

basis HK I Thermodinamika

• Aplikasi Pinch Technology

basis HK I Thermodinamika

• Aplikasi Exergy

basis HK II Thermodinamika

2.6 APLIKASI PINCH TECHNOLOGY

• Linnhoff (1983, 1986, 1990) mengenalkan pinch technology untuk menghemat pemakaian energy di rangkaian alat penukar panas dalam proses maupun keseluruhan pabrik.

• Pinch technology merupakan methodology analisis energy yang konsisten berbasis hukum pertama thermodinamika.

• Pinch technology dikenal juga sebagai teknik integrasi panas yang membutuhkan penyusunan plot Suhu terhadap Panas yang ditransfer dalam suatu system.

• Hot stream (aliran panas yang akan didinginkan) dan Cold stream (aliran dingin yang akan dipanaskan) dari suatu system digambarkan dalam kurva gabungan (composite curve)

• Kurva komposit berisi dua kurva yang terpisah didalam grafik hubungan antara suhu (T) dan panas yang ditransfer (enthalphi, H).

• Istilah pinch didapat dari penyempitan kedua kurva yang ada dalam grafik.

2.6.1 Composite curve pinch analysis

2.6.2 Tahapan pinch analysis

• Ekstrasi data flow sheet

• Penyusunan data thermal

• Penyusunan Composite Curve

• Penentuan Energi Target

2.6.3 Ekstrasi data flow sheet

Kebutuhan hot utility untuk proses 1200 satuan energy (ditunjukkan oleh H)

Kebutuhan cold utility 360 satuan energy (ditunjukkan oleh C).

Kebutuhan hot utility untuk proses 1200 satuan energy (ditunjukkan oleh H)

Kebutuhan cold utility 360 satuan energy (ditunjukkan oleh C).

2.6.4 Penyusunan data thermal

2.6.5 Penyusunan composite curve

2.6.6 penentuan target energi

2.6.7 kaidah pinch

1. Tidak ada utilitas dingin yang digunakan diatas suhu pinch (hot pinch temperature)

2. Tidak ada utilitas panas yang digunakan dibawah suhu pinch (cold pinch temperature)

3. Tidak ada proses pengambilan/recovery panas yang terjadi melintasi pinch.

2.7 PERTIMBANGAN INTEGRASI PANAS PABRIK GULA

1. Jika selisih suhu badan akhir diturunkan maka suhu nira kental akan naik. Suhu nira kental yang naik akan menghasilkan peningkatan pembentukan warna dan menurunkan kualitas gula mentah

2. Jika air pendingin di crystallizer massecuite diganti dengan nira mentah, maka saat pabrik berhenti nira mentah harus diganti dengan air. Saat terjadi kebocoran dipipa pendingin, maka nira mentah yang kotor akan masuk ke massecuite dan menyebabkan kehilangan gula.

3. Pengunaan sumber panas terbuang seperti kelebihan kondensat, uap yang terbuang ke atmosphir lewat flash tank dan tangki kondensat.

BAB 3. PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

3.2 SARAN