6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DESAIN PAHL DAN BEITZ

Pahl dan Beitz mengusulkan cara merancang produk sebagaimana yang

dijelaskan dalam bukunya; Engineering Desaign : A Systematic Approach. Cara

merancang Pahl dan Beitz tersebut terdiri dari 4 kegiatan atau fase, yang masing-

masing terdiri dari beberapa langkah. Keempat fase tersebut adalah :

1. Perencanaan dan penjelasan tugas

2. Perancangan konsep produk

3. Perancangan bentuk produk (embodiment design)

4. Perancangan detail

Sebenarnya langkah-langkah dalam keempat fase proses perancangan diatas

tidaklah perlu dikelompokkan dalam 4 fase secara kaku, sebab seperti misalnya,

pada langkah pada fase perancangan detail (fase ke-4) cara pembuatan komponen

produk sudah diperlukan detail dan banyak lain contohnya seperti itu.

Setiap fase proses perancangan berakhir pada hasil fase, seperti fase pertama

menghasilkan daftar persyaratan dan spesifikasi perancangan. Hasil setiap fase

tersebut kemudian menjadi masukan untuk fase berikutnya dan menjadi umpan

balik untuk fase yang mendahului. Perlu dicatat pula bahwa hasil fase itu sendiri

setiap saat dapat berubah oleh umpan balik yang diterima dari hasil fase-fase

berikutnya.

7

Tugas Pasar,Perusahaan,Ekonomi

Perencanaan dan Penjelasan Tugas

Analisis pasar dan keadaan perusahaan

Memformulasi usulan produk

Penjelasan tugas

Mengembangkan daftar persyaratan

Daftar persyaratan

(Spesifikasi Produk)

Konsep produk

(Solusi)

Layout awal

Dokumen produk

Layout akhir

Mengembangkan Solusi Utama

Mengidentifikasi masalah-masalah penting

Menentukan struktur fungsi produk

Mencari prinsip-prinsip kerja produk

Membentuk beberapa alternatif produk

Evaluasi terhadap kriteria teknis & ekonomis

Mengembangkan Struktur Produk

Menentukan bentuk awal, memilih material dan perhitungan-

perhitungan

Memilih layout awal yang terbaik

Memperbaiki layout

Evaluasi terhadap criteria teknis & ekonomis

Menetukan struktur produk

Menghilangkan kelemahan dan kekurangan

Cek kalau-kalau ada kesalahan

Persiapan daftar komponen awal dan dokumen

Pembuatan dan susunan produk

Menyiapkan dokumen pembuatan

Mengembangkan gambar atau daftar detail

Menyelesaikan instruksi-instruksi pembuatan susunan

danpengiriman produk

Periksa semua dokumen

Solusi

Tin

gkatk

an d

an p

erb

aik

an

Info

rmas

i p

erb

aiki

daft

ar

per

syara

tan

has

il u

mpan

bal

ik

Pere

ncan

aan

dan

Pen

jela

san P

rodu

k

Pera

ncan

gan

Ko

nse

p P

rodu

k

Pera

ncan

gan

Ben

tuk

P

era

ncan

gan

Deta

il

Gambar 2. 1 Diagram Alir Perancangan Menurut Pahl And Beitz

8

2.1.1 Perencanaan Proyek dan Penjelasan Tugas

Tugas fase ini adalah menyusun spesifikasi produk yang mempunyai fungsi

khusus dan karakteristik tertentu yang memenuhi kebutuhan masyarakat. Produk

ini dengan fungsi khusus dan karakteristik tertentu tersebut merupakan olahan hasil

survei bagian pemasaran atau atas permintaan segmen masyarakat. Fase pertama

tersebut perlu diadakan untuk menjelaskan secara lebih detail sebelum produk

tersebut dikembangkan lebih lanjut.

Pada fase ini dikumpulkan semua informasi tentang semua persyaratan atau

requirement yang harus dipenuhi oleh produk dan kendala-kendala yang merupakan

batas-batas untuk produk. Hasil fase ini adalah spesifikasi produk yang dimuat

dalam suatu daftar persyartan teknis. Fase perencanaan produk tersebut baru dapat

memberikan hasil yang baik, jika fase tersebut memperhatikan kondisi pasar,

keadaan perusahaan dan ekonomi negara.

2.1.2 Perancangan Konsep Produk

Berdasarkan spesifikasi produk hasil fase pertama, dicarilah beberapa

konsep produk yang dapat memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi

tersebut. Konsep produk tersebut merupakan solusi dari masalah perancangan yang

harus dipecahkan. Beberapa alternativ konsep produk dapat ditemukan. Konsep

produk biasanya berupa gambar skets atau gambar skema yang sederhana, tetapi

telah memuat semua.

Beberapa alternatif konsep produk kemudian dikembangkan lebih lanjut dan

setelah dievaluasi. Evaluasi tersebut haruslah dilakukan beberapa kriteria khusus

seperti kriteria teknis, kriteria ekonomis dan lain-lain. Konsep produk yang tidak

memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi produk, tidak diproses lagi

9

dalam fase-fase berikutnya, sedangkan dari beberapa konsep produk yang

memenuhi kriteria dapat dipilih solusi yang terbaik. Mungkin terjadi, ditemukan

beberapa konsep produk terbaik yang dikembangkan lebih lanjut pada fase-fase

berikutnya.

Dari diagaram alir cara merancang Pahl dan Beitz dapat dilihat bahwa fase

perancangan konsep produk terdiri dari beberapa langkah.

2.1.3 Perancangan Bentuk (Embodiment Desaign)

Dari diagram alir cara merancang Pahl dan Beitz dapat dilihat bahwa fase

perancangan bentuk terdiri dari beberapa langkah, yang jumlahnya lebih banyak

dari jumlah langkah-langkah pada fase perancangan konsep produk.

Pada fase perancangan bentuk ini, konsep produk “diberi bentuk”, yaitu

komponen-komponen konsep produk yang dalam gambar skema atau gambar skets

masih berupa garis atau batang saja, kini harus diberi bentuk, sedemikian rupa

sehingga komponen-komponen tersebut secara bersama menyusun bentuk produk,

yang dalam geraknya tidak saling bertabrakan sehingga produk dapat melakukan

fungsinya. Konsep produk yang sudah digambarkan pada preliminary layout,

sehingga dapat diperoleh beberapa preliminary layout.

Preliminary layout masih dikembangkan lagi menjadi layout yang lebih baik

lagi dengan meniadakan kekurangan dan kelemahan yang ada dan sebagainya.

Kemudian dilakukan evaluasi terhadap beberapa preliminary layout yang sudah

dikembangkan lebih lanjut berdasarkan kriteria teknis,kriteria ekonomis dan lain-

lain yang lebih ketat untuk memperoleh layout yang terbaik yang disebut definitive

layout.

10

Definitive layout telah dicek dari segi kemampuan melakukan fungsi

produk, kekuatan, kelayakan finansial dan lain-lain.

2.1.4 Perancangan Detail

Pada fase perancangan detail, maka susunan komponen produk, bentuk,

dimensi, kehalusan permukaan, material dari setiap komponen produk ditetapkan.

Demikian juga kemungkianan cara pembuatan setiap produk sudah dijajagi dan

perkiraan biaya sudah dihitung. Hasil akhir fase ini adalah gambar rancangan

lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan; kedua hal tersebut disebut

dokumen untuk pembuatan produk.

2.2 PLASTIK

Plastik adalah salah satu jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses

polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul

sedarhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (makromolekul

atau polimer). Plastik merupakan senyawa polimer yang unsur penyusun utamanya

adalah karbon dan hydrogen. Untuk membuat plastik, salah satu bahan yang sering

digunakan adalah naptha, yaitu bahan yang dihasilkan dari penyulingan minyak

bumi atau gas alam. Sebagai gambaran untuk membuat 1 kg plastik membutuhkan

1,75 kg minyak bumi, untuk memenuhi kebutuhan bahan bakunya maupun

kebutuhan energy prosesnya (kumar et al. 2011).

Plastik dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermoplastic dan

thermosetting (Mujiarto , 2015).

2.2.1 Thermoplastic

Thermoplastic membentuk rantai polimer yang lurus (linear) maka akan

terbentuk plastik thermoplastic yang mempunyai sifat meleleh pada suhu tertentu,

11

melekat mengikuti perubahan suhu dan sifatnya dapat balik (reversible) kepada

sifatnya yakni kembali mengeras bila didinginkan. Sifatnya yang dapat berubah

bentuk pada perubahan suhu membuat plastik jenis ini dapat didaur ulang (Syarief,

dkk., 1989). Penggelompokan jenis plastik dan penggunaan tipe jenis plastik dapat

dilihat pada table 1.

Tabel 1 jenis plastik thermoplastic dan penggunaannya

NO JESIN

PLASTIK

PENGGUNAAN DISKRIPSI

1 PE (polyethylene) tas, karung, botol susu,

botol pemutih, peralatan

rumah tangga,

krat,insulasi, tali plastik

dan dudukan kabel telepon

juga mainan anak-anak.

Terbentuk dari karbon

dan hidrogen. Tersedia

dengan berat jenis 0,91

sampai 0,96 g/cm3.

Sifatnya relatif fleksibel

sampai relatif kaku.

2 LDPE (low

density

polyethylene )

Kotak ice cream, kantong

sampah, lembaran plastik

hitam

(relatif fleksibel)

3 HDPE (Higt

density

polyethylene )

Kantong belanja, kantong

freezer, botol susu dan

botol sampho

(relatif kaku)

4 PVC (polyvinyl

chloride)

Pipa, botol, perekam

gromophone, komponen

pengolahan air bersih, jas

hujan, sol sepatu, insulator

kabel dan sebagainya.

Dapat dibuat sesuai

kebutuhan, mulai dari

fleksibel sampai dengan

kaku.

5 PP

(polypropylene)

kemasan yang sangat

transparan untuk makanan,

keripik, kudapan, biskuit,

krat, furniture (kursi),

komponen mobil, dan

beberapa jenis karpet.

Seperti PE, akan tetapi

bisa lebih kaku dari PE

yang paling keras.

Biasanya dipakai

sebagai

6 PS (polystyrene) Gelas minum restoran

cepat saji, tempat

menyimpan telur, kotak

disket, toples dan

sebagainya.

Terdiri dari karbon dan

hidrogen. Berbentuk

seperti busa atau keras

dengan tingkat

transparansi tinggi dan

berbunyi seperti logam

bila dijatuhkan.

7 Other (O), jenis

plastik lainnya

Termasuk plastik lainnya,

acrylic dan nylon

12

2.2.2 Thermosett

Thermosett berbentuk tiga dimensi akibat polimerisasi berantai, akan

terbentuk plastik thermosett dengan sifat tidak dapat mengikuti perubahan suhu

(irreversible). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat

dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan thermoset

melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering

digunakan sebagai tutup ketel dan asbak, seperti jenis-jenis melamine (Beck, 1970).

Plastik thermosett mengandung resin yang terbuat dari phenol dan

formaldehide (karbon, hidrogen, dan oksigen), urea dan formaldehyde, serta

campuran formaldehyde dengan melamine. Biasanya digunakan untuk komponen

elektronika, soket dan komponen lain (Staudinger, 1974). Plastik jenis termosett

tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya

(tidak bisa dilelehkan) juga volumenya jauh lebih sedikit dari volume jenis plastik

yang bersifat thermoplastic (Moavenzadeh dan Taylor, 1995)

2.3 DAUR ULANG PlASTIK

Dalam proses pembuatan dan daur ulang plastik, pengetahuan sifat berbagai

jenis plastik sangat penting. Ada tiga sifat termal yang penting untuk diketahui

yakni titik lebur (Tm), temperatur transisi (Tg), dan temperatur dekomposisi.

Temperatur transisi adalah kondisi di mana struktur dalam plastik mengalami

perenggangan sehingga menjadi lebih fleksibel. Titik lebur plastik adalah sebuah

kondisi di mana plastik akan mengalami pembesaran volume dan berubah menjadi

lebih lentur. Temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mengalami fase

cair. Sementara itu untuk mengalami dekomposisi suhu harus berada di titik lebur

sehingga energi termal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Pada

13

umumnya rantai polimer pada plastik akan mengalami dekomposisi ketika suhu

termal berada 1,5 kali dari temperatur transisinya. (Budiyantoro, 2010) dalam

(Surono, 2013). Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastik bisa

dilihat pada tabel berikut:

Tabel 2 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik

Jenis

Bahan

Tm

(oC)

Tg

(oC)

Temperatur kerja maksimal (oC)

PP 168 5 80

HDPE 134 -110 82

LDPE 330 -115 260

PA 260 50 100

PET 250 70 100

ABS 110 82

PS 90 70

PMMA 100 85

PC 150 246

PVC 90 71

Sumber: Budiyantoro, 2010

Daur ulang merupakan proses pengolahan kembali barang-barang yang

dianggap sudah tidak mempunyai nilai ekonomis lagi melalui proses fisik maupun

kimiawi atau kedua-duanya sehingga diperoleh produk yang dapat dimanfaatkan

atau diperjual belikan lagi. Daur ulang (recycle) sampah plastik dapat dibedakan

menjadi empat cara yaitu daur ulang primer, daur ulang sekunder, daur ulang tersier

dan daur ulang quarter. Daur ulang primer adalah daur ulang limbah plastik menjadi

produk yang memiliki kualitas yang hampir setara dengan produk aslinya. Daur

ulang cara ini dapat dilakukan pada sampah plastik yang bersih, tidak

terkontaminasi dengan material lain dan terdiri dari satu jenis plastik saja.

14

Daur ulang sekunder adalah daur ulang yang menghasilkan produk yang

sejenis dengan produk aslinya tetapi dengan kualitas di bawahnya. Daur ulang

tersier adalah daur ulang sampah plastik menjadi bahan kimia atau menjadi bahan

bakar. Daur ulang kuarter adalah proses untuk mendapatkan energi yang

terkandung di dalam sampah plastik (Kumar dkk., 2011).

Selain nilai kalornya yang tinggi, plastik polypropilena (PP) dan poly

ethylene therephtalate (PET/HDPE) merupakan plastik yang sering diaplikasikan.

Sifatnya yang tahan panas, keras, dan fleksibel membuat plastik PP sering

digunakan untuk membuat kantung plastik, gelas plastik air mineral, pembungkus

makanan instan, dan beberapa botol plastik. Sementara plastik PET lebih sering

digunakan untuk botol minuman instan karena sifatnya yang tahan dengan larutan

(Nugraha, 2013).

2.4 TUNGKU BIOMASSA

Tungku adalah tempat berlangsungnya proes pembakaran. Pada dasarnya,

proses pembakran adalah proses kimiawi antara unsur-unsur pembentukan bahan

bakar dengan oksigen. Masing-masing unsur pembentukan bahan bakan

mempunyai temperature pembakaran sendiri, dan secara keseluruhan dapat

membentuk temperature pembakaran total di ruang bakar. Seberapa besar

temperature total yang dihasilkan, sangat tergantung pada jenis dan berapa besar

kandungan suatu bahan bakar. Sebagai contoh, suatu jenis batubara yang banyak

mengandung suatu bahan (sulfur), dapat menghasilkan temperature pembakaran

yang relative rendah bila dibandingkan dengan hasil pembakaran dan jenis batubara

yang kandunganya belerangnya kecil. Selain komposisi unsur yang ada pada bahan

15

bakar, temperature pembakaran dipergunakan pula oleh jenis unsur yang

membentuknya.

Biommasa merupakan bahan-bahn organic yang berasal dari tumbuh-

tumbuhan yang meliputi, dedaunan, rerumputan, tanting, gulm, limba pertanian,

limba pertenakan, limba kehutanan dan gambut (Borman 1998). Biommasa terdiri

dari bahan hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar,

atau materi tumbuhan atau hewan yang dipelihara untuk dimanfaatkan sebagai

biofuel, tetapi dapat juga digunakan untuk produksi scrat, bahan kimia atau panas.

Biommasa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dimanfaatkan

sebagai bahan bakar, contoh biommasa anatar lain adalah tanaman, pepohonan,

rumput, limbah pertanian dan limbah kehutanan, tinja dan kotoran ternak.

Pemanfaatan limbah limbah biommasa sebagai sumber energy masih cukup

berperan di negara-negara berkembang terutama biommasa dalam bentuk kayu

bakar dan biommasa padat lainnya.

Proses pembakaran juga merupakan factor penentu pada temperature

pembakaran. Semakin sempurna suatu pembakaran, semakin tinggi temperature

pembakaran yang dihasilkannya. Untuk dapat menghasilkan pembakaran yang

sempurna, diperlukan adanya jumlah oksigen yang memadai. Oleh karenanya,

sejumlah system pembakaran menggunakan pola udara yang berlebihan (excess air)

untuk mendapatkan jumlah oksigen yang sbesuai kebutuhan. Keberadaan udara

yang berlebih ini, selain dapat menjamin terjadinya proses pembakaran yang lebih

sempurna, juga dapat menurukan temperature total pembakaran. Hal ini dapat

terjadi karena komposisi udara yang tidak hanya mengandung oksigen (komposisi

oksigen di udara kurang lebih 21% volume), tetapi juga unsur-unsur yang lain

16

seperti nitrogen udara dan uap air. Oleh karena itu, untuk menjaga suhu pembakaran

yang tinggi dan konstan jumlah oksigen yang tepat.

2.5 NILAI KALOR KAYU

Nilai kalor merupakan indikator utama dalam menentukan kualitas bahan

baku untuk sumber energi yang bergantung pada komposisi kimia, kadar air, dan

kandungan abu pada kayu (Silva et al. 2011). Nilai kalor kayu merupakan hasil

interaksi dari berbagai komponen kimia penyusun kayu dan air Nilai kalor jenis

kayu yang diuji berkisar 4243-4576 kkal/kg. Kayu ulin memiliki nilai kalor

tertinggi dan kayu balsa memiliki nilai kalor terendah (Gambar 2.2). Menurut Basu

(2010) nilai kalor dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya kadar air,

kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar karbon. Persentase kadar air yang rendah

dapat meningkatkan nilai kalor yang dihasilkan, sehingga kadar air menjadi salah

satu penduga kualitas biomassa untuk sumber energi (Zanuncio et al. 2013). Nilai

kalor yang tinggi akan membuat laju pembakaran menjadi lebih efisien dan dapat

menghemat kebutuhan bahan baku yang digunakan (Jamilatun 2008). Hal ini

disebabkan laju pembakaran semakin lambat dengan meningkatnya nilai kalor

(Tiruno & Sabit 2011).

Jenis kayu Gambar 2. 2 Nilai kalor pada beberapa jenis kayu bahan baku energi

4000

4100

4200

4300

4400

4500

4600

Balsa Jabon Mahoni Jati Merbau Ulin

4243

4372 4422

4513 4520 4576

17

Nilai kalor pada jenis kayu yang diuji dipengaruhi oleh kadar karbon terikat.

Semakin tinggi kadar karbon terikat maka nilai kalor yang dihasilkan semakin

tinggi. Kadar karbon terikat tersebut dipengaruhi oleh kadar zat terbang dan abu.

Semakin tinggi kadar zat terbang dan abu maka karbon terikat yang dihasilkan

semakin rendah (Faitha Hanun, 2014).

2.6 PIROLISIS PLASTIK

Pirolisis merupakan suatu proses penguraian termal bahan-bahan yang

terbentuk dengan rantai polimer seperti plastik ataupun material organik seperti

biomassa dengan pembakaran tanpa melakukan kontak langsung dengan oksigen.

Proses ini secara umum dapat berlangsung pada suhu antara 500-800oC (Aguado

dkk, 1999). Proses pirolisis akan menghasilkan produk berupa padatan, cair, dan

gas. Pada suhu tersebut bahan polimer seperti plastik akan mengalami perubahan

fase menjadi fase gas. Pada proses tersebut akan terjadi pemotongan rantai

hidrokarbon menjadi lebih pendek. Gas yang masih panas dilanjutkan dengan

proses pendinginan sehingga gas terkondensasi menjadi cairan. Cairan ini adalah

produk akhir dari pirolisis yang dapat dijadikan bahan bakar (Buekens dan Huang,

1989) dalam (Syamsiro, 2015).

Proses Pirolisis plastik memiliki tiga metode dengan cara-cara yang berbeda,

antara lain:

1. Hidro cracking

2. Thermal cracking

3. Catalytic cracking

Tahapan tersebut akan berkaitan langsung dengan energi disosiasi ikatannya,

derajat aromatis, maupun ketidakseragaman rantai atom dalam rantai polimer. Pada

18

banyak kasus, proses ini berlangsung bersama bersamaan. (Xingzhong, 2006)

dalam (Syamsiro, 2015). Sampah plastik menjadi bahan bakar minyak termasuk

daur ulang tersier dan dapat dilakukan dengan proses cracking (perekahan).

Cracking adalah proses memecah rantai polimer menjadi senyawa dengan berat

molekul yang lebih rendah.

2.6.1 Hydro Cracking

Hydro cracking adalah proses perkahan dengan mereaksikan plastik dengan

hydrogen di dalam wadah tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk pada

temperature antara 423-673 K dan tekanan hydrogen 3-10 MPa. Dalam proses

hydro cracking ini dibantu dengan katalis. Untuk membantu pencampuran dan

reaksi biasanya digunakan bahan pelarut 1- methyl naphthalene, tetralin dan

decalin. Beberapa katalis yang sudah diteliti antara lain alumina, amorphous silica

alumina zeolite dan sulphate zirconia.

Penelitian tentang proses hydro cracking ini antara lain telah dilakukan oleh

Rodiansono (2005) yang melakukan penelitian hydro cracking sampah plastik

polipropilena menjadi bensin (hidrokarbon C5-C12) menggunakan katalis

NiMo/Zeolit dan NiMo/Zeolit-Nb2O5. Proses hydro cracking dilakukan dalam

reaktor semi alir (semi flow-fixed bed reactor) pada temperatur 300, 360, dan 400

°C; rasio katalis/umpan 0,17; 0,25; 0,5 dengan laju alir gas hidrogen 150 ml/jam.

Uji aktivitas katalis NiMo/zeolite yang menghasilkan selektivitas produk C7-C8

tertinggi dicapai pada temperatur 360 °C dan rasio katalis/umpan 0.5. Kinerja

katalis NiMo/zeolit menurun setelah pemakaian beberapa kali, tetapi dengan proses

regenerasi kinerjanya bisa dikembalikan lagi.

19

Nurcahyo (2005), melakukan penelitian yang sama dengan penelitian

Rodiansono (2005) tetapi dengan katalis NiPd/Zeolite. Uji aktivitas katalis

NiPd/Zeolit untuk reaksi hydro cracking sampah plastik menjadi fraksi bensin

telah dilakukan dengan variasi temperatur 300, 350, 400, 450 dan 500 °C dan

variasi rasio berat katalis : umpan 1:2, 1:4, dan 1:6 dengan sistem semi alir. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa aktivitas katalis optimum dicapai pada temperatur

450 °C dan rasio berat katalis adalah umpan 1:2.

Sedangkan Daryoso et al. (2012) melakukan penelitian tentang pengolahan

sampah plastik jenis polietilen dengan metode hydro cracking menggunakan

katalis Ni-Mo/zeolite. Hydro cracking dilakukan dengan variasi perbandingan

katalis/bahan plastik 1:4, 2:4, 3:4, dan temperatur prosesnya diatur 350 °C, 400 °C,

450 °C, 500 °C, 550 °C selama 2 jam.

Dari penelitian tersebut diketahui bahwa Katalis Ni Mo/Zeolit Alam yang

telah dipersiapkan berperan dalam proses hydro cracking sampah polietilen

menghasilkan produk hydro cracking dengan rantai hidrokarbon yang pendek.

Rasio masa katalis Ni-Mo/Zeolit alam dengan umpan optimum yang menghasilkan

konversi sampah polietilen paling besar didapat pada perbandingan 3:4 yaitu

sebesar 8,032 %. Temperatur optimum yang menghasilkan konversi sampah

polietilen paling besar diperoleh pada temperatur 500 °C yaitu sebesar 1,334 %.

2.6.2 Thermal Cracking

Thermal cracking adalah termasuk proses pirolisis, yaitu dengan cara

memanaskan bahan polimer tanpa oksigen. Proses ini biasanya dilakukan pada

temperatur antara 350 °C sampai 900 °C. Dari proses ini akan dihasilkan arang,

20

minyak dari kondensasi gas seperti parafin, isoparafin, olefin, naphthene dan

aromatik, serta gas yang memang tidak bisa terkondensasi.

Bajus dan Hájeková, (2010), melakukan penelitian tentang pengolahan

campuran 7 jenis plastik menjadi minyak dengan metode thermal cracking. Tujuh

jenis plastik yang digunakan dalam penelitian ini dan komposisinya dalam persen

berat adalah HDPE (34,6%) , LDPE (17,3%), LLPE (17,3%), PP (9,6%), PS

(9,6%), PET (10,6%), dan PVC (1,1%). Penelitian ini menggunakan batch reactor

dengan temperatur dari 350 sampai 500 °C. Dari penelitian ini diketahui bahwa

thermal cracking pada campuran 7 jenis plastik akan menghasilkan produk yang

berupa gas, minyak dan sisa yang berupa padatan. Adanya plastik jenis PS, PVC

dan PET dalam campuran plastik yang diproses akan meningkatkan terbentuknya

karbon monoksida dan karbon dioksida di dalam produk gasnya dan menambah

kadar benzene, toluene, xylenes, styrene di dalam produk minyaknya.

Penelitian dengan jenis plastik yang lain dilakukan oleh Tubnonghee et al.

(2010). Plastik yang diteliti untuk dijadikan bahan bakar minyak adalah jenis

polyethylene (PE) dan polypropylene (PP). Pembuatan bahan bakar minyak dari

plastik menggunakan proses thermal cracking. Perekahan dilakukan pada

temperatur 450 °C selama 2 jam. Gas yang terbentuk selanjutnya dikondensasikan

menjadi minyak di dalam kondensor yang bertemperatur 21 °C. Minyak yang

dihasilkan selanjutnya dianalisa dengan gas chromatography/massspectrometry

untuk mengetahui distribusi jumlah atom karbonnya. Dari hasil analisa tersebut

diketahui bahwa komposisi minyak dari campuran plastik PE dan PP tersebut

mempunyai jumlah atom karbon yang setara dengan solar, yaitu C12 – C17.

21

Penelitian yang lain dilakukan oleh Sarker et al. (2012). Pada penelitian ini,

sampah plastik LDPE diolah menjadi kerosin dengan metode thermal cracking

pada tekanan atmosfir dan dengan temperatur antara 150 °C dan 420 °C. Proses

depolimerisasi dilakukan tanpa penambahan katalis. Dari penelitian ini diperoleh

hasil bahwa kerosin yang didapat sekitar 30 %. Bahan bakar yang diperoleh dari

proses ini mempunyai kandungan sulfur yang rendah dan nilai kalor yang baik.

2.6.3 Catalytic Cracking

Cara ini menggunakan katalis untuk melakukan reaksi pemecahan molekul.

Dengan adanya katalis, dapat mengurangi temperatur dan waktu reaksi. Osueke dan

Ofundu (2011) melakukan penelitian konversi plastik low density polyethylene

(LDPE) menjadi minyak. Proses konversi dilakukan dengan dua metode, yaitu

dengan thermal cracking dan catalytic cracking. Pyrolisis dilakukan di dalam

tabung stainless steel yang dipanaskan dengan elemen pemanas listrik dengan

temperatur bervariasi antara 475 – 600 °C. Kondenser dengan temperatur 30 – 35

°C, digunakan untuk mengembunkan gas yang terbentuk setelah plastik dipanaskan

menjadi minyak. Katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah silica alumina.

Dari penelitian ini diketahui bahwa dengan temperatur pirolisis 550 °C dan

perbandingan katalis/sampah plastik 1:4 dihasilkan minyak dengan jumlah paling

banyak.

Borsodi et al. (2011) melakukan penelitian tentang pirolisis terhadap plastik

yang terkontaminasi untuk memperoleh senyawa hidrokarbon. Pirolisis dilakukan

di dalam reaktor tabung, dengan pemasukkan material plastik secara kontinyu.

Plastik yang diproses ada dua macam, yaitu HDPE dalam kondisi bersih dan HDPE

yang terkontaminasi minyak pelumas. Dalam penelitian ini temperatur pirolisis 500

22

°C. Pirolisis dilakukan dengan katalis (thermo-catalytic pyrolysis) dan tanpa katalis

(thermal pyrolysis). Katalis yang digunakan adalah Yzeolite. Dari penelitian ini

diketahui bahwa HDPE yang terkontaminasi produk volatilnya lebih tinggi dan

densitasnya juga lebih tinggi. Pemakaian katalis mempengaruhi proses perekahan

pada HDPE yang tidak terkontaminasi, tetapi pada HDPE yang terkontaminasi

pengaruh pemakaian katalis tidak signifikan. Pemakaian katalis menurunkan

densitas dari minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis.

2.7 JENIS REAKTOR PADA PIROLISIS

Adapun beberapa jenis – jenis desain reaktor pirolisis adalah sebagai

berikut:

1. Fixed or moving bed

Fixed or moving bed yang beroperasi pada reaktor tetap,

keuntungan menggunakan reaktor ini adalah sederhana, lebih murah,

teknologi yang sudah terbukti (proven), dan dapat menangani biomassa

yang memiliki kandungan air dan mineral anorganik tinggi. Sedangkan

kekurangan dari penggunan reaktor ini adalah kandungan tar yang

mencapai 10-20% berat massa bahan uji, sehingga perlu dibersihkan

sebelum menggunaan ke pengoperasian berikutnya.

Gambar 2. 3 Reaktor fixed moving bed (Sentilkumar, 2015)

23

2. Bubbling fluidized bed

Reaktor yang bertipe bubbling fluidized bed merupakan salah satu

reaktor paling baik. Reaktor ini dapat dioperasikan pada tekanan udara

normal 1 atm dengan temperatur sedang 450°C, dan dapat

menghasilkan bio-oil hingga 75% dari massa, tergantung dari biomassa

yang di gunakan sebagai sumber. Pada pirolisis ini menggunakan pasir

silika sebagai fluidisasi karena pasir silika mempunyai titik lebur yang

tinggi mencapai 1800°C maka sangat cocok untuk aplikasi gasifikasi

fluidized bed. Gambar 2.4 adalah gambar reaktor bubbling fluidized

bed.

Gambar 2. 4 Reaktor bubbling fluidized bed ( Basu, 2010)

3. Circulating fluidized bed

Circulating fluidized bed adalah reaktor dengan cara kerja seluruh

padatan material terbawa oleh aliran, selanjutnya material dipisahkan

dari gas menggunakan dusting equipment. Keuntungan menggunakan

reaktor ini adalah cocok untuk reaksi berjalan cepat, memperoleh

konversi cukup tinggi, dan produksi tar yang rendah. Sedangkan

kelemahan dari penggunaan reaktor jenis ini adalah terbentuknya

gradient temperatur di arah aliran padatan, dan perpindahan panas tidak

efisien.

24

Gambar 2. 5 Reaktor Circulating fluidized bed (Grabouski, 2004)

4. Ultra – rapid pyrolyzer

Ultra – rapid pyrolyzer adalah reaktor dengan pemanasan yang tinggi

mencapai 650°C, maka akan mendapatkan hasil 90% dari berat biomassa

yang digunakan Hulet dkk, (2005). Gambar 2.6 adalah gambar reaktor

ultra-rapid pyrolyzer.

Gambar 2. 6 Reaktor ultra-rapid pyrolyzer (Basu, 2010)

5. Rotating cone

Rotating cone adalah reaktor yang menggunakan pasir silika

sebagai media pemanas, dan akan bercampur langsung dengan

biomassa di dalam wadah seperti yang terlihat pada gambar 2.7 Oleh

karena itu biomassa akan mengalami pemanasan yang cepat, sehingga

abu yang dihasilkan dari biomassa akan jatuh yang diakibatkan oleh

putaran dari wadah.

25

Gambar 2. 7 Reaktor Rotating cone (Basu, 2010)

6. Ablative pyrolyzer

Ablative pyrolyzer adalah reaktor yang melibatkan tekanan tinggi

antara partikel biomassa dan plat putar sebagai media pemanas. Hal ini

memungkinkan perpindahan panas tanpa hambatan dari dinding ke

biomassa yang menyebabkan produk cair dari biomassa meleleh keluar

dari biomassa. Akibat dari transfer panas yang tinggi maka waktu yang

dibutuhkan untuk proses pirolisis akan lebih cepat dengan hasil produk

gas yang sedikit dan hasil cairan sebanyak 80% Diebold & Power

(1988).

Gambar 2. 8 Reaktor Ablative pyrolyzer (Basu, 2010)

26

7. Vacuum pyrolyzer

Vacuum pyrolyzer adalah reaktor yang terdiri dari beberapa

tingkatan, tingkatan paling atas bersuhu 200°C dan tingkatan paling

bawah bersuhu 400°C. Biomassa dimasukkan ke bagian atas dan akan

mengalami pengeringan selama biomassa turun kebawah sehingga

menjadi arang. Pemanasan yang lambat akan meningkatkan jumlah

arang dan menghasilkan cairan yang banyak, hal ini disebabkan karena

reaktor yang tekanannya kurang dari 1 atm akan disedot oleh vacuum

sehinnga kalor dan cairan dipaksa keluar dari reaktor (brown, 2006).

Gambar 2. 9 Reaktor vacuum pyrolyzer (Basu, 2010)

2.8 PROSES PERPINDAHAN PANAS

Pindah panas merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam

bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau

material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan

perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan

panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk meramalkan laju

perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Perpindahan kalor

dapat didefinisikan sebagai suatu proses berpindahnya suatu energi (kalor) dari satu

27

daerah ke daerah lain akibat adanya perbedaan temperatur pada daerah tersebut.

Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi,

konveksi, dan radiasi.

2.8.1 Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana

kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur

rendah dalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium

yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran

energi dan momentum.

Tpanas

Tdingin

Gambar 2. 10 Skema Perpindahan Panas Konduksi Pada Dinding Sumber : J.P. Holman,hal: 33

Laju perpindahan panas yang terjadi pada perpindahan panas konduksi

adalah berbanding dengan gradien suhu normal sesuai dengan persamaan berikut

Persamaan Dasar Konduksi :

Keterangan :

q = Laju Perpindahan Panas (kj / det,W)

k = Konduktifitas Termal (W/m.°C)

A = Luas Penampang (m²)

dT = Perbedaan Temperatur ( °C, °F )

dX = Perbedaan Jarak (m / det)

ΔT = Perubahan Suhu ( °C, °F )

28

dT/dx = gradient temperatur kearah perpindahan kalor.konstanta positif ”k”

disebut konduktifitas atau kehantaran termal benda itu, sedangkan tanda minus

disisipkan agar memenuhi hokum kedua termodinamika, yaitu bahwa kalor

mengalir ketempat yang lebih rendah dalam skala temperatur. (J.P. Holman, hal: 2)

Hubungan dasar aliran panas melalui konduksi adalah perbandingan antara

laju aliran panas yang melintas permukaan isothermal dan gradient yang terdapat

pada permukaan tersebut berlaku pada setiap titik dalam suatu benda pada setiap

titik dalam suatu benda pada setiap waktu yang dikenal dengan hukum fourier.

Dalam penerapan hokum Fourier pada suatu dinding datar, jika persamaan

tersebut diintegrasikan maka akan didapatkan :

(J.P. Holman, hal: 26)

Bilamana konduktivitas termal (thermal conductivity) dianggap tetap.

Tebal dinding adalah Δx, sedangkan T1 dan T2 adalah temperatur muka dinding.

Jika konduktivitas berubah menurut hubungan linear dengan temperatur, seperti,

, maka persamaan aliran kalor menjadi :

Konduktivitas Termal (k) adalah sifat fisik bahan atau material yang disebut

konduktivitas termal. Persamaan dasar tentang konduktivitas termal berdasarkan

rumusan, maka dapatlah dilaksanakan pengukuran dalam percobaan untuk

menentukan konduktifitas termal berbagai bahan. Pada umumnya konduktivitas

termal itu sangat tergantung pada suhu.

29

Tabel 3 Konduktivitas Termal Berbagai Bahan

Sumber : http://kataherisant.blogspot.com/2018/01/perpindahan-panas-

konduksi.html

2.8.2 Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas karena adanya gerakan/aliran/

pencampuran dari bagian panas ke bagian yang dingin. Contohnya adalah

kehilangan panas dari radiator mobil, pendinginan dari secangkir kopi dll. Menurut

cara menggerakkan alirannya, perpindahan panas konveksi diklasifikasikan

menjadi dua, yakni konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced

convection). Bila gerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan

karena perbedaan suhu, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi

bebas (free/natural convection). Bila gerakan fluida disebabkan oleh gaya

pemaksa/eksitasi dari luar, misalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan

fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya

disebut sebagai konveksi paksa (forced convection).

30

Gambar 2. 11 Skema Perpindahan Panas Konveksi

Sumber : J.P.Holman, hal:. 252

Proses pemanasan atau pendinginan fluida yang mengalir didalam saluran

tertutup seperti pada gambar 2.11 merupakan contoh proses perpindahan panas.

Laju perpindahan panas pada beda suhu tertentu dapat dihitung dengan persamaan

Keterangan :

Q = Laju Perpindahan Panas ( kj/det atau W )

h = Koefisien perpindahan Panas Konveksi ( W / m2.oC )

A = Luas Bidang Permukaan Perpindahaan Panas ( ft2 , m2 )

Tw = Temperature Dinding ( oC , K )

Tf = Temperature Sekeliling ( oC , K )

Tanda minus ( - ) digunakan untuk memenuhi hukum II thermodinamika,

sedangkan panas yang dipindahkan selalu mempunyai tanda positif ( + ).

Mendefinisikan tahanan panas terhadap konveksi. Koefisien pindah panas

permukaan h, bukanlah suatu sifat zat, akan tetapi menyatakan besarnya laju pindah

panas didaerah dekat pada permukaan itu.

q

m,c p

aliran

Tb 1 Tb 2 L

31

Refleksi

Absorpsi

Gambar 2. 12 Skema Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan konveksi paksa dalam kenyataanya sering dijumpai, kaarena

dapat meningkatkan efisiensi pemanasan maupun pendinginan satu fluida dengan

fluida yang lain.

2.8.3 Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah proses di mana panas mengalir dari benda

yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di

dalam ruang, bahkan jika terdapat ruang hampa di antara benda - benda tersebut.

Gambar 2. 13 Skema Perpindahan Panas Radiasi Sumber : J.P.Holman, hal: 343

Energi radiasi dikeluarkan oleh benda karena temperatur, yang dipindahkan

melalui ruang antara, dalam bentuk gelombang elektromagnetik Bila energi radiasi

menimpa suatu bahan, maka sebagian radiasi dipantulkan, sebagian diserap dan

sebagian diteruskan seperti gambar 2.13. Sedangkan besarnya energi :

Transmisi

Radiasi datang

32

𝒬𝑃𝑎𝑛𝑐𝑎𝑟𝑎𝑛 = 𝜎𝐴𝑇4

Keterangan :

𝒬𝑃𝑎𝑛𝑐𝑎𝑟𝑎𝑛 = laju perpindahan panas ( W)

𝜎 = konstanta boltzman (5,669.10-8 W/m2.K4)

A = luas permukaan benda (m2)

T = suhu absolut benda ( 0 C )

2.9 ALAT PENUKAR KALOR

Alat penukar panas (heat exchanger) adalah suatu alat yang digunakan

untuk memindahkan panas antara dua buah fluida atau lebih yang memiliki

perbedaan temperature yaitu fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang

bertemperatur rendah. Perpindahan panas teesebut baik secara langsung maupun

secara tidak langsung. Pada kebanyakan sistem kedua fluida ini tidak mengalami

kontak langsung. Kontak langsung alat penukar kalor terjadi sebagai contoh pada

gas kalor yang terfluidisasi dalam cairan dingin untuk meningkatkan temperatur

cairan atau mendinginkan gas.

2.9.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor

Adapun klasifikasi dari alat penukar kalor dapat dibagi dalam beberapa

kelompok yaitu :

Berdsarkan konstruksinya

1) Tabung (tubular)

2) Plate-Type

3) Extended Surface

4) Regenerative

33

Berdasarkan pengaturan aliran

1) Single Pass

2) Multi Pass

Bedasarkan jenis aliran

1) Aliran Berlawanan Arah (Counter Flow)

2) Alira Sejajar (Parallel Flow)

3) Aliran Silang (Cross Flow)

4) Aliran Terpisah (Split Flow)

5) Aliran Bercabang (Divide Flow)

Berdasarkan banyaknya laluan

1) Seluruh Cross-counter flow

2) Seluruh cross-parallel flow

3) Parallel counter flow

Berdasarkan mekanisme perpindahan panas

1) Konveksi satu fasa (dengan konveksi paksa atau alamiah)

2) Konveksi dua fasa (dengan konveksi paksa atau alamiah)

3) Kombinasi perpindahan panas

34

Berdasarkan fungsinya dapat digolongkan pada beberapa nama:

1) Exchanger: Memanfaatkan perpindahan kalor diantara dua fluida

proses (steam dan air pendingin tidak termasuk sebagai fluida

proses, tetapi merupakan utilitas).

2) Heater: Berfungsi memanaskan fluida proses, dan sebagai bahan

pemanas alat ini menggunakan steam.

3) Cooler: Berfungsi mendinginkan fluida proses, dan sebagai bahan

pendingin digunakan air.

4) Condenser: Berfungsi untuk mengembunkan uap atau menyerap

kalor laten penguapan

5) Boiler : Berfungsi untuk membangkitkan uap.

6) Reboiler : Berfungsi sebagai pensuplai kalor yang diperlukan

bottom produk pada distilasi. Steam biasanya digunakan sebagai

media pemanas.

7) Evaporator: Berfungsi memekatkan suatu larutan dengan cara

menguapkan airnya.

8) Vaporizer: Berfungsi memekatkan cairan selain dari air.

2.9.2 Apk Jenis Shell Dan Tube Berdasarkan Tema

Begitu banyaknya jenis dari alat penukar kalor shell dan tubes yang

dipergunakan pada dunia industry. Untuk membuat pembagiannya secara pasti

adalah sangat sulit. Pada gambar 2.14 dapat dibuat pembagian berdasarkan tipe dari

masing-masing stationary head, tipe shell dan tipe rear-head.

Oleh TEMA dikelompokan berdasarkan pemakaian dari heat exchanger itu

menjadi 3 kelompok yaitu :

35

1. Alat penukar kalor kelar “R”, yang dipergunakan pada industry

minyak dan peralatan yang berhubungan dengan proses tersebut.

2. Alat penukar kalor kelas “C”, yang umumnya dipergunakan pada

keperluan komersial.

3. Alat penukar kalor kelas “B”, yang banyak dipergunakan pada

proses kimia.

Kelas R, kelas C dan kelas B ini, adalah alat penukar kalor yang tidak

dibakar (unfired shell and tubes), tidak sama dengan dapur atau katel UAP.

Di samping pengelompokan di atas, dari TEMA dikenal juga tipe lain, seperti :

1. Penukar kalor dengan fixed tube sheet.

2. Penukar kalor dengan floating tube sheet.

3. Penukar kalor dengan pipa U (hairpin tube).

4. Penukar kalor dengan fixed tube sheet dan mempunyai

sambungan.ekspansi (expantion joint) pada shellnya.

2.9.3 Konstruksi Alat Penukar Kalor

Ditinjau dari segi konstruksi dari alat penukar kalor jenis shell and tubes,

maka secara umum dapat dikatakan, konstruksinya dari 4 bagian utama yakni :

1. Bagian depan yang tetap atau front head stationary head (dalam praktek

hanya disingkat dengan stationary head).

2. Shell atau badan alat penukar kalor itu.

3. Bagaian ujung belakang atau read end head, (dalam praktek lebih sering

disebut read head).

4. Berkas tube atau tubes-bundle. Kumpulan tube yang dimasukan ke

dalam tube APK.

36

Tetapi oleh Standard of Turbular Exchanger Manufactures Association (Ir.

Tunggul M. Sitompul, S.E., M.Sc., 1993) dikelompokkan berdasarkan pemakaian

dari heat exchanger itu menjadi 3 kelompok yaitu:

1. Bagian depan yang tetap (front end stationary) terdiri dari 5 tipe yaitu :

Tipe A, B, C, N & D

2. Shell alat penukar kalor terdiri dari 6 tipe yaitu :

Tipe E, F, G, H, J, K & X

3. Bagian ujung belakang (read end heat) APK dibuat 8 tipe yaitu

L, M, N, P, S, T, U & W

Gambar 2. 14 Bagian-bagian dari APK (Berdasarkan Standar TEMA)

37

2.9.4 Ukuran Alat Penukar Kalor

Alat penukar kalor itu sendiri adalah tidak sama, maka untuk menentukan

ukurannya, adapun cara untuk memberikan ukuran pada alat penukar kalor itu

adalah :

1. Diameter Normal

2. Panjang Normal

3. Tipe Alat Penukar Kalor

Jadi dengan megetahui ketiga besaran diatas, kita dapat dengan mudah

menentukan ukuran serta tipe alat penukar kalor itu. Adapun beberapa contoh

pemberian ukuran dan tipenya alat penukar kalor adalah sebagai berikut :

a. Alar penukar kalor Ukuran 23 – 192 tipe AES.

Alat penukar kalor dengan split-ring floating head, aliran 1 pass

pada shell dan pass\tube. Diameter dalam dari shell atau nominal

diameter adalah 23 1/4” dan panjangnya adalah 16 ft (=192”). Di

sini dapat dilakukan pembulatan ukuran shell dimana diameter

sebenernya = 23 1/4" dibulatkan menjadi 23”.

b. Alat penukar kalor Ukuran 19 – 84 tipe BGU.

Maksudnya ialah alat penukar kalor tipe bonnet untuk stationary

head dan aliran shell yang split (G) serta tubes adalah berbentuk U.

Diameter dalam dari shell 19” dan panjang tube 7’ (=84”).

c. Alat penukar kalor Ukuran 23/37 – 192 Tipe CKT.

Adalah rebolier dengan pull-through floating head (tipe T) dengan

dilengkapi shell tube kettle. Stationary head bersatu dengan tube

sheet (tipe C) diameter shell yang berhubungan dengan stationary

38

head (port diameter) = 23” dan diameter shell sendiri = 37”, dan

panjang pipa 16 ft (=192”).

d. Alat penukar kalor Ukuran 33 – 96 Tipe AFM.

APK ini tersendiri dari channel head sebagai stationary head dan

shellnya mempunyai baffle longitudinal, sehingga terdapat 2 pass

aliran fluida pada shell. Tube sheet yang dipergunakan tetap (fixed

tube sheet). Diameter dari shell adalah 33 1/8” dan panjang pipa 8”

(=96”).

e. Alat penukar kalor Ukuran 17 – 192 Tipe CEN.

APK ini mempergunakan fixed tube sheet pada stationary head pada

read head. Aliran fluida pada shell 1 pass. Diameter shell 17” dan

panjang pipa 18 ft atau 192 inci.

2.9.5 Standar

Standar yang umum digunakan menjadi patokan dalam merancangkan,

fabrikasi serta memelihara alat penukar kalor ini adalah :

standards of tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA

Standards), merupakan standar Amerika serikat.

America society of Mechnaical Engineers (ASME) Code, section VIII,

Pressure Vessel-Division II

American petroleum Institute (API Standards).

American Society of Mechnaical Engineers (ASME) Code, Section II

– Material Specification.

Standards british, seperti british standards B S 3274, B S 5500, dan

standars negara-negara lain.

39

2.9.6 Kriteria Seleksi Dari Segi Mekanikal

Alat penukar kalor banyak digunakan dalam industry atau didalam unit

pembangkit tenaga uap (steam power station). Adalah merupakan perpaduan

kebutuhan dari dua segi yaitu :

1. Kebutuhan dari operasi yang mencakup masalah kapasitas,

kontinuitas reliabilitas, dan keselamatan.

2. Dari segi mekanik, yang merupakan aspek konstruksi, kekuatan,

ukuran-ukuran, bentuk dan pemeliharaan dan lain-lain.

Segi mekanikal pada alat penukar kalor sangat luas, sebab meliputi shell,

stationary head, rear end head, baffles (sekat), susunan dari tubes (tubes lay-out),

tube pitch (jarak dari tube), tubes, pengaturan pass aliran, nozzle pada shell, metode

impingement serta masalah drain dan venting.

Dalam penguraian mekanikal alat penukar kalor jenis shell and tube akan

dibahas beberapa komponen yang sangat berpengaruh pada konstruksi alat penukar

kalor. Untuk lebih jelasnya disini akan dibahas beberapa komponen dari alat

penukar kalor jenis shell and tube.

Shell

Konstruksi shell sangat ditentukan oleh kapasitas dan keadaan tubes

yang akan ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang

berukuran besar atau pelat baja yang dirol. Shell merupakan badan dari alat

penukar kalor, dimana terdapat tube bundle. Untuk temperature kerja yang

tinggi kadang – kadang shell dibagi dua sambungan dengan sambungan

40

ekspansi. Pada gambar dibawah ini dapat dilihat rancangan atau design

untuk alat penukar kalor shell and tube sesuai dengan standar TEMA.

Tube

Tube merupakan bidang pemisah antara dua fluida yang mengalir, dan

sekaligus sebagai bidang perpindahan panas. Pada umumnya flow fluida

yang mengalir di dalam tube lebih kecil dibandingkan dengan flow fluida

yang mengalir di dalam shell. Ketebalan dan material tube harus dipilih

berdasarkan tekanan operasi dan jenis fluidanya. Agar tidak mudah bocor

dan korosi akibat aliran fluida yang mengalir di dalam tube. Adapun tipe

susunan tube berdasarkan TEMA seperti gambar berikut ini.

Gambar 2. 15 Tipe Susunan Tube Alat Penukar Kalor

Susunan tube segitiga sangat popular dan sangat baik dipakai melayani

fluida kotor/berlumpur atau yang bersih. Pembersihan tube dilakukan

dengan cara kimia (chemical cleansing). Koefisien perpindahan panasnya

lebih baik dibandingkan susunan pipa bujur (in – line square pitch).

Susunan tube segitiga banyak dipergunakan dan menghasilkan perpindahan

panas yang baik per satu satuan penurunan tekanan (per unit pressure drop),

disamping itu letaknya lebih kompak.

41

Susunan tube bujur sangkar membentuk 900 (in – line square pitch)

banyak dipergunakan, dengan pertimbangan seperti berikut :

a. Apabila penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi pada alat

penukar kalor itu sangat kecil.

b. Apabila pembersihan yang dilakukan pada bagian luar tube adalah

dengan cara pembersihan mekanik (mechanical cleansing). Sebab pada

susunan seperti ini terdapat celah antara tube yang dipergunakan untuk

pembersihannya.

c. Susunan ini memberikan perilaku yang baik, bila terjadi aliran turbulen,

tetapi untuk aliran laminar akan memberikan hasil yang kurang baik.

Susunan tube yang membentuk 450 atau susunan belah ketupat

(diamond square pitch) baik dipergunakan pada kondisi operasi yang

penurunan tekanan kecil, tetapi lebih besar dari penurunan tekanan jenis

bujur sangkar. Selain itu susunan tube ini relatif lebih baik dibanding

susunan tube yang membentuk 300 terhadap aliran.

Baffles

Baffles atau sekat – sekat yang dipasang pada alat penukar kalor

mempunyai beberapa fungsi, yaitu :

1. Struktur untuk menahan tube bundle

2. Damper untuk menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube

3. Sebagai alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang

mengalir di luar tube (shell side)

42

Ditinjau dari segi konstruksi, sekat itu dapat diklasifikasikan dalam 4

kelompok yaitu:

1. Sekat pelat berbentuk segment (segmental baffle plate)

2. Sekat batang (rod baffle)

3. Sekat mendatar atau longitudinal baffle

Sekat impingement (impingement baffle)