Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

33
AUDIT ISOLASI DAN KEEKONOMIAN

description

OTK

Transcript of Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Page 1: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

AUDIT ISOLASI DANKEEKONOMIAN

Page 2: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Pendahuluan• Tujuan penggunaan isolasi :• Salah satu atau lebih dari statemen ini:• Menurunkan kehilangan panas atau kelebihan ( loss and gain) untuk

mencapai kekekalan energi.• Melindungi lingkungan dengan penurunan emisi CO2 , N Ox dan

menjaga gas rumah hijau (green house gases).• Melindungi operator dan peralatan dari temperatur tinggi.• Mengendalikan temperatur untuk tujuan komersial dan tujuan proses

industri.• Mencegah kondensasi permukaan.• Meningkatkan efisiensi operasi pemanasan, steam, pendinginan, sistim

pembangkit (power sistem).• Mencegah atau mengurangi kerusakan peralatan dari paparan panas api

atau korosi atmosfir.• Menurunkan kebisingan dari sistim mekanik.

Page 3: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Beberapa pertimbangan desain isolasi :• Tipe isolasi, kaku, fleksibel, mudah di rawat,

dipasang dan diatur.• Mudah dimodifikasi dan diperbaiki.• Membutuhkan tenaga skill atau unskill.• Pertimbangan lingkungan dan keamanan.• Berat dan densitas material isolasi.• Mudah dibongkar dan diganti.• Unjuk kerja temperatur.

Page 4: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Pada bab ini akan dibahas :• Menghitung panas hilang ( heat loss)• Studi kasus penghematan energi dengan

pemakaian isolasi,• Ketebalan isolasi efektif.• Keekonomian isolasi.

Page 5: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Teori perpindahan panas• Teori perpindahan panas• 1 - Energi panas bergerak dari suatu zat padat• melalui proses konduksi, berbanding langsung dengan ((T1

–T2),• 2 - bergerak di zat cair melalui proses conveksi• 3- secara radiasi dari satu benda ke benda• yang lain , berbanding ( T1

4 –T24).

• Perubahan kecil dari temperatur akan menyebabkanradiasi panas yang besar.

• Besarnya laju panas setara dengan luas permukaan

Page 6: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Persamaan perpindahan panaskonduksi

• Laju perpindahan panas secara konduksi melalui materail yang homogendan steady state ( merata dan tunak) dapat dinyatakan dengan rumusFourier :

• Pada kenyataannya perpindahan panas tersebut melalui suatuperpindahan film di permukaan bidang , sehingga persamaannnya

• disertakan resistensi ( hambatan) film permukaan

Page 7: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Untuk plat datar :

• Q = Laju panas dari permukaan terluar permukaanterisolasi.

• T1 = Temperatur permukaan panas, oF• T2 = Temperatur permukaan dingin. oF• U = Koefisien perpindahan panas keseluruhan,• k = Koefisien konduktifitas bahan• L = tebal isolasi• = hambatan panas oleh isolasi (resistansi termal

isolasi)

Page 8: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Untuk tiap unit luas (area), laju alir panas :

• Temperatur permukaan (T2)dihitung dengan persamaan:

• Dimana• Ta = temperatur udara sekitar,• f = koefisien permukaan• Nilai konduktifitas diambil pada temperatur rata – rata .•

Page 9: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Heat Loss pada permukaan silinder ataupipa.

• Mekanisme perpindahan panas pada permukaan silinder ataupipa :

• 1. panas berpindah dengan luas permukaan dari dalam• silinder ke permukaan yang selalu berubah setiap• perubahan tebal dinding .• 2.Panas berpindah dari fluida ke dinding pipa secara• konveksi• 3. dari dinding pipa bagian dalam ke dinding pipa bagian luar• dengan cara komduksi• 4. Dari dinding luar pipa melalui isolasi dengan cara konduksi• dari permukaan pipa ke udara luar dengan cara konveksi dan• radiasi.

Page 10: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Variabel perpindahan Panas• Laju perpindahan panas ini sangat kompleks dan bergantung pada :• Warna, tekstur dan bentuk casing.• Vertikal atau horizontal• Kecepatan angin.• Terpapar pada sinar matahari• Dll.• Karena banyaknya faktor laju perpindahan panas yang kompleks

maka persamaannya di sederhanakan untuk keadaan umum yangdidasarkan pada tebal ekivalen isolasi dan luas permukaan terluarisolasi.

Page 11: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Perhatikan gambar di bawah ini

R1 dan R2 adalah jari – jari pipa bagian dalam dan luarR2 dan R3 Jari – jari isolasi bagian dalam dan luar.Panjang ekivalen isolasi dapat dirumuskan sebagai berikut :Tebal ekivalen isolasi L =

Page 12: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Mekanisme perpindahan panas pada pipa• 1. konveksi dari fluida ke permukaan pipa bagian dalam• dengan koefisien film hi• 2.konduksi dari pipa bagian dalam ke pipa bagian luar melalui• dinding pipa, dengan koefisien konduksi pipa kp.• 3.Konduksi dari dinding pipa bagian luar atau dinding bagian• dalam isolasi ke bagian luar isolasi, dengan koefisien• konduksi isolasi ki• 4. Konveksi di permukaan isolasi ke udara sekitar dengan• koefisien konveksi film ho.

Page 13: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Dengan mempertimbangkan tebal pipa maka koefisienkeseluruhan U di definisikan

hi = koefisien film perpindahan panas konveksi fluida - pipadi bagian dalam ,

ho = koefisien film konveksi udara – pipa di bagian luar.k pipa = koefisien konduksi material pipa.k isolasi = koefisien konduksi material isolasi.

Page 14: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Panas hilang melalui pipa berisolasi dapat dinyatakan dengan persamaan :

• Q = A x U x( T pipa bagian luar - T amb )• Atau panas hilang per unit luas

Untuk perhitungan isolasi biasanya dinyatakan per linier panjang pipa L.Panas hilang per linier panjang pipa :

Page 15: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

perpindahan panas untuk pipasilinder dengan fluida yang mengalir

di dalamnya.• Beda temperatur adalah logaritma temperatur

rata-rata , log mean temperatur different ,LMTD.

Q = A x U x LMTD

Page 16: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Panas hilang dari permukaan pipa

• Q Total = Q konveksi + Q Radiasi ...................................1• Q tak berisolasi = h x A x (Ts – Ta) + y x A x E x (Ts4 – Ta4) ------------------------2

• dimana• Q = panas hilang dari permukaan tak berisolasi Btu/ft2

• Ta = temperatur ambien derajat absolut (°F + 460)• Ts = temperatur permukaan panas derajat absolut (°F + 460)• A = luas permukaan perpindahan panas (ft2)• h = koefisien konveksi (hi= koefisien konveksi fluida dan pipa bagian luar ).

• y = konstanta Stefan-Boltzman (0.1714 x 10-8 )• E = faktor emisifitas , yang bergantung pada warna dan tekstur permukaan ,• nilainya bervariasi antara 0.1 untuk aluminum sampai 0.9 untuk permukaan• gelap.• Untuk permukaan hangat , nilai koefisien konveksi sekitar 1.5 . Sedangkan untuk permukaan

panas koefisien konveksi dihitung sebagai fungsi dari temperatur permukaaan dan beda temper urantara permukaan dan sekelilingnya.

Page 17: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Koef. Konveksi fluida yang mengalir

Page 18: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Cp = kapasitas panas fluida• hi = koefisisen konveksi di dalam pipa• ho = 7.0 Btu/h ft2 °F indoors dan 8.8 Btu/h ft2 °F• outdoors , koefisien p.p konveksi karena• gerakan udara .• A = luas bagian dalam pipa• Ƴ = viskositas fluida• m = laju alir massa (mass flow rate) fluida• Persamaan neraca panas pada kondisi :• Q =m Cp(T 1 - T 2)

Page 19: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Kondisi operasi

Isolasi juga bertujuan untuk mendapatkan kondisi operasi yang diinginkan.Perhatikan gambar di bawah ini

Fluida mengalir dari H.E. Dengan T1 menuju Reaktorsehingga temperatur T2.Isolasi panas diperlukan dengan ketebalan yang optimum .

Page 20: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Langkah – langkah, asumsi :• 1. kapasitas panas Cp fluida konstan pada rentang

temperatur proses .• 2. Temperatur ambient konstan .• 3. Konduktifitas termal fluida, pipa dan isolasi

konstan• 4. Koefisien p.p keseluruhan U konstan.• 5. Aliran di dalam pipa adalah turbulen• 6. Kecepatan angin konstan ( misal 15 mph untuk

perhitungan outdoor calculations

Page 21: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

a. Persamaan p.p di permukaan pipa

b. Koefisien p.p

7. Rumus – rumus yang digunakan

Page 22: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

c.Delta temperatur

d. Koefisien P.P hi

e. Laju panas dihitung dari persamaan

f.Temperatur f luida keluar ( masuk reaksor)

Page 23: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Cp = kapasitas panas fluida• hi = koef .pp. Konveksi pada pipa di bagian

dalam .• ho = 7.0 Btu/h ft2 °F indoors dan 8.8 Btu/h• ft2 °F outdoors• A = luas pipa bagaian dalam• m = laju alir massa fluida .

Page 24: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Dari gambar tersebut jika panjang pipa yang menghubungkan H.E dan reaktor 100 mDan data operasi sbb;

Studi kasus

a. Isolasi : calsium silikatb. Temperatur stream T1 = 400 oC = 752oFc. Laju alir massa = 350.000kg/ jam ( 771,470 lb/jam)d. Temperatur ambient = 23,8 oC (75oF)e. R inside pipe = R1 = 101,6 mm ( 4,0 in)f. R outside pipe = R2 = 108,0 mm( 4.25 in)

Page 25: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• PR:

• Kerjakan seperti contoh soal

a. Isolasi : rock woolb. Temperatur stream T1 = 380 oCc. Laju alir massa = 350.000kg/ jam ( 771,470 lb/jam)d. Temperatur ambient = 30 oC (75oF)e. Rinside pipe = R = 6in nominal

Page 26: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Hitunglah temperatur T2 sebelum dan sesudah menggunakan isolasi,jika digunakan isolasi setebal 2,5in =63,5mm.

Page 27: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Penyelesaian :• R3 = 108.0 mm + 63.5 mm = 171.5mm• Temperatur rata2;• (400 0C + 23.8 0C)/2 = 211.9 0C atau 413 0F• Thermal conductivity of calcium silicate @

211.9 0C or 413 0C, kins = 0.070 W/m K or(0.13 Btu/h ft 0 F)

Page 28: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

`

Page 29: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian
Page 30: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Menghitung T2 pipa tak berisolasi ( bare pipe)

Menghitung T2 pipa berisolasi ( insulated pipe)

Terlihat ada perbedaan T2 antara pipa berisolasi dan tidakberisolasi yaitu sebesar 2 oC

Page 31: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

Tebal effektif isolasi

Page 32: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Faktor – faktor yang diperlukan :• 1) Harga fuel ( harga fuel, tenaga dan maintenance)• 2) Jumalah jam operasi per tahun ( Annual hours of operation )• 3) Kandungan panas fuel (Heat content of fuel )• 4) Effisiensi pembakaran fuel (Efficiency of combustion of fuel )• 5) temperatur ambien rata-rata.(Average exposure ambient still air

temperature )• 6) Temperatur permukaan yang diinginkan.• 7) Diameter pipa/ tebal isolasi• 8) material isolasi• 9) Perkiraan harga install isolasi• 10) periode pengembalian• 11) Heat loss per linear meter (atau meterpersegi , jika digunakan

permukaan flat).

Page 33: Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian

• Terimakasih• Semoga bermanfaat