Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian
description
Transcript of Otk Audit Isolasi Dan Keekonomian
AUDIT ISOLASI DANKEEKONOMIAN
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.
• 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.
• Pada bab ini akan dibahas :• Menghitung panas hilang ( heat loss)• Studi kasus penghematan energi dengan
pemakaian isolasi,• Ketebalan isolasi efektif.• Keekonomian isolasi.
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
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
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)
• 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 .•
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.
• 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.
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 =
• 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.
• 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.
• 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 :
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
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.
Koef. Konveksi fluida yang mengalir
• 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)
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 .
• 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
a. Persamaan p.p di permukaan pipa
b. Koefisien p.p
7. Rumus – rumus yang digunakan
c.Delta temperatur
d. Koefisien P.P hi
e. Laju panas dihitung dari persamaan
f.Temperatur f luida keluar ( masuk reaksor)
• 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 .
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)
• 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
Hitunglah temperatur T2 sebelum dan sesudah menggunakan isolasi,jika digunakan isolasi setebal 2,5in =63,5mm.
• 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)
`
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
Tebal effektif isolasi
• 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).
• Terimakasih• Semoga bermanfaat