1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Permasalahan Destilasi merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Uap yang dibentuk selama destilasi makin lama makin dijenuhi dan makin banyak mengandung komponen yang lebih mudah menguap (yaitu komponen yang titik didihnya lebih rendah). Sehingga akan terjadi pemisahan uap yang terbentuk dan mengandung komponen yang sama seperti campuran semula. Tetapi pada proses yang berbeda, cara pemisahan dengan destilasi ini mudah dilakukan apabila perbedaan polaritas antar komponen cukup besar. Namun untuk mendapatkan komponen murni sulit dicapai. Prinsip destilasi adalah penguapan dan pengembunan kembali uapnya, pada tekanan dan suhu tertentu. Tujuan destilasi adalah pemurnian zat cair pada titik
2
didihnya, dan memisahkan cairan dari zat padat atau memisahkan zat cair dari campurannya yang mempunyai titik didih yang berbeda. Komponen yang mempunyai titik didih lebih rendah akan terpisah lebih dahulu. Pada ethanol yang belum dimurnikan atau dilakukan proses destilasi terdapat kandungan air yang cukup besar. Ethanol murni mempunyai titik didih/titik uap sekitar 78,6˚C sedangkan air mempunyai titik didih sekitar 100˚C. Perbedaan titik didih inilah yang akan dimanfaatkan untuk memisahkan kedua unsur tersebut, untuk itu pada seperangkat alat destilasi etanol diperlukan sebuah alat penukar kalor yang berfungsi untuk memanaskan fluida etanol yang belum dimurnikan hingga mencapai titik didihnya yaitu 78,6˚C dan membatasi agar jangan sampai kandungan air ikut menguap. Alat penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari fluida ke fluida yang lain. Sebagian besar industri-industri yang berkaitan dengan pemrosesan selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor mempunyai peranan yang sangat penting dalam suatu proses produksi atau operasi diantaranya adalah pada proses heating ventilation and air conditioning (HVAC) system, sistem radiator, sistem destilasi dan lain-lain. Ada beberapa tipe konstruksi dari alat penukar panas diantaranya alat penukar panas tipe tubular, plate, jacketed vessel dan shell and tube. Tipe alat penukar kalor yang sering dipakai adalah shell and tube. Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris di
3
bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperature fluida di dalam tube bundle berbeda dengan diluar tube (di dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas antara fluida di dalam tube dan di luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side. Adapun keuntungan yang dimiliki oleh alat penukar kalor tipe shell and tube dibandingkan dengan alat penukar kalor tipe lain antara lain: 1. Memiliki permukaan perpindahan panas persatuan volume yang lebih besar. 2. Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan 3. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi 4. Prosedur pengoperasian lebih mudah 5. Metode perancangan yang lebih baik telah tersedia 6. Pembersihan dapat dilakukan dengan mudah
1.2. Perumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana menentukan atau mengidentifikasi batasan design yang paling tepat dalam merancang alat penukar kalor tipe shell and tube sehingga menghasilkan desain terbaik.
4
1.3. Batasan Masalah Batasan masalah pada perancangan alat penukar kalor ini adalah: 1. Fuida kerja yang digunakan yaitu air sebagai fluida panas dan etanol sebagai fluida dingin dengan asumsi untuk fluida air bersifat inkompresibel, aliran turbulen, kondisi aliran tunak (steady state) 2. Batasan-batasan
design
yang
ditetapkan
oleh
penulis
berdasarkan
pertimbangan kelebihan dan kekurangannya yaitu: jumlah pass sisi tube, tube lay out dan besarnya over design. 3. Batasan-batasan design yang bervariasi yang selanjutnya dipilih untuk menghitung dimensi utama alat penukar kalor tipe shell and tube sehingga diperoleh hasil yang paling kecil dimensi utamanya yaitu: kecepatan aliran fluida, ukuran diameter tube, pitch rasio dan jarak antar baffle.
1.4. Tujuan Penelitian Adapun
tujuan
penulisan
tugas
akhir
ini
adalah
mengetahui
cara
mengidentifikasi atau menentukan batasan desain yang tepat dalam melakukan perancangan alat penukar kalor tipe shell and tube sehingga menghasilkan desain terbaik.
5
1.5. Sistematika Penulisan Deskripsi singkat dari masing-masing bab akan diterangkan sebagi berikut : •
Bab I Pendahuluan Pada bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan pembahasan, pembatasan masalah dan sistematika penulisan.
•
Bab II Tinjauan Literatur Pada bab ini penulis menguraikan tentang teori teori yang relevan dengan permasalahan yang di teliti serta pengumpulan data spesifikasi dari material alat penukar kalor tersebut dan fluida kerjanya.
•
Bab III Metodologi Penelitian Pada bab ini berisi tentang bagaimana proses perancangan alat penukar kalor tipe shell and tube mulai dari pengidentifikasian batasan terbaik sampai proses analisa menggunakan perangkat lunak CFD
•
Bab IV Perhitungan dan Analisa Pada bab ini penulis melakukan perhitungan dan analisa untuk menentukan design yang paling optimal serta pengaruh dari masingmasing batasan design yang sudah ditentukan selanjutnya melakukan simulasi aliran fluida dengan menggunakan perangkat lunak CFD.
•
Bab V Kesimpulan dan Saran Pada bab ini berisi kesimpulan pernyataan singkat yang diambil dari hasil analisis dan pembahasan penelitian dan Saran merupakan
6
sumbangan pikiran yang operasional yang didapat dari hasil penelitian / perancangan. •
Daftar Pustaka
•
Lampiran
