simulasi perpindahan panas pada furnace dengan bantuan solidworks 2013

7/21/2019 Simulasi Perpindahan Panas Pada Furnace Dengan Bantuan SolidWorks 2013

http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-perpindahan-panas-pada-furnace-dengan-bantuan-solidworks-2013 1/4

E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014

ISSN:2337-9928

Simulasi Perpindahan Panas pada Furnace 025F-101

Hot Oil System di PT Pertamina RU IV Cilacap dengan Bantuan Solidwork 2013

Panji Haryono Azis, A.A.P. Susastriawan, Sugiarto PS.

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND

Jl. Kalisahak No. 28 Yogyakarta, Indonesia, 55222

e-mail : [email protected]

INTISARI

Furnace (fired heater) merupakan alat yang mensuplai energi panas terbesar dalam perusahaan petrokimia

atau perkilangan. Furnace umumnya terdiri dari dua bagian utama (section) sebagai tempat terjadinya perpindahan

panas yaitu convection section dan radiant section. Salah satu unit di kilang PT. Pertamina RU IV Cilacap yang

menggunakan furnace adalah unit hot oil system yang bekerja mensirkulasikan panas dari fluida kerja untuk digunakan

sebagai penyuplai panas pada peralatan lain seperti heat exchanger.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui distribusi perpindahan panas serta pengaruh turbulensi aliran

terhadap perpindahan panas yang terjadi di dalam furnace. Simulasi dilakukan dengan menggunakan aplikasi flow

simulation dan thermal simulastion pada software Solidwork 2013.data masukan dalam simulasi merupakan data

aktual dari PT. Pertamina RU IV cilacap serta data desain tentang furnace 025F-101.

Dari perhitungan data yang disimulasikan dengan software Solidwork menghasilkan prosentase laju

perpindahan panas konveksi 78,08% terjadi di dalam convection section dan 21,92% terjadi di radiant section,beberapagambaran mengenai perbedaan distribusi panas yang terjadi pada tiap section, terjadinya turbulensi aliran yang

berpengaruh terhadap laju perpindahan panas, distribusi panas di dalam radiant section sisi luar lebih banyak

menerima panasdibandingkan di sisi dalanya, dan terjadi penurunan distribusi panas di dalam convection section

terutama pada area dekat dengan cerobong.

Keyword : furnace, hot oil system, perpindahan panas, Solidwork 2013

.

PENDAHULUAN

Perkembangandunia industri perminyakan

saat ini kian pesat, hal ini mengakibatkan terjadinya

persaingan antar perusahan pengolah minyak bumi.Oleh sebab itu PT. Pertamina (Persero) pun merasa

tertantang untuk ikut bersaing dengan terus

meningkatkan kualitas dan kuantitas produk minyak,

berinovasi dan berusaha mengoptimalkan proses

produksi. Salah satunya dengan menganalisa dan

mengkaji peluang optimasi tiap-tiap unit, termasuk

unit furnace atau dapur khususnya di hot oil sytem

unit diarea lube oil complex II .

Hot oil system dirancang untuk mensuplai

panas secara kontinyu dalam proses propane

deasphalting unit (PDU), fulfural extraction unit

(FEU),methyl dewaxing unit (MDU), fuel oil system

dan sejumlah tangki bitumen. Hot oil adalah minyak

dari fraksi lumas yang dipanaskan pada suatu dapur

hingga mencapai temperatur tertentu dengan jenis

Spindel Oil.

Tabel 1. Spesifikasi spindel oil

Uraian Nilai Satuan

S.g 60/600F 0,8748

Vis. Kinematik 17,176 mm2 /s

Flash point 226,670C

(Sumber : Nidlom, 2013)

Pada prinsipnya furnace atau dapur

merupakan alat yang penting untuk menyediakan panas

yaknispindel oil akan dipanaskan terlebih dahulu

melalui seksi konveksi (convection section) yang

terletak di ruang bakar dan cerobong, agarmemanfaatkan panas yang terdapat di dalam gas hasil

pembakaran. Selanjutnya dialirkan ke dalam seksi

radiasi(Radiant section).

Terdapat dua jenis pipa yang digunakan dalam

furnace 025F-101 ini yaitu jenis Bare tube yang

digunakan di dalam Radiant section dan Studded tube

digunakan di dalamconvection section.

Gambar 1. Pipa Jenis Studded Tube

(Sumber : Fiori, 2009)

Dengan dilakukan pengujian simulasi

menggunakan aplikasi Solidwork 2013, diharapkan

akan dapat mengetahui karakteristik proses heat

transfer yang terjadi di furnace, dan korelasi turbulensi

aliran flue gas terhadap perpindahan panas sehingga



E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014

ISSN:2337-9928

59

=454,979 kW

dapat digunakan sebagai evaluasi dan dapat dijadikan

masukan sebagai rancangan mengenai variabel –

variabel yang harus diatur agar dapat meningkatkan

efisiensi furnace.

Namun, sebelum melakukan simulasi, perlu

adanya data-data yang digunakan sebagai input data

pada software. Adapun data-data yang digunakan

dalam simulasi ini meliputi :

a. Data desain furnace 025F-101

b. Data aktual furnace 025F-101

Data aktual ini didapatkan saat di lapangan mulai

tanggal 1 April 2013 hingga 30 April 2013.

Tabel 2. Data operasi Furnace 025F-101

Parameter Besarnya Satuan

Suhu udara luar

(Ta)32

0C

Suhu referensi(Td) 600F

Laju alir feed

masuk furnace(m)23.866,13167 T/D

Suhu feed masuk

furnace(Tin)242,8388

0C

Suhu feed keluar

furnace(Tout)298,6514

0C

Specific gravity

fuel oil(Sgfo)0,92755

Suhu fuel gas

masuk

furnace(Tfg)

400C

Suhu Stack(Tstack ) 305,56730C

(Sumber : Nidlom, 2013)

c. Data Literatur

Data ini diambilkan dari buku literatur atau

sumber lainnya.

Material: Carbon Steel A 106 B

Tebal Pipa : Sch 40 (0,280 inch)

Diameter Studded fin : 12,5 mm

Konduktivitas Termal : 43,2681 W/m.K

Emisifitas : 0,8

Design Basic for Tube Wall Thickness API RP 530

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

a. Laju Perpindahan Panas di Convection Section

Koefisien konveksi rat-rata

Dk Nuh D

h= 60,38 W/m2.K Convection Section Stage 1 Bare Tube

Q= h.A.( T ∞ – T s )

Q= 371,732 kW

Convection Section Medium Density Studded

Tube

Q= h.A.( T ∞ – Ts )

Q= 392,403 kW

Convection Section High Density Studded

Tube

Q= h.A.( T ∞ – T s )

Q= 8.080,293 kW

b. Laju Perpindahan Panas di Radiant Section

Radiasi

1

11

22

1

1

4

2

4

11

A

A

T T AQ

σ

Koefisien konveksi rat-rata

Dk Nuh D

h = 36,11 W/m2.K

Konveksi

Q= h.A.( T ∞ – T s )

Q= 2.482,446 kW

c. Laju Perpindahan Panas Konduksi

1

2ln

2

r r

T T Lk Q out in

π

d. Koefisien Konveksi Internal Pipa

lm

io

T L D

T T Cpmh

π

Dengan nilai LMTD dicari menggunakan

persamaan :

i

o

io

lm

T

T

T T T

ln

lmT

Dengan temperatur rata-rata sebesar 270,74510C

atau 519,3420F, dan

0API sebesar :

0API = 5,131

60 / 60

5,1410

F SG0API = 30,25

Q = 2.663,763 kW

Q = 76.826,234 kW

............ (1)

............ (2)

..... (3)

..... (4)

............ (5)

....... (7)

............ (6)



Dan kalor spesifik hot oil dicari d

dibawah ini.

Gambar 3. Grafik Kalor j

Bases of Oils

sehingga koefisien konveksi internal pi

lm

io

T L D

T T Cpm

h

π

h = 465,6056 W/m2

K

e. Simulasi pada Bare Tube

Gambar 4. Meshing pipa jenis Ba

Gambar 5. Distribusi Temperatur Ra

tube

Gambar 6. Distribusi Temperatur Con

tube

E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 N

60

ngan grafik

nis

a sebesar :

re tube

diant Bare

ection Bare

f. Simulasi padaStudded Tube

Gambar 7. Meshing pada pipa

Gambar 8. Distribusi Temperat

Studdedtube

Gambar 9. Distribusi Temper

Studdedtube

g. Simulasi pada Radiant Section

Gambar 10. Distribusi T

RadiantSecti

. 1, Desember 2014

ISSN:2337-9928

jenis Studdedtube

ur Medium Density

atur High Density

mperatur

n



Gambar 11. Distribusi Bilangan Pr

h. Simulasi pada Convection Section

Gambar 12.

DistribusiTemperaturConvection

Gambar 13. Distribusi Bilangan Pra

ConvectionSection

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan da

perpindahan panas yang terjadi pada furna

Unit Hot Oil System kilang Lube Oil Com

Pertamina RU IV Cilacap, dapat diperoleh

sebagai berikut:

1. Prosentase laju perpindahan pan

78,08% terjadi di dalam convection

21,92% terjadi di radiant section.

E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 N

61

ndtl

ection

dtl di

n simulasi

ce 025F-101

lex II di PT.

kesimpulan

s konveksi

section dan

2. Aliran udara panas berupa flu

pipa akan terjadi turbul

berpengaruh terhadap laju per

3. Distribusi panas di dalam rad

lebih banyak menerima panas

dibandingkan di sisi dalam ra

4. Terjadi penurunan distribus

convection section terutamadengan cerobong (stack).

DAFTAR PUSTAKA

Baukal, Charles E. 2013, The Jo

Combustion Handbook Secon

Fundamentals, CRC Press

Group

Cengel, Yunus A., 2002 , Heat

Approach Second Edition. Eb

Fiori, via campo dei., 2009, Ste

termuat di dalam situs www. l

/ Image / lpspa_

studdedtubes/PHOTO/%2026.jpg d

20 Desember 2013.

Nidlom, 2013, Data Operasi FurnaConservation and Loss C

(ECLC) PT. Pertamina RU IV

Nidlom, 2013, Data Operasi Data

Conservation and Loss C

(ECLC) PT. Pertamina RU IV

Incropera., DeWitt., Ber

,Fundamentals of HeatSixth Edition. Ebook

Perry, R. H., Green, D.W.,

Engineers' Handbook 7

Ebook.

Reed, Robert. D., 1976, Furnace

Edition, Gulf Publishing

Santoso, A., 2013, 025F-101 H

“As Built” Specificatio

Engineering Department

IV Cilacap, Cilacap.

. 1, Desember 2014

ISSN:2337-9928

gas bila mengenai

nsi aliran yang

indahan panas.

iant section sisi luar

(warna merah) bila

iant section.

i panas di dalam

pada area dekat

n Zink Hamworthy

d Edition Volume 1

Taylor & Francis

ransfer a Practical

ok.

el studded tubes,

pspa.it/ UserFile / 1

iakses pada tanggal

e 025F101, Energy ontrol Department

Cilacap, Cilacap.

Spindel Oil, Energy

ontrol Department

Cilacap, Cilacap.

gman., Lavine.,

nd Mass Transfer

,Perry's Chemical

th Ed, hal. 555.

Operations, Second

ompany, Texas.

t Oil Heater Final

Sheet , Stationary

PT. Pertamina RU

simulasi perpindahan panas pada furnace dengan bantuan solidworks 2013

Documents