Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Gunawan Widiatmoko 20406317 Jurusan Teknik Mesin UNIVERSITAS GUNADARMA.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Gunawan Widiatmoko 20406317 Jurusan Teknik Mesin UNIVERSITAS GUNADARMA."— Transcript presentasi:

1 Gunawan Widiatmoko Jurusan Teknik Mesin UNIVERSITAS GUNADARMA

2 GAS ALAM PROSES PENCAIRAN GAS ALAM PROSES PENCAIRAN GAS ALAM ANALISA TERMODINAMIKA

3  LNG (liquified natural gas) adalah gas alam yang dicairkan.  LNG memiliki volume 600 kali lebih kecil dibandingkan fase gas-nya.  Gas alam akan mencair pada suhu sekitar -160°C.  Porses pencairan gas alam dapat dilakukan dengan sebuah proses refrigerasi.  Dalam sebuah proses refrigerasi terdapat proses perpindahan panas yang dapat diukur untuk menentukan optimalisasi proses.

4  Untuk mengetahui apakah sebuah proses refrigerasi telah berjalan dengan optimal dapat dilakukan dengan cara menganalisa nilai efisiensi proses tersebut.  Nilai efisiensi merupakan nilai yang didapat melalui perbandingan antara total daya yang dipergunakan (proses kompresi) terhadap total daya yang dihasilkan (efek refrigerasi).  Untuk mendapatkan nilai efisiensi yang baik (sebanding) dari sebuah proses refrigerasi diperlukan analisa yang lebih mendetail mengenai kerugian-kerugian (losses) selama proses refrigerasi.

5  Pokok permasalahan dari analisa termodinamika sistem refrigerasi ini hanya dalam ruang lingkup analisa perpindahan panas yang terjadi pada proses refrigerasi dan analisa perhitungan koefisien prestasi dari sistem refrigerasi proses pendinginan gas alam, tanpa mempertimbangkan aspek kerugian panas yang mungkin dapat terjadi pada sistem.

6  Sistem refrigerasi bekerja dalam kondisi normal dan aliran refrigerant dalam kondisi tertutup tanpa adanya losses.  Sistem refrigerasi bekerja pada kondisi laju aliran massa refrigerant sebesar 633 kg/jam.  Persentase komponen zat penyusun refrigerant adalah nitrogen sebesar 2,2%, methane 43%, ethane 50% dan propane 4,8%.  Analisa termodinamika sistem refrigerasi hanya berkaitan dengan perhitungan daya kompresi, laju perpindahan panas evaporasi, laju perpindahan panas kondensasi dan koefisien prestasi.

7  Mengetahui tahapan-tahapan proses pencairan gas alam hingga menjadi gas alam cair (LNG).  Mengetahui perhitungan termodinamika sistem refrigerasi pada komponen-komponen refrigerasi.  Mengetahui prinsip kerja sistem refrigerasi dan sistem perpindahan panas yang terjadi pada proses pencairan gas alam hingga menjadi gas alam cair (LNG).  Mengetahui proses analisa koefisien prestasi dari sistem refrigerasi pada proses pencairan gas alam menjadi gas alam cair (LNG).

8  Metode penelitian yang dipergunakan bersifat deskriptif dan dilakukan melalui sebuah studi kasus.  Proses pengumpulan data-data yang diperlukan dilakukan dengan teknik studi dokumenter.  Macam-macam referensi pustaka yang dipergunakan berupa buku-buku teoritis, jurnal, artikel internet maupun dari buku-buku panduan (manual book).  Proses pengolahan data dilakukan dengan pendekatan terhadap nilai entalphi pada tiap komponen sistem refrigerasi.

9  Definisi : Gas alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas rawa, merupakan bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana (CH 4 ).  Komponen Penyusun : Metana (CH 4 ), Etana (C 2 H 6 ), Propana (C 3 H 8 ), Butana (C 4 H 10 ), Nitrogen (N 2 ), Helium (He), Hidrogen Sulfida (H 2 S), Karbon Dioksida (CO 2 ) serta Air (H 2 O).  Pemanfaatan Gas Alam : Sebagai bahan bakar, sebagai bahan baku, sebagai komoditas energi, sebagai media penyejuk ruangan.

10

11  Merupakan tahapan proses guna menghilangkan senyawa– senyawa yang dapat mengganggu jalannya proses pencairan.  Senyawa-senyawa tersebut dapat berupa gas asam (H 2 S dan CO 2 ), Air (H 2 O) Merkuri (Hg), dll.  Selain itu faktor keamanan lingkungan terhadap penggunaan gas alam juga menjadi faktor penentu dalam proses ini.

12  Merupakan proses untuk menghilangkan kandungan gas asam.  Gas asam yang sering ditemukan dalam kandungan gas alam adalah Hidrogen Sulfida (H 2 S) dan Karbon Dioksida (CO 2 ).  Hidrogen Sulfida harus dihilangkan untuk menghindari sifat korosif dan toxic dari gas tersebut.  Karbon Dioksida harus dihilangkan untuk menghindari sifat korosif dan sifatnya yang mengurangi heating value gas alam.

13

14  Faktor-faktor pertimbangan dalam memilih proses penghilangan gas asam yang optimal :  Jenis dan konsentrasi impuritis serta komposisi hidrokarbon pada sour gas.  Temperatur dan tekanan gas asam.  Spesifikasi outlet gas alam.  Volume gas asam yang akan diproses.  Spesifikasi residu dari gas alam dan gas asam.  Penghilangan gas asam selektif.  Faktor biaya kapital dan operasi.  Kebijakan/standar lingkungan, yang meliputi peraturan mengenai polusi udara dan bahan kimia berbahaya.

15  Merupakan proses untuk menghilangkan kandungan air (H 2 O) pada gas alam.  Air pada gas alam harus dihilangkan untuk menghindari terjadinya freezing yang dapat mengganggu jalannya proses pencairan.  Proses dehidrasi pada gas alam sangat penting dilakukan berdasarkan tiga aspek berikut :  Gas Gathering  Product Dehydration  Hydrocarbon Recovery

16  Merupakan proses untuk menghilangkan kandungan merkuri (Hg) pada gas alam.  Merkuri pada gas alam harus dihilangkan untuk menghindari terbentuknya endapan (padatan amalgam) jika bereaksi dengan material almunium, dan sifatnya yang beracun (toxic) yang berbahaya bagi lingkungan.  Proses penghilangan kandungan merkuri diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu;  Non Regenerative Processes  Regenerative Processes

17  Proses fraksinasi merupakan proses dimana kandungan material-material hidrokarbon berat (C+) dipisahkan dari gas alam berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya.

18  Merupakan proses untuk menurunkan tempetatur gas alam dengan cara men-transfer panas dari gas alam ke media pendinginnya.  Media pendingin (refrigerant) ini umumnya adalah zat yang memiliki titik didih pada suhu rendah atau bahkan dibawah O°C.

19  Prinsip dasar untuk pendinginan dan pencairan gas alam adalah dengan menyesuaikan sedekat mungkin kurva pendinginan/pemanasan gas proses dengan media pendinginnya.

20  Pemilihan teknologi proses dan peralatan pada sebuah kilang LNG dilakukan berdasarkan beberapa pertimbangan, diantaranya dari segi ; Teknis, Ekonomi, Resiko Teknis, Kondisi Lapangan dan Kandungan material pada gas alam itu sendiri.

21

22

23  Refrigerasi merupakan sebuah metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap berada pada kondisi di bawah temperatur lingkungan.  Pada refrigerasi proses pendinginan akan dilakukan dengan menggunakan bantuan zat pendingin (refrigerant) sebagai media pendinginnya.  Beberapa komponen yang sangat diperlukan dalam refrigerasi diantaranya adalah ; kompresor, kondenser, evaporator, dan katup ekspansi.

24

25

26  Termodinamika : sebuah ilmu pengetahuan yang berkenaan tentang pergerakan daya dari panas (kalor), yaitu kemampuan benda panas untuk menghasilkan kerja (work).

27  Menentukan Kerja Kompresor (W C ) W C = m (h 2 – h 1 ) [kJ/kg] dimana, W C = nilai kerja kompresor m = laju aliran massa h 2 = entalphi pada outlet kompresor h 1 = entalphi pada inlet kompresor

28  Menentukan Laju Aliran Kalor Pada Proses Kondensasi (Q out ) Q out = m (h 2 – h 3 ) [kJ/kg] dimana, Q out = laju aliran kalor pada kondenser h 2 = entalphi pada inlet kondenser h 3 = entalphi pada outlet kondenser

29  Menentukan Laju Aliran Kalor Pada Proses Evaporasi (Q in ) Q in = m (h 4 – h 1 ) [kJ/kg] dimana, Q in = laju aliran kalor pada evaporator h 4 = entalphi pada inlet evaporator h 1 = entalphi pada outlet evaporator

30  Menentukan Koefisien Prestasi (Coefficient Of Performance) COP = (Δ W C )/( ΔQ in ) = [Δ m(h 2 –h 1 ) ]/[ Δ m(h 4 –h 1 ) ] dimana, Δ W C = jumlah total nilai kerja kompresor ΔQ in = jumlah total laju aliran kalor pada evaporator

31  Menentukan Massa Total Refrigerant 100 % mol mix = % mol A + % mol B +…+ % mol n dimana, mol mix = molaritas total refrigerant dalam 100% % mol= molaritas zat dalam persennya  Sehingga perhitungan massa total refrigerant : m mix = ( m A + m B + m C m n ) dimana, m mix = massa total refrigerant m= massa zat penyusun refrigerant

32  Menentukan Entalphi (h) Refrigerant Pada Temperatur Tertentu Menggunakan Persamaan Interpolasi h x = [(h2 – h1)/(T2 – T1)] (Tx – T1) + h1 dimana, hx= nilai entalphi yang ingin diketahui h2= nilai entalphi diketahui yang lebih besar h1= nilai entalphi diketahui yang lebih kecil Tx= nilai temperatur yang ingin diketahui T2= nilai temperatur diketahui yang lebih besar T1= nilai temperatur diketahui yang lebih kecil

33  Menentukan Entalphi Refrigerant Campuran h mix = (m A.h A + m B.h B + m C.h C m n.h n )/(m mix ) dimana, h mix = entalphi total refrigerant m mix = massa total refrigerant m= massa zat penyusun refrigerant h= entalphi zat penyusun refrigerant

34

35

36

37  Menentukan Massa Refrigerant (m) ⇒ 100 % mol mix = % mol A + % mol B + % mol C + % mol D 100 % mol mix = 2,2% mol N2 + 43% mol C1 + 50% mol C2 + 4,8%mol C3

38  Menentukan Massa Refrigerant (m) Tabel Berat Molekul Komponen Penyusun Refrigerant MCR ⇒ molar mass = (% mol)(molecular weight/mol) ⇒ N2 = (1 mol)(0,022) = 0,022 mol N2 = (0,022 mol)(28,134/mol) = 0,616 [gr/mol] ⇒ C1 = (1 mol)(0,43) = 0,43 mol C1 = (0,43 mol)(16,043/mol) = 0,898 [gr/mol]

39  Menentukan Massa Refrigerant (m) ⇒ molar mass = (% mol)(molecular weight/mol) ⇒ C2= (1 mol)(0,50) = 0,50 mol C2= (0,50 mol)(30,069/mol) = 0,15,035 [gr/mol] ⇒ C3= (1 mol)(0,48) = 0,48 mol C3= (0,48 mol)(44,086/mol) = 2,116 [gr/mol] Maka massa molekul total dari refrigerant MCR : ⇒ m mix = ( m A + m B + m C + m D ) [gr/mol] m mix = (0, , , ,116) [gr/mol] m mix = 24,666 [gr/mol] atau ≈ 24,666 [kg/kmol]

40  Menentukan Nilai Entalphi (h) Pada Temperatur Tertentu Dengan Metode Interpolasi. ⇒ h x = [(h2 – h1)/(T2 – T1)] (Tx – T1) + h1 Contoh 1 : Untuk menentukan entalphi N2 pada temperatur 129°K. Berdasarkan tabel nilai entalphi diketahui entalphi N2 pada 0°K = 0 kJ/kmol dan pada 200°K = 5812,8 kJ/kmol. Maka, ⇒ h x = [(5812,8 – 0)/(200 – 0)] (129 – 0) + 0 h x = (29,064) (129) h x = 3749,26 [kJ/kmol]

41  Menentukan Nilai Entalphi (h) Pada Temperatur Tertentu Dengan Metode Interpolasi. Contoh 2 : Untuk menentukan entalphi N2 pada temperatur 152°K. Berdasarkan tabel nilai entalphi diketahui entalphi N2 pada 0°K = 0 kJ/kmol dan pada 200°K = 5812,8 kJ/kmol. Maka, ⇒ h x = [(5812,8 – 0)/(200 – 0)] (152 – 0) + 0 h x = (29,064) (152) h x = 4417,73 [kJ/kmol]

42 Tabel Hasil Perhitungan Nilai Entalphi Komponen Penyusun Refrigerant MCR Dengan Metode Interpolasi

43  Menentukan nilai entalphi (h) campuran dari beberapa jenis refrigerant pada temperatur tertentu ⇒ h mix = (m A.h A + m B.h B + m C.h C + m D.h D )/(m mix ) Contoh 1 : Perhitungan menentukan nilai entalphi refrigerant MCR pada temperatur 313°K. h 1 = ( (0,616)(9103,34)+(0,898)(10577,52)+(0,898)(12741,87)+(2,116)(15966,26)) 24,66 h 1 = (303941,21) / (24,666) h 1 = 12322,33 [kJ/kmol]

44  Menentukan nilai entalphi (h) campuran dari beberapa jenis refrigerant pada temperatur tertentu Contoh 2 : Perhitungan menentukan nilai entalphi refrigerant MCR pada temperatur 344°K. h 1 = ((0,616)(10007,67)+(0,898)(11756,76)+(0,898)(184570,56)+(2,116)(18570,88)) 24,66 h 1 = ( ,92) / (24,666) h 1 = 14012,87 [kJ/kmol]

45 Tabel Hasil Perhitungan Entalphi Refrigerant MCR Terhadap Temperatur

46  Menentukan Kerja Kompresor (W C ) W C = m ( h out – h in ) [kg J/s mol] ⇒ W C1 = m (h 2 – h 1 ) = 0, (14012, ,33) = 297,25 [kg J/s mol] ⇒ W C2 = m (h 4 – h 3 ) = 0, (17263, ,73) = 897,57 [kg J/s mol]

47  Menentukan Laju Aliran Kalor Pada Proses Kondensasi (Q out ) Q out = m (h in – h out ) [kg J/s mol] ⇒ Q intercoler = m (h 2 – h 3 ) = 0, (14012, ,73) = 326,02 [kg J/s mol] ⇒ Q aftercooler = m (h 4 – h 5 ) = 0, (17263, ,73) = 897,58 [kg J/s mol]

48  Menentukan Laju Aliran Kalor Pada Proses Kondensasi (Q out ) ⇒ Q prop. evap. = m (h 5 – h 6 ) = 0, (12158, ,73) = 559,15 [kg J/s mol] ⇒ Q vapor = m (h 6 – h 7 ) = 0, (8978, ,735) = 767,79 [kg/s J/mol] ⇒ Q liquid = m (h 6 – h 8 ) = 0, (8978, ,28) = 626,15 [kg/s J/mol]

49  Menentukan Laju Aliran Kalor Pada Proses Evaporasi (Q in ) Q in = m (h in – h out ) [kg J/s mol] ⇒ Q cold bundle = m (h 8’ – h 7’ ) = 0, (5417, ,73) = 141,64 [kg J/s mol] ⇒ Q cold shell = m (h 1 – h 8’ ) = 0, (12322, ,28) = 1214,13 [kg J/s mol]

50  Menentukan Koefisien Prestasi (Coefficient Of Performance) ⇒ COP = (Δ W C )/( ΔQ in ) = ( W C1 + W C2 )/( Q cb +Q cs ) = (297, ,57)/(141, ,13) = 1194,82/1355,77 = 0,8813 ≈ 88,13%

51  Diagram Hubungan Tekanan Dan Entalphi (P - h)

52  Tahapan proses pada proses pengolahan gas alam hingga menjadi gas alam cair (LNG) adalah proses gas sweetening, dehydration, mercury removal, proses fraksinasi dan proses refrigerasi.  Pada proses analisis termodinamika sistem refrigerasi diketahui bahwa : Massa total refrigerant pada sistem refrigerasi MCR ini adalah 24,66 kg/kmol Besar nilai entalphi refrigerant MCR pada temperatur tertentu dipengaruhi oleh besar nilai temperatur dari refrigerant MCR itu sendiri.

53  Untuk menaikkan tekanan laju refrigerant MCR sebesar 1127,76 KPa pada kompresor tingkat pertama diperlukan kerja kompresi sebesar 297,25. Dan untuk menaikkan tekanan laju refrigerant MCR sebesar 3236,20 KPa pada kompresor tingkat kedua diperlukan kerja kompresi sebesar 897,57.  Besar laju aliran kalor pada proses kondensasi terbesar terjadi pada aftercooler yaitu sebesar 897,58, dan laju aliran kalor kondensasi terkecil terjadi pada intercooler yaitu sebesar 326,02.

54  Besar laju aliran kalor pada proses evaporasi terbesar terjadi pada cold shell bundle yaitu sebesar 1214,13, hal ini dikarenakan pada proses tersebut terjadi proses pencairan gas alam.  Nilai koefisien prestasi (COP) dari sistem refrigerasi ini adalah 88,13 %, yang berarti menunjukkan bahwa sistem refrigerasi beroperasi dalam tingkat efisiensi yang sangat baik.

55  Prinsip kerja dari sistem refrigerasi dan sistem perpindahan panas yang terjadi pada proses pencairan gas alam ini adalah referigerasi dengan metode pemanasan uap lanjut.


Download ppt "Gunawan Widiatmoko 20406317 Jurusan Teknik Mesin UNIVERSITAS GUNADARMA."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google