Membuat kurva komposit aliran (composite curves)

Kurva komposit (composite curves) merupakan representasi dari keseluruhan aliran panas atau dingin yang terdapat di sistem yang akan kita analisis. Data yang diperlukan berupa temperatur awal, temperatur akhir, dan besarnya aliran. Besar aliran ini ditentukan oleh perkalian antara laju alir dan kapasitas kalor aliran tersebut. Di Gambar 3 terdapat contoh cara membuat kurva komposit aliran panas.

Gbr 3

Gambar 3. Contoh pembuatan kurva komposit aliran panas

Seperti yang terlihat di Gambar 3a, aliran #2 mesti diturunkan temperaturnya dari 170oC ke 60oC. Dengan besar aliran 3 kW/K, maka energi yang mesti dipindahkan sebesar 330 kW. Demikian juga dengan aliran #4. Kita bisa melihat juga bahwa kurva aliran #2 lebih landai daripada kurva aliran #4. Hal ini disebabkan oleh aliran #2 yang memiliki nilai CP (m*Cp) lebih  besar daripada aliran #4. Hal ini juga berarti kita bisa memindahkan energi dari aliran #2 lebih banyak daripada aliran #4 untuk rentang temperatur yang sama.

Kita lihat antara 60oC sampai dengan 150oC, kedua aliran tersebut saling bertindihan. Oleh karena itu, di rentang temperatur ini kedua beban energi dari kedua aliran tersebut saling dijumlahkan. Energi totalnya = (150 – 60)*(3+1.5) = 405 kW. Seperti yang telah terlihat di Gambar 3b, di rentang temperatur ini kurvanya paling landai karena nilai CPnya yang paling besar. Kurva aliran dingin juga dibuat dengan cara yang sama.

Hasilnya adalah dua kurva (panas dan dingin) yang bisa kita geser2 sepanjang sumbu x (mendatar). Seperti yang kita ketahui bersama bahwa energi akan pindah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Oleh karena itu, di analisis pinch ini, kurva aliran dingin dapat kita geser2 sepanjang sumbu x selama berada di bawah kurva aliran panas. Jika jarak vertikal antara kedua kurva tersebut kita batasi sebesar 20oC, maka akan terlihat seperti Gambar 4. Nilai 20oC ini lah yang kita sebut sebagai ΔTmin. Dan titik di mana nilai ini terdapat disebut sebagai titik pinch. Titik pinch ini akan terlihat lebih jelas di Gambar 5 jika temperatur masing-masing aliran diubah sesuai dengan nilai ΔTmin yang disepakati. Caranya adalah dengan menurunkan temperatur aliran panas sebesar ΔTmin/2 dan menaikkan temperatur aliran dingin sebesar ΔTmin/2.

Gbr 4

Gambar 4. Kurva komposit aliran (composite curves) untuk ΔTmin = 20oC

Gbr 5

Gambar 5. Kurva komposit aliran dengan temperatur yang telah dimodifikasi sesuai dengan ΔTmin yang diinginkan

Daerah di mana kurva aliran panas (warna merah) dan dingin (biru) mengalami tumpang tindih adalah daerah di mana energi bisa saling dipertukarkan. Daerah di mana aliran panas tidak tertutup oleh aliran dingin adalah jumlah minimal utilitas pendingin. Di contoh di atas nilainya sebesar 105 kW. Daerah di mana aliran dingin tidak tertutupi oleh aliran panas adalah jumlah minimal utilitas pemanas, sebesar 65 kW. Seperti yang kita ketahui bahwa kurva dingin bisa kita geser lagi ke kiri, dengan nilai ΔTmin semakin kecil, sehingga jumlah utilitasnya dapat berkurang lagi. Akan tetapi untuk saat ini kita cukupkan di nilai 20oC saja.

Jika kedua nilai ini kita bandingkan dengan kondisi sekarang (di Gambar 1), maka kita dapatkan nilai di bawah sebagai perbandingan.

Gbr 5aDari analisis pinch ini kita dapatkan bahwa dengan ΔTmin sebesar 20oC kita seharusnya cukup menggunakan utilitas pemanas kurang dari setengah dari konsumsi energi sekarang ini. Demikian juga untuk utilitas pendingin di mana kita juga bisa memotong hampir setengahnya. Jumlah utilitas yang muncul dari analisis pinch ini adalah jumlah utilitas minimum yang bisa kita capai dalam batas termodinamika ini. Pertanyaan yang akan kita bahas nanti adalah bagaimana menyusun sistem pertukaran kalornya agar nilai minimum ini tercapai.

Di beberapa kasus akan terdapat bahwa nilai ΔTmin ini tidak bisa diaplikasikan untuk seluruh aliran, seperti di contoh ini. Beberapa aliran bisa menggunakan ΔTmin yang lebih kecil, sementara yang lain lebih besar. Oleh karena itu kita bisa mengubah temperatur masing2 aliran selama nilainya bisa diterima secara praktik. Inilah yang disebut sebagai kontribusi masing2 aliran terhadap ΔTmin (ΔTmin contribution).

Tulisan berikutnya adalah melihat lebih dalam ke kurva komposit ini di prinsip plus-minus.

Leave a Comment