Metal Silver - Digilib ITS

INTEGRASI
PANAS
TEKNIK
MITAGASI
Latar
Belakang
TEKNIK
OPTIMASI
FOULING
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 2
Permasalahan dari Tugas Akhir ini adalah
Bagaimana Cara Mengoptimasi Jadwal
Pembersihan HEN menggunakan PSO
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 3
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah
Menentukan
Jadwal Pembersihan HEN yg Optimum
Menggunakan PSO.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 4
1. Pekerjaan ini fokus pada optimasi jadwal
pembersihan HEN menggunakan metode PSO
2. Model HEN dan resistansi fouling yang telah
divalidasi menggunakan desertasi sebelumnya *
3. Fungsi tujuan optimasi jadwal pembersihan HEN
merujuk pada peneli sebelumnya *
4. Nama perusahaan dan minyak mentah tidak
disebutkan dalam laporan ini karena data bersifat rahasia.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 5
Definisi :
 Suatu kumpulan dari HE dalam satu sistem
 Fungsi dari HEN adalah untuk memulihkan panas fluida sebelum masuk ke
dalam kolom destilasi (CDU)
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 6
Teori :
• Fouling merupakan pembentukan lapisan deposit pada HE yang
mengakibatkan performance HE menurun.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 7
• Perumusan masalah optimasi pembersihan HEN dirumuskan untuk
menghemat penggunaan energi dan biaya pemeliharan semaksimal
mungkin.
• Perumusan fungsi tujuan dibagi dalam 2 katagori
1. Memaksimalkan pemulihan panas
2. Meminimalisir energi yang hilang ketika beroperasi
Salah satu fungsi tujuan yang telah dirumuskan oleh peneliti sebelumnya
tf
Nc
0
j
Obj   {C E QF (t )  Cm (t )  C x (t )}dt   Cc, j
Keterangan:
Nc
Cc
Q
,Cx
= Biaya energi ekstra yang disebabkan fouling
= Biaya pemeliharaan dan biaya energi yg hilang
= Interval pembersihan HE dari 0 - TF
= Biaya pembersihan
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 8
• Optimasi merupakan suatu tindakan yang mengakibatkan suatu
perubahan ke arah yang labih baik dari pada sebelumnya.
• Particle swarm optimization (PSO) ialah teknik komputasi evolusioner
yang dikembangkan oleh Kennedy dan Eberhart pada tahun 1995.
merupakan sekumpulan partikel yang membentuk populasi sosial
atau sering digambarkan dengan sekumpulan burung pada suatu
populasi sosial.
• Parameter PSO terdiri dari ukuran jumlah partikel, fungsi tujuan, Pbest,
Gbest, faktor inersia, Posisi partikel dan Kecepatan Partikel
x
x
x
x
x x x
x
x x
x
x x
x x x
xx
xxx
x
Gambar 3 Ilustrasi Konsep PSO
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 9
Gambar 3 Flowchart metodologi peneltian
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 10
Persamaan perpindahan panas
Q = Ua A F ΔTLM
Keterangan :
Q = Heat Duty (W)
Ua = Nomor Penukar Panas
A = Heat Transfer Area (m2)
F = LMTD Correction Factor
ΔTLM = Log Mean Temperature Difference (LMTD) (oC)
Persamaan LMTD

T
LMTD 
h ,o
 Tc ,i   Th ,i  Tc ,o 
 Th ,o  Tc ,i
ln
 T T
c ,o
 h ,i




Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 11
Persamaan koefesien perpindahan panas
d o R f,i
d
1
 o 
Ua dihi
di









d
d o ln o
di


2k w



 R  1
f,o
ho
Keterangan :
Rf,i
= Resistansi Fouling bagian dalam
Rf,o
= Resistansi Fouling bagian luar
hi
= Koefisien perpindahan panas tube-side film
ho
= Koefisien perpindahan panas shell-side film
Ua
= Koefisien perpindahan panas keseluruhan
kw
= Konduktifitas panas dari dinding tube
do
= Diameter terluar dari tube
di
= Diameter dalam dari tube
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 12
Solusi model penukar panas yang diasumsikan dalam
keadaan steady state
Dengan nilai k1 dan k2
k1 
mh c p , h
mc c p ,c
k2 
UA
mh c p , h
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 13
• Pemodelan fouling menggunakan persamaan sigmoidal boltzmann
Gambar 5 kurva sigmoidal boltzman
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 14
• Penurunan tekanan aliran fluida dipengaruhi oleh ketebalan resistansi
foulant dan laju aliran massa fluida
Wp 
qp f

Keterangan :
q = Volme laju aliran fluida
Wp = Besar usaha pompa bekerja
Δpf = Penurunan tekanan saat kondisi kotor
Δpc = Penurunan tekanan saat kondisi bersih (Datasheet)
η = efesiensi pompa.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 15
min J


 CE   Qncl, t  Qnwcl
yn , t    CCl , n , j (1  yn , t ) Cp   WPn ,t 
,t
N E N tf
n 1t 1
N E N c, n
N E N tf
n 1 J 1
n 1t 1
Nc, n
Keterangan :
CE
= Biaya energi
CCl
= Biaya pembersihan
Cp
= Biaya dari pompa yang bekerja
NE
= Jumlah penukar panas dalam HEN
Nc, n
= Jumlah pembersihan HE untuk n tahun pada periode operasi yang diberikan
Ntf
= Jumlah hari (Waktu Horizon)
= Perpindahan panas dalam n pada waktu t dalam kondisi bersih
c
= Perpindahan panas dalam n pada waktu t dengan jadwal pembersihan
Wp
= Kinerja pompa yang bertambah
Y
= Status dari masing-masing HE, 1 jika unit bekerja dan 0 jika unit tidak bekerja
n
= 1,2 … NE nomor penukar panas
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 16
Jumlah partikel yang digunakan untuk mengoptimasi jadwal pembersihan
ditentukan berdasarkan hasil yang lebih baik. Dimensi dalam PSO digunakan untuk
mewakili periode pembersihan dari masing – masing penukar panas.
Nilai Bobot Inersia
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 17
Gambar 6 merupakan grafik dari hasil perhitungan fungsi tujuan (fitness)
menggunakan 25 partikel dengan 100 iterasi.
Nilai fitness merupakan jumlah biaya pemulihan energi, biaya pembersihan,
dan biaya pompa bekerja. Kondisi konvergen didapatkan ketika nilai fitness
berkisar 1.32 x 107 ketika iterasi ke 54.
Gambar. 6 Grafik nilai fitness dari fungsi tujuan optimasi
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 18
Optimasi jadwal pembersihan jaringan penukar panas (HEN) dilakukan
selama periode 44 bulan. Posisi terbaik keseluruhan partikel atau disebut
dengan Gbest dari hasil optimasi jadwal pembersihan HEN
direpresentasikan pada table 1
TABEL I
Posisi Terbaik Keseluruhan Partikel (Gbest)
E-01 E-02 E-03 E-04 E-05 E-06 E-07 E-08 E-09 E-10 E-11
16
24
28
9
5
9
28
5
9
5
24
TABEL II
Interval Pembersihan masing – masing HE
E-01 E-02 E-03 E-04 E-05 E-06 E-07 E-08 E-09 E-10 E-11
2
1
1
4
8
4
1
8
4
8
1
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 19
Resistansi fouling setiap penukar panas memiliki nilai yang berbeda, hal ini
disebabkan oleh kecepatan fluida dan suhu pada dinding atau film
bervariasi.
Dapat diketahui bahwa resistansi fouling tertinggi terjadi pada penukar panas
E-05 sedangkan resistansi fouling terendah terjadi pada penukar panas E-10.
Gambar. 9 Resistansi fouling penukar panas saat kondisi kotor
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 20
profil kinerja pompa setelah dilakukan optimasi pembersihan, kinerja
pompa mendekati saat kondisi kinerja pompa dalam keadaan bersih
tanpa adanya resistansi fouling.
45
40
Proses Pembersihan
35
Proses Pembersihan
W pump (Wk)
30
25
20
15
10
5
0
1
101
201
301
401
501
601
701
801
901
1001
1101
1201
1301
Waktu (Hari)
Kondisi Bersih
Kondisi kotor
Kondisi Jadwal Pembersihan
Gambar. 10 Profil kinerja pompa di HE-01 setelah dilakukan optimasi jadwal pembersihan.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 21
Perubahan profil koefesien perpindahan panas mengikuti jadwal
pembersihan penukar panas. Penukar panas setelah dilakukan proses
pembersihan diasumsikan kembali ke kondisi saat penukar panas dalam
keadaaan bersih tanpa fouling.
Proses Pembersihan
Proses Pembersihan
Gambar 4.8 Profil koefisien perpindahan panas HE-01 setelah dilakukan optimasi
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 22
Tingkat perpindahan panas atau heat duty dipengaruhi oleh koefesien
perpindahan panas dan perubahan nilai log mean temperature difference
(LMTD).
Hasil perubahan heat duty untuk HE-01 direpresentasikan pada gambar 11.
Grafik heat duty HE- 01 dalam kondisi kotor mengalami penurunan dari waktu
ke waktu
90
Perpindahan Panas Keseluruhan (MW)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
101
201
301
401
501
601
701
801
901
1001
1101
1201
1301
Waktu(Hari)
Kondisi Bersih
Kondisi Kotor
Kondisi Dibawah jadwal pembersihan
Gambar. 11 Heat duty dalam kondisi bersih, kotor, dan setelah di optimasi
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 23
Penghematan Ekonomi = ( RE (cs) - RE (f) ) - ( CC(cs) – CC(f) ) - ( PC(cs) – PC (f) )
Keterangan;
RE
= Energi yang dipulihkan
CC
= Biaya pembersihan
PC
= Biaya dari pompa yang bekerja
cs
= Kondisi cleaning schedule
f
= Kondisi kotor
• Total Penghematan Ekonomi yang dicapai dalam tugas akhir ini adalah
$ 1.236 juta dolar USD
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 24
TABEL III
Perincian biaya energi yg dipulingkan, biaya pembersihan, dan biaya kinerja pompa
Kondisi
Recovered Energy
($)
Cleaning cost
($)
Pumping cost ($)
Bersih
23.437.800
0
236.909
Kotor
18.570.433
0
596.365
Cleanning
Schedul
21.138.727
1.478.400
449.504
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 25
Perbandingan Optimasi jadwal pembersihan HEN menggunakan metode PSO
dengan metode preventive maintenace
No.
Optimasi dengan PSO
Preventive Maintenance
1.
Cenderung digunakan
untuk optimasi kinerja
Cenderung digunakan
untuk Reability
2.
Jadwal perawatan
tergantung dari prediksi
dari pemodelan yang
dibuat
Jadwal perawatan
tergantung dari umur dari
peralatan
3.
Jadwal perawatan tidak
teratur, tergantung dari
prediksi dari pemodalan
yg dibuat
Jadwal perwatan tertatur,
tergantung dari umur
peralatan tersebut
disimpan
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 26
1. Pengoptimasian Jadwal pembersihan jaringan penukar panas dilakukan
berdasarkan pemodelan HEN, Resistansi Fouling, dan perumusan fungsi
tujuan
2. Jadwal pembersihan dari masing – masing HE setelah dilakukan optimasi
menggunakan PSO dalam periode 44 bulan adalah HE-01(16), HE-02(24),
HE-03(28), HE-04(9), HE-05(5), HE-06(9), HE-07(28), HE-08(5), HE-09(9),
HE-10(5), HE-11(24).
3. Penghematan ekonomi yang dihasilkan selama 44 bulan setelah dilakukan
optimasi adalah $ 1.236 juta dolar USD.
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 27
THANK YOU
Here comes
yourS-1
footer
PROGRAM
STUDI
TEKNIK FISIKA ITS
Page 28