bab 2 pemilihan var perancangan#1.pdf

1

01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK)

Program Studi Teknik Kimia UNLAM

2

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 2

Jika jumlah variable perancangan dan jumlah persamaan perancangan tidak terlalu banyak, maka pemilihan harga variable-variable perancangan dan penentuan susunan aliran informasinya dapat dilakukan secara langsung dengan pemeriksaan

Jika banyak

3

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 3

Tetapi jika jumlah variable perancangan dan jumlah persamaan perancangan yang banyak, maka pemilihan harga variable dan penentuan susunan aliran informasinya sangat sulit bila dilakukan dengan pemeriksaan

membuat tabel yang disebut structural array

4

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 4

Tabel structural array ini menerangkan struktur persamaan perancangan yang akan dipotong (be dissected). Kolom-kolom dari array menunjukkan semua variable yang

ada dalam persamaan. Baris-baris dari array menunjukkan semua persamaan

perancangan. Tanda “X” menandakan bila suatu variable muncul di dalam

persamaan perancangan.

baris

kolom

5

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 5

W1 1 W2 2

Fluida panas

Fluida dingin 3

4 Persamaan-persamaan perancangan yang ada berjumlah 7 buah: 1. Q=UA(t)lm 2. 3. W1=W2 kekekalan massa 4. W3=W4 kekekalan massa 5. Q=W1Cp (t1-t2) energi yang dipindahkan di antara dua arus 6. Q=W3Cp (t4-t3) energi yang dipindahkan di antara dua arus U merupakan fungsi dari flow rates dan sifat-sifat fluida (yang merupakan fungsi suhu) dan jenis HE. 7. U=U(W1…W4, t1…t4, K)

Total derajat kebebasan adalah F=M-N= 13-7 = 6

6

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 6

W1 1 W2 2

Fluida panas

Fluida dingin 3

4 Jumlah variable-variable utama ada 13 buah, yaitu: 1. K, macam HE (double pipe, shell and tube, dsb) 2. Q, panas yang ditransfer 3. A, luas transfer panas 4. U, overall heat-transfer coefficient 5. W1, kecepatan aliran massa fluida 6. W2, kecepatan aliran massa fluida 7. W3, kecepatan aliran massa fluida 8. W4, kecepatan aliran massa fluida 9. t1, suhu 10. t2, suhu 11. t3, suhu 12. t4, suhu 13. (t)lm, log mean temperature difference (LMTD

7

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 7

K Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X X

Ditetapkan oleh lingkungan

Dipilih sebagai variable perancangan

8

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 8

Empat variable yang telah ditetapkan yaitu: W1=1000 lb/jam t1=200oF t2=100oF t3=60oF

Variable K (jenis HE) dipilih sebagai variable perancangan yang bebas ditentukan oleh perancang.

Selanjutnya memilih secara sistematik variable-variable perancangan yang dapat dihitung dari persamaan-persamaan, sehingga akhirnya tinggal tersisa sebuah derajat kebebasan

9

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 9

Algoritmanya adalah sbb: 1. Tentukan kolom yang hanya memuat satu tanda silang

(X) serta coretlah kolom dan baris yang mengandung “X” tersebut. Peubah yang tercoret adalah peubah yang terhitung dari persamaan itu.

2. Ulangi langkah 1 di atas, sampai semua persamaan habis.

Variabel-variabel yang tidak tercoret adalah variable-variabel perancangan sistem yang dipelajari.

Dengan cara ini dihasilkan urut-urutan persamaan yang harus diselesaikan, dimana urut-urutan ini merupakan kebalikan dari urut-urutan pencoretan persamaan.

10

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 10

Jika tidak semua persamaan dapat dicoret, maka terdapat sebuah recycle loop yang tidak dapat dicoret dengan pemilihan variable-variabel perancangan yang tepat, sehingga persamaan-persamaan tertentu harus diselesaikan secara simultan.

Contoh pemakaian algoritma di atas untuk HE yang telah dibicarakan di depan adalah:

11

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 11

Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X

Tahap I

I II

1 7 A

12

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 12

Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X

Tahap II dan Tahap III

I II III

1 7 A

7 6 U

2 5 tm

13

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 13

Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X

Tahap IV, V, VI

IV V VI I II III

14

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 14

Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X

Tahap VII

IV V VI I II III

15

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 15

Q A U W1 W2 W3 W4 t1 t2 t3 t4 (t)lm

1 X X X X

2 X X X X X

3 X X

4 X X

5 X X X X

6 X X X X

7 X X X X X X X X X

Tahap VII

IV V VI I II III

16

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 16

W3 tidak tercoret, maka W3 merupakan variable perancangan. Angka romawi menunjukkan urutan pencoretan • Pencoretan VII hitung Q dari pers (5) • Pencoretan VI hitung t4 dari pers (6) • Pencoretan V hitung W4 dari pers (4) • Pencoretan IV hitung W2 dari pers (3) • Pencoretan III hitung (t)lm dari pers (2) • Pencoretan II hitung U dari pers (7) • Pencoretan I hitung A dari pers (1)

17

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 17

Urut-urutan perhitungan adalah :

W3

Variable perancangan

4

6

3

5

2

7

1 A

Q1

t4

W4

W2

U

(t)lm

18

Program Studi Teknik Kimia UNLAM 01/03/2015

Analisis Sistem Teknik Kimia (ASTK) 18

Ternyata bahwa luas transfer panas (A) pada HE bukanlah merupakan variable perancangan yang baik, karena pemilihan A sebagai variable perancangan akan memaksa perancang menghadapi perhitungan yang sulit, karena persamaanpersamaan perancangan harus diselesaikan secara simultan.