Maksudnya Pinch Analysis?

Pinch analysis awalnya merupakan teknik yg dikembangkan utk mendapatkan gambaran menyeluruh (overview) mengenai:

  • kebutuhan energi utk pendinginan (cooling utility),
  • pemanasan (heating utility), dan
  • berapa jumlah energi yg bisa digunakan (energy recovery) di antara aliran2 proses yg ada.

Perkembangan selanjutnya di dunia Process Integration (PI) membuat pinch analysis ini diadaptasi utk keperluan2 lainnya selain energi, spt water pinch, hydrogen pinch, CO2 pinch utk carbon foot print, dan O2 pinch utk wastewater requirement. Detail ttg teknik ini bisa dibaca di buku2 teks ttg PI. Tulisan kali ini cm mau mengupas point2 yg mnrt saya penting.

Teknik pinch analysis ini digunakan stlh perhitungan energy and material balance-nya lengkap. Bisa diaplikasikan utk grassroot designs dan jg retrofit designs. Pengambilan data yg tepat menjamin penggunaan pinch analysis yg lbh baik. Dgn menggunakan data2 dan perhitungan ini di pinch analysis, kita bisa melihat berapa target jumlah energi recovery yg bisa dicapai, cooling, dan jg heating utility-nya.

Berikut ini contoh sederhana dgn data yg dicuplik dr “Introduction to Pinch Technology” oleh Linnhoff March.

Aliran (stream) proses dinamakan sbg hot stream jika kita bertujuan utk menurunkan temperature-nya. Contohnya aliran H1 yg ingin diturunkan dr 180oC ke 80oC dan H2 (dr 130oC ke 40oC). Demikian sebaliknya utk cold stream, di mana kita ingin agar temperature-nya dinaikkan. Contohnya C1 (dr 60oC ke 100oC) dan C2 (dr 30oC ke 120oC). Data lebih lengkapnya sbb:

Pertanyaan terbesarnya adalah apa yg harus kita isi di kotak dgn 3 tanda tanya tsb? Apakah kita akan lgsg menggunakan heating utility (misalnya steam) utk memanaskan cold stream dan cooling utility (misalnya cooling water) utk mendinginkan hot stream? Klo iya, maka total heating utility yg diperlukan adalah 5600 kW dan cooling utility sebesar 6440 kW.

Nah, sblm mengaplikasikan pinch analysis, kita mesti menentukan terlebih dahulu berapa perbedaan temperature yg diperbolehkan sbg batas minimum utk transfer energinya. Di banyak aplikasi industri, nilai ini cukup bervariasi. Ada yg 10oC, 20oC, dan bahkan ada yg 2oC utk Plate and Frame HE dgn heat transfer coefficient yg sgt tinggi (referensinya saya lupa J). Di contoh ini kita pake 10oC aja.

Dari data ini kita akan buat composite curves utk hot dan cold streams. Composite curves ini merupakan representasi dr keseluruhan aliran proses hot (hot composite curve) atau cold (cold composite curve). Cara membuatnya bisa dibaca di literature dan hasilnya spt ini:

Garis biru adalah cold composite curve dan garis merah adalah hot composite curve. Kedua kurva memiliki jarak terdekat (pinch) sebesar 10oC, berdasarkan nilai yg kita tentukan td. Dengan cara ini mmg yg namanya pinch (jepit) tidak terlihat dgn jelas.

Data energi di atas bisa kita modifikasi sesuai dgn besarnya minimum temperature difference yg kita tentukan. Data temperature hot streams kita turunkan sebesar 10oC/2 = 5oC, dan data temperature cold streams kita naikkan jg sebesar 5oC. Hal ini dilakukan utk mendekatkan kedua kurva di atas sehingga saling bersentuhan. Modifikasi data ini jg digunakan utk cara lain (misalnya cascade di transshipment model) dlm menentukan titik pinch (pinch point).

Data modifikasinya sbg berikut:

Dr gambar modifikasi ini, pinch pointnya terlihat dgn sgt jelas. Daerah di mana kedua kurva saling overlap adalah daerah utk recovery energy. Daerah di mana cold composite curve tidak tertutupi oleh hot composite curve adalah daerah di mana kita harus menggunakan heating utility. Sementara daerah di mana hot composite curve tidak tertutupi oleh cold composite curve harus kita penuhi dgn cooling utility.

Final overview dr keseluruhan aliran hot dan cold ini bisa dilihat di gbr berikut. Nilai2 yg kita dapat ini merupakan target yg bisa kita capai dgn menggunakan minimum temperature difference 10oC. Minimum heating utility yg bisa kita capai sebesar 960 kW. Nilai ini jauh lbh kecil drpd nilai awal yg 5600 kW. Minimum cooling utilitynya turun jauh dr 6440 kW jd 120 kW. Maksimum energi yg bisa kita gunakan kembali sebesar 5480 kW. Jadi, dgn menerapkan pinch analysis ini kita bisa mengetahui sebesar apa energi yg bisa kita gunakan kembali dan energi yg sbnrnya perlu kita berikan ke system (heating and cooling utilities).

Memvariasikan nilai minimum temperature difference akan membuat cold composite curvenya bergeser ke kanan dan ke kiri. Semakin kecil nilainya (misal: 2oC), maka cold composite curve akan bergeser ke kiri, yg berarti akan semakin besar energy recovery dan semakin kecil utilities yg diperlukan. Demikian sebaliknya jika nilai minimum temperature differencenya kita naikkan (misal: 20oC), kita akan memerlukan utilities yg lbh besar lg dgn maximum energy recovery yg lbh kecil.

Nah, setelah kita tau berapa target yg bisa kita capai, pertanyaan selanjutnya adalah bagaimana kita bisa mendesain HE yg diperlukan? Aliran hot mana yg mesti dipasangkan dgn aliran cold yg mana? Di tulisan selanjutnya ttg desain Heat Exchanger Network (HEN design), akan diberikan petunjuk2nya. Dan petunjuk2 itu didasarkan pada gambar di atas ini.

8 Comments (+add yours?)

  1. David
    Jan 12, 2015 @ 15:51:28

    mau nanya pak..
    bapak bikin composite curvenya pake software apa?
    terima kasih

    Reply

    • zapthegreat
      Jan 12, 2015 @ 22:11:50

      Pak David,

      Saya bikin composite curve dan semua perhitungan di atas pake excel. Klo mau software edukasi ttg heat integration, coba lihat “hint” untuk “heat integration”.

      Terima kasih,
      Zulfan

      Reply

  2. David
    Jan 13, 2015 @ 12:15:48

    bisa minta tolong pak step by stepnya kebetulan Tuga akhir saya ttg pinch analysis soalnya pas saya coba di excel aneh gambarnya..
    ada 10 Heat exchanger pak

    Reply

    • zapthegreat
      Jan 16, 2015 @ 06:21:12

      Pak David,

      Kenapa gambarnya bisa aneh? Klo kita udah tau titik yg pentingnya di mana (Temp dan Q), pasti bisa. Kok bisa tau ada 10 heat exchanger padahal composite curvenya blom ada? Udah desain dulu sebelum bikin composite curve? Coba kirim ke email saya datanya (ke orang.mantab@gmail.com).

      Terima kasih,
      Zulfan

      Reply

  3. David
    Jan 16, 2015 @ 12:41:17

    Terima kasih pak atas jawabannya.
    jadi ini plantnya sudah ada,saya sedang mencoba menghitung efisiensi dari desain yang sudah ada dan mengoptimasinya kalau memang nanti dari hasil pinch analysis menunjukkan bahwa desain yang sudah ada kurang efisien.dan perlu diredisgn kembali.
    baik pak saya kirimkan.

    Reply

  4. zapthegreat
    Jan 16, 2015 @ 22:49:47

    Klo spt ini kita mesti cari data berapa energi yg diperlukan sekarang ini utk heating dan cooling. Lalu dari data yg ada, keperluan sebenarnya utk setiap stream (utk heating dan cooling), kita bikin composite curve. Dari situ kita bisa tau berapa target minimal sbnrnya utk heating dan cooling. Perbedaan antara data heating dan cooling utility dgn heating dan cooling utility dari pinch analysis inilah yg perlu kita cari tau kenapa.
    Apakah salah desain, apakah mmg ada bbrp hal yg mmg tidak memperbolehkan stream to stream heat exchange, apakah jaraknya terlalu jauh, terlalu sulit, dsb.
    Nanti saya coba lihat datanya ya. Sampe skrg udah sampe di mana analisisnya? Ini tugas akhir KP?

    Reply

  5. David
    Jan 19, 2015 @ 12:10:42

    sampe sekarang sudah saya coba untuk mengcascade kn semua streamnya pak.
    cuma saya bingung bikin composite curve sama grand composite curve.
    ini tugas akhir pak.

    Reply

  6. zapthegreat
    Jan 19, 2015 @ 22:20:09

    Di file yg dikirim ke saya, unit data enthalpynya gak ada. Klo saya lihat, data streamnya sptnya diambil dr data HE yg udah ada. Pengambilan data spt ini tidak benar.
    Coba perhatikan ada berapa banyak cold stream yg Anda punya dan ada berapa banyak hot stream yg Anda punya. Lalu, datanya dibuat berdasarkan hot stream dan cold stream ini. Klo ini bisa dijawab dgn benar, maka Anda udah berada di jalan yg benar🙂 Coba baca lagi artikel saya ini ttg mendefinisikan hot stream dan cold stream.

    Reply

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: