Placement of heat engine and heat pump in utility system design

Artikel sebelumnya telah membahas mengenai heat engine dan heat pump. Tulisan kali ini akan membahas mengenai penempatan heat engine dan heat pump tsb di dlm sistem utilitas. Jika kedua benda ini ditempatkan pada tempat yg sesuai, maka keperluan energi (baik utk heating maupun cooling) bisa dikurangi.

Pertama, kita akan membahas dulu mengenai tipikal Grand Composite Curve (GCC) yg dihasilkan dr kebutuhan heating dan cooling suatu proses. Gambarnya sbb:

Dpt terlihat di gbr klo kebutuhan heating minimum disimbolkan dgn QH min, sementara kebutuhan cooling minimum disimbolkan dgn QC min. Seperti yg telah dibahas di artikel sblmnya bahwa target minimum utk heating dan cooling ini bisa dicapai dgn desain heat exchanger yg optimal. Pinch temperature adalah titik di mana kurva itu bersinggungan dgn sumbu y, atau sumbu temperature.

Perhatikan heat engine yg diletakkan di daerah above pinch, spt dilihat di gbr berikut. Kita memiliki sumber energi yg bisa digunakan utk menghasilkan kerja (heat engine). Jika temperature hasil expansinya di atas pinch temperature, maka heat hasil dr heat engine tsb bisa digunakan sbg alternative sumber energi yg dpt digunakan sbg salah satu heating utility. Dlm contoh di bawah, temperaturenya bahkan di atas maksimum required process temperature. Dgn begini jelaslah bahwa jika heat engine diletakkan di atas pinch temperature, maka heating utility bisa dikurangi. Ditambah lg kita bisa menghasilkan kerja dr kombinasi heat engine above pinch ini.

Heat engine yg ditempatkan di bawah pinch temperature (below pinch) ditampilkan spt gbr di bawah. Heat yg biasanya didinginkan dgn cooling utility bisa diambil sebagian atau mungkin seluruhnya utk menghasilkan kerja. Dengan begini, penempatan heat engine below pinch akan mengurangi kebutuhan cooling utility.

Heat engine yg diletakkan across pinch terlihat spt gbr di bawah, di mana heat diambil dr daerah di atas pinch, digunakan utk menghasilkan kerja, dan heat sisanya dikembalikan ke daerah di bawah pinch. Sistem ini tetap memerlukan sejumlah heating dan cooling utility yg sama, krn baik heating maupun cooling utility pada akhirnya tidak dikurangi. Hanya ditransfer dgn menggunakan heat engine utk menghasilkan kerja.

 Sehingga kesimpulan penempatan heat engine adalah bahwa heat engine sebaiknya ditempatkan baik di atas (above pinch) maupun di bawah (below pinch) utk menurunkan kebutuhan heating dan cooling utility. Sementara penempatan heat engine di antara pinch temperature (across pinch) tidak akan menghasilkan keuntungan apapun.

Skema penempatan heat pump di atas dan di bawah pinch temperature terlihat di dua gbr berikut. Heat pump yg ditempatkan di atas dan di bawah pinch justru tidak menghasilkan keuntungan apapun. Utk yg di atas pinch, mmg heating utility berkurang sebesar W (work). Akan tetapi tetap diperlukan kerja sebesar W. sementara Qin hanya muter2 aja disana, diambil dr bawah dan dimasukkan lg dr atas.

Hal yg sama terjadi di heat pump below pinch, meskipun terlihat bahwa cooling utility berkurang sejumlah Qin, akan tetapi Qin akan masuk lg dr atas bersamaan dgn kerja dr luar (Work).

Utk heat pump yg diletakkan di daerah across pinch, maka sejumlah Qin akan diambil dr cooling utility dan sejumlah Qin + Work akan diberikan ke heating utility. Dengan kata lain, cooling utility akan berkurang sejumlah Qin. Dan heating utility akan berkurang sejumlah Qin + Work.

Hanya saja, hati2 terhadap Work yg harus diberikan utk memompakan heat dr low temperature region ini ke high temperature region. Seperti yg telah kita lihat di bagian heat pump bahwa efisiensinya sgt tergantung dr seberapa dekat rentang temperature pemindahan ini. Jika rentang ini semakin besar (TH – TL), maka kerja yg harus diberikan akan semakin besar dan efisiensinya pun semakin berkurang. Dan operating cost pun akan menggila.

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: