## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:
PERANCANGAN KONDESOR TIPE SHELL DAN TUBE DENGAN PENDINGIN AIR KAPASITAS 5 KG
Yohan, Hanif Nur Abdilah , Mulyadi, Fifit Astuti Program Studi Teknik ,Universitas Pamulang
Pamulang, Jl. Surya Kencana No.1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail :  dosen01358@unpam.ac.id
Masuk : 21 Februari 2022 Direvisi :  6 Maret 2022             Disetujui : 29 Maret 2022
Abstrak : Perancangan  Kondensor  bertujuan  untuk  mengetahui  cara  desain kondensor untuk pirolisis ,  yang dihasilkan  dari  proses kondensasi dan  mengetahui  efektifitas  kondensasi  yang  dihasilkan.  Perancangan  ini mengambil analisis data dari reaktor sebelumnya dengan nilai suhu gas masuk 200°C , suhu gas keluar 35°C, suhu air  masuk  25°C,  suhu  air  keluar  50°C.  Dengan  data  yang  direncanakan  kemudian  bisa  dihitung  luas  penampang perpindahan panas, ukuran shell dan tube. Menggambar kondensor menggunakan autocad pada  kondensor dengan reaktor. Pada perancangan ini menghasilkan jumlah tube sebanyak 48 tube dengan luas permukaan 0,754 m2 dengan pembuangan kalor sebesar 104500 watt dan kekuatan bahan tube dengan tekanan 3 bar digunakan material SS201 dengan tegangan geser 197 Gpa dengan memenuhi kelayakan dan keamanan pakai.
Kata Kunci : Pirolisis, Kondensor, shell dan tube, dan konduksi.
Abstract : Condenser design aims to determine how to design a condenser for pyrolysis, which is produced from  the  condensation  process  and  to  determine  the  effectiveness  of  the  resulting  condensation.  This design takes data analysis from the previous reactor with the inlet gas temperature value of 200°C, outlet gas  temperature  35°C,  inlet  water  temperature  25°C,  outlet  water  temperature  50°C.  With  the  planned data, the heat transfer cross-sectional area, shell and tube sizes can be calculated. Drawing a condenser using  autocad  on  a  condenser  with  a  reactor.  In  this  design,  the  number  of  tubes  is  48  tubes  with  a surface area of  0.754 m2 with heat dissipation of 104500 watts and the strength of the tube material with a pressure of 3 bar used SS201 material with a shear stress of 197 Gpa fit to the feasibility and safety of use.
Keywords: Pyrolisis, Condenso, shell and tube, and conduction.

## PENDAHULUAN
Konversi sampah plastik dengan mengubah menjadi cair yang kualitas sama dengan minyak adalah solusi ekonomis  dan  ramah  terhadap  lingkungan.  Pada  akhir  ini  terdapat  pergeseran  pengembangan  para ilmuwan    dan  aplikasi  pada  pemakaian  plastik  sehari-hari.  Pada  masa  modern  ini  dan  jaman  yang diistilahkan  “  jaman  plastik  ”disebabkan  plastik  merupakan  material  klasik  yang  banyak  digunakan
hampir di setiap bidang. Upaya mengatasi sampah plastik yang terakumulasi, sampah plastik dikomversi ke  produk  yang  lebih  menguntungkan  seperti  bahan  kimia,  bahan  bakar  dan  energi  [1].  Beberapa alternatif  yang  dipilih  untuk  menangani  pengolahan  kembali  limbah  plastik  dengan  cara recycle dan energy  recovery .Proses  konversi  yang  dipilih  yaitu  pirolisis  merupakan  metode energy  recovery .  Pada pirolisis,  parameter  merupakan  hal  terpenting  dalam  menoptimalkan  hasil  produk  seperti  temperatur, tekanan,  jenis  reaktor,  waktu,  katalis,  jenis  daln  laju  aliran  gas.  Dalam  Disain  reaktor  yang  yang  perlu diperhatikan  adalah  desain  pencampuran,  katalis,  waktu,  perpindahan  panas  dan  reaksi  yang terjadi  [2]. Hal  ini  bisa  dilakukan  karena  pada  dasarnya  plastik  berasal  dari  minyak  bumi,  sehingga  dapat dikembalikan ke bentuk semula. Selain itu plastik juga mempunyai nilai kalor cukup tinggi, setara dengan bahan  bakar  fosil  seperti  premium  (bensin)  dan  solar.  Kuantitas  energi  yang  terkandung  dalam  1m 3 Polypropilen, Polyethylen, Polystiren masing-masing memiliki nilai kalori 86,58, 81,09, dan78,89 MJ/m 3 [3].  Apabila  rata-rata  setiap  mahasiswa  unpam  menghasilkan  sampah  0,3  kg  per  hari,  maka  sampah plastik yang di hasilkan dari jumlah mahasiswa 75.152 dan dosen 2.024 sekitar 15 ton sampai 20 ton per hari.  Kuantitas  sampah  ini  dapat  dimanfaatkan  untuk  menerapkan  hasil  karya  penelitian  yang  berupa modul teknologi pirolisis yang sederhana dengan pengoperasian yang mudah. Harapannya pihak unpam dapat  mengelola  sampah  secara  mandiri  sehingga  permasalahan  sampah  dapat  segera  terselesaikan. Produksi sampah perhari yang diprediksi sekitar 15 ton yang dikaitakan dengan banyaknya sampah yang dihasilkan  dari  mahasiswa.  Jumlah  sampah  yang  banyak  menjadi  susah  dikendalikan  dan  perlu  adanya pemahaman terhadap mahasiswa tentang dampak lingkungan akibat permasalahan sampah. Kegiatan ini bertujuan  untuk  mengenalkan  teknologi  kondensor  shell  and  tube  untuk  pirolisis  yang  bertujuan  untuk mengolah  sampah  plastik  menjadi  gas  yang  sama  nilainya  dengan  solar  atau  bensin  /  premium  yang terdapat  nilai  ekonomis.  Kondensor  yang  sering  dibuat  adalah  jenis  spiral  tube  dan  mempunyai kelemahan  dalam  hal  sulitnya  dicleaning  disebabkan  permanen  pada  kontruksinya  dan  dapat mengakibabkan scaling pada pemakaiannya.konsep keseimbangan energi antara pendingin dan pemanas gas pirolisis pada penukar kalor tipe shell and tube ditentukan laju alir gas dan panjang pipa. Karakteristik kinerja shell and tube penukar kalor dapat disimulasi dengan menggunakan CFD kode ANSYS CFX 20.2 dibawah  kondisi  operasi  nominalnya  [4].  Kondesor  tipe  shell  dan  tube  merupakan  kondesor  (penukar kalor)  yang  dapat  didesain  dengan  manfaat  mudah  dibersihkan  dan  dibongkar  pasang  sehingga  sangat cocok  untuk  apikasi  produksi.  Pada  penelitian  sebelumnya  dilakukan  oleh  salvi,  dkk  pada  tahun  2021 dalam pemisahan minyak organik volatil menggunakan kondensor sistem shell and tube tipe counter flow dimana shell dapat dipisahkan agar dapat dibersihkan pada permukaan luar kondensor penukar kalor [5]. Oleh karena itu kegiatan ini dilakukan perancangan kondensor tipe shall dan tube dengan kapasitas yang dipelukan dalam jumlah sampah yang akan dikonversi menjadi bahan bakar.

## METODOLOGI
Proses  pirolisis  untuk  mengubah  plastik  menjadi  gas  yaitu  dengan  memanaskan  bahan  plastik dengan suhu diatas 400°C agar plastik dapat berubah menjadi gas dengan melakukan pemanasan berada diruangan tanpa oksigen. Pada proses tersebut  rantai panjang hidrokarbon akan terpotong menjadi rantai pendek.  Apabila  suhu  sudah  tercapai  untuk  mengubah  gas  menjadi  cair  diperlukan  proses  kondensasi dengan  menurunkan  suhu  gas  dengan  tabung  pendingin  atau  kondensor  Kondensor  pada  penelitian  ini adalah tipe shell dan tube. Pada tahap ini metode perancangan dilakukan untuk mengetahui dimensi tube, shell,  dari  kecepatan  alir  fluida  pada  proses  pirolisis  yang  digambarkan  pada  Gambar  1.  ilunstrasi perancangan model kondesor tipe shell and tube .
3. Perhitungan Luas Penampang
𝑄 = 𝑈𝑥𝐴𝑥𝐿𝑀𝑇𝐷 ............................................................................(3) 𝐴 = 𝑄 𝑈𝑥𝐿𝑀𝑇𝐷 = 10450 𝑊 268 𝑊/𝑚℃𝑥51,66℃ = 10450 𝑚 13844,88 = 0,75479 𝑚 2
Gambar 1. Kondesor tipe shell and tube

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan kondensor  telah diperoleh dengan kalkulasi keseimbangan energi pada kalor yang diabsoprsi  dan  kalor  yang  dibuang    menggunakan  fluida  air  dan  kecepatan  fluida  gas  dan  air.  Jumlah kalor  yang  diabsorp  pada  kondensor  dapat  ditentukan  dengan  perhitungan  luas  penampang  yang dibutuhkan  sehingga  didapatkan  nilai  panjang  tube  pada  material.  Material  Tube  yang  digunakan  pada penukar  kalor  adalah  jenis  SS  201  L.  Hasil  perhitungan  didapatkan  jumlah  tube  yang  dibutuhkan sebanyak 24 dengan diameter 9,5 mm. Selain itu didapatkan juga tekanan maksimum yang dijinkan pada kondisi statis yaitu 4503 kN.

## 1. Kecepatan fluida gas pirolisis
Fluida pada gas pirolisis diandaikan adalah campuran senyawa 60% pentana dan 40% heksana
4.2.1. Kondisi Fluida
Temperatur Fluida pirolisis Th in = 200 °C Th out = 35 °C Kecepatan  fluida  pirolisis = 0.04g/s Temperatur Fluida kondesor (air ) Tc in = 25 °C Tc out = 50 °C Cp air dingin = 4180 j/kg°C m air = 0,1 kg/s
2. Perhitungan luas penampang
Q = Q air = Q pirolisis.......................................(1)
=  m air x cp air (Tc out – Tc in) = 0,1 kg/s x 4180 j/kg°C (50 °C - 25 °C)
= 10450 W.
LMTD APK berlawan arah.......................................................................(2) ∆𝑇1 { 𝑇ℎ 𝑖𝑛 → 𝑇ℎ 𝑜𝑢𝑡 𝑇𝑐 𝑜𝑢𝑡 ← 𝑇𝑐 𝑖𝑛 } ∆𝑇2 150 ℃ { 200℃ → 35℃ 50℃ ← 25℃ } 10℃
𝐿𝑀𝑇𝐷 = ∆𝑇1−∆𝑇2 ln( ∆𝑇1 ∆𝑇2 ) = 150 ℃−10℃ ln( 150 ℃ 10℃ ) = 140℃ 2,71℃ = 51,66°C
Gambar 3. Desain  Pipa tube di dalam  kondensor pirolisis

## 4. Jumlah tube dalam pipa shell
𝑁𝑡 = 0.785 ( 𝐶𝐿 𝐶𝑇𝑃 ) 𝐷𝑠2 Pr (𝐷𝑜2)
Ds = diameter shell = 165 mm
Do = diameter tube = 9,5 mm
Pr = jarak antar tube = 5 mm
CL = 0,87 (tube layout 30° dan 60°)
CTP = 0,90 (dua tube pass)
Gambar 2. Jumlah tube pada baffle dan sekat pada kondesor pirolisis
𝑁𝑡 = 0.785 ( 0,87 0,90 ) 165 2 5(9,5 2 ) = 0.785(1,07) 27225 5. 90,25 = 0.785(1,07) 27225 451,25
= 0.785(1,07)60,33241 = 50,676 = 50 𝑡𝑢𝑏𝑒
(dibuat jumlah 48 tube)
Gambar 4. Desain Kondesor Pirolisis

## 5. Kekuatan tube
Pipa tube yang dipakai jenis SS201 dengan spesifikasi : Koefisies thermal ekspansi : 16.6 µm/m°C Konduktivitas termal : 16.3 W/mK Sifat Mekanik : Tekanan tarik  : 685 Mpa Modulus elastistas : 197 GPa Rasio poison : 0.27 – 0.30 Rumus yang digunakan tegangan dan regangan dengan rumus :
Rumus 𝑃 𝐴 = 𝜎 P = Tekanan maksimum A = π(r1²-r2²) = 3,14 (0,00475²-0,00395²) = 0000218544 m² 𝜎 = 197 GPa Maka tekanan maksimum yang diijinkan 𝑃
𝐴 = 𝜎
𝑃 = 𝜎 ∗ 𝐴 = 197𝑥10 9 𝑃𝑎 𝑥 0,00002185 𝑚 2 =  4305316,8 𝑁 = 4305 𝑘𝑁 Maka tekanan maksimal yang dapat ditahan pada pipa tube 4305 kN

## KESIMPULAN
Pada perancangan  sistem shell and  tube  kondensor didapat dengan jumlah tube 48 lubang dan 24 pipa tube panjang tube 1.436 mm panjang shell 600 mm dan diameter 9,5 mm dapat membuang panas sebesar 10450  Watt.  Pada  tube  pirolisis  memiliki  tekanan  fluida  sebesar  3  bar  maka  bahan  yang  layak  untuk digunakan adalah SS201 yang memiliki kekuatan tegangan geser sebesar 197 Gpa.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Al-Salem,  S.  M.  (2019).  Introduction. Plastics  to  Energy:  Fuel,  Chemicals,  and  Sustainability Implications , 3–20. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813140-4.00001-7
2. Anuar Sharuddin, S. D., Abnisa, F., Wan Daud, W. M. A., & Aroua, M. K. (2016). A review on pyrolysis  of  plastic  wastes. Energy  Conversion  and  Management , 115 ,  308–326. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2016.02.037
3. Honus,  S.,  Kumagai,  S.,  Fedorko,  G.,  Molnár,  V.,  &  Yoshioka,  T.  (2018).  Pyrolysis  gases produced from individual and mixed PE, PP, PS, PVC, and PET—Part I: Production and physical properties. Fuel , 221 , 346–360. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2018.02.074
4. Manolakos,  S.,  Aldi,  N.,  Casari,  N.,  Pinelli,  M.,  Suman,  A., &  Vulpio,  A. (2022). Performance Degradation of a Shell-and-Tube Heat Exchanger Due to Tar Deposition . https://doi.org/10.3390/en15041490
5. Salvi, B. L., Soni, T., Jindal, S., & Panwar, N. L. (2021). Design improvement and experimental study  on  shell  and  tube  condenser  for  bio-oil  recovery  from  fast  pyrolysis  of  wheat  straw biomass. SN Applied Sciences , 3 (2). https://doi.org/10.1007/S42452-021-04165-8