TUGAS

PERANCANGAN ALAT PROSES

Dosen : Dr. Zuhrina Masyithah, ST, MSc

ALAT PENUKAR PANAS

DISUSUN OLEH :

TOMMY ARISSA PUTRA 090405039

MICHAEL 090405055

VALENTINOH CUACA 100405015

WENDI 100405051

HERBERT 100405055

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan

rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah Tugas Perancangan Alat

Proses dengan sebaik-baiknya dan tepat pada waktunya.

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai syarat untuk

menyelesaikan Mata Kuliah Perancangan Alat Proses. Selain itu pembuatan makalah

ini adalah sebagai bukti hasil pengerjaan tugas.

Penulisan makalah ini berdasarkan literatur-literatur yang ada baik dari buku

maupun sumber lainnya.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dosen pembimbing Mata Kuliah Perancangan Alat Proses : Dr. Zuhrina

Masyithah, ST, MSc.

2. Orang tua yang telah memberikan bantuan baik materil dan spiritual.

Namun demikian penulis menyadari apa yang ada dalam makalah ini masih

jauh dari sempurna. Untuk itu adanya kritik dan saran yang membangun sangat

membantu dalam penyempurnaan makalah. Akhirnya penulis berharap semoga

makalah ini ada manfaatnya bagi penulis dan yang membacanya.

Medan, November 2013

Penulis

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI ii

DAFTAR GAMBAR iv

DAFTAR TABEL v

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Ruang Lingkup 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2

2.1 Alat Penukar Panas 2

2.2 Prinsip Kerja Alat Penukar Panas 2

2.2.1 Secara Kontak Langsung 2

2.2.2 Secara Kontak Tak Langsung 2

2.3 Komponen Dasar Penyusun Alat Penukar Panas 3

2.3.1 Tube 3

2.3.2 Tube Sheet 7

2.3.3 Baffle 7

2.3.4 Shell 8

2.3.5 Tube Side Channel dan Nozzle 8

2.3.6 Channel Cover 8

2.4 Jenis-Jenis Alat Penukar Panas 8

2.4.1 Penukar Panas Pipa Rangkap

(Double Pipe Heat Exchanger) 8

2.4.2 Penukar Panas Selongsong dan Tabung

(Shell And Tube Heat Exchanger) 9

2.4.3 Penukar Panas Pelat dan Bingkai

(Plate And Frame Heat Exchanger) 11

2.4.4 Penukar Panas Spiral (Spiral Heat Exchanger) 14

2.5 Analisa Kinerja Alat Penukar Panas 15

2.5.1 Koefisien Overall Perpindahan Panas (U) 15

2.5.2 Fouling Factor (Rd) 15

ii

2.5.3 Pressure Drop 16

2.6 Prosedur Perancangan Dasar Alat Penukar Panas 16

BAB III KESIMPULAN 18

DAFTAR PUSTAKA 19

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Susunan Tube Segitiga (Triangular Pitch) 4

Gambar 2.2 Susunan Tube Segitiga Diputar (Rotated Triangular Pitch) 4

Gambar 2.3 Susunan Tube Bujur Sangkar (In-Line Square Pitch) 5

Gambar 2.4 Susunan Tube Belah Ketupat (Diamond Square Pitch) 5

Gambar 2.5 Jenis-Jenis Sekat 7

Gambar 2.6 Jenis-Jenis Shell 8

Gambar 2.7 Penukar Panas Pipa Rangkap (Double Pipe Heat Exchanger) 9

Gambar 2.8 Penukar Panas Selongsong dan Tabung

(Shell And Tube Heat Exchanger) 11

Gambar 2.9 Penukar Panas Pelat dan Bingkai

(Plate And Frame Heat Exchanger) 13

Gambar 2.10 Pola-Pola Plat 14

Gambar 2.11 Kombinasi Arus Aliran Fluida pada

Plate and Frame Heat Exchangers 14

Gambar 2.12 Penukar Panas Spiral (Spiral Heat Exchanger) 15

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Susunan Tube 6

Tabel 2.2 Karakteristik Kondisi Operasi dan Geometri

Plate and Frame Heat Exchanger 13

v

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Heat Exchanger adalah alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengubah

temperatur dan fasa suatu jenis fluida. Proses tersebut terjadi dengan memanfaatkan

proses perpindahan kalor dari fluida bersuhu tinggi menuju fluida bersuhu rendah. Di

dalam dunia industri peran dari heat exchanger sangat penting. Misal dalam industri

pembangkit tenaga listrik, heat exchanger berperan dalam peningkatan efisiensi

sistem. Contohnya adalah ekonomizer, yaitu alat penukar kalor yang berfungsi

memanaskan feed water sebelum masuk ke boiler menggunakan panas dari exhaust

gas (gas buang). Selain itu heat exchanger juga merupakan komponen utama dalam

sistem mesin pendingin, yaitu berupa evaporator dan kondensor.

Dalam perkembangannya, heat exchanger mengalami transformasi bentuk yang

bertujuan meningkatkan efisiensi sesuai dengan fungsi kerjanya. Bentuk heat

exchanger yang sering digunakan adalah shell and tube. Dengan berbagai

pertimbangan, bentuk ini dinilai memiliki banyak keuntungan baik dari segi

pabrikasi, biaya, hingga unjuk kerja (Wafi, dkk., 2011).

1.2 Ruang Lingkup

Ruang lingkup meliputi alat penukar panas, prinsip kerja alat penukar panas,

komponen dasar penyusun alat penukar panas, jenis-jenis alat penukar panas dan

analisa kinerja alat penukar panas.

1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Alat Penukar Panas

Penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan

perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin.

Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (superheated steam) dan air

biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas sangat luas dipakai dalam

industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam,

refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas

adalah radiator mobil dimana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara

sekitar (Wikipedia, 2013).

2.2 Prinsip Kerja Alat Penukar Panas

Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida

dapat berlangsung secara efisien. Proses terjadinya perpindahan panas dapat

dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung

dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila di

antara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan

oleh sekat-sekat pemisah (Pejuang, 2013).

2.2.1 Secara Kontak Langsung

Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan

kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas yang

terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Contoh : aliran

steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat

bercampur), gas-liquid, dan partikel padat kombinasi fluida (Pejuang, 2013).

2.2.2 Secara Kontak Tak Langsung

Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding

pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir (Pejuang, 2013).

2

2.3 Komponen Dasar Penyusun Alat Penukar Panas

2.3.1 Tube

Tube dapat dikatakan urat nadi alat penukar panas (heat exchanger) yang

merupakan pipa kecil yang tersusun di dalam shell. Di dalam dan di luar tube

mengalir fluida. Kedua fluida itu mempunyai kapasitas, temperatur, tekanan,

densitas, dan jenis yang berbeda. Kedua ujung tube diikat pada tube sheet, bertujuan

untuk mencegah bocoran fluida yang mengakibatkan fluida terkontaminasi.

Diameter tube yang digunakan sekitar 5/8 in (16 mm) hingga 2 in (50 mm).

Diameter yang lebih kecil 5/8-1 in lebih disukai untuk berbagai tugas karena lebih

kompak sehingga lebih murah. Panjang tube yang disukai untuk alat penukar panas

adalah 6, 8, 12, 16 ft.

Bahan yang digunakan untuk tube antara lain :

a. Baja karbon.

b. Baja nikel.

c. Aluminium dan campuran aluminium.

d. Tembaga dan campuran tembaga.

Pemilihan jenis bahan dan ukuran tube didasarkan pada :

a. Besarnya aliran fluida.

b. Temperatur.

c. Tekanan.

d. Korosif atau tidak.

e. Sistem serta periode pemeliharaan.

f. Fouling atau tidak.

Susunan tube mempengaruhi besarnya penurunan tekanan aliran fluida dalam shell.

Ada beberapa susunan tube pada alat penukar panas antara lain :

1. Segitiga (triangular pitch).

2. Segitiga diputar (rotated triangular or in-line triangular pitch).

3. Bujur sangkar (in-line square pitch).

4. Bujur sangkar yang diputar 45o atau belah ketupat (diamond square pitch).

(Dwi, 2012).

3

1. Susunan Tube Segitiga (Triangular Pitch)

Susunan tube segitiga sangat popular dan tidak baik digunakan untuk melayani

fluida kotor. Pembersihan tube dilakukan dengan cara kimia. Susunan tube segitiga

banyak digunakan dan menghasilkan perpindahan panas yang baik per satuan

penurunan tekanan. Di samping itu letak tube lebih kompak (Dwi, 2012).

Gambar 2.1 Susunan Tube Segitiga (Triangular Pitch)

(Dwi, 2012)

2. Susunan Tube Segitiga Diputar (Rotated Triangular Pitch)

Tube yang disusun membentuk 60o atau diputar 30o, tidak sepopuler jenis yang

pertama, mempunyai karakter yang lebih jelek. Koefisien perpindahan panasnya

tidak baik, tetapi masih lebih baik bila dibandingkan dengan susunan tube yang bujur

sangkar. ∆P yang terjadi mendekati ∆P susunan tube segitiga (Dwi, 2012).

Gambar 2.2 Susunan Tube Segitiga Diputar (Rotated Triangular Pitch)

(Dwi, 2012)

4

3. Susunan Tube Bujur Sangkar (In-Line Square Pitch)

Susunan tube bujur sangkar membentuk sudut 90o banyak dipergunakan, dengan

pertimbangan :

a. Apabila ∆P yang terjadi pada alat penukar panas lebih kecil.

b. Apabila pembersihan yang dilakukan pada bagian luar tube adalah dengan cara

pembersihan mekanik. Sebab pada susunan seperti ini terdapat celah antar tube

yang dipergunakan untuk pembersihannya.

c. Susunan ini memberikan perilaku yang baik untuk aliran turbulen. Untuk aliran

laminar memberikan hasil yang kurang baik (Dwi, 2012).

Gambar 2.3 Susunan Tube Bujur Sangkar (In-Line Square Pitch)

(Dwi, 2012)

4. Susunan Tube Belah Ketupat (Diamond Square Pitch)

Susunan tube belah ketupat merupakan jenis kondisi menengah. Jenis ini baik

dipergunakan pada kondisi operasi ∆P kecil, tetapi lebih besar dari ∆P jenis bujur

sangkar. Susunan tube ini relatif lebih baik dibanding dengan susunan tube segitiga

yang diputar (Dwi, 2012).

Gambar 2.4 Susunan Tube Belah Ketupat (Diamond Square Pitch)

(Dwi, 2012)

5

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Susunan Tube

Susunan Tube Kelebihan Kekurangan

Segitiga

- Film koefisiennya > susunan bujur sangkar

- Dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak sebab susunannya lebih kompak

- ∆P yang terjadi antara menengah ke atas

- Tidak baik untuk fluida kotor

- Pembersihan dengan cara kimia (chemical cleaning)

Segitiga diputar

- Film koefisiennya tidak sebesar susunan segitiga tetapi > susunan bujur sangkar

- Dapat digunakan untuk fluida kotor

- ∆P yang terjadi antara menengah ke atas

- Pembersihan dengan cara kimia (chemical cleaning)

Bujur sangkar

- Baik untuk kondisi yang memerlukan ∆P <<

- Baik untuk pembersihan luar tube secara mekanik

- Baik untuk fluida yang kotor

- Film koefisiennya relatif rendah

Belah ketupat

- Film koefisiennya lebih baik daripada susunan bujur sangkar tetapi tidak sebaik susunan segitiga dan segitiga diputar

- Mudah untuk pembersihan secara mekanik

- Baik untuk fluida yang kotor

- Film koefisiennya relatif rendah

- ∆P tidak serendah jenis susunan bujur sangkar

(Dwi, 2012)

Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada pemilihan tube alat penukar panas

antara lain :

1. Besarnya ∆P yang terjadi.

2. Aliran fluida luar tube (laminar atau turbulen).

3. Fouling atau non-fouling fluida yang mengalir di luar tube.

4. Cara yang dilakukan untuk pembersihan bagian luar tube (mechanical or

chemical cleaning).

Pitch adalah jarak antara sumbu tube sedangkan ligament atau clearance adalah

jarak atau ruang lintasan aliran fluida antara dua tube yang berdekatan. Besarnya

pitch pada masing-masing susunan tube berhubungan langsung dengan diameter luar

(OD) tube. Umumnya pitch = 1,25 x OD tube. Pada susunan bujur sangkar dibuat

celah bebas untuk ruang pembersihan bagian luar tube sebesar ¼ inci (Dwi, 2012).

6

2.3.2 Tube Sheet

Suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung-ujung tube dan juga

sebagai pembatas aliran fluida di shell dan tube (Dwi, 2012).

2.3.3 Baffle

Baffle atau sekat-sekat dipasang pada alat penukar panas berfungsi sebagai :

1. Alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang mengalir di luar

tube (shell side).

2. Struktur untuk menahan tube-bundel.

3. Menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube.

Jarak antar sekat (baffle spacing atau baffle pitch) ada dua yaitu :

a. Jarak antar sekat maksimum, B = diameter dalam shell.

b. Jarak antar sekat minimum, B = 1/5 x diameter dalam shell.

Bila jarak antar sekat terlalu jarang maka aliran fluida akan aksial sehingga

tidak terdapat aliran yang melintang, sebaliknya jika jarak antar sekat terlalu sempit

akan menimbulkan kebocoran yang berlebihan antara sekat dan shell (Dwi, 2012).

Gambar 2.5 Jenis-Jenis Sekat

(Dwi, 2012)

7

2.3.4 Shell

Merupakan bagian tengah alat penukar panas. Menurut British Standart 3274,

diameter shell berukuran 6 in hingga 42 in, diameter shell terbesar 60 in (Dwi, 2012).

Gambar 2.6 Jenis-Jenis Shell

(Dwi, 2012)

2.3.5 Tube Side Channel dan Nozzle

Merupakan pengatur aliran fluida dalam tube (Dwi, 2012).

2.3.6 Channel Cover

Merupakan tutup yang dapat dibuka saat pemeriksaan dan pembersihan (Dwi,

2012).

2.4 Jenis-Jenis Alat Penukar Panas

2.4.1 Penukar Panas Pipa Rangkap (Double Pipe Heat Exchanger)

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang di

kedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat

(Hartono, 2008). Panjang pipa lurus dibatasi dengan maksimum sekitar 20 ft (Walas,

1990). Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di

dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini

dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi

(Hartono, 2008).

8

Alat penukar panas pipa rangkap sebagian besar kalah dibandingkan unit

selongsong dan buluh (shell and tube heat exchanger) dalam beberapa tahun

terakhir. Alat ini mungkin layak dipertimbangkan dalam beberapa hal seperti :

1. Bila koefisien shell side kurang dari setengah dari tabung samping, koefisien sisi

anular dapat dibuat sebanding dengan sisi tabung.

2. Perbedaan suhu yang memerlukan multi shell unit shell and tube dapat dihindari

dengan aliran berlawanan arah yang baik terjadi dalam pipa rangkap.

3. Tekanan tinggi dapat ditampung lebih ekonomis dalam anulus dibandingkan di

dalam shell diameter yang lebih besar (Walas, 1990).

Gambar 2.7 Penukar Panas Pipa Rangkap (Double Pipe Heat Exchanger)

(Walas, 1990)

2.4.2 Penukar Panas Selongsong dan Tabung (Shell And Tube Heat Exchanger)

Alat penukar panas selongsong dan tabung terdiri atas suatu bundel pipa yang

dihubungkan secara paralel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (selongsong).

Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir

9

di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa

tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel (Hartono, 2008).

Untuk meningkatkan efisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar

panas selongsong dan tabung dipasang sekat (baffle). Ini bertujuan untuk membuat

turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal (residence time), namun

pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban

kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur

(Hartono, 2008). Baffle pitch atau jarak antara baffle biasanya adalah 0,2-1,0 kali

diameter dalam shell (ID). Koefisien perpindahan panas dan penurunan tekanan

tergantung pada jarak baffle, sehingga yang menentukan adalah bagian dari

optimalisasi penukar panas. Lebar segmen baffle umumnya adalah sekitar 25%,

tetapi hal itu juga merupakan parameter dalam mendesain peralatan termal hidrolik.

Keuntungan shell and tube heat exchanger antara lain :

1. Konfigurasinya memberikan luas permukaan besar dengan volum yang kecil.

2. Rentang tekanan dan penurunan tekanan yang hampir tak terbatas, dan dapat

disesuaikan secara bebas untuk kedua cairan.

3. Sejumlah besar bahan konstruksi dapat digunakan dan mungkin berbeda untuk

shell dan tabung.

4. Permukaan kontak diperpanjang untuk meningkatkan perpindahan panas, dapat

digunakan pada kedua sisi.

5. Berbagai besar kapasitas termal dapat diperoleh.

6. Peralatan tersebut mudah dibongkar untuk pembersihan atau perbaikan.

(Walas, 1990).

10

Gambar 2.8 Penukar Panas Selongsong dan Tabung

(Shell And Tube Heat Exchanger)

(Walas, 1990)

2.4.3 Penukar Panas Pelat dan Bingkai (Plate And Frame Heat Exchanger)

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari pelat-pelat tegak lurus,

bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat

lunak (biasanya terbuat dari karet). Pelat-pelat dan sekat disatukan oleh suatu

perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat (kebanyakan segi empat) terdapat

lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar

pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang

pada sisi sebelahnya karena ada sekat (Hartono, 2008).

11

Rentang jarak dan adanya lipatan menghasilkan koefisien tinggi di kedua sisi,

beberapa kali lipat dari shell and tube. Faktor kesalahan pun rendah, dari urutan

sekitar 1-5x10-5 Btu/(hr)(sqft)(oF). Aksesibilitas permukaan kontak pertukaran panas

untuk membersihkan membuat alat ini sangat cocok untuk mengurangi faktor

kesalahan dan dimana tingkat tinggi sanitasi diperlukan, seperti dalam pengolahan

makanan dan farmasi. Tekanan operasi dan suhu dibatasi oleh bahan yang tersedia

dengan maksimum 300 psig dan 400 oF. Faktor gesekan dan koefisien perpindahan

panas bervariasi dengan jarak pelat dan jenis lipatan (Walas, 1990).

Kelebihan plate and frame heat exchanger dibandingkan shell and tube heat

exchanger antara lain :

1. Kompak.

2. Biaya total murah.

3. Fouling kurang.

4. Mudah dicapai.

5. Fleksibel dalam hal jumlah plat di dalam alat penukar panas.

6. Beban panas dan efektivitas tinggi.

7. Waktu tinggal fluida tinggi.

Kekurangan plate and frame heat exchanger yaitu keterbatasan dalam hal

tekanan dan suhu operasi yang disebabkan oleh gasketnya. Penggantian gasket yang

terdapat di salah satu sisi atau kedua sisi plat dengan pengelasan laser dapat

meningkatkan tekanan dan suhu operasi, modifikasi ini mengijinkan plate and frame

heat exchanger dapat menangani fluida korosif (Walas, 1990).

12

Tabel 2.2 Karakteristik Kondisi Operasi dan Geometri Plate and Frame Heat

Exchanger

Unit OperasiLuas permukaan maksimum

2500 m2 Tekanan 0,1-3 MPa

Jumlah plat 3-700 Suhu -40-260 oC

Ukuran portHingga 400 mm (untuk cairan)

Kecepatan portmaksimum

6 m/s (cairan)

Laju alir channel 0,05-12,5 m3/jamLaju alir unit maks 2500 m3/jam

Plat Unjuk KerjaKetebalan 0,5-1,2 mm Pencapaian suhu Serendah 1 oCUkuran 0,03-3,6 m2 Efisiensi HE Hingga 93%

Spacing 1,5-7 mmKoefisien perpindahan panas untuk air-air

3000-8000 W/m2K

Lebar 70-1200 mmPanjang 0,4-5 mLuas permukaan/plat

0,02-5 m2

(Hartono, 2008)

Gambar 2.9 Penukar Panas Pelat dan Bingkai (Plate And Frame Heat Exchanger)

(Walas, 1990)

13

Gambar 2.10 Pola-Pola Plat

(Walas, 1990)

Gambar 2.11 Kombinasi Arus Aliran Fluida pada Plate and Frame Heat Exchangers

(Walas, 1990)

2.4.4 Penukar Panas Spiral (Spiral Heat Exchanger)

Fluida panas masuk pada pusat elemen spiral dan mengalir mengelilingi dari

batas luar ke pusat sedangkan aliran fluida dingin mengalir berlawanan, masuk dari

pusat mengelilingi dan meninggalkan pusat. Koefisien perpindahan panas tinggi pada

kedua sisi, dan tidak ada koreksi log mean temperature difference (LMTD) karena

perpindahan panas yang terjadi dengan arus counter-current. Jenis spiral umumnya

14

bisa menjadi lebih unggul dengan fluida yang sangat kental pada tekanan sedang

(Walas, 1990).

Gambar 2.12 Penukar Panas Spiral (Spiral Heat Exchanger)

(Walas, 1990)

2.5 Analisa Kinerja Alat Penukar Panas

2.5.1 Koefisien Overall Perpindahan Panas (U)

Menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida

dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses

konduksi dan konveksi.

U = QA x LMTD

Keterangan :

Q = panas yang dipindahkan per satuan waktu (m3/s)

U = koefisien perpindahan panas (J/sm2K)

A = luas permukaan perpindahan panas (m2)

LMTD = perbedaan T rata-rata (K)

(Dwi, 2012).

2.5.2 Fouling Factor (Rd)

Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di

permukaan alat penukar panas yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk

permukaan perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan,

korosi, polimerisasi dan proses biologi. Fouling factor (Rd) merupakan angka yang

15

menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa fluida yang mengalir di

dalam alat penukar panas.

Penyebab terjadinya fouling antara lain :

1. Adanya pengotor berat yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi atau coke

keras.

2. Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi kerak

keras.

Akibat terjadinya fouling antara lain :

1. Mengakibatkan kenaikan tahanan perpindahan panas sehingga meningkatkan

biaya, baik investasi, operasi maupun perawatan.

2. Ukuran alat penukar panas menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat,

waktu shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat (Dwi, 2012).

2.5.3 Pressure Drop

Pressure drop digunakan untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat

mempertahankan tekanan yang dimilikinya selama fluida mengalir.

Penyebab terjadinya pressure drop antara lain :

1. Friksi aliran dengan dinding.

2. Pembelokan aliran.

Jika ΔP terlalu besar :

1. Disebabkan jarak antar baffle yang terlalu dekat.

2. Aliran menjadi lambat.

3. Perlu tenaga pompa yang besar.

Jika ΔP terlalu rendah :

1. Perpindahan panas tidak sempurna.

(Dwi, 2012).

2.6 Prosedur Perancangan Dasar Alat Penukar Panas

Tujuan utama perancangan alat penukar panas adalah untuk menentukan luas

permukaan yang diperlukan untuk sesuatu tugas tertentu menggunakan beda suhu

yang tersedia. Langkah-langkah perancangan antara lain :

1. Mendefinisikan tugas : laju perpindahan panas, laju alir fluida, temperatur.

16

2. Mengumpulkan sifat-sifat fisik fluida yang diperlukan : densitas, viskositas,

konduktivitas termal.

3. Memilih jenis alat penukar panas yang diperlukan.

4. Menebak harga U.

5. Menghitung LMTD.

6. Menghitung luas permukaan yang diperlukan.

7. Menentukan tata letak alat penukar panas.

8. Menghitung koefisien individu.

9. Menghitung koefisien menyeluruh dan membandingkan dengan harga yang

ditebak. Jika sangat jauh berbeda, kembali ke langkah 6 dengan menggunakan

harga U yang didapat dari perhitungan.

10. Menghitung ∆P, jika tidak memenuhi kembali ke langkah 7 atau 4 atau 3.

11. Mengoptimasi rancangan : mengulangi langkah 4 hingga 10 untuk menentukan

alat penukar panas yang paling murah. Biasanya ini adalah alat penukar panas

dengan luas permukaan terkecil.

17

BAB III

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat disampaikan yaitu :

1. Penukar kalor banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan di dalam

industri. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari sering dipergunakan pada

peralatan masak. Di dalam mobil maupun alat transportasi lainnya banyak

dijumpai radiator maupun alat pengkondisi udara kabin, yang keduanya juga

merupakan penukar kalor.

2. Jika ditinjau dari fungsinya, semua penukar kalor sebenarnya sama fungsinya

yaitu menukarkan energi yang dimiliki oleh suatu fluida atau zat ke fluida atau

zat lainnya.

3. Penukar kalor dapat digolongkan berdasarkan berbagai aspek antara lain :

a. Proses perpindahan kalor yang terjadi.

b. Tingkat kekompakan permukaan pemindah kalor.

c. Profil konstruksi permukaan.

d. Susunan aliran fluida.

e. Jumlah atau banyaknya fluida yang dipertukarkan energinya.

f. Mekanisme perpindahan kalor yang dominan.

18

DAFTAR PUSTAKA

Dwi, Indra Wibawa., Heat Exchanger, Fakultas Teknik, Universitas Lampung, 2012.

Hartono, Rudi., Penukar Panas, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng

Tirtayasa, 2008.

Pejuang, Penukar Panas atau Heat Exchanger, www.senangnya-berbagi-

info.blogspot.com, diakses pada 23 November 2013, 2013.

Wafi, Ahmad., Bani, Andhika., Budi, Ari., Putra, Dimas., Kusuma, Fauzy., Rancang

Bangun Heat Exchanger Shell and Tube Single Phase, Fakultas Teknik,

Universitas Diponegoro, 2011.

Walas, Stanley M., Chemical Process Equipment, United States of America : Reed

Publishing Inc, 1990.

Wikipedia, Penukar Panas, www.wikipedia.org, diakses pada 23 November 2013,

2013.

19