1

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat dan

karuniaNyalah yang telah memberikan inspirasi dalam penulisan makalah ini

sehingga dapat terselesaikan.

Makalah ini merupakan tugas yang diberikan oleh dosen pengajar sebagai

syarat untuk mengikuti mata kuliah Perpindahan Panas. Dalam makalah ini berisi

tentang alat perpindahan panas dan mekanisme kerja alat Heat Exchanger.

Semoga makalah yang penulis buat ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang

membutuhkannya.

Tak dapat dipungkiri jika pada makalah ini masih sangat jauh dari kata

sempurna, namun penulis tetap berusaha memberikan yang terbaik yang bisa

penulis berikan, dan penulis sangat berharap nantinya makalah ini dapat berguna

bagi siapapun yang membacanya. Selain itu, penulis mengharapkan kritik dan

saran yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini.

2

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ...1

Daftar Isi.2

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang... 3

1.2 Rumusan Masalah.... 3

1.3 Tujuan.... 3

BAB II ISI DAN PEMBAHASAN

2.1 Perpindahan Panas..... 4

2.2 Jenis-jenis alat Heat Exchanger... 9

2.3 Klasifikasi alat Penukar Kalor...... 13

2.4 Mekanisme Perpindahan Panas Jenis HE. 16

BAB III PENUTUP

Kesimpulan.... 27

DAFTAR PUSTAKA,.. 28

3

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu

tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama

sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu

suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

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 diantara fluida panas

dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat

pemisah.

Perpindahan panas terjadi pada beberapa alat perpindahan panas atau

penukar kalor. Pada makalah ini akan dibahas mengenai perpindahan panas yang

terjadi salah satunya pada alat penukar kalor yang disebut Heat Exchanger (HE).

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa saja jenis alat perpindahan kalor/panas?

2. Bagaimana mekanisme alat perpindahan panas jenis Heat Exchanger?

1.3 Tujuan

Dari makalah yang telah dibuat diharapkan pembaca dapat mengerti dan

memahami apa saja jenis alat perpindahan panas dan mekanismenya terutama alat

Heat Exchanger dan jenisnya.

4

BAB II

ISI DAN PEMBAHASAN

2.1 Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas yang terjadi antara benda

panas dan benda dingin, yang masing-masing disebut source and receiver

(sumber dan penerima).

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak musnah,

contohnya hukum kekekalan massa dan momentum, ini artinya kalor tidak hilang.

Energi hanya berubah bentuk dari bentuk yang pertama ke bentuk yang kedua.

Kalor dapat berpindah dengan 3 macam cara yaitu :

1. Pancaran (Radiasi)

Pancaran (radiasi) ialah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat

ke zat yang lain. Semua benda memancarkan kalor. Keadaan ini baru

terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan kalor

radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang

elektromagnetik. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan,

sebagian akan dipantulkan sebagian akan diserap ke dalam bahan dan

sebagian akan menembusi bahan dan terus ke luar. Jadi dalam mempelajari

perpindahan kalor radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan. Ciri-ciri

radiasi yaitu :

Kalor radiasi merambat lurus

Untuk perambatan itu tidak diperlukan medium (misalnya zat cair atau

gas).

2. Hantaran, sering juga disebut konduksi.

Hantaran ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat. sehingga

perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses dalam

karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah

aliran energi kalor adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah.

5

Bahan yang dapat menghantar kalor dengan baik digunakan konduktor.

Penghantar yang buruk disebut isolator. Sifat bahan yang digunakan untuk

menyatakan bahwa bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor

ialah koefisien konduksi termal. Apabila nilai koefisien ini tinggi, maka

bahan mempunyai kemampuan mengalirkan kalor dengan cepat. Untuk

bahan isolator, koefisien ini bernilai kecil.

3. Aliran, sering juga disebut konveksi.

Aliran ialah perpindahan kalor oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses

perpindahan kalor secara aliran/konveksi merupakan satu fenomena

permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalan

proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan

dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah utama.

Lazimnya, keadaan kesetimbangan termodinamik di dalam bahan akibat

proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu

sekelilingnya. Dalam hal ini terdapat keadaan suhu tidak setimbang diantara

bahan dengan sekeliilingnya.

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan

panas dari dua fluida pada temperatur berbeda di mana transfer panas dapat

dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

a. 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.

b. Secara kontak tak langsung

Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding

pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

6

Banyak sekali jenis-jenis alat penukar kalor. Maka untuk mencegah

timbulnya kesalah pahaman maka alat penukar kalor dikelompokan

berdasarkan fungsinya :

a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida

sampai pada temperature yang rendah. Temperatur fluida hasil

pendinginan didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan

dengan fluida pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air atau

cooler. Untuk chiller ini media pendingin biasanya digunakan amoniak

atau Freon.

b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap

atau campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media

pendingin yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap

akan melepaskan panas laten kepada pendingin, misalnya pada

pembangkit listrik tenaga uap yang mempergunakan condensing

turbin, maka uap bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam

kondensor, lalu diembunkan menjadi kondensat.

c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau

gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak

terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka

pendingin cooler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan

bantuan fan (kipas).

d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan

menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan)

suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah

panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrigerant cair.

e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil)

serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media

pemanas yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang

diproses itu sendiri. Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada

gambar 2.1,diperlihatkan sebuah reboiler dengan mempergunakan

7

minyak (665 0F) sebagai media penguap, minyak tersebut akan keluar

dari boiler dan mengalir didalam tube.

Gambar. 2.1. Thermosiphon Reboiler (Anonim, 2011)

f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan

panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi

sekaligus, yaitu:

Memanaskan fluida

Mendinginkan fluida yang panas

Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan

kebutuhannya. Pada gambar 2.2 diperlihatkan sebuah heat exchanger,

dimana fluida yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari

tube fluida yang mengalir adalah kerosene yang semuanya berada

didalam shell.

8

Gambar. 2.2. Konstruksi Heat Exchanger (Anonim, 2011)

Stabilitas fasa fluida alat Heat Exchanger pada suhu rendah sangat penting

mengingat aliran panas/dingin harus dapat mengalir dengan baik (viskositas

optimal). Pengaruh suhu, tekanan, dan jenis kriogenik akan sangat menentukan

efektivitas pertukaran panas yang terjadi. Beberapa kriteria utama HE yang

dibutuhkan untuk penggunaan pada suhu rendah:

1. Perbedaan suhu aliran panas dan dingin yg kecil guna meningkatkan

efisiensi

2. Rasio luas permukaan terhadap volume yg besar untuk meminimalkan

kebocoran

3. Perpindahan panas yang tinggi untuk mengurangi luas permukaan

4. Massa yg rendah untuk meminimalkan waktu start up

5. Kemampuan multi channel untuk mengurangi jumlah HE

6. Kemampuan menerima tekanan yg tinggi

7. Pressure Drop yg rendah

Minimalisasi beda suhu aliran panas dan dingin harus juga memperhatikan

pengaruh suhu terhadap panas spesifik (Cp) fluida. Jika Cp menurun dengan

menurunnya suhu fluida (contoh Hidrogen), maka perbedaan suhu inlet & outlet

harus ditambah dari harga minimal beda suhu aliran.

9

2.2 Jenis-jenis alat Heat Exchanger (HE)

Dikarenakan banyaknya jenis dari alat penukar kalor, maka dalam

pembahasan akan dibatasi pada alat penukar kalor jenis heat exchanger yang

banyak dijumpai dalam industri perminyakan. Heat exchanger ini juga banyak

mempunyai jenis-jenisnya.

Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology

yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut

yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan

Turbular Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut

bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau

kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperature dan tekanan

yang tinggi.

Didalam standar mekanik TEMA (Standard of Turbular Excahnger

Manufactures Association) , berdasarkan pemakaian dari heat exchanger menjadi

3 kelompok, yaiitu :

1. Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat,

misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.

2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada

segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum

industri.

3. Kelas B, yang umumnya dipergunakan pada proses kimia.

Ketiga kelompok tersebut adalah alat penukar kalor yang tidak dibakar

(unfired shell and tubes), tidak sama dengan dapur atau ketel uap.

Jenis-jenis Heat Exchanger yang terdapat pada industri perminyakan

dapat dibedakan atas :

10

a. Double Pipe Heat Exchanger

Gambar. 2.3 Double Pipe Heat Exchanger (Ike Yulia, 2011)

b. Plate and Frame Heat Exchanger

Gambar 2.4 Plate and Frame Heat Exchanger

c. Shell and Tube Heat Exchanger

11

Gambar 2.5 Shell and Tube Heat Exchanger

d. Adiabatic wheel Heat Exchanger

Gambar 2.6 Adiabatic Wheel Heat Exchanger

12

e. Pillow plate Heat Exchanger

Gambar 2.7 Pillow Plate Heat Exchanger

f. Dynamic scraped surface Heat Exchanger

Gambar 2.8 Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger

13

g. Phase-change Heat Exchanger

Gambar 2.9 Phase Change Heat Exchanger

2.3 Klasifikasi Alat Penukar Kalor

Melihat begitu banyaknya jenis alat penukar kalor (heat exchanger), maka

dapat diklasifikasikan berdasarkan bermacam-macam pertimbangan yaitu :

1. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas

a. Tipe kontak tidak langsung

Tipe dari satu fase

Tipe dari banyak fase

Tipe yang ditimbun (storage type)

Tipe fluidized bed

b. Tipe kontak langsung

14

1) Immiscible fluids

2) Gas liquid

3) Liquid vapor

2. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir

a. Dua jenis fluida

b. Tiga jenis fluida

c. N Jenis fluida (N lebih dari tiga)

3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan

a. Tipe penukar kalor yang kompak, Density luas permukaan > 700 m

b. Tipe penukar kalor yang tidak kompak, Density luas permukaan < 700 m

4. Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas

a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya

b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya

terdapat cara konveksi 2 aliran

c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 pass aliran

masingmasing

d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi

5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi

a. Konstruksi tubular (shell and tube)

1) Tube ganda (double tube)

2) Konstruksi shell and tube o Sekat plat (plate baffle) o Sekat batang (rod

baffle) o Konstruksi tube spiral

b. Konstruksi tipe pelat

1) Tipe pelat 3) Tipe lamella

2) Tipe spiral 4) Tipe pelat koil

15

c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface)

1) Sirip pelat (plate fin)

2) Sirip tube (tube fin)

Heat pipe wall

Ordinary separating wall

d. Regenerative

1) Tipe rotary 3) Tipe disk (piringan)

2) Tipe drum 4) Tipe matrik tetap

6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran

a. Aliran dengan satu pass

1) Aliran berlawanan 4) Aliran parallel

2) Aliran melintang 5) Aliran split

3) Aliran yang dibagi (divided)

b. Aliran multipass

1) Permukaan yang diperbesar (extended surface)

Aliran counter menyilang

Aliran paralel menyilang

Aliran compound

Shell and tube

Aliran paralel yang berlawanan (M pass pada shell dan N pass pada

tube)

Aliran split

Aliran dibagi (devided)

2) Multipass plat

N paralel plat multipass

16

2.4 Mekanisme Perpindahan Panas Jenis HE

2.4.1 Shell and Tube

Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri

perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana

didalamnya terdapat suatu bandle (berkas) pipa dengan diameter yang relatif

kecil. Satu jenis fluida mengalir di dalam pipa-pipa sedangkan fluida

lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. Hal ini dapat

dilihat pada gambar 2.10

Gambar 2.10 Aliran dalam HE jenis Shell and Tube

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang

dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel

(cangkang). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida

yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau

bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel

pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat

penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat (buffle). 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.

Ada beberapa fitur desain termal yang akan diperhitungkan saat

merancang tabung di shell dan penukar panas tabung. Ini termasuk:

17

a. Diameter pipa : Menggunakan tabung kecil berdiameter membuat penukar

panas baik ekonomis dan kompak. Namun, lebih mungkin untuk heat

exchanger untuk mengacau-balaukan lebih cepat dan ukuran kecil

membuat mekanik membersihkan fouling yang sulit. Untuk menang atas

masalah fouling dan pembersihan, diameter tabung yang lebih besar dapat

digunakan. Jadi untuk menentukan diameter tabung, ruang yang tersedia,

biaya dan sifat fouling dari cairan harus dipertimbangkan.

b. Ketebalan tabung: Ketebalan dinding tabung biasanya ditentukan untuk

memastikan:

Ada ruang yang cukup untuk korosi

Itu getaran aliran-diinduksi memiliki ketahanan

Axial kekuatan

Kemampuan untuk dengan mudah stok suku cadang biaya

Kadang-kadang ketebalan dinding ditentukan oleh perbedaan tekanan

maksimum di dinding.

c. Panjang tabung : penukar panas biasanya lebih murah ketika mereka

memiliki diameter shell yang lebih kecil dan panjang tabung panjang.

Dengan demikian, biasanya ada tujuan untuk membuat penukar panas

selama mungkin. Namun, ada banyak keterbatasan untuk ini, termasuk

ruang yang tersedia di situs mana akan digunakan dan kebutuhan untuk

memastikan bahwa ada tabung tersedia dalam panjang yang dua kali

panjang yang dibutuhkan (sehingga tabung dapat ditarik dan diganti).

Juga, itu harus diingat bahwa tunggal, tabung tipis yang sulit untuk

mengambil dan mengganti.

d. Tabung pitch : ketika mendesain tabung, adalah praktis untuk memastikan

bahwa tabung pitch (yaitu jarak pusat-pusat tabung sebelah) tidak kurang

dari 1,25 kali diameter luar tabung '

Shell and tube penukar panas terdiri dari serangkaian tabung. Satu set dari

tabung berisi cairan yang harus baik dipanaskan atau didinginkan. Cairan kedua

berjalan lebih dari tabung yang sedang dipanaskan atau didinginkan sehingga

18

dapat menyediakan panas atau menyerap panas yang dibutuhkan. Satu set tabung

disebut berkas tabung dan dapat terdiri dari beberapa jenis tabung: polos, bersirip

longitudinal dll Shell dan penukar panas tabung biasanya digunakan untuk

aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan lebih besar dari 30 bar) dan suhu lebih

besar dari 260 C. Hal ini karena shell dan penukar panas tabung yang kuat

karena bentuknya.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida

dalam shell side dan tube side untuk shell and Tube exchanger adalah :

a. Kemampuan untuk dibersihkan (Cleanability)

Jika dibandingkan cara membersihkan Tube dan Shell, maka pembersihan

sisi shell jauh lebih sulit. Untuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di

sebelah shell dan fluida yang kotor melalui Tube.

b. Korosi

Masalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari

paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida

dialirkan melalui Tube untuk menghemat biaya yang terjadi karena

kerusakan shell. Jika terjadi kebocoran pada Tube, heat exchanger masih

dapat difungsikan kembali. Hal ini disebabkan karena Tube mempunyai

ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan kekuatan dari small diameter

Tube melebihi shell.

c. Tekanan

Shell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan

dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. Untuk

mengatasi hal itu apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan

melalui Tube.

d. Temperatur

Biasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi

pada Tube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan

19

luar Tube atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida

yang mengalir di shell. Jika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan

pada shell side, maka transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah Tube,

tapi ada kemungkinan transfer panas juga terjadi ke arah luar shell (ke

lingkungan).

e. Sediment/ Suspended Solid / Fouling

Fluida yang mengandung sediment/suspended solid atau yang

menyebabkan fouling sebaiknya dialirkan di Tube sehingga Tube-Tube

dengan mudah dibersihkan. Jika fluida yang mengandung sediment

dialirkan di shell, maka sediment/fouling tersebut akan terakumulasi pada

stagnant zone di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell menjadi

tidak mungkin dilakukan tanpa mencabut Tube bundle. f. Viskositas

Fluida yang viscous atau yang mempunyai low transfer rate dilewatkan

melalui shell karena dapat menggunakan baffle. Koefisien heat transfer yang

lebih tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih viscous

pada shell side sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran

crossflow (terutama karena pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan

viskositas > 2 cSt dialirkan di shell side untuk mengurangi luas permukaan

perpindahan panas yang diminta. Koefisien perpindahan panas yang lebih

tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen akan terjadi melintang

melalui sisi luar Tube dan baffle.

Faktor yang mempengaruhi efektivitas alat penukar panas (Heat Exchanger)

terutama Heat exchanger tipe shell & tube:

1. penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas,

hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

2. pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat

hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang.

3. dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas

berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas

meningkat, jika laju alir massa udara meningkat.

20

4. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell

sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak

baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang

menyimpang dari aliran melintang.

5. Melakukan penelitian penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas

alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien

perpindahan panas.

6. Melakukan penelitian pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell,

efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian

berkurang.

7. Menyimpulkannya dengan menggunakan alat penukar panas tabung

konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin

meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara

meningkat.

8. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell

sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak

baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang

menyimpang dari aliran melintang.

Penentuan fluida dalam shell atau tube:

1. Fluida bertekanan tinggi dialirkan di dalam tube karena tube standar

cukup kuat menahan tekanan yang tinggi.

2. Fluida berpotensi fouling dialirkan di dalam tube agar pembersihan lebih

mudah dilakukan.

3. Fluida korosif dialirkan di dalam tube karena pengaliran di dalam shell

membutuhkan bahan konstruksi yang mahal yang lebih banyak.

4. Fluida bertemperatur tinggi dan diinginkan untuk memanfaatkan

panasnya dialirkan di dalam tube karena dengan ini kehilangan panas

dapat dihindarkan.

21

5. Fluida dengan viscositas yang lebih rendah dialirkan di dalam tube

karena pengaliran fluida dengan viskositas tinggi di dalam penampang

alir yang kecil membutuhkan energi yang lebih besar.

6. Fluida dengan viskositas tinggi ditempatkan di shell karena dapat

digunakan baffle utnuk menambah laju perpindahan.

7. Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam tube. Diameter tube

yang kecil menyebabkan kecepatan linier fluida masih cukup tinggi

sehingga menghambat fouling dan mempercepat perpindahan panas.

8. Fluida yang mempunyai volume besar dilewatkan melalui tube karena

adanya cukup ruangan.

Keuntungan shell and tube exchanger:

1. Memiliki permukaan perpindahan panas persatuan volume yang lebih

besar.

2. Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik

untuk operasi bertekanan.

3. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi.

4. Prosedur pengoperasian lebih mudah.

5. Metode perancangan yang lebih baik telah tersedia.

6. Pembersihan dapat dilakukan dengan mudah.

2.4.2 Double Pipe (Pipa Ganda)

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis

penukar panas dapat digunakanberlawanan arah aliran atau arah aliran, baik

dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruangan nular dan

cairan lainnya dalam pipa.

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

dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat.

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

22

tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas

jenis selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendiri-

sendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini

dibentuk menjadi U. pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan

memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip. Bentuk siripnya ada yang

memanjang, melingkar dan sebagainya.

Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang

tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat

kecil. Kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil,

Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri

ataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop

dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas

permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Sedangkan

kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal,

terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (

23

akan baik berlawanan arah / counterflow atau aliran paralel. Crossflow hanya

tidak bekerja untuk penukar panas pipa ganda. Pola yang aliran dan tugas panas

yang dibutuhkan pertukaran memungkinkan perhitungan log mean perbedaan

suhu. Yang bersama-sama dengan perpindahan panas keseluruhan diperkirakan

koefisien memungkinkan perhitungan luas permukaan perpindahan panas yang

diperlukan. Kemudian ukuran pipa, panjang pipa dan jumlah tikungan dapat

ditentukan.

Prinsip kerja dari alat ini adalah memindahkan panas dari cairan dengan

temperature yang lebih tinggi ke cairan yang memiliki temperatur lebih rendah.

Dalam percobaan kali ini, aliran panas (steam) dialirkan pada bagian dalam pipa

konsentris sedangkan air dialirkan pada bagian luar dari pipa konsentris ini

(bagian anulus).

Namun, terkadang dalam beberapa alat seperti HE ini, akan ada pengotor

didalam pipa yang membuat proses perpindahan kalor nya menjadi terganggu.

Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga disebabkan

oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis fluida

yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran

pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau

memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau

mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.

Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain : Temperatur

fluida, Temperatur dinding tube dan Kecepatan aliran fluida.

2.4.3 Plate and Frame

Plate and Frame Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar

panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan

profil lain, yang dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak.

Pelat-pelat ini dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-

pelat ditentukan oleh sekat-sekat tersebut. Pada setiap sudut dari pelat yang

berbentuk empat persegi panjang terdapat lubang. Melalui dua di antara lubang-

lubang ini media yang satu disalurkan masuk dan keluar pada satu sisi,

24

sedangkan media yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang antara

disebelahnya. Dalam hal itu hubungan ruang yang satu dan yang lainnya

dimungkinkan. pelat-pelat yang dibentuk sesuai kebutuhan dan umumnya terbuat

dari baja (stainless steel type 304, 316, 317) atau logam lainnya.

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket 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 10 ( 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.

Sistem Kerja dari Plate Heat Exchanger

Produk akan dipanaskan dan masuk kedalam suatu larutan yang

kemudian akan mengalir pada sebuah pelat. Proses pemanasan ini terjadi dengan

adanya medium pemanas yang mengalir pada saluran dan pelat yang lainnya.

Dimana pelat yang telah tersusun ini akan secara bergantian mengalirkan produk

dan medium pemanas. Pelat yang dialiri produk tidak akan dialiri oleh

komponen lain.

Cairan panas yang melintasi bagian bawah head dialirkan ke atas

melintas diantara setiap plae genap sementara cairan dingin pada bagian puncak

head dialirkan turun diantara plat-plat ganjil. Arah aliran produk dan medium

pemanas di dalam pelat biasanya berbeda atau boleh dikatakan mengalir secara

berlawanan. Pada umumnya produk akan masuk melalui saluran atas dan

mengalir kebawah melewati pelat, sehingga aliran keluaran produk akan berada

dibawah, sedangkan medium pemanas akan masuk melalui saluran yang

berkebalikan dari produk, yaitu masuk melalui saluran bawah dan mengalir ke

atas melewati pelat, sehingga aliran pengeluaran medium pemanas akan berada

diatas. Arah aliran yang berlawanan ini dimaksudkan agar proses pemanasan

dapat lebih cepat berlangsung.

25

Produk yang mengalir pada suatu pelat akan terhimpit oleh medium

pemanas dengan arah aliran yang berbeda, sehingga produk akan cepat memanas

karena tertekan oleh pelat yang mengalirkan medium pemanas. Produk yang telah

menjadi panas dan medium yang telah mengalir pada suatu pelat akan mengalir

keluar.

Saluran pengeluaran medium pemanas dan produk ada dua macam

tergantung dari rangkaian pelat yang digunakan, baik itu seri maupun paralel.

Pada rangkaian seri produk yang masuk dan keluar akan melewati ports pada

bagian front head yang sama. Sedangkan pada rangkaian paralel produk dan

medium pemanas akan masuk dan keluar melewati bagian yang berbeda, yaitu

masuk melewati ports pada bagian front head dan keluar melalui ports pada

bagian belakangnya.

Prinsip Alat Ukur PHE

1. Alat ukur laju alir

2. Alat ukur tekanan

3. Alat ukur suhu

Kelebihan PHE

1. Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat

yang kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien.

2. Mudah dirawat dan dibersihkan

3. Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan

4. Waktu tinggal media sangat pendek

5. Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos)

6. Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah

7. Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless

Steel,Titanium, dan logam lainnya)

8. Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi

26

Kekurangan PHE

1. Pelat merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and

Frame Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30

bar.

2. Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting

3. Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 oC dikarenakan performa

dari material gasket yang sesuai.

27

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

1. Heat Exchanger adalah alat yang difungsikan untuk mengakomodasikan

perpindahan panas dari fluida panas ke fluida dingin dengan adanya

perbedaan temperatur.

2. Dari jenis-jenis Heat Exchanger, komponen-komponen peralatan

tergantung dari jenisnya. Setiap komponen memiliki peranan masing-

masing yang semuanya saling bergantungan yang apabila salah satu tidak

berfungsi maka akan mengganggu kinerja dari peralatan tersebut.

28

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Alat Heat Exchanger. Tersedia di:

http://www.iklimnet.com/expert_hvac/heat_exchangers_PHE.html

(diunduh tanggal 10 Mei 2015)

Anonim. Makalah Heat Exchanger Alat Penukar Panas. Tersedia di:

https://www.academia.edu/8315459/ (diunduh tanggal 10 Mei 2015)

Anonim. Shell and Tube Exchanger. Tersedia di:

http://www.southwestthermal.com/shell-tube-exchanger.html (diunduh

tanggal 10 Mei 2015)

Anonim. Shell and Tube Exchanger. Tersedia di:

http://www.niro.com/niro/cmsdoc.nsf/webdoc/ndkw5y7g8v (diunduh

tanggal 10 Mei 2015)

Anonim. Shell and Tube Exchanger. Tersedia di:

http://www.kamui.co.jp/english/products/shell_and_tube/ (diunduh

tanggal 10 Mei 2015)

Anonim. Shell and Tube Exchanger. Tersedia di:

http://hezrif.uitm.edu.my/ese652/51%20Heat%20Exchanger%20090907d.pdf

(diunduh tanggal 10 Mei 2015)

Tim Penyusun. 2013. Perancangan Alat Proses 1. Samarinda: Politeknik

Negeri Samarinda