LAPORAN KHUSUS RIYANTI NUR MALINA FIXX.pdf

LAPORAN KERJA PRAKTEK

BADAK LIQUEFIED NATURAL GAS

LAPORAN TUGAS KHUSUS

MENGEVALUASI PREHEATER (2E-6) DENGAN MENGGUNAKAN A2E-7

Disusun Oleh:

Riyanti Nur Malina

1009055027

Pembimbing:

Novy Pralisa Putri, S. T., M. Eng

Ferry Adhi Perdana

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDA

2014

LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN KHUSUS KERJA PRAKTEK

Mengevaluasi Preheater (2E-6) Dengan Menggunakan A2E-7

PT BADAK LNG

Bontang Kalimantan Timur

Periode : 01 April 2014 s.d. 20 Mei 2014

Oleh :

Riyanti Nur Malina

1009055027

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDA

Telah diperiksa dan disetujui,

Pembimbing Lapangan,

Ferry Adhi Perdana

Pembimbing Utama,

Novy Pralisa Putri, S. T., M. Eng.

Riyanti Nur Malina/ 1009055027 ii Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Mulawarman Samarinda

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................ i

DAFTAR ISI .............................................................................................................................. ii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ iv

BAB I ......................................................................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................................................ 1

1.2. Tujuan.......................................................................................................................... 2

1.3. Ruang Lingkup ............................................................................................................ 3

1.4. Metode Penulisan ........................................................................................................ 3

1.5. Sistematika Penyusunan Laporan................................................................................ 3

BAB II ........................................................................................................................................ 5

2.1. Tinjauan Umum........................................................................................................... 5

2.2. Mekanisme Perpindahan Panas ................................................................................... 5

2.3. Dhydration Unit .......................................................................................................... 7

2.4. Proses Regenaration Dhydration Unit ........................................................................ 9

2.5. Heat Exchanger ......................................................................................................... 10

2.6. Fungsi Heat Exchanger ............................................................................................. 12

2.7. Jenis Jenis Heat Exchanger .................................................................................... 12

BAB III .................................................................................................................................... 31

3.1. Mencari Data yang Diperlukan ................................................................................. 31

3.2. Melakukan Simulasi .................................................................................................. 31

3.3. Hipotesis Hasil Pengamatan ...................................................................................... 33

3.4. Melakukan Perhitungan Saving Kebutuhan Steam Masuk di E2E 7 .................... 34

BAB IV .................................................................................................................................... 36

4.1. Hasil Pengamatan .......................................................................................................... 36

BAB V ..................................................................................................................................... 41

5.1. Kesimpulan................................................................................................................... 41

5.2. Saran .............................................................................................................................. 41

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 42

Riyanti Nur Malina/ 1009055027 iii Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Mulawarman Samarinda

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Hasil Konversi Mass Flow Pada Steam Masuk ...................................................... 34

Riyanti Nur Malina/ 1009055027 iv Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Mulawarman Samarinda

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Diagram Proses Plant 2 ................................................................................... 8

Gambar 2. 2 Tipe Shell Standar dan Front- dan Rear-End .................................................... 16

Gambar 2. 3 Susunan Standar Tube pada Heat Exchanger ................................................... 17

Gambar 2. 4 Penukar Kalor Tipe Tabung dan Pipa (Shell and Tube) ................................... 18

Gambar 2. 5 Penukar Kalor Tabung dan Pipa Tipe Pipa U ................................................... 20

Gambar 2. 6 Penukar Kalor Tabung dan Pipa Tipe Dua Pipa (Double Pipe) ...................... 21

Gambar 2. 7 Penukar Kalor Tipe Pipa Bersirip (Fins and Tube) .......................................... 22

Gambar 2. 8 Penukar Kalor Tipe Pelat (Plate Heat Exchanger) ........................................... 23

Gambar 2. 9 Penukar Kalor Tipe Spiral................................................................................. 24

Gambar 2. 10 Segmental Baffle ............................................................................................... 28

Gambar 2. 11 Disc & Doughnut Baffle .................................................................................... 29

Gambar 2. 12 Orifice Baffle ..................................................................................................... 29

Gambar 3. 1 Simulasi HYSYS Heat Exchnger (2E- 7) pada Train A sebelum menjadi

Preheater .......................................................................................................... 32

Gambar 3. 2 Simulasi HYSYS Saat A2E 7 menjadi Preheater di Train E ........................ 32

Gambar 3. 3 Hasil Perhitugan Perubahan Temperatur Pada 2E 7 Setelah Penambahan

Preheater Menggunakan Software HYSYS ..................................................... 33

Gambar 4. 1 Hasil Pengamatan Nilai UA .............................................................................. 36

Gambar 4. 2 Hasil Pengamatan T Approach ....................................................................... 37

Gambar 4. 3 Hasil Pengamatan Steam Masuk di E2E 7 ..................................................... 38

Gambar 4. 4 Hasil Pengamatan Saving Kebutuhan Steam Masuk di E2E 7....................... 39

Riyanti Nur Malina / 1009055027 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Mulawarman Samarinda 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dehydration Unit terdapat pada Plant-2 dari setiap Process Train.

Dehydration Unit berfungsi untuk menghilangkan kandungan air yang masih

terkandung dalam feed gas. Air perlu dipisahkan karena memiliki titik beku 0oC

sehingga akan membeku dan menghambat perpipaan pada proses pencairan LNG

yang berlangsung pada -156oC. Feed gas keluaran dari Plant-2 diharapkan

mengandung H2O tidak lebih dari 0,5 ppm.

Pada Plant-2 terdapat tiga buah kolom Drier yang dioperasikan secara

bergantian, 2 unit dioperasikan sedangkan satu unit lainnya akan diregenerasi.

Drier akan diregenerasi ketika hasil uji terhadap sampel aliran keluar Drier

menunjukkan kadar H2O dalam aliran sudah mendekati 0,5 ppm, dan proses

penghilangan H2O dalam feed gas akan diswitch ke Drier yang sudah stand by.

Proses regenerasi bertujuan untuk menghilangkan kandungan H2O yang

tertahan pada molecular sieve ketika proses pengeringan feed gas. Proses

regenerasi memanfaatkan feed gas yang sudah bebas H2O, untuk menjadi gas

pengering (gas panas) molecular sieve. Proses regenerasi terdiri dari beberapa

tahap diantaranya :

Tahap heating, dengan mengalirkan gas panas bersuhu sekitar 244oC dari

bawah kolom dengan laju alir sekitar 40 kNm3/h selama 420 menit. Gas panas ini

berasal dari sebagian gas keluaran 2C-2 yang dipanaskan dengan HP Steam di 2E-

7. Air yang teradsorbsi oleh molecular sieve akan teruapkan bersama hidrokarbon

berat dan keluar bersamaan dengan aliran gas panas dari bagian atas kolom.

Tahap cooling, dilakukan dengan mengalirkan gas yang tidak dipanaskan

kurang lebih selama 150 menit sampai temperatur turun menjadi 20oC. Kolom

perlu didinginkan agar siap digunakan kembali untuk menyerap air dari feed gas,

karena proses adsorbsi akan lebih efisien pada temperatur rendah.


Tahap standby adalah tahap menunggu sebelum kolom lain diregenerasi.

Saat standby aliran gas akan di by-pass menuju upstream 2E-3 untuk mencegah

surging pada Kompresor 2K-2. Feed gas yang telah digunakan untuk

meregenerasi molecular sieve didinginkan oleh Fin Fan Cooler 2E-3A/B hingga

temperatur sekitar 43oC, kemudian dialirkan ke kolom Feed Drier Reactivation

Separator (2C-3) untuk memisahkan kondensat dan air dari aliran gas. Kondensat

akan dikirim ke Plant-16 sedangkan air akan dikirim ke burn pit/grown flare.

Perpindahan panas terjadi jika terjadi kontak antara 2 aliran atau lebih yang

memiliki perbedaan temperatur. Perbedaan temperatur menjadi driving force dari

proses perpindahan panas. Panas akan berpindah dari aliran yang bertemperatur

tinggi ke temperatur rendah. Pada proses regenerasi Drier dibutuhkan aliran gas

panas untuk menguapkan kandungan H2O yang terdapat pada molecular sieve.

Gas panas yang digunakan diambil dari alian feed gas keluaran kolom 2C-2. Feed

gas keluaran kolom 2C-2 memiliki temperatur sekitar 20,56oC sehingga perlu

dilakukan peningkatan temperatur terhadap feed gas agar dapat digunakan dalam

proses regenerasi. Temperatur feed gas ditingkatkan hingga mencapai 243,3oC

dengan memanfaatkan perpindahan panas dari High Pressure Steam. Proses

perpindahan panas antara High Pressure Steam dengan feed gas berlansung pada

Heat Exchanger 2E-7.

Salah satu kegiatan dalam penghematan energi adalah mempergunakan

kembali energi yang tersisa diantaranya didalam kelompok perlatan, untuk

memanfaatkan kembali panas (heat recovery) adalah alat penukar panas (heat

exchanger). Maka gas yang keluar dari drier saat regenerasi untuk menuju Fin

Fan Cooler masih memiliki suhu yang cukup tinggi yaitu sekitar 260oC. Gas

tersebut masih dapat dimanfaatkan sebagi fluida pemanas pada Preheater.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan pengerjaan tugas khusus ini, yaitu :

1. Mengevaluasi A2E 7 sebagai Preheater (2E 6) pada Train E

2. Menetukan suhu optimum pada gas regenerasi outlet Preheater (E2E

6 )


3. Melakukan saving kebutuhan steam di E2E 7

1.3 Ruang Lingkup

Ruang lingkup yang digunakan pada tugas khusus ini, yaitu :

1. Mencari data komposisi komposisi gas saat ini.

2. Melakukan simulasi menggunakan HYSYS untuk mengetahui kondisi

proses tersebut.

3. Mencari kondisi operasi optimumnya.

4. Menghitung saving kebutuhan steam di E2E-7

1.4 Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan laporan ini, yaitu :

1. Studi pustaka

2. Perhitungan duty menggunakan simulasi software HYSYS 7.3 dan

Microsof Excel 2010

3. Diskusi dengan pembimbing terkait masalah yang dibahas di tugas

khusus

1.5 Sistematika Penyususnan Laporan

Sistematika penyusunan laporan tugas khusus ini adalah sebagi berikut :

BAB I : Pendahuluan

Bab ini membahas tentang latar belakang, tujuan, ruang

lingkup, metode penulisan serta sistematika penulisan.

BAB II : Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang mengenai hal- hal teoritis yang

menjadi dasar studi tentang heat exchanger.

BAB III : Metodologi

Bab ini membahas tentang tahapan atau langkah-langkah

perhitungan yang akan dilakukan.

BAB IV : Hasil dan Pembahasan


Bab ini membahas tentang hasil Mengevaluasi Preheater

(E2E 7) Menggunakan A2E 7

BAB V : Penutup

Bab ini membahas tentang kesimpulan dan saran berkaitan

dengan Mengevaluasi Preheater (E2E 7) Menggunakan

A2E 7


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum

Semua industri pengolahan kimia lebih khususnya pengolahan gas bumi,

masalah perpindahan energi atau perpindahan panas adalah hal yang sangat

banyak dilakukan, kebutuhan akan energi yang semakin meningkatkan akan terasa

pada peningkatan biaya operasi. Masa sekarang ini para pengusaha atau pemimpin

perusahaan semakin menggairahkan penghematan energi yang disebut dengan

saving energi.

Salah satu kegiatan dalam penghematan energi adalah mempergunakan

kembali energi yang tersisa diantaranya didalam kelompok perlatan, untuk

memanfaatkan kembali panas (heat recovery) adalah alat penukar panas (heat

exchanger). Perpindahan kalor dari suatu zat ke zat lain seringkali terjadi dalam

kehidupan sehari-hari baik penyerapan atau pelepasan kalor, untuk mencapai dan

mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Kalor

sendiri adalah salah satu bentuk energi.

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 ke dua.

Kalor dapat berpindah dengan tiga macam cara yaitu:

1. Pancaran, sering juga dinamakan radiasi.

2. Hantaran, sering juga disebut konduksi.

3. Aliran, sering juga disebut konveksi.

2.2 Mekanisme Perpindahan Panas (Heat Transfer)

Mekanisme perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa cara :

2.2.1. Perpindahan panas secara konduksi

Yang dimaksud dengan 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.

Bahan yang dapat menghantar kalor dengan baik dinamakan

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. Pada

umumnya, bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan sempurna

(logam) merupakan penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya.

Selanjutnya bila diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam dan

salah satu ujungnya diulurkan ke dalam nyala api. Dapat diperhatikan

bagaimana kalor dipindahkan dari ujung yang panas ke ujung yang dingin.

Apabila ujung batang logam tadi menerima energi kalor dari api, energi ini

akan memindahkan sebagian energi kepada molekul dan elektron yang

membangun bahan tersebut.

2.2.2. Perpindahan panas secara konveksi

Yang dimaksud dengan 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 dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang

penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan

permukaan itu adalah yang 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 sekelilingnya.

Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia

merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh

karena konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk


pengangkutan kalor ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada

pemanasan zat ini terjadi aliran, karena massa yang akan dipanaskan tidak

sekaligus dibawa ke suhu yang sama tinggi. Oleh karena itu bagian yang

paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh massa jenis yang

lebih kecil daripada bagian massa yang lebih dingin. Sebagai akibatnya

terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya tersebar pada seluruh zat.

2.2.3. Perpindahan panas secara radiasi

Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ia1ah perpindahan ka1or

mela1ui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda

memancarkan ka1or. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat.

Pada hakekatnya proses perpindahan kalor radiasi terjadi dengan

perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. 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).

2.3 Dhydration Unit

Dehydration Unit terdapat pada Plant-2 dari setiap Process Train.

Dehydration Unit berfungsi untuk menghilangkan kandungan air yang masih

terkandung dalam feed gas. Air perlu dipisahkan karena memiliki titik beku 0oC

sehingga akan membeku dan menghambat perpipaan pada proses pencairan LNG

yang berlangsung pada -156oC. Feed gas keluaran dari Plant-2 diharapkan

mengandung H2O tidak lebih dari 0,5 ppm. Diagram proses dari Plant-2

ditampilkan pada gambar 2.1.


Gambar 2.1 Diagram Proses Plant-2

Feed gas yang bebas CO2 dialirkan ke Drier Precooler 4E-10 untuk

didinginkan hingga temperatur 19oC dengan propane sebagai media pendingin.

Pendinginan feed gas mengakibatkan sebagian uap air dan hidrokarbon berat yang

masih terkandung dalam feed gas akan terkondensasi. Aliran ini kemudian

dimasukkan ke kolom Drier Separator Decantor 2C-1 untuk memisahkan air dan

kondensat hidrokarbon dari feed gas. Temperatur masukan dari kolom 2C-1 harus

dijaga pada temperatur 19oC, feed gas dengan suhu terlalu panas akan

menyebabkan air yang terdapat dalam feed gas tidak terkondensasi sehingga

menambah beban kerja pada Drier 2C-2A/B/C. Sedangkan aliran feed gas yang

terlalu dingin akan mengakibatkan terbentuknya hidrat antara hidrokarbon dan air

di 2C-1 yang akan menghambat aliran. Feed gas dari 2C-1 kemudian dialirkan ke


kolom 2C-2A/B/C yang berisi molecular sieve untuk mengadsorbsi air. Kolom

2C-2 berisikan unggun tetap molecular sieve sebagai adsorben utama, alumdum

ball sebagai support, serta alumina. Molecular sieve dipilih sebagai unggun tetap

karena memiliki kemampuan untuk menyerap air dalam feed gas hingga dibawah

batas 0,5 ppm. Sedangkan alumina memiliki nilai water loading yang besar dan

kuat terhadap tekanan bulk air.

Feed gas yang sudah bersih dari H2O akan disaring oleh Filter 2Y-1A untuk

menghilangkan debu molecular sieve yang ikut terbawa. Kemudian feed gas ini

dialirkan menuju Mercury Removal Unit (2C-4).

2.4 Proses Reagenaration Dhydration Unit

Pada Plant-2 terdapat tiga buah kolom Drier yang dioperasikan secara

bergantian, 2 unit dioperasikan sedangkan satu unit lainnya akan diregenerasi.

Drier akan diregenerasi ketika hasil uji terhadap sampel aliran keluar Drier

menunjukkan kadar H2O dalam aliran sudah mendekati 0,5 ppm, dan proses

penghilangan H2O dalam feed gas akan diswitch ke Drier yang sudah stand by.

Proses regenerasi bertujuan untuk menghilangkan kandungan H2O yang

tertahan pada molecular sieve ketika proses pengeringan feed gas. Proses

regenerasi memanfaatkan feed gas yang sudah bebas H2O, untuk menjadi gas

pengering (gas panas) molecular sieve. Proses regenerasi terdiri dari beberapa

tahap diantaranya :

Tahap heating, dengan mengalirkan gas panas bersuhu sekitar 244oC dari

bawah kolom dengan laju alir sekitar 40 kNm3/h selama 420 menit. Gas panas ini

berasal dari sebagian gas keluaran 2C-2 yang dipanaskan dengan HP Steam di 2E-

7. Air yang teradsorbsi oleh molecular sieve akan teruapkan bersama hidrokarbon

berat dan keluar bersamaan dengan aliran gas panas dari bagian atas kolom.

Tahap cooling, dilakukan dengan mengalirkan gas yang tidak dipanaskan

kurang lebih selama 150 menit sampai temperatur turun menjadi 20oC. Kolom

perlu didinginkan agar siap digunakan kembali untuk menyerap air dari feed gas,

karena proses adsorbsi akan lebih efisien pada temperatur rendah.


Tahap standby adalah tahap menunggu sebelum kolom lain diregenerasi.

Saat standby aliran gas akan di by-pass menuju upstream 2E-3 untuk mencegah

surging pada Kompresor 2K-2.

Feed gas yang telah digunakan untuk meregenerasi molecular sieve

didinginkan oleh Fin Fan Cooler 2E-3A/B hingga temperatur sekitar 43oC,

kemudian dialirkan ke kolom Feed Drier Reactivation Separator (2C-3) untuk

memisahkan kondensat dan air dari aliran gas. Kondensat akan dikirim ke Plant-

16 sedangkan air akan dikirim ke burn pit. Feed gas yang keluar dari kolom ini

dikompresi oleh Kompresor 2K-2 dan dialirkan kembali untuk digabung dengan

gas umpan 1C-2 (Plant-1). Kompresi dengan Kompresor 2K-2 bertujuan agar

tekanan dari feed gas yang digunakan untuk regenerasi sesuai dengan tekanan

feed gas masuk ke kolom CO2 Absorber. Tujuan dari pengembalian feed gas yang

digunakan unuk regenerasi ke kolom CO2 Absorber adalah untuk mengantisipasi

terjadinya CO2 spike (kenaikan kandungan CO2) pada aliran feed gas.

2.5 Heat Exchanger

Perpindahan panas terjadi jika terjadi kontak antara 2 aliran atau lebih yang

memiliki perbedaan temperatur. Perbedaan temperatur menjadi driving force dari

proses perpindahan panas. Panas akan berpindah dari aliran yang bertemperatur

tinggi ke temperatur rendah. Pada proses regenerasi Drier dibutuhkan aliran gas

panas untuk menguapkan kandungan H2O yang terdapat pada molecular sieve.

Gas panas yang digunakan diambil dari alian feed gas keluaran kolom 2C-2. Feed

gas keluaran kolom 2C-2 memiliki temperatur sekitar 20,56oC sehingga perlu

dilakukan peningkatan temperatur terhadap feed gas agar dapat digunakan dalam

proses regenerasi. Temperatur feed gas ditingkatkan hingga mencapai 243,3oC

dengan memanfaatkan perpindahan panas dari High Pressure Steam. Proses

perpindahan panas antara High Pressure Steam dengan feed gas berlansung pada

Heat Exchanger 2E-7.

Heat Exchanger digunakan untuk berbagai kepentingan dan kegunaannya

yang paling esensial adalah untuk mendinginkan atau memanaskan suatu fluida.

Selain itu digunakan pula untuk evaporasi atau kondensasi, untuk menyimpan


panas yang terbentuk dari reaksi kimia atau reaksi pembakaran, sterilisasi,

pasteurisasi, fraksionasi, distilasi, kristalisasi, dan lain-lain. Persamaan umum

untuk menyatakan jumlah kalor yang dipindahkan dari fluida pada alat penukar

kalor dinyatakan dengan persamaan :

Dimana :

Q = Panas yang berpindah dari fluida panas ke fluida dingin, W

A = Luas permukaan perpindahan panas, m2

U = Koefisien perpindahan panas keseluruhan, W/ m2 oC

TM = Perbedaan temperatur rata-rata, oC

Penukar kalor banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan di

industri. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari sering dipergunakan

peralatan masak memasak yang semuanya sebenarnya merupakan alat penukar

kalor. Di dalam mobil maupun alat transportasi lainnya banyak dijumpai radiator

maupun alat pengkondisi udara kabin, yang keduanya juga merupakan penukar

kalor. Di industri, banyak sekali peralatan penukar kalor seperti ketel uap (boiler),

pemanas lanjut (super heater), pendingin oli pelumas (oil cooler), kondenser

(condenser), dan lain-lain. Khusus untuk industri semen, sebenarnya peralatan

utama produksi seperti suspension Preheater, calciner, kiln, dan cooler sebenarnya

juga merupakan alat penukar kalor. Selain itu masih banyak penukar kalor untuk

fungsi lainnya yang dipergunakan dalam industri semen seperti pendingin minyak

pelumas, pendingin udara untuk kebutuhan jet pulse filter, dan lain sebagainya.

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. Perlu dicatat di sini bahwa fluida atau zat yang saling

ditukarkan energinya tersebut dapat merupakan fluida atau zat yang sama namun

berbeda temperaturnya. Sebagai contoh dalam hal penukar kalor yang berfungsi

untuk mendinginkan minyak pelumas gearbox dengan pendingin air, ini berarti

bahwa penukar kalor tersebut berfungsi memindahkan energi yang dimiliki oleh

minyak pelumas ke air pendinginnya, sehingga air tersebut menerima energi dari

minyak pelumas yang ditandai dengan kenaikan temperaturnya. Sedangkan bagi


minyak pelumas yang memberikan energinya ke air akan mengalami penurunan

temperaturnya sehingga kekentalannya dan sifat melumasinya akan menjadi lebih

baik dan dapat dipergunakan untuk melumasi kembali. Dalam kasus seperti ini

seolah-olah penukar kalor hanyalah merupakan tempat berlangsungnya transfer

energi dari minyak pelumas menuju air pendingin.

2.6 Fungsi Heat Exchanger

Dalam praktek fungsi penukar kalor yang dipergunakan di industri lebih

diutamakan untuk menukarkan energi dua fluida (boleh sama zatnya) yang

berbeda temperaturnya. Pertukaran energi dapat berlangsung melalui bidang atau

permukaan perpindahan kalor yang memisahkan kedua fluida atau secara kontak

langsung (fluidanya bercampur). Energi yang dipertukarkan akan menyebabkan

perubahan temperatur fluida (kalor sensibel) atau kadang dipergunakan untuk

berubah fasa (kalor laten). Laju perpindahan energi dalam penukar kalor

dipengaruhi oleh banyak faktor seperti kecepatan aliran fluida, sifat-sifat fisik

(viskositas, konduktivitas termal, kapasitas kalor spesifik, dan lain-lain), beda

temperatur antara kedua fluida, dan sifat permukaan bidang perpindahan kalor

yang memisahkan kedua fluida. Walaupun fungsi penukar kalor adalah untuk

menukarkan energi dua fluida atau dua zat, namun jenisnya banyak sekali. Hal ini

terjadi karena biasanya desain penukar kalor harus menunjang fungsi utama

proses yang akan terjadi di dalamnya.

2.7 Jenis-Jenis Heat Exchanger

Standar yang banyak dipergunakan dalam masalah penukar kalor ini yaitu

TEMA (Tubular Exchanger Manufacturer Association) yaitu suatu asosiasi para

pembuat penukar kalor di Amerika dan ASME (American Society of Mechanical

Engineers). TEMA lebih banyak membahas mengenai jenis penukar kalor,

metode perhitungan kinerja dan kekuatannya (proses perancangan), istilah bagian-

bagian dari penukar kalor (parts), dan dasar pemilihan dalam aplikasi penukar

kalor dalam kehidupan sehari-hari khususnya di industri. Sedangkan ASME lebih

memuat masalah prosedur dasar bagaimana membuat penukar kalor serta standard


bahan yang akan atau biasa dipergunakan. Kedua aturan atau prosedur tersebut

tidak lain bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan,

kegagalan operasi, serta kemana dan dengan alasan apa apabila terjadi

complaint terhadap masalah yang terjadi. Hal ini dapat dimengerti karena pada

umumnya penukar kalor bekerja pada temperatur dan tekanan yang tinggi serta

kadang-kadang menggunakan fluida yang bersifat kurang ramah terhadap

kehidupan manusia.

Berdasarkan TEMA secara garis besar jenis penukar kalor dibagi menjadi

dua kelompok besar berdasarkan pemakaiannya di industri yaitu:

Kelas R : untuk pemakaian dengan kondisi kerja yang berat, misalnya untuk

industri minyak dan industri kimia berat.

Kelas C : yaitu yang dibuat untuk pemakaian umum (general purpose), yang

dasar produksinya lebih memperhatikan aspek ekonomi dengan

ukuran dan kapasitas pemindahan panas yang kecil. Kelas ini

dipergunakan untuk pemakaian umum di industri.

Namun demikian di dalam pembicaraan di kalangan akademisi, klasifikasi

penukar kalor ini menjadi lebih luas karena dapat digolong-golongkan

berdasarkan berbagai aspek, antara lain:

Proses perpindahan kalor yang terjadi.

Tingkat kekompakan permukaan pemindah kalor.

Profil konstruksi permukaan.

Susunan aliran fluida.

Jumlah atau banyaknya fluida yang dipertukarkan energinya.

Mekanisme perpindahan kalor yang dominan.

2.7.1. Jenis penukar kalor berdasarkan proses perpindahan kalor yang

terjadi.

Berdasarkan proses perpindahan kalor yang terjadi, penukar kalor dapat

dibedakan menjadi dua golongan yaitu :

a. Tipe kontak langsung


Tipe kontak langsung adalah tipe alat penukar kalor dimana antara dua

zat yang dipertukarkan energinya dicampur atau dikontakkan secara

langsung. Contohnya adalah clinker cooler dimana antara clinker yang

panas dengan udara pendingin berkontak langsung. Contoh yang lain adalah

cooling tower untuk mendinginkan air pendingin kondenser pada instalasi

mesin pendingin sentral atau PLTU, dimana antara air hangat yang

didinginkan oleh udara sekitar saling berkontak seperti layaknya air mancur.

Dengan demikian ciri khas dari penukar kalor seperti ini (kontak langsung)

adalah bahwa kedua zat yang dipertukarkan energinya saling berkontak

secara langsung (bercampur) dan biasanya kapasitas energi yang

dipertukarkan relatif kecil. Contoh-contoh lain adalah desuper-heater tempat

mencampur uap panas lanjut dengan air agar temperatur uap turun, pemanas

air umpan ketel uap (boiler) dengan memanfaatkan uap yang diekstraksi

dari turbin uap. Alat yang terakhir ini sering disebut feed water heater.

b. Tipe tidak kontak langsung

Tipe tidak kontak langsung adalah tipe alat penukar kalor dimana

antara kedua zat yang dipertukarkan energinya dipisahkan oleh permukaan

bidang padatan seperti dinding pipa, pelat, dan lain sebagainya sehingga

antara kedua zat tidak tercampur. Dengan demikian mekanisme perpindahan

kalor dimulai dari zat yang lebih tinggi temperaturnya mula-mula

mentransfer energinya ke permukaan pemisah untuk kemudian diteruskan

ke zat yang berfungsi sebagai pendingin atau penerima energi. Untuk

meningkatkan efektivitas pertukaran energi, biasanya bahan permukaan

pemisah dipilih dari bahan-bahan yang memiliki konduktivitas termal yang

tinggi seperti tembaga dan aluminium. Contoh dari penukar kalor seperti ini

sering kita jumpai antara lain radiator mobil, evaporator AC, pendingin oli

gearbox dengan air, dan lain-lain. Dengan bahan pemisah yang memiliki

konduktivitas termal yang tinggi diharapkan tahanan termal bahan tersebut

akan rendah sehingga seolah-olah antara kedua zat yang saling

dipertukarkan energinya seperti kontak lansung. Bedanya dengan yang

kontak langsung adalah masalah luas permukaan transfer energi. Pada jenis


kontak langsung luas permukaan perpindahan kalor sangat tergantung pada

luas kontak antara kedua zat, sedangkan pada tipe tidak kontak langsung

luas permukaan sama dengan luas permukaan yang memisahkan kedua zat.

2.7.2. Jenis penukar kalor berdasarkan tingkat kekompakan permukaan

pemindah kalor

Yang dimaksud dengan kekompakan luas permukaan perpindahan

kalor di sini adalah luas permukaan efektif yang tersentuh oleh salah satu

zat (biasanya diambil yang tertinggi nilainya dalam m2) per atau dibagi

dengan volume penukar kalor yang menempati ruang dalam m3. Jadi

dimensi kekompakan penukar kalor adalah m2/m

3. Apabila ditinjau dari

kekompakan luas permukaan perpindahan kalor ini, suatu penukar kalor

dikategorikan sebagai penukar kalor kompak bila luas permukaan

perpindahan kalor per volumenya lebih besar dari 700 m2/m

3. Sedangkan

yang nilainya kurang dari nilai itu disebut penukar kalor tidak atau kurang

kompak. Radiator mobil dan kondenser AC split merupakan dua contoh

penukar kalor kompak.

2.7.3. Jenis penukar kalor berdasarkan profil konstruksi permukaan

Berdasarkan profil konstruksi permukaan, penukar kalor yang banyak

di pergunakan di industri antara lain dengan konstruksi tabung dan pipa

(shell and tube), pipa bersirip (tube with extended surfaces/fins and tube),

dan penukar kalor pelat (plate Heat Exchanger).

Shell and Tube Heat Exchanger terdiri dari sekumpulan pipa silinder

yang membentuk cylindrical shell dengan sisi horizontal pada pipa sejajar

dengan shell tersebut. Tipe - tipe shell-and-tube exchanger adalah (1) fixed

tube sheet design, (2) U-tube design, (3) floating-head type. Pada ketiga tipe

tersebut, bagian ujung-depan kepala dibuat stasioner sedangkan bagian

ujung-belakang dapat berupa stasioner atau mengapung tergantung pada

tegangan-tegangan termal di dalam shell, tube, atau tubesheet, karena

adanya perbedaan tekanan sebagai hasil dari perpindahan panas.

Beberapa kelebihan dari Shell and Tube Heat Exchanger diantaranya :


Shell and Tube Heat Exchanger memberikan luas permukaan yang cukup

besar untuk volum yang kecil

Shell and Tube Heat Exchanger memiliki layout dan bentuk mekanik

yang baik

Perancangan yang lebih mudah dan konstruksinya dapat dipisah

Harga yang relatif murah dibandingkan tipe plate and frame.

Shell and Tube Heat Exchanger memiliki kode standar yang biasa

disebut sebagai kode standar TEMA. Berikut gambar dari tipe shell sesuai

dengan kode standard TEMA dan tipe-tipe bagian kepala front- dan rear-

end ditampilkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Tipe Shell Standar dan Front- dan Rear-End

Susunan tube di dalam shell tidak dapat saling berdekatan satu sama

lain, karena jarak yang saling berdekatan antara satu tube dengan tube lain

secara struktural akan mengurangi kekuatan tube sheet. Tube umumnya


disusun dalam bentuk triangular atau square, beberapa gambar susunan

standar tube ditampilkan pada Gambar 2.2. kelebihan dari penggunaan

susunan tube bentuk square adalah tube dapat dibersihkan dari luar dan

akan menghasilkan pressure drop yang lebih kecil. Tube pitch (PT) adalah

jarak terpendek antara pusat 1 tube dengan tube lainnya yang saling

berdekatan.

Gambar 2.3 Susunan Standar Tube pada Heat Exchanger

Komponen penting lainnya dalam Heat Exchanger adalah baffles.

Baffles berfungsi untuk menjaga aliran dalam Heat Exchanger tetap bersifat

aliran turbulen. Secara teoretis aliran turbulen menyebabkan perpindahan

panas yang lebih baik. Beberapa jenis baffles yang umum digunakan pada

Heat Exchanger adalah jenis segmental baffles dan disc and doughnut

baffles. Berikut ini akan diuraikan satu persatu dari setiap jenis penukar

kalor tersebut:

a. Tipe tabung dan pipa (shell and tube)

Tipe tabung dan pipa merupakan jenis penukar kalor yang paling

banyak digunakan di industri khususnya industri perminyakan. Jenis ini

terdiri dari suatu tabung dengan diameter cukup besar yang di dalamnya

berisi seberkas pipa dengan diameter relatif kecil seperti diperlihatkan pada

Gambar 2.4 Salah satu fluida yang dipertukarkan energinya dilewatkan di

dalam pipa atau berkas pipa sedang fluida yang lainnya dilewatkan di luar

pipa atau di dalam tabung.


Konstruksi dari penukar kalor jenis ini sangat banyak. Salah satu

contohnya diperlihatkan pada Gambar 2.4, yaitu jenis dengan konstruksi

fixed tube sheet artinya pelat pemegang pipa-pipa pada kedua ujung pipa,

keduanya memiliki konstruksi yang tetap (tidak dapat bergeser secara aksial

dalam arah sumbu tabung relative antara satu sisi dengan sisi lainnya)

seperti terlihat pada Gambar 2.4c. Contoh yang lain adalah jenis floating

tube sheet artinya salah satu pelat pemegang pipa-pipa pada kedua ujung

pipa dapat bergerak relatif terhadap satunya karena tidak terjepit oleh flens

(mengambang) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4a.

Pergerakan relatif ini dimaksudkan sebagai kompensasi akibat

pertambahan panjang bila terjadi perubahan temperatur pada pipa sehingga

tidak memberikan tambahan beban gaya pada baut pengencang flens tabung

di luar pipa. Hal ini selain untuk alasan kekuatan bahan juga dimaksudkan

untuk keamanan dalam hal menghindari kebocoran.

Pada Gambar 2.4c nampak bahwa diameter tabung tidak sama

sepanjang penukar kalor. Pebesaran diameter dimaksudkan untuk

menampung perubahan fasa dari fluida yang berada di luar pipa dan di

dalam tabung. Alat ini diaplikasikan untuk proses penguapan atau

pendidihan fluida di luar pipa. Jenis ini sering disebut dengan jenis ketel

(kettle).


Gambar 2.4. Penukar Kalor Tipe Tabung dan Pipa (Shell and Tube)

Nomenklatur dari Gambar 2.4 :

1. Tabung (shell)

2. Tutup tabung (shell cover)

3. Flens sisi alur (shell flange channel end)

4. Flens sisi tutup tabung (shell flange cover end)

5. Nosel (shell nozzle)

6. Pemegang pipa mengambang (floating tube sheet)

7. Penutup tabung mengambang (floating head cover)

8. Flens mengambang (floating head flange)

9. Peralatan di belakang flens (floating head backing device)

10. Pemegang pipa tetap (stationary tubesheet)

11. Kanal atau tutup tetap (channel or stationary head)

12. Tutup kanal (channel cover)

13. Nosel kanal (Channel nozzle)

14. Batang penguat dan pemisah (tie rod & spacers)

15. Bafel atau pelat pendukung(baffles or support plate)

16. Bafel penahan semprotan (impingement baffle)

17. Partisi laluan (pass partition)

18. Penghubung pengeluaran gas (vent connection)

19. Penghubung tempat pembuangan (drain connection)

20. Tempat alat ukur (instrument connection)


21. Tempat penopang (support saddles)

22. Lobang tempat untuk mengangkat (lifting lugs)

23. Pipa-pipa (tubes)

24. Weir penyambung alat untuk melihat ketinggian cairan (liquid level

connection)

Selain jenis seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.4 untuk tipe

tabung dan pipa masih ada jenis lain yang banyak pula dipergunakan di

industri yaitu tipe pipa U (U tube type) seperti diperlihatkan pada Gambar

2.5 dan tipe dua pipa (double pipe type) seperti diperlihatkan pada Gambar

2.6. Pada jenis yang terakhir ini setiap tabung berisi berkas pipa masing-

masing.

Fluida yang dipertukarkan energinya dalam penukar kalor tipe tabung

dan pipa ini dapat berwujud cair dan cair atau cair dan gas, atau cair dan cair

dalam proses perubahan fasa menjadi gas.

Gambar 2.5. Penukar Kalor Tabung dan Pipa Tipe Pipa U


Gambar 2.6. Penukar Kalor Tabung dan Pipa Tipe Dua Pipa (Double

Pipe)

b.Tipe Pipa Bersirip (Fins and Tube)

Salah satu contoh penukar kalor tipe pipa bersirip ini diperlihatkan

pada Gambar 2.4. Contoh yang lain banyak dijumpai di lapangan antara lain

radiator mobil, kondensor dan evaporator mesin pendingin dan masih

banyak lagi yang lain. Pada umumnya penukar kalor jenis pipa bersirip ini

dipergunakan untuk fluida cair dan gas dimana fluida gas dilalukan di luar

pipa, yaitu bagian yang bersirip. Hal ini dimaksudkan untuk meningkatkan

efektivitas transfer energi karena biasanya pada sisi gas koefisien

perpindahan kalor memiliki nilai yang kecil sehingga untuk kompensasi

agar laju transfer energinya meningkat diperlukan luas permukaan

perpindahan kalor yang relatif tinggi.

Namun demikian pada kenyataannya dengan peningkatan luas

permukaan sirip bukan berarti laju transfer energi meningkat secara

proporsional terhadap peningkatan luas tersebut karena adanya efektivitas

penggunaan sirip. Secara umum tentunya di dalam sirip juga terjadi

mekanisme perpindahan kalor, sementara itu sirip juga memiliki tahanan

termal sehingga temperatur sirip akan bervariasi dengan nilai yang selalu

berbeda dengan temperatur fluida yang berada di dalam pipa. Oleh karena


laju transfer energi sangat tergantung pada beda temperatur antara kedua

fluida sedangkan dengan adanya sirip akan menambah tahanan termal

proses dan bagi suatu tempat di sirip yang lokasinya jauh dari fluida yang

berada di dalam pipa akan bertemperatur sedemikian rupa sehingga bedanya

dengan fluida yang berada di luar pipa akan mengecil, maka efektivitas laju

transfer energi akan mengecil.

Penukar kalor tipe pipa bersirip juga bermacam-macam konstruksinya,

antara lain penampang pipanya tidak selalu lingkaran, artinya banyak sekali

pipa jenis pipih, oval, dan persegi yang dilengkapi dengan sirip. Penukar

kalor pipa bersirip ini termasuk golongan penukar kalor kompak karena

kebanyakan memiliki luas permukaan perpindahan kalor per volume lebih

besar dari 700 m2

/m3

.

Gambar 2.7. Penukar Kalor Tipe Pipa Bersirip (Fins and Tube)

c. Tipe Pelat (Plate Heat Exchanger)

Penukar kalor tipe pelat merupakan penukar kalor yang sangat

kompak karena memiliki kekompakan yang sangat tinggi. Penukar kalor

jenis ini terdiri dari pelat-pelat yang sudah dibentuk dan ditumpuk-tumpuk

sedemikian rupa sehingga alur aliran untuk suatu fluida akan terpisahkan

oleh pelat itu sendiri terhadap aliran fluida satunya serta dipisahkan dengan

gasket. Jadi kedua fluida yang saling dipertukarkan energinya tidak saling


bercampur. Salah satu contoh penukar kalor tipe pelat ini diperlihatkan pada

Gambar 2.8

Gambar 2.8. Penukar Kalor Tipe Pelat (Plate Heat Exchanger)

d. Tipe Spiral (Spiral Heat Exchanger)

Penukar kalor tipe spiral diperlihatkan pada Gambar 2.9 Arah aliran

fluida menelusuri pipa spiral dari luar menuju pusat spiral atau sebaliknya

dari pusat spiral menuju ke luar. Permukaan perpindahan kalor efektif

adalah sama dengan dinding spiral sehingga sangat tergantung pada lebar

spiral dan diameter serta berapa jumlah spiral yang ada dari pusat hingga

diameter terluar.


Gambar 2.9. Penukar Kalor Tipe Spiral

2.7.4. Klasifikasi penukar kalor berdasarkan susunan aliran fluida.

Yang dimaksud dengan susunan aliran fluida di sini adalah berapa kali

fluida mengalir sepanjang penukar kalor sejak saat masuk hingga

meninggalkannya serta bagaimana arah aliran relatif antara kedua fluida

(apakah sejajar/parallel, berlawanan arah/counter atau bersilangan/cross).

Berdasarkan berapa kali fluida melalui penukar kalor dibedakan jenis satu

kali laluan atau satu laluan dengan multi atau banyak laluan.

Pada jenis satu laluan, masih terbagi ke dalam tiga tipe berdasarkan

arah aliran dari fluida yaitu:

a. Penukar kalor tipe aliran berlawanan

Yaitu bila kedua fluida mengalir dengan arah yang saling berlawanan.

Pada tipe ini masih mungkin terjadi bahwa temperatur fluida yang

menerima kalor saat keluar penukar kalor lebih tinggi dibanding temperatur

fluida yang memberikan kalor saat meninggalkan penukar kalor. Bahkan

idealnya apabila luas permukaan perpindahan kalor adalah tak berhingga

dan tidak terjadi rugi-rugi kalor ke lingkungan, maka temperatur fluida yang

menerima kalor saat keluar dari penukar kalor bisa menyamai temperatur

fluida yang memberikan kalor saat memasuki penukar kalor. Dengan teori


seperti ini jenis penukar kalor berlawanan arah merupakan penukar kalor

yang paling efektif.

b. Penukar kalor tipe aliran sejajar

Yaitu bila arah aliran dari kedua fluida di dalam penukar kalor adalah

sejajar. Artinya kedua fluida masuk pada sisi yang satu dan keluar dari sisi

yang lain. Pada jenis ini temperatur fluida yang memberikan energi akan

selalu lebih tinggi dibanding yang menerima energi sejak mulai memasuki

penukar kalor hingga keluar. Dengan demikian temperatur fluida yang

menerima kalor tidak akan pernah mencapai temperatur fluida yang

memberikan kalor saat keluar dari penukar kalor. Jenis ini merupakan

penukar kalor yang paling tidak efektif.

c. Penukar kalor dengan aliran silang

Artinya arah aliran kedua fluida saling bersilangan. Contoh yang

sering ditemui adalah radiator mobil dimana arah aliran air pendingin mesin

12 yang memberikan energinya ke udara saling bersilangan. Apabila

ditinjau dari efektivitas pertukaran energi, penukar kalor jenis ini berada

diantara kedua jenis di atas. Dalam kasus radiator mobil, udara melewati

radiator dengan temperatur rata-rata yang hampir sama dengan temperatur

udara lingkungan kemudian memperoleh kalor dengan laju yang berbeda di

setiap posisi yang berbeda untuk kemudian bercampur lagi setelah

meninggalkan radiator sehingga akan mempunyai temperatur yang hampir

seragam.

Sedangkan untuk multi laluan, terbagi ke dalam beberapa tipe sesuai

dengan arah aliran kedua fluida yang saling bertukaran energinya, antara

lain:

Tipe gabungan antara aliran berlawanan dan bersilangan, misalnya pada

tipe tabung dan pipa.

Tipe gabungan antara aliran sejajar dan bersilangan,

Tipe gabungan antara aliran berlawanan, sejajar dan bersilangan,


Tipe aliran fluida terbagi dan fluida bercampur, misalnya pada kondenser

AC.

2.7.5. Jenis penukar kalor berdasarkan jumlah fluida yang saling

dipertukarkan energinya.

Pada umumnya penukar kalor beroperasi dengan dua fluida (keduanya

dapat merupakan zat yang sama). Namun demikian ada pula penukar kalor

yang dirancang untuk beroperasi dengan tiga jenis fluida misalnya yang

sering digunakan pada instalasi proses pemisahan udara (yaitu antara

refrigeran, oksigen, dan nitrogen), pada unit pemisah antara helium dan

udara yang terdiri dari oksigen dan nitrogen, serta penukar kalor yang

dipergunakan dalam proses sintesa gas ammonia pada pabrik pupuk.

Dengan demikian berdasarkan jumlah fluida yang dipergunakan, terdapat

dua kategori penukar kalor yaitu penukar kalor dengan dua fluida dan

penukar kalor dengan lebih dari dua fluida kerja.

2.7.6. Klasifikasi penukar kalor berdasarkan mekanisme perpindahan kalor

yang dominan

Berdasarkan mekanisme perpindahan kalor yang dominan, penukar

kalor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis antara lain:

a. Penukar kalor tipe konveksi satu fasa (konveksi dapat secara alamiah atau

paksa),

Dimana mekanisme perpindahan kalor yang terjadi didominasi oleh

mekanisme konveksi dan selama proses perpindahan kalor tidak terjadi

perubahan fasa pada kedua fluida yang saling dipertukarkan energinya.

Contoh penukar kalor jenis ini adalah radiator mobil, pendingin pelumas

dengan air, dan lain-lain.

b. Penukar kalor tipe konveksi dua fasa

Dimana mekanisme konveksi masih dominan namun salah satu dari

fluida mengalami perubahan fasa, misalnya evaporator AC, kondenser dari

PLTU atau AC, dan lain-lain.


c. Penukar kalor tipe konveksi dan radiasi

Dimana mekanisme radiasi dan konveksi sama-sama dominan seperti

yang terjadi pada generator uap tipe pipa air dimana air yang 13 akan

diuapkan mengalir di dalam pipa-pipa sedangkan api atau gas hasil

pembakaran yang dipergunakan untuk memanaskan air berada di luar pipa-

pipa tersebut.

2.7.7. Alokasi Fluida

Untuk menentukan apakah suatu fluida memlalui shell atau melalui

tube, terdapat beberapa hal yang bisa dijadikan acuan antara lain :

Corrosion, akan lebih sedikit biaya yang dikeluarkan apabila fluida

yang korosif ditempatkan di tube.

Fouling, menempatkan fluida yang kotor dalam tube memudahkan

pengaturan kecepatan. Kecepatan ditambah dapat menurunkan fouling.

Tube lurus memudahkan pembersih secara mekanis tanpa melepas tube

bundle.

Temperatur, untuk operasional pada suhu tinggi atau rendah

memerlukan material khusus dan mahal, akan lebih membutuhkan

sedikit material khusus bila fluida panas atau terlau dingin ditempatkan

di tube.

Pressure, menempatkan aliran bertekanan tinggi didalam tube

membutuhkan sedikit komponen bertekanan tinggi.

Pressure drop, untuk pressure drop yang sama, koefisien perpindahan

panas yang lebih besar dapat dihasilkan pada bagian tube.

Viscosity, aliran perpindahan panas yang tinggi biasanya dihasikan

dengan menempatkan fluida yang lebih kental di dalam shell.

Flow rate, turbulansi muncul pada bagian shell pada kecepatan yang

lebih rendah dibandingkan bagian tube.


2.7.8. Bentuk Baffle Dalam Heat Exchanger

Bentuk buffle pada alat penukar kalor bermacam-macam. Buffle pada

dasarnya adalah penyekat yang berfungsi mengarahkan arus. Dilihat dari

konstruksi baffle ada 2 macam tipe, yaitu ;

a. Transfersal baffle

Segmental baffle

Bentuk ini paling umum dipakai, berbentuk lengkung mengikuti

shell dengan bagian-bagian yang dipotong secara vertical dan horizontal

(mencapai anatara 20-50 %).

Gambar 2.10. Segmental Baffle

Disc & doughnut baffle

Disc & doughnut baffle dipotong dari circulair plate yang sama

dan ditempatkan secara berselang-selang sepanjang tube bundles.


Gambar 2.11. Disc & Doughnut Baffle

Orifice baffle

Hanya dapat dipakai pada design khusus. Disususn dari plate bulat

yang dilubangi untuk tempat tube dengan clearance 1/16 1/8. Fluida

mengalir melalui sela-sela tube.

Gambar 2.12. Orifice Baffle


3.1 Longitudinal baffle

Dipergunakan untuk membagi aliran shell side menjadi dua

atau lebih diperlihatkan pada gambar 2.12. Pada inlet shell yang

dipasang longitudinal baffle yang berfungsi sebagai pelindung tube

dan pemerata aliran.

Kegunaan baffle, antara lain sebagai :

Pengaturan kecepatan fluida pada shell side

Pengatur pressure drop dari inlet dan outlet

Pengaturan effectiveness heat transfer

Support dari tube bundle

Menahan vibrasi yang timbul karena aliran fluida

Pengatur banyaknya panas

Melindungi tube dari semburan inlet fluida


BAB III

METODOLOGI

Metode yang akan dilakukan untuk mengevaluasi Preheater (2E 6)

menggunakan A2E 7 adalah sebagai berikut :

3.1 Mencari Data yang Diperlukan

Mencari data data yang diperlukan untuk melakukan simulasi Heat

Exchanger (A2E 7) menjadi Preheater (2E 6) di Train E pada software Hysys

seperti data design pada Train A.

3.2 Melakukan Simulasi

Untuk melakukan simulasi menggunakan software HYSYS, dibutuhkan

data-data sebagai input dan output sebagai perhitugan simulasi. Data input berupa

kondisi operasi, seperti tekanan, temperatur, flow rate serta komposisi gas yang

didapat dari data design pada Train A. Selanjutnya data data tersebut

disimulasikan di software HYSYS dibuat dua simulasi, yaitu simulasi pertama 2E

7 pada Train A sebelum menjadi Preheater. Pada simulasi ke dua 2E 7 telah

di install ke Train E. Dapat dilihat pada gambar 3.1 dan 3.2 hal tersebut dilakukan

untuk melihat perubahan temperatur steam masuk pada E2E 7 setelah Preheater

dipasang dan melihat kondisi optimum Preheater yang telah dipasang.


Gambar 3.1 Simulasi HYSYS Heat Exchnger (2E- 7) pada Train A sebelum

menjadi Preheater

Gambar 3.2 Simulasi HYSYS Saat A2E 7 menjadi Preheater di Train E


3.3 Hipotesis Hasil Pengamatan

Pada simulasi tersebut setelah A2E 7 diinstal sebagai Preheater di Train E

terlihat pada gambar 2.3 maka di dapat pengoptimasian suhu outlet Preheater

dengan cara metode trial and error dalam temperatur 50oC sampai temperatur

255oC ketika suhu melebihi temperatur 255

oC dan dibawah temperatur 50

oC

terjadi temperatur cross. Sehingga temperatur optimum bisa dicari dalam range

yang telah dicoba dari temperatur 50oC sampai temperatur 255

oC. Setelah

melakukan metode trial and error maka didapat perubahan suhu pada temperatur

masuk E2E 7 serta melihat mass flow pada steam yang masuk di E2E 7,

semakin tinggi temperatur outlet gas regenerasi maka semakin rendah temperatur

masuk di 2E 7, sehingga mass flow pada steam masuk di 2E 7 akan semakin

meningkat. Dapat dilihat dari hasil perhitungan HYSYS yang di peroleh sebesar :

Gambar 3.3 Hasil Perhitugan Perubahan Temperatur Pada 2E 7 Setelah

Penambahan Preheater Menggunakan Software HYSYS


3.4 Melakukan Perhitungan Saving Kebutuhan Steam masuk di E2E 7

Setelah mendapatkan hasil dari perhitungan HYSYS, maka untuk

mendapatkan temperatur optimum dalam kondisi proses tersebut dapat dilihat

melalui parameter pertama pendekatan nilai UA dengan nilai UA sebesar 542.249

W/K hasil perhitungan dari data design Train A sebagai pembatasnya . Parameter

kedua melihat nilai T Approach dengan temperatur minimum Approach sebesar

10oC sebagai pembatasnya. Lalu dari kedua parameter diatas dapat ditentukan

temperatur optimum yang akan dijadikan landasan dalam menetukan kebutuhan

steam di 2E 7 pada Train E dan dapat menghitung saving kebutuhan steam

masuknya, yaitu :

Pertama tama dengan mengkonversi satuan mass flownya, sperti terlihat

dalam tabel

Tabel 3.1 Hasil konversi mass flow pada steam masuk di 2E 7

Parameter

Mass Flow (kg/h) Mass Flow (Ton/h)

State 1 610.50 0.61

State 2 809.27 0.80

State 3 1013.97 1.01

State 4 1225.65 1.22

State 5 1445.48 1.44

State 6 1674.75 1.67

State 7 1914.88 1.91

State 8 2167.46 2.16

State 9 2434.24 2.43

State 10 2717.13 2.71

State 11 2982.87 2.98

State 12 3156.15 3.15

State 13 3330.13 3.33

State 14 3504.83 3.50

State 15 3680.29 3.68

State 16 3856.53 3.85

State 17 4033.58 4.03

State 18 4211.47 4.21

State 19 4390.23 4.39

State 20 4569.87 5.03

State 21 4750.41 5.23


State 22 4931.88 5.43

State 23 5114.29 5.63

State 24 5297.66 5.83

State 25 5482.02 6.04

State 26 5667.36 6.24

State 27 5853.71 6

State 28 6041.09 6.65

State 29 6229.49 6.86

State 30 6418.95 7.07

State 31 6609.46 7.28

State 32 6801.04 7.49

State 33 6993.69 7.70

State 34 7187.43 7.92

State 35 7382.27 8.13

State 36 7578.21 8.35

State 37 7775.26 8.57

State 38 7973.43 8.78

State 39 8172.72 9.01

State 40 8373.14 9.22

State 41 8574.69 9.45

State 42 8777.38 9.67

Kemudian dapat dihitung operating cost yang telah dilihat pada tabel di atas

dengan persamaan :

1 Ton = 3. 12 USD

Sehingga saving kebutuhan steam masuk di E2E 7, yaitu :

Saving kebutuhan steam masuk = basis operating cost

Asumsi basis yang digunakan dalam hal ini adalah operating cost pada

temperatur 260oC yaitu sebesar 30, 8883 Ton/h, karena pada temperatur ini

temperatur dry gas masuk = temperatur dry gas keluar sehingga

kemungkinan transfer pans yang terjadi sangat kecil.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

4.1.1. Grafik Hubungan antara Nilai UA dengan Temperatur Gas Regen

Outlet Preheater

Gambar 4.1 Hasil Pengamatan Nilai UA

Grafik diatas menyatakan hubungan nilai UA dengan temperatur gas regen

oulet Preheater, dimana dapat terlihat bahwa dengan semakin tingginya

temperatur dry gas outline Preheater maka nilai UA akan semakin kecil. Dengan

nilai UA yang di dapat dari data design Train A sebesar 542.249 W/K sebagai

nilai pembatasnya. Sehingga diperoleh temperatur optimumnya, yaitu pada

temperatur 55oC dan nilai UA sebesar 358.000 W/C.


4.1.2. Grafik Hubungan antara T Approach dengan Temperatur Gas Regen

Outlet Preheater

Gambar 4.2 Hasil Pengamatan T Approach

Grafik diatas menyatakan hubungan T Approach dengan temperatur gas

regen oulet Preheater, dimana dapat terlihat bahwa dengan semakin tingginya

temperatur dry gas outlet Preheater maka T Approach akan semakin tinggi pula.

Dengan minimum Approach sebesar 10oC sebagai temperatur pembatasnya.

Sehingga diperoleh temperatur optimumnya, yaitu pada temperatur 55oC dan T

Approach sebesar 8, 883oC.

Dapat dilihat dari kedua penjelasan parameter yang telah dijabarkan diatas

bahwa temperatur optimum yang dapat dilihat dari gambar grafik 4.1 dan 4.2

bahwa kondisi operasi optimum dari Preheater (E2E 6) yang telah diinstall dari

Train A adalah pada temperatur 55oC sehingga pada temperatur inilah dapat

dijadikan sebagai acuan untuk menentukan steam masuk pada E2E 7 dan dapat

menghitung saving kebutuhan steam di 2E 7.


4.1.3. Grafik Hubungan antara Steam Masuk di E2E 7 dengan Temperatur

Gas Regen Outlet Preheater

Gambar 4.3 Hasil Pengamatan Steam Masuk di E2E 7

Grafik diatas menyatakan hubungan steam masuk pada E2E 7 dengan

temperatur gas regen oulet Preheater, dimana dapat terlihat bahwa dengan

semakin tingginya temperatur dry gas outlet Preheater maka steam masuk pada

E2E 7 akan semakin tinggi pula. Dengan mengetahui steam yang masuk pada

train A sebelum menjadi Preheater sebesar 8410 kg/h dan dengan adanya kondisi

optimum pada temperatur 55oC. Sehingga diperoleh kebutuhan steam pada E2E

7 senilai 809, 278 kg/h.


4.1.4. Grafik Hubungan antara Steam Masuk di E2E 7 dengan Temperatur

Gas Regen Outlet Preheater

Gambar 4.4 Hasil Pengamatan Saving Kebutuhan Steam Masuk di E2E 7

Grafik diatas menyatakan hubungan saving kebutuhan steam masuk pada

E2E 7 dengan temperatur gas regen oulet Preheater, dimana dapat terlihat

bahwa dengan semakin tingginya temperatur dry gas outlet Preheater maka

saving kebutuhan steam masuk pada E2E 7 akan semakin kecil pula. Dengan

mengetahui kebutuhan steam di E2E-7 kemudian setelah dikonversikan kebutuhan

steam lalu dapat dihitung operating costnya dengan mengetahui 1 Ton/h = 3.12

USD/h. Sehingga dapat dihitung dan diketahui saving kebutuhan steam masuk

pada E2E 7 dengan asumsi basis yang digunakan dalam hal ini adalah operating

cost pada temperatur 260oC yaitu sebesar 30, 8883 Ton/h, karena pada temperatur

ini temperatur dry gas masuk = temperatur dry gas keluar sehingga kemungkinan

transfer panas yang terjadi sangat kecil. Maka untuk mencari saving kebutuhan

steam tersebut memiliki persamaan:

Saving kebutuhan steam masuk = basis operating cost


Jadi setelah perhitungan tersebut diperoleh saving kebutuhan steam masuk pada

E2E-7 sebesar 28 USD/h pada kondisi operasi optimum 55oC.


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari studi yang dilakukan adalah :

1. Heat Exchanger pada Train A dapat digunakan sebagai Preheater pada

Train E

2. Suhu optimum pada gas regenerasi outlet Preheater adalah 55oC

3. Pada suhu optimum yaitu 55oC di dapatkan saving kebutuhan steam masuk

pada Heat Exchanger di Train E yang besar sebesar 28 USD/h

5.2. Saran

Heat Exchanger pada Train A dapat dijadikan sebagai Preheater di Train E

karena saving kebutuhan steam yang sangat besar pada suhu optimum 55oC dan

juga perlu adanya studi tambahan untuk mengevaluasi secara dinamis pada

temperatur keluaran drier terhadap saving kebutuhan steam.


DAFTAR PUSTAKA

Kern, D.Q., 1965, Process Heat Transfer, Mc. Graw Hill Book Company, New

York. International Student Edition.

Coulson, J.H, and Richardson, J.F., 1989, Chemical Engineering, An Introducing

to Chemical Engineering Design, vol. 6, Pergamon Press, Oxford.

Putera, Yurico, 2013, Laporan Kerja Praktik Badak LNG, Bontang: Badak

LNG.

LAPORAN KHUSUS RIYANTI NUR MALINA FIXX.pdf

Documents

Transcript of LAPORAN KHUSUS RIYANTI NUR MALINA FIXX.pdf