Pada perpindahan panas konduksi, jika pada suatu benda terdapat perbedaan temperatur maka akan terjadi perpindahan panas dari bagian bertemperatur tinggi ke bagian bertemperatur rendah Laju perpindahan panas berbanding dengan perbedaan temperatur normal yaitu : (Holman,1986)

q/A = dT/dx(5)

dengan :q= laju perpindahan panasdT/dx= perbedaan temperatur ke arah perpindahan panas A= luas penampang benda yang tegak lurus arah aliranJika disubsitusikankan konstanta proposionalitas, Persamaan (2.2) merupakan Hukum Fourier yaitu persamaan dasar tentang konduksi panas . q = kA (- dt / dx) (6)

dengan : k = konduktivitas termal (thermal conductivity)dT/dx mempunyai tanda negatif jika temperatur diasumsi lebih tinggi pada permukaan dinding x = 0 dan lebih rendah pada permukaan dinding x = x atau panas mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala temperatur.

Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi, bila temperatur fluida lebih tinggi dibandingkan temperatur permukaan pipa, maka aliran panas terjadi dari fluida kepermukaan pipa, aliran tersebut merupakan aliran panas konveksi dan panas yang mencapai permukaan pipa, aliran panasnya bersifat konduksi.. Perhitungan-perhitungan praktis persamaan dasar perpindahan panas konveksi adalah sebagai berikut :

q = h A T (7)

dengan : q= laju perpindahan panas konveksih= koefisien perpindahan panas konveksiA= luas penampang benda yang tegak lurus arah aliranT= perbedaan temperatur fluida

Untuk benda yang dapat memancarkan panas secara sempurna dalam perpindahan panas radiasi disebut radiator ideal (black body), dan dapat memancarkan panas dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan temperatur absolut pangkat empat.

q/A = (T14 T24) atau q = A T4 (8)

dengan:q= laju perpindahan panas radiasi= konstanta Stefan-BoltzmannA= areaT= perbedaan temperature

Mekanisme Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger

Heat exchanger adalah suatu alat yang dapat mentransfer panas antara substansi yang lebih panas dan substansi yang lebih dingin. Jadi, Heat Exchanger dapat menyerap ataupun memberikan panas pada fluida yang mengalir. Pada heat Exchanger terjadi 2 macam perpindahan kalor yaitu secara konveksi pada kedua fluida yang mengalir dan secara konduksi pada dinding pemisah kedua fluida. Mekanisme perpindahan panas pada heat exchanger dibagi 2 yaitu :1. Direct typePada proses ini,perpindahan panas antara fluida panas dan dingin terjadi melalui kontak langsung pada dua fluida ini tanpa adanya pembatas antara arus panas dan dingin. Tetapi perpindahan panas terjadi melalui batas antara 2 fluida.2. Indirect TypePada tipe seperti ini, energi panas berpindah antara fluida panas dan fluida dingin yang mengalir melalui permukaan (contoh : dinding pemisah kedua fluida).1. Double-Pipe Heat ExchangerTerdiri dari satu buah pipa yang diletakkan di dalam sebuah pipa lainnya yang memiliki diameter lebih besar secara konsentris dengan fitting yang sesuai untuk mengalirkan fluida dari bagian yang satu ke bagian yang lain. Fluida yang satu yaitu fluida yang mengalir di dalam pipa kecil sedang fluida yang lain mengalir di bagian luarnya. Pada HE ini terjadi proses transfer panas secara tidak langsung dimana proses pertukaran panasnya terjadi pada dinding pipa bagian dalam Pada bagian luar pipa kecil biasanya dipasang fin atau sirip memanjang untuk mendapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih luas.2. Shell and Tube Heat ExchangerHeat exchanger ini terdiri dari shell silinder yang di dalamnya terdapat rangkaian pipa kecil yang disebut tube-bundle. Perpindahan panas terjadi antara fluida yang mengalir di dalam tube (tube-side) dan fluida yang mengalir di luar tube (shell-side) Proses pertukaran panas pada kedua fluida ini terjadi pada dinding tube terjadi proses konduksi-konveksi Untuk menjamin bahwa fluida pada shell-side mengalir melintasi tabung dan dengan demikian menyebabkan perpindahan kalor yang lebih tinggi, maka di dalam shell tersebut dipasangkan sekat-sekat (baffles).

Dilihat dari konstruksinya, HE tipe Shell and Tube dapat dibedakan atas:a. Fixed Tube SheetAdalah jenis shell and tube HE yang terdiri dari tube-bundle yang dipasang sejajar dengan shell dan kedua tube sheet menyatu dengan shell. Kelemahan pada tipe ini adalah kesulitan pada penggantian tube dan pembersihan shell. Dengan demikian, fluida yang mengalir pada shell adalah fluida yang benar-benar bersih. b. Floating Tube SheetAdalah HE yang dirancang dengan salah satu tipe tube sheetnya mengambang, sehingga tube-bundle dapat bergerak di dalam shell jika terjadi pemuaian atau penyusutan karena perubahan suhu. c. U tube/U bundleJenis ini hanya mempunyai 1 buah tube sheet, dimana tube dibuat berbentuk U yang ujung-ujungnya disatukan pada tube sheet sehingga biaya yang dibutuhkan paling murah di antara Shell and Tube HE yang lain Tipe ini juga dapat digunakan pada tekanan tinggi dan beda temperatur yang tinggi. Masalah yang sering terjadi pada HE ini adalah terjadinya erosi pada bagian dalam bengkokan tube yang disebabkan oleh kecepatan aliran dan tekanan di dalam tube, untuk itu fluida yang mengalir dalam tube side haruslah fluida yang tidak mengandung partikel-partikel padat.

Aliran dan distribusi temperature ideal pada Heat exchanger

1. Pararel Flow/COcurrent flowKedua fluida ,mengalir dalam heat exchanger dengan aliran yang searah.Distribusi temperatur:

2. Counter FlowUmumnya fluida panas menghasilkan variasi temperature yang tidak berbentuk garis lurus jika diplot versus panjang. Pola aliran yang dibentuk oleh kedua fluida tersebut harus dapat dijelaskan dengan perbedaan temperatur.

3. Cross FlowKedua fluida yang mengalir dalam heat exchanger saling memotong.Pada aliran crossflow, alirannya dapat dinamakan campuran (mixed) atau bukan campuran (unmixed),tergantung pada designnya.Dari ketiga jenis aliran diatas, kita ketahui untuk jenis aliran Counterflow memiliki luas area yang minimum, sedangkan untuk pararel flow memiliki luas area yang maksimum.sedangkan Cross flow diantara keduanya.

Logarithmic Mean Temperature Difference -LMTDLog mean temperature difference adalah beda temperatur rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam alat penukar panas karena fluida panas dan fluida dingin yang masuk dan keluar pada alat tersebut tidak samaLogarithmic Mean Temperature Difference orLMTDorDTLMLMTD = (dto- dti) / ln(dto/ dti)LMTD =Logarithmic Mean Temperature Difference (oF,oC)For parallel flow:dti= tpi- tsi=inletprimary and secondary fluid temperature difference (oF,oC)dto= tpo- tso=outletprimary and secondary fluid temperature difference (oF,oC)For counter flow:dti= tpi- tso=inletprimary and outlet secondary fluid temperature difference (oF,oC)dto= tpo- tsi=outletprimary and inlet secondary fluid temperature difference (oF,oC)Atau:LMTD = ((T1 t2) (T2 t1)) / (ln ((T1 t2) (T2 t1)))

dengan :T1 = temperatur fluida panas masukT2 = temperatur fluida panas keluar t1 = temperatur fluida dingin masuk t2 = temperatur fluida dingin keluar(5)

dimana qabsadalah panas yang diserap. Jika diasumsikan bahwa energi potensial dan kinetik yang memanas diabaikan dan spesifik konstan kita dapat menulis keseimbangan energi untuk sistem yang melibatkan cairan dingin seperti,(6)

Demikian pula, untuk sistem yang melibatkan cairan panas yang kita miliki,

(7)

and for the whole heat exchanger,notassuming that the exchanger is adiabatic, we have,

(8)

dan untuk penukar panas secara keseluruhan, tidak mengasumsikan bahwa exchanger adalah adiabatik, kita memiliki

DAFTAR PUSTAKAHolman, JP.2001.Perpindahan Kalor.McAdams,W.H. Heat Transfer.McGraw-Hill Book Company,inc.,New York.1942.Moran, M.J. dan Saphiro, H.N. 1993. Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 2nd ed., Wiley. Van Ness, H.C and Smith, J.M. 2001. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th Edition. New York: Mc Graw Hill.Cengel, Yunus A. dan Boles, Michael A. 1994. Thermodynamics an Engineering Approach, fifth edition. Boston: McGraw-Hill.http://www.engineeringtoolbox.com/arithmetic-logarithmic-mean-temperature-d_436.html