Nama : Rossalina Kurniawan

NPM : 1406552982

Outline : A. Pengertian Konveksi Paksa

B. Heat Exchanger

A. Pengertian konveksi paksa

Pada benda padat perpindahan kalor yang terjadi pasti berupa konduksi, sedangkan

pada fluida perpindahan kalor dapat berupa konduksi ataupun konveksi tergantung ada-

tidaknya gerakan fluida. Jika tidak terdapat gerakan fluida maka yang terjadi adalah proses

perpindahan kalor konduksi, sedangkan jika terdapat gerakan fluida maka dikatakan terjadi

proses perpindahan kalor konveksi.

Berdasarkan sumber gerakan fluida konveksi dibagi lagi menjadi konveksi paksa dan

konveksi bebas. Konveksi paksa terjadi jika gerakan fluida disebabkan oleh suatu sumber

gerak eksternal, misalnya pompa, fan, atau juga angin. Pada konveksi bebas gerakan fluida

disebabkan oleh perbedaan bobot molekul fluida akibat perbedaan temperatur. Molekul fluida

yang lebih tinggi temperaturnya mempunyai bobot lebih ringan sehingga akan cenderung

naik, dan digantikan oleh molekul fluida lainnya yang bertemperatur lebih rendah dan

tentunya bobot yang lebih berat.

Secara umum aliran fluida dapat diklasifikasikan sebagai aliran eksternal dan aliran internal.

Aliran eksternal terjadi saat fluida mengenai suatu permukaan benda. Contohnya adalah

aliran fluida melintasi plat atau melintang pipa. Aliran internal adalah aliran fluida yang

dibatasi oleh permukaan zat padat, misalnya aliran dalam pipa.

B. Heat Exchanger

Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk

memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi

sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air

yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat

berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara

fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct

contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik

kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu

contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin

memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

Pada intinya, pada alat perpindahan panas (Heat Exchanger), 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.

Pada dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua

fluida padatemperatur 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.

B.1 LMTD pada Heat Exchanger Parallel Flow

Agar neraca energi bisa diterapkan, berikut ini asumsinya

1. Heat exchanger adiabatik, tidak ada kalor keluar masuk heat exchanger selain

perpindahan kalor antar fluida.

2. Konduksi aksial diabaikan.

Gambar 5. Heat Exchanger Parallel Flow

3. Energi kinetik dan energi potensial diabaikan.

4. Kalor jenis fluida konstan.

5. Koefisien perpindahan kalor keseluruhan dianggap konstan.

sehingga

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

Dimana adlah nilai laju kapasitas kalor

( ) ( ) ( )

Nilai perpindahan kalor:

( )

( )

Beda suhu rata-rata log (LMTD):

( )

( )

B.2 LMTD pada Heat Exchanger Counterflow

Gambar heat exchanger counter flow sebagai berikut:

Dengan tipe heat exchanger yang sama dengan yang parallel flow, penurunan neraca

energi untuk menghasilkan persamaan -nya sama. Hanya saja, untuk heat

exchanger yang counter flow nilai dan -nya berbeda. Untuk heat exchanger

counterflow

( )

( )

( ) ( )

B.3 Metode NTU-efektivitas

Metode NTU-Efektiitas merupakan metode yang menggunakan prinsip efektivitas alat

penukar kalor dalam memindahkan sejumlah kalor tertentu. Metode efektivitas digunakan

ketika metode LMTD sulit untuk diterapkan akibat tidak diketahuinya suhu masuk dan/atau

suhu keluar. Jika suhu masuk dan/atau suhu keluar tidak diketahui, maka penggunaan metode

LMTD harus melibatkan proses iterasi, hal ini disebabkan karena metode LMTD merupakan

Gambar 6. Heat Exchanger Counter Flow

fungsi algoritma. Keunggulan metode NTU-Efektivitas adalah dapat membandingkan

berbagai jenis alat penukar kalor sehingga diperoleh alat penukar kalor dengan kinerja terbaik

dilihat dari nilai efektivitasnya. Selain itu ketelitian metode NTU-Efektivitas dapat mencapai

<1% ketika C<0,5 dan N<3,0 serta dapat mencapai 6,5% ketika C=1,0 dan N = 6,0.

Nilai efektivitas dari suatu alat penukar kalor dapat ditinjau dari:

A. Perpindahan Kalor

a. Persamaan umum

( )

…(30)

b. Perpindahan kalor nyata

a. Kedua aliran searah

( ) ( )…(31)

b. Kedua aliran berlawanan arah

( ) ( )…(32)

c. Perpindahan kalor maksimal yang mungkin

Perpindahan kalor maksimal terjadi ketika laju kapasitas kalor ( )

memiliki nilai yang minimum, dengan kata lain :

( ) ( )…(33)

A. Suhu

a. Persamaan umum

( ) ( )

…(34)

b. Terdapat dua kondisi system sesuai dengan arah aliran fluida, yaitu :

a. Kedua aliran fluida searah

a) Fluida panas sebagai fluida minimum

( )

( )

…(35)

b) Fluida dingin sebagai fluida minimum

( )

( )

…(36)

b. Kedua aliran fluida berlawanan arah

a) Fluida panas sebagai fluida minimum

( )

( )

…(37)

b) Fluida dingin sebagai fluida minimum

( )

( )

…(38)

c. NTU (Number of Transfer Unit) atau Jumlah Satuan Perpindahan

a. Kedua aliran fluida searah

[( )( )]

…(39)

b. Kedua aliran fluida berlawanan arah

[( )( )]

[( )( )]…(40)

c. Perubahan Fasa

Pada ketel dan kondensor terjadi proses mendidih dan kondensasi. Proses

mendidih dan kondensasi merupakan proses perubahan fasa sehingga pada

proses ini suhu fluida dikatakan tetap. Suhu yang konstan ini menunjukkan

seolah-olah kalor spesifik fluida bernilai tak hingga, sehingga dapat

dikatakan

. Oleh sebab itu, persamaan efektivitas alat penukar

kalor menjadi:

…(41)

Referensi:

Cengel, Yunus. 2006. Heat Transfer 2nd

Edition. USA: Mc Graw-Hill

Holman, J.P. 1987. Heat Transfer. New York: Mc Graw Hill