Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

17
Perpindahan panas di dalam penukar kalor Perpindahan panas pada penukar kalor merupakan gabungan dari mekanisme perpindahan panas yang telah diterangkan di atas. Namun demikian yang mana diantara ketiga mekanisme tersebut yang dominan masih tergantung pada tipe penukar kalor. Untuk penukar kalor yang bekerja pada temperatur di bawah 450 o C, mekanisme radiasi menjadi kurang dominan, sehingga pada umumnya kecuali pada boiler atau ketel uap, mekanisme yang dominan adalah konveksi. Sedangkan konduksi hanya berlangsung pada logam atau permukaan yang memisahkan fluida dan pada fluida yang dekat sekali dengan permukaan tersebut (daerah lapisan batas). Oleh karena itu pada kebanyakan penukar kalor yang dipergunakan di industri, mekanisme gabungan antara konduksi dan konveksi merupakan mekanisme perpindahan panas yang dominan pada penukar kalor. Namun demikian karena pada umumnya penukar kalor berfungsi untuk memindahkan energi antara dua fluida yang dipisahkan oleh permukaan padatan (logam), maka bagi penukar kalor sebenarnya yang lebih penting adalah mengetahui nilai koefisien perpindahan panas global antara kedua fluida yang saling dipertukarkan energinya tersebut. Perhatikan gambar 1 dimana dua fluida yang berbeda temperaturnya (T1 > T2 misalnya) mengalir berlawanan arah dan dipisahkan oleh suatu permukaan logam. Fluida yang berada di atas pelat akan memberikan energinya pada fluida yang berada di bawah pelat. T1 T2 Gambar 1. Dua fluida mengalir dan berbeda temperatur dipisahkan oleh pelat logam Selama perjalanannya, fluida yang di atas akan turun temperaturnya, sedangkan fluida yang di bawah pelat akan meningkat temperaturnya. Perpindahan panas berlangsung dari atas ke bawah melalui beberapa tahapan yaitu: a. Dari fluida di atas pelat ke permukaan atas pelat secara konveksi paksa b. Di dalam pelat itu sendiri dari permukaan atas ke permukaan bawah secara konduksi

description

he

Transcript of Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Page 1: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Perpindahan panas di dalam penukar kalor

Perpindahan panas pada penukar kalor merupakan gabungan dari mekanisme

perpindahan panas yang telah diterangkan di atas. Namun demikian yang mana diantara

ketiga mekanisme tersebut yang dominan masih tergantung pada tipe penukar kalor. Untuk

penukar kalor yang bekerja pada temperatur di bawah 450oC, mekanisme radiasi menjadi

kurang dominan, sehingga pada umumnya kecuali pada boiler atau ketel uap, mekanisme

yang dominan adalah konveksi. Sedangkan konduksi hanya berlangsung pada logam atau

permukaan yang memisahkan fluida dan pada fluida yang dekat sekali dengan permukaan

tersebut (daerah lapisan batas). Oleh karena itu pada kebanyakan penukar kalor yang

dipergunakan di industri, mekanisme gabungan antara konduksi dan konveksi merupakan

mekanisme perpindahan panas yang dominan pada penukar kalor. Namun demikian karena

pada umumnya penukar kalor berfungsi untuk memindahkan energi antara dua fluida yang

dipisahkan oleh permukaan padatan (logam), maka bagi penukar kalor sebenarnya yang

lebih penting adalah mengetahui nilai koefisien perpindahan panas global antara kedua

fluida yang saling dipertukarkan energinya tersebut. Perhatikan gambar 1 dimana dua fluida

yang berbeda temperaturnya (T1 > T2 misalnya) mengalir berlawanan arah dan dipisahkan

oleh suatu permukaan logam. Fluida yang berada di atas pelat akan memberikan energinya

pada fluida yang berada di bawah pelat.

T1

T2

Gambar 1. Dua fluida mengalir dan berbeda temperatur dipisahkan oleh pelat logam

Selama perjalanannya, fluida yang di atas akan turun temperaturnya, sedangkan fluida yang

di bawah pelat akan meningkat temperaturnya. Perpindahan panas berlangsung dari atas

ke bawah melalui beberapa tahapan yaitu:

a. Dari fluida di atas pelat ke permukaan atas pelat secara konveksi paksa

b. Di dalam pelat itu sendiri dari permukaan atas ke permukaan bawah secara konduksi

Page 2: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

c. Dari permukaan pelat bagian bawah ke fluida yang bawah secara konveksi.

Dari ketiga tahapan perpindahan panas tersebut tentunya masing-masing memiliki sifat

masing-masing yang sering disebut dengan tahanan termal atau kebalikan dari koefisien

perpindahan panas dalam hal konveksi. Tahanan termal yang tinggi berarti makin susah

panas ditransfer sehingga laju perpindahan energi yang dapat dipindahkan makin kecil.

Dengan demikian dari fluida di atas pelat hingga fluida di bawah, energi ditransfer melalui tiga

tahanan termal, yaitu tahanan termal konveksi di atas pelat, konduksi di pelat dan konveksi

di bawah pelat. Bagi penukar kalor, justru yang penting adalah koefisien perpindahan panas

gabungan antara ketiga fenomena tersebut dan kebalikan nilai tersebut merupakan nilai

tahanan termal global. Koefisien perpindahan panas global U dari kasus ini dirumuskan sebagai

berikut:

dimana ha, tp, kp, dan hb berturut turut adalah koefisien perpindahan panas konveksi di

permukaan pelat bagian atas, tebal pelat, konduktivitas termal pelat, dan koefisien

perpindahan panas konveksi di permukaan pelat bagian bawah. Sedangkan tahanan termal

permukaan pelat bagian atas adalah 1/ha, tahanan termal konduksi di pelat adalah tp/kp, dan

tahanan termal konveksi permukaan pelat bagian bawah adalah 1/hb. Nilai U dapat ditaksir

dengan dua cara yaitu dengan mengevaluasi nilai ha dan hb memakai formulasi-formulasi

perpindahan panas dan melihat nilai kp di tabel-tabel termodinamik serta mengukur tebal pelat

tp atau dengan cara menguji penukar kalor secara langsung untuk mengetahui laju

perpindahan panas yang terjadi serta mengukur temperatur-temperatur di masing-masing sisi

masuk dan keluar fluida untuk mengetahui nilai LMTD seperti ditunjukkan pada persamaan (8).

Untuk cara yang kedua ini nilai luas permukaan perpindahan panas A harus sudah diketahui

terlebih dahulu. Dengan diketahuinya tahanan termal masing-masing bagian dalam proses

perpindahan panas, tahanan termal global Rttot dapat dirumuskan sebagai

Dengan adanya koefisien perpindahan panas global tersebut, maka laju perpindahan panas dapat

ditulis sebagai:

Q = U× A ×F×LMTD

Page 3: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Dimana :

A adalah luas permukaan perpindahan panas (m2)

F adalah faktor koreksi LMTD yang bergantung pada jenis penukar kalor. Nilai F sama dengan 1

(satu) untuk jenis aliran lawan dan paralel, serta mempunyai nilai kurang dari satu (<1) untuk

jenis aliran menyilang maupun aliran gabungan.

LMTD adalah perbedaan temperatur logaritmik yang didefinisikan seperti di bawah ini. Perbedaan

temperatur logaritmik dirumuskan berbeda-beda tergantung pada jenis penukar kalor. Oleh

sebab itu sebagai ilustrasi akan diberikan gambar 2 hingga gambar 3 berbagai tipe arah aliran

dalam penukar kalor.

Gambar 2. Penukar kalor jenis aliran paralel (a) dan aliran lawan (b).

Gambar 3. Penukar kalor jenis aliran menyilang pipa bersirip (a) dan pipa tak bersirip (b)[2].

Gambar 4. Penukar kalor jenis aliran gabungan (pada tipe shell & tube)[2]

Page 4: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Tipe penukar kalor seperti tersebut pada gambar 2 hingga gambar 4 memiliki karakteristik

yang berbeda dalam hal keefektifan atau efektivitas energi yang dipindahkan selama fluida

berada di dalam penukar kalor. Efektivitas pertukaran energi di dalam penukar akan

diterangkan tersendiri di dalam pasal kinerja penukar kalor.

Dari ketiga jenis penukar kalor di atas, terdapat kesamaan penting yang akan

dipergunakan dalam perhitungan LMTD yaitu bahwa di setiap jenis penukar kalor terdapat

sisi masuk dan sisi keluar untuk setiap fluida. Bila temperatur pada sisi masuk fluida pertama

yang kebetulan adalah fluida yang memberikan energinya (atau disebut fluida panas / hot)

diberi simbol Thin dan temperatur pada sisi keluarnya adalah Thout, sedangkan untuk fluida

yang satunya yaitu fluida kedua yang menerima panas (fluida dingin / cold) pada sisi masuk

diberi simbol Tcin dan Tcout untuk temperatur pada sisi keluar, maka rumusan LMTD untuk

setiap jenis penukar kalor adalah sebagai berikut:

untuk kasus penukar kalor aliran parallel

untuk kasus penukar kalor aliran lawan.

Gambar 5. Grafik faktor LMTD untuk aliran silang kedua fluida masing-masing

tidak tercampur[2]

Untuk kasus aliran menyilang dan aliran gabungan, perhitungan nilai LMTD seperti kasus

aliran lawan, namun harus dikalikan dengan faktor LMTD yang nilainya dapat dicari secara

grafis menggunakan grafik (chart) seperti yang ditunjukkan pada gambar 5 dan gambar 6

untuk kasus aliran menyilang serta gambar 7 dan gambar 8 untuk kasus aliran gabungan.

Page 5: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Grafik-grafik sejenis ini untuk tipe penukar kalor lain dapat diperoleh pada textbook-textbook

penukar kalor.

Gambar 6. Grafik faktor LMTD untuk aliran silang satu fluida tercampur dan fluida

yang lain tidak tercampur[2].

Gambar 7. Grafik faktor LMTD untuk penukar kalor tipe shell & tube dengan

dua laluan pipa U[2].

Page 6: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Gambar 8. Grafik faktor LMTD untuk penukar kalor tipe shell & tube dengan

dua shell masing-masing dua laluan pipa U[2].

Parameter kinerja penukar kalor

Yang dimaksud dengan parameter kinerja penukar kalor antara lain laju perpindahan

panas yang ditransfer Q (rating penukar kalor), efektivitas penukar kalor ε, efisiensi

pertukaran panas di dalam penukar kalor η, dan penurunan tekanan fluida selama mengalir

di dalam penukar kalor untuk kedua jenis fluida (∆ph dan ∆pc). Parameter kinerja tersebut

dapat dihitung berdasarkan data hasil pengukuran beberapa parameter. Perhitungan baru

dapat dilakukan bila beberapa data hasil pengukuran diperoleh. Oleh karena itu, dalam

praktek apabila penukar kalornya sudah ada, parameter kinerja dapat dievaluasi dengan

mengukur dan menghitung. Agar dapat melakukan perhitungan tersebut, berikut ini diberikan

uraian formulasi yang diperlukan.

a. Laju perpindahan panas Q

Laju perpindahan panas Q, selain dapat diformulasikan seperti yang telah ditunjukkan

pada persamaan (8), juga dapat diformulasikan sebagai berikut:

- Untuk fluida yang memberikan energi:

Page 7: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Qh = mh × Cph × (Thin − Thout ) = Ch × (Thin − Thout )

- Untuk fluida yang dipanaskan atau yang menerima energi:

Qc = mc × Cpc × (Tcout − Tcin ) = Cc × (Tcout − Tcin )

dimana,

• mh dan mc adalah laju aliran massa fluida yang memanaskan atau yang

memberikan panas dan yang dipanaskan atau yang menerima kalor dalam

satuan [kg/s]. Kadangkala di lapangan tidak ditemukan alat ukur yang dapat

mengetahui langsung nilai mh dan mc, tetapi yang ada adalah alat ukur debit

aliran {VA} dalam [m3/s] seperti meteran air misalnya. Oleh karena itu nilai mh dan

mc harus dievaluasi berdasarkan pengukuran {VA} ini dengan mengalikannya

dengan massa jenis fluida ρf, sehingga mh = {VA}h x ρfh dan mc = {VA}c x ρfc.

• Cph dan Cpc adalah panas spesifik fluida pada tekanan konstan dalam satuan

[J/kg.K] atau [kJ/kg.K] yang nilainya untuk masing-masing fluida dapat diperoleh

pada tabel-tabel termodinamika mengenai sifat zat.

• Ch dan Cc adalah perkalian antara Cp dengan m yaitu Ch = mh x Cph untuk fluida

yang memanaskan dan Cc = mc x Cpc untuk fluida yang menerima energi dalam

bentuk panas. Dalam perhitungan maupun pengukuran kinerja penukar kalor,

biasanya nilai Cc dan Ch ini dibandingkan terlebih dulu dan kemudian yang

nilainya lebih kecil diberi simbol Cmin dan yang lainnya diberi simbol Cmax karena

nilainya lebih besar. Jadi adakalanya Cc menjadi Cmin atau sebaliknya Ch menjadi

Cmin tergantung setiap kasus. Notasi ini akan dipergunakan dalam evaluasi

efektivitas penukar kalor.

• (Tcout – Tcin) dan (Thin – Thout) adalah selisih temperatur fluida antara sisi masuk

dan sisi keluar penukar kalor atau sebaliknya untuk masing-masing fluida.

b. Efektivitas penukar kalor ε

Efektivitas penukar kalor didefinisikan sebagai perbandingan antara laju energi yang

terjadi dalam sebuah penukar kalor (Q) (idealnya bernilai sama antara fluida yang

memberikan energinya dengan fluida yang menerima energi) dengan laju perpindahan

panas maksimum (Qmax) yang mungkin dapat terjadi dalam pertukaran energi dua fluida

pada suatu penukar kalor. Qmax didefinisikan sebagai berikut:

Qmax = Cmin × (Thin − Tcin )

Dengan demikian efektivitas penukar kalor dapat dituliskan sebagai:

Page 8: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Jadi dalam hal ini nilai ε selalu lebih kecil dari 1 (satu). Apabila nilai efektivitas penukar

kalor ε ini bersama nilai temperatur fluida saat memasuki penukar kalor Thi dan Tci

diketahui, laju perpindahan panas aktual dari sebuah penukar kalor langsung dapat

diketahui berdasarkan persamaan berikut:

Q = ε × Cmin × (Thin − Tcin

)

Untuk beberapa tipe penukar kalor, dapat ditunjukkan bahwa nilai parameter ε

bergantung pada nilai [Cmin/Cmax] dan [UA/Cmin]. Parameter yang kedua ini sering disebut

sebagai Number of Transfer Unit atau NTU, sehingga diperoleh :

dan

NTU =

UA

Cmin

C ⎞

ε = f⎜NTU, ⎝

min ⎟ Cmax ⎠

Korelasi dalam persamaan (17) akan dikembangkan untuk beberapa jenis penukar kalor

pada pasal tersendiri karena parameter-parameter yang terkait dengan NTU dan ε ini

sangat penting dan dapat dipergunakan sebagai cara analisis dan perancangan penukar

kalor bersama-sama dengan korelasi-korelasi yang sebelumnya diutarakan antara lain

LMTD.

c. Efisiensi pertukaran panas di dalam penukar kalor η,

Efisiensi penukar kalor tidak banyak disebut dalam buku, karena memang sebenarnya

kurang dapat diterima sebagai petunjuk prestasi sebuah penukar kalor. Yang banyak

dipakai adalah efektivitas penukar kalor karena dalam perhitungan dipakai nilai Qmax

yang merupakan nilai ideal untuk sebuah penukar kalor dan dapat dianggap sebagai

puncak nilai yang dapat dicapai oleh sebuah penukar kalor walaupun sulit untuk

direalisasikan dalam kenyataan. Efisiensi ini hanya sekedar perbandingan sesaat antara

laju perpindahan panas terukur yang diterima oleh fluida yang dipanaskan dengan laju

panas terukur yang diberikan oleh fluida yang memberikannya atau sebaliknya

tergantung yang mana yang bernilai lebih kecil ditaruh sebagai pembilang dan lainnya

sebagai penyebut. Jadi secara matematis dapat ditulis sebagai:

atau

Page 9: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor
Page 10: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Efisiensi ini hanya dipakai sebagai petunjuk seberapa besar perbedaan antara nilai

energi yang diberikan dengan yang diterima sehingga dapat diketahui besarnya energi

yang pindah ke lingkungan atau sebaliknya justru yang diperoleh dari lingkungan karena

salah satu fluida yang dipertukarkan energinya bekerja pada temperatur lebih rendah

dari temperatur lingkungan.

d. Penurunan tekanan fluida selama mengalir di dalam penukar kalor untuk kedua

jenis fluida (∆ph dan ∆pc).

Penurunan tekanan fluida merupakan petunjuk berapa besar energi dan daya dari

peralatan untuk mengalirkan fluida yang dibutuhkan selama fluida tersebut melintasi

penukar kalor. Artinya semakin besar nilai penurunan tekanan yang terjadi, maka

semakin besar pula energi yang diperlukan untuk mengalirkan fluida. Hal ini sangat

penting untuk diketahui karena erat kaitannya dengan biaya operasi. Banyak sekali

formulasi yang dipergunakan untuk menaksir besarnya nilai penurunan tekanan fluida di

dalam penukar kalor, karena nilai ini sangat bermanfaat khususnya bagi para perancang

penukar kalor. Namun bagi pengguna yang lebih penting barangkali adalah mengetahui

nilai tersebut dengan cara mengukurnya dan mengamati kecenderungannya dengan

berjalannya jam operasi agar dapat diketahui saat kapan diperlukan perbaikan dalam

rangka mengembalikan atau meningkatkan efisiensi biaya operasi penukar kalor.

Perancangan Termal Penukar Kalor

Perancangan termal penukar kalor dimaksudkan sebagai cara atau metode untuk

merancang penukar kalor hingga diperoleh dimensi dari penukar kalor. Disebut di sini sebagai

perancangan termal karena dibatasi pada penentuan dimensi penukar kalor berdasarkan

kaidah pertukaran panas dalam penukar kalor. Dengan demikian dalam perancangan ini

tidak dilibatkan unsur pemilihan material dan perhitungan kekuatan material yang dipilih

berdasarkan kaidah=kaidah mekanika kekuatan material.

Pada umumnya dalam perancangan termal penukar kalor dikenal dua metode yang

umum dipergunakan yaitu metode LMTD dan metode NTU-ε. Metode LMTD memanfaatkan

persamaan (8) dalam menentukan luas efektif permukaan perpindahan panas A yaitu:

A = Q

U × F × LMTD

Sedangkan metode NTU-ε.memanfaatkan persamaan (16) untuk menentukan nilai A yaitu:

Metode LMTD akan lebih mudah dipergunakan apabila seluruh temperatur masuk dan

keluar penukar kalor yang dirancang telah diketahui terlebih dahulu atau ditetapkan.

Page 11: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Sedangkan metode NTU-ε dapat digunakan dengan mudah apabila temperatur masuk

saja dari kedua fluida sudah diketahui terlebih dahulu. Namun nilai NTU harus dapat

ditentukan dalam perancangan metode kedua ini. Oleh karena itu korelasi ε sebagai

fungsi dari NTU dan [Cmin/Cmax] menjadi penting untuk diketahui.

Penentuan nilai luas permukaan perpindahan panas A dengan kedua metode di atas

harus menghasilkan nilai yang sama atau paling tidak hampir sama sehingga perancang

merasa yakin dengan hasil rancangannya. Namun demikian dalam setiap tahapan

perancangan selalu disertai ketidakpastian selain seharusnya hasil rancangan dapat berupa

solusi yang jumlahnya banyak. Artinya dengan nilai A hasil rancangan berdasarkan kedua

metode tersebut masih banyak kemungkinan yang dapat kita lakukan dalam memilih dimensi

penukar kalor yang akan kita buat. Sebagai contoh dengan suatu nilai A tertentu, perancang

masih memiliki beberapa kebebasan antara lain dalam memilih jenis penukar kalor, dan

untuk suatu jenis yang dipilihpun (misalnya U-tube untuk tipe shell&tube HE) perancang

masih bebas pula menentukan diameter pipa, panjang pipa, serta jumlah pipa yang akan

dipergunakan. Ketidakpastian hasil perhitungan akibat kekurangyakinan nilai data dan sifat-

sifat fluida serta jenis penukar panas yang dipilih biasanya membawa kepada perancang

untuk memberikan suatu faktor keamanan hasil rancangan dengan cara memperbesar nilai

A dengan suatu faktor “keamanan rancangan”. Berdasarkan pengalaman penukar kalor yang

biasa dipakai dalam industri, nilai A yang terpasang dapat sebesar 1,2 hingga 1,5 kali dari

nilai A hasil perhitungan. Ini berarti bahwa faktor keamanan berkisar 20% hingga 50%

bahkan lebih tergantung dari keyakinan perancang. Semakin lama pengalaman perancang

mendalami masalah penukar kalor baik dari sisi teori dan praktis akan semakin memiliki

perasaan keinsinyuran yang tajam sehingga dapat menentukan faktor keamanan rancangan

yang semakin kecil. Sebaliknya bagi perancang dan praktisi pemula, disarankan untuk

mengambil faktor keamanan rancangan yang cukup tinggi, walaupun faktor meningkatnya

biaya material dan produksi tetap harus dipertimbangkan dalam menentukan nilai faktor

keamanan rancangan ini.

Korelasi NTU -

ε

Dalam menentukan korelasi antara NTU dan ε, biasanya agar dimulai dari yang

paling sederhana, dipergunakan andaian untuk jenis penukar kalor paralel yaitu jika Cmin = Ch

sehingga persamaan () menjadi:

Page 12: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Sedangkan untuk [Cmin/Cmax] dapat ditulis sebagai:

Pernyataan lain untuk penukar panas jenis paralel ini adalah bahwa:

atau

h

Pernyataan di ruas kiri dari persamaan (24) dapat diubah menjadi pernyataan berikut:

(Thout − Tcout ) = (Thout − Thin + Thin − Tcout )

(Thin − Tcin ) (Thin − Tcin )

Persamaan (22) dapat disubstitusikan ke dalam persamaan (25) ini sehingga menjadi:

atau persamaan terakhir ini dapat disederhanakan menjadi:

dan apabila persamaan (27) disubstitusikan ke dalam persamaan (24) akan diperoleh:

Atau

⎛ C ⎞

Persamaan (28) merupakan persamaan yang menyatakan ε = f⎜NTU, ⎝

min ⎟ Cmax ⎠

dari penukar

Page 13: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

kalor tipe aliran paralel. Persamaan tersebut dapat pula dinyatakan dalam bentuk grafik

untuk memudahkan para perancang dalam menentukan nilai NTU sebagai fungsi dari ε dan

[Cmin/Cmax] seperti diperlihatkan dalam gambar 9.

Gambar 9 Pernyataan grafis dari persamaan (28) untuk penukar kalor aliran paralel

Untuk penukar kalor jenis lain selain aliran paralel representasi grafis dari korelasi

NTU – ε – [Cmin/Cmax] berturut-turut diberikan dalam gambar 10, gambar 11 dan

gambar 12.

Gambar 10 Pernyataan grafis korelasi NTU – ε – [Cmin/Cmax] untuk penukar kalor

jenis aliran lawan

Page 14: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Gambar 11 Pernyataan grafis korelasi NTU – ε – [Cmin/Cmax] untuk penukar kalor

jenis shell & tube dengan satu shell dan pipa multi laluan

Gambar 12 Pernyataan grafis korelasi NTU – ε – [Cmin/Cmax] untuk penukar kalor

jenis shell & tube dengan dua shell dan pipa multi laluan

Page 15: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Pengujian penukar kalor

Dalam pembahasan ini pengujian dibatasi pada pengujian kinerja termal dan pengujian

kekuatan tekan penukar kalor.

Pengujian kinerja termal

Pengujian penukar kalor berguna untuk mengetahui kinerjanya. Pengujian biasanya

dilakukan saat commisioning. Namun agar kita dapat selalu memonitor kinerja penukar kalor

yang kita operasikan, sebaiknya pengukuran dilakukan secara periodik. Oleh sebab itu

pemasangan peralatan ukur untuk beberapa penukar kalor yang dinilai mempunyai biaya

operasi atau investasi tinggi disarankan, sehingga monitoring kinerja dapat dilakukan secara

terus menerus. Dari formulasi kinerja penukar kalor dapat ditarik kesimpulan bahwa untuk

mengetahui kinerja diperlukan data dan pengukuran besaran-besaran yang diperlukan antara

lain:

1. Data mengenai dimensi penukar kalor secara lengkap seperti panjang tube, diameter,

luas permukaan perpindahan panas efektif, dan lain-lain. Data ini biasanya dapat

diperoleh dari vendor atau pembuat.

2. Pemasangan alat ukur debit aliran atau laju massa aliran masing-masing fluida. Jika

penukar kalor kita kebetulan dilengkapi dengan fan atau pompa untuk mengalirkan

fluida, maka diperlukan pula data-data spesifikasi pompa dan fan secara lengkap

yang sangat berguna untuk menaksir laju aliran massa yang kita butuhkan dalam

perhitungan kinerja.

3. Data sifat fisik fluida yang dipertukarkan panasnya. Data ini dapat diperoleh dari

buku-buku termodinamika atau lainnya. Data ini perlu sekali karena selain dapat

dipergunakan untuk mengetahui Cp fluida juga kadangkala diperlukan untuk

keperluan lain seperti penggantian ulang, kaitannya dengan spare part, dan lain-lain.

4. Pemasangan alat ukur temperatur pada setiap saluran fluida masuk dan keluar dari

penukar kalor.

Perlu dicatat bahwa setiap alat ukur yang terpasang harus selalu dikalibrasi secara periodik

sehingga penunjukkan yang dihasilkan dapat kita percaya dan hasil perhitungan dapat

dipakai sebagai acuan dalam mengoperasikan dan merawat penukar kalor kita. Apabila

seluruh data dan alat ukur sudah disiapkan, pengujian dapat mulai dilakukan dengan

pengambilan data parameter operasi seperti laju aliran, temperatur, massa jenis, kapasitas

panas dan lain-lain. Kemudian perhitungan dapat dilakukan dengan memanfaatkan formulasi

yang telah diterangkan sebelumnya untuk mengetahui kinerja termal penukar kalor antara

lain laju perpindahan panas yang dapat ditransfer untuk masing-masing sisi fluida, efektivitas

penukar kalor, efisiensi konversi energi yang terjadi, dan penurunan tekanan yang terjadi di

Page 16: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

masing-masing sisi aliran fluida. Sebaiknya pengukuran data dan perhitungan dilakukan

beberapa kali agar keyakinan kita bertambah.

Pengujian kekuatan tekan

1. Pengujian hydrostatis

Pengujian hydrostatis untuk tube bundle diiaksanakan baik sebelah luar maupun sebelah

dalam tube. Sebelah luar tube lazim disebut shell side test, dan sebelah dalam tube disebut

tube side test. Pengujian shell side dilaksanakan seperti gambar 13 berikut :

Gambar 13. Pengujian hidrostatik untuk bagian di luar tube bundle.

Pengujian ini sekaligus menguji sambungan rol, shell, tube terutama sebelah dalam,

sambungan nozzle, gasket antara tube sheet dengan channel.

Penguiian tube side dilaksanakan seperti diperlihatkan pada gambar 14:

Gambar 14. Pengujian hidrostatik untuk bagian di dalam tube bundle.

Page 17: Perpindahan Panas Di Dalam Penukar Kalor

Pengujian ini sekaligus memeriksa sambungan tutup channel, kondisi tube dan

sambungan floating heat cover. Sewaktu pengisian air penguji, diyakinkan bahwa peralatan

benar-benar penuh air dengan membuka kerangan ventilasi hingga air keluar. Pengujian

peralatan baru dipakai ketentuan 1 1/2 x tekanan desain.

Pengujian peralatan yang telah dioperasikan = 1 1/2 x tekanan kerja maksimum yang

dibolehkan. Tekanan desain = tekanan yang dihitung dengan stress value pada suhu desain.

Tekanan kerja maksimum = tekanan kerja yang dihitung dengan stress valuenya pada suhu

operasi. Menurut ketentuan MIGAS, waktu penahan tekanan (holding time) selama 2 jam,

tanpa kecuali apakah ada atau tidak ada perbaikan. Pada waktu holding time, inspektor

melaksanakan pemeriksaan dan disaksikan oleh pihak instansi yang rnengeluarkar ijin

(DEPNAKER, MIGAS, dan lain-lain). Menurut ketentuan MIGAS, uji hydrostatis harus dicatat

(recorded) dengan pressure-time chart. Kebocoran sewaktu hydrotest harus diperbaiki,

perbaikan besar memerlukan uji hidrostatis diulang.