4.2. Tinjauan Pustaka

Proses Kondensasi

Kondensasi adalah suatu proses untuk mengubah suatu gas atau uap menjadi

cairan. Gas dapat berubah menjadi cair dengan menurunkan temperaturnya atau

meningkatkan tekanan. Umumnya, pendekatan yang digunakan adalah dengan

menurunkan temperatur, sedangkan meningkatkan tekanan, cenderung lebih

mahal.

Reaksi Endoterm dan Eksoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari

lingkungan ke sistem. Dalam reaksi ini, kalor yang diserap oleh sistem dari

lingkungannya. Terjadi kenaikan entalpi, yaitu entalpi produk lebih besar daripada

entalpi pereaksi. Oleh karena itu, perubahan entalpinya (∆H) bertanda positif (+).

Pada reaksi endoterm umumnya ditunjukkan oleh adanya penurunan suhu.

Adanya penurunan suhu sistem ini yang menyebabkan terjadinya penyerapan

kalor oleh sistem.

Reaksi eksoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari

sistem ke lingkungan. Dalam hal ini sistem melepaskan kalor ke lingkungan.

Akibatnya terjadi penurunan entalpi, yaitu entalpi produk lebih kecil daripada

entalpi pereaksi. Oleh karena itu, perubahan entalpinya (∆H) bertanda negatif (-).

Pada reaksi eksoterm umumnya suhu sistem naik. Adanya kenaikan suhu inilah

yang mengakibatkan sistem melepaskan kalor ke lingkungan.

Hukum Hess

Hukum Hess dikemukakan oleh ahli kimia Jerman, G.H. Hess yang

berbunyi: “Perubahan energi yang menyertai suatu reaksi hanya ditentukan oleh

keadaan awal dan keadaaan akhir dari pereaksi dan hasil reaksi, tanpa

memperhatikan jalannya perubahan zat pereaksi menjadi hasil reaksi”. Pada

perhitungan entalpi yang telah dilakukan sebelumnya, entalpi dapat ditentukan

dengan menghitung kalor reaksi pada tekanan tetap. Akan tetapi, tidak semua

reaksi dapat diketahui kalor reaksinya secara langsung. Oleh sebab itu, Hess juga

menyatakan bahwa “jika suatu reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau

lebih, maka perubahan entalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah

perubahan entalpi dari semua tahapan”.

Dari Hukum Hess tersebut, perubahan entalpi suatu reaksi mungkin untuk

dihitung dari perubahan entalpi reaksi lain yang nilainya sudah diketahui. Hukum

Hess dapat dinyatakan dalam bentuk diagram siklus atau diagram tingkat energi.

Shell and Tube Heat Exchanger

Shell and tube dapat diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) jenis, yaitu: Fixed

tubesheet, Return Bend (U-tube) dan Floating tubesheet.

1. Shell and tube, Fixed Tubesheet

Fixed Tubesheet Exchanger adalah Heat Exchanger yang tubesheetnya

menyatu dengan shell. Biasanya, tubesheet menempel pada shell dan sebagai

flange untuk meluruskan tubeside header. Karena tidak terdapatnya gasket atau

packed joint pada shellside, fixed tubesheet exchanger menyediakan perlindungan

maksimum untuk mencegah leakage (kebocoran) fluida dalam shellside yang

keluar. Untuk alasan yang sama, tube bundle tidak dapat dipindahkan untuk

pemeriksaan ataupun pembersihan, sehingga jarak antara bagian terluar tube dan

shell adalah minimum untuk pembuatannya, sehingga tube dapat diatur memenuhi

bagian dalam shell. Bila perlu, sebuah expansion joint akan digabungkan ke dalam

shell, untuk memberikan perluasan pada perbedaan ekspansi termal. Keperluan

dari joint ini ditentukan dengan mempertimbangkan pengaruh perbedaan ekspansi

dan kondisi berulang yang diharapkan selama operasi berlangsung. Tubeside

header, channel cover, gasket, dan lain-lain, dapat dipindahkan untuk perawatan

dan penempatan kembali, dan tube dapat dibersihkan dari dalam. Bagian shell

dapat dibersihkan dengan mengalirkan fluida pembersih secara berlawanan

(backwash). Fixed tubesheet heat exchanger biasanya digunakan pada shellside

fluida tidak menyebabkan fouling, seperti steam, refrigerant, gas, dowtherm, dan

beberapa jenis dari cooling water dan memerlukan aliran proses pembersihan.

2. Shell and Tube, Return Bend

Pada return bend, baik kedua ujung tube U-shaped dapat disatukan menjadi

single tubesheet, sehingga menghilangkan permasalahan perbedaan ekspansi

termal, karena tube dapat bebas untuk memuai atau menyusut. Tube bundle dapat

dipindahkan untuk pemeriksaan dan pembersihan, meskipun ada bagian yang

tidak dapat dipindahkan, yaitu bagian tubesheet menyatu pada dinding shell.

Untuk unit bundle yang dapat dipindahkan, return bend exchanger mengatur jarak

minimum antara bagian terluar tube dan bagian dalam shell, seperti fixed

tubesheet exchanger. Jumlah lubang tube pada tubesheet untuk shell biasa berbeda

dengan fixed-tubesheet karena terbatas oleh tube yang membelok. Jumlah pass

tubeside yang digunakan haruslah dalam jumlah yang seimbang, maksimumnya

dibatasi oleh jumlah return bend.

Tubeside header, channel, gasket, dan lain-lain, dapat dipindahkan untuk

keperluan perawatan dan penempatan ulang, sedangkan tube bundle dapat

dipindahkan, dibersihkan, dan dipasang kembali. Meskipun penempatan kembali

tube yang berada di luar baris tidak menimbulkan masalah, yang lainnya hanya

dapat ditempatkan kembali dengan memerlukan bantuan tube khusus, yang

membantu U-tubes untuk lepas dari bagian dalam bundle. Bagian dalam tube

dapat dibersihkan hanya dengan menggunakan peralatan khusus, dan hanya radius

pembelokan (bending) dari tube hampir banyak sekali. Oleh karena itu, return

bend exchangers biasanya ditemukan pada servis bebas fouling, atau efektif untuk

pembersihan secara kimia. Konstruksi U-bend banyak digunakan pada tekanan

tinggi.

3. Shell and Tube, Floating Tubesheet

Heat exchanger ini memiliki tube lurus yang kedua ujungnya menempel

pada tubesheet. Salah satu ujungnya dapat dengan bebas digerakkan, hal ini untuk

menjaga ekspansi differensial termal antara tube bundle dan shell. Tube bundle

dapat digerakkan untuk keperluan pemeriksaan, penempatan kembali, ataupun

pembersihan eksternal dari tube. Begitu pula dengan tubeside headers, channel

covers, gasket, dan lain-lain dapat dilepaskan untuk keperluan perawatan dan

penempatan kembali, dan tube dapat dibersihkan secara internal.

Adapun jenis-jenis Shell and Tube Floating Tubesheet adalah:

a. Outside-packed stuffing box

Pada heat exchanger ini, shellside fluida dibatasi oleh packing ring yang

ditekan di dalam stuffing box dengan packing follower ring. Packing

memungkinkan floating tubesheet untuk bergerak secara bolak-balik. Karena

stuffing box hanya berhubungan dengan shellside fluid, sehingga shellside dan

tubeside fluid tidak bercampur, sehingga leakage dapat dihindari pada packing.

Jumlah pass tubeside dibatasi oleh jumlah tube yang terdapat dalam bundle. Tube

terluar mendekati batas floating tubesheet skirt, jarak antara bagian terluar tube

dan shell (clearance) ditentukan oleh ketebalan skirt. Outside-Packing Stuffing

Box untuk servis shellside sampai 600 psi, dan 600 oF, heat exchanger ini tidak

dapat digunakan ketika leakage dari shellside fluid keluar tidak dapat lagi

ditoleransi.

b. Outside-packed Lantern Ring

Setiap shellside dan tubeside fluid dibatasi oleh separate packing ring (atau

O-ring) dipisahkan oleh lantern ring dilengkapi dengan weep holes, sehingga

leakage (kebocoran) antara kedua packing; lantern ring dan untuk perbedaan

ekspansi termal. Terkadang digunakan pula sebuah skirt kecil pada floating

tubesheet untuk menghubungkan permukaan packing dan lantern ring. Karena

tidak adanya pass partition pada floating end, maka jumlah pass tubeside hanya

dibatasi satu atau dua. Sedikit lebih besar daripada yang diperlukan untuk return-

bend exchanger, jarak antara bagian terluar tube dan bagian dalam shell harus

dapat menahan distorsi hole tube selama tube bergerak mendekati permukaan

bagian luar dari tubesheet. Outside Packed Lantern Ring secara umum

penggunaannya dibatasi hingga 150 psi, dan 500 oF. Konstruksi ini tidak dapat

digunakan ketika leakage dari fluida yang keluar atau terjadinya pencampuran

antara tubeside dan shellside fluid tidak dapat lagi ditoleransi.

c. Pull through bundle

Heat exchanger ini memiliki head terpisah yang terhubung langsung ke

floating tubesheet. Tubesheet yang terpasang dan head sebaiknya cukup kecil

untuk masuk ke dalam shell, dan tube bundle dapat dipindahkan tanpa merusak

joint pada floating end. Meskipun ini dapat mengurangi perawatan shellside,

tetapi meningkatkan perawatan tubeside. Persyaratan jarak (semakin besar

jaraknya bila Shell and Tube Exchanger) antara bagian terluar tube dan bagian

dalam shell harus memakai gasket dan dihubungkan pada floating tubesheet.

Jumlah pass tubeside hanya dibatasi oleh jumlah tube. Dengan

menggunakan jumlah pass, nozzle harus diperluas dari floating-head cover

melalui shell cover. Ketetapan untuk perbedaan ekspansi termal dan tube-bundle

removal harus dibuat sedemikian dengan menggunakan metoda, seperti packed

joint atau internal bellow. Karena heat exchanger ini memerlukan internal gasket

antara floating tubesheet dan head, penggunaannya biasanya dibatasi untuk

kerusakan tidak terlihat dari internal gasket tidak dapat lagi ditoleransi.

d. Inside split backing ring

Pada desain ini, untuk menjaganya dari floating tubesheet, floating cover

dihubungkan dengan sebuah split backing ring yang kuat dan terjaga dengan baik.

Pelindung ini, yang bertempat di atas dari ujung shell ditutupi oleh shell cover

dengan diameter yang lebar. Shell cover, split back-ring dan floating head cover

harus dilepaskan agar tube bundle dapat bergerak melalui shell.

Jarak antara bagian terluar tube dan bagian dalam shell (yang sama dengan

yang digunakan untuk bagian luar dari packed stuffing-box exchangers) mencapai

inside diameter dari gasket pada floating tubesheet. Jenis konstruksi ini memiliki

batasan yang sama dengan jumlah pass tubeside, seperti: pull-through bundle,

tetapi lebih sesuai untuk shellside pada temperatur dan tekanan yang lebih tinggi.