Heat Exchanger.docx

HEAT EXCHANGER

OLEH :KELOMPOK 5

Fitriyani (061340411646)Dimas Muhammad Furqon (061340411644)

KELAS : 4 EGBDOSEN PEMBIMBING : Ir. Irawan Rusnadi, M.T.

PROGRAM STUDI TEKNIK ENERGIJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYAPALEMBANG

2015

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Unit penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke

fluida yang lain. Sebagian besar dari industri-industri yang berkaitan dengan pemprosesan

selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang

penting dalam suatu proses produksi atau operasi. Salah satu tipe dari alat penukar kalor

yang banyak dipakai adalah Shell and Tube Heat Exchanger. Alat ini terdiri dari sebuah

shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana

temperatur fluida di dalam tube bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell)

sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida didalam tube dan di luar tube.

Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan

yang di luar dari tube disebut shell side.

Pemilihan yang tepat suatu alat penukar kalor akan menghemat biaya operasional

harian dan perawatan. Bila alat penukar kalor dalam keadaan baru, maka permukaan logam

dari pipa-pipa pemanas masih dalam keadaan bersih setelah alat beroperasi beberapa lama

maka terbentuklah lapisan kotoran atau kerak pada permukaan pipa tersebut. Tebal

tipisnya lapisan kotoran tergantung dari fluidanya. Adanya lapisan tersebut akan

mengurangi koefisien perpindahan panasnya. Harga koefisien perpindahan panas untuk

suatu alat penukar kalor selalu mengalami perubahan selama pemakaian. Batas terakhir

alat dapat berfungsi sesuai dengan perencanaan adalah saat harga koefisien perpindahan

panas mencapai harga minimum.

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.

Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas

Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :

• Parallel flow/co current /flow (aliran searah)

• Cross flow (aliran silang)

• Cross counter flow (aliran silang berlawanan)

• Counter current flow (aliran berlawanan arah)

Jenis-jenis penukar panas

Jenis-jenis penukar panas antara lain :

a. Double Pipe Heat Exchanger

b. Plate and Frame Heat Exchanger

c. Shell anf Tube Heat Exchanger

d. Adiabatic wheel Heat Exchanger

e. Pillow plate Heat Exchanger

f. Dynamic scraped surface Heat Exchanger

g. Phase-change Heat Exchanger

Alat penukar kalor sangat dibutuhkan pada proses produksi dalam suatu industri,

maka untuk mengetahui unjuk kerja dari alat penukar kalor perlu diadakan analisis.

Dengan analisis yang dilakukan dapat diketahui bahwa alat tersebut mampu menghasilkan

kalor dengan standar kerja sesuai kebutuhan yang diinginkan.

Penukar panas dapat diklasifikasikan menurut pengaturan arus mereka. Dalam

paralel-aliran penukar panas, dua cairan masuk ke penukar pada akhir yang sama, dan

perjalanan secara paralel satu sama lain ke sisi lain. Dalam counter-flow penukar panas

cairan masuk ke penukar dari ujung berlawanan. Desain saat ini counter paling efisien,

karena dapat mentransfer panas yang paling banyak. Dalam suatu heat exchanger lintas-

aliran, cairan perjalanan sekitar tegak lurus satu sama lain melalui exchanger.

Untuk efisiensi, penukar panas yang dirancang untuk memaksimalkan luas

permukaan dinding antara kedua cairan, dan meminimalkan resistensi terhadap aliran

fluida melalui exchanger. Kinerja penukar juga dapat dipengaruhi oleh penambahan sirip

atau corrugations dalam satu atau dua arah, yang meningkatkan luas permukaan dan dapat

menyalurkan aliran fluida atau menyebabkan turbulensi.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan Heat Exchanger ?

2. Bagaimana sistem kerja Heat Exchanger ?

3. Apa saja tipe-tipe dan klasifikasi dari Heat Exchanger ?

4. Apa saja bagian-bagian Heat Exchanger ?

5. Bagaimana sketsa komponen-komponen serta prinsip instrumentasi atau alat

ukur pada Heat Exchanger ?

1.3 Tujuan

Penulisan makalah ini memiliki beberapa tujuan, antara lain :

1. Mengetahui pengertian Heat Exchanger

2. Mengetahui dan memahami prinsip kerja dari Heat Exchanger

3. Mengetahui tipe-tipe dan klasifikasi dari Heat Exchanger

4. Mengetahui komponen-komponen dari Heat Exchanger

5. Mengetahui bentuk atau sketsa serta prinsip kerja instrumentasi atau alat ukur pada

Heat Exchanger

BAB IIHEAT EXCHANGER (HE)

2.1 Alat Penukar Kalor

Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke

tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu

proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat dan atau perubahan

tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

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.

Stabilitas fasa fluida pada HE suhu rendah sangat penting mengingat aliran

panas/dingin harus dapat mengalir dengan baik (viscositas optimal). Pengaruh suhu,

tekanan, dan jenis kriogenik akan sangat menentukan efektivitas pertukaran panas yang

terjadi. Beberapa kriteria utama HE yang dibutuhkan untuk penggunaan pada suhu rendah:

1. Perbedaan suhu aliran panas dan dingin yg kecil guna meningkatkan efisiensi

2. Rasio luas permukaan terhadap volume yg besar untuk meminimalkan

kebocoran

3. Perpindahan panas yang tinggi untuk mengurangi luas permukaan

4. Massa yg rendah untuk meminimalkan waktu start up

5. Kemampuan multi channel untuk mengurangi jumlah HE

6. Kemampuan menerima tekanan yg tinggi

7. Pressure Drop yg rendah

Minimalisasi beda suhu aliran panas & dingin harus juga memperhatikan pengaruh

suhu terhadap panas spesifik (Cp) fluida. Jika Cp menurun dengan menurunnya suhu

fluida (contoh Hidrogen), maka perbedaan suhu inlet & outlet harus ditambah dari harga

minimal beda suhu aliran.

Perpindahan Panas Secara Konduksi

Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan

antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul

tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat

dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran

yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga

menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas.

Perpindahan Panas Secara Konveksi

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel

atau zat tersebut secara fisik.

Perpindahan Panas Secara Radiasi

Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi

dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang

dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini

akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.

Gambar 2.1 Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger (Djunaidi, 2009)

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. Secaara 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.

Seperti yang telah dikemukakan dalam pendahuluan terdapat banyak sekali

jenis-jenis alat penukar kalor. Maka untuk mencegah timbulnya kesalah pahaman maka

alat penukar kalor dikelompokan berdasarkan fungsinya :

a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida

sampai pada temperature yang rendah. Temperature fluida hasil pendinginan

didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan dengan fluida pendinginan

yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini media pendingin

biasanya digunakan amoniak atau Freon.

b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau

campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin yang

dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap akan melepaskan panas

latent kepada pendingin, misalnya pada pembangkit listrik tenaga uap yang

mempergunakan condensing turbin, maka uap bekas dari turbin akan

dimasukkan kedalam kondensor, lalu diembunkan menjadi kondensat.

c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau gas

dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak terjadi

perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka pendingin

coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan bantuan fan

(kipas).

d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan menjadi

uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan) suatu zat dari

fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah panas latent dan zat

yang digunakan adalah air atau refrigerant cair.

e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil) serta

menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas yang

sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu sendiri.

Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada gambar 2.2, diperlihatkan

sebuah reboiler dengan mempergunakan minyak (665 0F) sebagai media

penguap, minyak tersebut akan keluar dari boiler dan mengalir didalam tube.

Gambar. 2.2. Thermosiphon Reboiler (Anonim, 2011)

f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan panas

suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu:

• Memanaskan fluida

• Mendinginkan fluida yang panas

Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan

kebutuhannya. Pada gambar diperlihatkan sebuah heat exchanger, dimana fluida

yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari tube fluida yang

mengalir adalah kerosene yang semuanya berada didalam shell.

Gbr. 2.3. Konstruksi Heat Exchanger (Anonim, 2011)

2.2 Klasifikasi Alat Penukar Kalor Melihat begitu banyaknya jenis alat penukar kalor (heat exchanger), maka dapat

diklasifikasikan berdasarkan bermacam-macam pertimbangan yaitu :

1. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas

a. Tipe kontak tidak langsung

• Tipe dari satu fase

• Tipe dari banyak fase

• Tipe yang ditimbun (storage type)

• Tipe fluidized bed

b. Tipe kontak langsung

1) Immiscible fluids

2) Gas liquid

3) Liquid vapor

2. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir

a. Dua jenis fluida

b. Tiga jenis fluida

c. N – Jenis fluida (N lebih dari tiga)

3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan

a. Tipe penukar kalor yang kompak, Density luas permukaan > 700 m

b. Tipe penukar kalor yang tidak kompak, Density luas permukaan < 700 m

4. Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas

a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya

b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya terdapat cara

konveksi 2 aliran

c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 pass aliran masing-

masing

d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi

5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi

a. Konstruksi tubular (shell and tube)

1) Tube ganda (double tube)

2) Konstruksi shell and tube o Sekat plat (plate baffle) o Sekat batang (rod baffle) o

Konstruksi tube spiral

b. Konstruksi tipe pelat

1) Tipe pelat 3) Tipe lamella

2) Tipe spiral 4) Tipe pelat koil

c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface)

1) Sirip pelat (plate fin)

2) Sirip tube (tube fin)

• Heat pipe wall

• Ordinary separating wall

d. Regenerative

1) Tipe rotary 3) Tipe disk (piringan)

2) Tipe drum 4) Tipe matrik tetap

6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran

a. Aliran dengan satu pass 1) Aliran Berlawanan

2) Aliran Melintang

3) Aliran yang dibagi (divided)

4) Aliran Paralel

5) aliran Split

b. Aliran multipass

1) Permukaan yang diperbesar (extended surface)

• Aliran counter menyilang

• Aliran paralel menyilang

• Aliran compound

Shell and tube

• Aliran paralel yang berlawanan (M pass pada shell dan N pass pada tube)

• Aliran split

• Aliran dibagi (devided)

2) Multipass plat

• N – paralel plat multipass

2.3 Jenis-jenis Heat Exchanger

Dikarenakan banyaknya jenis dari alat penukar kalor, maka dalam pembahasan

akan dibatasi pada alat penukar kalor jenis heat exchanger yang banyak dijumpai dalam

industri perminyakan. Heat exchanger ini juga banyak mempunyai jenisjenisnya.

Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology yang telah

distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh

Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tublar Exchanger

Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk melindungi

para pemakai dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi

pada temperature dan tekanan yang tinggi.

Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat Exchanger,

yaitu :

1. Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya

untuk industri minyak dan kimia berat.

2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi

ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri.

Jenis-jenis Heat Exchanger yang terdapat pada industri perminyakan dapat

dibedakan atas :

2.3.1 Shell and Tube

Heat exchanger tipe shell & tube menjadi satu tipe yang paling mudah dikenal. Tipe ini melibatkan tube sebagai komponen utamanya. Salah satu fluida mengalir di dalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di luar tube. Pipa-pipa tube didesain berada di dalam sebuah ruang berbentuk silinder yang disebut dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tube tersebut berada sejajar dengan sumbu shell.

Heat Exchanger Tipe Shell & Tube(a) satu jalur shell, satu jalur tube(b) satu jalur shell, dua jalur tube

(c) 2, 4 shell and tube

Komponen-komponen utama dari heat exchanger tipe shell & tube adalah sebagai berikut:Tube. Pipa tube berpenampang lingkaran menjadi jenis yang paling banyak digunakan pada heat exchanger tipe ini. Desain rangkaian pipa tube dapat bermacam-macam sesuai dengan fluida kerja yang dihadapi.

Macam-macam Rangkaian Pipa Tube Pada Heat Exchanger Shell & Tube

Shell. Bagian ini menjadi tempat mengalirnya fluida kerja yang lain selain yang mengalir di dalam tube. Umumnya shell didesain berbentuk silinder dengan penampang melingkar. Material untuk membuat shell ini adalah pipa silindris jika diameter desain dari shell tersebut kurang dari 0,6 meter. Sedangkan jika lebih dari 0,6 meter, maka digunakan bahan plat metal yang dibentuk silindris dan disambung dengan proses pengelasan.

Tipe-Tipe Desain Front-End Head, Shell, dan Rear-End Head

Tipe-tipe desain dari shell ditunjukkan pada gambar di atas. Tipe E adalah yang paling banyak digunakan karena desainnya yang sederhana serta harga yang relatif murah. Shell tipe F memiliki nilai efisiensi perpindahan panas yang lbih tinggi dari tipe E, karena shell tipe didesain untuk memiliki dua aliran (aliran U). Aliran sisi shell yang dipecah seperti pada tipe G, H, dan J, digunakan pada kondisi-kondisi khusus seperti pada kondenser dan boiler thermosiphon. Shell tipe K digunakan pada pemanas kolam air. Sedangkan shell tipe X biasa digunakan untuk proses penurunan tekanan uap.

Nozzle. Titik masuk fluida ke dalam heat exchanger, entah itu sisi shell ataupun sisi tube, dibutuhkan sebuah komponen agar fluida kerja dapat didistribusikan merata di semua titik.

Komponen tersebut adalah nozzle. Nozzle ini berbeda dengan nozzle-nozzle pada umumnya yang digunakan pada mesin turbin gas atau pada berbagai alat ukur. Nozzle pada inlet heat exchanger akan membuat aliran fluida yang masuk menjadi lebih merata, sehingga didapatkan efisiensi perpindahan panas yang tinggi.

Front-End dan Rear-End Head . Bagian ini berfungsi sebagai tempat masuk dan keluar dari fluida sisi pipa tubing. Selain itu bagian ini juga berfungsi untuk menghadapi adanya efek pemuaian. Berbagai tipe front-end dan rear-end head ditunjukkan pada gambar di atas.

Buffle. Ada dua jenis buffle yang ada pada heat exchanger tipe shell & tube, yakni tipe longitudinal dan transversal. Keduanya berfungsi sebagai pengatur arah aliran fluida sisi shell. Beberapa contoh desain buffle ditunjukkan pada gambar di samping.

Tubesheet. Pipa-pipa tubing yang melintang longitudinal membutuhkan penyangga agar posisinya bisa stabil. Jika sebuah heat exchanger menggunakan buffle transversal, maka ia juga berfungsi ganda sebagai penyangga pipa tubing. Namun jika tidak menggunakan buffle, maka diperlukan penyangga khusus.

Divided-flow Heat Exchanger. Pada tipe ini, salah satu fluida masuk ke sisi shell melalui inlet yang terletak pada tengah-tengah heat exchanger. Di dalam sisi shell, fluida ini mengalir ke dua arah dan keluar melalui dua outlet. Fluida yang lain mengalir lurus pada sisi tube. Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada gambar berikut.

(a) Heat Exchanger Tipe Single-pass Divided-Flow(b) Distribusi temperatur pada Divided-Flow Heat Exchanger

Heat Exchanger Tipe MultipassJika pada sebuah desain heat exchanger membutuhkan panjang lintasan fluida yang teramat panjang, kecepatan aliran yang terlalu kecil, ataupun efektifitas perpindahan panas yang rendah, maka dipergunakan heat exchanger tipe multipass atau bisa juga dengan menggunakan beberapa heat exchanger tipe singlepass yang disusun secara seri. Salah satu keuntungan dari tipe multipass adalah dengan meningkatnya nilai efisiensi perpindahan panas lebih dari tipe singlepass, namun memiliki kerugian yakni meningkatnya pressure drop.

Multipass Crossflow Exchanger. Heat exchanger tipe ini menyederhanakan desain seri atau paralel dari beberapa heat exchanger menjadi lebih compact dan tidak memakan banyak ruang. Tersusun atas dua atau lebih fluida kerja yang mengalir dengan arah aliran yang saling tegak lurus. Untuk lebih memahami konsep heat exchanger mari kita perhatikan gambar berikut.

Skema Heat Exchanger Tipe Multipass(a) Multipass dengan susunan seri

(b) Multipass dengan susunan paralel(c) Multipass dengan susunan kombinasi

Multipass Shell & Tube Exchanger. Heat exchanger tipe shell & tube yang memiliki lintasan tube lebih dari satu kali maka ia termasuk ke dalam tipe multipass. Secara umum ada tiga bentuk desain shell & tube heat exchanger yang dikenal, yaitu:

a. Parallel Counter Flow Exchanger. Tipe ini dapat menggunakan dua aliran tube atau bahkan lebih. Desain aliran fluida pada sisi shell berkelak-kelok untuk meningkatkan efisiensi perpidahan panas.

Heat Exchanger Shell & Tube Multipass Beserta Distribusi Perpindahan Panas

b. Parallel Split-Flow Exchanger. Tipe ini memecah aliran fluida yang mengalir pada sisi shell menjadi dua arah yang berbeda namun tetap keluar melalui sisi outlet yang sama.

Shell & Tube Heat Exchanger Parallel Split-Flow

c. Devided Flow Exchanger. Fluida sisi shell pada heat exchanger tipe ini mengalir masuk melalui satu inlet, namun keluar melalui dua sisi outlet yang berbeda.

Shell & Tube Heat Exchanger Devided Flow

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang

dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ).

Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di

luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa

tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan

effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh

dipasang sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan

menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan

memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju

alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

Ada beberapa fitur desain termal yang akan diperhitungkan saat merancang

tabung di shell dan penukar panas tabung. Ini termasuk:

a. Diameter pipa : Menggunakan tabung kecil berdiameter membuat penukar panas

baik ekonomis dan kompak. Namun, lebih mungkin untuk heat exchanger untuk

mengacau-balaukan lebih cepat dan ukuran kecil membuat mekanik membersihkan

fouling yang sulit. Untuk menang atas masalah fouling dan pembersihan, diameter

tabung yang lebih besar dapat digunakan. Jadi untuk menentukan diameter tabung,

ruang yang tersedia, biaya dan sifat fouling dari cairan harus dipertimbangkan.

b. Ketebalan tabung: Ketebalan dinding tabung biasanya ditentukan untuk

memastikan:

• Ada ruang yang cukup untuk korosi

• Itu getaran aliran-diinduksi memiliki ketahanan

• Axial kekuatan

• Kemampuan untuk dengan mudah stok suku cadang biaya

Kadang-kadang ketebalan dinding ditentukan oleh perbedaan tekanan

maksimum di dinding.

c. Panjang tabung : penukar panas biasanya lebih murah ketika mereka memiliki

diameter shell yang lebih kecil dan panjang tabung panjang. Dengan demikian,

biasanya ada tujuan untuk membuat penukar panas selama mungkin. Namun, ada

banyak keterbatasan untuk ini, termasuk ruang yang tersedia di situs mana akan

digunakan dan kebutuhan untuk memastikan bahwa ada tabung tersedia dalam

panjang yang dua kali panjang yang dibutuhkan (sehingga tabung dapat ditarik dan

diganti). Juga, itu harus diingat bahwa tunggal, tabung tipis yang sulit untuk

mengambil dan mengganti.

d. Tabung pitch : ketika mendesain tabung, adalah praktis untuk memastikan bahwa

tabung pitch (yaitu jarak pusat-pusat tabung sebelah) tidak kurang dari 1,25 kali

diameter luar tabung '

Shell and tube penukar panas terdiri dari serangkaian tabung. Satu set dari

tabung berisi cairan yang harus baik dipanaskan atau didinginkan. Cairan kedua

berjalan lebih dari tabung yang sedang dipanaskan atau didinginkan sehingga dapat

menyediakan panas atau menyerap panas yang dibutuhkan. Satu set tabung disebut

berkas tabung dan dapat terdiri dari beberapa jenis tabung: polos, bersirip longitudinal

dll Shell dan penukar panas tabung biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi

(dengan tekanan lebih besar dari 30 bar) dan suhu lebih besar dari 260 ° C. Hal ini

karena shell dan penukar panas tabung yang kuat karena bentuknya.

Pemilihan Material Tabung

Agar dapat memindahkan panas dengan baik, material tabung harus mempunyai

thermal conductivity. Karena panas ditransfer dari suatu sisi yang panas menuju sisi

yang dingin melalui tabung, terdapat perbedaan temperature sepanjang lebar tabung.

Karena ada kecenderungan material tabung untuk mengembang berbeda-beda secara

thermal pada berbagai temperature thermal stresses muncul selama operasi. Hal ini

sesuai terhadap tegangan dari tekanan tinggi dari fluida itu sendiri.

Material tabung juga harus sesuai dengan kedua hal yaitu sisi shell dan sisi tube

yang dialiri untuk periode lama dibawah kondisi-kondisi operasi (temperature, tekanan,

pH, dan lain-lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. Semua yang

dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama atas bahan yang kuat,

thermalconductive, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara

khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu

kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida

yang lewat terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida

dalam shell side dan Tube side untuk shell and Tube exchanger adalah :

a. Kemampuan untuk dibersihkan (Cleanability)

Jika dibandingkan cara membersihkan Tube dan Shell, maka pembersihan sisi

shell jauh lebih sulit. Untuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di sebelah shell

dan fluida yang kotor melalui Tube.

b. Korosi

Masalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari

paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida dialirkan melalui

Tube untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan shell. Jika terjadi

kebocoran pada Tube, heat exchanger masih dapat difungsikan kembali. Hal ini

disebabkan karena Tube mempunyai ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan

kekuatan dari small diameter Tube melebihi shell.

c. Tekanan

Shell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan

dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. Untuk mengatasi hal itu

apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan melalui Tube.

d. Temperatur

Biasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi

pada Tube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan luar Tube

atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida yang mengalir di

shell. Jika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan pada shell side, maka

transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah Tube, tapi ada kemungkinan transfer

panas juga terjadi ke arah luar shell (ke lingkungan).

e. Sediment/ Suspended Solid / Fouling

Fluida yang mengandung sediment/suspended solid atau yang menyebabkan

fouling sebaiknya dialirkan di Tube sehingga Tube-Tube dengan mudah dibersihkan.

Jika fluida yang mengandung sediment dialirkan di shell, maka sediment/fouling tersebut

akan terakumulasi pada stagnant zone di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell

menjadi tidak mungkin dilakukan tanpa mencabutTube bundle. f. Viskositas

Fluida yang viscous atau yang mempunyai low transfer rate dilewatkan

melalui shell karena dapat menggunakan baffle. Koefisien heat transfer yang lebih

tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih viscous pada shell side

sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran crossflow (terutama karena

pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan viskositas > 2 cSt dialirkan di shell side

untuk mengurangi luas permukaan perpindahan panas yang diminta. Koefisien

perpindahan panas yang lebih tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen

akan terjadi melintang melalui sisi luar Tube dan baffle.

Faktor yang mempengaruhi efektivitas alat penukar panas (Heat Exchanger)

terutama Heat exchanger tipe shell & tube:

1. penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini

sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

2. pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu

harga maksimum dan kemudian berkurang.

3. dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang,

jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju

alir massa udara meningkat.

4. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak

maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan

membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

5. Melakukan penelitian penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat

penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

6. Melakukan penelitian pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas

meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang.

7. Menyimpulkannya dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris,

efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas

meningkat, jika laju alir massa udara meningkat.

8. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak

maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan

membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

2.3.2 Jenis Double Pipe (Pipa Ganda)

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis

penukar panas dapat digunakanberlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan

cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruangan nular dan cairan

lainnya dalam pipa.

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang

dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat.

Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam

ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat

digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi.

Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis

selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendiri-

sendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini

dibentuk menjadi U. pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan

memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip. Bentuk siripnya ada yang

memanjang, melingkar dan sebagainya.

Gambar. 2.4 Alat penukar kalor jenis Double Pipa (Ike Yulia, 2011)

Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi,

dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil.

Kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, Fleksibel dalam

berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat

diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan

keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design

mudah dibuat dan akurat Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan

panasnya sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan

kalor kecil (<50 m2), dan biasanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan

dipanaskan atau dikondensasikan.

Prinsip kerja double pipe

Pada alat ini, mekanisme perpindahan kalor terjadi secara tidak langsung (indirect

contact type), karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida sehingga kedua fluida

tidak bercampur. Fluida yang memiliki suhu lebih rendah (fluida pendingin) mengalir

melalui pipa kecil, sedangkan fluida dengan suhu yang lebih tinggi mengalir pada pipa

yang lebih besar (pipa annulus). Penukar kalor demikian mungkin terdiri dari beberapa

lintasan yang disusun dalam susunan vertikal. Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida

adalah proses konveksi, sedang proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir

dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah.

Dalam desain pipa penukar panas ganda, merupakan faktor penting adalah

jenis pola aliran dalam penukar panas. Sebuah penukar panas pipa ganda biasanya

akan baik berlawanan arah / counterflow atau aliran paralel. Crossflow hanya tidak

bekerja untuk penukar panas pipa ganda. Pola yang aliran dan tugas panas yang

dibutuhkan pertukaran memungkinkan perhitungan log mean perbedaan suhu. Yang

bersama-sama dengan perpindahan panas keseluruhan diperkirakan koefisien

memungkinkan perhitungan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan.

Kemudian ukuran pipa, panjang pipa dan jumlah tikungan dapat ditentukan.

Prinsip kerja dari alat ini adalah memindahkan panas dari cairan dengan

temperature yang lebih tinggi ke cairan yang memiliki temperatur lebih rendah.

Dalam percobaan kali ini, aliran panas (steam) dialirkan pada bagian dalam pipa

konsentris sedangkan air dialirkan pada bagian luar dari pipa konsentris ini (bagian

anulus).

Namun, terkadang dalam beberapa alat seperti HE ini, akan ada pengotor

didalam pipa yang membuat proses perpindahan kalor nya menjadi terganggu.

Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga disebabkan

oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis fluida

yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti

akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau memperngaruhi

temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau mempengaruhi koefisien

perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut. Beberapa faktor yang

dipengaruhi akibat pengotoran antara lain : Temperatur fluida, Temperatur dinding

tube dan Kecepatan aliran fluida.

2.3.3 Koil Pipa

Heat Exchanger ini mempunyai pipa berbentuk koil yang dibenamkan

didalam sebuah box berisi air dingin yang mengalir atau yang disemprotkan untuk

mendinginkan fluida panas yang mengalir di dalam pipa. Jenis ini disebut juga

sebagai box cooler jenis ini biasanya digunakan untuk pemindahan kalor yang

relative kecil dan fluida yang didalam shell yang akan diproses lanjut.

Gambar 2.5 Pipa Coil Heat Exchanger (Anonim, 2012)

HE jenis ini disusun dari tabung-tabung (tubes) dengan jumlah besar mengelilingi

tabung inti, dimana setiap HE terdiri dari lapisan-lapisan tabung sepanjang arah aksial

maupun radial. Aliran tekanan tinggi diberikan pada tube diameter kecil, sementara untuk

tekanan rendah dialirkan pada bagian luar tube diameter kecil.

HE jenis ini memiliki keuntungan untuk kondisi suhu rendah antara lain:

1. Perpindahan kalor dapat dilakukan lebih dari dari dua aliran secara simultan.

2. Memiliki jumlah unit Heat transfer yang tinggi

3. Dapat dilakukan pada tekanan tinggi.

Geometri HE Coiled Tube sangat bervariasi, tergantung pada kondisi aliran

dan drop pressure yang dibutuhkan. Parameter yang berpengaruh antara lain:

kecepatan aliran pada shell dan tube, diameter tube, jarak antar tube (tube pitch),

layer spacer diameter. Faktor lain yang juga harus diperhitungkan yaitu jumlah fasa

aliran, terjadinya kondensasi dan evaporasi pada shell atau tube.

Aplikasi HE Coiled Tube untuk skala besar telah banyak diterapkan pada

LNG Plant, dimana alat HE ini memiliki kapasitas 100,000 m3/h pada 289 K dan

0.101 Mpa. Luas permukaan heat transfer 25,000 m2 dan panjang keseluruhan 61 m,

diameter 4.5 m dan berat 180 ton. Gambar Skematik alat tersebut dapat dilihat pada

Gambar 2.15.

Gb. 2.6 Skema HE Coiled Tube yang Digunakan Pada LNG Plant (Anonim, 2012)

2.3.4 Jenis Pipa Terbuka (Open Tube Section)

Pada heat exchanger ini pipa-pipa tidak ditempatkan lagi didalam shell,

tetapi dibiarkan di udara. Prndinginan dilakukan dengan mengalirkan air atau

udara pada bagian pipa. Berkas pipa itu biasanya cukup panjang. Untuk

pendinginan dengan udara biasanya bagian luar pipa diberi sirip-sirip untuk

memperluas permukaan perpindahan panas. Seperti halnya jenis coil pipa,

perpindahan panas yang terjadi cukup lamban dengan kapasitas yang lebih kecil

dari jenis shell and tube.

Gbr. 2.7. Alat penukar kalor jenis open tube section (Anonim, 2010)

2.3.5 Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri

atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang

dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Pelat-pelat ini

dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-pelat ditentukan

oleh sekat-sekat tersebut. Pada setiap sudut dari pelat yang berbentuk empat persegi

panjang terdapat lubang. Melalui dua di antara lubang-lubang ini media yang satu

disalurkan masuk dan keluar pada satu sisi, sedangkan media yang lain karena

adanya sekat mengalir melalui ruang antara disebelahnya. Dalam hal itu hubungan

ruang yang satu dan yang lainnya dimungkinkan. pelat-pelat yang dibentuk sesuai

kebutuhan dan umumnya terbuat dari baja (stainless steel type 304, 316, 317) atau

logam lainnya.

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus,

bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak

( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat

penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang

pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi

yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi

sebelahnya karena ada sekat.

Sistem Kerja dari Plate Heat Exchanger

Produk akan dipanaskan dan masuk kedalam suatu larutan yang kemudian akan

mengalir pada sebuah pelat. Proses pemanasan ini terjadi dengan adanya medium

pemanas yang mengalir pada saluran dan pelat yang lainnya. Dimana pelat yang telah

tersusun ini akan secara bergantian mengalirkan produk dan medium pemanas. Pelat yang

dialiri produk tidak akan dialiri oleh komponen lain.

Cairan panas yang melintasi bagian bawah head dialirkan ke atas melintas diantara

setiap plae genap sementara cairan dingin pada bagian puncak head dialirkan turun

diantara plat-plat ganjil. Arah aliran produk dan medium pemanas di dalam pelat biasanya

berbeda atau boleh dikatakan mengalir secara berlawanan. Pada umumnya produk akan

masuk melalui saluran atas dan mengalir kebawah melewati pelat, sehingga aliran

keluaran produk akan berada dibawah, sedangkan medium pemanas akan masuk melalui

saluran yang berkebalikan dari produk, yaitu masuk melalui saluran bawah dan mengalir

ke atas melewati pelat, sehingga aliran pengeluaran medium pemanas akan berada diatas.

Arah aliran yang berlawanan ini dimaksudkan agar proses pemanasan dapat lebih cepat

berlangsung.

Produk yang mengalir pada suatu pelat akan terhimpit oleh medium pemanas

dengan arah aliran yang berbeda, sehingga produk akan cepat memanas karena tertekan

oleh pelat yang mengalirkan medium pemanas. Produk yang telah menjadi panas dan

medium yang telah mengalir pada suatu pelat akan mengalir keluar.

Saluran pengeluaran medium pemanas dan produk ada dua macam tergantung dari

rangkaian pelat yang digunakan, baik itu seri maupun paralel. Pada rangkaian seri produk

yang masuk dan keluar akan melewati ports pada bagian front head yang sama. Sedangkan

pada rangkaian paralel produk dan medium pemanas akan masuk dan keluar melewati

bagian yang berbeda, yaitu masuk melewati ports pada bagian front head dan keluar

melalui ports pada bagian belakangnya.

Prinsip Alat Ukur PHE

1. Alat ukur laju alir

2. Alat ukur tekanan

3. Alat ukur suhu

Kelebihan PHE

1. Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang

kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien.

2. Mudah dirawat dan dibersihkan

3. Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan

4. Waktu tinggal media sangat pendek

5. Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos)

6. Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah

7. Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless

Steel,Titanium, dan logam lainnya)

8. Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi

Kekurangan PHE

1. Pelat merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and Frame

Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30 bar.

2. Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting

3. Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 oC dikarenakan performa dari

material gasket yang sesuai.

Gambar 2.8 Penukar panas jenis pelat and Frame (Stevano Viktor, 2011)

PHE yang banyak dijumpai di industri adalah type: a. Glue type

Tipe glue ini memerlukan lem untuk memasang gasket pada plat PHE. Lem yang

digunakan hendaknya ialah lem yang mempunyai ketahanan terhadap panas yang baik.

Gambar 2.9 Glue type (Stevano Viktor, 2011)

b. Clip type

Luar gasket tipe ini terdapat clip-clip, sehingga dalam pemasangannya cukup

menancapkan clip-clip tersebut ke lubang yang terdapat pada plat. Pemasangan

gasket tipe ini lebih mudah dan ringkas jika dibandingkan dengan tipe glue.

Gambar 2.10 Clip type (Stevano Viktor, 2011) Klasifikasi

alat penukar panas :

a. Berdasarkan kontak antara bahan atau fluida

• Pertukaran panas langsung

Bahan yang dipanaskan atau yang didinginkan dikontakan langsung dengan

media pemanas atau pendingin.

• Pertukaran Panas tidak langsung

Memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari satu cairan fluida ke fluida

lain melalui dinding pemisah.

b. Berdasarkan arah aliran

• Penukar panas satu lintas (single-pass)

• Penukar panas aliran searah (parallel-flow)

• Penukar panas berlawanan arah (Counter-flow)

• Penukar panas aliran lintang (Cross-flow)

Bagian-Bagian dari Plate Heat Exchanger

Gambar. 2.11 Plate Heat Exchanger (Stevano Viktor, 2011)

1. Gasket terbuat dari karet (non logam) atau bahan yang biasa digunakan adalah nitrile

dan ethylene propylene rubber (EPR/EPDM)

a. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur rendah

b. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur tinggi

c. EPR/ EPDM : -800F – 3000 F sangat tahan terhadap air yang sangat panas dan

uap serta memiliki ketahanan yang baik untuk kompresi atau volume yang

besar.

Fungsi gasket ini adalah sebagai perekat alat atau pengatur aliran fluida,

sehingga antara fluida yang satu dengan fluida yang lain tidak mengalami kontak

secara langsung yang menyebabkan kebocoran.

2. Pelat penekan (Compression Plate) terbuat dari logam yang berfungsi sebagai

penekan pelat agar pada saat operasi alat berjalan tidak ada rongga didalam aliran

fluida agar tidak terjadi kebocoran.

3. Pelat (plates), umumnya berukuran 0,4 - 0,6 mm terbuat dari stainless steel atau

titanium dan terdapat pada berbagai macam susunan yang berombak-ombak, berfungsi

sebagai tempat mengatur fluida serta tempat terjadinya pertukaran panas antara fluida

panas dengan fluida dingin. Fluida pada pelat ini mengalir secara turbulen, hal ini

dikarenakan bentuk dari pelat tersebut yang bergerigi sehingga pertukaran panas dapat

berlangsung secara cepat. Makin banyak pelat tekanan makin besar.

Gambar 2.12 Tipe pelat (Stevano Viktor, 2011)

Tipe Pelat

• Vertical, termasuk salah satu pola pelat yang sering digunakan karena mempunyai

banyak pembatas untuk mengalir, sehingga menyebabkan banyak gerakan putaran

(turbulen), perpindahan panas dengan kecepatan tinggi, dan menurunkan tekanan.

• Horizontal, juga merupakan pola yang sering digunakan. Mempunyai pembatas,

gerak putaran (turbulen), dan penurunan tekanan yang lebih sedikit dibandingkan

pola vertical

• Combination, penggunaan pola pelat ini biasanya ditujukan untuk hasil pemanasan

dan penurunan tekanan yang lebih optimal.

4. Pelat penyangga tetap (fixed frame), terbuat dari logam dan berfungsi menjaga pelat

agar tetap stabil

Gambar 2.13 Pelat penyangga tetap (fixed frame) (Stevano Viktor, 2011)

5. Alat penekan (Compression Bolt), berupa baut pelat baja yang digunakan untuk

menekan pelat dan frame

Gambar 2.14 Compression Bolt (Anonim, 2010)

6. Guide Bars, berupa batang yang terbuat dari carbon steel atau stainless steel yang

mendukung dan menjaga agar pelat berjajar secara rapi.

Gambar 2.15 Guide Bars (Anonim, 2010)

7. Front and Rear Heads . (Bagian depan dan kepala bagian belakang), merupakan

bagian yang dilapisi oleh frame carbon steel yang melekat pada kumpulan pelat yang

ditekan.

2.3.6 Adiabatic wheel heat exchanger

Jenis keenam penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko

yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar

panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar

dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas

cairan.

2.3.7 Pillow plate heat exchanger

Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk

susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel.

Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh

permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar

tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke

permukaan selembar tebal dari logam.

Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin

garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang

cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan

ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang

karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam.

Gambar 2.16 Pillow plate heat exchanger (Anoni, 2012)

2.3.8 Dynamic scraped surface heat exchanger

Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat

exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan

tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi.

Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan,

sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang

berkelanjutan selama proses tersebut.

Gambar 2.17 Dynamic scraped surface heat exchanger (Anonim, 2010)

2.3.9 Phase-change heat exchanger

Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar

panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih)

atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke

cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan

umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas.

Distilasi set-up biasanya menggunakan kondensor untuk

mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga

listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar

panas untuk mendidihkan air menjadi uap.

Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang

sering disebut boiler atau generator uap.Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir

yang disebut reaktor air bertekanan, penukar panas khusus besar yang melewati

panas dari sistem (pabrik reaktor) primer ke sistem (pabrik uap) sekunder, uap

memproduksi dari air dalam proses, disebut generator uap.Semua pembangkit

listrik berbahan bakar fosil dan nuklir menggunakan uap yang digerakkan turbin

memiliki kondensor permukaan untuk mengubah uap gas buang dari turbin ke

kondensat (air) untuk digunakan kembali.

Untuk menghemat energi dan kapasitas pendinginan dalam kimia dan

tanaman lainnya, penukar panas regeneratif dapat digunakan untuk mentransfer

panas dari satu aliran yang perlu didinginkan ke aliran yang perlu dipanaskan,

seperti pendingin distilat dan pakan reboiler pra-pemanasan.

Gambar 2.18 Phase-change heat exchanger (Zuhrina, 2006)

Faktor yang mempengaruhi efektivitas alat penukar panas (Heat Exchanger) terutama Heat

exchanger tipe shell & tube:

1. penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan

dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

2. pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga

maksimum dan kemudian berkurang.

3. dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika

kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir

massa udara meningkat.

4. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak

maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan

membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

5. Melakukan penelitian penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar

panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas.

6. Melakukan penelitian pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas

meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang.

7. Menyimpulkannya dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris,

efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas

meningkat, jika laju alir massa udara meningkat.

8. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak

maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan

membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang.

Analisa kinerja HE :

1. Koefisien overall perpindahan panas (U)

Menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida

dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses

konduksi dan konveksi.

2. Fouling factor (Rd)

Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di permukaan Heat Exchanger yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan heat transfer. Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses biologi. Angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa fluida yang mengalir di dalam HE• Penyebab terjadinya fouling :

a. Adanya pengotor berat yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi atau

coke keras.

b. Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi

kerak keras.

• Akibat fouling :

a. mengakibatkan kenaikan tahanan heat transfer, sehingga meningkatkan biaya,

baik investasi, operasi maupun perawatan.

b. ukuran Heat Exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat,

waktu shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat.

• Variabel operasi yang berpengaruh terhadap fouling :

a. Kecepatan Linier Fluida (Velocity)

Semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan

terjadinya fouling. Sebagai batasan dalam rancangan dapat digunakan nilai-

nilai berikut:

1). Kecepatan fluida proses di dalam tube adalah 3 – 6 ft/s

2). Kecepatan fluida pendingin di dalam tube adalah 5 – 8 ft/s

3). Kecepatan fluida tube maksimum untuk menghambat terjadinya fouling

adalah 10 – 15 ft/s

4). Kecepatan fluida shell adalah 1 – 3 ft/s.

• Temperature Permukaan dan Temperature Fluida

Kecepatan terbentuknya fouling akan meningkat dengan meningkatnya

temperatur.

3. Pressure drop

Untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat memepertahankan tekanan yang

dimilikinya selama fluida mengalir.

Disebabkan oleh 2 hal :

• Friksi aliran dengan dinding

• Pembelokan aliran

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan

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).

Jenis-jenis penukar panas antara lain :

a. Double Pipe Heat Exchanger

b. Plate and Frame Heat Exchanger

c. Shell anf Tube Heat Exchanger

d. Adiabatic wheel Heat Exchanger

e. Pillow plate Heat Exchanger

f. Dynamic scraped surface Heat Exchanger

g. Phase-change Heat Exchanger

Dari jenis-jenis Heat Exchanger diatas, komponen-komponen peralatan tergantung dari

jenisnya. Setiap komponen memiliki peranan masing-masing yang semuanya saling

bergantungan yang apabila salah satu tidak berfungsi maka akan mengganggu kinerja dari

peralatan tersebut.

Perawatan Heat Exchanger dilakukna dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja sadi

peralatan serta untuk menjaga dan merawat agar peralatan dapat bertahan lebih lama dalam

penggunaannya. Peralatan yang dilakukan diantaranya dengan melakukan pemeriksaan

secara rutin/ berkala maupun dalam jangka panjang. Pemeriksaan rutin dilakukan setiap

hari, seminggu sekali, sebulan sekali dan setiap 6 bulan sekali. Pemeriksaan jangka

panjang dilakukan setiap 1 tahun sekali maupun diatas 1 tahun. Sebelum dilakukan

perawatan, biasanya peralatan dilakukan analisa terlebih dahulu untuk mengetahui

bagianbagian mana saja yang mengalami kerusakan maupun yang membutuhkan

perbaikan. Analisa yang sering dilakukan adalah analisa perpindahan panas keseluruhan,

factor fouling dan penurunan tekanan pada Heat Exchanger.

Tipe pembersihan Heat Exchanger yang sering dilakukan adalah : a.

Chemical / Physical Cleaning

b. Mechanical Cleaning

- Drilling atau Turbining

- Hydrojeting

c. Gabungan dari keduanya

DAFTAR PUSTAKA

Amalia, Ilma. (2011). “PENUKAR PANAS ( HEAT EXCHANGER)” (online). Tersedia

di : http://id.scribd.com/doc/46808854/Tugas - Shell - and - Tube - Ex - Changer - 2 .

(Diunduh tanggal 8 Desember 2012)

Anonim. (2012). “Alat Heat Exchanger” (online). Tersedia di : http://beckfk.blogspot.

com/ 2012/05/alat-heat-exchanger.html. (Diunduh tanggal 25 Oktober 2012)

Anonim. (2010). “Heat Exchanger’’ (online). Tersedia di : http://www.alaquainc.com/

Heat_Exchangers.aspx . (Diunduh tanggal 25 Oktober 2012)

Anonim. (2010). “Pembagian Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk Konstruksinya”

(online). Tersedia di : http://java - borneo.blogspot.com/2011/05/pembagian -

heat exchanger - berdasarkan.html . (Diunduh tanggal 5 November 2012)

Anonim. (2012). “Pengertian Heat Exchanger” (online). Tersedia di : http://www.scribd.

com/doc/94966592/Pengertian-Heat-Exchanger. (Diunduh tanggal 7 Desember

2012)

Anonim. (2012). “Jenis-Jenis Alat Penukar Panas dan Tipe aliran HE (Heat Exchanger)”

(online). Tersedia di : http://pelatihanguru.net/category/alat - penukar - kalor .

(Diunduh tanggal 8 Desember 2012)

Djunaidi. (2009). “Pemeliharaan Tube-Side Penukar Kalor Rsg-Gas Jangka Pendek Dan

Jangka Panjang”. Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN. Kawasan Puspitek Serpong

Tangerang : Banten

Eka, dkk. (2011). “Laporan Praktikum Heat Exchanger” (online). Ekstensi Teknik Kimia

Universitas Indonesia: Depok. Tersedia di : http://www.scribd.com/doc/72839539/

Laporan - HE - Eka - Gefin - Krisna - Laili - Final . (Diunduh Tanggal 7 Desember 2012)

Firiana, Mira. (2011). “Heat exchanger” (online). Tersedia di : http://id.scribd.com/ doc/52312812/BAB - II . (Diunduh tanggal 8 Desember 2012)