TINJAUAN PUSTAKA3.1 Perpindahan PanasPanas adalah salah satu
bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat
lain. Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya
energi dari suatu sistem ke sistem lain akibat adanya perbedaan
temperatur.Syarat terjadinya pertukaran panas adalah terdapat dua
aliran dengan suhu yang berbeda. Satu aliran sebagai penyuplai
panas, sedang lainnya sebagai penerima panas. Media penyuplai panas
akan kehilangan panasnya dan menjadi lebih dingin. Sedangkan media
penerima panas akan mendapat tambahan panas disertai kenaikan
suhu.Di bidang industri, media perpindahan panas antar kedua aliran
fluida umumnya berupa tube atau pipa. Penyuplai panas yang
digunakan dapat berupa fluida proses itu sendiri atau media khusus
penyuplai panas seperti steam dan media dari hasil pembakaran (Fuel
Burning). Sedangkan penerima panas dapat berupa fluida proses yang
harus dipanaskan ataupun menggunakan media pendingin khusus seperti
air pendingin (Cooling Water) dan udara dari fan (Cooling
Air).Panas menurut perubahan fasenya dibedakan menjadi 2 (dua)
jenis, yaitu: Panas Sensible, jumlah energi panas yang berpindah
tiap satuan massa yang menyebabkan perubahan suhu tanpa disertai
perubahan fase. Panas laten, jumlah energi panas yang berpindah
mengakibatkan suatu zat untuk berubah fase (wujud).
Gambar 3.1: Grafik perubahan suhu dan fase dari pemanasan
air.
Gambar 3.2: Grafik perubahan suhu dan fase dari pendinginan
air.Mekanisme perpindahan panas pada umumnya dibedakan dalam 3
(tiga) cara, yaitu:3.1.1 KonduksiPerpindahan panas secara konduksi
adalah perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling
berdekatan dikarenakan adanya kontak antar molekul tersebut. Proses
ini tanpa diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara
fisis. Perpindahan panas secara Konduksi terjadi pada media
padatan.Besarnya panas yang dipindahkan dalam peristiwa konduksi
dipengaruhi oleh luas dan ketebalan serta konstanta daya hantar
panas media yang digunakan. Daya hantar panas suatu media disebut
Thermal Conductivity. Material yang mempunyai daya hantar listrik
yang baik seperi metal disebut konduktor. Sedangkan material yang
daya hantarnya lemah atau bahkan menghambat penghantaran panas
disebut sebagai isolator.
Gambar 3.3: Perpindahan panas Konduksi3.1.2 KonveksiPerpindahan
panas secara konveksi adalah perpindahan panas akibat adanya
pergerakan relatif fluida terhadap permukaan solid secara fisis.
Fluida tersebut berperan seperti kendaraan dalam transpor
energi.Besarnya panas yang dipindahkan dalam peristiwa konveksi
tergantung pada luas area media perpindahan panas dan faktor
koefisien hambatan perpindahan panas (berbanding terbalik dengan
koefisien film).
Gambar 3.4: Perpindahan panas Konveksi3.1.3 RadiasiPerpindahan
panas secara radiasi adalah proses perpindahan panas di mana panas
yang mengalir dari benda yang temperaturnya tinggi ke benda yang
temperaturnya lebih rendah tanpa melalui medium penghantar
(gelombang elektromagnetik). Bentuk perpindahan panas jenis ini
sangat tergantung pada daya serap (absortivity), daya pancar
(emisivity) energi dari media penerima panas, luas permukaan, serta
suhu absolut kedua objek. Contoh perpindahan panas secara radiasi
adalah perpindahan panas dari bola lampu atau sinar matahari.
Gambar 3.5: Perpindahan panas Radiasi3.2 Perpindahan Panas di
Peralatan Crude Distillation Unit (CDU)Crude Distillation Unit
adalah unit utama yang mengolah crude oil. Untuk mengolah crude dan
produk-produknya dibutuhkan peralatan yang di dalamnya terjadi
proses perpindahan panas. Peralatan tersebut antara lain:3.2.1
FurnaceFurnace atau disebut juga Fired Heater adalah peralatan
distilasi crude yang berfungsi untuk memanaskan crude oil hingga
mencapai titik didihnya sebelum masuk kolom fraksinasi, sehingga
terjadi pemisahan antar fraksi. Crude oil yang mengalir di dalam
tube-tube furnace akan dipanaskan dengan direct fire.Proses
perpindahan panas yang terjadi di furnace adalah konduksi, konveksi
dan radiasi. Perpindahan panas konduksi di dalam furnace terjadi
pada tube-tubenya, panas mengalir dari tube bagian luar menuju tube
bagian dalam untuk memanaskan crude. Konveksi terjadi ketika udara
panas hasil pembakaran naik sehingga memanaskan tube di bagian atas
furnace (convection section). Sedangkan proses radiasi terjadi di
bagian bawah furnace dekat burner (radiation section).
Gambar 3.6: Bagian-bagian Furnace3.2.2 Heat ExchangerHeat
Exchanger adalah peralatan CDU yang berfungsi untuk memindahkan
panas antara crude dengan produk ataupun aliran fluida lain. Proses
perpindahan yang terjadi yaitu secara konduksi dan konveksi.
Konduksi terjadi dari bagian luar menuju bagian dalam tube,
sedangkan konveksi terjadi dari fluida yang mengalir terhadap
tube.3.2.3 KondensorKondensor adalah peralatan CDU yang berfungsi
untuk mencairkan produk kolom fraksinasi berupa uap sehingga
terjadi perubahan panas Sensible dan Laten. Proses perpindahan
panas yang terjadi sama dengan Heat Exchanger yaitu konduksi dan
radiasi. Konduksi terjadi dari bagian luar menuju bagian dalam
tube, sedangkan konveksi terjadi dari fluida uap menuju tube dan
fluida pendingin.3.2.4 ReboilerReboiler adalah peralatan CDU yang
berfungsi untuk menguapkan kembali produk bawah kolom fraksinasi
berupa residu. Tidak semua CDU memiliki reboiler karena disesuaikan
dengan kebutuhan.Proses perpindahan panas yang terjadi sebagaimana
pada Heat Exchanger dan Kondensor, yaitu konduksi dan konveksi.
Konduksi terjadi dari bagian luar tube menuju bagian dalam tube,
sedangkan konveksi terjadi dari fluida panas terhadap tube dan
fluida residu di dalamnya.
Gambar 3.7: Peralatan CDU sederhana.3.3 Heat ExchangerHeat
Exchanger atau alat penukar panas adalah peralatan yang dapat
memindahkan panas dari suatu sistem ke sistem yang lain dengan
adanya beda temperatur. Prinsip perpindahan panas pada dasarnya
adalah mengalirnya energi panas dari fluida yang bersuhu tinggi ke
fluida yang bersuhu lebih rendah, sehingga fluida panas menurun
suhunya dan fluida yang lebih dingin suhunya akan naik. Karena
panas yang dipertukarkan terjadi dalam sebuah sistem maka panas
yang hilang dari suatu benda akan sama dengan panas yang diterima
benda lain. Heat exchanger dapat diklasifikasikan berdasarkan
bentuk fisik alat, bentuk baffle, fungsi, susunan tube, aliran
fluida dan cara perpindahan panasnya. Klasifikasi HE berdasarkan
bentuk fisik: Double Pipe Heat Exchanger Shell And Tube Heat
Exchenger Fin Fan (Air Fin Exchanger) Kettle Type Reboiler Box
Klasifikasi HE berdasarkan fungsinya: Condensor Reboiler Chiller
Heater Cooler Klasifikasi HE berdasarkan aliran: Counter Flow/
berlawanan arah Co Current Flow/ searah Cross Flow/ bersilangan(a)
(b)
(c)
Gambar 3.8: Counter Flow (a), Co Flow (b) dan Cross Flow (c)
Klasifikasi HE berdasarkan susunan tube: Triangular Pitch In Line
Triangular Pitch In Line Square Pitch Diamond Square Pitch(a) (b)
(c) (d)
Gambar 3.9: Triangular Pitch (a), In line Triangular Pitch (b),
In Line Square Pitch (c), Diamond Square Pitch (d). Klasifikasi HE
berdasarkan metode perpindahan panas: Direct Contact
ExchangerAliran fluida panas dan dingin dicampurkan secara langsung
sehingga terjadi perpindahan panas, RegenerativePerpindahan panas
terjadi dalam beberapa tahap, terutama dari fluida panas ke media
penyimpan, kemudian dari media penyimpan ke fluida pendingin,
RecuperativeFluida panas dan dingin mengalir secara bersamaan pada
channel yang berbeda, dipisahkan oleh dinding, sehingga perpindahan
panas terjadi secara konveksi melalui dinding tersebut.
3.4 KondensorKondensor adalah jenis Heat Exchanger yang
berfungsi untuk mengkondensasikan fluida berfase uap atau campuran
uap menjadi fase liquid dengan media pendingin. Pengertian proses
kondensasi sendiri merupakan proses dimana sebuah uap berubah fase
menjadi fase liquid atau cairan. Proses kondensasi terjadi ketika
panas pada fluida uap yang akan diembunkan berpindah dengan bantuan
media pendingin.Kondensor secara garis besar dapat diklasifikasikan
dalam 2 (dua) jenis tipe, antara lain: Indirect Contact Condenser,
yaitu kondensor yang antara media pendingin (coolant) dengan
kondensate stream dipisahkan oleh lapisan padatan, biasanya dengan
menggunakan dinding tube. Direct Contact Condenser, yaitu kondensor
yang antara media pendingin (coolant) dengan kondensate bertemu
secara langsung dalam satu pipa.Direct contact condenser dapat
terdiri dari uap yang ditiupkan ke dalam cairan, cairan yang
disemprotkan ke dalam uap, ataupun sebuah packed-column yang fase
liquid di dalamnya mengalir turun sebagai film pada material
packing sementara uap panas mengalir dari bawah ke atas kolom
sebagaimana pada kolom distilasi. Sedangkan Indirect Contact
Condenser yang antar alirannya dipisahkan oleh dinding tube dapat
dibagi menjadi 3 (tiga) jenis: Air Cooled, Shell-and-tube, dan
Plate kondensor.Pada Air Cooled Kondensor, proses kondensasi
terjadi di dalam tube-tube dengan udara sebagai media pendingin.
Biasanya tube tersebut dilengkapi dengan lilitan Fin (sirip) untuk
memperluas area yang didinginkan sekaligus mengimbangi
heat-transfer coefficient dari udara. Pada Shell and Tube
kondensor, proses kondensasi terjadi di dalam dan di luar
tube.Plate kondensor adalah jenis kondensor yang memanfaatkan plate
logam (piringan) yang memisahkan dua aliran fluida yang berputar
dengan beda temperatur sebagai permukaan untuk melakukan transfer
panas. Pada dasarnya, Plate Kondensor merupakan jenis kondensor
yang tersusun atas piringan-piringan logam yang dirangkai secara
bergelombang dengan sekat-sekat sebagai jalan bagi dua fluida untuk
melakukan transfer panas sehingga fluida yang berupa uap akan
terkondensasi. (a) (b)
(c)
Gambar 3.10: (a) Shell and Tube Kondensor, (b) Plate Kondensor,
(c) Air Cooled Kondensor.