Heat Exchanger Klp 2 Real

HEAT EXCHANGER

I. TUJUAN

Untuk dapat memahami prinsip kerja alat penukar panas pipa

ganda (double pipe HE).

Untuk mengetahui karakteristik alat pengukur panas dengan

menghitung :

o LMTD pada aliran berlawanan arah.

o Koefisien perpindahan panas keseluruhan

o Tahanan keseluruhan terhadap aliran dalam pipa

II. PERINCIAN KERJA

Pengkalibrasian laju alir

Penentuan suhu fluida panas (input dan output) dan penentuan

suhu fluida dingin (input dan output)

III. ALAT DAN BAHAN

A. Alat yang digunakan

Alat penukar panas (double pipe HE)

Thermo bath (sumber fluida panas)

Gelas ukur 500 ml

Stop watch

Jerigen penampung air dingin

Data HE, panjang total= 1,5 ;pipa besar= 1” dan pipa kecil= ½”

B. Bahan yang digunakan

Air

IV. DASAR TEORI

a. Pengertian Heat Exchanger

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

digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa

perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai

pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang

dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin

(cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar

perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien.

Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida

terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur

langsung (direct contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam

industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri

gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana

dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin

memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

 Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas

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

1. Counter current flow (aliran berlawanan arah)

2. Paralel flow/co current flow (aliran searah)

3. Cross flow (aliran silang)

4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan)

Jenis-jenis penukar panas

Jenis-jenis penukar panas antara lain :

1. Double Pipe Heat Exchanger

2. Plate and Frame Heat Exchanger

3. Shell and Tube Heat Exchanger

4. Adiabatic wheel heat exchanger

5. Pillow plate heat exchanger

6. Dynamic scraped surface heat exchanger

7. Phase – change heat exchanger

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.

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 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger

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.

- Secara kontak langsung

Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dinginmelalui

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.

- Secara kontak tak langsung

Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui

dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

EFEK PANAS

Panas adalah satu bentuk energi yang ditransfer karena adanya gaya

dorong perbedaan suhu. Peristiwa transfer panas banyak dijumpai dalam

industri kimia karena itu perlu dilakukan perhitungan jumlah panas yang

diperlukan atau yang timbul pada suatu proses.

Dilihat dari proses yang terjadi ada beberapa jenis transfer panas, yang

dapat digolongkan dalam dua golingan besar yaitu :

a. Transfer panas yang menyertai perubahan fisika.

b. Transfer panas yang menyertai perubahan kimia.

Yang termasuk dalam golongan pertama (transfer panas yang menyertai

perubahan fisika) :

a.       Panas sensible.

b.      Panas laten

c.       Panas pelarutan (tidak dibahas dalam bab ini)

Sedang yang termasuk dalam golongan kedua yaitu transfer panas yang

menyertai perubahan kimia adalah panas reaksi.

-  Panas Sensibel

Panas sensibel adalah transfer panas pada system yang mengakibatkan

perubahan suhu, tanpa disertai :

o Terjadinya perubahan fase

o Reaksi kimia

o Perubahan komposisi

- Panas laten zat murni

Bila zat murni mengalami perubahan fase pada tekanan tetap misalnya

dari padat ke cair atau cair ke uap maka tidak terjadi perubahan

suhu.Perubahan enthalpy karena perubahan fase yang terjadi pada suhu dan

tekanan tetap terkenal dengan mana Panas laten.

- Panas Reaksi Standar

         Reaksi kimia selalu di ikuti dengan transfer panas atau perubahan

suhu dan kadang-kadang keduanya terjadi.Hal ini di sebabkan karena

adanya perbedaan struktur molekul antara reaktan dan produk menyebabkan

berubahnya enegi system (reaksi).

- Panas pembakaran standard

Pada kenyataan hanya sedikit reaksi pembentukan yang bisa di lalukan

karena itu data untuk reaksi bentukan ini biasanya di tentukan secara tidak

langsung salah satu cara adalah melalui percobaan mengenai reaksi

pembakaran yang pengukuran menggunakan calorimeter.

b. Jenis – jenis Heat Exchanger

1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger )

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam

jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah

aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung

dalam ruang annular 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 ).

Gambar 2 .

Penukar panas jenis

pipa rangkap

(double pipe heat

exchanger )

2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger )

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.

Gambar 3.Penukar panas jenis cangkang dan buluh

( shell and tube heat exchanger )

3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

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.

Gambar 4. Penukar panas jenis pelat and Frame

Gambar 5. Penukar panas jenis pelat and Frame

4. Adiabatic wheel heat exchanger

Jenis keempat 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.

5.  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.

6. 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.

7. 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.

 Istilah ini juga dapat merujuk kepada penukar panas yang

mengandung bahan dalam struktur mereka yang memiliki perubahan

fasa. Hal ini biasanya padat ke fase cair karena perbedaan volume kecil

antara negara-negara ini. Perubahan fase efektif bertindak sebagai buffer

karena terjadi pada suhu konstan tetapi masih memungkinkan untuk

penukar panas untuk menerima panas tambahan. Salah satu contoh di

mana ini telah diteliti untuk digunakan dalam elektronik pesawat daya

tinggi.

Pengaturan Arus

Berlawanan (A) dan paralel (B) arus

Gambar. 1: Shell dan penukar panas tabung , lulus tunggal (aliran

paralel 1-1)

Gambar. 2: Shell dan penukar panas tabung, 2-pass sisi tube (1-2

crossflow)

Gambar. 3: Shell dan penukar panas tabung, sisi shell 2-pass, sisi

tabung 2-pass (2-2 lawan)

Ada tiga klasifikasi utama penukar panas menurut

pengaturan aliran mereka. Dalam exchanger paralel aliran panas, kedua

cairan memasuki exchanger pada akhir yang sama, dan perjalanan secara

paralel satu sama lain ke sisi lain. Dalam exchanger counter-flow panas

cairan memasuki penukar dari ujung berlawanan. Desain saat ini counter

adalah yang paling efisien, karena dapat mentransfer panas yang paling

dari panas (transfer) menengah karena fakta bahwa perbedaan suhu rata-

rata sepanjang setiap satuan panjang yang lebih besar. Lihat pertukaran

lawan arus . Dalam penukar lintas-aliran panas, cairan perjalanan sekitar

tegak lurus satu sama lain melalui exchanger.

Untuk efisiensi, penukar panas yang dirancang untuk

memaksimalkan luas permukaan dinding antara dua cairan, dan

meminimalkan resistensi terhadap aliran fluida melalui exchanger. Kinerja

penukar juga dapat dipengaruhi oleh penambahan sirip atau lipatan pada

satu atau kedua arah, yang meningkatkan luas permukaan dan dapat

menyalurkan aliran fluida atau menyebabkan turbulensi.

Suhu mengemudi di permukaan perpindahan panas bervariasi

dengan posisi, tapi suhu rata-rata yang tepat dapat didefinisikan. Dalam

sistem yang paling sederhana ini adalah " log berarti perbedaan suhu

"(LMTD). Kadang-kadang pengetahuan langsung dari LMTD tidak

tersedia dan metode NTU digunakan.

Komponen-komponen Heat Exchanger.

Shell

Kontruksi shell sangat ditentukan oleh keadaan tubes yang akan

ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang berukuran

besar atau pelat logam yang dirol. Shell merupakan badan dari heat

exchanger, dimana didapat tube bundle. Untuk temperatur yang sangart

tinggi kadang-kadang shell dibagi dua disambungkan dengan sambungan

ekspansi.

Tube (pipa)

Tube atau pipa merupakan bidang pemisah antara kedua jenis

fluida yang mengalir didalamnya dan sekaligus sebagai bidang

perpindahan panas. Ketebalan dan bahan pipa harus dipilih pada tekanan

operasi fluida kerjanya. Selain itu bahan pipa tidak mudah terkorosi oleh

fluida kerja.

Tube Sheet

Tempat untuk merangkai ujung-ujung tube sehingga menjadi satu

yang disebut tube bundle. HE dengan tube lurus pada umumnya

menggunakan 2 buah tube sheet. Sedangkan pada tube tipe U

menggunakan satu buah tube sheet yang berfungsi untuk menyatukan

tube-tube menjadi tube bundle dan sebagai pemisah antara tube side

dengan shell side.

Sekat (Baffle)

Adapun fungsi dari pemasangan sekat (baffle) pada heat exchanger ini

antara lain adalah untuk :

1. Sebagai penahan dari tube bundle

2. Untuk mengurangi atau menambah terjadinya getaran.

3. Sebagai alat untuk mengarahkan aliran fluida yang berada di dalam

tubes.

Ditinjau dari segi konstruksinya baffle dapat diklasifikasikan dalam

empat kelompok, yaitu :

1. sekat plat bentuk segmen.

2. Sekat bintang (rod baffle)

3. Sekat mendatar.

4. Sekat impingement.

Tie Rods

Batangan besi yang dipasang sejajar dengan tube dan ditempatkan

di bagian paling luar dari baffle yang berfungsi sebagai penyangga agar

jarak antara baffle yang satu dengan lainnya tetap.

Tipe-tipe Penukar Panas

Penukar panas diklasifikasikan atas dasar :

1. Bentuk dari aliran melalui penukar panas

a. Paralel flow (aliran sejajar ) / co current

Fluida panas dan fluida dingin melalui penukar panas satu arah yang

sama pada kedua ujungnya. Maka aliran tersebut disebut searah atau

Fluida 1

Fluida 2

Co-current flow

Fluida 1

Fluida 2

Co-current flow

Fluida 1

Fluida 2

sejajar.aliran searah jarang digunakan pada penukar kalor satu-lintas

karena dengan cara ini kita tidak akan dapat membuat suhu keluar

fluida yang satu mendekati suhu fluida yang kedua, dan kalor yang

dapat dipindahkan akan kurang dari yang dapat dipindahkan bila

aliran itu berlawanan arah. Aliran searah biasanya digunakan dalam

situasi khusus, dimana suhu maksimum fluida dingin perlu dibatasi,

atau dalam hal dimana terdapat keharusan mengubah suhu fluida

dengan cepat; sedikitnya, salahsatu fluida.

b. Berlawanan arah/ countercurrent tflow

Fluida yang satu masuk pada ujung penukar panas, sedang fluida

yang satu lagi pada ujung yang lain, lalu masing-masing mengalir

menurut arah yang berlawanan.

c. Single pass cross flow

Salah satu fluida bergerak sepanjang permukaan dalam arah saling

tegak lurus

2. Alat penukar kalor pipa ganda (double tube exchanger)

Alat penukar kalori ini menggunakan 2 macam tube yang

diameternya tidak sama pada konstruksi pipa ganda ini terdapat pipa

didalam (inner tube) dan luar pipa (outer tube) sering disebut annulus.

Bila ditinjau dari segi kebutuhan operasi, maka alat penukar ini

dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Penukar kalori susunan seri

b. Penukar kalor susunan seri parallel

Pada konstruksi susunan seri, maka fluida dalam tube sebelah

dalam maupun sebelah luar (didalam annulus) alirannya satu lintasan

tanpa cabang sedangkan alat penukar kalor susunan seri paralel, didalam

tube sebelah dalam dan fluda dalam anulus masing-masing mempunyai

cabang. Penutup pipa rangkap ini ternyata tidak memadai untuk laju

aliran yang lebih besar dari pada yang dapat ditangani dengan beberapa

buah tabung saja. Jika kita menggunakan banyak penukar kalor pipa

rangkap secara parallel, bobot logam yang digunakan sebagai pipa luar

akan menjadi sedemikian tinggi sehingga penggunaan konstruksi

selongsong dan tabung sekaligus, akan lebih menjadi ekonomis. Penukar

panas ini hanya melakukan suatu lintasan selongsong dan satu lintasan

pula di dalam tabung.

Dalam penukar panas, koefisien perpindahan panas sisi

selongsong dan koefisien sis tabung sama-sama penting, dan keduanya

cukup besar agar koefisien menyeluruh dan memuaskan dapat tercapai.

Kecepatan dan keturbulenan zat cair sisa selongsong juga tidak kala

pentingnya dari kecepatan dari keterbulenan zat cair sisi tabung. Untuk

meningkatkan aliran silang dan menaikkan kecepatan rata-rata fluida sisi

selongsong itu dipasang sekat-sekat tersebut terbuat dari logam

berbentuk piring bundar yang satu sisinya dipotong. Dalam prakteknya

biasanya segmen itu dipotong pada tinggi seperempat diameter

selongsong. Sekat-sekat demikian disebut sekat 25 % (25 percent

baffles). Sekat itu lalu diberi lubang-lubang untuk melakukan tabung-

tabung. Agar kebocoran dapat dibuat minimum, ruang bebas pemasangan

antara sekat dan selongsong harus dibuat sekecil mungkin. Sekat itu

ditunjang oleh sebuah atau beberapa buah batang pemandu yang

dipasang diantara kedua plak tabung. Agar sekat-sekat itu terpasang erat

ditempatnya, dipasang pula potongan-potongan tabung pendek sebagai

penjaga jarak antara sekat-sekat.

3. Penukar kalor jenis plat.

Untuk perpindahan panas antara dua fluida pada tekanan rendah

dan selang yaitu, dibawa kira-kira 20 atm, penukar kalor jenis plat dapat

bersaing dengan penukar kalor jenis selongsong dan tabung, lebih-lebih

dalam situasi yang memerlukan penggunaan bahan tahan korosi. Plat-plat

logam, biasanya dengan permukaan bergelombang, didukung oleh suatu

kerangka; lidah panas dialirkan melalui pasangan-pasangan plat sela-

menyela, dan bertukar panas dengan fluida dingin yang mengalir

disebelahnya.

Plat-plat itu biasanya berjarak 5 mm satu sama lain. Plat-plat itu

dapat dengan mudah dipisahkan untuk pembersihan, tambahan luas, bila

diperlukan, dapat dilakukan dengan menambahkan plat-plat lagi. Beda

dengan penukar panas selongsong dan tabung, penukar panas jenis plat

dapat digunakan untuk tugas-tugas rangkap; umpamanya, beberapa fluida

yang berlainan dapat dialirkan melalui berbagai bagian penukar panas

dan masih terpisah satu sama lain. Suhu operasi maksimumnya ialah

kira-kira 300 0F, sedang luas permukaan panas maksimum ialah kira-kira

5,0 ft2. penukar kalor jenis plat relatif efektif untuk viskos dengan

viskositas sampai kira-kira 300 P.

4. Kondensor

Piranti penukar panas khusus yang digunakan untuk mencairkan

uap dengan mengambil panas tertentunya disebut kondensor. Kalor laten

itu diambil dengan menyerapnya kedalam zat cairan lebih dingin disebut

pendingin (coolant) karena suhu pendingin didalam kondensor itu tentu

meningkat karena itu, maka alat itu dengan demikian juga bekerja

sebagai pemanas. Beberapa contoh kondensor terlihat seperti dibawah

ini:

a. Kondensor salongsong dan tabung.

Kondensor ini merupakan kondensor lintas tunggal, karena

keseluruhan arus zat cair dingin mengalir melalui semua tabung

secara parallel. Dalam kondensor besar, aliran ini mengakibatkan

suatu keterbatasan penting. Jumlah tabung itu akan sedemikian besar

sehingga, dengan satu lintasan saja, kecepatan melalui tabung itu

terlalu kecil untuk memberikan koefisien perpindahan panas yang

memadai, dan unit ini akan menjadi terlalu besar dan tidak ekonomi.

Demikian pula, karena naila koefisien itu rendah sekali, akan

diperlukan tabung-tabung yang panjang sekali jika kita ingin

memanaskan fluida pendingin itu dalam suhu yang cukup besar.

Tabung yang terlalu panjang itu tentu tidak praktis. Untuk

mendapatkan kecepatan yang lebih besar, dan koefisien perpindahan

panas yang lebih tinggi, serta tabung yang lebih pendek, prinsip

lintas banyak (multi pass) yang digunakan dalam penukar panas

dapat pula digunakan untuk pendingin dalam kondensor.

b. Kondensor dehummidifikasi

Kondensor untuk campuran uap dan gas tak mampu kondensasi.

Kondensor ini dipasang fertikal, dan bukan horizontal sebagaimana

biasanya untuk kebanyakan kondensor yang menangani uap yang

tidak mengandung gas tidak mampu kondensasi. Demikian pula uap

itu terkondensasi didalam tabung, bukan diluar, dan pendingin

mengalir melalui solongsong bukan tabung. Hal ini memungkinkan

campuran uap dan gas itu memberikan satuan positif pada waktu

melalui tabung sehingga mencegah pembentuk kantong-kantong gas-

gas yang tak terkondensasi, yang bentuknya sudah dimodifikasi

berfungsi juga untuk memisahkan kondensor dari gas dan uap yang

terkondensasi.

c. Kondesor kontak

Kondesor kontak jauh lebih kecil lebih murah dari kondesor

permukaan. Dalam kondensor ini, sebagian dari air pendingin

disemprotkan dalam arus uap didekat lubang masuk uap, dan sisanya

diarahkan pada leher pembuang untuk menyelesaikan kondensasi. Bila

kondensor solongsong dan tabung dioperasikan didalam vakum,

kondensor itu biasanya dipompakan keluar, tetapi bisa juga

dikeluarkan dengan menggunakan kaki barometric (barometric leg).

Kaki barometric ini berupa suatu tabung vertikal, panjang kira-kira 34

ft (10 m), tertup mati pada bagian bawah oleh tangki penampung

kondesat. Dalam operasinya, permukaan zat cair dalam kaki itu

dengan sendirinya mengatur dirinya, sehingga perbedaan tinggi tekan

didalam kaki dan tangki sesuai perbedaan tekanan antara atmosfir dan

ruang uap didalam kondensor. Zat cair itu lalu mengalir melalui kaki

itu segera setelah terbentuk melalui kondensasi tanpa mengganggu

vakum. Dalam kondensor kontak langsung tekanan yang dipulihkan

dalam kerucut hilir venturi biasanya cukup memadai sehingga kaki

barometric tidak diperlukan lagi.

Instumentasi

Double pipe Heat exchanger merupakan suatu alat yang didisain

untuk mempelajari dan mengevaluasi pengaruh perbedaan laju alir dan

material teknik pada laju transfer panas melalui dinding tipis.

● Pengaturan Pipa (Pipe Arrangement)

Alat ini terdiri atas dua pipa logam berdinding tipis yang tersusun

dalam suatu panel vertikal. Pipa dapat beroperasi dengan baik pada aliran

searah maupun berlawanan. Setiap pipa terdiri dari sebuah pipa tembaga

luar dan dalam. Fluida panas mengalir melalui pipa bagian dalam,

sedangkan fluida dingin mengalir melalui anulus antara pipa luar dan

dalam. Pengaturan terhadap valve dalam rangkaian ini akan

menghasilkan aliran yang sesuai dengan tujuan percobaan yaitu searah

dan berlawanan arah.

● Sambungan (Fitting)

Heat exchanger mempunyai sambungan pipa standar yang

terletak sepanjang siku yang paling rendah dari panel. Tiga sambungan

masuk dialokasikan di sebelah kanan panel.

● Valves

Valve digunakan untuk mengatur kondisi aliran yang diinginkan

dan untuk mengatur laju alir dari fluida. Unit ini memiliki empat needle

type metering valve. Dua valve pada masukan tangkin pencampuran dan

dua lainnya pada keluaran. Semua valve yang lain berjenis global type

gate valve. Valve yang menangani fluida panas di cat berwarna merah

sedangkan yang menangani fluida dingin di cat bewarna biru.

● Flowmeter

Aliran dari suatu fluida diregulasikan dengan needle valve. Laju

alir untuk fluida panas dan fluida dingin dengan specific gravity yang

sama diukur dengan menggunakan single-pass-tube-type flowmeter.

Flowmeter dilengkapi dengan sebuah skala logam yang dapat

dipindahkan dan sudah dikalibrasi.

- Double Pipe Heat Exchanger berfungsi mempertukarkan suhu antara

dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada alat

penukar kalor ini berupa pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam

sesuai dengan penggunaan dari alat tersebut.

- Beberapa faktor yang menjadi parameter unjuk kerja dari alat

Double Pipe Heat Exchanger adalah faktor kekotoran (dirt factor),

luas permukaan perpindahan kalor, koefisien perpindahan kalor,

beda temperatur rata-rata, jenis aliran (bilangan reynold) dan arah

aliran (co-current atau counter current).

- Faktor pengotoran akan memperkecil efisiensi HE. Parameter faktor

kekotoran pada alat ini sangat mempengaruhi unjuk kerja alat

tersebut. Hal ini terlihat dari koefisien perpindahan panas

menyeluruh antara alat saat bersih (UC) dan saat kotor (UD) yang

akan berpengaruh pada temperatur akhir yang diperoleh.

- Aliran fluida berlawanan akan mempunyai selisih suhu uap dan air

awal yang relatif sama dengan selisih suhu uap dan air pada kondisi

akhir.

- Aliran fluida searah akan memberikan selisih suhu uap dan air awal

jauh lebih besar daripada selisih suhu uap dan air pada kondisi akhir.

- Aliran counter current lebih efektif daripada aliran co current.

Perpindahan panas yang terjadi pada aliran berlawanan lebih

menyeluruh, fluida panas dan fluida dingin saling bertukar panas

pada titik-titik yang memiliki perbedaan suhu yang besar sehingga

jarak suhu steam dan air keluar cukup dekat.

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.

Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan

yang tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua

fluida sangat kecil, mudah dibersihkan pada bagian fitting, 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.

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 Kecepatan aliran fluida.

Aliran Paralel (searah) dan aliran counter flo (berlawanan arah) dalam

Penukar Kalor Pipa Ganda

Pada percobban ini dilakukan 2 jenis aliran yaitu :

a. Counter current flow atau Counter flow adalah aliran berlawanan

arah, dimana fluida yang satu masuk pada satu ujung penukar kalor,

sedangkan fluida yang satu lagi masuk pada ujung penukar panas

yang lain, masing-masing fluida mengalir menurut arah yang

berlawanan.

b. Parallel flow atau Co-current flow adalah aliran searah ,dimana kedua

fluida masuk pada ujung penukar panas yang sama dan kedua fluida

mengalir searah menuju ujung penukar panas yang lain.

Pada aliran searah, selisih temperatur antara temperatur fluida panas dan

dingin akan menurun seiring dengan meningkatnya x. Hal ini dapat terjadi

karena jika kita anggap ada sebuah molekul yang mengalir didalam pipa,

maka molekul-molekul fluida panas dan dingin akan selalu bersama-sama

hingga pada akhirnya panas akan berpindah diantaranya. Dibawah ini

merupakan skema gambar dari aliran parallel flow dan counter flow.

Gambar 9. Aliran parallel flow dan counter flow

Penurunan maupun kenaikan temperatur pada akan sebanding diantara

keduanya karena kebersama-samaan molekul-molekul fluida panas dan

dinginnya. Keuntungan utama dari penukar panas pipa ganda adalah bahwa

hal itu dapat dioperasikan dalam pola berlawanan arah/counterflow sejati,

yang merupakan pola aliran yang paling efisien . Artinya, ia akan

memberikan koefisien perpindahan panas tertinggi keseluruhan untuk desain

penukar panas pipa ganda.

Juga, penukar panas pipa ganda dapat menangani tekanan tinggi dan

temperatur. Ketika mereka beroperasi di berlawanan arah / counterflow,

mereka bisa beroperasi dengan suhu berlawanan, yaitu, dimana suhu dingin

sisi outlet lebih tinggi dari temperatur outlet sisi panas.

Counter flow Heat Exchanger

Parallel-Flow Heat Exchanger:

A. Pengukuran Kinerja Heat Exchanger

Kinerja dari suatu Heat Exchanger dapat dilihat dari parameter-parameter

berikut :

a. Faktor Pengotor (Fouling Factor)

Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat

exchanger. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga

disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchange rakibat 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

Kecepatan aliran fluida

Faktor pengotoran (fouling factor, Rf) dapat dicari persamaan :

R f=1

U kotor

− 1U bersih

dimana U pipa yang sudah tua tersebut dapat dihitung dengan menggunakan

rumus sebagai berikut :

U= 1

1hi

+ri ln(

ro

r p

)

k insulator

+r j ln (

r p

ri

)

k pipe

+ri

ro ho

+Rf

Jika fouling factor di atas sudah memiliki nilai sedemikian besar, maka HE

tersebut dapat disimpulkan sudah tidah baik kinerjanya.

Fouling Resistance

Jika sebuah pipa baru saja digunakan, maka keadaannya masih normal dan

bersih sehingga tidak mengganggu proses perpindahan kalor. Namun pada suatu

saat fluida yang terus menerus mengalir dalam pipa akan membentuk seperti

sebuah lapisan yang akan mengganggu aliran kalor. Hal inilah yang disebut

dengan fouling resistance.

Untuk U<<10000 W/m2 °C fouling mungkin tidak begitu penting, karena

hanya menghasilkan resistan yang kecil. Namun pada water to water heat

exchanger dimana nilai U disekitar 2000 maka fouling factor akan menjadi

penting. Pada finned tube heat exchanger dimana gas panas mengalir di dalam

tube dan gas yang dingin mengalir melewatinya, nilai U mungkin sekitar 200,

fouling factor akan menjadi signifikan.

b. Koefisien perpindahan panas

Semakin baik sistem maka semakin tinggi pula koefisien panas yang

dimilikinya. Koefisien perpindahan kalor, U, terdiri dari dua macam yaitu :

UC adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat

penukar kalor masih baru

UD adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat

penukar kalor sudah kotor

Secara umum kedua koefisien itu dirumuskan sebagai

U c=hio .ho

hio+ho

1UD

= 1U c

+Rdi+Rdo=1

U c

+Rd

c. Penurunan Tekanan (Pressure Drop)

Pada setiap aliran dalam HE akan terjadi penurunan tekanan karena adanya

gaya gesek yang terjadi antara fluida dan dinding pipa. Hal ini dapat terjadi pada

sambungan pipa, fitting,atau pada HE itu sendiri. Hal ini akan mengakibatkan

kehilangan energi sehingga perubahan suhu tidak konstan.

Untuk penurunan Tekanan pada Tube Side Besarnya penurunan tekanan pada

tube side alat penukar kalor telah diformulasikan, persamaan terhadap faktor

gesekan dari fluida yang dipanaskan atau yang didinginkan didalam tube.

∆ Pt=f t .6 t

2 . L . n

5,22.1010 . Dr . S . φt

Dimana :

n = Jumlah pass aliran tube

L = Panjang tube

L.n = Panjang total.lintasan dalam ft

Mengingat bahwa fluida itu mengalami belokan pada saat passnya, maka

akan terdapat kerugian tambahan penurunan tekanan.

∆ Pr=4 . nS t

.V 2

2.gPsi

d. Konduktivitas Termal

Daya hantar kalor yang dimiliki fluida maupun dinding pipa HE sangat

berpengaruh pada kemampuan kalor tersebut berpindah.

e. Aliran Fluida yang Bertukar Kalor

Aliran Kalor Sejajar, kurang efisien dan cepat untuk satu fluida.

Aliran Kalor Berlawanan Arah, kalor yang ditransfer lebih banyak.

Metode-metode untuk menentukan efektivitas

Beda Suhu Rata-rata Log (LMTD)

Pada alat penukar-kalor pipa-ganda, fluidanya dapat mengalir dalam aliran-

sejajar maupun aliran lawan-arah. Untuk menghitung perpindahan kalor dalam

susunan pipa-ganda digunakan persamaan :

q=U . A . ∆ Tm

dimana :

U = koefisien perpindahan-kalor menyeluruh

A = luas permukaan perpindahan-kalor

ΔTm = beda-suhu rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam penukar

kalor.

Untuk alat penukar-kalor aliran-sejajar , kalor yang dipindahkan melalui unsur

luas dA dapat dituliskan sebagai:

dq=mh ch dTh=mc cc dTc

dimana subskrip h dan c masing-masing menandai fluida-panas dan fluida-dingin.

Perpindahan-kalor dapat pula dinyatakan sebagai

dq=U (T h−T c ) dA

Dimana

dT h=−dqmh ch

, dan dT c=dq

mc cc

dimana m menunjukkan laju aliran-massa dan c adalah kalor spesifik fluida.

Jadi,

dT h−dTc=d (T h−T c )=−dq1

mh ch

+ 1mc C c

Jika dq diselesaikan dari persamaan (1) dan disubstitusikan ke dalam persamaan

(2) maka didapatkan

d ¿¿

Hasil kalimc cc dan mh ch dapat dinyatakan dalam perpindahan kalor total q dan

beda-suhu menyeluruh antara fluida-panas dan fluida dingin. Jadi,

mh ch=q

T h 1−T h 2

dan mh ch=q

T c 2−T c1

Jika kedua hubungan di atas disubstitusikan ke persamaan (3) memberikan :

q=UA ( Th 2−T c 2 )−(Th1−T c 1)

ln [(T h 2−T c2 )(T h 1−T c1 )

]❑

Jika persamaan diatas dibandingkan dengan persamaan sebelumnya terlihat bahwa

beda suhu rata-rata merupakan pengelompokan suku-suku dalam kurung, Jadi,

∆ T m=(T h2−T c2 )−(T h1−T c1)

ln [( Th 2−T c 2 )( Th 1−T c 1 )

]

Beda suhu ini disebut beda suhu rata-rata log (log mean temperature difference =

LMTD). Dengan kata lain, LMTD ialah beda-suhu pada satu ujung penukar-kalor

dikurangi beda-suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah

dari perbandingan kedua beda suhu tersebut.

Penurunan persamaan LMTD tersebut didasarkan atas dua asumsi :

(1) Kalor spesifik fluida tidak berubah menurut suhu

(2) Koefisien perpindahan-kalor konveksi tetap, untuk seluruh penukar-

kalor.

Jika suatu penukar-kalor yang bukan jenis pipa-ganda digunakan, perpindahan-

kalor dihitung dengan menerapkan faktor koreksi terhadap LMTD untuk susunan

pipa-ganda aliran lawan-arah dengan suhu fluida-panas dan fluida dingin yang

sama. Bentuk persamaan perpindahan-kalor menjadi:

q=UAF ∆ T m

Metode NTU Efektivitas

Dalam analisis penukar-kalor, pendekatan dengan metode LMTD berguna apabila

suhu masuk dan suhu keluar fluida diketahui atau dapat ditentukan dengan mudah

sehingga LMTD, luas permukaan dan koefisien perpindahan kalor dapat dengan

mudah ditentukan. Namun, apabila kita harus menentukan terlebih dahulu suhu

masuk dan suhu keluar fluida maka analisis lebih mudah dilakukan dengan

metode yang berdasarkan efektivitas penukar kalor dalam memindahkan jumlah

kalor tertentu atau disebut juga metode NTU (Number of Transfer Unit). Metode

NTU dikhususkan untuk menghitung perpindahan secara counter currentHeat

Exchanger sendiri adalah alat/perangkat yang energinya ditransfer dari satu fluida

menuju fluida lainnya melewati permukaan padat.

Metode NTU ini dijalankan/dikerjakan dengan menghitung laju kapasitas panas

(contohnya laju alir dikalikan dengan panas spesifik) Ch dan Cc berturut-turut

untuk fluida panas dan dingin. Dalam kasus dimana hanya ada temperatur awal

untuk fluida panas dan cair yang diketahui, LMTD tidak dapat dihitung

sebelumnya dan aplikasi/penerapan metode LMTD memerlukan pendekatan

secara iterasi. Pendekatan yang dianjurkan adalah metode keefektifan atau -NTU.

Keefektifan dari Heat Exchanger,ε, didefinisikan dengan :

ε= qq max

dimana : q adalah nilai laju sebenarnya dari perpindahan panas dari fluida panas

menuju fluida dingin, dan qmax merepresentasikan laju maksimum yang mungkin

dari perpindahan panas, yang diberikan dengan hubungan :

q=Cmin(T h ,i−T c, i)

dimana Cmin adalah laju kapasitas dari dua panas yang terkecil. Dengan demikian

laju perpindahan panas sebenarnya diekspresikan sebagai :

q=εCmin(T h ,i−T c ,i)

dan dihitung, memberikan keefektifan heat exchanger, , laju alir massa, dan panas

spesifik dua fluida dan temperatur awal.

Untuk geometris aliran,ε, dapat dihitung menggunakan korelasi dengan istilah

“rasio kapasitas panas” :

CT=Cmin

Cmax

dan Bilangan Satuan Perpindahan, NTU :

NTU= UACmin

dimana U merupakan koefisien perpindahan panas keseluruhan dan A adalah area

perpindahan panas.

Beberapa masalah pada jenis heat exchanger.

Naiknya pressure drop didalam HE

1. Penyebab : Ada kotoran dalam HE (HE tersumbat)

Tindakan:

Bersihkan pipa-pipa sebelum start up

Bersihkan plate (jika kejadiannya setelah proses berjalan)

Media yang masuk HE perlu diberi filter.

2. Penyebab : Viskositas

Tindakan:

Check viskositas dan jika perlu setel sesuai desain.

Check apakah temperature turun sampai dibawah temperature

desain

3. Penyebab : Kesalahan koneksi pada sistem perpipaan

Tindakan: Check koneksi dan sesuaikan dengan drawing.

4. Penyebab: Kuantitas aliran terlalu besar

Tindakan: Atur kuantitas aliran dengan benar.

Menurunnya out put HE (menurunnya kapasitas)

1. Penyebab: PHE terkotori/tersumbat oleh kotoran dari luar, seperti

serpihan plastik dsb.

Tindakan: Bersihkan plate dan media yang masuk PHE perlu diberi

filter.

2. Penyebab: Aliran terlalu tinggi/cepat.

Tindakan:Setel dan sesuaikan.

3. Penyebab : Kesalahan koneksi terhadap sistem perpipaan

4. Tindakan: Check koneksi dan sesuaikan dengan drawing

5. Penyebab: Akumulasi secondary media di dalam HE (seperti oli, dan non-

condensable gas)

Tindakan: Buat alat yang sesuai untuk mengalirkannya. Alat ini bisa berupa

oil drainage yang dibuka dalam periode tertentu sesuai dengan keadaan.

Kebocoran

1. Penyebab: Tekanan dalam HE melebihi tekanan ijin.

Tindakan: Kurangi tekenan sesuai dengan set point.

2. Penyebab: shock pressure/tekanan mendadak.

Tindakan: Hindari terjadinya tekanan mendadak dengan mengatur sistem

sebaik mungkin, membuka dan menutup sistem dengan smooth.

3. Penyebab: Rusaknya gasket karena pengaruh serangan medium.

Tindakan: Ganti gasket, jika perlu ganti dengan material lain yang lebih

baik.

4. Penyebab: Terbloknya aliran dalam HE.

Tindakan: Bersihkan plate dan beri saringan/filter.

Tercampurnya media.

1. Penyebab: Plate tidak terinstall dengan benar

Tindakan: Install plate sesuai panduan.

2. Penyebab: Korosi

Tindakan:

a. Cari penyebab korosi dan ganti plate baru

b. Ganti dengan plate yang dengan material yang tahan korosi.

3. Penyebab: Koneksi tidak sesuai

Tindakan: Check dan sesuaikan dengan drawing.

Double pipe merupakan bentuk heat exchanger yang paling

sederhana yang tersusun atas dua tabung/tube konsetris. Satu fluida

mengalir di dalam inner tube, sementara yang lain mengalir dalam annular

passage. Kalor dari fluida panas dipindahkan ke fluida dingin melalui

dinding inner tube, dengan dinding luar annulus diinsulasi.

Koefisien perpindahan kalor pada annulus bergantung pada rasio

diameter kedua tabung, diameter dalam annulus (Di) dan diameter luar

inner tube (do), karena bentuk dari profil kecepatan fluida.

Metode yang paling sederhana untuk mengetahui perpindahan kalor

dan pressure drop dalam annulus ialah dengan menggunakan pendekatan

hydraulic (equivalent) diameter. Hydraulic diameter (Dh) dipengaruhi

diameter tube pada internal flow correlation :

D h=4net free−flow area

wetted ( h eat transfer ) perimeter

Rumus diatas dapat digunakan untuk perhitungan perpindahan kalor

dan pressure drop. Validitas penggunaan hydraulic diameter telah

dibuktikan melalui eksperimen dengan finned annulus. Wetted perimeter

untuk perhitungan pressure drop di annulus didefinisikan sebagai :

Pw=π (Di+do)

dan heat transfer perimeter di annulus dihitung dengan :

P h=π . do

Perbedaan antara hydraulic perimeter dan heat transfer perimeter

terletak pada diameter dalam (Di) annulus. Hal ini disebabkan adanya friksi

fluida dengan permukaan dalam annulus; namun hal ini bukanlah

permasalahan heat transfer perimeter sebab perpindahan kalor hanya terjadi

di dinding inner tube.

Net free-flow area annulus :

Ac=π .(Di1

2−do2)4

Untuk pressure drop, hydraulic diameter akan dipengaruhi oleh total

wetted perimeter :

D h= 4. AcPw

Sedangkan, equivalent diameter akan dipengaruhi oleh heat transfer

perimeter :

De= 4 . AcPh

Bilangan Reynold, bilangan Graetz, dan rasio d terhadap L akan

dapat diperoleh dengan mengetahui nilai hydraulic diameter. Sedangkan

equivalent diameter dapat digunakan untuk menghitung koefisien

perpindahan kalor dari bilangan Nusselt dan juga untuk mengetahui

bilangan Grasshof pada konveksi natural.

Untuk mengetahui nilai koefisien perpindahan kalor menyeluruh

perlu diperhitungkan kedua sisi fluida, baik di inner tube maupun annulus.

Kecepatan fluida dalam tube dan annulus :

Um= m hρ h . Ac

Dengan mengetahui kecepatan fluida tersebut, akan didapatkan

nilai bilangan Reynold fluida, yang merupakan fungsi dari :

ℜh= 4 . m hπ . μ .di

Bilangan Reynold akan menentukan apakah aliran fluida tergolong

aliran laminar atau turbulen. Semakin turbulen suatu aliran fluida maka

akan semakin besar pula perpindahan kalor yang terjadi. Dengan

mengetahui jenis aliran fluida, maka akan dapat diperoleh bilangan

Nusselt melalui persamaan berikut :

Nu=( f2 ) . (ℜb ) .Prb

1+¿¿

Dimana f merupakan konstanta yang diperoleh dari :

f =¿¿

Koefisien perpindahan kalor (h) terkait nilai bilangan Nusselt,

konduktivitas thermal, dan juga laluan fluida tersebut.

h i=Nu. k c

di

Perhitungan kedua sisi fluida, baik fluida panas maupun fluida

dingin, akan dapat diperoleh koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U)

untuk permukaan bersih :

1U c

=do

d i . hi

+do . ln (

d0

d i

)

2k+ 1

ho

Sedangkan dalam kondisi real akan melibatkan nilai ‘pengotor’

dari masing-masing fluida yang digunakan :

1U f

=d o

d i . hi

+do . R fi

d i

+do . ln (

d0

d i

)

2k+Rfo+

1ho

Akhirnya, seluruh perhitungan perpindahan kalor di heat

exchanger digunakan

Q=U f . Ao . ∆ T m

V. PROSEDUR KERJA

Memastikan semua alat dalam kondisi bersih dan tersambung

dengan sumber listrik.

Sebuah bak penampungan berfungsi sebagai sumber fluida dingin,

mengisinya dengan air sampai batas tertentu.

Mengisi air pada alat pemanas.

Mengatur arah selang keluar dan masuk agar menjadi counter-

current.

Melakukan kalibrasi terhadap laju alir fluida dingin dan panas,

dengan cara mengukur volume fluida yang dialirkan dalam pipa per

satuan waktu sebanyak tiga pengambilan data, dengan kecepatan laju

alirnya (Q) 120,150,180,210,dan 250 kg/l

Menekan tombol On dan mengatur suhunya 40-550C dan

menghidupkan pemanasnya serta menyalakan compressor.

Mengatur aliran 120 kg/l dan bila lampu pada alat sudah berkedip-

kedip maka dimana suhu yang distel 400C sudah konstan dan

menunggunya sampai 5 menit.

Melakukan pembacaan tiap suhu panas dan dingin yang masuk dan

keluar.

Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali.

Lalu begitu juga pada suhu 500C dan 550C dengan kecepatan (Q)

120,150,180,210,dan 250 kg/l dan pengambilan data sebanyak 3 kali.

Jika suhu fluida dingin bertambah maka kompressor harus ditingkatkan

untuk mendinginkan fluida dingin tersebut dan mematikannya.

VI. DATA PENGAMATAN

Q (kg/L)

Volume

waktu (s)

DATAT1 C T2 C t1 C t2 C

ml LPanas Dingin

120110 0.11 4.79 I 40 38 32 34130 0.13 4.52 II 48 44.5 33.1 37.295 0.095 2.85 III 56 51 35.1 40.7

150115 0.115 2.07 I 41 39 32 3396 0.096 2.3 II 48 44.4 33.4 36.1109 0.109 2.96 III 55.8 51 35.5 40.6

180125 0.125 2.85 I 40 38 32 33130 0.13 2.41 II 48 44.2 34.2 36.592 0.092 1.29 III 55.8 50.08 36.3 40.2

210113 0.113 2.5 I 40 38 33 33.5139 0.139 2.41 II 48 44.5 35 3798 0.098 1.18 III 55.8 49.6 37.1 40.2

250112 0.112 1.96 I 40 38.5 33.2 34110 0.11 1.07 II 48.2 44.2 35.1 37.149 0.049 0.96 III 55.3 49 37.8 40.2

VII. PERHITUNGANA. Menghitung Qactual

Qactual=volumewaktu

¿ 0,11 L4,79 s

¿0,02296 L/ s

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

B. Menghitung Qrata-rata (L/s)

Qrata−rata=ΣQactual

n

¿(0,02296+0,02876+0,03333 ) L/s

3

¿0,02835 L/s

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

C. Konversi dari laju alir volum ke laju alir massa fluida panas dan dingin

(lb/jam)

W rata−rata=0,02835Ls

×998,2 g

L×

1 lb453,59 g

×3600 s

jam

¿224,62347 lb / jam

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

D. Konversi temperature fluida panas dan dingin (OC ke OF)

T 1 ,℉=95

× T1 ,℃+32

¿ 95

× 40℃+32

¿104oF

t 1 ,℉=95

× t1 ,℃+32

¿ 95

× 38℃+32

¿89,6oF

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

E. Menghitung temperature rata-rata fluida panas dan dingin

T av=T 1+T2

2

¿(104+100.4 )℉

2

¿102,2℉

t av=t 1+t2

2

¿(89.6+93,2 )℉

2

¿91,4℉

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

F. Menghitung beda suhu fluida panas keluar dan fluida dingin masuk

∆ T 1=T 2−t 1

¿ (100.4−89.6 )℉

¿6℉

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

G. Menghitung beda suhu fluida panas masuk dan fluida dingin keluar

∆ T 2=T 1−t 2

¿ (104−91,4 )℉

¿6℉

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

H. Menghitung beda suhu rata-rata logaritma (LMTD)

LMTD=∆T 1−∆ T2

ln∆ T1

∆ T2

¿(6−6 )℉

ln6℉6℉

¿10,6667℉

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

I. Menentukan nilai viskositas pada temperature fluida panas dan dingin.

Berdasarkan dari Fig. 4 dalam buku Process Heat Transfer by DQ.

Kern

J. Konversi nilai viskositas pada temperature fluida panas dan dingin (cP

ke lb/ft.hr)

μ=0,7 cP ×0,000672lb

ft . s×

3600 shr

¿1,694 lb / ft . hr

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

K. Menghitung konduktifitas panas

Berdasarkan data dari Tabel 4 Thermal Conductivity of Liquids dalam

buku Process Heat Transfer by DQ. Kern maka dibuat grafik.

0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4 0.410

20406080

100120140160180200

f(x) = 2121.75063805652 x − 668.591171188202R² = 0.999933123830873

Grafik hubungan k vs T (air)

Series2Linear (Series2)

k (Btu/hr.ft2.(oF/ft))

T (o

F)

Diperoleh persamaan :

y = 2121.x - 668.5 dimana y=(T,t)av dan x=k

(T,t)av = 2121.k-668,5

Maka,

Untuk fluida panas:

k=Tav +668,52121

¿ 102,2+668,52121

¿0,36337 Btu/hr ∙ ft2 ¿¿

Untuk fluida dingin

k= tav+668,52121

¿ 91,4+668,52121

¿0,35827 Btu/hr ∙ ft2 ¿¿

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

L. Menentukan Kapasitas Panas Fluida Panas dan Dingin

Cp dapat ditentukan melalui Fig. 2 Specific Heat of Liquids dari buku

Process Heat Transfer by DQ. Kern dengan menggunakan suhu rata-

rata dari masing-masing fluida

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

M. Menghitung heat balance

Untuk fuida dingin

q=w rata−rata ×Cp × (t 2−t 1 )

¿224,62347lb

jam× 1

Btulbm .℉

× (93,2−89,6 )℉

¿816,731 Btu / jam

Karena diasumsikan q dingin=q panas maka,

Untuk fluida panas

W = qCp × (T 1−T 2 )

¿816,731

Btujam

1,035 Btu /lb .℉ × (104−100.4 )℉

¿219.198 lb / jam

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

N. ANNULUS

Untuk menentukan diameter dalam dan luar untuk masing-masing pipa

digunakan tabel 11 Dimensions of Steel Pipe dari buku Process Heat

Transfer by D.Q. Kern

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

1) Menghitung luas penampang

Aa=π × ( Di2−do2)

4

¿3,14 × ( (0,087417 ft )2− (0,07 ft )2 )

4

¿0,002152 ft2

2) Menghitung diameter ekivalen

De= Di2−do2

do

¿(0,087417 ft )2− (0,07 ft )2

0,07 ft

¿0,039167 ft

3) Menghitung kecepatan massa

Ga=w rata−rata

Aa

¿224,623467

lbjam

0,002152 ft2

¿104369 lb /( jam)( ft2)

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

4) Menghitung bilangan Reynold

ℜa=De× Ga

μ

¿0,039167 ft × 104369lb

jam¿¿¿¿¿

¿2413.09

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

5) Penentuan nilai Jh

Nilai Jh diperoleh dari Fig. 24. Tube-Side bent-transfer curve dalam

buku Process Heat Transfer by D.Q. Kern berdasarkan dari bilangan

reynold masing- masing dari fluida

Data selanjutnya terdapat dalam table perhitungan

VIII. PEMBAHASAN

100 120 140 160 180 200 220 240 2600

100

200

300

400

500

600f(x) = 2.47882245160723 x − 36.42787806771R² = 0.943751330000493

Grafik Hubungan W dan Q pembacaan

Series2Linear (Series2)

W (lb/jam)

Q p

emba

caan

(kg/

L)

IX. KESIMPULAN

Prinsip kerja dari double-pipe HE yaitu menukarkan panas antara

fluida panas dan fluida dingin berdasarkan beda suhu yang terjadi

pada saat terjadi kontak diantara pipa besar dan pipa kecil.

T1 F T2 F Tav t1 F t2 F tav∆T2 (F)

∆T1 (F)

LMTD

PanasPanas

DinginDingin

104 100.4 102.2 89.6 93.2 91.4 6 6 10.66667118.4 112.1 115.25 91.58 98.96 95.27 10.8 11.4 19.97513132.8 123.8 128.3 95.18 105.26 100.22 15.3 15.9 28.07654105.8 102.2 104 89.6 91.4 90.5 8 7 13.47998118.4 111.92 115.16 92.12 96.98 94.55 11.9 11 20.59938

132.44 123.8 128.12 95.9 105.08 100.49 15.2 15.5 27.62912104 100.4 102.2 89.6 91.4 90.5 7 6 11.67689

118.4 111.56 114.98 93.56 97.7 95.63 11.5 10 19.31856132.44 122.14 127.292 97.34 104.36 100.85 15.6 13.78 26.40814

Nilai LMTD

4104 100.4 102.2 91.4 92.3 91.85 6.5 5 10.29104

118.4 112.1 115.25 95 98.6 96.8 11 9.5 18.41703132.44 121.28 126.86 98.78 104.36 101.57 15.6 12.5 25.18707

104 101.3 102.65 91.76 93.2 92.48 6 5.3 10.15698118.76 111.56 115.16 95.18 98.78 96.98 11.1 9.1 18.12044131.54 120.2 125.87 100.04 104.36 102.2 15.1 11.2 23.49547

Semakin tinggi beda suhu, maka semakin tinggi pula nilai LMTDnya.

Koefisien Perpindahan Panas

Koefisien perpindahan panas pada saat bersih (Uc)

T1 F T2 F t1 F t2 F Uc (Btu/jam.ft3.oF)

Panas Dingin

104 100.4 89.6 93.2 104.2953118.4 112.1 91.58 98.96 104.601132.8 123.8 95.18 105.26 104.401105.8 102.2 89.6 91.4 110.2457118.4 111.92 92.12 96.98 124.082

132.44 123.8 95.9 105.08 123.2085104 100.4 89.6 91.4 136.4955

118.4 111.56 93.56 97.7 139.8395132.44 122.144 97.34 104.36 146.6769

104 100.4 91.4 92.3 142.786118.4 112.1 95 98.6 142.9296

132.44 121.28 98.78 104.36 180.4723104 101.3 91.76 93.2 169.0041

118.76 111.56 95.18 98.78 187.32

131.54 120.2 100.04 104.36 203.9564

Koefisien perpindahan panas actual (Ud)

Koefisien

perpindahan

panas secara

teori/pada saat

bersih (Uc)

lebih besar

daripada

koefisien perpindahan panas secara actual (Ud)

Faktor pengotor yang diperoleh yaitu 0,003159, dimana Rd dari double

pipe HE telah mencapai batas maksimal dari factor pengotor secara

industry (0,003).

X. SARAN

Untuk menara pendingin, sebaiknya digunakan es batu yang diatur

sedemikian rupa agar temperatur fluida dingin yang keluar kembali

menjadi suhu ruang karena udara dari kompressor tidak cukup, shingga

tidak menggangu beda suhu yang dihasilkan.

T1 F T2 F t1 F t2 FUd (Btu/jam.ft3.oF)

Panas Dingin 104 100.4 89.6 93.2 70.72233

118.4 112.1 91.58 98.96 77.8026132.8 123.8 95.18 105.26 75.97638105.8 102.2 89.6 91.4 44.12013118.4 111.92 92.12 96.98 78.26219

132.44 123.8 95.9 105.08 110.8684104 100.4 89.6 91.4 64.22467

118.4 111.56 93.56 97.7 89.63931132.44 122.144 97.34 104.36 111.8496

104 100.4 91.4 92.3 40.05801118.4 112.1 95 98.6 90.06608

132.44 121.28 98.78 104.36 102.581104 101.3 91.76 93.2 65.06734

118.76 111.56 95.18 98.78 91.54025131.54 120.2 100.04 104.36 85.05195

XI. DAFTAR PUSTAKA

Kern, DQ. 1965. Process Heat Transfer. Singapore : Mc. Graw Hill

International Editions.

Holman, J.P. 1986. Heat Transfer Sixth Editions. Singapore : Mc.

Graw Hill Book Co.

Welty, dkk. 1807. Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass

Transfer 5th Edition. United Stated of America : John Wiley &

Sons, Inc.

Petunjuk Praktikum Laboratorium Satuan Operasi I. Jurusan Teknik

Kimia : Politeknik Negeri Ujung Pandang

http://id.scribd.com/document_downloads/direct/30697438?

extension=pdf&ft=1365390299&lt=1365393909&user_id=72144

782&uahk=iTgIyUvN9iZwqeYhypB3DXV6nd8

http://id.scribd.com/document_downloads/direct/128229319?

extension=pdf&ft=1365391033&lt=1365394643&user_id=72144

782&uahk=poFJW7rG6VOBTcs928OHF+a2elc

Artono Koestoer, Raldi .”Perpindahan Kalor”. Salemba Teknika. Jakarta

2002

Holman, JP. Alih bahasa E.Jasifi. “Perpindahan Kalor”. Penerbit

Erlangga.Jakarta.1995

  MC. Cabe, W.L, Smith, JC, Harriot, P, “ Unit Operation of Chemical

Enginering”, 4th ed, Mc.Graw-Hill, New York, 1985, Chapter 11,

12, 15

  Kern, DQ, “Process Heat Transfer”, Mc.Graw-Hill, New York, 1965

  Kays,W.M. and London, A.L, “Compact Heat Exchanger”, 2 nd Edition

McGraw-Hill, New York, 1964

  Kern,D.Q. 1952.Process Heat Transfer. 

http://www.brighthub.com/engineering/mechanical/articles/64548

.aspx

  http://vedcadiklatki.blogspot.com/2010/08/penukar-panas-heat-

exchanger.html

  http://www.beck-fk.blogspot.com/2012/05/ alat-heat-exchanger.html

  http://tutorialkuliah.blogspot.com/2009/10/aliran-fluida-pada-heat

exchanger.html

  http://www.scribd.com/doc/72839539/5/Jenis-%E2%80%93-jenis-

Heat-Exchanger

  http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18379/3/Chapter

%20I

  http://www.usu.ac.id/id/files/artikel/shell_Tube

  Buku Ajar perpindahan Panas Oleh Ratni Dewi, ST, MT

Artono Koestoer, Raldi .”Perpindahan Kalor”. Salemba Teknika.

Jakarta 2002

Holman, JP. Alih bahasa E.Jasifi. “Perpindahan Kalor”. Penerbit

Erlangga.Jakarta.1995

http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html

http://bekompas.blogspot.com/2011/12/analisa-perpindahan-

panas-dan-tegangan.html

http://tutorialkuliah.blogspot.com/2009/10/aliran-fluida-pada-

heat exchanger.html