heat exchanger
TRANSCRIPT
Heat Exchanger
1 Pengertian Heat Exchanger
Menurut Incropera dan Dewitt (1981), efektivitas suatu heat exchanger didefinisikan
sebagai perbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata) dengan perpindahan
panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. Secara umum
pengertian alat penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang
memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai
pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) 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 begitu saja. 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.
2 Prinsip Kerja Heat Exchanger
Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger
Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida pada
temperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak
langsung.
a. Secara 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.
Mesin Penukar Kalor Page 1
Heat Exchanger
b. Secara kontak tak langsung, perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan
dingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.
3 Jenis – jenis Heat Exchanger
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 dapat dibedakan atas :
Jenis Shell and Tube
Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri perminyakan.
Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu
bandle (berkas) pipa dengan diameter yang relative kecil. Satu jenis fluida mengalir didalam
pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell.
Keuntungan Shell and Tube Heat exchanger merupakan Heat exchanger yang paling
banyak digunakan di proses-proses industri karena mampu memberikan ratio area perpindahan
panas dengan volume dan massa fluida yang cukup kecil. Selain itu juga dapat
mengakomodasi ekspansi termal, mudah untuk dibersihkan, dan konstruksinya juga paling
murah di antara yang lain. Untuk menjamin bahwa fluida pada shell-side mengalir melintasi
tabung dan dengan demikian menyebabkan perpindahan kalor yang lebih tinggi, maka di
dalam shell tersebut dipasangkan sekat/penghalang (baffles).
Mesin Penukar Kalor Page 2
Heat Exchanger
Gambar 2. Konstruksi alat penukar kalor jenis shell and tube
Berdasarkan konstruksinya, Heat exchanger tipe Shell and Tube dibedakan atas:
Fixed Tube Sheet
Merupakan jenis shell and tube Heat exchanger yang terdiri dari tube-bundle yang
dipasang sejajar dengan shell dan kedua tube sheet menyatu dengan shell. Kelemahan pada
tipe ini adalah kesulitan pada penggantian tube dan pembersihan shell.
Floating Tube Sheet
Merupakan Heat exchanger yang dirancang dengan salah satu tipe tube sheetnya
mengambang, sehingga tube-bundle dapat bergerak di dalam shell jika terjadi pemuaian atau
penyusutan karena perubahan suhu. Tipe ini banyak digunakan dalam industri migas karena
pemeliharaannya lebih mudah dibandingkan fix tube sheet, karena tube-bundlenya dapat
dikeluarkan, dan dapat digunakan pada operasi dengan perbedaan temperatur antara shell dan
tube side di atas 200oF.
U tube/U bundle
Jenis ini hanya mempunyai 1 buah tube sheet, dimana tube dibuat berbentuk U yang
ujung-ujungnya disatukan pada tube sheet sehingga biaya yang dibutuhkan paling murah di
antara Shell and Tube Heat exchanger yang lain. Tube bundle dapat dikeluarkan dari shellnya
setelah channel headnya dilepas. Tipe ini juga dapat digunakan pada tekanan tinggi dan beda
temperatur yang tinggi. Masalah yang sering terjadi pada Heat exchanger ini adalah
terjadinya erosi pada bagian dalam bengkokan tube yang disebabkan oleh kecepatan aliran
dan tekanan di dalam tube, untuk itu fluida yang mengalir dalam tube side haruslah fluida
yang tidak mengandung partikel-partikel padat
Mesin Penukar Kalor Page 3
Heat Exchanger
Jenis Double Pipe (Pipa Ganda)
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 3. Alat penukar kalor jenis double pipa
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
Mesin Penukar Kalor Page 4
Heat Exchanger
membutuhkan area perpindahan kalor kecil (<50 m2), dan biasanya digunakan untuk
sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau dikondensasikan.
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 (gambar 2.5) jenis ini biasanya
digunakan untuk pemindahan kalor yang relative kecil dan fluida yang didalam shell yang akan
diproses lanjut.
Gambar 4. Pipa Coil Heat Exchanger
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.
Jenis spiral
Jenis ini menpunyai bidang perpindahan panas yang melingkar. Karena alirannya yang
melingkar maka system ini dapat “Self Cleaning” dan mempunyai efisiensi perpindahan
panas yang baik. Akan tetapi konstruksi seperti ini tidak dapat dioperasikan pada tekanan
tinggi.
Mesin Penukar Kalor Page 5
Heat Exchanger
Jenis lamella
biasanya digunakan untuk memindahkan panas dari gas ke gas pada tekanan rendah.
Jenis ini memiliki koefisien perpindahan panas yang baik/tinggi.
Gasketter plate exchanger
Mempunyai bidang perpindahan panas yang terbentuk dari lembaran pelat yang dibuat
beralur. Laluan fluida (biasanya untuk cairan) terdapat diantara lembaran pelat yang
dipisahkan gasket yang dirancang khusus sehingga dapat memisahkan aliran dari kedua
cairan. Perawatannya mudah dan mempunyai efisiensi perpindahan panas yang baik.
4 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. Adapun beberapa tipe susunan tube dapat dilihat dibawah ini :
Gambar 5. tipe susunan tube
Mesin Penukar Kalor Page 6
Heat Exchanger
Susunan dari tube ini dibuat berdasarkan pertimbangan untuk mendapatkan jumlah
pipa yang banyak atau untuk kemudahan perawatan (pembersihan permukaan pipa).
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.
5 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
Mesin Penukar Kalor Page 7
Heat Exchanger
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 :
dimana U pipa yang sudah tua tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai
berikut :
Jika fouling factor di atas sudah memiliki nilai sedemikian besar, maka HE tersebut dapat
disimpulkan sudah tidah baik kinerjanya.
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
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.
Mesin Penukar Kalor Page 8
Heat Exchanger
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.
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.
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.
6 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 :
dimana : U = koefisien perpindahan-kalor menyeluruh
A = luas permukaan perpindahan-kalor
Tm = 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 chdT h=mc cc dT c
Mesin Penukar Kalor Page 9
Heat Exchanger
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=
−dqmhch dan
dT c=dq
mc cc
dimana m menunjukkan laju aliran-massa dan c adalah kalor spesifik fluida.
Jadi,
dT h−dT c=d (T h−T c )=−dq ( 1mh ch
+1
mc cc)
Jika dq diselesaikan dari persamaan (1) dan disubstitusikan ke dalam persamaan (2) maka
didapatkan
d (T h−T c )T h−T c
−U ( 1mh ch
+ 1mc cc
)Hasil kali mc cc dan mhch dapat dinyatakan dalam perpindahan kalor total q dan beda-suhu
menyeluruh antara fluida-panas dan fluida dingin. Jadi,
mhch=q
T h1−Th 2 dan mh ch=
qT c2−Tc 1
Jika kedua hubungan di atas disubstitusikan ke persamaan (3) memberikan :
q=UA(T h2−T c2 )−(Th 1−T c1 )
ln [(T h 2−T c 2)/ (T h 1−T c 1) ]
Jika persamaan diatas dibandingkan dengan persamaan sebelumnya terlihat bahwa beda
suhu rata-rata merupakan pengelompokan suku-suku dalam kurung, Jadi,
ΔT m=(T h2−T c2 )−(Th 1−Tc 1)
ln [ (T h 2−T c2 )/(T h 1−T c1 ) ]
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.
Mesin Penukar Kalor Page 10
Heat Exchanger
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:
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, , didefinisikan dengan :
ε= qqmax
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 (Th , i−T c ,i )
Mesin Penukar Kalor Page 11
Heat Exchanger
dan dihitung, memberikan keefektifan heat exchanger, , laju alir massa, dan panas spesifik
dua fluida dan temperatur awal.
Untuk geometris aliran, , 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.
7 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.
Mesin Penukar Kalor Page 12
Heat Exchanger
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.
Mesin Penukar Kalor Page 13
Heat Exchanger
Adapun dibawah ini akan kami jelaskan mengenai :
1. 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
Mesin Penukar Kalor Page 14
Heat Exchanger
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.
2. 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.
Mesin Penukar Kalor Page 15
Parallel Flow Counterflow
Heat Exchanger
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:
Mesin Penukar Kalor Page 16
Heat Exchanger
KESIMPULAN
1. Heat exchanger (HE) adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa
berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas
dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling
water).
2. Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari 2 fluida pada
temperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak
langsung.
3. Pada Penukar kalor jenis pipa ganda, mekanisme perpindahan kalor terjadi secara tidak
langsung (indirect contact type), karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida
sehingga kedua fluida tidak bercampur.
4. Faktor-faktor yang merupakan 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). Untuk parameter faktor kekotoran (dirt
factor) sangat mempengaruhi kerja dari Heat Exchanger ini. Hal ini terbukti pada koefisien
perpindahan panas menyeluruhnya antara koefisien perpindahan panas saat bersih (UC)
dan saat kotor (UD) yang akan mempengaruhi hasil temperatur akhirnya.
5. Laju alir fluida pendinginnya sangat berpengaruh, makin tinggi laju alir pendinginnya
maka laju alir kondensatnya juga akan semakin banyak yang dihasilkan.
Mesin Penukar Kalor Page 17