heat exchanger

5/14/2018 Heat Exchanger - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/heat-exchanger-55a92e9a57a42 1/17

Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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.



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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 palingmurah 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).



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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.



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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, R f ) 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.



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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

T m = 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:

ccchhh dT cmdT cmdq



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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

Perpindahan-kalor dapat pula dinyatakan sebagai

dAT T U dqch )(

dimana,hh

hcmdqdT

dancc

ccm

dqdT

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

Jadi,

cchh

chchcmcm

dqT T d dT dT

11)(

Jika dq diselesaikan dari persamaan (1) dan disubstitusikan ke dalam persamaan (2) maka

didapatkan

cchhch

ch

cmcmU

T T

T T d

11)(

Hasil kali cc cm dan hhcm dapat dinyatakan dalam perpindahan kalor total q dan beda-suhu

menyeluruh antara fluida-panas dan fluida dingin. Jadi,

21 hh

hhT T

qcm

dan

12 cc

hhT T

qcm

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

)] /()ln[(

)()(

1122

1122

chch

chch

T T T T

T T T T UAq

Jika persamaan diatas dibandingkan dengan persamaan sebelumnya terlihat bahwa beda

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

)] /()ln[(

)()(

1122

1122

chch

chch

mT T T T

T T T T T

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.



Heat Exchanger

Mesin 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:

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

current Heat 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) C h dan C c 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 :

maxq

q

dimana : q adalah nilai laju sebenarnya dari perpindahan panas dari fluida panas menujufluida dingin, dan qmax merepresentasikan laju maksimum yang mungkin dari perpindahan

panas, yang diberikan dengan hubungan :

icihT T C q

,,min

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

perpindahan panas sebenarnya diekspresikan sebagai :

icih

T T C q,,min



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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” :

max

min

C

C C

T

dan Bilangan Satuan Perpindahan, NTU :

minC

UA NTU

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.



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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.



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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.

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://www.brighthub.com/engineering/mechanical/articles/62410.aspx&rurl=translate.google.co.id&twu=1&usg=ALkJrhh30IcFACREQo1nk6cRIfMcaOJZ8A

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://www.brighthub.com/engineering/mechanical/articles/59900.aspx&rurl=translate.google.co.id&twu=1&usg=ALkJrhjeGj1yPaepOxOOvZC5XHNVugeaig

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://www.brighthub.com/engineering/mechanical/articles/59900.aspx&rurl=translate.google.co.id&twu=1&usg=ALkJrhjeGj1yPaepOxOOvZC5XHNVugeaig

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://www.brighthub.com/engineering/mechanical/articles/62410.aspx&rurl=translate.google.co.id&twu=1&usg=ALkJrhh30IcFACREQo1nk6cRIfMcaOJZ8A



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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:

1 ,1 ,1

, ,

h c

h i c i

T T T T T

2 ,2 ,2

, ,

h c

h o c o

T T T

T T

1 ,1 ,1

, ,

h c

h i c o

T T T

T T

2 ,2 ,2

, ,

h c

h o c i

T T T

T T



Heat Exchanger

Mesin Penukar Kalor

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.

heat exchanger

Documents