57276207 Alat Penukar Kalor

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Thermosiphon Reboiler

Thermosiphon Reboiler adalah reboiler, dimana terjadi sirkulasi fluida

yang akan didihkan dan diuapkan dengan proses sirkulasi almiah (Natural

Circulation), yang dapat bersirkulasi secara paksa dengan adanya pompa sirkulasi. Pada

gambar 2.1. diperlihatkan sebuah thermosiphon reboiler. Media dalam tube adalah

Propan dan Propylen yang masuk kedalam reboiler dengan kondisi 100% cair dan

setelah keluar reboiler menjadi 50 % cair dan 50% uap. Sebaliknya medium

diluar tubes ( Shell-Shell side ) adalah uap, masuk dari atas dan keluar menjadi

kondensat (air).

Thermosiphon reboiler dapat dipakai untuk berbagai keperluan terutama

untuk memanaskan fulida cair seperti minyak, gas cair, alkohol, pulp, dan

sebagainya.

Gambar 2.1. Thermosiphon Reboiler.

Universitas Sumatera Utara

2.2. Alat Penukar Kalor

Thermosiphon reboiler adalah salah satu alat penukar kalor. Alat penukar

kalor adalah perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi

kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas

tersebut dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Maksudnya adalah:

1. Pada alat penukar kalor yang langsung, fluida yang panas akan bercampur

secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu

bejana atau ruangan tertentu.

2. Pada alat penukar kalor yang tidak langsung, fluida panas tidak berhubungan

langsung dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panas itu mempunyai

media perantara, seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnnya.

2.3. Klasifikasi Thermosiphon Reboiler

Thermosiphon reboiler dapat diklasifikasikan berdasarkan pengaturan

aliran yaitu :

1. Aliran Lintas Tabung

Didalam suatu lintasan tabung terdiri dari tabung dan selongsong. Pada

jenis ini fluida yang satu mengalir di dalam tabung sedang fluida yang lain

dialirkan melalui selongsong melintasi luar tabung. Dalam aliran lintasan tabung ini

dapat di gunakan aliran searah atau aliran lawan arah. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada gambar 2.2, berikut.


Gambar 2.2. Aliran Lintasan Tabung.

2. Aliran Menyilang

Aliran menyilang dipakai dalam pemanasan gas cair. Aliran jenis ini

terdiri dari :

Arus Tak campur.

Dalam hal ini fluida pemanas dan fluida yang dipanaskan terkurung di

dalam saluran-saluran sehingga fluida tidak dapat bergerak bebas selama proses

perpindahan panas / kalor terjadi, seperti terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Aliran Menyilang Tak Campur.


Arus Campur.

Fluida yang mengalir di dalam tabung digunakan untuk memanaskan

sedang fluida yang akan dipanaskan dialirkan menyilang berkas tabung. Aliran yang

menyilang berkas tabung disebut arus campur karena dapat bergerak dengan bebas

selama proses perpindahan panas / kalor. ( Lihat gambar 2.4).

Gambar 2.4. Aliran menyilang dengan satu Fluida Campur.

2.4. Jumlah Laluan pada Thermosiphon Reboiler

Adapun dua jenis laluan pada thermosiphon reboiler, yaitu :

1. Jumlah laluan selongsong atau shell pass.

2. Jumlah laluan tabung atau tube pass.

Yang dimaksud dengan tube pass shell ialah laluan yang dilakukan oleh

fluida mulai dari saluran masuk, melewati bagian dalam shell dan mengelilingi

tabung / tube, dan keluar dari saluran buang. Apabila laluan itu dilakukan satu kali

maka disebut 1 pass shell.

Untuk fluida di dalam tube, fluida masuk kedalam saluran yang satu lalu

mengalir ke dalam tube dan keluar melalui saluran yang satunya lagi di sebut 1 pass

tube. Apabila fluida itu membelok lagi masuk kedalam tube, sehingga terjadi dua kali

laluan fluida dalam tube maka disebut dua pass tube.


Jumlah dari pass shell lebih sedikit dari jumlah pass tube. Beberapa

contoh dari jumlah laluan dari thermosiphon dapat dilihat di bawah ini.

Laluan 1-1

Yang dimaksud dengan laluan 1-1 adalah aliran fluida yang berada dalam

shell 1 pass dan aliran fluida dalam tube 1 pass juga. Secara sederhana

kontruksinya dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Laluan 1-1, Arah aliran berlawanan.

Aliran fluida sebelah shell akan berbelok-belok mengikuti sekat-sekat

yang ada. Jumlah sekat yang dipasang akan mempengaruhi perpindahan panas yang

terjadi. Fluida yang mengalir ke dalam tube mempunyai temperatur t1 dan suhu

keluar menjadi t2, sedangkan fluida yang masuk kedalam tube mempunyai

temperatur T1 dan suhu keluarnya T2.


Laluan 1-2

Yang dimaksud dengan laluan 1-2 adalah aliran didalam shell 1 pass, dan

aliran fluida pada sisi tube dipergunakan floating head, Seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Laluan 1-2 dengan Arah Aliran Berlawanan-searah.

Dari gambar 2.6, untuk menggambarkan distribusi teperatur-panjang (luas) tube

harus ditinjau satu persatu, yaitu :

1. Arah aliran fluida yang berlawanan, yaitu aliran fluida dari T1 ke T2dengan aliran fluida t1 ke t1.

2. Aliran yang paralel, yaitu aliran dari T1 ke T2 dan aliran t1 ke t2.

Distibusi temperatur- panjang ( luas ) tube dapat dilihat pada gambar 2.7,

berikut ;

Gambar 2.7. Distibusi Temperature-Panajng Tube


Laluan 2-4

Laluan 2-4 terdiri dari 2 pass aliran shell dan 4 pass aliran pada sisi tube.

Pada gambar 2.7 diperlihatkan lintasan 2-4.

Gambar 2.8. Laluan 2-4.

Pada laluan multi pass ini terdapat pengurungan luas penampang laluan

aliran, kecepatan aliran fluida bertambah besar, dan perpindahan panasnya

semakin meningkat.

Kerugian laluan multi pass ini antara lain :

1. Kontruksi semakin komplek.

2. Kerugian gesekan besar.

Semakin banyak pass dari aliran pada sisi sebelah tubes, akan semakin

besar pula kerugian akibat aliran masuk dan keluar tubes.


2.5. Perpindahan Panas pada Thermosiphon Reboiler

Di dalam industri proses penggorengan perpindahan energi atau panas

sangat banyak digunakan. Sebagaimana dikehetahui bahwa panas dapat

berlangsung lewat 3 cara, dimana mekanisme perpindahan panas itu sendiri

berlainan adanya. Adapun perpindahan panas dapat dilaksanakan dengan :

1. Secara aliran yang disebut dengan perpindahan panas konveksi.

2. Secara molekuler yang disebut dengan perpindahan konduksi.

3. Secara gelombang elektromaknit yang disebut radiasi.

Khususnya perpindahan panas yang digunakan pada themosiphon reboiler

menyangkut butir 1 dan 2 yaitu secara konveksi dan konduksi.

Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang

dilakukan oleh molekul-molekul fluida (cairan atau gas) dalam gerak

melayanglayang. Molekul-molekul tersebut membawa sejumlah panas. Pada saat

molekulmolekul tersebut menyentuh bidang (dinding) yang akan dipanaskan,

maka sebagian panas akan diserap dan sebagian lagi akan dipantulkan, seperti

terlihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9. Perpindahan Panas konveksi.


Panas yang diserap secara konveksi adalah :

Q konv = h . A . ( T a - T d )

Dimana :

Q knov = Panas yang diserap secara konveksi kJ /

h = Koefisien perpindahan panas konveksi k

2

j

2J / m j K

A = Luas bidang yang dipanaskan m

T a = Temperatur fluida K

T d = Temperatur dinding K

Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi yaitu perpindahan panas yang terjadi

dari satu bagian benda padat kebagian lain benda padat tersebut. Perpindahan

panas konduksi juga dapat terjadi dari satu benda padat kebenda padat yang lain jika

bersinggungan atau kontak fisik, tetapi molekul-molekul benda padat yang satu

tidak berpindah kebenda padat yang lain.

Gambar 2.10. Perpindahan Panas Konduksi.


Jumlah panas yang merambat melalui benda padat ( dinding ) adalah :

Dimana :

Qkond k A dT dx Q kond = Panas yang diserap secara konduksikJ / j

k = Koefisien perpindahan panas kJ / m j K

2A = Luas bidang yang dipanaskan m

dT = Perbedaan temperatur T0 TiKdx = Tebal dinding yang dipanaskan m


Documents

57276207 Alat Penukar Kalor