ALAT PENUKAR PANAS HE ( 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.

1. Fungsi Heat ExchangerMengatur sistem atau substansi temperature dengan menambah atau

menghilangkan energi termal.2. Perpindahan Kalor

Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah melalui tiga cara, yaitu:

1. Perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan molekul-molekul zat yang menjadi perantaranya. Contohnya adalah peristiwa memanasnya ujung besi akibat ujung satunya dipanaskan dengan api. Dalam peristiwa tersebut, molekul-molekul besi tidak mengalami perpindahan, melainkan hanya menghantarkan kalornya saja.

2. Perpindahan kalor secara konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan molekul zat yang menghantarkannya. Contohnya adalah peristiwa alam, seperti terjadinya angin laut dan angin darat. Pada siang hari, panas matahari menyebabkan daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini menyebabkan udara di atas daratan menjadi lebih panas daripada udara di atas laut. Oleh karena itu, udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas laut sehingga terjadilah

aliran udara dari lautan menuju daratan yang dinamakan angin laut. Pada malam hari, daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini menyebabkan udara di atas daratan lebih dingin daripada udara di atas lautan. Oleh karena itu, udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas darat sehingga terjadilah aliran udara dari daratan menuju lautan yang dinamakan angin darat.

3. Perpindahan kalor secara radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan perantara apapun. Contoh dalam hal ini adalah merambatnya panas matahari yang diterima oleh bumi.

3. Aplikasi Heat ExchangerBiasa digunakan pada :

1. Pemanas ruangan2. Mesin pendingin3. Pembangkit tenaga listrik4. Pabrik kimia5. Pabrik petrokimia6. Kilang minyak7. Pengolahan limbah

Contoh: mesin pembakaran internal dimana air sebagai pendingin yang mengalir dalam radiator, udara melalui coil, sehingga air mendinginkan mesin.

4. Tipe Aliran pada Alat Penukar PanasTipe 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)

5. Jenis-jenis penukar panasJenis-jenis penukar panas antara lain :

1. Tubular Heat Exchanger2. Plate Heat Exchanger3. Shell and Tube Heat Exchanger4. Jacketed Vessel

6. ALIRAN TURBULEN DAN LAMINAR

Aliran turbulen lebih baik dalam perpindahan panasnya karena fluida bercampur. Aliran laminar, proses perpindahan panas bergantung seluruhnya pada konduktivitas termal dari fluida untuk perpindahan panas dari dalam aliran ke dinding exchanger. Aliran laminar menghasilkan kerugian kecil, yang hasilnya berbanding lurus dengan kenaikan kecepatan. Contohnya, dua kali lipat kecepatan aliran, menggadakan kehilangan tekanan.

7. Tipe aliran pada exchanger dapat ditentukan dengan Reynolds Number (NRe)

NRe = ρ x v x D / µ

Dimana : v = kecepatan ρ = massa jenis D = diameter pipa dimana fluida mengalir µ = viskositas

jika Reynolds number < 2000 maka aliran fluida laminar, sedangkan jika Reynolds Number > 6000 maka aliran fluida sepenuhnya turbulen.

KESEIMBANGAN

Panas yang dipindahkan ke fluida dingin harus sama dengan perpindahan panas dari fluida panas.

Menurut persamaan berikut :Q = [m x Cp x (Tout – Tin)]cold

= [m x Cp x (Tout – Tin)]hot

Dimana : m = laju aliran massa per satuan waktuJadi, panas yang ditransfer per satuan waktu sama dengan produk dari massa aliran per satuan waktu, panas spesifik, dan suhu berubah.

EFEKTIVITAS

Efektifitas adalah perbandingan aktual panas yang ditransfer ke panas yang bisa ditransfer oleh penukar kalor dengan ukuran tak terbatas.

PERSAMAAN HEAT EXCHANGER

Tingkat perpindahan panas dari peukar kalor tergantung pada desain dan sifat dari fluida dua aliran. Karakteristik ini dapat didefinisikan sebagai :

Q = UA∆Tlog mean

Dimana : U = koefisien perpindahan panas keseluruhan, atau kemampuan untuk mentransfer panas antara aliran fluida.

A = total luas dinding yang memisahkan dua cairan.∆Tlog mean = rata-rata perbedaan temperatur efektif antara dua aliran

fluida yang lebih panjang pada alat penukar kalor.

PEMILIHAN FLUIDA YANG DILEWATKAN PADA SHELL  DAN  TUBE HEAT EXCHANGER

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida dalam shell side dan Tube side untuk shell and Tube exchanger adalah :

a. Kemampuan untuk dibersihkan (Cleanability)Jika dibandingkan cara membersihkan Tube dan Shell, maka pembersihan sisi shell  jauh lebih sulit. Untuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di sebelah shell dan fluida yang kotor melalui Tube.

b. KorosiMasalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida dialirkan melalui Tube untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan shell. Jika terjadi kebocoran pada Tube, heat exchanger masih dapat difungsikan kembali. Hal ini disebabkan karena Tube mempunyai ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan kekuatan dari small diameter Tube melebihi shell.

c. TekananShell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. Untuk mengatasi hal itu apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan melalui Tube.

d. TemperaturBiasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi pada Tube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan luar Tube atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida yang mengalir di shell. Jika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan

padashell side, maka transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah Tube, tapi ada kemungkinan transfer panas juga terjadi ke arah luar shell (ke lingkungan).

e. Sediment/ Suspended Solid / FoulingFluida yang mengandung sediment/suspended solid atau yang menyebabkan fouling sebaiknya dialirkan di Tube sehingga Tube-Tube dengan mudah dibersihkan. Jika fluida yang mengandung sediment dialirkan di shell, maka sediment/fouling tersebut akan terakumulasi pada stagnant zone di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell menjadi tidak mungkin dilakukan tanpa mencabutTube bundle.

f. ViskositasFluida yang viscous atau yang mempunyai low transfer rate dilewatkan melalui shell karena dapat menggunakan baffle. Koefisien heat transfer yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih viscous pada shell side sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran crossflow (terutama karena pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan viskositas > 2 cSt dialirkan di shell side untuk mengurangi luas permukaan perpindahan panas yang diminta. Koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen akan terjadi melintang melalui sisi luar Tube dan baffle.

Heat Exchanger

DAFTAR PUSTAKA

http://pelatihanguru.net/category/alat-penukar-kalorhttp://www.slideshare.net/intanDH/heat-exchanger-alat-penukar-panas#btnNex

PRAKTIKUM SATUAN OPERASI-2

PERALATAN DRYER DAN HEAT EXCHANGER

DISUSUN OLEH :

Liza Humairoh (0611 3040 0325)

KELAS : 4 KB

DOSEN PEMBIMBING :

Ir. Hj. Nyayu Zubaidah, M.SiNIP. 195501011988112001

TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA 2013