Meningkatkan Kinerja Heat Exchager Dan Faktor Faktor Yang Mempengaruhinya [PDF]

Citation preview

Nama



: Achmad Jamal



Tanggal Kegiatan : 5 April 2017



NPM



: 1506746342



Paraf Asisten



Kelompok



: 03



:



Topik Pemicu : Perpindahan Kalor Konveksi



I.



OUTLINE: 1. Variabel yang menentukan kinerja heat exchanger 2. Faktor yang mempengaruhi kinerja heat exchanger 3. Cara mengoptimalkan kinerja heat exchanger 4. Menjelaskan lapisan batas termal II. PEMBAHASAN 1. Variabel yang menentukan kinerja heat exchanger 



Koefisien overall perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.



 Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas. Karena luas perpindahan panas tidak konstan, sehingga dalam praktek dipilih luas perpindahan panas berdasarkan luas dinding bagian luar.







Selisih temperatur rata-rata logaritmik (T LMTD). LMTD : perbedaan temperatur yang dipukul rata-rata setiap bagian HE. Karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama.



2. Faktor yang mempengaruhi kinerja heat exchanger 



Koefisien overall perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.







Fouling factor (Rd)



Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di permukaan Heat Exchanger yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan heat transfer.



Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses biologi. Penyebab terjadinya fouling : - Adanya pengotor berat yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi. - Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi kerak keras. Akibat fouling : - mengakibatkan kenaikan tahanan heat transfer, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi, operasi maupun perawatan. - ukuran Heat Exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energy meningkat, waktu shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat. Variabel operasi yang berpengaruh terhadap fouling : - Kecepatan Linier Fluida (Velocity) Semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan terjadinya fouling. Sebagai batasan dalam rancangan dapat digunakan nilai-nilai berikut: 1). Kecepatan fluida proses di dalam tube adalah 3 – 6 ft/s 2). Kecepatan fluida pendingin di dalam tube adalah 5 – 8 ft/s 3). Kecepatan fluida tube maksimum untuk menghambat terjadinya fouling adalah 10 – 15 ft/s 4). Kecepatan fluida shell adalah 1 – 3 ft/s. - Temperature Permukaan dan Temperature Fluida. Kecepatan terbentuknya fouling akan meningkat dengan meningkatnya temperatur. 



Pressure drop Untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat memepertahankan tekanan yang dimilikinya selama fluida mengalir.Pressure drop disebabkan oleh 2 hal : - Friksi aliran dengan dinding - Pembelokan aliran Jika ΔP terlalu besar: - Disebabkan jarak antar buffle yang terlalu dekat - Aliran menjadi lambat



- Perlu tenaga pompa yang besar Jika ΔP terlalu rendah -Perpindahan panas tidak sempurna 3. Cara mengoptimalkan kinerja heat exchanger 



Memilih material heat exchanger dengan material yang memiliki nilai konduktivitas tinggi. Perpindahan kalor yang terjadi pada heat exchanger dipengaruhi oleh besarnya koefisien perpindahan panas keseluruhan. Apabila nilai koefisien perpindahan keselruhan makin besar maka kalor yang berpindah juga semakin besar pula. Nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan akan semakin besar jika nilai tahanan konduksi pada material tube semakin kecil. Perpindahan panas yang terjadi di dalam heat exchanger seperti pada gambar berikut



Gambar 1. Perpindahan panas keseluruhan pada heat exchanger Sumber : J. P. Holman, “Heat Transfer, Tenth Edition”, McGraw-Hill Companies, Inc, 2010 page 523



Dimana nilai tahanan konduksi pada material tube merupakan ∆x/kA . Apabila digunakan material dengan konduktivitas yang tinggi maka tahanan konduksi akan semakin kecil dan perpindahan panas akan semakin maksimal. 



Meningkatkan kecepatan fluida alir akan meningkatkan reynold number sehingga bilangan nussel juga semakin meningkat. Meningkatnya bilangan nussel juga sebanding dengan meningkatnya koefisien perpindahan panas konveksi (h) mengikuti persamaan berikut



Nu=h



d k



Dengan meningkatnya koefisien perpindahan panas konveksi maka perpindahan kalor konveksi yang terjadi akan maksimal. 



Cara meningkatkan kinerja heat exchanger juga dapat dilakukan dengan secara rutin membersihkan heat exchanger dari fouling ( pengotor) minimal 1 tahun sekali. Adanya zat pengotor yang terbawa oleh aliran fluida akan menempel pada luas permukaan kontak antara fluida dengan padatan sehingga zat pengotor tersebut akan menjadi tahanan bagi perpindahan panas konduksi.







Dengan memperbesar luas area yang tegak lurus dengan perpindahan panas (luas area tube) maka perpindahan panas yang terjadi di dalam heat exchanger akan menjadi maksimal sehingga panjang dari desain heat exchanger yang digunakan akan semakin pendek dan akan menghemat ruang dan biaya.



4. Menjelaskan lapisan batas termal Lapisan batas termal adalah daerah didalam aliran dimana terjadi gradient suhu .Perbedaan gradient suhu ini terjadi karena interaksi antara fluida dengan padatan (dinding). Profil temperature didalam termal boundary layer mengikuti gambar berikut



Gambar 2. Profil Temperatur Didalam Thermal Boundary layer



Sumber : J. P. Holman, “Heat Transfer, Tenth Edition”, McGraw-Hill Companies, Inc, 2010 page 232



Termal boundary layer merupakan hambatan didalam perpindahan panas konveksi sehingga diharapkan suatu aliran dalam heat exchanger memiliki termal boundary layer yang tipis. Termal boundary layer yang tipis akan didapatkan dengan meningkatkan aliran fluida hingga mencapai aliran turbulen. Boundary layer pada aliran turbulen lebih kecil bila dibandingkan dengan boundary layer aliran laminar. Dengan boundary layer yang kecil maka termal boundary layernya akan semakin kecil pula. Hubungan antara boundary layer (�) dengan termal boundary layer (�t) adalah sebagai berikut



Semakin kecil suatu boundary layer maka termal boundary layernya juga akan semakin kecil sehingga perpindahan panas akan semakin baik. III. DAFTAR PUSTAKA Holman, J. Heat transfer in SI units. New Dehli: McGraw-Hill, 2008 James R. Welty, Charles E. Wicks, Gregory Rorrer - 2009 Foust, A.S., et a1., Principles of Unit Operations, John Wiley & Sons, New York, 1980. Geankoplis, C.J., Transport Process and Unit Operations, A11yn and Bacon Inc., 1987.