Makalah Perpindahan Panas [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Heat transfer adalah ilmu yang mempelajari tentang kecepatan perpindahan panas dari sumber panas (heat body) ke penerima panas (cold body). Manfaat ilmu ini adalah untuk membantu merancang alat yang berhubungan dengan panas atau preheater, misalnya cooler, condenser, reboler dan evaporator. Holman (1995) mengatakan bahwa ”perpindahan panas merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Perbedaan temperatur di antara kedua benda inilah yang menyebabkan kalor berpindah dari satu daerah ke daerah lain. Terdapat tiga cara perpindahan panas yang terjadi di alam, yaitu konveksi, konduksi, dan radiasi”. Konveksi merupakan perpindahan panas dari satu titik ke titik lainnya dalam suatu cairan melalui pencampuran dari satu bagian cairan ke bagian lainnya. Contohnya adalah proses memanaskan air dalam panci menggunakan kompor. Air yang paling panas di permukaan bawah panci akan secara otomatis naik ke bagian atas sehingga panas akan menyebar secara menyeluruh Menurut Giancoli (1998)”perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah bertemperatur tingi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair, atau gas)”. Contohnya adalah ketika memanaskan salah satu ujung suatu batang besi maka secara perlahan panas akan terasa pula pada ujung besi yang lain. Radiasi adalah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan kalor (Masyitah 2006).



1



B. Rumusan Masalah 1. Apa saja jenis – jenis perpindahan panas? 2. Apa saja contoh perpindahan panas dalam kehidupan sehari – hari? 3. Apa saja alat perpindahan panas dalam wilayah industri?



C. Tujuan 1. Untuk mengetahui jenis – jenis perpindahan panas 2. Untuk mengetahui contoh perpindahan panas dalam kehidupan sehari – hari. 3. Untuk mengetahui alat perpindahan panas dalama wilayah industri



2



BAB II PEMBAHASAN



A.



Pengertian Perpindahan Panas Perpindahan kalor dari suatu zat ke zat lain seringkali terjadi dalam



industri proses. Pada kebanyakan proses diperlukan pemasukan atau pengeluaran ka1or untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Kondisi pertama yaitu mencapai keadaan yang dibutuhkan untuk pemrosesan, terjadi umpamanya bila pengerjaan harus berlangsung pada suhu tertentu dan suhu ini harus dicapai dengan jalan pemasukan atau pengeluaran kalor. Kondisi kedua yaitu mempertahankan keadaan yang dibutuhkan untuk operasi proses, terdapat pada pengerjaan eksoterm dan endoterm. Secara umum perpindahan panas merupakan berpindahnya energi panas dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari perbedaan suhu diantara kedua daerah tersebut. Secara umum ada tiga cara perpindahan panas yang berbeda yaitu: konduksi, radiasi dan konveksi. Jika kita berbicara secara tepat, maka hanya konduksi dan radiasi dapat digolongkan sebagai proses perpindahan panas, karena hanya kedua mekanisme ini yang tergantung pada beda suhu. Sedangkan konveksi tidak secara tepat memenuhi definisi perpindahan panas, karena untuk perpindahannya bergantung pada transport massa mekanik. Tetapi karena konveksi juga menghasilkan perpindahan energi dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang lebih rendah, maka istilah konveksi telah diterima secara umum. Berdasarkan penyelidikan fenomena di alam, panas itu dapat merambat dari suatu bagian ke bagian lain melalui zat atau benda yang diam. Panas juga dapat dibawa oleh partikel-partikel zat yang mengalir. Pada radiasi panas, tenaga panas berpindah melalui pancaran gelombang elektromagnetik. Ada beberapa alat penukar panas yang umum digunakan pada industri. Alat-alat penukar panas tersebut antara lain: double pipe, shell and tube, plate-frame, spiral, dan lamella.



3



Penukar panas jenis plate and frame mulai dikembangkan pada akhir tahun 1950. Banyak penelitian yang dilakukan pada penukar panas jenis ini, namun umumnya fluida operasi yang digunakan adalah air. Pada percobaan ini kita akan membahas perpindahan panas secara konduksi. Joseph Fourier adalah salah seorang yang mempelajari proses perpindahan panas secara konduksi. Pada tahun 1822, Joseph Fourier telah merumuskan hukumnya yang berkenaan dengan konduksi. Tinjauan terhadap peristiwa konduktif dapat diambil dengan berbagai macam cara. Pada prinsipnya berakar dari hukum Fourier, mulai dari subjek yang sederhana yaitu hanya sebatang logam (composite bar). Banyak faktor yang mempengaruhi peristiwa konduksi. Diantaranya pengaruh luas penampang yang berbeda, pengaruh luas penampang yang berbeda, pengaruh geometri, pengaruh permukaan kontak, pengaruh adanya insulasi dan lain-lainnya. Faktor-faktor tersebut nantinya akan sangat berpengaruh pula pada saat kita melakukan perhitungan dalam panas konduksi ini. Selain itu, sering kali ditemui kesulitan dalam membuktikan penerapan hukum Fourier untuk berbagai variasi kondisi percobaan. Oleh karena itu pada percobaan ini diatur sedemikian rupa, yakni percobaan dilakukan dalam empat tipe yang tentunya dengan menggunakan rumus-rumus yang berbeda dan dengan asumsi-asumsi yang sesuai. Dengan demikian tentu akan mengurangi kesulitan dalam melakukan percobaan. Sehingga peristiwa perpindahan panas secara konduksi ini nantinya akan diketahui pula bagaimana hasil dari panas perhitungan yang didapat berdasarkan perhitungan hasil percobaan dengan besarnya jumlah panas yang disupplai. Hal ini tentunya akan lebih dipahami setelah percobaan mengenai panas konduksi ini dilakukan.



4



B.



Sifat – Sifat Perpindahan Kalor Bila dua buah benda yang memiliki temperatur yang berbeda berada



dalam kontak termal, maka kalor akan mengalir dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. C.



Mekanisme Perpindahan Panas Ada 3 cara mekanisme perpindahan panas yang dapat terjadi yaitu:



1) Konduksi 2) Konveksi 3) Radiasi 1) Konduksi Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat. Suatu zat dapat menghantar kalor disebut konduktor, seperti berbagai jenis logam. Sedangkan zat penghantar kalor yang buruk disebut isolator, pada umumnya benda-benda non logam. Contoh konduksi adalah memanaskan batang besi di atas nyala api. Apabila salah satu ujung besi dipanaskan, kemudian ujung yang lain dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang semakin panas. Hal ini menunjukkan bahwa kalor atau panas berpindah dari ujung besi yang dipanaskan ke ujung besi yang dipegang. Dalam konduksi, energi juga dapat dipindahkan oleh elektron bebas, yang mana juga cukup penting pada material solid. Contoh perpindahan panas secara konduksi yaitu perpindahan panas melalui dinding heat exchangers atau sebuah refrigerator, perlakuan panas pada steel forgins, pendinginan tanah sepanjang musim dingin, dan lain-lain. 2) Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Perpindahan panas secara konveksi terjadi melalui aliran zat, contoh yang sederhana adalah proses mencairnya es batu yang dimasukkan ke dalam air panas. Panas pada air berpindah bersamaan dengan mengalirnya air



5



panas ke es batu. Panas tersebut kemudian menyebabkan es batunya meleleh. Contoh lainnya yaitu ketika kita sedang memasak air. Air yang berada di bagian bawah mendapatkan panas lebih dahulu, kemudian pindah ke bagian atas tempat suhu dingin, dengan demikian suhu yang dingin indah ke bawah. Begitu seterusnya sehingga kita melihat air yang dimasak itu turun naik. Untuk membuktikannya, saat memasak air, masukkan biji kacang hijau, lihat bagaimana kacang hijau tersebut bergerak naik turun. Syarat terjadinya perpindahan panas secara konveksi yaitu: 1) Ada medium. 2) Medium ikut berpindah. 3) Driving force : beda temperatur Perpindahan panas secara konveksi antara batas benda padat dan fluida terjadi dengan adanya suatu gabungan dari konduksi dan angkutan (transport) massa. Jika batas tersebut bertemperatur lebih tinggi dari fluida, maka panas terlebih dahulu mengalir secara konduksi dari benda padat ke partikel-partikel fluida di dekat dinding. Energi yang di pindahkan secara konduksi ini meningkatkan energi di dalam fluida dan terangkut oleh gerakan fluida. Bila partikel-partikel fluida yang terpanaskan itu mencapai daerah yang temperaturnya lebih rendah, maka panas berpindah lagi secara konduksi dari fluida yang lebih panas ke fluida yang lebih dingin. Konveksi dibedakan menjadi 2 yaitu: a)



Konveksi Alami Konveksi alami yaitu proses perpindahan kalor melalui zat yang disertai



perpindahan partikel – partikel zat tersebut akibat perbedaan massa jenis. Jika arus itu terjadi sebagai akibat gaya apung yang disebabkan oleh perbedaan densitas dan perbedaan densitas ini adalah akibat dari adanya gradien suhu di dalam massa fluida itu, maka peristiwa itu disebut konveksi alamiah ( natural convection ). Contoh konveksi alamiah ialah aliran udara melintas radiator panas. b) Konveksi Paksa Konveksi paksa yaitu proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel – partikel zat tersebut akibat suatu paksaan 6



terhadap partikel bersuhu tinggi tersebut. Jika arus itu digerakkan oleh suatu peranti mekanik seperti pompa dan agitator ( pengaduk ), aliran itu tidak bergantung pada gradien densitas, dan disebut dengan konveksi paksa ( forced convection ). Contoh konveksi paksa ialah aliran kalor melalui pipa panas. Perpindahan energi yang terjadi pada medium yang diam ( padat atau zat yang mengalir) apabila ada gradien temperatur dalam media tersebut. Laju perpindahan panas konduksi melalui suatu lapisan material dengan ketebalan tetap adalah berbanding lurus dengan beda suhu di pangkal dan ujung lapisan tersebut, berbandung lurus dengan luas permukaan tegak lurus arah perpindahan panas



dan



berbanding



terbalik



dengan



ketebalan



lapisan.



Hukum Fourier untuk heat konduksi ini sesuai untuk seluruh jenis solid, liquid dan gas. Koefisien k adalah sifat transport dari suatu material dan disebut thermal conductivity, sesuai untuk beberapa analisa. Banyak peristiwa – peristiwa terjadinya konduksi yang sering kita temui,dapat kita jadikan contoh antara lain adalah peristiwa kehilangan energi dari ruangan yang dipanaskan terhadap udara luar melalui dinding . Dinding tersebut memisahkan udara dalam ruangan dengan udara luar pada suatu medium yang dingin, peristiwa dicelupkannya besi dengan tiba-tiba kedalam air panas, peristiwa ini menyebabkan besi tersebut menjadi panas sebagai akibat dari adanya konduksi energi dari air panas melalui besi tersebut. Peristiwa ini dapat memindahkan energi dari daerah panas ke daerah dingin dari substansi dengan interaksi molekuler. Dalam fluida pertukaran energi adalah dengan persentuhan secara langsung. Dalam solid, mekanisme yang utama adalah vibrasi lattice relatif. Terjadinya peristiwa perpindahan energi dari suatu bagian bertemperatur tinggi ke bagian bertemperatur rendah, disebabkan jika pada suatu benda terdapat gradien suhu (temperature gradient). Persamaan Fourier digunakan untuk menghitung perpindahan jumlah energi per unit waktu. Energi dikonduksi dalam muka kiri + panas digenerasi dalam elemen sama dengan perubahan dalam energi dalam + energi yang dikonduksi muka kanan luar.



7



D.



Konduktivitas Termal Termal konduktivitas adalah proses untuk memindahkan energi dari



bagian yang panas kebagian yang dingin dari substansi oleh interaksi molekular. Dalam fluida, pertukaran energi utamanya dengan tabrakan langsung. Pada solid, mekanisme utama adalah vibrasi molekular. Konduktor listrik yang baik juga merupakan konduktor panas yang baik pula. Untuk gas-gas pada suhu agak rendah, pengolahan analitis teori kinetika gas dapat dipergunakan untuk meramalkan secara teliti nilai-nilai yang diamati dalam percobaan. Untuk meramalkan konduktivitas termal zat cair dan zat padat, ada teori yang dapat digunakan dalam beberapa situasi tertentu, tetapi pada umumnya, dalam zat cair dan zat padar terdapat banyak masalah yang masih memerlukan penjelasan. Konduktivitas termal tergantung pada suhu dan ketergantungan agak kuat untuk berbagai konstruksi dan bahan teknik lainnya. Ketergantungan ini biasanya dinyatakan dengan suatu hubungan linier. Akan tetapi suhu rata-rata bahan itu sering tidak diketahui. Hal ini pada umumnya benar untuk dinding berlapis banyak, dimana halnya beda suhu menyeluruh yang pada mulanya ditentukan. Dalam hal-hal demikian,jika data memungkinkan, masalah ditangani dengan mengandaikan nilai-nilai yang dianggap wajar untuk suhu-suhu antar muka, sehingga k untuk masing-masing bahan bisa didapatkan dan fluks kalor per satuan luas dapat ditentukan. Dengan menggunakan nilai yang didapatkan, nilainilai yang diandaikan untuk suhu antar muka dapat diperbaiki dengan menerapkan Hukum Fourier pada setiap lapisan, dimulai dengan suhu permukaan yang diketahui. Prosedur ini dapat diulangi terus hingga didapatkan kesamaan yang memuaskan antara suhu antar muka yang sebelumnya dengan nilai-nilai baru yang didapatkan dari perhitungan. Distribusi untuk dinding datar yang konduktivitas termalnya berbanding lurus dengan suhu, didapatkan secara analitis, sedangkan perhitungan untuk dinding silinder, k tergantung secar linier pada suhu.



8



Mekanisme fisis konduksi energi-termal dalam zat cair secara kualitatif tidak berbeda dari gas : namun, situasinya menjadi jauh lebih rumit karena molekul-molekulnya lebih berdekatan satu sama lain, sehingga medan gaya molekul lebih besar pengaruhnya pada pertukaran energi dalam proses tubrukan molekul. Dalam sistem satuan inggris aliran kalor dinyatakan dalam satuan termal Inggris per jam, (Btu/h), luas permukaan dalam kaki (foot) persegi, dan suhu dalam derajat Fahrenheit. Dengan demikian satuan konduktivitas termal adalah Btu/h . ft. oF. Konstanta kesebandingan dimiliki oleh setiap material. Dalam bentuk matematiknya dengan menganggap bahwa temperatur bervariasi dalam arah –x. Bila bahan/material adalah isontropis maka konduktivitasnya tidak bervariasi terhadap arah x, catatan bahwa tanda negatif pada persamaan Fourier diatas diperoleh dari Hukum II Termodinamika untuk meyakinkan bahwa laju panas positif dalam arah penurunan temperatur (dari daerah panas kedaerah dingin). Gradien suhu (temperature gradient) yang terdapat dalam suatu bahan homogen akan menyebabkan perpindahan energi didalam medium itu. Sifat linierseperti ini selalu ditemukan pada medium homogen yang mempunyai k tertentu dalam perpindahan kalor benda itu termasuk titik-titik pada permukaan benda. 1)



Konduktivitas termal zat padat Konduktivitas termal logam dalam fase padat yang diketahui komposisinya



bergantung terutama pada suhu saja. Konduktivitas termal logam dalam jangkau suhu yang cukup luas biasanya dinyatakan dengan rumus : K = ko ( 1 + bθ + cθ2 )



(3)



Keterangan : θ



= T- T rujukan dan



ko = konduktivitas pada suhu rujukan T rujukan.



Kisaran suhu ini, pada berbagai penerapan teknik, biasanya cukup kecil, biasanya hanya beberapa ratus derajat, sehingga :



9



K = Ko ( 1 + h0 )



(4)



Keterangan : θ



= T- T rujukan dan



ko = konduktivitas pada suhu rujukan T rujukan. k



= Konduktivitas termal pada zat padat



Konduktivitas termal bahan yang homogen biasanya sangat bergantung pada densitas lindak semu (aparent bulk density), yaitu massa bahan dibagi dengan volume total.



2)



Konduktivitas termal zat cair Dalam hal ini k bergantung pada suhu, tetapi tidak peka terhadap tekanan.



Konduktivitas thermal kebanyakan zat cair berkurang bila suhu makin tinggi, kecuali air dimana k bertambah sampai 300oF dan berkurang pada suhu yang lebih tinggi. Air mempunyai konduktivitas termal paling tinggi diantara semua zat-cair, kecuali logam cair. 3) Konduktivitas termal gas Pada suhu yang semakin tinggi pada tekanan disekitar tekanan atmosfir, maka konduktivitas termal akan semakin bertambah. Hampir tidak dipengaruhi oleh tekanan jika berada pada tekanan tinggi yaitu pada saat tekanan mendekati kritis atau lebih tinggi lagi. Adapun gas yang terpenting pada konduktivitas termal ini ialah udara dan uap air. a) Peristiwa Konduksi Untuk Sistem Radial Konduktivitas termal tergantung pada suhu dan ketergantungan agak kuat untuk berbagai konstruksi dan bahan teknik lainnya. Sebuah dinding satu lapis, berbentuk silinder, terbuat dari bahan homogen dengan konduktivitas termal tetap dan suhu permukaan dalam dan suhu permukaan luar seragam. Pada jari-jari tertentu luas yang tegak lurus terhadap aliran kalor konduksi radial adalah 2prL, dimana L adalah panjang silinder. Contoh yamg umum untuk sistem ini adalah



10



silinder, yang memiliki permukaan luar dan permukaan dalam yang diekspos pada fluida yang memilki perbedaan temperatur. b) Perpindahan Panas Konduksi Pada Dinding Berlapis Perpindahan panas terbagi menjadi beberapa kondisi. Salah satu yang paling rumit ialah perpindahan panas pada dinding berlapis. Dianggap paling rumit karena dinding berlapis memiliki konduktivitas bahan yang berbeda-beda disetiap bahan lapisan yang digunakan. Rangkaian termal biasadigunakanyaitu pada sistem yang kompleks, seperti dinding berlapis. Dinding berlapis semdiri terdiri dari beberapa jenis rangkaian. Penukar panas untuk fluida kerja yang memiliki rapat massa besar (fluida cair), energi yang hilang akibat gesekan reletif lebih kecil daripada energi yang dibutuhkan sehingga pengaruh yang merugikan ini jarang diperhitungkan. Sedangkan untuk fluida yang rapat massanya rendah seperti gas, penambahan energi mekanik dapat lebih besar dari laju panas yang dipertukarkan. Pada sistem pembangkit daya termal, energi mekanik dapat mencapai 4 sampai 10 kali energi panas yang dibutuhkan. Proses pertukaran panas di industri digunakan untuk pemenuhan kebutuhan unit proses dan untuk konservasi energi. Penukar panas yang baik adalah



yang



memiliki



laju



perpindahan



panas



seoptimal



mungkin.



Ketidakoptimalan laju perpindahan panas ditentukan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Hasil-hasil penelitian yang telah dipublikasikan menunjukkan bahwa perubahan fluks massa udara dapat meningkatkan nilai U untuk setiap laju alir massa flue gas konstan pada alat penukar panas jenis plat. Marriot (1971) membatasi rentang bilangan Reynolds yang efektif untuk fluida operasi gas-gas adalah 10-400. Pada bilangan Reynolds yang terlalu tinggi, laju alir fluida juga akan tinggi, yang akan menyebabkan perpindahan panas tidak efektif. Ada tiga tipe penukar panas yang sering digunakan, yakni plate and frame/gaskette plate (umumnya disebut plate exchanger), spiral plate, dan



11



lamella. Kesamaan dari ketiga konfigurasi ini adalah permukaan pemindahan panas sama-sama terdiri dari paralel lempeng logam yang dipisahkan permukaan kontak dan panas yang diterima mengubah aliran fluida pada saluran tipis.



E.



Hukum Fourier Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah



berupa kesebandingan yang ada antara laju aliran kalor melintas permukaan isotermal dan gradien suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hubungan umum ini, yang berlaku pada setiap lokasi di dalam suatu benda, pada setiap waktu disebut hukum fourier. Hukum itu dapat dituliskan sebagai : T dq = -k dA n



(1)



Keterangan : A = Luas permukaan isotermal n = Jarak, diukur normal ( tegak lurus ) terhadap permukaan itu q = Laju aliran kalor melintas permukaan itu pada arah normal terhadap permukaan T = Suhu k = Konstanta proporsionalitas ( tetapan kesebandingan )



3) Radiasi Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Untuk memahami ini, dapat kita lihat kehidupan kita sehari-hari. Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita akan merasakan gerah atau kepanasan. Ketika kita duduk dan mengelilingi api unggun, kita merasakan hangat walaupun tidak bersentuhan dengan apinya secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan radiasi. Contoh lainnya, yaitu ketika kita mendekatkan tangan kita



12



pada bola lampu yang sedang menyala. Rasa panas lampu akan memengaruhi tangan kita sehingga tangan kita terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa rasa panas



dari lampu dipindahkan secara radiasi



atau pancaran .



Radiasi



merupakan istilah yang digunakan untuk perindahan energi melalui ruang oleh gelombang-gelombang elektromagnetik. Jika radiasi melalui ruang kosong, ia tidak ditranformasikan menjadi kalor atau bentuk-bentuk lain energi, dan ia tidak pula akan terbelok dari lintasannya. Tetapi sebaliknya, bila terdapat zat pada lintasannya, radiasi itu akan mengalami transmisi (diteruskan), refleksi (dipantulkan), dan absorpsi (diserap).



F. Alat Penukar Panas 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) Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu : 



Counter current flow (aliran berlawanan arah)







Paralel flow/co current flow (aliran searah)







Cross flow (aliran silang)



13







Cross counter flow (aliran silang berlawanan)



2) Jenis-jenis penukar panas Jenis-jenis penukar panas antara lain : 1. Plate Heat Exchanger Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.



14



•



Terdiri dari pelat ganda, tipis, sedikit terpisah yang memiliki permukaan yang sangat besar dan bagian-bagian aliran fluida untuk perpindahan panas.



Kelebihan : •



Koefisien perpindahan panas tinggi



•



Area perpindahan panas luas



15



•



penurunan tekanan rendah



•



Efektivitas tinggi



Kekurangan : 



Kemampuan tekanan rendah







Ada banyak jenis exchanger plate yang permanen atau tipe close



2. Shell and Tube Heat Exchanger Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.



•



Terdiri dari seikat tabung sejajar yang memberikan transfer panas, permukaannya memisahkan dua aliran fluida



16



•



Pada bagian tube-side Fluida melewati secara aksial melalui bagian dalam tabung;



•



Pada bagian shell-side



•



Fluida melewati bagian luar tabung.



•



Pada bagian Baffles Sekat luar dan tegak lurus pada tabung, berbentuk melintang dan menyokong tabung



•



Tube side menutup ujung tabung, memastikan pemisahan dua aliran



Kelebihan : •



Thermal performance lebih tinggi dari tipe penukar kalor jenis coil



•



Tekanan lebih tinggi dari penukar kalor jenis pelat efisiensi yang tinggi,



•



memerlukan tempat yang minim



•



mudah dirawat



•



mudah beradaptasi hampir semua tipe liquid chilling



Kekurangan : •



Kinerja termal [thermal performance] lebih rendah dari tipe penukar kalor jenis pelat



•



Tekanan lebih rendah dari penukar kalor jenis coil



3. Spiral Heat Exchanger (SHE) •



Bentuk (gulungan) tabung helik (atau seperti obat nyamuk)



•



Jarak antara lembar saluran spiral dijaga dengan menggunakan paku pengatur jarak yang dilas sebelum bergulung.



17



•



Begitu paket spiral utama telah di gulung. Alternatif atas dan bawah yang dilas dan setiap ujungnya ditutup oleh penutup berbentuk kerucut pipih.



•



Hal ini menjamin tidak ada percampuran dua cairan akan terjadi.



Kelebihan : •



efisien terhadap ruang/tempat



•



mudah untuk perbaikan dalam kinerja



•



lebih murah rendah biaya modal



•



rendah biaya energi.



Aplikasi: •



Biasanya pada Pasteurisasi,



•



pemanasan bioreaktor,



•



endinginan limbah dan lainya



4. Plate & Shell heat exchanger •



Menggabungkan heat exchanger plate dan teknologi heat exchanger shell & tube.



•



Di tengah-tengah dari heat exchanger ada satu plate yang dilas melingkar dibuat dengan menekan dan memotong pelat



18



Kelebihan : •



transfer panas tinggi,



•



tekanan tinggi,



•



suhu operasi yang tinggi,



•



ukuran yang ringkas,



•



penyumbatan yang rendah



•



suhu pendekatan dekat.



•



aman terhadap kebocoran pada tekanan dan suhu tinggi



5. Coil heat exchangers (Penukar Kalor Jenis Kumparan) •



Diameter kecil



•



Panjang tabung konsentris ditempatkan dalam tabung yang lebih besar



•



Tabung gabungan yang melengkung dalam heliks.



•



Tipe ini sistemnya kuat



Kelebihan : •



Murah



•



Kecepatan aliran lebih tinggi



•



Bilangan reynolds lebih tinggi



•



cocok untuk aliran rendah



Kekurangan: •



Area perpindahan panas nya kecil sehingga kinerja termal buruk



Aplikasi : -



biasanya digunakan untuk membentuk suatu suhu tetap untuk aliran proses-sampel sebelum melakukan pengukuran.



-



Digunakan untuk mengkondensasikan suhu tinggi aliran sampel



19



6. Heat exchangers perubah fasa •



Heat exchanger ini dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan hingga menguap (atau mendidih)



Aplikasi : •



Reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara penyulingan



•



Pembangkit tenaga listrik yangmemiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan heat exchanger untuk mendidihkan air menjadi uap.



•



Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang sering disebut boiler atau generator uap



20



BAB III PENUTUP



A.



Kesimpulan Perpindahan panas terdiri dari proses konduksi, konveksi, dan



radiasi. Hal ini disebabkan adanya perbedaan suhu antar benda atau molekul tertentu. Setiap perpindahan panas memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Semakin banyak bentuk rambatan panas yang terlibat pada suatu benda, maka semakin cepat pula panas dapat mengalir. Alat penukar panas yang digunakan pada industri umumnya yaitu plate heat exchanger, shell & tube heat exchanger, spiral heat exchanger, Plate & Shell heat exchanger, coil heat exchangers, dan heat exchangers perubah fasa.



B.



Saran Makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan mengenai



perpindahan panas. Diharapkan agar pembaca dapat memahami maksud dari perpindahan panas, jenis – jenis perpindahan panas serta alat perpindahan panas.



21



DAFTAR PUSTAKA



https://www.slideshare.net/intanDH/heat-exchanger-alat-penukarpanas http://beck-fk.blogspot.co.id/2012/05/alat-heat-exchanger.html http://goelanzsaw.blogspot.co.id/2013/02/alat-penukar-panas.html http://irbmevonnovembri.blogspot.co.id/2011/08/heat-exchanger-alatpenukar-panas.html https://www.scribd.com/doc/51301618/Makalah-Perpindahan-Panas https://dokumen.tips/documents/isi-makalah-perpindahan-panas.html



22