Tugas Makalah Heat Exchanger [PDF]

Citation preview

MAKALAH HEAT EXCHANGER Diajukan sebagai Tugas Mata Kuliah Operasi Penanganan Bahan Dosen Ampu: Ummul Habibah Hasyim, S.T., M.Eng



DISUSUN OLEH: DYAH NOVITASARI (2019437006)



PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA 2019



1. Pengertian Heat Exchanger Sesuai dengan namanya, maka alat penukar kalor (heat exchanger) berfungsi mempertukarkan suhu antara dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada alat penukar kalor ini berupa pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam sesuai dengan penggunaan dari alat tersebut. Pada percobaan ini akan dilakukan pengamatan unjuk kerja alat penukar kalor pipa ganda (double pipe heat exchanger) yang terdiri dari dua pipa konsentris. Pipa yang berada di luar dikenal sebagai annulus (shell), sedangkan bagian dalam dikenal sebagai pipa (tube). 2. Prinsip Kerja Heat Exchanger Heat exchanger adalah heat exchanger antara dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada heat exchanger adalah dinding pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam. Pada heat exchanger ini, terdapat dari dua pipa konsentris, yaitu: annullus/shell (pipa yang berada di luar) dan tube (pipa yang berada di dalam). Berdasarkan jenis alirannya heat exchanger dibagi menjadi tiga, yaitu: 1. Pararel Flow Kedua fluida ,mengalir dalam heat exchanger dengan aliran yang searah. Kedua fluida memasuki HE dengan perbedaan suhu yang besar. Perbedaan temperatur yang besar akan berkurang seiring dengan semakin besarnya x, jarak pada HE. Temperatur keluaran dari fluida dingin tidak akan melebihi temperatur fluida panas. 2. Counter Flow Berlawanan dengan paralel flow, kedua aliran fluida yang mengalir dalam HE masuk dari arah yang berlawanan. Aliran keluaran yang fluida dingin ini suhunya mendekati suhu dari masukan fluida panas sehingga hasil suhu yang didapat lebih efekrif dari paralel flow. Mekanisme perpindahan kalor jenis ini hampir sama dengan paralel flow, dimana aplikasi dari bentuk diferensial dari persamaan steady-state:



dQ  U T  t a" dL



(1)



dQ  WCdT  wcdt



(2)



3. Cross flow Heat exchanger Dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain. Biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya sistem kondensor uap (tube and shell heat



exchanger), di mana uap memasuki shell, air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap menjadi cair.



3. Komponen Penyusun Heat Exchanger Komponen-komponen dari penyusun Heat Exchanger, terdiri dari: 1. Shell dan Tube Suatu sillinder yang dilengkapi dengan inlet dan outlet nozzle sebagai tempat keluar masuknya fluida. Ada 2 jenis tube dalam shell, yaitu finned tube (tube yang mempunyai sirip (fin) pada bagian luar tube) dan bare tube (tube dengan permukaan yang rata) 2. 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. 3. Baffle Berfungsi sebagai penyangga tube, menjaga jarak antar tube, menahan vibrasi yang disebabkan oleh aliran fluida, dan mengatur aliran turbulen sehingga perpindahan panas lebih sempurna. Jenis baffle yaitu battle melintang (segmental, dish and doughnut) dan baffle memanjang. 4. 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.



4. Jenis-Jenis Heat Exchanger A. Berdasarkan Fungsinya 1. Heat exchanger Heat exchanger mengontrol kalor antara dua proses aliran: aliran fluida panas yang membutuhkan pendinginan ke aliran fluida temperatur rendah yang membutuhkan pemanasan. Kedua fluida biasanya satu fasa atau suatu fluida yang berbentuk gas dan lainnya berbentuk cairan.



2. Condenser Condenser adalah tipe lain dimana hidrokarbon atau gas lainnya yang mencair sebagian atau seluruhnya dengan pemindahan panas. 3. Cooler – Chiller Berfungsi memindahkan panas, baik panas sensibel maupun panas laten fluida yang berbentuk uap kepada media pendingin, sehingga terjadi perubahan fasa uap menjadi cair. Media pendingin biasanya digunakan air atau udara. Condensor biasanya dipasang pada top kolom fraksinasi. Pada beberapa kasus refrijeran biasa digunakan ketika temperatur rendah dibutuhkan. Pendinginan itu sering disebut ‘chiller’. 4. Reboiler Digunakan untuk menguapkan kembali sebagian cairan pada dasar kolom (bottom) distilasi, sehingga fraksi ringan yang masih ada masih teruapkan. Media pemanas yang digunakan adalah uap (steam). Reboiler bisa dipanaskan melalui media pemanas atau dipanaskan langsung. Yang terakhir reboilernya adalah furnace atau fire tube 5. Heater – Superheater Heater digunakan untuk memanaskan fluida yang memiliki viskositas tinggi baik bahan baku ataupun fluida proses dan biasanya menggunakan steam sebagai pemanas. Superheater memanaskan gas dibawah temperatur jenuh. B. Berdasarkan Konstruksinya 1. Tubular Exchanger a. Double-pipe Heat exchanger Terdiri dari satu buah pipa yang diletakkan di dalam sebuah pipa lainnya yang berdiameter lebih besar secara konsentris. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa kecil sedangkan fluida yang lain mengalir di bagian luarnya. Pada bagian luar pipa kecil biasanya dipasang fin atau sirip memanjang, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih luas.



Gambar 1. Double pipe HE



Double pipe ini dapat digunakan untuk memanaskan atau mendinginkan fluida hasil proses yang membutuhkan area perpindahan panas yang kecil (biasanya hanya mencapai 50 m2) Double-pipe Heat exchanger ini juga dapat digunakan untuk mendidihkan atau mengkondensasikan fluida proses tapi dalam jumlah yang sedikit. Kerugian yang ditimbulkan jika memakai Heat exchanger ini adalah kesulitan untuk memindahkan panas dan mahalnya biaya per unit permukaan transfer. Tetapi, double pipe Heat exchanger ini juga memiliki keuntungan yaitu Heat exchanger ini dapat dipasang dengan berbagai macam fitting (ukuran). 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. Kelebihan Double-pipe Heat exchanger: o Dapat digunakan untuk fluida yang memiliki tekanan tinggi o Mudah dibersihkan pada bagian fitting o Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa o Dapat dipasang secara seri ataupun paralel o Dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan o Mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya o Kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Kekurangan Double-pipe Heat exchanger: o Relatif mahal o Terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (