BAB I
PENDAHULUAN
1.
Pengertian
alat penukar panas ( Heat Excanger )
Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE)
adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas antara
dua fluida yang berbeda suhu melalui sebuah penghantar media panas dengan
mengkondisikan alatnya sebaik mungkin, agar tidak mengalami kesalahan dalam
proses pemindahan suhu, karena jika
terjadi kesalahan dalam pemindahan akan berakibat pada hasil akhir pemanasan. Dan juga heat 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). Heat Exchanger dapat berfungsi sebagai
heater, cooler, condensor, reboiler, maupun chiller.
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.
2. 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)
- Cross counter flow (aliran silang berlawanan)
3. Prinsip Kerja Heat Exchanger
3.1 Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas
Panas
adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke
tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam
suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu
zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan. Proses terjadinya
perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan
bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara
tidak langsung, yaitu bila diantara fluida
panas dan
fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat
pemisah.
3.2 Perpindahan Panas Secara Konduksi
Merupakan
perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar yang satu
dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut
secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat
dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin.
Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di
sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan
memberikan panas.
3.3 Perpindahan Panas Secara Konveksi
Perpindahan
panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat
tersebut secara fisik.
3.4 Perpindahan Panas Secara Radiasi
Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa
melalui molekul). Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat
lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang
elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas
jika terserap oleh benda yang lain.
Gambar 1.
Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger
Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar
kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida pada temperatur berbeda di mana
transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.
a.
Secara kontak langsung
panas yang dipindahkan antara fluida panas
dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara
kedua fluida.Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung
antara kedua fluida.Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair
yang immiscible (tidak dapat
bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.
b.
Secara kontak tak langsung
Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin
melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.
4. Faktor penentu dalam alat perpindahan panas
a. Perbedaan
suhu
Perbedaan
suhu antara kedua fluida adalah gaya yang diberikan untuk melakukan perpindahan
panas terhadap fluida yang suhunya lebih kecil daripada suhu awal. Oleh sebab
itu semakin besar suhu yang diberikan maka jumlah panas yang ditukarkan akan
semakin besar.
b. Luas
permukaan perpindahan panas
Semakin
besar luas permukaan, maka semakin besar pula panas yang akan dihasilkan.
c. Konduktifitas
media hantar panas
Media
yang digunakan sangat berpengaruh terhadap penghantar panas, namun bahan yang
digunakan sebagi media penghantar cenderung harus kuat terhadap panas yang akan
dihantarkan, karena jika media yang akan digunakan untuk penghanatar tidak
kuat, maka media tersebut akan rentan terhadap korosi, yang menyebabkan
penghantar panas mulai berkurang.
BAB
II
JENIS
ALAT PENUKAR PANAS
1.
Double
Pipe Heat Exchanger
Salah
satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Tipe ini merupakan alat
penukaran panas yang paling sederhana, karena pipa ini memiliki diameter kecil
yang di tengahnya telah terpasang pipa yang besar dengan system packing gland sehingga antara
pipa terbentuk anulus seperti sebuah tempat ruang kosong yang digunakan sebagai
media utama penghantar panas. Disini pipa kecil tersimpan didalan ruang utama
atau ruang inti yang dilindungi oleh pipa besar dan isolasi.
Dalam jenis penukar panas dapat digunakan
berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin
cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa. Dalam Fluida mengalir
dalam dua bagian yaitu fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan
fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam.
Alat
penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua
ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang
satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang
anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat
digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida adalah
proses konveksi, sedangkan proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor
mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida bertemperatur rendah.
Double pipe heat exchanger merupakan Penukar panas yang digunakan ketika
tingkat aliran dari cairan dan tugas panas kecil (kurang dari 500 kW).
Jadi boleh saya simpulkan bahwa alat penukar
panas double pipe heat exchanger untuk arus berlawanan arah lebih besar bila dibandingkan
dengan arus searah, dan panas yang temperaturnya lebih tinggi akan lebih cepat
dan lebih kuat dibandingkan dengan temperaturanya yang kecil.
2.
Desain
utama Double Pipe Heat Exchanger
2.1
Penjelasan
Desain Gambar
Terdiri dari dua pipa yang konsentris, penghubung T
dan return bend. Pipa bagian dalam ditumpuk dengan packing gland
pada pipa luar. Satu fluida mengalir dalam anulus. Aliran kedua fluida dapat
dibuat co-current atau counter-current. Penghubung T disambungkan
pada pipa luar untuk pengeluaran atau pemasukan cairan anulus. Pembalik arah
menghubungkan dua pipa dalam dan tidak menyumbangkan luas bidang perpindahan
panas. Alat ini mudah dibuat dari bahan-bahan (pipa, fitting) standar.
Ukuran panjang efektif biasanya 12,15
atau 20 feet. Tipe Hairpin mempunyai panjang 40 feet unsur luas/ panjang yang
lebih besar dapat dibuat sejumlah Hairpin secara seri. Dalam hal ini seringkali
pipa dalam menyentuh pipa luar dan mengganggu aliran dalam anulus.
2.2
Konstruksi Double Pipe Heat Exchanger
1.
Hairpin:
Penyatuan dua kaki, konstruksi hairpin lebih disukai karena membutuhkan ruang
yang tidak begitu besar
2.
Packing
& glad: Packing dan glad
menyediakan penyegelan untuk anulus dan mendukung pada inner pipa
3.
Return Bend: Ujung-ujung berlawanan bergabung membentuk huruf U
melalui sambungan las
4.
Support
lugs: Support lugs dapat dilengkapi pada ujung innner pipa
5.
Flange: Pipa-pipa luar dihubungakan dengan flange
pada akhir sambungan agar mudah dibuka atau dibongkar guna pembersihan dan
pemeliharaan
6.
Union Join: Untuk pemasangan inner tube dengan U-bend
7.
Nozzles: Bagian kecil dari pipa yang di hubungkan ke shell
atau ke saluran yang bertindak sebagai inlet atau outlet dari cairan
8.
Gasket: Packing diletakkan diantara dua buah flange
agar aliran dapat bergerak bebas.
2.3 Proses
flow diagram untuk penukar panas double-pipe
|
|
2  |
 |
2.4
Gambar
Double
Pipe Heat Exchanger
3.
Gambar
– gambar Double Pipe Heat Exchanger
1. Double Pipe Heat
Exchanger
http://www.che.utah.edu/projects_lab/equipment/eq_page.php?p_id=61.
2. Double Pipe Heat
Exchanger
 |
3. Double Pipe Heat
Exchanger selongsongan
4.
Perkembangan Serta Penggunaannya Dalam Dunia Industri
Penukar Panas, merupakan peralatan yang banyak dipergunakan
di berbagai bidang industri, seperti perminyakan, petrokimia, energi dan lain
sebagainya. Fungsi alat penukar panas, sebagaimana namanya, adalah untuk
memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lainnya dengan tujuan untuk
merubah temperatur baik itu menurunkan suhu ataupun menaikan suhu..
Salah satu tolak ukur yang menentukan pemilihan
suatu jenis penukar panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panasyang bai,
yang pada umumnya disebut efektivitas dan efisiensi energi supaya tidak banyak
membuang dan menghamburkan waktu. Untuk satu ukuran penukar panas yang
digunakan, maka efektivitas dan efisiensi energi yang tinggi akan menunjukkan
semakin banyaknya fluks panas dan waktu yang digunakan akan lebih efisiens dan
panas yang dapat dipindahkan per satuan massa fluida akan bagus. Sehingga upaya
untuk mengembangkan suatu rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas
perpindahan panas tinggi senantiasa menjadi lebih baik dan menjadi sebuah topik
litbang di berbagai lembaga riset, universitas
ataupun industri di dunia.
Biasa
digunakan pada dunia industri :
1. Pemanas ruangan
2. mesin pendingin
3. pembangkit tenaga listrik
4. pabrik kimia
5. pabrik petrokimia
6. kilang minyak bumi
7. pengolahan limbah
Contohnya :
1.
Telah dilakukan desain sebuah penukar kalor jenis pipa ganda (double
pipe heat exchanger) untuk memanaskan air. Alat ini didesain untuk dipergunakan
sebagai alat uji laboratorium fenomena dasar mesin.
2.
Mesin internal dimana air sebagai pendingin yang mengalir dalam sebuah pipa, sehingga air mendinginkan
mesin , dan memanaskan udara yang masuk.
DAFTAR
PUSTAKA
Holman, JP. Alih bahasa E.Jasifi. “Perpindahan Kalor”. Penerbit
Erlangga.Jakarta.1995
”Operasi Teknik Kimia –
1”.Medan:Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI).2011