Laporan Praktikum Peralatan Industri Pertanian
Hari, tanggal : Rabu, 18 Maret 2015 Dosen : Ir !de Iskandar, M"i !sisten : 1 Delm Delmar ar #aka #akari riaa $ird $irdaus aus $%&1 $%&110 100'% 0'% 2 "end( "end( )*in "ito "itore resm smii $%&1 $%&110 100'+ 0'+ % !de "upriatna $%&11011+
HEAT EXCHANGER
le- : .elompok 10 1 2
)iara .usumaningt(as D*iti(o Dra/at H
$%&1%010& $%&1%0128
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULT FAKULTAS TEKNOLOGI TEK NOLOGI PERTANIAN PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2015
PENDAHULUAN
Latar Belaka!
nit penukar kalor adala- suatu alat untuk meminda-kan panas dari luida ke luida (ang lain "ebagian besar dari industriindustri (ang berkaitan dengan pemrosesan menggunakan alat ini, se-ingga alat penukar kalor mempun(ai peran (ang penting dalam suatu proses produksi atau operasi Pemili-an (ang tepat suatu alat penukar kalor akan meng-emat bia(a operasional -arian dan pera*atan !pabila alat penukar kalor dalam keadaan baru, maka permukaan logam dari pipapipa pemanas masi- dalam keadaan bersi- dan setela- alat beroperasi beberapa lama maka terbentukla- kerak pada permukaan pipa )ebal tipisn(a lapisan kotoran tergantung pada luidan(a !dan(a lapisan tersebut dapat mengurangi koeisien perpinda-an panasn(a Harga koeisien perpinda-an panas untuk suatu alat penukar kalor selalu mengalami peruba-an selama pemakaian 3atas terak-ir alat dapat berungsi sesuai dengan peren4anaan adala- saat -arga koeisien perpinda-an panas men4apai -arga minimum Heat exchanger merupakan alat penukar kalor (ang sangat penting dalam proses industri Prinsip ker/a heat exchanger adala- perpinda-an panas dari luida panas men/adi luida dingin Heat exchanger dapat digunakan untuk memanaskan dan mendinginkan luida "ebelum luida masuk ke dalam reaktor, umumn(a luida dimasukkan terlebi- da-ulu ke dalam alat penukar kalor agar su-u luida sesuai dengan spesiikasi /enis reaktor (ang digunakan Pada dunia industri, heat exchanger merupakan unit alat (ang berperan dalam berbagai unit operasi, misaln(a dalam industri obatobatan armasi, industri permin(akan, industri makananminuman, dll Pada proses eiensi, penukar panas diran4ang untuk memaksimalkan luas permukaan dinding antara kedua 4airan dan meminimalkan resistensi ter-adap aliran luida melalui exchanger. .iner/a penukar /uga dapat dipengaru-i ole- penamba-an sirip atau corrugations dalam satu atau dua ara- (ang dapat meningkatkan luas permukaan dan dapat men(alurkan aliran luida atau men(ebabkan turbulensi
T"#"a
)u/uan praktikum ini adala- mengeta-ui pengertian dan ungsi dari heat exchanger, mengeta-ui /enis/enis dan perbedaan dari heat exchanger. )u/uan lain dari praktikum ini adala- mengeta-ui prinsip ker/a dan bagianbagian dari cooling tower, radiator, dan refrigerator
PEMBAHASAN !lat penukar panas atau heat exchanger adala- alat (ang digunakan untuk meminda-kan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpinda-an massa dan dapat berungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin mumn(a, medium panas (ang digunakan adala- air (ang dipanaskan sebagai luida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas diran4ang sedemikian mungkin agar perpinda-an panas antar luida dapat berlangsung se4ara eisien Pertukaran panas ter/adi karena adan(a kontak, baik antara luida terdapat dinding (ang memisa-kann(a maupun keduan(a ber4ampur langsung (direct contact). Penukar panas dapat digunakan dalam industri, seperti kilang min(ak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, rerigerasi, pembangkit listrik, dll $ungsi heat exchanger se4ara umum adalamengontrol sistem atau substansi temperatur dengan menamba- atau meng-ilangkan energi termal $oust, 1'806 Heat e74-anger dibedakan men/adi % ma4am, (aitu concentric tube heat exchanger, shell and tube heat exchanger, plate type heat exchanger,dan jacketed vessel with coil and stirrer. Concentric tube heat exchanger merupakan alat (ang 4o4ok dikondisikan untuk aliran dengan la/u aliran (ang ke4il !lat pemanas ini dapat dibuat dari pipa (ang pan/ang dan di-ubungkan satu sama lain -ingga membentuk 4airan (ang mengalir dapat berupa aliran cocurrent atau countercurrent eankoplis, 1'8%6 Pada susunan coccurent maka luida di dalam tube sebela- dalam inner tubes6 maupun (ang diluar tube dalam annulus6, artin(a satu lintasan tanpa 4abang "edangkan pada aliran countercurrent, di dalam tube sebela- dalam dan luida di dalam annulus memiliki 4abang masingmasing Concentric tube heat exchanger sangat berguna karena dapat digunakan dan dipasang pada pipe-fitting dari bagian standard dan meng-asilkan luas permukaan panas (ang besar Concentric tube heat exchanger umumn(a dipasang dalam 12, 15, atau 20t Hal ini merupakan pan/ang (ang eekti se-ingga dapat membuat /arak dalam each leg over di mana ter/adi perpinda-an panas dan mengeluarkan inner pipe (ang menon/ol mele*ati the exchanger section .ern, 1'8%6 hell and tube heat exchanger umumn(a digunakan dalam kondisi tekanan relati tinggi, (ang terdiri dari sebua- selongsong (ang dibagian dalamn(a disusun suatu annulus dengan rangkaian tertentu untuk mendapatkan luas permukaan (ang optimal6 $luida mengalir di selongsong maupun di annulus se-ingga ter/adi perpinda-an panas antara luida dengan dinding annulus misaln(a triangular pitch dan s!uare pitch !nonim, 200'6 .euntungan (ang dimiliki ole- s!uare pitch adala- bagian dalam tuben(a muda- dibersi-kan dan pressure dropn(a renda- ketika mengalir di dalamn(a luida6 .ern, 1'8%6 "late type heat exchanger terdiri dari ba-an kondukti tinggi seperti stainless steel atau tembaga "late dibuat dengan design k-usus dimana tekstur permukaan plate saling berpotongan satu sama lain dan membentuk ruang sempit antara dua plate (ang berdekatan !pabila seluru- plate-plate digabungkan seperti berlapislapis, susunan plate tersebut akan tertekan dan bersamasama membentuk saluran air untuk luida !rea total untuk perpinda-an panas tergantung pada /umla- plate (ang dipasang bersama sama !llan, 1'816 Pada jacketed vessel with coil and stirrer alat ini terdiri dari be/ana
berselubung dengan coil dan pengaduk, tangki air panas, instrument untuk pengukuran flowrate, dan temperatur $luida dingin dalam vessel dipanaskan dengan mengaliri selubung atau coil dengan luida panas Pengaduk dan bale disediakan untuk proses pen4ampuran isi vessel 9olume isi tangki dapat diariasikan dengan pengaturan tinggi pipa overflow. )emperatur di ukur pada inlet dan outlet luida panas )im Dosen P" )eknik .imia, 200'6 Cooling tower merupakan alat (ang digunakan untuk mengembalikan panas ke atmoser dengan 4ara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikann(a ke atmoser Cooling tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara (ang bergerak dan kemudian dibuang ke atmoser .eister, 20086 Cooling tower beroperasi menurut prinsip diusi, (aitu adan(a peruba-an temperatur dapat men(ebabkan perbedaan besarn(a la/u perpinda-an massa (ang ter/adi 3esarn(a la/u perpinda-an dipengaru-i ole- luas daera- kontak antara luida dingin dengan luida panas ;ara ker/a dari cooling tower adala- sebagai berikut Langka- pertama adalamemompa air panas tersebut menu/u cooling tower mele*ati sistem pemipaan (ang pada u/ungn(a memiliki ban(ak no##le untuk ta-an spra(ing atau semburan !ir panas (ang keluar dari no##le se4ara langsung melakukan kontak dengan udara sekitar (ang bergerak se4ara paksa karena pengaru- fan atau blower (ang terpasang pada cooling tower "istem ini sangat eekti dalam proses pendinginan air karena su-u kondensasin(a sangat renda- mendekati suhu wet-bulb air !ir (ang tela- mengalami proses penurunan temperatur ditampung didalam bak atau basin untuk kemudian kembali di pompa kembali menu/u kondensor (ang berada pada chiller. Pada cooling tower /uga dipasang katup $ake up water (ang di-ubungkan ke sumber air terdekat untuk menamba- kapasitas air pendingin /ika ter/adi ke-ilangan air ketika proses evaporative cooling tersebut .omponen dasar suatu cooling tower meliputi rangka dan *ada-, ba-an pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louers, no##le, dan fan Pada rangka dan *ada- -ampir seluru- menara memiliki rangka berstruktur (ang menun/ang tutup luar *adang
beberapa desain aliran (ang berla*anan ara- pada forced draft , air di bagian ba*a ba-an pengisi disalurkan ke bak (ang berungsi sebagai kolam air dingin Herlambang dkk 201&6 "aluran udara masuk merupakan titik masuk bagi udara menu/u menarasaluran masuk dapat berada pada seluru- sisi menara atau bearada di bagian ba*a- menara "edangkan draft fan berungsi mengirim aliran udara dari atau menu/u cooling tower untuk melakukan perpinda-an kalor dengan air (ang dile*ati %an aksial dan sentriugal keduan(a sering digunakan dalam cooling tower. mumn(a fan dengan balingbaling digunakan pada cooling tower /enis induceddraft sedangkn fanpropeller dan sentrifugal ditemukan pada cooling tower /enis forceddraft. 3a-an (ang digunakan untuk fan adalaaluminium, fiberglass, dan ba/a galanis 4elup panas 3alingbalin fan terbuat dari ba/a galanis, aluminium, dan plastik (ang diperkuat ole- fiberglass 4etak &o##le berungsi mendistribusikan air untuk membasa-i ba-an pengisi, Distrbusi air (ang seragam pada pun4ak ba-an pengisi penting untuk mendapatkan pembasa-an (ang benar dari seluru- permukaan ba-an pengisi =o>>le dapat dipasang dan men(emprot dengan pola bundar atau segiempat, atau dapat men/adi bagian dari rakitan (ang berputar seperti pada cooling tower dengan beberapa potongan lintang (ang memutar 3a-an no##le adala- p4, kuningan, dan polipropilen Herlambang dkk 201&6 Perpinda-an panas (ang ter/adi adala- panas sensibel dari air panas ke udara (ang lebi- dingin (ang men(ebabkan turunn(a temperatur air Proses perpinda-an panas (ang ter/adi antara panas (ang diba*a ole- air dan panas (ang diba*a ole- udara berungsi menguapkan kandungan air dari asa air "emakin ban(ak kontak antara air dengan udara maka akan semakin besar nilai hu$idity-n(a !pabila kontak (ang di-asilkan semakin besar maka akan semakin ban(ak ter/adin(a perpinda-an panas maupun massan(a ;ara memperbesar kontak antara air dengan udara adala- dengan menamba- sekatsekat pada cooling tower. 'efrigerator mesin pendingin6 merupakan suatu alat (ang dapat menguba- su-u a*al men/adi lebi- renda- dingin6 dengan 4ara meminda-kan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan Himsar !mbarita 20106 Prinsip ker/a dari mesin pendingin adalakompresor memompakan gas reon dengan tekanan (ang tinggi dan temperatur (ang tinggi .emudian gas reon dikirim ke kondensor untuk dibuang kalorn(a agar reon dapat beruba- bentuk men/adi 4air dengan tekanann(a masi- tinggi $reon 4air terus masuk ke pipa kapiler dengan terlebi- da-ulu disaring dari kemungkinan kotoran (ang ikut terba*a "etela- mele*ati pipa kapiler, reon 4air diuapkan ole- eaporator (ang sebelumn(a mele*ati katup ekspansi Didalam eaporator tekanan dan temperatur reon renda- sekali se-ingga reon kembali ke dalam bentuk gas $reon (ang tela- berbentuk gas ini akan masuk ke saluran -isap untuk disirkulasikan ulang ole- kompresor ;aallini 1''+6 .omponen dasar (ang dimiliki ole- mesin pendingin antara lain kompresor, kondensor, ilter, pipa kapiler, expanding valve, eaporator, ther$ostat , akumulator, m heater , fan $otor , dan overload $otor protector .ompresor merupakan suatu alat (ang digunakan sebagai penekan gas reon se-ingga tekanann(a men/adi tinggi .ondensor berungsi membuang kalor dari reon se-ingga $reon beruba- bentuk dari gas men/adi 4air $ilter berungsi men(aring reon dari kemungkinan kotoran (ang ikut terba*a reon Pipa kapiler berungsi meng-asilkan tekanan (ang tinggi ketika reon berbentuk
4air xpanding valve berungsi mengatur ban(akn(a reon (ang masuk ke eaporator ?aporator merupakan tempat penguapan reon 4air men/adi gas se-ingga temperatur reon men/adi renda- her$osat berungsi mengatur temperatur dari mesin pendingin !kumulator berungsi menampung ba-an pendingin 4air Heater berungsi men4airkan bunga es (ang terdapat didalam eaporator "edangkan overload $otor protector berungsi meng-embuskan udara dingin dari eaporator ke seluru- rak dan mendorong udara melalui kondensor dan kompresor Perpinda-an panas (ang ter/adi pada mesin pendingin sesuai dengan -ukum termodinamika 2 , (aitu rumusan ;lausius (ang berbun(i @.alor mengalir se4ara spontan dari benda bersu-u tinggi ke benda bersu-u renda- dan tidak mengalir se4ara spontan dalam ara- kebalikann(aA Rumusan ;lausius tentang -ukum II termodinamika merupakan pern(ataan aliran kalor Dalam lemari es kulkas6, reseroir dingin adala bagian dalam kulkas tempat men(impan makanan6 "edangkan sebagai reseroir panas adala- udara luar sekitar kulkas sa-a luar dilakukan arus listrik pada sistem, men(ebabkan kalor (ang diambil dari makanan dipinda-kan ke udara luar le- karena itula- kulkas -arus mempun(ai pembuang panas di belakangn(a (ang su-un(a lebitinggi dari udara sekitar .arena /ika kulkas tidak mempun(ai pembuang panas, maka panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar In4ropera 1'816 3a-an pendingin ('efrigerant) merupakan >at (ang muda- diuba- *u/udn(a dari gas men/adi 4air, ataupun sebalikn(a $ebriantara 20086 Rerigeran (ang dibutu-kan tidak -an(a berguna pada proses pendinginan, melinkan siat rerigeran /uga tidak diperbole-kan berdampak buruk bagi komponen dan ker/a mesin pendingin "(arat s(arat umum (ang -aris dimiliki rerigeran, (aitu tidak bera4un dan tidak berbau merangsangB tidak dapat terbakar atau meledak /ika terkena udara, pelumas, dsbB tidak men(ebabkan korosi pada setiap komponen mesin pendinginB memiliki titik didi- dan titik kondensasi (ang renda-B susunan kimian(a stabil dengan arti tidak terurai setiap dimampatkan, diembunkan, atau diuuapkanB konduktiitas termal tinggiB dan -argan(a tidak ma-al dan muda- diperole- 3eberapa /enis gas refrigerant antara lain Chlorofluorocarbon ;$;6, Hydrochlorofluorocarbon H;$;6, Hydrofluorocarbon H$;6, "erfluorocarbon P$;6, dan 4ampuran (ang terbuat dari ammonia dan karbon dioksida $ebriantara 20086 Pada rerigeran ;$; (ang paling umum digunakan adala- R11, R12, R22, dan R502 R11 CCl2 F
6 digunakan pada !; dan instalasi pompa panas karena memiliki titik didi-
(ang relati tinggi, (aitu 2&C; R12
CCl2 F 2
6 memiliki titik didi- normal %0C; dan
umumn(a digunaka pada mesin rerigerasi ke4il akibat panas penguapan tiap /umlarerigeran relati ke4il R22
CClF 2 Cl
6 memiliki titik didi- &1C; dan digunakan
pada mesin pendingin dan sebagain(a (ang meng-endaki su-u (ang lebi- renda- R502
CClF 2 FC 3 ¿
merupakan 4ampuran antara R22 dan R115 dengan titik didi- &+C;
!mmonia digunakan se4ara luas pada mesin rerigerasi (ang besar atau pada skala industri )itik didi- normaln(a %0C; !mmonia memiliki karakteristik bau meskipun pada konsentrasi (ang sedikit, tidak muda- terbakar tetapi dapat meledak /ika ber4ampur
dengan udara berpersentase olume 1%<28 !mmonia /uga dapat men(ebabkan korosi se-ingga tembaga atau 4ampurann(a tidak diperbole-kan digunakan pada mesinmesin berammonia 3eberapa alasan tidak diperbole-kann(a rerigan (ang digunakan berupa air biasa, (aitu kalor laten penguapan -arus tinggi sedangkan air tidak terlalu tinggi, dibutu-kann(a konduktiitas termal (ang tinggi sedangkan air tidak terlalu tinggi .onstanta dielektrika dari rerigeran (ang ke4il, ta-anan listrik (ang besar, serta tidak men(ebabkan korosi pada material isolator listrik sedangkan air sangat mudameng-antarkan listrik .emudian rerigeran se-arusn(a stabil dan tidak bereaksi dengan material (ang dipakai, se-ingga tidak men(ebabkan korosi, sedangkan air dapat men(ebabkan korosi Rerigeran (ang baik adala- >at (ang pada tekanan 1 atm mempun(ai titik didi- sangat renda- (aitu sampai 15C;, sedangkan air mendidi- pada su-u 100C; $itriandi 2006 Radiator adala- suatu alat (ang berungsi mendinginkan air (ang tela- men(erap panas dari mesin dengan 4ara membuang panas air tersebut melalui siripsirip pendinginn(a "uprapto 1'''6 .onstruksi radiator terdiri dari tangki atas, inti radiator, tangki ba*a-, dan tutup radiator Radiator dapat diartikan sebagai alat untuk mendinginkan air dengan menggunakan udara Pada sistem pendinginan motor bakar, radiator digunakan untuk mendinginkan air (ang keluar dari $antel air mesin6 Pada sistem pendinginan (ang menggunakan radiator, debit aliran udara di-asilkan ole- kipas atau an !ir atau udara (ang akan ber-embus mendinginkan kisikisi radiator .emudian akan ter/adi kontak se4ara tidak langsung antara udara dan air se-ingga su-u air (ang keluar dari saluran tangki ba*a- radiator akan turun #u-ad 20116 ;airan pendingin masuk ke upper tank dari selang atas upper -ose6 pper tank dilengkapi dengan tutup radiator untuk menamba- air pendingin "elain itu /uga di-ubungkan dengan selang ke reseroir tank se-ingga air pendingin atau uap (ang berlebi-an dapat ditampung *ower tank dilengkapi outlet dan drain cock kran penguras6 Inti radiator terdiri dari pipapipa (ang dapat dilalui air pendingin dari upper tank ke lower tank "elain itu /uga dilengkapi dengan siripsirip pendingin (ang berungsi men(erap panas dari 4airan pendingin her$ostat adala- sema4am katup (ang membuka dan menutup se4ara otomatis sesuai temperatur 4airan pendingin )-ermostat dipasang antara radiator dan sirkuit pendingin mesin !pabila temperatur pendingin renda-, katup menutup untuk men4ega- agar air tidak masuk ke dalam radiator !pabila temperatur meningkat katup akan membuka dan dengan demikian 4airan pendingin mengalir ke radiator !ri 201%6
PENUTUP
S$%&"la
Heat exchanger adala- alat (ang digunakan untuk meminda-kan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpinda-an massa dan dapat berungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin $ungsi heat exchanger se4ara umum adala- mengontrol sistem atau substansi temperatur dengan menamba- atau meng-ilangkan energi termal Penukar panas dapat digunakan dalam industri, seperti kilang min(ak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, rerigerasi, pembangkit listrik, dll Cooling tower merupakan alat (ang digunakan untuk mengembalikan panas ke atmoser dengan 4ara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikann(a ke atmoser Cooling tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara (ang bergerak dan kemudian dibuang ke atmoser Perpinda-an panas (ang ter/adi adala- panas sensibel dari air panas ke udara (ang lebi- dingin (ang men(ebabkan turunn(a temperatur air Proses perpinda-an panas (ang ter/adi antara panas (ang diba*a ole- air dan panas (ang diba*a ole- udara berungsi menguapkan kandungan air dari asa air "emakin ban(ak kontak antara air dengan udara maka akan semakin besar nilai hu$idityn(a !pabila kontak (ang di-asilkan semakin besar maka akan semakin ban(ak ter/adin(a perpinda-an panas maupun massan(a 'efrigerator mesin pendingin6 merupakan suatu alat (ang dapat menguba- su-u a*al men/adi lebi- renda- dingin6 dengan 4ara meminda-kan kalor dari dalam ruangan ke luar ruangan 3a-an pendingin ('efrigerant) merupakan >at (ang muda- diuba*u/udn(a dari gas men/adi 4air, ataupun sebalikn(a Rerigeran (ang dibutu-kan tidak -an(a berguna pada proses pendinginan, melinkan siat rerigeran /uga tidak diperbole-kan berdampak buruk bagi komponen dan ker/a mesin pendingin Radiator adala- suatu alat (ang berungsi mendinginkan air (ang tela- men(erap panas dari mesin dengan 4ara membuang panas air tersebut melalui siripsirip pendinginn(a Pada sistem pendinginan motor bakar, radiator digunakan untuk mendinginkan air (ang keluar dari $antel air mesin6 Pada sistem pendinginan (ang menggunakan radiator, debit aliran udara di-asilkan ole- kipas atau an !ir atau udara (ang akan ber-embus mendinginkan kisikisi radiator .emudian akan ter/adi kontak se4ara tidak langsung antara udara dan air se-ingga su-u air (ang keluar dari saluran tangki ba*a- radiator akan turun
Sara
Pema-aman mengenai heat exchanger 4ukup dimengerti =amun masidiperlukann(a bentuk alat se4ara n(ata agar praktikan semakin mema-ami bagian bagian dan perbedaan dari /enis/enis heat exchanger
DAFTAR PUSTAKA !llan D .raus 1'81 Heat )ranser $undamental niersit( o !kren, -io !ri M 201% .omponen dan $ungsi "istem Pendingin EinternetFEdiundu- pada 2015 Maret 21F )ersedia pada : -ttp:<
2
nd
edition o-n Gile( and "ons In4,
=e* Jork eankoplis ; 1'8% ransport "rocesses and nit perations, d /nd !ll(n and 3a4on, In4: London Herlambang, Rengga 3a(u, Pambudi !, !l !(ubbi, "et(oko, Ra-mat 201& Ran4ang 3angun )est 3ed ;ooling )o*er ;ounter $lo* Design 3uild )est 3ed ;ooling )o*er ;ounter $lo*6 E)-esisF D% )eknik Mesin, niersitas Diponegoro In4ropera, $rank P, 1'816, @$undamental o -eat transerA=e* Jork : o-n Gill( and sons Himsar !2010 ateri +uliah eknik "endingin Departemen )eknik Mesin, $akultas )eknik, niersitas "umatera tara, Medan .eister )2008 Cooling 0ater anage$ent 1asic "rinciples and echnology =e* Jork: Pro;-em)e4- International .ern DK 1'8% "rocess Heat )ranser International "tudent edition, M4 ra*Hill International 3ook ;o )ok(o )im Dosen )eknik P" .imia 200' Penuntun Praktikum perasi )eknik .imia 2, Program "tudi )eknik .imia, $akultas )eknik niersitas Lambung Mangkurat, 3an/arbaru #u-ad ! 2011 Modiikasi dan Per-itungan Perpinda-an .a lor Pada !lat Penukar .alor 3
Radiator @Debit !liran !ir 000% Mesin, niersitas Diponegoro
M