makalah heat exchanger.docx

DEDI HARIYANTO 101411008

HEAT EXCHANGER ( ALAT PENUKAR PANAS )

D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

0


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Unit penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Sebagian besar dari industri-industri yang berkaitan dengan pemprosesan selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam suatu proses produksi atau operasi. Salah satu tipe dari alat penukar kalor yang banyak dipakai adalah Shell and Tube Heat Exchanger. Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di dalam tube bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida didalam tube dan di luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side. Pemilihan yang tepat suatu alat penukar kalor akan menghemat biaya operasional harian dan perawatan. Bila alat penukar kalor dalam keadaan baru, maka permukaan logam dari pipa-pipa pemanas masih dalam keadaan bersih setelah alat beroperasi beberapa lama maka terbentuklah lapisan kotoran atau kerak pada permukaan pipa tersebut. Tebal tipisnya lapisan kotoran tergantung dari fluidanya. Adanya lapisan tersebut akan mengurangi koefisien perpindahan panasnya. Harga koefisien perpindahan panas untuk suatu alat penukar kalor selalu mengalami perubahan selama pemakaian. Batas terakhir alat dapat berfungsi sesuai dengan perencanaan adalah saat harga koefisien perpindahan panas mencapai harga minimum. 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


Heat Exchanger

1


satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar. Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu : 

Parallel flow/co current /flow (aliran searah)



Cross flow (aliran silang)



Cross counter flow (aliran silang berlawanan)



Counter current flow (aliran berlawanan arah)

Jenis-jenis penukar panas Jenis-jenis penukar panas antara lain : a. Double Pipe Heat Exchanger b. Plate and Frame Heat Exchanger c. Shell anf Tube Heat Exchanger d. Adiabatic wheel Heat Exchanger e. Pillow plate Heat Exchanger f. Dynamic scraped surface Heat Exchanger g. Phase-change Heat Exchanger Alat penukar kalor sangat dibutuhkan pada proses produksi dalam suatu industri, maka untuk mengetahui unjuk kerja dari alat penukar kalor perlu diadakan analisis. Dengan analisis yang dilakukan dapat diketahui bahwa alat tersebut mampu menghasilkan kalor dengan standar kerja sesuai kebutuhan yang diinginkan. Penukar panas dapat diklasifikasikan menurut pengaturan arus mereka. Dalam paralel-aliran penukar panas, dua cairan masuk ke penukar pada akhir yang sama, dan perjalanan secara paralel satu sama lain ke sisi lain. Dalam counter-flow penukar panas cairan masuk ke penukar dari ujung berlawanan. Desain saat ini counter paling efisien, karena dapat mentransfer panas yang paling. Dalam suatu heat exchanger lintas-aliran, cairan perjalanan sekitar tegak lurus satu sama lain melalui exchanger. Untuk efisiensi, penukar panas yang dirancang untuk memaksimalkan luas permukaan dinding antara kedua cairan, dan meminimalkan resistensi terhadap aliran fluida melalui exchanger. Kinerja penukar juga dapat dipengaruhi oleh penambahan sirip


Heat Exchanger

2


atau corrugations dalam satu atau dua arah, yang meningkatkan luas permukaan dan dapat menyalurkan aliran fluida atau menyebabkan turbulensi.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan Heat Exchanger ? 2. Bagaimana sistem kerja Heat Exchanger ? 3. Apa saja tipe-tipe dan klasifikasi dari Heat Exchanger ? 4. Apa saja bagian-bagian Heat Exchanger ? 5. Bagaimana sketsa komponen-komponen serta prinsip instrumentasi atau alat ukur pada Heat Exchanger ? 6. Bagaimana perawatan umum untuk Heat Exchanger ?

1.3 Tujuan Penulisan makalah ini memiliki beberapa tujuan, antara lain : 1. Mengetahui pengertian Heat Exchanger 2. Mengetahui dan memahami prinsip kerja dari Heat Exchanger 3. Mengetahui tipe-tipe dan klasifikasi dari Heat Exchanger 4. Mengetahui komponen-komponen dari Heat Exchanger 5. Mengetahui bentuk atau sketsa serta prinsip kerja instrumentasi atau alat ukur pada Heat Exchanger 6. Mengetahui cara perawatan umum pada Heat Exchanger


Heat Exchanger

3


BAB II HEAT EXCHANGER (HE) 2.1 Alat Penukar Kalor 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. Stabilitas fasa fluida pada HE suhu rendah sangat penting mengingat aliran panas/dingin harus dapat mengalir dengan baik (viscositas optimal). Pengaruh suhu, tekanan, dan jenis kriogenik akan sangat menentukan efektivitas pertukaran panas yang terjadi. Beberapa kriteria utama HE yang dibutuhkan untuk penggunaan pada suhu rendah: 1. Perbedaan suhu aliran panas dan dingin yg kecil guna meningkatkan efisiensi 2. Rasio luas permukaan terhadap volume yg besar untuk meminimalkan kebocoran 3. Perpindahan panas yang tinggi untuk mengurangi luas permukaan 4. Massa yg rendah untuk meminimalkan waktu start up 5. Kemampuan multi channel untuk mengurangi jumlah HE 6. Kemampuan menerima tekanan yg tinggi 7. Pressure Drop yg rendah Minimalisasi beda suhu aliran panas & dingin harus juga memperhatikan pengaruh suhu terhadap panas spesifik (Cp) fluida. Jika Cp menurun dengan menurunnya suhu fluida (contoh Hidrogen), maka perbedaan suhu inlet & outlet harus ditambah dari harga minimal beda suhu aliran. 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 D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

4


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. Perpindahan Panas Secara Konveksi Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik. 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 2.1 Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger (Djunaidi, 2009)

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida padatemperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung. a. Secaara kontak langsung Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dinginmelalui 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 dandingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

5


Seperti yang telah dikemukakan dalam pendahuluan terdapat banyak sekali jenis-jenis alat penukar kalor. Maka untuk mencegah timbulnya kesalah pahaman maka alat penukar kalor dikelompokan berdasarkan fungsinya : a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida sampai pada temperature yang rendah. Temperature fluida hasil pendinginan didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan dengan fluida pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini media pendingin biasanya digunakan amoniak atau Freon. b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap akan melepaskan panas atent kepada pendingin, misalnya pada pembangkit listrik tenaga uap yang mempergunakan

condensing

turbin,

maka

uap bekas dari turbin akan

dimasukkan kedalam kondensor, lalu diembunkan menjadi kondensat. c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka pendingin coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan bantuan fan (kipas). d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan) suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrigerant cair. e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil) serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu sendiri. Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada gambar 2.2, diperlihatkan sebuah reboiler dengan mempergunakan minyak (665 0F) sebagai media penguap, minyak tersebut akan keluar dari boiler dan mengalir didalam tube.


Heat Exchanger

6


Gambar. 2.2. Thermosiphon Reboiler (Anonim, 2011)

f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu: 

Memanaskan fluida



Mendinginkan fluida yang panas

Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan kebutuhannya. Pada gambar diperlihatkan sebuah heat exchanger, dimana fluida yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari tube fluida yang mengalir adalah kerosene yang semuanya berada didalam shell.


Heat Exchanger

7


Gbr. 2.3. Konstruksi Heat Exchanger (Anonim, 2011)

2.2 Klasifikasi Alat Penukar Kalor Melihat begitu banyaknya jenis alat penukar kalor (heat exchanger), maka dapat diklasifikasikan berdasarkan bermacam-macam pertimbangan yaitu : 1. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas a. Tipe kontak tidak langsung 

Tipe dari satu fase



Tipe dari banyak fase



Tipe yang ditimbun (storage type)



Tipe fluidized bed

b. Tipe kontak langsung 1) Immiscible fluids 2) Gas liquid 3) Liquid vapor 2. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir a. Dua jenis fluida b. Tiga jenis fluida c. N – Jenis fluida (N lebih dari tiga) 3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan a. Tipe penukar kalor yang kompak, Density luas permukaan > 700 m b. Tipe penukar kalor yang tidak kompak, Density luas permukaan < 700 m 4. Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya


Heat Exchanger

8


b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya terdapat cara konveksi 2 aliran c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 pass aliran masingmasing d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi 5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi a. Konstruksi tubular (shell and tube) 1) Tube ganda (double tube) 2) Konstruksi shell and tube o Sekat plat (plate baffle) o Sekat batang (rod baffle) o Konstruksi tube spiral b. Konstruksi tipe pelat 1) Tipe pelat

3) Tipe lamella

2) Tipe spiral 4) Tipe pelat koil c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface) 1) Sirip pelat (plate fin) 2) Sirip tube (tube fin) 

Heat pipe wall



Ordinary separating wall

d. Regenerative 1) Tipe rotary 3) Tipe disk (piringan) 2) Tipe drum

4) Tipe matrik tetap

6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran a. Aliran dengan satu pass 1) Aliran berlawanan

4) Aliran parallel

2) Aliran melintang

5) Aliran split

3) Aliran yang dibagi (divided) b. Aliran multipass 1) Permukaan yang diperbesar (extended surface) 

Aliran counter menyilang



Aliran paralel menyilang



Aliran compound


Heat Exchanger

9


2) Shell and tube 

Aliran paralel yang berlawanan (M pass pada shell dan N pass pada tube)



Aliran split



Aliran dibagi (devided)

3) Multipass plat 

N – paralel plat multipass

2.3 Jenis-jenis Heat Exchanger Dikarenakan banyaknya jenis dari alat penukar kalor, maka dalam pembahasan akan dibatasi pada alat penukar kalor jenis heat exchanger yang banyak dijumpai dalam industri perminyakan. Heat exchanger ini juga banyak mempunyai jenisjenisnya. Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tublar Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperature dan tekanan yang tinggi. Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat Exchanger, yaitu : 1.

Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.

2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri. Jenis-jenis Heat Exchanger yang terdapat pada industri perminyakan dapat dibedakan atas : 2.3.1 Shell and Tube Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bandle (berkas) pipa dengan diameter yang relative kecil. Satu jenis fluida mengalir didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. Hal ini dapat dilihat pada D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

10


gambar 2.4 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. Ada beberapa fitur desain termal yang akan diperhitungkan saat merancang tabung di shell dan penukar panas tabung. Ini termasuk: a. Diameter pipa : Menggunakan tabung kecil berdiameter membuat penukar panas baik ekonomis dan kompak. Namun, lebih mungkin untuk heat exchanger untuk mengacau-balaukan lebih cepat dan ukuran kecil membuat mekanik membersihkan fouling yang sulit. Untuk menang atas masalah fouling dan pembersihan, diameter tabung yang lebih besar dapat digunakan. Jadi untuk menentukan diameter tabung, ruang yang tersedia, biaya dan sifat fouling dari cairan harus dipertimbangkan. b. Ketebalan tabung: Ketebalan dinding tabung biasanya ditentukan untuk memastikan: 

Ada ruang yang cukup untuk korosi



Itu getaran aliran-diinduksi memiliki ketahanan



Axial kekuatan



Kemampuan untuk dengan mudah stok suku cadang biaya

Kadang-kadang ketebalan dinding ditentukan oleh perbedaan tekanan maksimum di dinding. c. Panjang tabung : penukar panas biasanya lebih murah ketika mereka memiliki diameter shell yang lebih kecil dan panjang tabung panjang. Dengan demikian, biasanya ada tujuan untuk membuat penukar panas selama mungkin. Namun, ada banyak keterbatasan untuk ini, termasuk ruang yang tersedia di situs mana akan digunakan dan kebutuhan untuk memastikan bahwa ada tabung tersedia dalam panjang yang dua kali panjang yang dibutuhkan (sehingga tabung dapat ditarik dan D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

11


diganti). Juga, itu harus diingat bahwa tunggal, tabung tipis yang sulit untuk mengambil dan mengganti. d. Tabung pitch : ketika mendesain tabung, adalah praktis untuk memastikan bahwa tabung pitch (yaitu jarak pusat-pusat tabung sebelah) tidak kurang dari 1,25 kali diameter luar tabung ' Shell and tube penukar panas terdiri dari serangkaian tabung. Satu set dari tabung berisi cairan yang harus baik dipanaskan atau didinginkan. Cairan kedua berjalan lebih dari tabung yang sedang dipanaskan atau didinginkan sehingga dapat menyediakan panas atau menyerap panas yang dibutuhkan. Satu set tabung disebut berkas tabung dan dapat terdiri dari beberapa jenis tabung: polos, bersirip longitudinal dll Shell dan penukar panas tabung biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan lebih besar dari 30 bar) dan suhu lebih besar dari 260 ° C. Hal ini karena shell dan penukar panas tabung yang kuat karena bentuknya. Pemilihan Material Tabung Agar dapat memindahkan panas dengan baik, material tabung harus mempunyai thermal conductivity. Karena panas ditransfer dari suatu sisi yang panas menuju sisi yang dingin melalui tabung, terdapat perbedaan temperature sepanjang lebar tabung. Karena ada kecenderungan material tabung untuk mengembang berbeda-beda secara thermal pada berbagai temperature thermal stresses muncul selama operasi. Hal ini sesuai terhadap tegangan dari tekanan tinggi dari fluida itu sendiri. Material tabung juga harus sesuai dengan kedua hal yaitu sisi shell dan sisi tube yang dialiri untuk periode lama dibawah kondisi-kondisi operasi (temperature, tekanan, pH, dan lain-lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. Semua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama atas bahan yang kuat, thermalconductive, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang lewat terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan. Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan aliran fluida dalam shell side dan Tube side untuk shell and Tube exchanger adalah :


Heat Exchanger

12


a. Kemampuan untuk dibersihkan (Cleanability) Jika dibandingkan cara membersihkan Tube dan Shell, maka pembersihan sisi shell jauh lebih sulit. Untuk itu fluida yang bersih biasanya dialirkan di sebelah shell dan fluida yang kotor melalui Tube. b. Korosi Masalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari paduan logam. Paduan logam tersebut mahal, oleh karena itu fluida dialirkan melalui Tube untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan shell. Jika terjadi kebocoran pada Tube, heat exchanger masih dapat difungsikan kembali. Hal ini disebabkan karena Tube mempunyai ketahanan terhadap korosif, relatif murah dan kekuatan dari small diameter Tube melebihi shell. c. Tekanan Shell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan diperlukan dinding yang tebal, hal ini akan memakan biaya yang mahal. Untuk mengatasi hal itu apabila fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan melalui Tube. d. Temperatur Biasanya lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperatur lebih tinggi pada Tube side, karena panasnya ditransfer seluruhnya ke arah permukaan luar Tube atau ke arah shell sehingga akan diserap sepenuhnya oleh fluida yang mengalir di shell. Jika fluida dengan temperatur lebih tinggi dialirkan padashell side, maka transfer panas tidak hanya dilakukan ke arah Tube, tapi ada kemungkinan transfer panas juga terjadi ke arah luar shell (ke lingkungan). e. Sediment/ Suspended Solid / Fouling Fluida yang mengandung sediment/suspended solid atau yang menyebabkan fouling sebaiknya dialirkan di Tube sehingga Tube-Tube dengan mudah dibersihkan. Jika fluida yang mengandung sediment dialirkan di shell, maka sediment/fouling tersebut akan terakumulasi pada stagnant zone di sekitar baffles, sehingga cleaning pada sisi shell menjadi tidak mungkin dilakukan tanpa mencabutTube bundle. f. Viskositas Fluida yang viscous atau yang mempunyai low transfer rate dilewatkan melalui shell karena dapat menggunakan baffle. Koefisien heat transfer yang lebih D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

13


tinggi dapat diperoleh dengan menempatkan fluida yang lebih viscous pada shell side sebagai hasil dari peningkatan turbulensi akibat aliran crossflow (terutama karena pengaruh baffles). Biasanya fluida dengan viskositas > 2 cSt dialirkan di shell side untuk mengurangi luas permukaan perpindahan panas yang diminta. Koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi terdapat pada shell side, karena aliran turbulen akan terjadi melintang melalui sisi luar Tube dan baffle. Faktor yang mempengaruhi efektivitas alat penukar panas (Heat Exchanger) terutama Heat exchanger tipe shell & tube: 1. penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas. 2. pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang. 3. dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara meningkat. 4. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang. Jenis-jenis Shell and Tube : a. Fixed Tube Sheet atau Fixed Head (Type L, M, atau N) Fixed-tube-sheet heat exchanger lebih sering digunakan dibandingkan jenis lainnya, dan frekuensi penggunaannya meningkat beberapa tahun terakhir ini. Tibesheet dilas atau digabungkan dengan shell. Biasanya perluasan melewati shell dan bertindak sebagai flanges, dimana tube-side header ini dibaut. Konstruksi ini menyebabkan shell and tueb sheet material menyatu satu sama lain. Ketika pengelasan tidaklah mungkin, konstruksi tipe “blind”-gasket digunakan. Blind gasket tidak dapat diakses untuk pemeliharaan atau penggantian ketika unit telah dibangun. Konstruksi ini digunakan untuk steam surface condenser, yang beroperasi di bawah vakum.


Heat Exchanger

14


Gambar 2.4 Fixed Tube Sheet atau Fixed Head (Type L, M, atau N) (Shely Dian, 2010)

Tube side header (atau channel) dapat dilas pada tubesheet. Seperti ditunjukkan gambar diatas jenis C dan N, konstruksi jenis ini sedikit lebih mahal dibandingkan dengan jenis B dan M atau A dan L masih memberikan keuntungan dimana tabung mungkin diuji atau digantikan tanpa mengganggu pipa penghubung tube-side. Tidak ada pembatasan atas banyaknya aliran tube-side. Aliran shell-side dapat satu atau lebih, walaupun shell dengan lebih dari 2 aliran side-shell jarang digunakan. Tabung dapat dengan sepenuhnya mengisi heat exchanger shell. Jarak antara tabung yang paling jauh atau paling luar dan shell hanya merupakan kebutuhan yang minimum untuk pembuatan. Antara bagian dalam shell dan baffles terdapat jarak yang harus diberikan, sehingga baffles dapat bergeser terhadap shell. Toleransi pembuatan memerlukan beberapa jarak tambahan antara bagian luar dari baffles dan tabung yang paling jauh atau paling luar. Jarak tepi antara tabung yang luar (OTL) dan diameter baffle harus sesuai untuk mencegah getaran tabung dari patahan sampai lubang baffle. Tabung yang paling luar pasti termasuk dalam OTL. Jarak antara diameter shell dan OTL sekitar 13 mm (1/2 in) untuk 635 mm (25 in) di dalam diameter shell dan keatasnya, 11 mm (7/16 in) untuk 254 mm-610 mm (10 in-24 in) pipe shell, dan kurang untuk diameter pipe shell yang lebih kecil.


Heat Exchanger

15


Tabung dapat digantikan. Tube-side-header, channel cover, gasket dan lainnya dapat dilakukan pemeliharaan dan penggantian namun tidak untuk struktur shell-side baffle maupun blind gasket. Selama perpindahan tabung, tabung dapat patah sampai shell. Ketika hal itu terjadi, akan menjadi sangat sulit untuk memindahkan dan menggantikan tabung. Prosedur yang umum adalah menutup lubang yang sesuai pada tube sheet. Perluasan yang berbeda antara shell dan tube dapat berkembang dikarenakan perbedaan dalam panjang yang disebabkan oleh ekspansi thermal. Berbagai jenis sambungan ekspansi digunakan untuk menghilangkan tegangan yang berlebihan yang disebabkan oeh perluasan/pemuaian. Kebutuhan akan sambungan ekspansi merupakan kegunaan dari jumlah perbedaan ekspansi antara lain. Penanganan yang salah selama pembuatan, pemindahan, pemasangan atau perawatan heat exchanger dilengkapi dengan jenis bellow berdinding tipis atau tipe sambungan ekspansi torodial dapat merusak sambungan. Di dalam unit yang lebih besar, light-wall-joint ini peka terhadap kerusakan dan beberapa perancang memilih penggunaan dinding yng lebih berat dari formed heads. b. U-Tube Heat Exchanger Tube bundle yang berisi stationary tube sheet, u-tubes, baffle atau plat pendukung, tie rods dan spaces yang sesuai. Tube bundle dapat dipindahkan dari heat exchanger shell. Suatu tube sider (stationary head) dan shell dengan integral shell cover, yang dimana dilas pada shell, telah disediakan. Masing-masing tabung bebas untuk memperluas tanpa ada batasan ditempatkan diatasnya oleh tabung lain. U-tube bundle memiliki keuntungan jarak yang minimum antara batas tabung luar dan bagian dalam shell untuk perpindahan konstruksi tube bundle apapun. Jarak merupakan sama pentingnya seperti pada fixed-tube-sheet heat exchanger.


Heat Exchanger

16


Gambar 2.5 U-Tube Heat Exchanger (Shely Dian, 2010)

Banyaknya lubang tabung yang diberikan shell lebih sedikit untuk fixed-tubesheet exchanger karena pembatasan pada pembengkokkan tabung pada radius yang sangat pendek. Desain U-tube memberikan keuntungan untuk mengurangi banyaknya sambungan. Pada konstruksi bertekanan tinggi, bentuk ini menjadi penting dipertimbangkan dalam mengurangi biaya awal dan pemeliharaan. Penggunaan konstruksi U-tube telah meningkat dengan pengembangan tentang pembersih tabung hidrolik, yang dapat memindahkan residu dari bagian lurus dan bengkokan U pada tabung. Rods dan tabung mekanis pembersih konvensional tidak bisa lewat dari satu ujung u-tube ke ujung lainnya. Terdapat power driven tube cleaner, yang dapat membersihkan kaki tabung yang lurus dan bengkokan tabung. Pengaliran hidrolik dengan mendorong air melalui nozzle pada tekanan.


Heat Exchanger

17


Alat pemanas tangki penghisap, seperti pada gambar 2.5, terdapat U-tube bundle. Desain ini sering digunakan dengan tangki penyimpanan di luar untuk bahan bakar minyak berat, tar, molases dan fluida yang memiliki viskositas kecil agar mudah untuk dipompa. Biasanya media pemanasan tube side berupa uap. Satu ujung shell pemanas terbuka, dan cairan dipanaskan melewati bagian luar dari tabung. Biaya pompa dapat dikurangi tanpa memanaskan keseluruhan muatan tangki. Bare fin-tube dan integral low-fin tube dilengkapi dengan baffles. Pemanas longitudinal fin-tube tidak di-baffle. Fin sering digunakan untuk mengurangi potensi pencemaran fluida tersebut. U-tube exchanger dengan tabung tembaga, cast iron headers, dan bagian lain yang merupakan baja karbon digunakan untuk air dan uap di dalam bangunan kantor, sekolah, rumah sakit, hotel dan lain-lain. Lembar tabung non-ferrous atau 90-10 tabung tembaga-nikel adalah yang paling sering digunakan sebagai material pengganti. Standar exchangers ini tersedia dari sejumlah harga sebenarnya yang jauh di bawah peralatan industri proses. c. Packed-Lantern-Ring Exchanger Konstruksi ini merupakan straight-tube bundle yang dapat dipindahkan yang sedikit mahal. Bagian-bagian dari heat exchange jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.6 Packed-Lantern-Ring Exchanger (Shely Dian, 2010)

Fluida shell dan tube side masing-masing berisi dengan cincin terpisah dari kemasan terpisah dengan suatu lantern ring dan dipasang pada floating tube sheet. Lantern ring dilengkapi dengan weep holes. Kebocoran yang melewati packing pergi melewati weep holes dan kemudian menetes ke tanah. Kebocoran di packing tidak akan mengakibatkan pencampuran dua cairan di dalam exchanger. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

18


Lebar floating tube sheet harus cukup besar agar dapat mudah untuk packing, lantern ring dan differential expansion. Terkadang skirt digabungkan dengan tube sheet tipis untuk memberikan permukaan pada packing dan lantern ring. Jarak antara batas tabung yang luar dan bagian dalam shell adalah sedikit lebih besar dari yang untuk fixed-tube-sheet dan U-tube exchangers. Penggunaan floating-tube-skirt menyebabkan peningkatan jarak ini. Tanpa skirt, jarak harus dipertimbangkan untuk gangguan lubang tabung selama tabung menggoncang dekat tepi luar tabung atau untuk pengelasan ujung tube pada floating tube sheet. d. Outside-Packed-Floating Heat Exchanger Fluida dari sisi shell mengandung balutan dari banyak cincin, yang ditekan diantara kotak isian dengan balutan penyokong cincin. Dulu, konstruksi ini sering digunakan di industri kimia, tapi beberapa tahun belakangan ini penggunaannya telah berkurang. Konstruksi bundle yang dapat dipindahkan menyesuaikan dengan perbedaan ekspansi antara shell dan tube dan penggunaannya untuk perbaikan bagian shell hingga 4137 kPa dan 600 lbf/ in2 pada 3160C (6000F). Tidak terdapat batasan angka pada jumlah dari sisi tube yang dilalui atau pada desain tekanan dan temperature bagian tube. Outside-packed floating heat exchanger merupakan tipe umum yang sering digunakan untuk konstruksi bundle yang dapat dipindahkan di industri kimia.

Gambar 2.7 Outside-Packed-Floating Heat Exchanger (Shely Dian, 2010)

Saat floating-tube-sheet skirt mengalami kontak dengan balutan dari cincin, dapat menghaluskan akhir mesin. Split-shear-ring masuk pada alur floating-tube-sheet skirt. Slip on backing flange, pada saat penggunaannya, ditahan di tempat untuk shear ring, terpasang pada external floating-head cover. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

19


Floating head cover biasanya berupa cakram bundar, dengan sejumlah ganjil dari tube-side passes, nozzle aksial bisa dipasang pada floating-head cover. Jika sisi nozzle diperlukan, cakram bundar diganti oleh dished head atau channel barrel terpasang diantara floating-head cover dan floating-tube-sheet skirt. e. Internal Floating Head Exchanger Desain internal-floating-head exchanger digunakan secara ekstensif di jasa pertroleum refinery, tapi beberapa tahun belakangan ini, penggunaannya menurun, Tube bundle lebih mudah dipindahkan dan floating tube sheet yang bergerak ( atau mengambang ) dapat menyesuaikan dengan perbedaan ekspansi antara shell dan tube. Batas tube terluar mendekati diameter bagian dalam gasket pada floating tube sheet. Jarak (antara shell dan OTL) adalah 29 mm (1 1/8 in) untuk shell pipa dan 37 mm (1 7/16 in untuk diameter plate shell sedang). Split backing ring dan baut biasanya menahan floating head cover pada floating tube sheet. Split backing ring dan baut biasanya terletak melebihi ujung shell dan di dalam cover-shell berdiameter besar. Shell cover, split backing ring, dan floating head cover harus dipindahkan sebelum tube bundle bisa melewati exchanger shell. f. Pull-Through-Floating Heat Exchanger. Konstruksinya

sama

seperti

internal-floating-head

split-backing

ring

exchanger kecuali floating-head covernya yang terpasang tepat pada floating tube sheet, Tube bundle dapat diambil tanpa memindahkan shell cover atau floating-head cover. Hal ini dapat mengurangi waktu perawatan saat pemeriksaan dan perbaikan. Jarak yang besar antara shell dan tube harus tesedia untuk gasket dan baut pada floating-head cover. Jaraknya sekitar 2-2,5 kali dibandingkan dengan desain yang dibutuhkan split-ring. Sealing strips atau dummy tubes biasanya dipasang untuk mengurangi tube bundle yang melewati.


Heat Exchanger

20


Gambar 2.8 Pull-Through-Floating Heat Exchanger (Shely Dian, 2010)

g. Falling-Film Exchangers Falling film shell and tube heat exchanger telah dikembangkan untuk macammacam pelayanan dan dibuat oleh Sack (Chem.eng program,63,55(juli 1967)). Fluida masuk di puncak vertical tabung, Distributor atau slotted tubes menyimpan liquid di aliran film di dalam permukaan tubes, dan film menempel pada permukaan tabung saat jatuh ke dasar tabung. Fil dapat didinginkan. Dipanaskan, diuapkan atau dibekukan (oleh medium perpindahan panas yang cocok) di luar tabung. Tube distributor telah dikembangkan untuk berbagai macam aplikasi. Fixed tube sheets dengan atau tanpa sambungan ekspansi dan outside-packed head adalah desain yang digunakan. h. Split-backing-ring Floating Head (Type S) Satu tubesheet fix dengan baik pada shell dan tubesheet satunya terapung, dan dimungkinkan untuk memindahkan secara terpisah antara shell side dan tube side, serta seluruh tube bundle dapat dilepas. Untuk memisahkan antara fluida pada shell dengan fluida yang melewati tube side, maka dipergunakan flanged cover yang dibautkan pada split backing ring pada sisi lain tubesheet. Akses ke tube end pada stationary end hanya dapat dilakukan dengan melepaskan head cover, sedangkan akses ke tube end pada floating head end dilakukan dengan melepas shell cover, split back ring dan floating head cover. Ada internal joint pada type ini sehingga membutuhkan design yang sangat hati hati dan cermat.


Heat Exchanger

21


Gambar 2.9 Split-backing-ring Floating Head (Type S) (Shely Dian, 2010)

i. Outside Packed floating head (Type P) Untuk memasukkan fluida dari tube side ke floating head, salah satu silindrical barrel (Skirt) dilaskan pada sisi luar floating tubesheet, sementara lainya ditetapkan dengan sebuah slip on backing flange dan flat cover. Backing flange dipasang dengan sebuah split shear ring yang ditempatkan dalam celah pada skirt, keberadaan split shear ring memungkinkan bagi flange dan cover untuk dilepas. Tekanan dan temperatur pada shell side terbatas pada 20 bar dan 300 deg C.

Gambar 2.10 Outside Packed floating head (Type P) (Shely Dian, 2010)

j. Bayonat tube Pada type ini, tube bagian luar, tube bagian dalam dan shell side dapat dilepaskan secara bebas. Type ini cocok untuk perbedaan temperatur yang extrim antara kedua fluida di shell side dan tube side. Free end masing-masing pipa bagian luar di seal ke sebuah cover Shell side biasanya dilengkapi dengan buffle seperti halnya type lain, akan tetapi untuk ukuran shell vertikal yang relative pendek kadang D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

22


tidak diperlukan adanya buffle. Secara garis besarnya ada dua Tahap Detail Design untuk Shell and Tube Heat Exchanger. Tahap pertama adalah Thermal Design dan selanjutnya diteruskan dengan Mechanical Design. Output atau hasil yang diperoleh pada Thermal design akan menjadi data input untuk Mechanical design. k. Double bundle Vaporizer Double type ini adalah spesial design non-TEMA dan cocok dipergunakan untuk penguapan liquid pada temperatur yang rendah. Meskipun dapat dipenuhi dengan single bundle, akan tetapi spesial design diperlukan untuk mencegah pembekuan kondensate. Bundle bagian bawah berperan sebagai kettle yang memanaskan fluida dalam shell dan pendinginan terjadi pada fluida pada tube side, sementara itu bundle bagian atas berperan menurunkan kembali temperatur fluida dapam shell dan menyerap panasnya untuk menguapkan fluida dingin pada tibe side pada bundle atas ini.

Gambar 2.11 Double bundle Vaporizer (Shely Dian, 2010)

Keuntungan shell & tube exchanger : a. Memiliki permukaan perpindahan panas persatuan volume yang lebih besar b. Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan. c. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi d. Prosedur pengopersian lebih mudah e. Metode perancangan yang lebih baik telah tersedia D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

23


f. Pembersihan dapat dilakukan dengan mudah Faktor yang mempengaruhi efektivitas Heat exchanger tipe shell & tube: 5. Melakukan penelitian penggunaan baffle dapat meningkatkan efektifitas alat penukar panas, hal ini sejalan dengan peningkatan koefisien perpindahan panas. 6. Melakukan penelitian pengaruh tebal isolasi pada bagian luar shell, efektifitas meningkat hingga suatu harga maksimum dan kemudian berkurang. 7. Menyimpulkannya dengan menggunakan alat penukar panas tabung konsentris, efektifitas berkurang, jika kecepatan udara masuk dingin meningkat dan efektifitas meningkat, jika laju alir massa udara meningkat. 8. Menentukan jarak antar baffle minimum 0,2 dari diameter shell sedangkan jarak maksimum ialah 1x diameter bagian dalam shell. Jarak baffle yang panjang akan membuat aliran membujur dan kurang menyimpang dari aliran melintang. Komponen-komponen Shell and Tube Heat Exchanger. Dalam penguraian komponen-komponen heat exchanger jenis shell and tube akan dibahas beberapa komponen yang sangat berpengaruh pada konstruksi heat exchanger. Untuk lebih jelasnya disini akan dibahas beberapa komponen dari heat exchanger jenis and tube. 1. Shell Kontruksi shell sangat ditentukan oleh keadaan tubes yang akan ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang berukuran besar atau pelat logam yang dirol. Shell merupakan badan dari heat exchanger, dimana didapat tube bundle. Untuk temperatur yang sangart tinggi kadang-kadang shell dibagi dua disambungkan dengan sambungan ekspansi. Bentuk-bentuk shell yang lazim digunakan ditunjukkan pada gambar berikut :


Heat Exchanger

24


Gbr. 2.12 Bentuk-bentuk shell dan penutupnya. (Anonim, 2011)

2. Tube (pipa) Tube atau pipa merupakan bidang pemisah antara kedua jenis fluida yang mengalir didalamnya dan sekaligus sebagai bidang perpindahan panas. Ketebalan dan bahan pipa harus dipilih pada tekanan operasi fluida kerjanya. Selain itu bahan pipa tidak mudah terkorosi oleh fluida kerja. Adapun beberapa tipe susunan tube dapat dilihat dibawah ini : D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

25


a. Susunan Segitiga (Triangular Pitch).

Gambar. 2.13 Triangular Pitch (Anonim, 2010)



Keuntungan : 1. Film koeffisien lebih tinggi daripada square pitch. 2. Dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak sebab susunannya kompak.



Kerugian : 1. Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas. 2. Tidak baik untuk fluida fouling 3. Pembersihan secara kimia

b. Susunan Segitiga Diputar 30(Rotated Triangular Pitch)

Gambar. 2.14 Rotated Triangular Pitch (Anonim, 2010)



Keuntungan : 1. Film koeffisisennya tidak sebesar susunan triangular pitch, tetapi lebih besar dari susunan square pitch. 2. Dapat digunakan pada fluida fouling 3.



Kerugian : 1. Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas. 2. Pembersihan secara kimia

c. Susunan Bujur sangkar (Square Pitch) D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

26


Gambar. 2.15 Square Pitch (Anonim, 2010)



Keuntungan : 1. Bagus untuk kondisi yang memerlukan pressure drop rendah. 2. Baik untuk pembersihan luar tube secara mekanik. 3. Baik untuk menangani fluuida fouling.



Kerugian : 1. Film koeffisiennya relatif rendah

d. Susunan Bujur sangkar yang Diputar 45 (Diamond Square Pitch).

Gambar. 2.16 Diamond Square Pitch (Anonim, 2010)



Keuntungan : 1. Film koeffisiennya lebih baik dari susunan square pitch, tetapi tidak sebaik triangular pitch dan rotated triangular pitch. 2. Mudah untuk pembersihan dengan mekanik 3. Baik untuk fluida fouling.



Kerugian : 1. Film koeffisisen relatif rendah 2. Pressure drop tidak serendah square pitch

e. Tube pitch Lubang yang tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena jarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga tube. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger

27


Gambar 2.17 Tube Pitch (Anonim, 2009) Susunan

dari

tube

ini

dibuat

berdasarkan

pertimbangan

untuk

mendapatkan jumlah pipa yang banyak atau untuk kemudahan perawatan (pembersihan permukaan pipa). 3. Sekat (Baffle) Tubes atau pipa-pipa memegang peranan yang sangat penting di dalam penukar kalor. Dinding pipa merupakan bidang pemisah kedua jenis fluida yang mengalir di dalamnya dan sekaligus berfungsi sebagai bidang perpindahan panas. Bahan dan ketebalan dnding pipa harus dipilih agar diperoleh penghantaran panas yang baik dan juga harus mampu bekerja pada tekanan operasi fluida kerjanya. Susunan tubes biasanya dipasang menurut konfigurasi segitiga atau segiempat Adapun fungsi dari pemasangan sekat (baffle) pada heat exchanger ini antara lain adalah untuk : 1. Sebagai penahan dari tube bundle 2. Untuk mengurangi atau menambah terjadinya getaran. 3. Sebagai alat untuk mengarahkan aliran fluida yang berada di dalam tubes. Ditinjau dari segi konstruksinya baffle dapat diklasifikasikan dalam empat kelompok, yaitu : 1. Sekat plat bentuk segmen. 2. Sekat bintang (rod baffle). 3. Sekat mendatar. 4. Sekat impingement.


Heat Exchanger

28


Gbr. 2. 18 Sekat plat bentuk segmen (Agus Nuryaman, 2011)

Gbr. 2. 19 Sekat bintang (rod baffle) (Agus Nuryaman, 2011)

Gbr. 2. 20 Sekat mendatar (Agus Nuryaman, 2011)


Heat Exchanger

29


Gbr. 2. 21 Sekat Impingement (Agus Nuryaman, 2011)

4. Tube Side Channel dan Nozzle Mengatur aliran fluida di tube 5. Channel Cover Tutup yang dapat dibuka saat pemeriksaan dan pembersihan 6. 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. Tube sheet merupakan bagian yang penting pada penukar kalor. Bagian ini merupakan tempat disatukannya pipa-pipa pada bagian ujungnya. Tube sheet ini dibuat tebal dan pipa harus terpasang rapat tanpa bocor pada tube sheet. Dengan konstruksi fluida yang mengalir pada badan shell tidak akan tercampur dengan fluida yang mengalir didalam tube. Penyambungan antara tube sheet dengan pipa merupakan hal yang paling penting untuk diperhatikan,


Heat Exchanger 30


karena.segala kegagalan penyambungan ini akan menyebabkan kebocoran dan pencampuran kedua fluida di dalam penukar kalor. Terdapat dua jenis tube sheet, yaitu a.

Fixed tube sheet, dimana tube sheet dipasang kokoh pada shell.

Biasanya tube sheet ini dipasang dengan cara compression fitting (dengan bautmur). Untuk keperluan khusus dapat dilakukan sambungan las. b.

Floating tube sheet; tube sheet ini tidak dikatkan pada shell,tetapi

terpasang dengan baik pada tube bundle (berkas pipa). Pemakaian floating tube sheet biasanya dimaksudkan untuk mengatasi ekspansi termal pada operasi temperatur tinggi. Untuk mencegah tercampurnya fluida di dalam penukar kalor, pada bagian saluran pipa dipasang tutup tube sheet. 7. 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. 2.3.2 Jenis Double Pipe (Pipa Ganda) Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas dapat

digunakanberlawanan arah aliran atau arah aliran, baik

dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruangan nular dan cairan lainnya dalam pipa. 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. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ). Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendirisendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini dibentuk menjadi U. pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip. Bentuk siripnya ada yang memanjang, melingkar dan sebagainya. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 31


Gambar. 2.22 Alat penukar kalor jenis Double Pipa (Ike Yulia, 2011)

Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil. Kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (<50 m2), dan biasanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau dikondensasikan. Prinsip kerja double pipe 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 D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 32


konveksi, sedang proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah. Dalam desain pipa penukar panas ganda, merupakan faktor penting adalah jenis pola aliran dalam penukar panas. Sebuah penukar panas pipa ganda biasanya akan baik berlawanan arah / counterflow atau aliran paralel. Crossflow hanya tidak bekerja untuk penukar panas pipa ganda. Pola yang aliran dan tugas panas yang dibutuhkan pertukaran memungkinkan perhitungan log mean perbedaan suhu. Yang bersama-sama dengan perpindahan panas keseluruhan diperkirakan koefisien memungkinkan perhitungan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan. Kemudian ukuran pipa, panjang pipa dan jumlah tikungan dapat ditentukan. Prinsip kerja dari alat ini adalah memindahkan panas dari cairan dengan temperature yang lebih tinggi ke cairan yang memiliki temperatur lebih rendah. Dalam percobaan kali ini, aliran panas (steam) dialirkan pada bagian dalam pipa konsentris sedangkan air dialirkan pada bagian luar dari pipa konsentris ini (bagian anulus). Namun, terkadang dalam beberapa alat seperti HE ini, akan ada pengotor didalam pipa yang membuat proses perpindahan kalor nya menjadi terganggu. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis fluida yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut. Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain : Temperatur fluida, Temperatur dinding tube dan Kecepatan aliran fluida. 2.3.3 Koil Pipa Heat Exchanger ini mempunyai pipa berbentuk koil yang dibenamkan didalam sebuah box berisi air dingin yang mengalir atau yang disemprotkan untuk mendinginkan fluida panas yang mengalir di dalam pipa. Jenis ini disebut juga sebagai box cooler jenis ini biasanya digunakan untuk pemindahan kalor yang relative kecil dan fluida yang didalam shell yang akan diproses lanjut. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 33


Gambar 2.23 Pipa Coil Heat Exchanger (Anonim, 2012)

HE jenis ini disusun dari tabung-tabung (tubes) dengan jumlah besar mengelilingi tabung inti, dimana setiap HE terdiri dari lapisan-lapisan

tabung

sepanjang arah aksial maupun radial. Aliran tekanan tinggi diberikan pada tube diameter kecil, sementara untuk tekanan rendah dialirkan pada bagian luar tube diameter kecil.

Gambar 2.24 Coiled-tube HE dengan area perpindahan panas seluas 12,000 m2 (Tendra, 2012)

HE jenis ini memiliki keuntungan untuk kondisi suhu rendah antara lain: 1. Perpindahan kalor dapat dilakukan lebih dari dari dua aliran secara simultan. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 34


2. Memiliki jumlah unit Heat transfer yang tinggi 3. Dapat dilakukan pada tekanan tinggi. Geometri HE Coiled Tube sangat bervariasi, tergantung pada kondisi aliran dan drop pressure yang dibutuhkan. Parameter yang

berpengaruh antara lain:

kecepatan aliran pada shell dan tube, diameter tube, jarak antar tube (tube pitch), layer spacer diameter. Faktor lain yang juga harus diperhitungkan yaitu jumlah fasa aliran, terjadinya kondensasi dan evaporasi pada shell atau tube. Aplikasi HE Coiled Tube untuk skala besar telah banyak diterapkan pada LNG Plant, dimana alat HE ini memiliki kapasitas 100,000 m3/h pada 289 K dan 0.101 Mpa. Luas permukaan heat transfer 25,000 m2 dan panjang keseluruhan 61 m, diameter 4.5 m dan berat 180 ton. Gambar Skematik alat tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gb. 2.25 Skema HE Coiled Tube yang Digunakan Pada LNG Plant (Anonim, 2012)

2.3.4 Jenis Pipa Terbuka (Open Tube Section) Pada heat exchanger ini pipa-pipa tidak ditempatkan lagi didalam shell, tetapi dibiarkan di udara. Prndinginan dilakukan dengan mengalirkan air atau udara pada bagian pipa. Berkas pipa itu biasanya cukup panjang. Untuk D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 35


pendinginan dengan udara biasanya bagian luar pipa diberi sirip-sirip untuk memperluas permukaan perpindahan panas. Seperti halnya jenis coil pipa, perpindahan panas yang terjadi cukup lamban dengan kapasitas yang lebih kecil dari jenis shell and tube.

Gbr. 2.26. Alat penukar kalor jenis open tube section (Anonim, 2010)

Di samping jenis-jenis di atas, masih terdapat jenis-jenis lain yang dijumpai di industri, antara lain : 

Jenis spiral, menpunyai bidang perpindahan panas yang melingkar. Karena alirannya yang melingkar maka system ini dapat “Self Cleaning” dan mempunyai efisiensi perpindahan panas yang baik. Akan tetapi konstruksi seperti ini tidak dapat dioperasikan pada tekanan tinggi.

Gambar 2.27. Spiral Heat Exchanger (Anonim, 2012)



Jenis lamella, biasanya digunakan untuk memindahkan panas dari gas ke gas pada tekanan rendah. Jenis ini memiliki koefisien perpindahan panas yang baik/tinggi.


Heat Exchanger 36


Gbr. 2.28. Jenis lamella (Anonim, 2012)



Gasketter plate exchanger, mempunyai bidang perpindahan panas yang terbentuk dari lembaran pelat yang dibuat beralur. Laluan fluida (biasanya untuk cairan) terdapat diantara lembaran pelat yang dipisahkan gasket yang dirancang khusus sehingga dapat memisahkan aliran dari kedua cairan. Perawatannya mudah dan mempunyai efisiensi perpindahan panas yang baik.

Gbr. 2.29. Gasket plate exchanger (Anonim, 2010)

2.3.5 Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger ) Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 37


dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Pelat-pelat ini dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-pelat ditentukan oleh sekat-sekat tersebut. Pada setiap sudut dari pelat yang berbentuk empat persegi panjang terdapat lubang. Melalui dua di antara lubang-lubang ini media yang satu disalurkan masuk dan keluar pada satu sisi, sedangkan media yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang antara disebelahnya. Dalam hal itu hubungan ruang yang satu dan yang lainnya dimungkinkan. pelat-pelat yang dibentuk sesuai kebutuhan dan umumnya terbuat dari baja (stainless steel type 304, 316, 317) atau logam lainnya. 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. Sistem Kerja dari Plate Heat Exchanger Produk akan dipanaskan dan masuk kedalam suatu larutan yang kemudian akan mengalir pada sebuah pelat. Proses pemanasan ini terjadi dengan adanya medium pemanas yang mengalir pada saluran dan pelat yang lainnya. Dimana pelat yang telah tersusun ini akan secara bergantian mengalirkan produk dan medium pemanas. Pelat yang dialiri produk tidak akan dialiri oleh komponen lain. Cairan panas yang melintasi bagian bawah head dialirkan ke atas melintas diantara setiap plae genap sementara cairan dingin pada bagian puncak head dialirkan turun diantara plat-plat ganjil. Arah aliran produk dan medium pemanas di dalam pelat biasanya berbeda atau boleh dikatakan mengalir secara berlawanan. Pada umumnya produk akan masuk melalui saluran atas dan mengalir kebawah melewati pelat, sehingga aliran keluaran produk akan berada dibawah, sedangkan medium pemanas akan masuk melalui saluran yang berkebalikan dari produk, yaitu masuk melalui saluran bawah dan mengalir ke atas melewati pelat, sehingga aliran pengeluaran medium pemanas akan berada diatas. Arah aliran yang berlawanan ini dimaksudkan agar proses pemanasan dapat lebih cepat berlangsung.


Heat Exchanger 38


Produk yang mengalir pada suatu pelat akan terhimpit oleh medium pemanas dengan arah aliran yang berbeda, sehingga produk akan cepat memanas karena tertekan oleh pelat yang mengalirkan medium pemanas. Produk yang telah menjadi panas dan medium yang telah mengalir pada suatu pelat akan mengalir keluar. Saluran pengeluaran medium pemanas dan produk ada dua macam tergantung dari rangkaian pelat yang digunakan, baik itu seri maupun paralel. Pada rangkaian seri produk yang masuk dan keluar akan melewati ports pada bagian front head yang sama. Sedangkan pada rangkaian paralel produk dan medium pemanas akan masuk dan keluar melewati bagian yang berbeda, yaitu masuk melewati ports pada bagian front head dan keluar melalui ports pada bagian belakangnya. Prinsip Alat Ukur PHE 1. Alat ukur laju alir 2. Alat ukur tekanan 3. Alat ukur suhu Kelebihan PHE 1. Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien. 2. Mudah dirawat dan dibersihkan 3. Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan 4. Waktu tinggal media sangat pendek 5. Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos) 6. Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah 7. Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless Steel,Titanium, dan logam lainnya) 8. Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi Kekurangan PHE 1. Pelat merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and Frame Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30 bar. 2. Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting 3. Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 oC dikarenakan performa dari material gasket yang sesuai. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 39


Gambar 2.30 Penukar panas jenis pelat and Frame (Stevano Viktor, 2011)

Gambar 2.31 Penukar panas jenis pelat and Frame (Stevano Viktor, 2011)

PHE yang banyak dijumpai di industri adalah type: a. Glue type Tipe glue ini memerlukan lem untuk memasang gasket pada plat PHE. Lem yang digunakan hendaknya ialah lem yang mempunyai ketahanan terhadap panas yang baik.


Heat Exchanger 40


Gambar 2.32 Glue type (Stevano Viktor, 2011) b. Clip type Luar gasket tipe ini terdapat clip-clip, sehingga dalam pemasangannya cukup menancapkan clip-clip tersebut ke lubang yang terdapat pada plat. Pemasangan gasket tipe ini lebih mudah dan ringkas jika dibandingkan dengan tipe glue.

Gambar 2.33 Clip type (Stevano Viktor, 2011) Klasifikasi alat penukar panas : a. Berdasarkan kontak antara bahan atau fluida 

Pertukaran panas langsung Bahan yang dipanaskan atau yang didinginkan dikontakan langsung

dengan media pemanas atau pendingin. 

Pertukaran Panas tidak langsung Memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari satu cairan fluida ke

fluida lain melalui dinding pemisah. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 41


b. Berdasarkan arah aliran 

Penukar panas satu lintas (single-pass)



Penukar panas aliran searah (parallel-flow)



Penukar panas berlawanan arah (Counter-flow)



Penukar panas aliran lintang (Cross-flow)

Bagian-Bagian dari Plate Heat Exchanger

Gambar. 2.34 Plate Heat Exchanger (Stevano Viktor, 2011)

1. Gasket terbuat dari karet (non logam) atau bahan yang biasa digunakan adalah nitrile dan ethylene propylene rubber (EPR/EPDM) a. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur rendah b. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur tinggi c. EPR/ EPDM : -800F – 3000 F sangat tahan terhadap air yang sangat panas dan uap serta memiliki ketahanan yang baik untuk kompresi atau volume yang besar. Fungsi gasket ini adalah sebagai perekat alat atau pengatur aliran fluida, sehingga antara fluida yang satu dengan fluida yang lain tidak mengalami kontak secara langsung yang menyebabkan kebocoran. 2. Pelat penekan (Compression Plate) terbuat dari logam yang berfungsi sebagai penekan pelat agar pada saat operasi alat berjalan tidak ada rongga didalam aliran fluida agar tidak terjadi kebocoran. 3.

Pelat (plates), umumnya berukuran 0,4 - 0,6 mm terbuat dari stainless steel atau titanium dan terdapat pada berbagai macam susunan yang berombak-ombak, berfungsi sebagai tempat mengatur fluida serta tempat terjadinya pertukaran panas antara fluida panas dengan fluida dingin. Fluida pada pelat ini mengalir secara turbulen, hal ini dikarenakan bentuk dari pelat tersebut yang bergerigi sehingga


Heat Exchanger 42


pertukaran panas dapat berlangsung secara cepat. Makin banyak pelat tekanan makin besar.

Gambar 2.35 Tipe pelat (Stevano Viktor, 2011)

Tipe Pelat 

Vertical, termasuk salah satu pola pelat yang sering digunakan karena mempunyai banyak pembatas untuk mengalir, sehingga menyebabkan banyak gerakan putaran (turbulen), perpindahan panas dengan kecepatan tinggi, dan menurunkan tekanan.



Horizontal, juga merupakan

pola yang sering digunakan. Mempunyai

pembatas, gerak putaran (turbulen), dan penurunan tekanan yang lebih sedikit dibandingkan pola vertical 

Combination, penggunaan pola pelat ini biasanya ditujukan untuk hasil pemanasan dan penurunan tekanan yang lebih optimal.

4. Pelat penyangga tetap (fixed frame), terbuat dari logam dan berfungsi menjaga pelat agar tetap stabil

Gambar 2.36 Pelat penyangga tetap (fixed frame) (Stevano Viktor, 2011)


Heat Exchanger 43


5. Alat penekan (Compression Bolt), berupa baut pelat baja yang digunakan untuk menekan pelat dan frame

Gambar 2.37 Compression Bolt (Anonim, 2010)

6. Guide Bars, berupa batang yang terbuat dari carbon steel atau stainless steel yang mendukung dan menjaga agar pelat berjajar secara rapi.

Gambar 2.38 Guide Bars (Anonim, 2010)

7. Front and Rear Heads . (Bagian depan dan kepala bagian belakang), merupakan bagian yang dilapisi oleh frame carbon steel yang melekat pada kumpulan pelat yang ditekan. 2.3.6 Adiabatic wheel heat exchanger Jenis keenam penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 44


dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan. 2.3.7 Pillow plate heat exchanger Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel. Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam. Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam.

Gambar 2.39 Pillow plate heat exchanger (Anoni, 2012)

2.3.8 Dynamic scraped surface heat exchanger Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan selama proses tersebut.


Heat Exchanger 45


Gambar 2.40 Dynamic scraped surface heat exchanger (Anonim, 2010)

2.3.9 Phase-change heat exchanger Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas. Distilasi

set-up

biasanya

menggunakan

kondensor

untuk

mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk mendidihkan air menjadi uap. Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang sering disebut boiler atau generator uap.Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir yang disebut reaktor air bertekanan, penukar panas khusus besar yang melewati panas dari sistem (pabrik reaktor) primer ke sistem (pabrik uap) sekunder, uap memproduksi dari air dalam proses, disebut generator uap.Semua pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir menggunakan uap yang digerakkan turbin memiliki kondensor permukaan untuk mengubah uap gas buang dari turbin ke kondensat (air) untuk digunakan kembali. Untuk menghemat energi dan kapasitas pendinginan dalam kimia dan tanaman lainnya, penukar panas regeneratif dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu aliran yang perlu didinginkan ke aliran yang perlu dipanaskan, seperti pendingin distilat dan pakan reboiler pra-pemanasan. Istilah ini juga dapat merujuk kepada penukar panas yang mengandung bahan dalam struktur mereka yang memiliki perubahan fasa. Hal ini biasanya padat D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 46


ke fase cair karena perbedaan volume kecil antara negara-negara ini. Perubahan fase efektif bertindak sebagai buffer karena terjadi pada suhu konstan tetapi masih memungkinkan untuk penukar panas untuk menerima panas tambahan. Salah satu contoh di mana ini telah diteliti untuk digunakan dalam elektronik pesawat daya tinggi.

Gambar 2.41 Phase-change heat exchanger (Zuhrina, 2006)


Heat Exchanger 47


BAB III PERAWATAN HEAT EXCHANGER 3.1 Pemeriksaan Peralatan Penukar Panas Pada alat penukar kalor ini, kedua fluida mengalir pada dua jalur yang berbeda dan kedua jalur dipisahkan oleh satu plat. Plat yang digunakan adalah dari bahan tembaga. Hal ini dengan pertimbangan bahan plat dan bahan tembaga mempunyai harga konduktivitas (thermal) yang tinggi sehingga mempunyai kemampuan menghantarkan panas yang baik. Pemeriksaan dilakukan sebagai berikut : a. Melakukan pemeriksaan pada sekat aliran fluida yang terbuat dari tembaga, untuk pemeriksaan kebocoran. b. Melakukan pengecekan pada saluran fluida panas dan fluida dingin, jika ada kotoran yang menyumbat harus dibersihkan terlebih dahulu, sehingga aliran fluida dapat lancar. c. Kedua jalur plat ini juga harus diperiksa agar terjadi pertukaran panas antara kedua fluida tersebut agar fluida panas secara optimum akan mengalami penurunan temperatur sedangkan fluida dingin akan mengalami kenaikan temperatur. d. Pemeriksaan pendahuluan sangat penting dikarenakan perbedaan temperatur fluida pada saat masuk dan keluar alat untuk pengambilan data menghitung q (laju aliran panas) yang terjadi pada alat penukar kalor, sehingga pemeriksaan pendahuluan sangat penting. e. Alirkan minyak panas atau hasil penyulingan melalui tabung atau shell dengan kecepatan yang baik, pada umumnya secara efektif dapat memindahkan kotoran atau hal serupa yang masih tersimpan didalamnya. f. Garam yang tersimpan mungkin dapat dicuci bersih dengan mengalirkan air panas yang bersih. g. Jika tidak satupun dari metoda diatas efektif untuk menghilangkan sesuatu dalam skala besar, coke mungkin dapat digunakan. Analisa kinerja HE : 1. 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. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 48


2. 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. Angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa fluida yang mengalir di dalam HE. 

Penyebab terjadinya fouling : a. Adanya pengotor berat yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi atau coke keras. b. Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi kerak keras.



Akibat fouling : a. mengakibatkan kenaikan tahanan heat transfer, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi, operasi maupun perawatan. b. ukuran Heat Exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat.



Variabel operasi yang berpengaruh terhadap fouling : a. 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. 3. Pressure drop Untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat memepertahankan tekanan yang dimilikinya selama fluida mengalir. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 49


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

3.2 Perawatan Peralatan Penukar Panas Peralatan penukar panas sederhana terdiri dari : 1. unit Heat Exchanger 1 unit 2. Thermometer Digital 1 buah 3. Stop Watch 1 buah 4. Selang air Langkah-langkah perawatan sebagai berikut : a. Buka penuh katup-katup b. Kemudian tutup penuh katup-katup c. Dicoba mengalirkan fluida dingin dengan menggunakan katup dan atur debitnya dengan mengatur katup d. Dicoba mengalirkan fluida panas dengan menggunakan pompa dan atur debitnya dengan mengatur katup e. Perawatan pada aliran searah, apabila bukaan katup semakin dipersempit maka kecepatan pada aliran fluida panas dan fluida dingin akan semakin lambat, sehingga kinerja peralatan dapat optimum. Persiapan deskripsi bahan olahan sebelum pelaksanaan proses Reaksi kimia merupakan suatu proses dimana bahan sebelum diproses disebut dengan reaktan dan hasilnya produk. Lambang dari reaksi kimia sebelum dan sesudah proses menggunakan tanda panah. A + B -> P + Q


Heat Exchanger 50


Pada reaksi diatas, A dan B merupakan reaktan sedangkan P dan Q merupakan produk. Dalam hal ini antara reaktan dan produk terjadi perubahan identitas kimia yang dapat berupa perubahan struktur, unsur ataupun molekul kimia. Reaksi kimia adalah suatu reaksi antar senyawa kimia atau unsur kimia yang melibatkan perubahan struktur dari molekul, yang umumnya berkaitan dengan pembentukan dan pemutusan ikatan kimia. Berlangsungnya proses tersebut mempunyai dua kemungkinan yaitu memerlukan energi (disebut dengan reaksi endotermal) atau melepaskan energi (reaksi eksotermal). Selain itu beberapa ciri fisik antara lain: a. Terbentuknya endapan b. Terbentuknya gas c. Terjadinya perubahan warna d. Terjadinya perubahan suhu atau temperatur Semua reaksi kimia menyangkut perubahan energi yang diwujudkan dalam bentuk panas. Kebanyakan reaksi kimia disertai dengan pelepasan panas (reaksi eksotermis), meskipun adapula beberapa reaksi kimia yang menyerap panas (reaksi endotermis). Bahaya dari suatu reaksi kimia terutama adalah karena proses pelepasan energi (panas) yang demikian banyak dan dalam kecepatan yang sangat tinggi, sehingga tidak terkendalikan

dan

bersifat

destruktif

(merusak)

terhadap

lingkungan,

termasuk

operator/orang yang melakukannya. Banyak kejadian dan kecelakaan di dalam laboratorium sebagai akibat reaksi kimia yang hebat atau eksplosif (bersifat ledakan). Namun kecelakaan tersebut pada hakikatnya disebabkan oleh kurangnya pengertian atau apresiasi terhadap faktor-faktor kimia-fisika yang mempengaruhi kecepatan reaksi kimia. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan suatu reaksi kimia adalah konsentrasi pereaksi, kenaikan suhu reaksi, dan adanya katalis. Sesuai dengan hukum aksi masa, kecepatan reaksi bergantung pada konsentrasi zat pereaksi. Oleh karena itu, untuk percobaan-percobaan yang belum dikenal bahayanya, tidak dilakukan dengan konsetrasi pekat, melainkan konsentrasi pereaksi kira-kira 10% saja. Kalau reaksi telah dikenal bahayanya, maka konsetrasi pereaksi cukup 2 – 5 % saja sudah memadahi. Suatu contoh, apabila amonia pekat direaksikan dengan dimetil sulfat,


Heat Exchanger 51


maka reaksi akan bersifat eksplosif, akan tetapi tidak demikian apabila digunakan amonia encer. Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi kimia dapat diperkirakan dengan persamaan Arhenius, dimana kecepatan reaksi bertambah secara kesponensial dengan bertambahnya suhu. Secara kasar apabila suhu naik sebesar 10 oC, maka kecepatan reaksi akan naik menjadi dua kali. Atau apabila suhu reaksi mendadak naik 100 oC, ini berarti bahwa kecepatan reaksi mendadak naik berlipat 210 = 1024 kali. Di sinilah pentingnya untuk mengadakan kendali terhadap suhu reaksi, misalnya dengan pendinginan apabila reaksi bersifat eksotermis. 3.3 Tipe pembersihan HE : Melakukan pembersihan secara berkala seperi di bawah ini : 

Alirkan minyak panas atau hasil penyulingan melalui tabung atau shell dengan kecepatan yang baik,pada umumnya secara efektif dapat memindahkan kotoran atau hal serupa yang masih tersimpan didalamnya.



Garam yang tersimpan mungkin dapat dicuci bersih dengan mengalirkan air panas yang bersih.



Beberapa campuran pembersih komersil seperti “Oakite” dan “Dowell” mungkin efektif dalam menghilangkan kotoran yang sulit dihilangkan. Jika tidak satupun dari metoda diatas efektif untuk menghilangkan sesuatu dalam skala besar, coke mungkin dapat digunakan.



Amati kondisi bagian dalam dan luar dari seluruh tabung dan jaga kebersihannya. Melalaikan dalam pemeliharaan kebersihan semua tabung dapt mengakibatkan kemacetan aliran yang mengalir sepanjang tabung, dengan konsekuensi tabung menjadi terlalu panas dibandingkan dengan sekitar tabung, yang akan menghasilkan perluasan tegangan dan membocorkan tabung hingga tube-sheet-joint.Ketika shutting down untuk perbaikan, hal yang penting bahwa semua cairan dikeringkan dari heat exchanger dan dikendurkan sampai tekanan atmosfer dan temperature lingkungan.



Jangan mencoba untuk membersihkan tabung dengan mengeluarkan uap air melalui tabung individu. Hal ini menjadikan tabung terlalu panas dan mengakibatkan perluasan tegangan dan membocorkan tube hingga tube-sheet-joint.



Jangan menangani tube bundle dengan pengait atau perkakas lain yang mungkin dapat merusak tabung.


Heat Exchanger 52




Untuk memperat suatu sambungan tabung, gunakan roller tipe tube expander yang sesuai.



Untuk membersihkan dan memeriksa di dalam tabung, pindahkan channel cover (atau bonnet) dan jangan memindahkan channel.

Tipe pembersihan Heat Exchanger a. Chemical / Physical Cleaning metode

pembersihan

dengan

mensirkulasikan

agent

melalui peralatan

biasanya menggunakan HCl 5-10%. b. Mechanical Cleaning - Drilling atau Turbining Pembersihan dilakukan dengan mendrill deposit yang menempel pada dinding tube. - Hydrojeting Pembersihan dilakukan dengan cara menginjeksikan air ke dalam tube pada tekanan yang tinggi, untuk jenis deposit yang lunak. c. Gabungan dari keduanya 3.4 Masalah pada jenis heat exchanger. a. Naiknya pressure drop didalam HE 1. Penyebab : Ada kotoran dalam HE (HE tersumbat) Tindakan: a. Bersihkan pipa-pipa sebelum start up b. Bersihkan plate (jika kejadiannya setelah proses berjalan) c. Media yang masuk HE perlu diberi filter. 2. Penyebab : Viskositas Tindakan: a. Check viskositas dan jika perlu setel sesuai desain. b. Check apakah temperature turun sampai dibawah temperature desain 3. Penyebab : Kesalahan koneksi pada sistem perpipaan Tindakan: Check koneksi dan sesuaikan dengan drawing. 4. Penyebab: Kuantitas aliran terlalu besar Tindakan: Atur kuantitas aliran dengan benar.


Heat Exchanger 53


b. Menurunnya out put HE (menurunnya kapasitas) 1. Penyebab: PHE terkotori/tersumbat oleh kotoran dari luar, seperti serpihan plastik dsb. Tindakan: Bersihkan plate dan media yang masuk PHE perlu diberi filter. 2. Penyebab: Aliran terlalu tinggi/cepat. Tindakan:Setel dan sesuaikan. 3. Penyebab : Kesalahan koneksi terhadap sistem perpipaan Tindakan: Check koneksi dan sesuaikan dengan drawing 4. Penyebab: Akumulasi secondary media di dalam HE (seperti oli, dan noncondensable gas) Tindakan: Buat alat yang sesuai untuk mengalirkannya. Alat ini bisa berupa oil drainage yang dibuka dalam periode tertentu sesuai dengan keadaan. c. Kebocoran 1. Penyebab: Tekanan dalam HE melebihi tekanan ijin. Tindakan: Kurangi tekenan sesuai dengan set point. 2. Penyebab: shock pressure/tekanan mendadak. Tindakan: Hindari terjadinya tekanan mendadak dengan mengatur sistem sebaik mungkin, membuka dan menutup sistem dengan smooth. 3. Penyebab: Rusaknya gasket karena pengaruh serangan medium. Tindakan: Ganti gasket, jika perlu ganti dengan material lain yang lebih baik. 4. Penyebab: Terbloknya aliran dalam HE. Tindakan: Bersihkan plate dan beri saringan/filter. d. Tercampurnya media. 1. Penyebab: Plate tidak terinstall dengan benar Tindakan: Install plate sesuai panduan. 2. Penyebab: Korosi Tindakan: a. Cari penyebab korosi dan ganti plate baru b. Ganti dengan plate yang dengan material yang tahan korosi. 3. Penyebab: Koneksi tidak sesuai Tindakan: Check dan sesuaikan dengan drawing.


Heat Exchanger 54


BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan 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). Jenis-jenis penukar panas antara lain : a. Double Pipe Heat Exchanger b. Plate and Frame Heat Exchanger c. Shell anf Tube Heat Exchanger d. Adiabatic wheel Heat Exchanger e. Pillow plate Heat Exchanger f. Dynamic scraped surface Heat Exchanger g. Phase-change Heat Exchanger Dari jenis-jenis Heat Exchanger diatas, komponen-komponen peralatan tergantung dari jenisnya. Setiap komponen memiliki peranan masing-masing yang semuanya saling bergantungan yang apabila salah satu tidak berfungsi maka akan mengganggu kinerja dari peralatan tersebut. Perawatan Heat Exchanger dilakukna dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja sadi peralatan serta untuk menjaga dan merawat agar peralatan dapat bertahan lebih lama dalam penggunaannya. Peralatan yang dilakukan diantaranya dengan melakukan pemeriksaan secara rutin/ berkala maupun dalam jangka panjang. Pemeriksaan rutin dilakukan setiap hari, seminggu sekali, sebulan sekali dan setiap 6 bulan sekali. Pemeriksaan jangka panjang dilakukan setiap 1 tahun sekali maupun diatas 1 tahun. Sebelum dilakukan perawatan, biasanya peralatan dilakukan analisa terlebih dahulu untuk mengetahui bagianbagian mana saja yang mengalami kerusakan maupun yang membutuhkan perbaikan. Analisa yang sering dilakukan adalah analisa perpindahan panas keseluruhan, factor fouling dan penurunan tekanan pada Heat Exchanger. D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 55


Tipe pembersihan Heat Exchanger yang sering dilakukan adalah : a. Chemical / Physical Cleaning b. Mechanical Cleaning - Drilling atau Turbining - Hydrojeting c. Gabungan dari keduanya Masalah-masalah yang sering muncul pada jenis heat exchanger adalah : 

Naiknya pressure drop didalam HE



Menurunnya out put HE (menurunnya kapasitas)



Kebocoran



Tercampurnya media.

4.2 Saran


Heat Exchanger 56


DAFTAR PUSTAKA Amalia, Ilma. (2011). “PENUKAR PANAS ( HEAT EXCHANGER)” (online). Tersedia di

:

http://id.scribd.com/doc/46808854/Tugas-Shell-and-Tube-Ex-Changer-2.

(Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Anonim. (2012). “Alat Heat Exchanger” (online). Tersedia di : http://beckfk.blogspot. com/ 2012/05/alat-heat-exchanger.html. (Diunduh tanggal 25 Oktober 2012) Anonim. (2010). “Heat Exchanger’’ (online). Tersedia di : http://www.alaquainc.com/ Heat_Exchangers.aspx. (Diunduh tanggal 25 Oktober 2012) Anonim. (2010). “Pembagian Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk Konstruksinya” (online). Tersedia di : http://java-borneo.blogspot.com/2011/05/pembagian-heatexchanger-berdasarkan.html. (Diunduh tanggal 5 November 2012) Anonim. (2012). “Pengertian Heat Exchanger” (online). Tersedia di : http://www.scribd. com/doc/94966592/Pengertian-Heat-Exchanger. (Diunduh tanggal 7 Desember 2012) Anonim. (2012). “Jenis-Jenis Alat Penukar Panas dan Tipe aliran HE (Heat Exchanger)” (online).

Tersedia

di

:

http://pelatihanguru.net/category/alat-penukar-kalor.

(Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Djunaidi. (2009). “Pemeliharaan Tube-Side Penukar Kalor Rsg-Gas Jangka Pendek Dan Jangka Panjang”. Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN. Kawasan Puspitek Serpong Tangerang : Banten Eka, dkk. (2011). “Laporan Praktikum Heat Exchanger” (online). Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia: Depok. Tersedia di : http://www.scribd.com/doc/72839539/ Laporan-HE-Eka-Gefin-Krisna-Laili-Final. (Diunduh Tanggal 7 Desember 2012) Firiana, Mira. (2011). “Heat exchanger” (online). Tersedia di : http://id.scribd.com/ doc/52312812/BAB-II. (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Fitrianingtias, Shely Diah. (2010) “PERPINDAHAN PANAS POLA ALIRAN, TEMPERATUR DAN KLASIFIKASIHEAT EXCHANGER” (online). Jurusan D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 57


Teknik Kimia. Samarinda : Politeknik Negeri Samarinda. Tersedia di : http://id. scribd.com/doc/94414016/Heat-Exchanger. (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Gary, Marhaindra. (2011). “Heat Treatment” (online). Jurusan Teknik. Palembang : Universitas

Sriwijaya.

Tersedia

di

:

http://www.scribd.com/doc/

52386815/Perlakuan-Panas. (Diunduh tanggal 7 Desember 2012) Lloyd J. Peterman. (2008). “ASME Bioprocessing Equipment Standard” (online). Tersedia di : http://www.scribd.com /doc/115710055/heat-exchanger. (Diunduh tanggal 7 Desember 2012) Marangratu, Stevano Viktor. (2011). “BAGIAN IDASAR –DASAR PERPINDAHAN PANAS”

(online).

Tersedia

di

:

http://id.scribd.com/doc/76782784/Diktat-

Perancangan-Alat-Penukar-Panas. (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Masyithah, Zuhrina, ST,Msc. Dan Bode Haryanto, ST, MT. (2006). “Perpindahan Panas” (online). Fakultas Teknik. Universitas Medan : Sumatera Utara. Tersedia di : http://id.scribd.com/doc/54573689/Textbook. (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Nuryaman, Agus. (2011). “Heat Exchanger” (online). Tersedia di: http://id.scribd.com/ doc/46494853/Heat-Exchanger-Bab-1-2. . (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Prawesti, Andrea Ayu. (2010). “Pengaruh Pemasangan Fin dan Adanya Getaran pada Heat Exchanger Shell and Tube Terhadap Laju Pindah Panas”. Fakultas Teknologi Pertanian. Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta Rahmi, Ike Yulia.(2011).”Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)” (online). Tersedia di : http://id.scribd.com/doc/46308789/40174563-ALAT-PENUKAR-PANAS# download. (Diundu tanggal 8 Desember 2012) Ruhyat, Ir.Nanang,MT. 2009.” Pusat Pengembangan Bahan Ajar-UMB-Heat Transfer”. Sugiyanto. (2010). “Analisis Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube Dan Aplikasi Perhitungan Dengan Microsoft Visual Basic 6.0”. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri. Jawa Barat : Universitas Gunadarma Syahruddin, Nasrul. (2006). “Heat Exchanger Introduction”. Balikpapan D-3 Teknik Kimia POLBAN

Heat Exchanger 58


Tendra, Za. (2012). “Heat Exchanger” (online). Tersedia di : http://id.scribd.com/doc/ 79321314/Process-Heat-Exchanger. (Diunduh tanggal 8 Desember 2012) Windriyanto. (2010). “ALAT PENUKAR PANAS (HEAT EXCHANGER)” (online). Tersedia

di

:

http://id.scribd.com/doc/40174563/ALAT-PENUKAR-PANAS.

(Diunduh tanggal 8 Desember 2012) http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger http://www.alfalaval.com/products-and-solutions/plate-heat-exchangers/Pages/Plate-heatexchangers.aspx


Heat Exchanger 59

makalah heat exchanger.docx

Recommend Documents