15 " HEAT EXCHANGER
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 latar belakang
Dunia industri semakin hari semakin modern. Banyak alat – alat industri yang semakin canggih dari sebelumnya. Salah satu contoh alat industri kimia adalah Heat Exchanger ( alat penukar panas ) . Jenis dari heat exchanger sangat banyak namun disini kita membahas mengenai heat exchanger pada proses pendinginan. Dengan makalah ini kita bisa mengetahui apa itu heat exchanger dan bagaimana mekanisme kerjanya serta keuntungan dan kerugian dari masing – masing jenis heat exchanger tersebut.
I.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas timbul pemasalahan sebagai berikut :
Apa Heat Exchanger itu?
Apa fungsi Heat Exchanger?
Faktor apa saja yang mempengaruhinya?
Hal apa saja yang perlu diperhatikan dalam proses Heat Exchanger?
Apa saja jenis Heat Exchanger?
I.3 Tujuan
Diharapkan dengan adanya makalah ini kita bisa mengerti atau memahami tentang alat heat exchanger. Dengan berbagai macamnya serta penjelasan yang diberi di makalah ini kita berharap bisa memberi wawasan tentang heat exchanger.
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 Definisi Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE)
Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar
Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Maksudnya ialah :
a.Alat penukar panas kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan. Misalnya ejector, daerator dan lain-lain.
b.Alat penukar panas kontak tak langsung.Pada alat ini fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau peralatan jenis lainnya. Misalnya kondensor, ekonomiser air preheater dan lain-lain.
Kondisi proses yang perlu diketahui:
Fluida Panas: T1, T2,
Fluida Dingin: t1, t2
II.2 Fungsi Heat Exchanger
Heat Exchanger (HE) berfungsi memindahkan panas dari satu system ke system yang lain tanpa terjadi perpindahan massa dari system yang satu kesistem yang lain.
Dalam Proses Industri , perpindahan panas diantara dua fluida biasanya dilakukan dalam Heat Exchanger (alat penukar panas), oleh karena pada prosesnya terjadi kontak tidak langsung antara fluida panas dengan fluida dingin yang dipisahkan oleh dinding pipa atau permukaan lengkung dinding pipa.
HE network : HE yang digunakan dalam satu rangkaian kerja dalam proses.
Berdasarkan fungsi dari alat penukar panas dapat dibedakan :
Cooler : berfungsi sebagai pendingin untuk menurunkan suhu suatu fluida proses tanpa adanya perubahan fase. Sebagai pendingin digunakan air, udara atau fluida dingin lainnya.
Condensor : Berfungsi pengembunan untuk merubah fase uap menjadi fase cair dengan bantuan fluida dingin yang suhunya sesuai titik embunnya. Dapat dipakai air atau udara yang suhunya sesuai.
Heater : Berfungsi pemanasan untuk menaikkan suhu suatu fluida proses tanpa adanya perubahan fase , sebagai pemanas digunakan steam atau fluida panas yang lain.
Reboiler : Berfungsi penguapan untuk merubah fase cair menjadi fase uap dengan bantuan fluida panas yang suhunya sesuai titik didihnya, dapat dipakai steam terutama yang belum teruapkan pada suatu bottom product untuk dikembalikan ke kolom fraksinasi dengan bantuan fluida panas yang sesuai dengan suhu titik didihnya.
Vaporizer : Berfungsi penguapan seluruhnya menjadi uap.
Evaporator : Berfungsi penguapan pelarut (solvent) dari larutan dan memperoleh larutan yang pekat.
Dalam perpindahan panas perhitungan laju perpindahan panas harus digunakan perbedaan suhu rata-rata logaritmik.
Untuk aliran fluida searah ( CoCurrent) T 1 T2 T1 t1 t 1 t 2 T 2 t2
T 1
T2
T1
t1
t 1
t 2
T 2
t2
Untuk aliran fluida berlawanan arah (Counter Current)
T2t1 T 1 t2 T 1 t 1 T 2 t 2
T2
t1
T 1
t2
T 1
t 1
T 2
t 2
II.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi/menentukan dalam pemilihan HE :
Temperatur strains =thermal strains
Pemuaian logam selama menerima panas dapat mengakibatkan penyempitan pipa karena ada T yang cukup drastis.dan shell tidak sama pemuaiannya, maka batasan yang dipakai : jika T antara shell&tube max = 500F boleh dipakai.
Tube size, pitch& shell size :
Ukuran standart (table 9 Kern/842)
Standart panjang tube : 8ft ; 12ft ; 16ft ;20 ft
Standart diameter tube : " ; ¾" ; 1" ;1½"
Yang paling banyak dipakai : ¾" & 1".
Biasanya shell dibuat dengan tebal " untuk ID shell 12 – 24 inch kecuali jika fluidanya sangat korosif & tekanan operasi besar
( >300 psig).
Over design : bila Rd hitung >>>Rd ketentuan alat bisa dipakai tapi mahal.
Diharapkan : Rd hitung Rd ketentuan
Under design : Rd hitung <<< Rd ketentuan alat tidak bisa dipakai sehingga harus diasumsikan & dihitung lagi.
Buffles
Buffles : Penyekat, berfungsi untuk mengendalikan aliran dalam pipa sehingga turbulensi dalam pipa bagus NRe turbulen (mekanisme perpindahan panas bagus).
NRe berpengaruh pada pemasangan buffle (buffle spacing) yang kontradiktif pada nilai pressure drop.
Pemasangan buffles menaikkan pressure drop dalam shell side juga menyebabkan bertambahnya turbulensi aliran.
Turbulensi aliran mengakibatkan bertambahnya h, maka pemakaian buffles tetap disukai.
Batasan, baffles spacing (B) max = ID shell & min = (ys) ID shell = 2 in
dipilih mana yang lebih besar.
Cleaning & Maintenance
HE dibersihkan secara periodic dengan sikat bersamaan dengan pemeriksaan tubes, kalau ada yang diganti.
Dijalankan 1 tahun sekali saat Turn Around dimana semua alat dalam pabrik diperiksa.
Aliran Fluida
Pemanasan /pendinginan :
Pemanasan steam
Pendinginan air , udara.
Condensor pendingin : air, udara
Reboiler pemanas : steam.
II.4 Hal-hal yang perlu diperhatikan dari fluida yang mengalir
Air Pendingin : (alatnya khususnya cooler)
Banyak dipakaikarena panas jenis besar, murah dan melimpah.
Kecepatan air minimum : 3 fps
Suhu keluar max : 1200F = 490C jika lebih akan terjadi 2 fasa dari cair uap & berpengaruh pada mudah tidaknya terjadi diposid/kerak.
Air pendingin dipabrik disediakan oleh unit utilitas termasuk kuantitas air pendingin (misalnya air pendingin bebas dari kerak/lumpur) dan dipakai seefisien mungkin.
Steam
Dipakai "saturated steam" karena panas pengembunan besar. Bila dipakai superheated steam boiler yang digunakan mahal/tidak ekonomis.
Suhu : 215 – 2300F dapat memanasi suhu < 2000F
3820F & 200 psig dapat memanasi
suhu > 2000F
II.5 Jenis Secara umum HE terbagi dua (2) :
Double pipe Exchanger
Shell and Tube Exchanger
HE yang terdapat dalam industry :
Double pipe HE :
pipa yang double pipa kecil/pipa, pipa luar besar/anulus. Digunakan pada saat kapasitas yang relative kecil.
Shell and tube HE :
Dipakai untuk kapasitas yang relative besar.
Coil in box cooler : bentuk cooler yang ada dalam box untuk menghilangkan panas sebesar-besarnya.
Pipe coils menghilangkan panas
Trombone coolers pada beda suhu yang
Air cooled Exchenger besar. Mis: dr 5000C 500
II.5.1 DOUBLE PIPE EXCHANGER
Terdiri atas pipa yang berada dalam pipa dengan ukuran diameter yang berbeda.
Umumnya fluida panas mengalir dalam tube dan fluida dingin mengalir dalam anulus
Dalam hal ini untuk larutan korosif, bagian tube terbuat dari kaca atau bahan lain yang tahan korosif.
Double pipe exchanger pada dasarnya terdiri dari 2 buah pipa konsentrik, satu fluida mengalir lewat pipa dalam sedangkan fluida lain mengalir antara pipa dalam dan pipa luar.
Sistim seperti gambar yaitu dengan dua kali disebut sebuah "Hairpin"
Panjang efektif dari Exchanger ini biasanya 12, 15 dan 29 ft. Maka panjang satu hairpin adalah 24, 30 dan 40 ft.
Bisa digunakan untuk kapasitas kecil.Ukuran 20 ft adalah panjang maksimum untuk mencegah bengkoknya pipa dalam dan menyentuh pipa luar.
Exchanger type ini mudah dibuat dari bahan standard oleh karena relatif murah.
Gambar . Aliran dalam alat penukar panas berbentuk pipa ganda
(Double pipe Heat Exchanger)
Ukuran-ukuran standard adalah sebagai berikut:
Exchanger IPS
Luas aliran (in2)
Annulus (in)
Annulus
Pipa
de
de'
2 x 114
1,19
1,50
0,915
0,400
212 x 114
2,63
1,50
2,020
0,810
3 x 2
2,93
3,35
1,570
0,690
4 x 3
3,14
7,38
1,140
0,530
Kecilnya luas permukaan per hairpin, memerlukan banyaknya hairpin secara series, yang mengakibatkan kebutuhan akan tempat/ ruang yang banyak. Disamping itu dimungkinkan untuk terjadinya bocor pada sambungan.
Batas pemakaian untuk Double Pipe Exchanger dibatasi untuk luas total yang relatif kecil ( 100 – 200 ft2 )
Kelemahan :
Memerlukan tempat yang besar ( 1 lengkungan pipa=1 hair pin), biasanya lebih dari 1 hair pin.
Dari segi HE : mempunyai luas permukaan perpindahan panas yang relative lebih kecil dari shell and tube exchanger.
Segi perawatan : lebih sulit dari shell and tube exchanger, karena kalau alat timbul kerak yang cukup banyak dalam pipa harus dibuka pada seluruh pipa-pipanya. Sedang pada shell and tube tidak harus membuka seluruhnya.
Bila terjadi penyempitan pipa harus mengganti seluruhnya.
Pabrik yang mempunyai produk yang bervariasi sering menggunakan double pipe karena lebih efisien, karena memerlukan kapasitas kecil.
II.5.2 SHELL and TUBE HE
Bentuk dari depan :
Shell dan Tube Exchanger merupakan jenis alat penukar panas yang banyak digunakan. Untuk membuat perpindahan panas lebih baik dan untuk menyangga tube yang ada di dalam shell, maka sering dipasang baffle. Perpindahan panas yang lebih baik sangat diharapkan dalam suatu Heat Exchanger. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan baffle terhadap efektifitas dan penurunan tekanan dalam heat exchanger. Dari hasil penelitian didapat bahwa efektifitas dan penurunan tekanan dalam heat exchanger. Dari hasil penelitian di dapat bahwa efektifitas meningkat dengan dipasang buffle. Efektifitas meningkat seiring dengan mengecilnya jarak antara buffle hingga suatu jarak tertentu, kemudian menurun. Alat ini terdiri dari sebuah silinder dimana bagian dalam terdapat beberapa tube. Tube-tube tersebut disusun secara triangle pitch (segitiga) atau square (segiempat).
Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relative tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya disusun suatu annulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir diselongsong maupun di anulus sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai perantar.
Cara kerja:
Shell & Tube Exchanger terdiri dari serangkaian tabung. Satu set ini tabung berisi cairan yang harus dipanaskan atau didinginkan. Kedua cairan berjalan melalui tabung yang sedang hangat atau didinginkan agar dapat menyediakan panas atau menyerap panas yang diperlukan. J set tabung disebut tabung bundle dan dapat terdiri dari beberapa jenis tabung : polos, longitudinal bersirip, dll.
Shell dan Tube Heat Exchanger biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan yang lebih besar daro 30 bar dan suhu lebih besar dari 260˚ C). Ini karena shell dan tube exchanger panas yang kuat karena bentuknya.
Shell and Tube, pemakaiannya :
Sebagai cooler/heater
Sebagai condenser, untuk mengembunkan gas
Sebagai reboiler, untuk menguapkan cairan.
Shell dan Tube ini dibagi menjadi 2 macam yaitu :
Multiple Pass Shell tube Exchanger
Terdiri dari beberapa pipa yang tersusun secara parallel dan terbungkus dalam selubung tunggal (single shell ).Fluida yang satu mengalir melalui sebelah dalam pipa dan fluida yang lain mengalir melalui sebelah luar pipa atau mengalir melalui sebelah dalam shellnya.
Paling banyak dipakai, karena HE ini mempunyai luas transfer panas tiap satuan volume alat yang paling besar, sehingga memungkinkan dipakai HE yang ukurannya kecil untuk heat duty yang besar.
Untuk pabrik kimia modern dipakai HE ini hanya memerlukan A (luas) kecil.
Untuk daerah kekurangan air/harga air mahal dipakai air-cooled exchanger, jenis fin-favi cooler.
Mis : di kilang minyak pertamina Cilacap.
Aliran dalam Alat penukar Panas berbentuk Shell and Tube Heat Exchanger.
Plate heat exchanger
Sebuah pelat penukar panas adalah jenis penukar panas yang menggunakan pelat logam untuk mentransfer panas antara dua cairan.Desain khusus cocok untuk mentransfer panas antara cairan bertekanan rendah dan menengah.
Welded, semi-dilas dan dibrazing penukar panas yang digunakan untuk pertukaran panas antara cairan bertekanan tinggi atau di mana produk yang lebih kompak diperlukan.
CARA KERJA
Di tempat dari sebuah pipa melewati sebuah kamar, ada dua kamar bolak bukan, biasanya tipis secara mendalam, terpisah di permukaan mereka terbesar oleh pelat logam bergelombang. Pelat digunakan dalam piring dan penukar panas bingkai diperoleh dengan menekan salah satu bagian dari pelat logam. Stainless steel adalah logam yang biasa digunakan untuk piring karena kemampuannya untuk menahan suhu yang tinggi, kekuatan, dan ketahanan terhadap korosi. Pelat sering spasi dengan karet segel gasket yang disemen ke bagian di sekitar tepi lempeng. Pelat ditekan untuk membentuk palung pada sudut kanan ke arah aliran cairan yang mengalir melalui saluran dalam penukar panas. Palung ini disusun sehingga mereka interlink dengan piring lain yang membentuk saluran dengan gap dari 1,3-1,5 mm antara pelat.
Pelat menghasilkan luas permukaan yang sangat besar, yang memungkinkan untuk kemungkinan transfer tercepat. Membuat setiap ruang tipis memastikan bahwa mayoritas volume cairan piring, sekali lagi membantu pertukaran. Para palung juga membuat dan mengelola aliran turbulen dalam cairan untuk memaksimalkan perpindahan panas di exchanger. Tingkat tinggi turbulensi dapat diperoleh pada laju alir yang rendah dan koefisien perpindahan panas yang tinggi kemudian dapat dicapai.
Sebuah pelat penukar panas terdiri dari serangkaian tipis, pelat bergelombang yang disebutkan di atas. Pelat ini gasketed, dilas atau brazing bersama tergantung pada aplikasi dari penukar panas. Pelat dikompresi bersama dalam kerangka kaku untuk membentuk susunan saluran aliran paralel dengan bolak cairan panas dan dingin.
Dibandingkan dengan shell dan tube penukar panas, pendekatan temperatur pada pelat penukar panas dapat serendah 1 ° C sedangkan penukar panas shell and tube memerlukan pendekatan 5 ° C atau lebih. Untuk jumlah yang sama panas dipertukarkan, ukuran pelat penukar panas lebih kecil, karena area perpindahan panas yang besar yang diberikan oleh pelat (area besar melalui yang panas dapat melakukan perjalanan). Perluasan dan pengurangan area perpindahan panas yang mungkin dalam sebuah pelat penukar panas.
Keuntungan
Kekompakan-The unit dalam pelat penukar panas menempati ruang lantai kurang dan pembebanan lantai dengan memiliki area permukaan besar yang terbentuk dari volume kecil. Hal ini pada gilirannya menghasilkan perpindahan panas yang tinggi secara keseluruhan karena dengan koefisien perpindahan panas yang berhubungan dengan bagian-bagian sempit dan permukaan bergelombang.
Fleksibilitas-Perubahan dapat dibuat untuk kinerja penukar panas dengan memanfaatkan berbagai cairan dan kondisi yang dapat dimodifikasi untuk menyesuaikan dengan spesifikasi berbagai desain. Spesifikasi ini dapat dicocokkan dengan plat lipatan yang berbeda.
Fabrikasi Rendah Biaya-pelat las relatif lebih mahal daripada piring ditekan. Plate penukar panas yang terbuat dari pelat ditekan, yang memungkinkan resistensi yang lebih besar untuk reaksi korosi dan kimia.
Kemudahan Pembersihan penukar-panas dapat dengan mudah dibongkar untuk inspeksi dan pembersihan (terutama dalam pengolahan makanan) dan piring juga mudah diganti karena mereka dapat dilepas dan diganti secara individual.
Suhu Kontrol-The pelat penukar panas dapat beroperasi dengan perbedaan suhu yang relatif kecil. Ini merupakan suatu keuntungan ketika suhu tinggi harus dihindari. Pemanasan lokal dan kemungkinan stagnan zona juga dapat dikurangi dengan bentuk bagian aliran. Simak
Baca secara fonetik
Kekurangan
Kelemahan utama dari pelat dan bingkai penukar panas adalah
Kebutuhan untuk gasket panjang yang memegang piring bersama-sama. Meskipun gasket dilihat sebagai kekurangan, piring-dan-frame penukar panas telah berhasil dijalankan pada suhu dan tekanan yang tinggi.
Ada potensi kebocoran. Kebocoran yang terjadi dikirim ke atmosfir dan tidak antara proses stream.
Penurunan tekanan yang terjadi melalui pelat penukar panas relatif tinggi dan biaya operasional dan modal dari sistem pompa harus dipertimbangkan.
Ketika hilangnya penahanan atau hilangnya tekanan terjadi, dapat memakan waktu lama untuk membersihkan dan reinitialise jenis penukar ratusan piring yang umum di besar membangun.
Jarak sempit di antara pelat bisa menjadi tersumbat oleh partikel kontaminan dalam cairan, misalnya partikel oksida dan sludge yang ditemukan dalam sistem pemanas sentral.
untuk alasan di atas sebagian besar produsen hanya akan menjamin unit mereka selama 12 bulan, selanjutnya piring penggantian dan set paking bisa sebanyak piring untuk membeli awalnya.
Pengendalian Korosi dan Pembentukan Kerak Pada Unit Heat Exchanger
Masalah korosi dan pembentukan kerak yang sering dijumpai pada unit heat exchanger dalam lingkungan air pendingin diakibatkan oleh beberapa factor antara lain : desain, temperatur operasi, laju alir, kualitas air pendingin, pemilihan material logam, jenis dan dosis inhibitor korosi dan anti kerak yang kurang tepat.
Sampai saat ini, masalah tersebut sering terjadi di sector industry seperti industry pupuk, petrokimia, pembangkit listrik, minyak dan gas serta sarana transportasi kapal laut.
Uni Heat Exchanger merupakan salah satu urat nadi proses di lingkungan industry yang sangat diperlukan sebagai saran perpindahan panas. Oleh karena itu unit tersebut perlu dipelihara seoptimal mungkin untuk memperpanjang umur pelayanannya.
BAB III
KESIMPULAN
III.1 KESIMPULAN
Penukaran panas, khusunya jenis shel dan tube merupakan peralatan yang banyak dipergunakan di berbagai bidang industry, seperti perminyakan, petrokimia, energy dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas sebagaimana namanya adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lainnya. Salah satu parameter yang menentukan pemilihan suatu jenis penukaran panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas, yang pada umunya disebut efektivitas. Untuk satu ukuran penukaran panas tertentu, efektivitas yang tinggi menunjukkan semakin banyak fluks panas yang dapat dipindahkan per satuan massa fluida. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas tinggi senantiasa menjadi topic litbang di berbagai lembaga riset, universitas ataupun industry di dunia.
DAFTAR PUSTAKA
www. Wikipedia.com
www. Che-mis-try.com
JF. Richardson & JH Harker. 2002. " Couldson & Richardson's Chemical Engineering, edisi lima". Butterworth Heineman. New York.
Artono Koestoer, Raldi ."Perpindahan Kalor". Salemba Teknika. Jakarta 2002
http://vedcadiklatki.blogspot.com/2010/08/penukar-panas-heat-exchanger.html
http://www.beck-fk.blogspot.com/2012/05/ alat-heat-exchanger.html
http://tutorialkuliah.blogspot.com/2009/10/aliran-fluida-pada-heat exchanger.html
http://www.usu.ac.id/id/files/artikel/shell_Tube