BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Heat Exchanger
2.2.1 Pengertian Heat Exchanger
Secara umum pengertian alat penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang digunakan sebagai media memindahkan panas dan bisa
berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antara fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industry gas alam, refrijerasi dan pembangkit listrik.
Gambar 2.6 Heat Exchanger [6]
2.2.2 Perinsip Kerja Heat Exchanger
Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida atau lebih pada temperatur berbeda dimana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.
a. Secara Kontak Langsung
Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.
Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Biasanya pada kontak langsung terjadi juga perubahan fasa pada fluida tersebut. Contoh: aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak bercampur), gas liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.
b. Secara kontak tidak langsung
Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir dan 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. Untuk meningkatkan efektivitas pertukaran energi, biasanya bahan permukaan pemisah dipilih dari bahan-bahan yang memiliki konduktifitas termal yang tinggi seperti tembaga dan aluminium. Dengan bahan pemisah yang memiliki konduktifitas termal yang tinggi diharapkan tahanan termal bahan tersebut akan rendah sehingga seolah-olah antara kedua zat saling dipertukarkan energinya seperti kontak langsung.
2.2.3 Aliran Fluida Heat Exchanger
Alat penukar kalor (heat exchanger) secara tipikal diklasifikasikan berdasarkan susunan aliran (flow arrangement) dan tipe konstruksi.
a. Berdasarkan arah aliran fluida, heat exchanger dapat dibedakan menjadi:
1. Heat exchanger dengan aliran searah (co-current/parallel flow)
Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi heat exchanger yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar pada sisi yang sama. Karakter heat exchanger jenis ini, temperatur fluida dingin yang keluar dari heat exchanger (Tco) tidak dapat melebihi temperature fluida panas yang keluar (Tho), sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak. Berikut merupakan gambar aliran searah :
Gambar 2.7 Parallel flow [4]
Gambar 2.8 Aliran temperatur dengan aliran searah [2]
2. Heat exchanger dengan aliran berlawanan arah (counter-current flow) Heat exchanger jenis ini memiliki karakteristik; kedua fluida (panas dan dingin) masuk ke heat exchanger dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan dan keluar heat exchanger pada sisi yang berlawanan. Berikut merupakan gambaran aliran berlawanan arah.
Gambar 2.9 Counter flow [4]
Gambar 2.10 Aliran temperatur pada aliran berlawanan arah [2]
3. Heat Exchanger dengan aliran silang (cross flow)
Heat exchanger jenis ini, kedua fluida (panas dan dingin) masuk kedalam heat exchanger dengan arah bersilangan. Aliran cross flow ini terbagi menjadi 2 (dua) yaitu:
a) Aliran menyilang satu fluida bercampur (mixed) dan satu fluida tidak bercampur (unmixed)
Fluida yang mengalir didalam tabung digunakan untuk memanaskan, sedangkan fluida yang dipanaskan dialirkan menyilang berkas tabung. Aliran yang menyilang berkas tabung disebut arus campuran karena dapat bergerak dengan bebas selama proses perpindahan panas.
Gambar 2.11 Tidak bersirip dengan satu fluida bercampur [4]
Dalam aliran campuran terdapat beberapa tipe yaitu : Immiscible fluids, Gas liquid, Liquid vapor.
b) Aliran menyilang kedua fluida tidak bercampur (unmixed)
Untuk penukaran kalor ini, fluida pemanas dan fluida yang akan dipanaskan terkurung didalam saluran-saluran sehingga fluida tidak dapat bergerak bebas selama proses perpindahan kalor. Fluida disebut fluida tak campur karena sirip-sirip menghalangi gerakan fluida dalam satu arah y gerak tersebut melintang kearah aliran utama x.
Gambar 2.12 Bersirip dengan kedua fluidanya tidak campur [4]
b. Berdasarkan jumlah laluan fluida, heat exchanger dapat dibedakan menjadi:
1. Shell pass atau lintasan shell
Yang dimaksud dengan pass shell adalah laluan yang dilakukan fluida melalui dari saluran masuk, melewati bahagian dalam shell dan mengelilingi tabung dan keluar dari tabung. Apabila laluan ini dilakukan satu kali maka disebut 1pass shell.
2. Tube Pass atau lintasan tube
Yang dimaksud tube pass atau lintasan tube adalah laluan yang dilakukan
Apabila fluida itu membelok lagi kedalam tube sehingga terjadi dua kali laluan fluida dalam tube maka disebut 2 pass tube.
Biasanya laluan shell pass itu lebih sedikit bila dibandingkan dengan tube pass, beberapa contoh dari jumlah laluan heat exchanger dapat dilihat dibawah ini:
a. Laluan 1-1
Yang dimaksud laluan 1-1 adalah aliran fluida panas dalam kondisi 1 pass shell tube dalam kondisi 1 pass tube. Secara sederhana konstruksinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.13 Alat penukar kalor 1-1 pass [6]
Aliran fluida sebelah shell akan berbelok-belok mengikuti sekat-sekat yang ada, jumlah sekat yang dipasang akan mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi.
b. Laluan 1-2
Yang dimaksud laluan 1-2 adalah aliran didalam shell 1 pass, dan aliran fluida pada sisi tube 2 pass. Untuk memperoleh laluan 2 pass pada sisi tube dipergunakan floating heat seperti gambar dibawah ini :
Gambar 2.14 Alat penukar kalor 1-2 pass [6]
Selain laluan 1-1, 1-2 masih ada juga laluan 1-4 pass, 1-6 pass dan 1-8 pass. Pada dasarnya, prinsip yang digunakan sama dengan laluan 1-1, 1-2 pass dan semua jenis ini hampir sering dipakai oleh pabrik-pabrik.
c. Berdasarkan jumlah laluan fluida, heat exchanger dapat dibedakan menjadi:
1. Dua jenis fluida
2. Tiga jenis fluida atau lebih
d. Berdasarkan Konstruksi, heat exchanger dapat dibedakan menjadi : 1. Konstruksi tabung (tubular):
a. Tube ganda (double tube)
b. Konstruksi shell and tube, sekat plat (plat baffle), sekat batang (rod baffle) c. Konstruksi tube spiral
2. Konstruksi tipe pelat a. Tipe lamella
b. Tipe spiral c. Tipe plat koil
3. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface) a. Sirip pelat (plate fin)
Untuk semua jenis alat penukar kalor diatas terdapat suatu terminologi yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tubular Ex ang r Manufa tur ’s Ass iati n (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan
untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperatur dan tekanan yang tinggi.
Didalam standar mekanik TEMA, terdapat tiga macam kelas heat exchanger, yaitu :
1. Kelas R, yaitu untuk peralatan 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.
2.3 Kegunaan Beberapa Jenis Alat Penukar Kalor
Begitu luas peralatan-peralatan yang mempergunakan tabung (tubular equipment) dalam alat penukar kalor, maka untuk mencegah timbulnya kesimpangsiuran pengertian, perlu diberikan pengelompokan peralatan itu berdasarkan fungsinya. Adapun pengelompokan itu adalah sebagai berikut :
a. Mesin Refrigrasi (Chiller)
Alat penukar kalor ini dipergunakan untuk pendinginan fluida sampai pada temperatur sangat rendah. Temperatur pendingin di dalam mesin refrigrasi jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan pendingin yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk mesin refrigrasi ini media pendingin yang dipergunakan adalah amoniak atau Freon.
Gambar 2.15. Mesin refrigrasi pendingin air (water cooled chiller) [6]
b. Kondensor
Alat penukar kalor ini di gunakan untuk mendinginkan atau mengembunkan uap atau campuran uap sehingga berubah fase menjadi cairan
media pendingin biasanya dipakai air atau uap. Uap atau campuran uap akan melepaskan panas latent kepada pendingin. Misalnya pada pembangkit listrik tenaga uap yang mempergunakan condensing turbin, maka uap bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam condenser, lalu diembunkan menjadi kondensat.
Adapun gambar dari kondensor, sebagai berikut :
Gambar 2.16 Kondensor [6]
c. Mesin Pendingin (Cooler)
Mesin pendingin (cooler) digunakan untuk mendinginkan (menurunkan suhu) cairan atau gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak dipermasalahkan perubahan fase seperti pada kondensor dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka mesin pendingin dipergunakan udara, dengan bantuan fan (kipas).
Gambar 2.17 Mesin Pendingin [6]
d. Alat Penukar Kalor Tabung Tipe U
Alat penukar kalor ini berfungsi untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida untuk pemanasan fluida yang lain maka terjadi dua fungsi sekaligus yaitu memanaskan fluida yang dingin dan mendinginkan fluida yang panas.
e. Pemanas Ulang (ReHeater)
Alat penukar kalor ini bertujuan untuk mendidihkan fluida kembali serta mempergunakan sebagian cairan yang diproses. Proses yang terjadi pada pemanas ulang ini adalah sama seperti halnya proses yang terjadi pada alat pemindah kalor jenis lainnya. Adapun media pemanas yang sering dipergunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu sendiri
Gambar 2.19 Alat pemanas ulang [5]
f. Evaporator
Evaporator dipergunakan untuk menguapkan cairan yang ada pada larutan sehingga dari suatu larutan diperoleh yang lebih pekat. Media pemanas yang dipergunakan adalah uap dengan tekanan rendah, sebab yang dimanfaatkan adalah panas latent, yaitu mengubah fase uap menjadi fase air.
Gambar 2.20 Evaporator [6]
g. Alat Pemanas Air Pengisi ketel
Alat pemanas air pengisi ketel bertujuan untuk menaikkan suhu air pengisi ketel sebelum air masuk ke dalam drum uap. Maksud pemanas itu adalah untuk meringankan beban ketel. Konstruksinya terdiri dari pipa-pipa yang disusun sedemikian rupa, airnya berada di dalam pipa dan pemanasnya di luar pipa.
Perpindahan panas terjadi secara konveksi dan konduksi media pamanas adalah pembakaran gas asap hasil pembakaran bahan bakar dalam dapur ketel.
Gambar 2.21 Alat pemanas air pengisi ketel [5]
2.4 Jenis-jenis Heat Exchanger
Jenis-jenis heat exchanger dapat dibedakan atas : a. Jenis Shell and Tube
Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/silinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bundle (berkas) pipa dengan diameter yang relatif kecil. Satu jenis fluida mengalir didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell.
Shell and tube heat exchanger biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang ada didalamnya disusun suatu annulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal) fluida mengalir diselongsong maupun di annulus sehingga terjadi perpindahan panas antara fluida dengan dinding annulus misalnya triangular pitch (pola segitiga) dan square pitch (pola segiempat).
Gambar 2.22 Shell and tube heat exchanger [6]
b. Concentric Tube Heat Exchanger (Double Pipe)
Double pipe heat exchanger atau consentric tube heat exchanger yang
gambar 1 mengalir dari titik A ke titik B, dengan space berbentuk U yang mengalir di dalam pipa. Cairan yang mengalir dapat berupa aliran concurrent atau counter current. Alat pemanas ini dapat dibuat dari pipa yang panjang dan dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk U. Double pipe heat exchanger merupakan alat yang cocok dikondisikan untuk aliran dengan laju aliran yang kecil.
Gambar 2.23 Aliran double pipe heat exchanger [5]
Gambar 2.24 Double pipe heat exchanger [6]
Exchanger ini menyediakan counter current flow dan cocok untuk temperatur berbeda, tekanan tinggi dan rendah untuk kebutuhan yang moderat (range surface area 1-6000ft²). heat exchanger tersedia dalam :
1. Single tube (double pipe) atau berbagai tabung dalam suatu hairpin shell (multi tube).
2. Bare tubes, finned tube, U-Tubes.
3. Straight tubes.
4. Fixed tube sheets.
Double pipe heat exchanger sangatlah berguna karena ini biasa digunakan dan dipasangkan pada pipe-fitting dari bagian standar dan menghasilkan luas permukaan panas yang besar. Double pipe exchanger biasanya dipasang dalam
12-,15-, atau 20-ft panjang efektif, panjang efektif dapat membuat jarak dalam each leg over dimana terjadi perpindahan panas dan mengeluarkan inner pipe yang menonjol melewati the exchanger section. Susunan dari concentric tube ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
a) parallel b) counter flow
Gambar 2.25 Double pipe heat exchanger aliran Parallel dan counter flow [2]
Pada susunan concurrent maka fluida didalam tube sebelah dalam (inner tubes) maupun yang diluar tube (dalam annulus), artinya satu lintasan tanpa cabang.
Sedangkan pada aliran countercurrent, di dalam tube sebelah dalam dan fluida didalam annulus masing-masing mempunyai cabang seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.26 Double-pipe heat exchangers in series [3]
c. Koil pipa (coiled tube)
Heat exchanger ini mempunyai pipa berbentuk koil yang dibenamkan di dalam sebuah box berisi air dingin yang mengalir atau yang disemprotkan untuk mendinginkan fluida panas yang mengalir didalam pipa.
d. Jenis Spiral
Jenis ini mempunyai bidang perpindahan panas yang melingkar. Karena alirannya yang melingkar maka sistem ini dapat melakukan Self Cleanning dan mempunyai efisiensi perpindahan panas yang baik, akan tetapi konstruksi seperti ini tidak dapat dioperasikan pada tekanan tinggi.
Gambar 2.28 Spiral Heat Exchanger [6]
e. Gasket Plate Exchanger
Mempunyai bidang perpindahan panas yang terbentuk dari lembaran plat 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 efesiensi perpindahan panas yang baik. Berikut gambar alat penukar kalor tipe gasket plate exchanger :
Gambar 2.29 Gasket plate exchanger [6]
2.5 Aliran di dalam alat penukar kalor (Internal Flow)
Cairan atau fluida yang melewati tabung atau tube biasanya digunakan dalam proses pemanasan ataupun pendinginan. Fluida yang digunakan dalam banyak aplikasi tersebut dipaksa untuk mengalir dengan menggunakan kipas ataupun pompa melalui sebuah pipa yang panjang yang diharapkan terjadi perpindahan panas. Aliran di dalam alat penukar kalor dibagi menjadi 2 (dua) yaitu:
2.5.1 Aliran di dalam pipa
Aliran dalam pipa dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu: laminar, transisi dan turbulen. Aliran didalam pipa dapat berupa aliran laminar ataupun turbulen, bergantung pada kondisi aliran. Aliran fluida digambarkan dengan menggunakan garis arus dan pada kecepatan yang rendah terjadi aliran laminar, tetapi berubah menjadi aliran turbulen ketika kecepatannya meningkat melalui nilai kritis. Transisi dari aliran laminar ke aliran turbulen tidak terjadi dalam waktu yang singkat, namun itu terjadi melalui rentang kecepatan yang fluktuatif diantara laminar dan turbulen sebelum aliran tersebut menjadi aliran yang turbulen. Kebanyakan aliran yang masuk kedalam pipa adalah turbulen.
Aliran laminar terjadi ketika fluida yang mengalir memiliki viskositas yang tinggi seperti minyak yang mengalir didalam pipa yang memiliki diameter yang kecil, ataupun pada jarak yang dekat.
Osborne Reynolds (1841-1912), ilmuwan dan ahli matematika inggris, adalah orang yang pertama kali membedakan dua kasifikasi aliran ini dengan menggunakan sebuah peralatan sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.30 dibawah ini
Gambar 2.30 Eksperimen untuk menentukan aliran [10]
Gambar 2.34 menunjukkan jenis aliran tersebut tergantung pada kecepatan fluida yang melalui pipa dan dapat ditentukan dengan bilangan Reynolds (Re), yaitu perbandingan antara efek inersia dan viskos dalam aliran. Dari percobaan tersebut Osborne Reynolds menentukan rumus empiris untuk menenukan besarnya nilai bilangan Reynold dalam sebuah pipa. Untuk aliran didalam pipa yang memiliki penampang lingkaran, bilangan Reynolds didefenisikan sebagai berikut:
Re =
...(2.8) Dimana:
Re = Bilangan Reynolds = Massa Jenis (kg/m³)
u = Kecepatan rata-rata fluida (m/s) D = Diameter Pipa (m)
G = Kecepatan Massa (kg/m² s) = Viskositas Dinamis (N.s/m²) = Laju Aliran Massa Fluida (kg/s)
Untuk aliran pipa yang tidak berpenampang lingkaran, bilangan reynold bergantung pada diameter hidrolik .
...(2.9) Dimana:
= Diameter Hidrolik (m) = Luas Penampang (m²) P = Keliling penampang (m)
Setelah menghitung bilangan reynolds, dapat ditentukan jenis aliran dengan:
Re 2300 aliran laminar 2300 Re 10000 aliran transisi
Re 10000 aliran turbulen
Bilangan Nusselt rata-rata untuk aliran laminar yang berkembang pada sebuah pipa berpenampang lingkaran dapat ditentukan dengan persamaan sieder dan tate (1936) yakni:
Pr = Bilangan prandtl D = Diameter Pipa (m) L = Panjang Pipa (m)
Semua sifat fluida dihitung pada temperatur rata-rata fluida, kecuali dihitung pada temperatur permukaan pipa.
Untuk aliran turbulen berkembang penuh didalam pipa yang halus, sebuah persamaan sederhana untuk menghitung bilangan nusselt dapat diperoleh yaitu:
...(2.11) Dengan syarat bahwa: 0,7 Pr 160
Re > 10000
Persamaan diatas disebut persamaan Colburn. Keakurasian persamaan diatas dapat ditingkatkan dengan memodifikasinya menjadi:
...(2.12) Untuk proses pemanasan digunakan n = 0,4 dan untuk proses pendinginan digunakan n = 0,3. Persamaan ini disebut persamaan Dittus Boelter (1930) dan persamaan ini lebih baik dari pada persamaan Colburn.
2.5.2 Aliran di dalam annulus pipa
Beberapa peralatan pemindah panas sederhana, terdiri dari dua konsentrik tabung yang biasa disebut dengan alat penukar kalor pipa ganda. Pada alat tersebut, satu fluida mengalir melalui pipa dan satu fluida lain melalui annulus.
Dengan menganggap diameter dalam Di dan diameter luar Do, maka diameter laminar berkembang penuh dengan permukaan suhu konstan dan adiabatic dapat dilihat pada tabel berikut [13].
Tabel 2.1 Bilangan Nusselt untuk aliran laminar
Ketika bilangan nusselt sudah diketahui, maka koefesien perpindahan panas konveksi bagian dalam dan luar pipa dapat dicari dengan:
...(2.14) Dimana:
= Bilangan Nusselt Tabung Bagian Dalam
= Koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam pipa (W/m² K) = Diameter Hidrolik (m)
k = Konduktifitas termal (W/m.K)
...(2.15) Dimana:
= Bilangan Nusselt Tabung Bagian Luar
= Koefisien Perpindahan Panas Konveksi bagian luar pipa (W/m² K) = Diameter Hodrolik (m)
k = Konduktifitas termal (W/m.K)
2.6 Koefisien Perpindahan Panas Rata-rata
Alat penukar kalor yang khususnya melibatkan 2 fluida terpisahkan oleh dinding padatan. Pertama, panas dari fluida panas berpindah kedinding melalui konveksi, kemudian melalui dinding dengan konduksi, dan dari dinding ke fluida dingin melalui konveksi lagi.
Gambar 2.32 jaringan resistansi termal pada APK double pipe [2]
Ketika tebal dinding tipis dan konduktifias dari material tabung tinggi maka Rwall dapat diabaikan serta Ai dan Ao sama, koefesien perpindahan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut:
...(2.16) Dimana:
U = Koefisien Perpindahan Panas Rata-rata (W/m².K)
= Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Bagian Dalam Pipa (W/m².K) = Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Bagian Luar Pipa (W/m².K) T = Tebal Tabung (m)
2.7 Analisa Alat Penukar Kalor dengan Metode Log Mean Temperature Difference ( LMTD )
Dalam merancang ataupun memprediksi performansi alat penukar kalor, sangatlah perlu untuk menghubungkan antara laju perpindahan panas total terhadap temperatur fluida yang masuk dan keluar, koefisien perpindahan panas rata-rata, dan total luas permukaan. Jika Q adalah total laju perpindahan panas antara fluida panas dengan fluida dingin dan dengan mengabaikan perpindahan panas yang terjadi pada alat penukar kalor dengan lingkungan, mengabaikan perubahan energi potensial dan energi kinetik, dan dengan mengaplikasikan persamaan energi steady, diperoleh persamaan:
Menghitung laju perpindahan panas pada fluida panas:
Q = ( ...(2.17)
Menghitung laju perpindahan panas pada fluida dingin:
Q = ( ...(2.18)
2.7.1 Alat penukar kalor aliran searah
Distribusi suhu rata-rata fluida panas dan dingin dapat dilhat pada gambar dibawah ini. Pada alat penukar kalor aliran searah, suhu keluar fluida dingin tidak pernah melebihi suhu fluida panas.
Analisis kesetimbangan energi berdasarkan pada asumsi:
1. Alat penukar kalor di isolasi dari lingkungan 2. Konduksi secara aksial sepanjang tabung diabaikan 3. Panas spesifik fluida konstan
4. Koefesien perpindahan panas menyeluruh konstan
Gambar 2.33 Distribusi suhu pada alat penukar kalor aliran searah [4]
Persamaan yang digunakan pada aliran searah adalah:
...(2.19) Dimana:
Q = Laju Perpindahan Panas (W)
U = Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (W/m² ºC) A = Luas Penampang Tegak Lurus (m²)
= Beda Suhu Rata-rata Logaritma (ºC)
Dengan:
...(2.20) Dimana:
= Beda Suhu Rata-rata Logaritma (ºC)
= Temperatur Fluida Panas Masuk (ºC)
= Temperatur Fluida Panas Keluar (ºC)
= Temperatur Fluida Dingin Masuk (ºC)
= Temperatur Fluida Dingin Keluar (ºC)
2.7.2 Alat penukar kalor aliran berlawanan
Distribusi suhu rata-rata fluida panas dan dingin pada alat penukar kalor aliran berlawanan dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Pada alat penukar kalor aliran berlawanan ini, suhu fluida dingin yang keluar dapat melebihi suhu fluida panas yang keluar.
Gambar 2.34 Distribusi suhu pada alat penukar kalor aliran berlawanan [4]
Persamaan yang digunakan pada aliran Berlawanan adalah:
...(2.19) Dimana:
Q = Laju Perpindahan Panas (W)
U = Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (W/m² ºC) A = Luas Penampang Tegak Lurus (m²)
= Beda Suhu Rata-rata Logaritma (ºC)
Persamaan yang digunakan pada aliran berlawanan ini sama dengan aliran searah hanya terdapat perbedaan pada:
...(2.21) Dimana:
= Beda Suhu Rata-rata Logaritma (ºC)
= Temperatur Fluida Panas Masuk (ºC)
= Temperatur Fluida Panas Keluar (ºC)
= Temperatur Fluida Dingin Masuk (ºC)
= Temperatur Fluida Dingin Keluar (ºC)
2.8 Isolasi Panas
Isolasi berfungsi untuk mencegah kehilangan panas alat penukar kalor, pipa-pipa steam/gas yang bersuhu tinggi ke sekeliling yang suhunya lebih rendah atau sebaliknya.
Untuk alat penukar kalor dengan suhu rendah, isolasi berfungsi untuk mencegah masuknya panas karena suhu sekitarnya yang lebih tinggi. Isolasi juga berfungsi mencegah bahaya yang dapat timbul bila orang menyentuh permukaan benda yang sangat panas. Makin tebal isolasi, maka makin sedikit panas yang hilang. Bahan isolasi yang baik memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
1. Daya hantar panas rendah 2. Dapat menahan arus konveksi 3. Disesuaikan dengan suhu
Material di bawah ini adalah beberapa jenis material non logam yang biasa digunakan sebagai bahan isolasi beserta konduktivitas termalnya [4]:
Tabel 2.2 Konduktivitas Termal Bahan Isolasi
Bahan Konduktivitas termal (W/m K)
Magnesit 4.15
Aluminium foil kraft paper 0.037
Dari table diatas dapat dilihat konduktivitas termal material yang digunakan sebagai bahan isolasi adalah material yang memiliki konduktivitas termal yang
Dari table diatas dapat dilihat konduktivitas termal material yang digunakan sebagai bahan isolasi adalah material yang memiliki konduktivitas termal yang