Tinjauan Pustaka

6.3.1

Pengertian Perpindahan Panas

Panas merupakan bentuk energi yang tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan sama sekali namun hanya dapat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya. Pada industri kimia proses perpindahan panas yang terjadi pada suatu fluida proses merupakan bagian yang sangat penting. Perpindahan panas ini dapat terjadi dikarenakan dua aliran fluida yang berbeda suhu mengalami kontak secara langsung maupun tidak langsung yang menyebabkan panas dari aliran fluida yang bersuhu lebih panas berpindah ke aliran fluida yang bersuhu lebih dingin. Perpindahan panas juga dapat dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida dan yang terpenting merupakan luas area yang terjadinya kontak antara kedua fluida (Kern, 1950).

6.3.2

Macam-macam Perpindahan Panas

Secara umum proses perpindahan panas dapat terjadi dengan tiga cara yaitu : 1. Perpindahan panas secara konduksi

42 Perpindahan panas secara konduksi terjadi ketika perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antara satu sama lain dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul secara fisis. Perpindahan panas secara konduksi biasanya terjadi pada zat padat. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari tembok bagian luar rumah dengan tembok bagian dalam rumah (Kern, 1950).

2. Perpindahan panas secara konveksi

Perpindahan panas secra konvesi terjadi ketika perpindahan panas dari suatu tempat ke tempat lain disertai dengan adanya gerakan atau aliran partikel dari bagian panas ke bagian dingin secara fisis. Perpindahan panas secara konveksi dapat dibagi menjadi dua jenis menurut cara menggerakkan alirannya yaitu :

a. Konveksi bebas (natural convection)

Konveksi bebas adalah proses perpindahan panas yang berlangsung secara alamiah, dimana perpindaan panas dari satu molekul ke molekul lainnya terjadi dengan sendirinya tanpa adanya bantuan/tenaga dari luar (Kern, 1950).

b. Konveksi paksa (forced convection)

Konveksi paksa adalah proses perpindahan panas yang dimana perpindahan panas dari satu molekul ke molekul lainnya terjadi dengan bantuan/tenaga dari luar misalkan dengan meningkatkan laju panas dengan mengaduk (Kern, 1950).

3. Perpindahan panas secara radiasi

Perpindahan panas secara radiasi terjadi pada perpindahan panas melalui ruang oleh gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat baik dalam suatu medium maupun dalam ruang hampa. Jika radiasi berlangsung pada suatu medium maka radiasi akan terjadi transmisi, refleksi dan absorpsi. Namun bila radiasi terjadi pada ruang hampa maka partiker-partikel tidak ditransformasikan menjadi kalor ataupun bentuk energi lainnya (Kern, 1950).

6.3.3

Pengertian Heat Exchanger

Heat exchanger merupakan suatu alat dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida bersuhu tinggi ke fluida lain yang memiliki suhu yang lebih rendah dimana perpindahan panas tersebut dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki suhu yang berbeda dinamakan dengan perpindahan panas (Kern, 1950).

Selain dari perpindahan panas antar fluida, pada heat exchanger dapat juga terjadi pepindahan panas ke atau dari lingkungan. Hal ini diharapkan tidak terjadi karena akan mempengaruhi efektivitas dari heat exchanger. Salah satu langkah untuk menghindari perpindahan panas kea tau dari lingkungan heat exchanger akan dilengkapi dengan isolator

43 termal. Semakin tebal isolator yang digunakan oleh heat exchanger maka perpindahan panas kea tau dari lingkungan akan semakin kecil (Handoyo, 2000).

6.3.4

Jenis-jenis Heat Exchanger

A. Jenis-Jenis Heat Exchanger Berdasarkan Penggunaannya

1. Preheater

Preheater pada industri biasanya terletak sebelum fluida yang ingin dipanaskan masuk kedalam furnace. Hal ini disebabkan untuk meringankan kerja dari furnace. Alat ini digunakan untuk mentransfer panas dari fluida yang masih bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu rendah.

2. Condensor

Tugas dari condenser ialah menurunkan suhu dari uap atau vapour sampai mencapai titik pengembunan atau kondensasi sehingga berubah ke fase cair, dengan mentransfer panasnya ke fluida lain.

3. Reboiler

Reboiler digunakan untuk mengubah fase dari liquid menjadi vapour dengan cara memanaskan liquid. Dimana media panas yang biasanya digunakan adalah steam. Perpindahan panas yang terjadi juga disertai oleh perubahan fasa.

4. Cooler

Alat ini digunakan untuk mendinginkan liquid yang bersuhu tinggi samapi dengan mencapai suhu yang lebih rendah. Pada cooler perpindahan panas tidak disertai dengan perubahan fasa.

5. Chiller

Fungsi dari chiller hampir sama dengan cooler, akan tetapi chiller mendinginkan fluida hingga suhu yang sangat rendah. Media pendingin yang biasanya digunakan berupa refrigerant ataupun freon.

6. Evaporator

Evaporator berfungsi untuk menguapkan fluida dengan menggunakan media pemanas seperti steam.

7. Cooling tower

Cooling Tower adalah suatu alat yang memancarkan hamburan partikel air untuk mendinginkan fluida.

44 Alat ini digunakan untuk memanaskan fluida hingga mencapai suhu tertentu. Pada Pertamina RU III furnace digunakan untuk memanaskan feed yang akan diproses ke unti CD, HVU dan RFCCU.

B. Jenis-Jenis Heat Exchanger Berdasarkan Bentuknya

1. Double Pipe Exchanger

Double Pipe Exchanger merupakan tipe heat exchanger paling sederhana yang hanya terdiri dari pipa besar dan pipa kecil yang disusun secara konsentris. Pada tipe ini, satu fluida mengalir melalui pipa, sedangkan fluida yang lainnya mengalir di dalam ruang anulus yang terletak diantara pipa luar dengan pipa dalam. Double pipe exchanger biasanya digunakan bila laju alir dari fluida kecil tetapi tekanan operasi yang dibutuhkan tinggi (Satriau, 2016).

2. Shell And Tube Exchanger

Shell And Tube Exchanger merupakan heat exchanger yang terdiri dari suatu suatu tabung besar (shell) yang didalamnya terisi sejumlah tabung-tabung (tube) yang lebih kecil. Tube yang berada di dalam shell akan dipasangkan sekat (buffle) yang bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida sehingga menambah waktu kontak antara fluida dingin dan membuat meningkatnya efisiensi pertukaran panas (Satriau, 2016).

3. Plate And Frame Exchanger

Plate And Frame Exchanger terdiri dari pelat-pelat yang diposisikan tegak lurus yang diantara pelat akan dipasangkan pemisah. Pelat biasanya akan berbentuk segi empat yang dimana di ujung setiap sudutnya akan terdapat lubang sebagai tempat mengalirnya fluida. Kelebihan dari heat exchanger tipe ini ialah karena desainnya yang compact maka ruang yang dibutuhkan untuk meletakkan heat exchanger ini tidak terlalu besar bila dibandingkan dengan jenis lainnya (Satriau, 2016).

6.3.5

Tipe Penukar Panas

1. Direct

Pada heat exchanger yang bertipe direct, panas dari fluida dingin dan fluida panas akan mencampur menjadi satu (Satriau, 2016).

2. Indirect

Pada heat exchanger bertipe indirect, kedua fluida tidak akan bersentuhan secara langsung sehingga panas yang akan berpindah harus melalui pemisah sebelum mencapai fluida (Satriau, 2016).

45 Berdasarkan arah alirannya, perpindahan panas dapat dikategorikan menjadi tiga jenis aliran yaitu:

1. Aliran Sejajar (Cocurrent flow)

Pertukaran panas dengan jenis aliran cocurrent ini terjadi ketika kedua jenis fluida masuk dari satu sisi secara bersamaan, dan mengalir pada arah yang sama dan juga keluar dari sisi lainnya yang sama. Pada jenis aliran ini kedua fluida akan mengalami kontak perpindahan panas selama di dalam alat penukar panas dikarenakan arah masuk, arah keluar dan lintasan kedua fluida tersebut sama (Kern, 1950).

Gambar 5. Aliran Cocurrent

Keterangan:

T1 = Fluida panas masuk T2 = Fluida panas keluar T3 = Fluida dingin masuk T4 = Fluida dingin keluar

2. Aliran Berlawana Arah (Countercurrent flow)

Pertukaran panas dengan jenis aliran countercurrent ini terjadi ketika kedua jenis fluida masuk dari arah yang berlawanan dan keluar dari sisi yang berlawanan juga. Sama seperti jenis aliran cocurrent,aliran countercurrent akan mengalami kontak perpindahan panas juga selama di dalam alat penukar panas (Kern, 1950)

46

Gambar 6. Aliran Countercurrent

Keterangan :

T1 = Aliran panas masuk T2 = Aliran panas keluar T3 = Aliran dingin masuk T4 = Aliran dingin keluar 3. Aliran Gabungan

Pertukaran panas dengan jenis aliran gabungan ini terjadi ketika satu fluida masuk dari satu sisi kemudian kembali lagi ke arah sisi masuk, sedangkan fluida lainnya masuk dan keluar dari sisi yang berlainan (Kern, 1950).

6.3.7

Komponen Utama Shell and Tube Exchanger

1. Shell

Shell terletak pada bagian tengah dari heat exchanger dimana di dalam shell terdapat susunan dari tube. Fluida akan mengalir pada bagian yang diampit oleh antara shell dan tube (Mukherjee, 1998).

2. Tube

Tube merupakan komponen dari heat exchanger yang dilalui oleh fluida lainnya. Dinding tube akan menjadi lintas dari pertukaran panas dari kedua fluida. Tube dapat tersusun dalam pola segitiga (triangular), pola bujur sangkar (square) dan juga dalam pola bujur sangkar dengan kemiringan 45^O(Mukherjee, 1998) .

a. Tube dengan susunan segitiga (triangular pitch)

Tube dengan susunan segitiga sangat cocok digunakan apa bila pressure drop menengah hingga tinggi dan dialiri oleh fluida yang mengandung kotoran berupa senyawa besi. Keuntungan mennggunakan tube tipe ini ialah pembersihan dari tube dapat dilakukan dengan menggunakan proses kimia (Sitompul, 1993).

47

Gambar 7. Tube dengan Susuanan Segitiga

b. Tube dengan susunan bujur sungkar (square pitch)

Tube dengan susunan bujur sangkar sangat cocok digunakan pada kondisi pressure drop yang rendah dan dialiri oleh fluida yang mengandung sedikit pengotor. Keuntungan dari tipe ini ialah tube dapat dengan mudah dibersihkan secara mekanik. Akan tetapi tube tipe ini memiliki kekurangan yaitu memiliki film coefficient yang rendah (Sitompul, 1993).

Gambar 8. Tube dengan Susunan Bujur Sangkar

c. Tube dengan susunan diagonal ( diagonal pitch)

Tube dengan tipe ini cocok digunakan bila pressure drop yang terdapat rendah dan untuk dialiri oleh fluida yang memiliki sedikit kotoran. Sama dengan tube bertipe square pitch, tube tipe ini juga sangat mudah dibersihkan secara mekanik. Akan tetapi film coefficient yang dimiliki oleh tipe ini sangat rendah bila dibandingkan dengan square pitch dan triangular pitch (Sitompul, 1993).

3. Baffle

Baffle merupakanan komponen berbentuk lempengan logam yang dipasang secra tegak lurus terhadap poros. Baffle berfungsi untuk menahan tube-bundle dan juga sebagai alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang yang mengalir di shell side. Hal ini diharapkan untuk meningkatkan efisien dari perpindahan panas yang terjadi (Sitompul, 1993).

48 Untuk menentukan fluida mana yang akan dialirkan dalam shell atau tube, ada bebera faktor yang harus dipertimbangkan, antara lain :

a. Jika diliat dari cara membersihaknnya, shell lebih sulit untuk dibersihkan dari pada tube. Oleh sebab itu fluida yang memiliki pengotor akan dialirkan melewati sisi tube, sedangkan fluida yang tidak memiliki pengotor atau pengotornya sedikit akan dialiri melewati sisi shel (Fadilah, 2012).

b. Fluida yang bertekanan tinggi dan memiliki sifat korosif sebaiknya dialiri melewati tube. Sedangkan fluida yang memiliki tekanan rendah dan tidak memiliki sifat korosif dialiri melewai shell. Hal ini dikarenakan bila terjadi kerusakan, biaya yang dibutuhkan untuk melakukan penggantian tube akan lebih murah bila dibandingkan dengan penggantian shell (Fadilah, 2012).

c. Fluida yang memiliki koefisien perpindahan kalor yang rendah sebaiknya dialirkan di dalam shell. Hal ini dikarenakan fin dapat ditambahkan pada bagian luar pipa dan meningkatkan kalor yang akan berpindah (Fadilah, 2012).

6.3.9

Fouling Factor (Rd)

Fouling merupakan kumpulan dari semua material yang tidak diinginkan yang berada di permukaan yang terjadi perpindahan panas. Fouling dapat memengaruhi efisiensi dari heat exchanger dikarenakan fouling meningkatkan overall thermal resistance dan juga memperlambat aliran fluida. Sedangkan fouling factor merupakan suatu angka yang menunjukkan hambatan akibat terdapatnya pengotor di permukaan area yang terjadi transfer panas. Fouling factor dapat ditentukan berdasarkan nilai dari overall heat transfer coefficient untuk kondisi bersih maupun kotor pada heat exchanger yang digunakan (Anonim, 2008).

Fouling dapat terjadi dikarenakan banyak hal, akan tetapi pada umumnya fouling terjadi dikarenakan 4 hal, yaitu :

 Chemical fouling

Hal ini terjadi ketika unsur kimia yang terkandung dalam fluida berubah yang mengakibatkan terbentukan fouling layer pada permukaan tube. Contoh umumnya ialah scaling yang terjadi pada boiler yang diakibatkan mengerasnya dan menempelnya garam pada dinding dikarenakan meningkatnya suhu yang ada didalam boiler (Anonim, 2016).

 Biological fouling

Hal ini terjadi akibat pertumbuhan dari organisme yang terkandung di dalam fluid yang akan menggumpal pada permukaan heat exchanger. Biological fouling dapat dibersihkan dengan cara chemical treatment ataupun mechacinal brushing process (Anonim, 2016).

 Deposition fouling

Hal ini terjadi ketika partikel yang terkandung didalam fluida mengendap ke permukaan heat exchanger ketika kecapatan fluida melambat. Hal ini dapat dihindari dengan cara memasang heat exchanger secara vertikal yang dapat meminimalisir efek fluida melambat dikarenakan gravitasi akan menarik partikel menjauhi dari permukaan (Anonim, 2016).

49  Corrosion fouling

Hal ini terjadi lapisan dari material yang terkorosi menumpuk pada permukaan dari tube yang akan membuat permukaan dari tube tertutupi oleh lapisan material yang terkorosi. Hal ini dapat dihindari dengan memilih material yang memiliki sifat anti korosi yang berbasis stainless steel atau nikel yang berbahan dasar baja (Anonim, 2016).