Uji Eksperimental Optimasi Laju Perpindahan Kalor Dan Penurunan Tekanan Pengaruh Jarak Baffle Pada Alat Penukar Kalor Tabung Cangkang Dengan Susunan Tabung Segitiga

UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE PADA ALAT

PENUKAR KALOR TABUNG CANGKANG DENGAN SUSUNAN TABUNG SEGITIGA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ESRON SIHITE NIM. 060401092

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE PADA ALAT PENUKAR KALOR TABUNG CANGKANG DENGAN SUSUNAN TABUNG SEGITIGA”.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Untuk penulisan skripsi ini, penulis dan tim telah merancang dan membangun konstruksi alat penukar kalor tabung cangkang dan melakukan pengujian alat penukar kalor dengan memanfaatkan air laut sebagai fluida pendingin.

Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel Hasiholan Napitupulu, DEA, selaku Dosen pembimbing, yang selalu memberikan bimbingan dan motivasi sehingga penelitian ini dapat selesai.

2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara sekaligus Dosen Penguji I yang memberikan bimbingan untuk perbaikan skripsi ini.

3. Bapak Tulus B Sitorus, ST. MT selaku Dosen Penguji II yang telah banyak memberikan bimbingan untuk perbaikan skripsi ini.

4. Bapak Dr-Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membantu segala keperluan yang diperlukan selama penulis kuliah. 6. Staf Laboratorium Prestasi Mesin, Departemen Teknik Mesin Universitas

7. Kedua orang tua saya M. Sihite dan S. Sihombing yang selalu memberikan dukungan moril dan materiil serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada saya.

8. Kakak dan Adik yang memberikan dukungan moral dan doa dalam penyelesaian penelitian ini.

9. Rekan satu tim, Juanda Ambarita, Piko Nadeak, dan Donny Simanungkalit atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan skripsi ini.

10.Bapak Positron Bangun, ST.MT dan Bang Sihar Siahaan, ST yang begitu banyak mengambil andil dalam penyelesaian penelitian ini.

11.Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan seluruh pihak yang telah membantu selama penulis kuliah dan menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran bersifat membangun untuk perbaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Tuhan memberkati.

Medan, April 2011 Penulis,

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR SIMBOL...v

DAFTAR GAMBAR...vii

DAFTAR TABEL... x

ABSTRAK ...xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1.Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan dan Batasan Masalah ... 4

1.3.Tujuan Penelitian ... 5

1.4.Manfaat Penelitian ... 6

1.5.Metode Pengumpulan Data ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1Perpindahan Panas ... 7

2.2 Alat Penukar Kalor ... 10

2.2.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ... 10

2.2.2 Standar Alat Penukar Kalor ... 13

2.2.3 Alat Penukar Kalor Tipe Cangkang dan Tabung ... 14

2.2.4 Fluida di dalam Cangkang dan di dalam Tabung... 16

2.2.5 Jumlah Pass atau Lintasan pada Alat Penukar Kalor... 19

2.2.6 Aliran Fluida dan Distribusi Temperatur pada Alat Penukar Kalor ... 19

2.2.7 Konstruksi Alat Penukar Kalor ... 21

2.2.8 Cangkang (Shell) ... 23

2.2.9 Tabung ... 24

2.2.10 Baffle atau Sekat ... 27

2.3 Landasan Teori ... 28

2.4 Efektivitas Alat Penukar Kalor ... 39

2.5 Penurunan Tekanan ... 39

2.7 Kerangka Penelitian ... 41

BAB III PERANCANGAN ALAT PENELITIAN ... 42

3.1. Perancangan alat penukar kalor ... 42

3.2. Mencari temperatur air keluar alat penukar kalor ... 44

3.3. Mencari panjang alat penukar kalor ... 46

BAB IV METODE PENELITIAN ... 57

4.1. Tempat Penelitian ... 57

4.2. Bahan dan Alat ... 57

4.3. Dimensi Utama Penelitian………...61

4.4. Pelaksanaan Penelitian………….………....62

4.4.1.Persiapan Pandahuluan... 62

4.4.2.Tahap Pengambilan data ... 62

4.5. Analisa Data ... 63

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 64

5.1.Data Hasil Pengujian ... 64

5.2.Pengolahan Data ... 64

5.3.Pembahasan ... 72

5.4.Validasi data ... 77

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 86

6.1. Kesimpulan ... 86

6.2. Saran ... 87

DAFTAR PUSTAKA ... 88

DAFTAR SIMBOL

Q = laju perpindahan panas (W) h

m = laju aliran massa fluida panas (kg/s) c

m = laju aliran massa fluida dingin (kg/s) ph

c = panas jenis fluida panas (J/kgoC) pc

c = panas jenis fluida dingin (J/kgoC) co

T = temperatur fluida dingin keluar (oC) ci

T = temperatur fluida dingin masuk (oC) ho

T = temperatur fluida panas keluar (oC) hi

T = temperatur fluida panas masuk (oC)

A = luas permukaan yang mengalami perpindahan panas (m2) o

d = diameter luar tabung (m) i

d = diameter dalam tabung (m) s

D = diameter dalam cangkang (m) c

T = temperatur rata-rata fluida dalam tabung (oC) rt

Ρ = bilangan Prandtl fluida dalam tabung t

μ = viskositas dinamik dalam tabung (kg/m.s) et

R = bilangan Reynold fluida dalam tabung ut

Ν = bilangan Nusselt fluida dalam tabung c

h = koefisien pindahan panas pada sisi tabung (W/m2.K) h

T = temperatur fluida rata-rata sisi cangkang (oC) es

R = bilangan Reynold pada sisi cangkang s

μ = viskositas dinamik pada sisi cangkang (kg/ms) s

G = kecepatan massa (kg/m2s) m

S = luas aliran menyilang (m2) bc

bb

L = jarak celah diameter dalam cangkang dengan diameter luar bundle (m) sb

L = ruang bebas dari cangkang dengan diameter sekat (m) eff

tp,

L = pitch tabung efektif (m) ctl

D = diameter limit tengah tabung (m) a = koefisien empiris

ctl

θ = sudut relatif antara baffle cut terhadap sumbu APK ds

θ = sudut baffle cut

w

F = fraksi dari luar area yang dibentuk oleh jendela sekat c

F = fraksi aliran melintang diantara baffle sbp

F = perbandingan luas by-pass dan luas aliran silang sb

S = luas kebocoran cangkang dengan baffle (m2) m

S = luas aliran menyilang pada sumbu bundle (m2) sb

S = luas kebocoran antara cangkang dengan baffle (m2) tb

S = luas kebocoran antara tabung dengan baffle (m2) m

S = luas aliran melintang tabung (m2) b

S = luas by-pass (m2) s

r = perbandingan luas by-pass cangkang dengan luas aliran melintang tabung

i

J = faktor perpindahan panas c

J = faktor koreksi potongan baffle L

J = faktor koreksi berdasarkan kebocoran baffle B

J = faktor koreksi by-pass bundle s

J = faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle μ

J = faktor koreksi berdasarkan viskositas fluida pada temperatur dinding h

h = koefisien pindahan panas pada sisi cangkang (W/m2,K) w

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi dari udara hangat ke kaleng

minuman dingin melalui dinding aluminum kaleng. ... 8

Gambar 2.2. Perpindahan panas dari permukaan panas ke udara dengan Konveksi……….9

Gambar 2.3. Perpindahan panas dengan radiasi ... 9

Gambar 2.4. APK jenis Shell and Tube tipe BEM ... 16

Gambar 2.5. Distribusi temperatur – panjang (luas) tube alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida parallel ... 20

Gambar 2.6. Distribusi temperatur – panjang (luas) tube alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida berlawanan ... 20

Gambar 2.7. Bagian-bagian dari alat penukar kalor (berdasarkan standar TEMA) ... 22

Gambar 2.8. Aliran dalam sisi shell dengan baffle segmen ... 23

Gambar 2.9. Selongsong APK ... 23

Gambar 2.10. Susunan tabung alat penukar kalor... 25

Gambar 2.11. Baffle dengan pemotongan baffle 32,65% ... 27

Gambar 2.12. Distribusi suhu APK aliran menyilang ... 29

Gambar 2.13. Sekat segmen ... 32

Gambar 2.14. Jaringan tahanan termal untuk Perpindahan Panas menyeluruh.. ... .37

Gambar 3.2. Baffle alat penukar kalor untuk susunan tabung segitiga ... 43

Gambar 3.3. Cangkang alat penukar kalor ... 53

Gambar 3.4. Tabung alat penukar kalor dengan susunan tabung segitiga ... 53

Gambar 3.5. Header alat penukar kalor ... 54

Gambar 3.6. Baffle alat penukar kalor dengan baffle cut 32,52% ... 54

Gambar 3.7. Tubesheet alat penukar kalor untuk susunan segitiga ... 55

Gambar 3.8. Baut dan mur ... 55

Gambar 3.9. Alat penukar kalor yang dirakit... 56

Gambar 3.10. Pola aliran fluida dalam alat penukar kalor... 56

Gambar 4.1. Pompa Sirkulasi………..58

Gambar 4.2. Termo resistance ... 58

Gambar 4.3. Panel Indikator temperatur ... 59

Gambar 4.4. Jarum Termokopel ... 59

Gambar 4.5. Tangki pemanas ... 59

Gambar 4.6. Pemanas air 5000w ... 59

Gambar 4.7. Katup kontrol ... 60

Gambar 4.8. Manometer air ... 60

Gambar 4.9. Skema alat uji penelitian ... 61

Gambar 5.2. Hubungan antara jarak baffle dengan temperatur panas

keluar,Tho ... 73

Gambar 5.3. Hubungan antara jarak baffle dengan perpindahan panas menyeluruh, U ... 74

Gambar 5.4. Hubungan antara jarak baffle dengan perubahan tekanan,∆P ... 74

Gambar 5.5. Hubungan antara perubahan tekanan,∆P dengan perpindahan panas menyeluruh , U ... 75

Gambar 5.6. Hubungan antara jarak baffle dengan efektivitas,ε ... 75

Gambar 5.7. Hubungan antara jarak baffle dengan Koefisien pindahan panas konveksi fluida panas, hh ... 76

Gambar 5.8. Hubungan antara jarak baffle dengan Koefisien pindahan panas konveksi fluida dingin, hc ... 76

Gambar 5.9. Grafik distribusi temperatur APK ... 77

Gambar 5.10. Grafik Jarak baffle vs Temperatur keluar air, Tho ... 85

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan dari susunan tube pada alat penukar kalor ... 26

Tabel 2.2. Koefisien Empiris... 33

Tabel 3.1. Perhitungan iterasi temperatur air laut keluar ... 45

Tabel 3.2. Hasil perhitungan panjang alat penukar kalor ... 51

Tabel 4.1. Dimensi utama penelitian ... 61

Tabel 4.2. Analisa data ... 63

Tabel 5.1. Data pengujian ... 64

Tabel 5.2. Sifat-sifat air laut ... 64

Tabel 5.3. Sifat-sifat air ... 65

Tabel 5.4. Hasil perhitungan koefisiensi perpindahan panas pada sisi tabung ... 71

Tabel 5.5. Hasil perhitungan koefisiensi perpindahan panas pada sisi cangkang. ... 71

Tabel 5.6. Hasil perhitungan Koefisiensi perpindahan panas menyeluruh dan efektifitas ... 71

Tabel 5.7. Sifat-sifat air laut ... 77

Tabel 5.8. Sifat-sifat air ... 77

Tabel 5.9. Hasil perhitungan teoritis ... 84

ABSTRAK

Sekat (baffle) mempengaruhi pola aliran fluida yang mengalir pada sisi cangkang yang memberikan efek turbulensi, yang kemudian mempengaruhi unjuk kerja termal dan penurunan tekanan alat penukar kalor jenis tabung cangkang. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan, secara eksperimen, untuk mengetahui pengaruh jarak sekat terhadap koefisien pindahan panas konveksi dan penurunan tekanan alat penukar kalor jenis tabung cangkang susunan segitiga. Pengujian ini dilakukan dengan mengalirkan air demineralisasi sebagai fluida panas melalui cangkang dengan temperatur masuk 42,8oC dan air laut sebagai fluida dingin dialirkan melalui tabung dengan temperatur masuk 29oC. Sekat yang digunakan adalah jenis segmen tunggal dengan pemotongan sekat (baffle cut) 32,65%, jarak sekat ditetapkan dengan 6 variasi yaitu 40 mm, 44 mm, 49 mm, 55 mm, 63 mm, dan 73 mm. Laju aliran massa kedua fluida adalah 0,2 kg/s. Sedangkan parameter yang diukur adalah suhu keluar air demineralisasi yaitu 38,2oC s/d 41,3oC, suhu keluar air laut yaitu 32,1oC s/d 34,1oC, dan penurunan tekanan yaitu12,458 kPa-19,318 kPa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jarak sekat mempengaruhi koefisien pindahan panas menyeluruh dan penurunan tekanan, dengan nilai yang optimum diperoleh adalah pada jarak sekat 40 mm dengan koefisien pindahan panas menyeluruh 267,050 W/m2.K, penurunan tekanan 19,318 kPa, dan efektivitas 36,956%.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang

Salah satu proses dalam sistem pembangkit tenaga adalah proses pendinginan untuk mendinginkan mesin-mesin pada sistem. Proses pendinginan ini memerlukan beberapa kebutuhan atau syarat temperatur tertentu dalam prosesnya, sehingga sistem dapat berjalan dengan baik. Sementara, di sisi lain, mungkin, terdapat medium yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai media pendingin. Jika kasusnya seperti ini, akan diperlukan suatu alat yang dapat memanfaatkan media pendingin yang berpotensi itu untuk kebutuhan proses pendinginan tersebut, yaitu Alat Penukar Kalor (APK).

temperatur keluar yang diharapkan adalah 38oC. Oleh karena itu untuk memenuhi kebutuhan temperatur pada proses pendinginan ini, diperlukan suatu APK yang efektif yang dapat diperoleh melalui perancangan yang dilanjutkan dengan pengujian secara eksperimental pada tingkat kemampuannya.

Dalam pemakaian APK ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk memperoleh perpindahan panas yang optimum untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, yaitu jenis fluida, laju aliran, suhu, penurunan tekanan, laju perpindahan kalor, dimensi tabung dan cangkang, jarak baffle, baffle cut, susunan tabung, jarak pitch, dan jenis material.

Baffle pada APK cangkang, tabung adalah sangat penting untuk dibahas

dalam memperbaiki atau meningkatkan unjuk kerja termal. Baffle juga diperlukan untuk mendukung keberadaan tabung dan membentuk pola aliran silang disepanjang tabung tersebut. Tunggul [1] mengemukakan bahwa jarak maksimum antara sekat (maximum spacing) adalah diameter dalam cangkang, dan minimum 1/5 dari diameter dalam cangkang. Apabila jarak antara sekat itu dibuat terlalu jarang, maka aliran fluida akan aksial sehingga tidak terdapat aliran yang melintang sebaliknya kalau jarak antara sekat dibuat terlalu sempit menimbulkan bocoran yang berlebihan antara sekat dan cangkang.

aliran sebagian fluida dalam cangkang, melintas tegak lurus (transversal) terhadap bundle tabung dan kondisi demikian akan meningkatkan efek turbulensi. Aliran tersebut sangatlah komplek, namun demikian dapat memberi dampak perpindahan kalor konveksi yang lebih baik disatu sisi, tetapi kurang baik terhadap penurunan tekanan di sisi lain.

Dengan kata lain proses aliran dan perpindahan kalor di sisi tabung sangat bergantung kepada ukuran tabung itu sendiri, jarak pitch, susunan tabung, tipe baffle, jarak baffle, baffle cut, dan celah antara baffle dan shell. Tunggul [2]

mengemukakan bahwa besarnya pemotongan sekat berkisar antara 15-45% diameter sekatnya, sebab pada kondisi ini akan terjadi perpindahan panas yang baik serta penurunan tekanan (pressure drop) tidak terlalu besar. Pertimbangan-pertimbangan operasi menjadi hal yang sangat penting di dalam memilih baffle cut mana yang akan digunakan.

Dari segi operasi dan pemeliharaan suatu APK cangkang tabung, susunan tabung adalah hal yang sangat prinsip karena dapat mempengaruhi besar penurunan tekanan pada aliran fluida. Penurunan tekanan dalam sisi cangkang, sangat dipengaruhioleh faktor gesekan dan laju aliran masa fluida. Besarnya faktor gesekan dalam sisi cangkang, yang berkorelasi langsung dengan bilangan Reynold.

perpindahan kalor antara dua atau lebih fluida yang berbeda suhunya, dengan luas permukaan yang minimum dan kondisi operasi yang efektip serta konstruksi yang kokoh, maka pada penelitian ini jenis APK yang direncanakan adalah jenis cangkang, tabung yang terdiri satu cangkang, atau dengan satu laluan tabung serta dilengkapi dengan beberapa baffle.

Pada penelitian ini yang akan diamati dan dianalisa unjuk kerja termal dan penurunan tekanan suatu APK jenis cangkang, tabung susunan segitiga yang dipengaruhi oleh pemasangan baffle dalam berbagai variasi posisi jarak, dimana pada sisi tabung dialiri fluida dingin yaitu air laut dan pada sisi cangkang, dialiri fluida panas yaitu air demineralisasi. Dalam hal ini unjuk kerja termal dinyatakan dalam angka koefisien perpindahan kalor menyeluruh dan penurunan tekanan.

1.2. Perumusan dan Batasan Masalah 1.2.1. Perumusan masalah

1.2.2. Batasan masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini yaitu pengujian dilakukan dengan rencana awal data yang ditetapkan sebagai berikut :

1. Dengan 6 (enam) variasi jarak baffle yaitu pada 40 mm, 44 mm,49 mm, 55 mm, 63 mm dan 73 mm. Laju aliran massa air demineralisasi (fluida panas) adalah 0,2 kg/det dengan rencana suhu masuk 42,80C dan fluida dingin adalah air laut dengan laju aliran massa 0,2kg/det.

2. APK ini merupakan hasil rancang bangun yang didasarkan atas perhitungan teoritis dengan metode trial and error dan sebagai data hasil pengujian yang diamati dan diperoleh berupa suhu air keluar yang diukur dengan menggunakan alat ukur Termo Resistance PT-100 ohm dan perbedaan tekanan pada sisi cangkang, diukur menggunakan manometer air pipa U serta variabel lain yang dibutuhkan juga diukur dengan alat-alat ukur standar lainnya.

1.3. Tujuan penelitian

Adapun tujuan penelitian pada skripsi ini, adalah:

a. Menganalisa APK cangkang, dan tabung secara eksperimental dengan variasi jarak baffle untuk mendapatkan data laju perpindahan kalor dan penurunan tekanan.

1.4. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat penelitian pada skripsi ini, adalah:

a. Menghasilkan informasi nilai jarak baffle yang optimal untuk APK cangkang, dan tabung susunan tabung segitiga yang dapat digunakan untuk perancangan APK.

b. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang APK cangkang, dan tabung susunan tabung segitiga.

c. Sebagai pengembangan wawasan penelitian secara eksperimental pada laboratorium Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.5. Metode Pengumpulan Data

Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini, dilakukan dengan cara:

a. Study Lapangan, dimana penulis melakukan eksperimen pada APK di Laboratorium Perpindahan Panas Departemen Teknik Mesin USU. b. Study Literatur, dimana penulis melakukan penelaahan dari buku-buku

yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas dalam skripsi ini.

c. Survey Study , dimana penulis melakukan pengamatan langsung di PLN Sicanang Belawan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Perpindahan panas

Perpindahan panas merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk meramalkan laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Konduksi, merupakan perpindahan panas dari partikel yang lebih berenergi ke partikel yang kurang berenergi yang saling berdekatan dari sebuah bahan karena interaksi antara partikel tersebut. Contoh: semakin panasnya (hangat) sendok yang tercelup dalam secangkir kopi panas. Holman [3] merumuskan persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara konduksi adalah:

x

T kA q

∂ ∂ −

= (W) (2.1)

Gambar 2.1. Perpindahan panas konduski dari udara hangat ke kaleng minuman dingin melalui dinding aluminum kaleng[4].

Konveksi, merupakan perpindahan panas antara permukaan solid dan berdekatan dengan fluida yang bergerak atau mengalir, dan itu melibatkan pengaruh konduksi dan aliran fluida. Contoh: sebuah plat besi panas akan lebih cepat dingin jika diletakkan di depan kipas angin dibandingkan dengan jika diletakkan begitu saja di udara terbuka. Holman [5] merumuskan persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara konveksi adalah:

q=hA

(

Ts −T∞

)

(W) (2.2) , dimana q sebagai laju perpindahan panas konveksi, h sebagai koefisien perpindahan-kalor konveksi, A sebagai luas permukaan yang mengalami perpindahan panas, Ts sebagai temperatur permukaan benda solid yang dilalui

Gambar 2.2. Perpindahan panas dari permukaan panas ke udara dengan konveksi[6]

Radiasi, merupakan perpindahan energi karena emisi gelombang elektromagnet (atau photons). Contoh: kehangatan sewaktu kita berada di dekat api unggun. Holman [7] persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara radiasi adalah:

(

)

4 4

sur s T

T A

q=ε σ − (W) (2.3) , dimana q sebagai laju perpindahan panas radiasi, ε sebagai sifat radiasi pada permukaan (emisivitas), A sebagai luas permukaan, σ sebagai konstanta Stefan-Boltzmann (5.67 x 10-8 W/m2K4), Ts sebagai temperatur absolute permukaan, Tsur

sebagai temperatur sekitar.

2.2 Alat Penukar Kalor

Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Maksudnya adalah :

1. Pada alat penukar kalor yang langsung, fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu

2. Pada alat penukar kalor yang tidak langsung, fluida panas tidak berhubungan langsung dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panas itu mempunyai media perantara, seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnnya

2.2.1. Klasifikasi Alat Penukar Kalor

Menurut Tunggul [9] alat penukar kalor dapat diklasifikasikan berdasarkan bermacam-macam pertimbangan, yaitu:

1. Klasifikasi Berdasarkan Proses Perpindahan Panas

- Tipe kontak tidak langsung

• Tipe yang langsung dipindahkan

 Tipe satu fase

 Tipe banyak fase

 Tipe yang ditimbun (storage type)

 Tipe fluidized bed

- Tipe yang kontak langsung

• Gas liquid

• Liquid vapor

2. Klasifikasi Berdasarkan Jumlah Fluida yang Mengalir

- Dua jenis fluida

- Tiga jenis fluida

- N-jenis fluida

3. Klasifikasi Berdasarkan Kompaknya Permukaan

- Tipe penukar kalor yang kompak, density luas permukaannya > 700 m2/m3

- Tipe penukar kalor yang tidak kompak, density luas permukaannya < 700 m2/m3

4. Klasifikasi Berdasarkan Mekanisme Perpindahan Panas

- Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya

- Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya terdapat cara konveksi dua aliran

- Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta masing-masing terdapat dua pass aliran

- Kombinasi cara konveksi dan radiasi 5. Klasifikasi Berdasarkan Konstruksi

- Konstruksi tubular (shell and tube)

• Pipa ganda (Double tube)

• Konstruksi shell and tube

 Sekat plat (plate baffle)

 Sekat batang (rod baffle)

- Konstruksi tipe pelat

• Tipe pelat

• Tipe lamella

• Tipe spiral

• Tipe pelat koil

- Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface)

• Sirip pelat (pelat fin)

• Sirip tabung (tube fin)

 Heat pipe wall

 Ordinary separating wall

- Regenerative

• Tipe rotari

• Tipe disk (piringan)

• Tipe drum

• Tipe matrik tetap

6. Klasifikasi Berdasarkan Pengaturan Aliran

- Aliran dengan satu pass

• Aliran berlawanan arah

• Aliran paralel

• Aliran melintang

• Aliran split

• Aliran yang dibagi (divided)

- Aliran multi pass

 Aliran counter menyilang

 Aliran paralel menyilang

 Aliran compound

• Shell and tube

 Aliran paralel yang berlawanan (M laluan pada cangkang, dan N laluan pada tabung)

 Aliran split

 Aliran dibagi (divided)

• Multipass pelat

 N-paralel pelat multipass 2.2.2. Standar Alat Penukar Kalor.

Menurut Tunggul [10] standar yang umum digunakan menjadi acuan dalam merencanakan, fabrikasi serta memelihara alat penukar kalor adalah:

1. Standards of Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA Standards), merupakan standar Amerika Serikat

2. American Society of Mechanical Engineers (ASME) Code, Section VIII, Pressure Vessel-Division I

Alternative rules for pressure Vessels-Division II

3. American Petroleum Institute (API Standards)

Chapter VI – Pressure Vessels (Tower, Drums, and Reactors)

Chapter VII – Heat Exchangers, Condensors, and Cooler Boxes

4. American Society of Mechanical Engineers (ASME) Code, Section II – Material Spesification

Part B – Non-ferrous metal

Part C – Welding Rod, Electrods, and Filler metals

5. Standards British, seperti British Standard B S 3274, B S 5500, dan standar negara-negara lain seperti Belgia, Jerman, Belanda, Perancis, Norwegia, Australia, Japan, dan lain-lain

Adapun standar tersebut mencakup masalah perencanaan (design), pembuatan (fabrikasi), pemilihan material konstruksi, pengujian (testing) cangkang, tabung, sekat dan support, ujung yang bebas (floating head), saluran nosel, pelat tabung (tube sheet), dan lain-lain.

2.2.3. Alat Penukar Kalor Tipe cangkang, dan Tabung.

Cangkang tabung adalah salah satu jenis APK yang menurut konstruksinya dicirikan oleh adanya sekumpulan tabung (tube bundles) yang dipasangkan di dalam cangkang berbentuk silinder dimana dua jenis fluida yang saling bertukar kalor mengalir secara terpisah, masing-masing melalui sisi tabung dan sisi cangkang.

Begitu banyaknya jenis dari alat penukar kalor cangkang tabung yang dipergunakan pada dunia industri. Untuk membuat pembagiannya secara pasti adalah sangat sulit. Menurut Tunggul [11] berdasarkan pemakaian, heat exchanger diklasifikasikan dalam 3 class, yaitu : class R, class C, dan class B.

Class R adalah alat penukar kalor yang tidak mengalami pembakaran, dan secara

Jenis ini umumnya dipergunakan pada tujuan-tujuan komersial dan dalam proses yang umum. Class B juga sama, hanya saja dipergunakan untuk proses-proses kimia (chemical process service).

Disamping pengelompokan diatas, dari TEMA dikenal juga tipe lain, seperti:

1. Penukar kalor dengan fixed tube sheet 2. Penukar kalor dengan floating tube sheet 3. Penukar kalor dengan pipa U (hairpin tube)

4. Penukar kalor dengan fixed tube sheet dan mempunyai sambungan ekspansi (expantion joint) pada cangkang nya

Keuntungan alat penukar kalor tipe cangkang tabung adalah :

1. Konfigurasi yang dibuat akan memberikan luas permukaan yang besar dengan bentuk atau volume yang kecil

2. Mempunyai lay-out mekanik yang baik, bentuknya cukup baik untuk operasi bertekanan

3. Menggunakan teknik fabrikasi yang sudah mapan (well established)

4. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material, dimana dapat dipilih jenis material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasinya 5. Mudah membersihkannya

6. Prosedur perencanaannya sudah mapan (well established) 7. Konstruksinya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil 8. Prosedur mengoperasikannya tidak berbelit-belit

Gambar 2.4. APK jenis cangkang dan Tabung tipe BEM.

Konstruksi tipe BEM mempunyai front end Stationary B yang berbentuk Bunnet, cangkang tipe E yaitu one pass shell dan rear end head, tipe M yaitu fixed tube shell.

Umumnya, aliran fluida dalam cangkang dan tabung dari suatu APK adalah paralel atau berlawanan. Untuk membuat aliran fluida dalam cangkang dan tabung menjadi aliran menyilang (cross flow) biasanya ditambah baffle (sekat).

2.2.4. Fluida di Dalam Cangkang dan di Dalam Tabung.

Menentukan fluida di dalam tabung serta fluida diluar tabung (sisi cangkang) memerlukan pertimbangan-pertimbangan yang khusus. Untuk menentukan hal itu dilakukan evaluasi berbagai faktor disamping memperhatikan tipe alat penukar kalor. Tunggul [12] mengemukakan faktor-faktor yang harus diperhatikan untuk menentukan jenis fluida dalam tabung (tube side) atau diluar tabung (shell side) adalah:

Jika dibandingkan cara membersihkan tabung dan cangkang, maka pembersihan sisi cangkang (luar tabung) jauh lebih sulit. Untuk itu maka fluida yang bersih biasanya dialirkan sebelah cangkang (diluar tabung) dan fluida yang kotor melalui tabung.

2. Korosi

Masalah korosi atau kebersihan sangat dipengaruhi oleh penggunaan dari paduan logam. Paduan logam itu mahal, karena itu fluida dialirkan melalui tabung untuk menghemat biaya yang terjadi karena kerusakan cangkang. 3. Tekanan kerja

Cangkang yang bertekanan tinggi, diameter besar, akan memerlukan dinding yang tebal, ini akan mahal. Untuk mengatasi hal ini, apabila fluida bertekanan tinggi, lebih baik dialirkan melalui tabung.

4. Temperatur

Fluida bertemperatur tinggi lebih baik dialirkan melalui tabung. Fluida bertemperatur tinggi juga akan menurunkan tegangan yang dibolehkan (allowable stress) pada material peralatan, hal ini mempunyai pengaruh yang sama seperti fluida bertekanan tinggi yang memerlukan dinding cangkang yang tebal.

5. Fluida berbahaya atau fluida mahal

6. Jumlah aliran fluida

Suatu perencanaan yang baik akan diperoleh aliran fluida yang kecil jumlahnya dilakukan pada sisi sebelah cangkang. Ini mempengaruhi jumlah pass aliran, tetapi konsekuensinya ialah kerugian dan penurunan tekanan.

7. Viskositas

Batas angka kritis bilangan Reynolds untuk aliran turbulen pada sisi cangkang adalah 200. Karena itu aliran laminer dalam tabung dapat menjadi turbulen apabila aliran melalui cangkang. Aliran tetap laminar dialirkan melalui cangkang, maka lebih baik aliran itu dialirkan melalui tabung.

8. Penurunan tekanan

Apabila masalah penurunan tekanan (pressure drop) merupakan hal yang kritis dan harus ditinjau secara teliti, maka sebaiknya fluida tersebut dialirkan melalui sisi tabung. Penurunan tekanan didalam tabung dapat dihitung dengan teliti, sedangkan pressure drop sisi cangkang dapat menyimpang sangat besar dari nilai teoritis, tergantung dari kelonggaran (clearance) alat penukar kalor itu.

Kemampuan melepas atau menerima panas suatu alat penukar kalor dipengaruhi oleh besarnya luas permukaan (heating surface). Besarnya luas permukaan itu tergantung dari panjang, ukuran dan jumlah tabung yang dipergunakan pada alat penukar kalor itu.

2.2.5. Jumlah Pass Atau Lintasan Pada Alat Penukar Kalor.

1. Shell pass atau lintasan cangkang. 2. Tube pass atau lintasan tabung.

Yang dimaksud dengan pass shell adalah lintasan yang dilakukan oleh fluida sejak masuk mulai saluran masuk (inlet nozzle), melewati bagian dalam cangkang dan mengelilingi tabung, keluar dari saluran buang (outlet nozzle). Apabila lintasan itu dilalui 1 kali maka disebut 1 laluan cangkang, kalau terjadi 2 kali atau n kali melintasi bagian dalam serta melewati tabung, disebut 2 atau n laluan cangkang.

Untuk fluida di dalam tabung, jika fluida masuk kedalam penukar kalor melalui salah satu ujung (front head) lalu mengalir ke dalam tabung dan langsung keluar dari ujung tabung yang lain melalui rear head, maka disebut dengan 1 laluan tabung. Apabila fluida itu membelok lagi masuk kedalam tabung, sehingga terjadi dua kali lintasan fluida dalam tabung maka disebut 2 laluan tabung. Biasanya laluan cangkang itu lebih sedikit daripada laluan tabung.

2.2.6. Aliran Fluida dan Distribusi Temperatur Pada Alat Penukar Kalor Apabila ditinjau aliran fluida alat penukar kalor, maka dapat dibagi dalam 3 macam aliran, yaitu :

1. Aliran sejajar atau paralel flow. 2. Aliran berlawanan atau counter flow.

3. Aliran kombinasi, gabungan aliran sejajar dan berlawanan.

1. Aliran dan Distribusi Temperatur Alat Penukar Kalor yang Langsung

Pada alat penukar kalor jenis ini, temperatur akhir fluida panas dan fluida dingin menjadi sama karena kedua jenis fluida tersebut akan membentuk campuran (teraduk) keluar dari alat penukar kalor itu. Hal ini berarti, panas yang diberikan oleh fluida panas diterima secara utuh atau 100% oleh fluida dingin, tanpa ada kerugian panas.

[image:39.595.257.406.336.459.2]

Hubungan antara jenis aliran, distribusi temperatur dan panjang tabung (luas tabung) pada alat penukar kalor yang kontak langsung dapat dilihat pada gambar 2.5. dan 2.6 [13].

[image:39.595.222.401.529.645.2]

Gambar 2.5. Distribusi temperatur – panjang (luas) tabung alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida parallel.

Gambar 2.6. Distribusi temperatur – panjang (luas) tabung, alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida berlawanan arah.

Pada jenis alat penukar kalor ini, tabung berfungsi sebagai pemisah antara fluida panas dengan fluida dingin. Untuk itu perlu pertimbangan yang matang, untuk menentukan fluida mana yang mengalir melalui tabung, apakah fluida panas atau fluida dingin.

2.2.7. Konstruksi Alat Penukar Kalor

Ditinjau dari segi konstruksi alat penukar kalor jenis cangkang dan tabung, Tunggul [14] membagi konstruksinya dalam 4 bagian, yaitu:

1. Bagian depan yang tetap atau Front End Stationary Head 2. Shell atau badan alat penukar kalor

3. Bagian ujung belakang atau Rear End Head

4. Berkas tabung atau tube bundle, kumpulan tabung yang dimasukkan ke dalam tabung alat penukar kalor

[image:41.595.116.503.86.697.2]

2.2.8. Cangkang (Shell)

Secara umum lintasan fluida dalam APK dapat terjadi pada dua area lintasan yang terpisah yakni dalam shell side (sisi cangkang) dan tube side (sisi tabung). Dalam menganalisa aliran fluida dalam sisi cangkang bahwa, dalam sisi cangkang selain terdapat aliran utama B yakni aliran yang melintas tegak (main cross flow) terhadap bundel tube, juga terdapat kebocoran (leakage) aliran seperti kebocoran A antara baffle dengan tabung, dan kebocoran E antara baffle dengan cangkang, serta aliran by pass C antara bundel tube dengan cangkang, seperti gambar 2.8.

Gambar 2.8. Aliran dalam sisi cangkang dengan baffle segmen [16].

2.2.9. Tabung.

Susunan tabung itu mempengaruhi besarnya penurunan tekanan aliran fluida dalam cangkang. Penentuan susunan tabung pada alat penukar kalor sangat prinsip sekali, ditinjau dari segi operasi dan pemeliharaan. Adapun beberapa susunan tabung alat penukar kalor menurut Tunggul [17] meliputi:

1. Tabung (tube) dengan susunan segitiga (triangular pitch).

2. Tabung (tube) dengan susunan segitiga diputar 30o (rotated triangular atau in-line triangular pitch).

3. Tabung (tube) dengan susunan bujur sangkar (in-line square pitch). 4. Tabung (tube) dengan susunan berbentuk belah ketupat, atau bentuk

bujur sangkar yang diputar 45o (diamond square pitch).

Susunan tabung yang segitiga merupakan susunan yang sangat popular dan baik dipakai melayani fluida kotor/berlumpur atau yang bersih (non-fouling or fouling). Koefisien perpindahan panasnya lebih baik dibanding dengan susunan

tabung bujur sangkar (in-line square pitch). Susunan tabung segitiga banyak dipergunakan dan menghasilkan perpindahan panas yang baik per satu satuan penurunan tekanan (per unit pressure drop), di samping itu letaknya lebih kompak.

Susunan bujur sangkar membentuk sudut 90o (in-line square pitch) banyak dipergunakan, dengan pertimbangan seperti berikut:

1. Apabila penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi pada alat penukar kalor itu sangat kecil.

susunan seperti ini, terdapat celah anatara tabung yang dipergunakan untuk pembersihannya.

3. Susunan ini memberikan perilaku yang baik, bila terjadi aliran turbulen, tetapi untuk laminar akan memberikan hasil yang kurang baik.

[image:44.595.180.446.194.661.2]

Gambar 2.10. Susunan tabung alat penukar kalor.

(a) susunan tabung segitiga (triangular); (b) susunan tabung bujur sangkar (c) susunan tabung bujursangkar diputar 45o(diamond) [18].

(a)

(b)

Tabel 2.1. Perbandingan dari susunan tabung pada alat penukar kalor [19]. Susunan

tabung

Kelebihan Kekurangan

Segitiga - Film koefisiennya lebih tinggi daripada bujur sangkar

- Dapat dibuat jumlah tabung yang lebih banyak sebab susunannya kompak

- Jatuh tekanan yang terjadi antara menengah keatas

- Tidak baik untuk fluida yang kotor

- Pembersihannya dengan cara kimia

Bujur sangkar

- Bagus untuk kondisi yang memerlukan jatuh tekanan rendah

- Baik untuk pembersihan luar tabung secara mekanik

- Baik untuk melayani fluida kotor

- Film koefisiennya

rendah

Belah ketupat

- Film koefisiennya lebih baik dari susunan bujur sangkar, tetapi tidak sebaik susunan segitiga

- Mudah untuk pembersihan dengan mekanis

- Baik untuk fluida yang kotor

- Film koefisiennya relatif rendah

2.2.10. Baffle atau Sekat

Baffles atau sekat-sekat yang dipasang pada alat penukar kalor

mempunyai beberapa fungsi, yaitu: 1. Struktur untuk menahan berkas tabung

2. Damper untuk menahan atau mencegah terjadinya getaran (vibration) pada tabung

3. Sebagai alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang mengalir diluar tabung (sisi cangkang)

Gambar 2.11. Baffle dengan pemotongan baffle 32,65%.

Menurut Tunggul [20], ditinjau dari segi konstruksi, sekat dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok, yaitu:

1. Sekat pelat berbentuk segment (segmental baffles plate). 2. Sekat batang (rod baffles).

3. Sekat mendatar (longitudinal baffles). 4. Sekat impingment (impingiment baffles).

Dalam hal yang tidak memungkinkan , maka pada bagian –bagian ujungnya dibuat jarak kebih kecil, tetapi harus selalu memperhatikan letak dari nozzle pada cangkang. Maksudnya nozzle disini adalah saluran fluida masuk tabung dan keluar dari tabung.

Jarak antara baffle (baffle spacing atau baffle pitch) ini dikenal dua macam yaitu:

1. Jarak antara baffle maksimum yaitu: B = Diameter sebelah dalam cangkang 2. Jarak baffle minimum yaitu:

B = 1/5 diameter sebelah dalam cangkang.

Apabila jarak antara baffle dibuat terlalu jarang , maka aliran fluida akan aksial sehingga tidak terdapat aliran melintang, sebaliknya kalau jarak antara baffle dibuat terlalu sempit, maka akan menimbulkan kebocoran yang berlebihan

antara baffle dan cangkang.Sehingga penurunan tekanan makin besar.

2.3 Landasan Teori

sekitarnya. Holman [21] mengemukakan jumlah kalor atau laju perpindahan kalor yang diserap oleh fluida dalam tabung dihitung dengan rumus:

Keseimbangan energi APK adiabatis pada kondisi steady state:

(

hi ho

)

c pc

(

co ci

)

ph

h c T T m c T T

m

Q=  ⋅ − =  ⋅ − (2.4)

Thi Tc_o Tho Tci m h m c L

Gambar 2.12. Distribusi suhu APK aliran melintang.

Jumlah kalor yang diserap oleh fluida dapat dihitung dengan rumus:

Q = U.A.∆Tm (2.5)

∆Tm =

(

(

) (

)

)

(

ho ci

)

o c i h i c o h o c i h T T T T Ln T T T T , , , , , , , , − − − − − (2.6)

Incropera [22] menyatakan persamaan-persamaan yang digunakan dalam alat penukar kalor pada tabung adalah:

Temperatur rata-rata fluida dingin APK ditunjukkan dengan:

2 T T

T ti to

t

+

= (2.7)

Dimana :

Tc = Temperatur fluida rata-rata pada sisi tabung (oC)

Tci = Temperatur fluida masuk tabung (oC)

Laju aliran massa fluida di setiap tabung, adalah :

N m

m i

t



 = (2.8)

Dimana : t

m = Laju aliran massa fluida tiap tabung (kg/s)

i

m = Laju aliran massa fluida masuk APK (kg/s) N = Jumlah tabung

Sularso [23] mengemukakan pembagian jenis aliran berdasarkan parameter Bilangan Reynold (Re), apakah laminar, transisi, atau turbulen. Untuk laminar jika Re<2300, transisi jika 2300<Re<4000, dan turbulen jika Re>4000. Bilangan Reynold pada tabung, adalah:

t i

t t

μ πd

m 4

Re =  (2.9)

Dimana :

Ret = Bilangan Reynold tiap tabung

di = Diameter dalam tabung (m)

t

μ = viskositas dinamik fluida dalam tabung (kg/m.s)

Bilangan Nusselt pada tabung dapat diperoleh dengan korelasi Sieder and Tate: 14

, 0 c 3 / 1 o t

t 1,86(Re .Pr.d /L) (μ μ )

Nu = (2.10)

Dimana :

Nut = Bilangan Nusselt fluida dalam tabung

Pr = Bilangan Prandtl fluida dalam tabung

c

i t t t

d Nu k

h = × (2.11)

Dimana :

Nut = Bilangan Nusselt fluida dalam tabung

di = Diameter dalam tabung (m)

kt = Konduktivitas termal fluida dalam tabung (W/mK)

Wolverine [24] menyatakan persamaan-persamaan yang digunakan dalam alat penukar kalor pada cangkang adalah:

2 T T

T hi ho

h

+

= (2.12)

Dimana : h

T = Temperatur fluida rata-rata sisi cangkang (oC). hi

T = Temperatur fluida panas masuk cangkang (oC). Tho = Temperatur fluida panas keluar cangkang (oC).

Luas aliran menyilang pada sumbu bundle

( )(

)

_  

  

− +

= tp t

eff tp,

ctl bb

bc

m L D

L D L

L

S (2.13)

Dimana :

Lbc = Jarak sekat (baffle) (m)

Lbb = Jarak celah diameter dalam cangkang dengan diameter luar

bundle (Gambar 2.13). (m)

(Ltp)eff = pitch tabung efektif (dapat dilihat dari gambar) (m)

[image:51.595.127.498.90.396.2]

Gambar 2.13. Sekat Segmen [25]. Kecepatan massa didapat :

m s s

S m

G =  (2.14)

Dimana : s

m = Laju aliran massa fluida masuk cangkang APK (kg/s)

m

S = Luas aliran menyilang pada sumbu bundle (m2) Bilangan Reynold didapat:

s s o s

μ G d

Re = (2.15)

Dimana :

Res = Bilangan Reynold pada sisi cangkang

Gs = Kecepatan massa (kg/m2s)

s

μ = Viskositas dinamik pada sisi cangkang (kg/ms) Koefien empiris diperoleh dari table berikut:

4 a s 3 0,14Re 1

a a

+

= (2.16)

Ji adalah faktor perpindahan panas yang besarnya adalah :

2 a s a

t tp 1

I Re

D L

1,33 a

j

  



= (2.17)

Koefisien perpindahan kalor konveksi pada sisi cangkang 3

2 s s ph I ideal

s, jc G Pr

h = − (2.18)

Kemudian ditentukan faktor-faktor koreksi berdasarkan potongan baffle (JC),

kebocoran baffle (JL), by pass bundle (JB), ketidaksamaan jarak baffle (JS), aliran

laminar (JR), dan viskositas dinding (Jμ), sebagai berikut:

Faktor koreksi berdasarkan potongan baffle (JC):

[image:52.595.122.490.179.430.2]

        _      − = − 100 B 2 1 D D 2cos θ c ctl s 1

ctl (2.19)

Dimana :

Dctl = Diameter limit tengah tabung (Gambar 2.13) (m) θctl = Dapat dilihat pada Gambar 2.13.

θds = Dapat dilihat pada Gambar 2.13.

θotl = Dapat dilihat pada Gambar 2.13.

Bc = Baffle cut (%)

Fraksi dari luas area yang dibentuk oleh jendela sekat:

2π sinθ 360 θ F ctl o ctl

w = − (2.20)

Fraksi aliran melintang di antara baffle tips : w

c 1 2F

F = − (2.21)

Faktor koreksi potongan baffle : c

C 0,55 0,72F

J = + (2.22)

Menurut Tunggul [27], faktor koreksi berdasarkan potongan baffle adalah 1 apabila tidak ada tube pada jendela baffle; 1,5 apabila baffle yang dipotong sedikit; dan 0,65 bila jendela baffle lebar.

Faktor koreksi berdasarkan kebocoran baffle (JL):

Sudut baffle cut,

    _      − = − 100 B 2 1 2cos

θ 1 c

Luas kebocoran cangkang dengan baffle,

(

ds

)

o sb

s

sb 0,00436 D L 360 θ

S = × × × − (2.24)

Dimana :

Ds = Diameter dalam cangkang (m2)

Lsb = Ruang bebas secara diametri dari cangkang dengan diameter sekat (m)

Luas kebocoran tabung ke lubang baffle,

(

)

[

]

tt

(

w

)

2 t 2 tb t

tb D L D N 1 F

4

π

S × × −

   



 _{+ −}

= (2.25)

Maka rasio perbandingan :

tb sb

sb s

S S

S r

+

= (2.26)

m tb sb lm

S S S

r = + (2.27)

Dimana :

rs = Perbandingan antara luas by-pass shell dengan luas aliran melintang

tabung

Ssb = Luas bocoran antara cangkang dan baffle (m2)

Stb = Luas bocoran tabung dengan baffle (m2)

Sm = Luas aliran melintang tabung (m2)

Diperoleh faktor koreksi kebocoran baffle:

( )

s

[

( )

s

]

(

lm

)

L 0,441 r 1 0,441 r exp 2,2r

Faktor koreksi berdasarkan by pass bundle (JB):

Luas by pass,

(

)

[

s otl pl

]

bc

b L D D L

S = − + Lpl = 0, karena tidak ada by pass lane (2.29)

Dimana : bc

L = Jarak sekat (baffle)

Perbandingan luas by pass dan luas aliran-silang :

m b sbp

S S

F = (2.30)

Jika Reo laminar maka Cbh = 1,35. dengan Bilangan Reynold ≤ 100

Jika Reo turbulen maka Cbh = 1,25. dengan Bilangan Reynold >100

Diperoleh faktor koreksi by pass bundle,

(

)

[

3

]

ss sbp

bh

B exp C F 1 2r

J = − − , rss = 0, karena tidak ada sealing strips (2.31)

Faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle (JS) :

) / ( ) /L (L 1) -(N ) / ( ) /L (L 1) -(N J bc bi b n -l bc bi b S bc bo n l bc bo L L L L + + + +

= − (2.32)

, dimana:

Nb = jumlah baffle.

Lbi = panjang tubesheet ke baffle pada sisi inlet. (m)

Lbo = panjang tubesheet ke baffle pada sisi outlet. (m)

n = 0,6 untuk aliran turbulen dan 1/3 untuk aliran laminar.

JS<1,0 untuk jarak baffle yang lebih besar di sisi masuk dan keluar apk daripada

Js = 1 untuk jarak baffle yang sama pada sisi masuk dan keluar apk dengan jarak

antar baffle yang berada di tengah.

Faktor koreksi berdasarkan viskositas dinding (J_μ): Temperatur dinding tabung ditunjukkan dengan,

i t o ideal s, t i t s o ideal s, w d h d h T d h T d h T + +

= (2.33)

Sehingga diperoleh faktor koreksi berdasarkan viskositas dinding, 0,14 w h μ _μμ J    

= (2.34)

Koefisien perpindahan panas sebenarnya pada sisi cangkang dapat ditentukan dengan:

(

C L B S μ

)

h,ideal

h J J J J J h

h = (2.35)

[image:56.595.256.368.503.634.2]

Dengan demikian, koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat ditentukan dengan [28]:

, dimana, Rth, tahanan termal (thermal resistances) adalah:

Ro = tahanan termal konveksi bagian luar =

h

2 L h

r π 2 1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Rw = tahanan termal konduksi material =

( )

L k π 2 r r ln 2 1

⋅ ⋅ ⋅

Ri = tahanan termal konveksi bagian dalam =

c

1 L h

r π 2 1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ , maka:

( )

c 1 1 2 h 2 th h L r π 2 1 L k π 2 r r ln h L r π 2 1 R ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ∑ th R A 1 ∑ ⋅ = U

, dimana A_o =2⋅π⋅r₂⋅L

2.4. Efektivitas Alat Penukar Kalor

Efektivitas alat penukar kalor merupakan salah satu hal yang sangat penting dalam mendesain penukar kalor. Hal ini disebabkan karena parameter efektivas tersebut merupakan suatu gambaran unjuk kerja sebuah penukar kalor . Panas yang dipindahkan ke fluida dingin harus sama dengan panas yang diserahkan dari fluida panas.

Q = m• c . Cpc (Tco – Tci) =

•

mh . Cph (Thi – Tho) (2.37)

Holman [29] dalam bukunya mengemukakan bahwa efektivitas alat penukar perpindahan kalor maksimum

ε maks nyata Q Q = = ) T -(T C ) T -(T C ci hi min ho hi h = ) T -(T C ) T -(T Cc ci hi min ci co (2.38 )

Dari persamaan ( 2.4 ),jika :

1. m• h . Cph = Ch = Cmin maka ε =

) T -(T ) T (T ci hi ho hi (2.39)

2. m• c . Cpc = Cc = Cmin, maka ε =

) T -(T ) T (T co hi co

ci _(2.40)

Secara umum efektivitas dapat dinyatakan dengan : ε = kalor penukar dalam di maksimum suhu Beda minimum) (fluida T

∆ _(2.41)

2.5. Penurunan Tekanan (Pressure Drop)

masuk sampai sisi keluar, maka molekul-molekul fluida akan bergesekan dengan dinding cangkang dan sekat (baffle) APK. Akibatnya, aliran fluida akan tertahan atau melambat. Dan untuk mempertahankan laju fluida, maka diperlukan tekanan dorong dari sisi masuk APK.

Adapun hal yang dipertimbangkan dalam penurunan tekanan APK adalah: 1. Daya alat yang digunakan untuk mempertahankan laju aliran fluida

dalam APK.

2. Pengaruh penurunan tekanan terhadap proses perpindahan panas yang terjadi dalam APK

2.6. Faktor Pengotoran

Setelah dipakai beberapa lama permukaan perpindahan kalor penukar kalor mungkin dilapisi oleh berbagai endapan yang biasa terdapat dalam sistem dalam sistem aliran; atau permukaan itu mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi antara fluida dengan bahan yang digunakan dalam konstruksi alat penukar kalor. Dalam kedua hal diatas, lapisan ini memberikan tahanan tambahan terhadap aliran kalor, dan hal ini menyebabkan menurunnya kemampuan kerja alat tersebut. Pengaruh menyeluruh dari hal tersebut di atas biasa dinyatakan dengan faktor pengotor (fouling factor), atau tahanan pengotoran, Rf, yang harus

diperhitungkan bersama tahanan termal lainnya, dalam menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh.Faktor pengotoran harus didapatkan dari percobaan, yaitu dengan menentukan U untuk kondisi bersih dan kondisi kotor pada penukar kalor itu. Faktor pengotoran dapat didefinisikan sebagai [30]:

bersih kotor

f

U 1 U

1

2.7. Kerangka Penelitian

Adapun kerangka penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Start

Identifikasi Masalah :

Dipilih Type APK cangkang dan tabung Susunan Segitiga dengan memanfaatkan air laut didalam tabung untuk mendinginkan air demineralisasi disisi cangkang

Pemilihan Parameter Input perhitungan awal :

 Variasi Jarak Baffle = 40, 44, 49,55,63,dan73 mm

 Baffle Cut = 32,65%

 Type Baffle = Single Segment

 Suhu air panasmasuk = 42,80C

 Suhu air dingin masuk= 280C

- Jenis fluida - Suhu

- Data perencanaan & konstruksi Parameter Output :

 Suhu air laut masuk

 Suhu air laut keluar

 Suhu air demineralisasi masuk

 Suhu air demineralisasi keluar

 Penurunan Tekanan

Selesai Hasil Pembahasan:

Mendapatkan jarak Baffle optimal,Koefisien perpindahan panas menyeluruh,penurunan tekanan dan Efektivitas

Analisis dan pengolahan data: Menentukan:

 Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U)

 Penurunan Tekanan (∆P)

 Efektivitas

BAB III

PERANCANGAN ALAT PENELITIAN 3.1. Perancangan Alat Penelitian

Untuk merancang alat penukar kalor yang diperlukan untuk pengujian, data-data yang diketahui, dipilih, dan diharapkan adalah :

1. Data-data yang diketahui

• Temperatur fluida panas masuk alat penukar kalor (Th,i) = 42,8 oC

• Temperatur fluida dingin masuk alat penukar kalor (Tc,i) = 28 oC

• Massa aliran fluida panas masuk alat penukar kalor (mh) = 0,2 kg/s

• Massa aliran fluida dingin masuk alat penukar kalor (mc) = 0,2 kg/s

2. Data-data yang diharapkan

[image:61.595.154.459.469.678.2]

• Temperatur air panas keluar alat penukar kalor (Tc,o) = 38 oC

3. Data-data yang dipilih

• Diameter shell (Ds) = 131,7 mm=0,1317 m

• Jarak antar pusat pipa (Pt) = 17,5 mm = 0,0175 m

• Jumlah pipa (Nt) = 37

• Jumlah sekat/baffle (Nb) = 22

• Diameter luar pipa (Dp,o) = 12,7mm = 0,0127 m

• Tebal pipa (t) = 0,5 mm = 0,0005 m

• Susunan pipa = segitiga

• Baffle cut = 32,65% (dipilih dengan alasan bahwa pemotongan baffle cut yang efektif antara 15%-45% maka dipilih diantara nilai tersebut)

• Laluan = 1-laluan cangkang, 1-laluan tabung

• Jumlah tabung (N)

31 8104 , 30 5 , 17 866 , 0

102 0,7854 L

C D 0,7854

N ₂

2

2 tp 1

2

ctl = ≈

⋅⋅ =

⋅ ⋅ =

Jumlah tabung yang diambil adalah 37.

3.2. Mencari Temperatur Air Laut Keluar Alat Penukar Kalor Perpindahan panas secara termodinamika untuk fluida panas

(

hi ho

)

h h h h h h h T T cp m Q ΔT cp m Q − × × = × × = C T T T temperatur

Pada _c hi ho 40,4 o

2 38 8 , 42 2

: = , + , = + = =313,4 K

Dari tabel sifat-sifat air, diperoleh: T (K) cp (J/kg.K) λ (W/m.K) µ

(N.s/m2) Pr 310 4178 0,628 0,000695 4,62 313,4 cpc λc µc Prc

315 4179 0,634 0,000631 4,16 K

kg J

⋅ =4178,680 cp : Diperoleh _h Sehingga,

(

)

W 4011,533 K 8 3 8 , 2 4 kJ/kg.K 4178,680 kg/s 0,2 = − ⋅ ⋅ = h h Q Q

Perpindahan panas secara termodinamika untuk fluida dingin

(

co ci

)

c c c c c c c T T cp m Q ΔT cp m Q − × × = × × =

Kalor yang diserap fluida dingin sama dengan kalor yang dilepas fluida panas

misal : T = 30_c oC, sifat fluida air laut dievaluasi pada temperatur T = 30_c oC, diperoleh : cpc = 4031,856 J/kg⋅K

maka :

C

o co

co

32,975 T

28 4031,856

664 , 20057 T

=

+ =

Maka:

C 30,487 2

28 32,975 2

T T

T co ci o

c =

+ =

+ =

Karena nilai T yang baru belum sama dengan nilai _c T yang dimisalkan, maka _c perhitungan dilanjutkan ke iterasi berikutnya hingga nilainya sama. Dan hasilnya ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 3.1. Perhitungan iterasi temperatur air laut keluar.

Iterasi T (misal) c Cpc Tco T (hasil) c

1 30 4031,856 32,97479672 30,48739836

2 30,48739836 4031,990327 32,97463098 30,48731549 3 30,48731549 4031,990304 32,97463101 30,48731551 4 30,48731551 4031,990304 32,97463101 30,48731551

Berdasarkan tabel diatas, maka diperoleh : Tco = 32,975oC ;

cpc =4031,990

K kg J

⋅ ;T = 30,487c

o

3.3. Mencari Panjang Alat Penukar Kalor

Perpindahan kalor secara perpindahan panas LMTD

F A U

Q= _i× _i× ×

Log Mean Temperature Difference

(

) (

)

(

)

(

)

(

) (

)

(

)

(

)

C Ln o ci ho co hi ci ho co hi 9,912 LMTD 28 38 975 , 32 8 , 42 28 38 975 , 32 8 , 42 T T T T Ln T T T T LMTD = − − − − − = − − − − − =

Untuk mencari F diperlukan parameter

karena R ≠ 1, maka diperoleh

{

}

(

)

(

)

{

}

{

}

(

)

{

(

)

}

(

)

{

}

0,980 F 1 2 0,965 1 0,965 0,336 2 1 2 0965 1 0,965 0,336 2 Ln 1 0,965 0,965 0,336 1 0,965 1 Ln 1 2 0,336 1 2 R 1 R P 2 1 2 R 1 R P 2 Ln 1 R R P 1 P 1 Ln 1 2 R F =                   _{+ + +} −       _{+ − +} − × −     × − − × + =                     ₊ + + −         ₊ − + − × −     × − − ×     ₊ =

Koefisien pindahan panas menyeluruh, Ui.

h o i i o i c i h 1 r r r r ln k r h 1 1 U + + = a. Tabung

Dari tabel sifat-sifat air laut dengan salinitas 29,2 g/kg(salinitas 29,2 diperoleh dari hasil pengujian) , maka:

T (oC)

cp

(J/kg.K)

k (W/m.K)

µ

(N.s/m2) Pr 30 4031,856 0,616 0,00084948 5,565

30,487 cpc kc µc Prc

40 4034,612 0,628 0,00069772 4,485

Bilangan Reynolds 549 , 98 6 0,0008421 0,0117 π 37 kg/s 0,2 4 μ d π N m 4 Re c i c c = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅

=  = LAMINAR

Misalkan: Lsementara = La = 0,659 m

Bilangan Nusselt dalam tabung:

607 , 7 Nu 659 , 0 0117 , 0 513 , 5 549 , 98 6 1,86 Pr Re 1,86 Nu c 3 1 3 1 c c c =       _{⋅ ⋅} ⋅ =     _{⋅ ⋅} ⋅ = a i L d

Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung:

.K W/m 912 , 00 4 m 0,0117 W/m.K 0,617 607 , 7 d k Nu h 2 i c c c = ⋅ = ⋅ = b. Cangkang Diameter ekivalen: m 0,014 m 0,0127 m 0,0127 ) m (0,0175 π 3,44 d d p π 4 D 2 o o 2

h = ⋅ − = ⋅ − =

Kecepatan massa transversal:

(

)

(

)

.s kg/m 138,414 G m /0,0175 m 0,0127 m 0,0175 m 04 , 0 m 1317 , 0 kg/s 0,2 /p d p l D m G 2 T e i f T = − ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅ =  Bilangan Reynolds: 715 , 2911 N.s/m 0,0006515 m 0,014 .s kg/m 150,094 μ D G Re ₂ 2 h h T h = ⋅ = ⋅ = Bilangan Nusselt: 096 , 47 307 , 4 715 , 2911 0,36 Pr Re 0,36

Sehingga diperoleh koefisien konveksi pada sisi cangkang: .K 65,437W/m 1 2 0,014 W/m.K 632 , 0 096 , 47 D k Nu h 2 h

h = ⋅ =

⋅ =

Temperatur dinding tabung dapat dihitung dengan:

(

)

(

)

(

)

(

)

K 59 9 , 11 3 T 437 , 2165 0,0117 0,0127 320 , 10 4 487 , 303 320 , 10 4 313,4 437 , 165 2 0,0117 0,0127 T h d d h T h T h d d T w w i o c c c h i o w = ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ +⋅ ⋅ + ⋅ =

Dari tabel sifat-sifat air laut dengan T_w =311,959 -273=38,959°C, diperoleh: T

(C)

µ (N.s/m2) 30 0,00084948 38,959 µtf

40 0,00069772 µwc = 0,000713512 N.s/m2.

Dari tabel sifat-sifat air dengan T_w =311,959 K, diperoleh: T

(K)

µ (N.s/m2) 310 0,000695 311,959 µtc

315 0,000631 2

wh 0,000666001N.s/m

μ =

Nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung sebenarnya adalah:

Nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi cangkang sebenarnya adalah: .K W/m 437 , 165 2 h .K W/m 130 , 2172 1 0,00066600 0006515 , 0 h μ μ h 2 h 2 0,14 0,14 wh h h = ×       = ×     =

c. Dinding tabung

Dari tabel sifat-sifat tembaga dengan T_w =311,959 K , diperoleh: T

(K)

λtembaga

(W/m.K)

300 401

594204 9

, 11

3 λt

400 393

W/m.K 400,043

k_w = Sehingga, .K W/m 9,192 4 3 U 2165,437 1 0,00635 0,00585 0,00585 0,00635 ln 400,043 0,00585 410,320 1 1 U 2 i i = + + =

Maka panjang tabung:

Untuk jumlah tabung 37, maka: L = 32,166/37 = 0,869 m.

Hasil L yang baru berbeda dengan L yang dimisalkan, maka perhitungan berlanjut dengan metode iterasi yang ditunjukkan pada tabel berikut: (diperoleh L = 0,971 m dan yang diambil untuk penelitian adalah L = 0,977 m).

Tabel 3.2. Hasil perhitungan panjang alat penukar kalor.

Lsem Nufsem hfsem Dh Gt Rec Nucsem

(lanjutan Tabel 3.2.)

Hcsem Tt µtf µtc hf Hc λtembaga

2172.130093 311.9594204 0.000713512 0.000666001 410.3205543 2165.436933 400.0432464 2172.130093 312.0697219 0.000711838 0.000664368 374.1566871 2166.181065 400.0344223 2172.130093 312.0997602 0.000711382 0.000663924 364.4652228 2166.384074 400.0320192 2172.130093 312.1082694 0.000711253 0.000663798 361.731852 2166.441611 400.0313384 2172.130093 312.1107071 0.000711216 0.000663762 360.9497667 2166.458096 400.0311434 2172.130093 312.1114077 0.000711205 0.000663751 360.7250703 2166.462834 400.0310874 2172.130093 312.1116093 0.000711202 0.000663748 360.6604378 2166.464197 400.0310713 2172.130093 312.1116673 0.000711201 0.000663747 360.6418403 2166.46459 400.0310666 2172.130093 312.1116839 0.000711201 0.000663747 360.6364885 2166.464702 400.0310653 2172.130093 312.1116887 0.000711201 0.000663747 360.6349484 2166.464735 400.0310649 2172.130093 312.1116901 0.000711201 0.000663747 360.6345051 2166.464744 400.0310648 2172.130093 312.1116905 0.000711201 0.000663747 360.6343776 2166.464747 400.0310648 2172.130093 312.1116906 0.000711201 0.000663747 360.6343409 2166.464748 400.0310647 2172.130093 312.1116907 0.000711201 0.000663747 360.6343303 2166.464748 400.0310647 2172.130093 312.1116907 0.000711201 0.000663747 360.6343273 2166.464748 400.0310647 2172.130093 312.1116907 0.000711201 0.000663747 360.6343264 2166.464748 400.0310647 2172.130093 312.1116907 0.000711201 0.000663747 360.6343262 2166.464748 400.0310647 2172.130093 312.1116907 0.000711201 0.000663747 360.6343261 2166.464748 400.0310647

((lanjutan Tabel 3.2.)

K L

349.1916897 0.86934767 322.6671842 0.940811451 315.4377438 0.962373678 313.3893334 0.968664053 312.8024655 0.970481423 312.6337927 0.971005019 312.5852698 0.971155749 312.5713073 0.97119913 312.5672892 0.971211615 312.5661329 0.971215208 312.5658002 0.971216242 312.5657044 0.971216539 312.5656768 0.971216625 312.5656689 0.97121665 312.5656666 0.971216657

Cangkang pada bagian ini digunakan sebagai saluran air. Bahan yang digunakan untuk cangkang pada bagian ini adalah stainless steels. Dimensi cangkang pada bagian ini adalah diameter cangkang 0,1317 m tebal 4 mm, dan panjang 0,977 m.

Gambar 3.3. Cangkang alat penukar kalor.

Pipa (tube) digunakan sebagai saluran air laut. Bahan yang digunakan untuk pipa (tube) adalah tembaga. Dimensi pipa sesuai dengan hasil perhitungan pada bab 3 yaitu diameter luar pipa 0,0127 m, tebal pipa 0,5 mm, dan panjang pipa 1 m. Serta jumlah pipa adalah 37 buah.

Bagian depan yang tetap (front end stationary head) cangkang pada bagian ini digunakan sebagai saluran masuk air laut. Bahan yang digunakan untuk pada bagian ini adalah stainless steels. Dimensi pada bagian ini adalah diameter 0,1317 m, tebal 4 mm, dan panjang 120 mm.

Gambar 3.5. Header alat penukar kalor.

[image:73.595.262.361.194.353.2]

Sekat (baffle) digunakan untuk membuat aliran air didalam shell menjadi aliran menyilang (cross flow). Bahan yang digunakan untuk sekat (baffle) adalah aluminium. Dimensi sekat (baffle) adalah diameter sekat 0,1307 m dan tebal sekat adalah 2 mm. Serta jumlah sekat adalah 37 buah.

Tubesheet digunakan sebagai dudukan tabung pada kedua ujung cangkang,

yang dipasang diantara cangkang dan header. Bahan yang digunakan untuk Tubesheet adalah aluminium dengan tebal 2 mm dan diameter luar 170 mm.

Gambar 3.7. Tubesheet alat penukar kalor untuk susunan tabung segitiga.

Baut dan mur digunakan untuk mengikat bagian depan (front endhead)dengan cangkang serta mengikat bagian ujung belakang (rear end head)

[image:74.595.213.415.173.374.2]

dengan cangkang. Baut dan mur yang digunakan adalah baut dan mur 10 mm. Jumlah baut dan mur yang digunakan adalah 16 buah

(a.)

(b.)

Gambar 3.9. Alat penukar kalor yang telah dirakit. (a.) bagian dalam; (b.) bagian luar.

[image:75.595.134.493.81.364.2]

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

4.2. Bahan dan Alat

Bahan-bahan penelitian yang akan dirakit terdiri atas: 1. Tabung tembaga dengan diameter luar 12,7 mm.

2. Bahan cangkang terbuat dari stainless steel dengan diameter dalam 131,7 mm.

3. Bahan pelat aluminium sebagai baffle dengan tebal 2 mm. 4. Lem silicon sebagai bahan perekat.

5. Selang plastik yang tahan panas untuk alat ukur tekanan. 6. Pipa cast iron ¾ in.

7. Header dengan terbuat dari stainless steel. 8. Triplek sebagai isolator tanki air.

9. Paking tahan panas dengan tebal 2 mm

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Pompa Sirkulasi, untuk mensirkulasikan air, dengan data-data teknis sebagai berikut:

Head : H = 35m

Kapasitas : Q = 42 liter /menit