BAB III
PEMILIHAN DAN PERANCANAN HEAT EXCHANGER 3.1. Pemilihan Heat Exchanger
Pada bab sebelumnya telah dijelaskan beberapa jenis heat exchanger. Dalam tugas karya ini penulis memilih heat exchanger jenis shell and tube, dan jenis iini merupakan yang paling banyak dipergunakan dalam industri perminyakan. Adapun beberapa keuntungan dari heat exchanger jenis shell and tube ini dapat dilihat dibawah ini, antara lain :
1. Konfigurasi yang dibuat akan membiarkan luas permukaan yang besar dengan bentuk atau volume yang kecil.
2. Mempunyai lay-out mekanik yang baik, bentuknya cukup baik untuk operasi bertekanan tinggi.
3. Menggunakan teknik pabrikasi yang sudah mapan.
4. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material, dimana dapat dipilih jenis material yang dipergunakan sesuai dengan jenis fluida, temperature dan tekanan yang dioperasikan.
5. Mudah dalam perawatan dan pembersihanya. 6. Prosedur dan perencanaanya sangat baik dan tepat.
7. Konstruksinya sederhana dan pemakaian ruangan relative kecil.
8. Prosedur pengoperasiannya tidak berbelit-belit, sangat mudah dimengerti dan dipahami oleh para operator.
Oleh sebab itulah maka penulis memilih heat exchanger jenis shell and tube.
3.2. Data Perpindahan Panas
Dalam perhitungan heat exchanger ini, kita memerlukan bebarapa perhitungan yang penting untuk diketahui. Adapun perhitungan yang diperlukan adalah :
- Perhitungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dari heat exchanger dengan mengetahui tekanan, temperature masuk dan keluar, diameter pipa, pajang pipa, dan laju aliran fluida.
- Perhitungan penurunan tekanan
- Perhitungan faktor pengotoran dengan mengetahui tahanan thermal lainnyadan koefisien perpindahan panasmenyeluruh.
Untuk lebih jelasnya, maka akan dihitung satu persatu dari point yang ada. Adapun data yang dihasilkan dari table spesifikasi pada heat exchanger yang diproleh dari Pertamina Dumai Indonesia adalah sebagai berikut :
- Pada shell side, fluida yang mengalir adalah “kerosene”, dengan data :
Laju aliran kerosene (Ws) : 200 kghr
Temperatur masuk kerosene (T1) : 200 0C
Temperatur keluar kerosene (T2) : 180 0C
Tekanan kerosene (Ps) : 15 2
- Pada tube side, fluida yang mengalir adalah “Crude Oil”, dengan data :
Laju aliran crude oil (Wt) : 250.000 kghr
Temperatur masuk crude oil (t1) : 50 0C
Temperatur keluar crude oil (t2) : 60 0C
Tekanan crude oil (Pt) : 40 2
cm kg
Dengan konstruksi dari heat exchanger
Jenis Heat Exchanger : TEMA Type “R” JIS B 8243
Diameter Tube Side (OD) : 25,4 mm
Diameter Shell Side (ID) : 590 mm
Panjang pipa (L) : 3176 mm
Jaraj antara Tube (Pitch) : 32 mm
Dari data yang diketahui diatas, maka temperature kerosene memanasi crude oil. Untuk mengolah data tersebut akan dirubah kedalam derajat Farenheit ( 0F ) :
T1 =200 0C = 200 32 392
5
9 0
C 0F
T2 = 180 0C =
2000C
5 9
+ 32 = 356 0F
T1 = 50 0C =
500C
5 9
+ 32 = 122 0F
T2 = 60 0C =
600C
5 9
+ 32 = 140 0F
Berdasarkan table dari literature II hal. 821 diproleh kode API dari fluida :
Mid-Continent Crude 340 API dengan X = 10,3 dan Y = 21,3
Keseimbangan suhu diproleh : Sehingga dari Fig. 4 dan Fig. 1 Literatu t
dan Kt = 0,075 Dengan laju aliran Crude Oil (Wt) =
hr Panas yang diterim Q = Wt . Cpt . ∆ 3.3. Perhitungan
T1 = 392 0F → T2 = 356 0F Dari Fig. 18 berdasarkan R dan P maka didapat harga Ft = 0,995
Sehingga didapat temperature rata-rata sebenarnya (∆tm)
∆tm = Ft . LMTD………. (1)
= 0,995 × 249,91 0F = 241,69 0F
= 116,49 0C
Berdasarkan Fig. 17 lit. II didapat nilai : Kc = Kalori Konstan : Fc = Kalori Fraksi
9 dan Fc = 0,475
0
F + 0,475 (392 0F-356 0F)
0
F + 0,475 (140 0F-122 0F) = 130,6 0F = 54,8 0F
dari harga sebenarnya. Harga sebenarnya melalui perhitungan yang
Harga U yang diambil dari table adalah antara 20-60 Kc = 0,1
Maka :
Tc = T2 + Fc (T1-T2) = 356
= 373,1 0F = 189,5 0F tc = t1 + Fc (t2-t1) = 122
3.4 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (UD)
Pada perhitungan heat exchanger harga UD diambil pada lit. II table. 8
dengan penyesusaian fluida kerja. Harga UD pada table merupakan harga
pendekatan dikoreksi.
D
F ft hr. 2.0
menggunakan fluida medium organic pemanas dan
Btu karena
medium organic sebagai fluida yang dipanaskan, sehingga diambil harga UD = 38
F ft hr
Btu 0
. 2
.
1. Mencari Luas Permukaan Total (A) A =
m D
U t
Q
. ………2)
Dimana :
Maka :
diketahui luas permukaan luar pada barisan lintasan :
jum
Nt =
= 529,388 ft2
2. Menghitung Jumlah Tube Dari Lit. II Tabel 10
. Diproleh dari lit. II table 9 dengan mencari apat jumlah tube :
akai jumlah tube (Nt) = 208 buah, maka dicari luas permukaan total
………4)
ft × 0,2618 = 194 buah
Dianalisa dari data fluida mengalami 1 laluan cangkang dan 2 laluan tabung atau disebut 1 shell dan 2 tube passes
jumlah tube did Nt = 208 buah Dengan mem sebenarnya.
3. Koefisien perpindahan panas menyeluruh yang dikoreksi
3.5. Menghitung Pada Tube Side (Crude Oil) a :
(O )
iamet
Berdasarkan data yang ad
Diameter luar pipa D = 25,4 mm = 1 inch 12 BWG
Dari table 10, lit II diproleh lua 1. Luas laluan aliran pada tube (At) :
= 2. Kecepata li
t
2
3. Bilangan Reynold (Ret)
Ret =
Diproleh besar faktor perpindahan panas (JH)
3.6. Perhitungan Pada Shell Side (Kerosen) an pad
1. luas laju alir a shell (as)
Pt B C ID
. 144
' .
As = ……….14)
m
e in
Di ana :
ID = Diameter dalam shell side = 23,25 in C’ = Jarak bebas antara tube dengan tub = Pt = OD = 1,25 in – 1in = 0,25 B = Baffle space (jarak tiap sekat)
in in
ID
65 , 4 5
5 (dari data, harga B = 118 mm =
= 23,25 4,65 in)
= jarak antara tube = 1,25 in Maka
As = Pt
:
in in in in
25 , 1 . 144
65 , 4 . 25 , 0 . 25 , 23
2. Kecepatan aliran massa (Gs)
De = diameter ekivalent (ft)
= ,23 centi poise
Pada : Tc = 373,1 dan kode API 420, diproleh :
4. Koefisien perpindahan panas (ho) :
ho = JH s
indahan Panas 1. Temperatur dinding tube (tw)
tw = tc +
3.7. Perhitungn Koefisien Perp
2. Dari temperature tw = 313,35 0F dan nilai x = 10,3 ; y = 21,3 didapat viskositas
Maka didapat faktor koreksi dari gradient viskositas pada tube side (t) adalah : 14
sehingga koefisien perpindahan panas yang dikoreksi pada tube side
Hio = t
s
Koefisien perpindahan panas yang dikoreksi pada shell side (ho)
ho = s
4. Koefisien perpindahan panas menyeluruh (Uc) : Uc =
Uc = Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada kondisi bersih
3.8. Faktor Pengotoran (Fouling Fsctor = Rd)
interaksi antara fluida dengan bahan yang digunakan dalam konstruksi heat exchanger.
Nilai faktor pengotoran (Rd) didapat dari :
Rd =
BAB IV
PENURUNAN TEKANAN
Penurunan tekanan (pressure drop) dipengaruhi oleh panjang pipa, kecepatan aliran fluida, diameter pipa, faktor gesekan, jumlah sekat yang terdapat pada shell.
4.1. Penurunan Tekanan Pada Shell Side
Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui, bialngan Reynold pada shell (Res) = 200.90. Dengan mengetahui bilangan Reynold maka diproleh faktor gesekan (fs) dengan pemotongan 25% segmental baffles.
Temperatur Tc = 373,1 0F, maka dapat diproleh spesifik gravity (Ss) dengan kode 420 API pada kerosene.
Diamter dalam shell (Ds) = 23,25 in =
12 25 , 23 in
= 1,937 ft
Maka penrunan tekanan pada shell side (∆Ps) adalah :
∆Ps =
s s e s s
S D
N D G fs
. . . 10 . 22 , 5
1 . . .
10
2
Dimana :
Jumlah sekat dalam shell, N+1 =
B
Maka diproleh :
4.2. Penurunan Tekanan pada Tube Side
Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui, bilangan Reynold pada tube side (Ret) = 11.868,88. dengan memgetahui bilangan Reynold maka diproleh faktor gesekan (ft).
ft = 0,00024………23)
Temperatur tc = 130,6 0F, maka diperoleh spesifik gravity (st) dengan kode 340
API pada crude oil
st = 0,83………..24)
Maka penurunan tekanan pada tube side (∆pt) adalah :
∆pt =
t t t t
S D
n L G f
. . . 10 . 22 , 5
. . .
10 2
………...25)
Diamana :
Gt = Kecepatan aliran massa tube side
= 1.593.208
hr ft lb
.
2 L = Panjang tabung
= 10,42 ft
n = Jumlah laluan tube = 2 passes Dt = Diameter dalam tube
= 0,065 ft
St = Spesifik gravity
= 0,83
ft = Faktor gesekan
t = Perbandingan viskositas fluida pada suhu dinding tube rata-rata
Dari kecepatan aliran massa (Gt) = 1.593.208
hr
Sehingga diperoleh penurunan tekanan yang terjadi kembali pada tube side (∆pr)
Maka :
∆pr = 0,3 83 , 0
2 . 4
= 2,89 Psi
Maka total penurunan tekanan pada tube side (∆pr) adalah : ∆pr = ∆pt + ∆pr
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil analisa yang dilakukan terhadap komponen heat exchanger jenis shell and tube yang dialiri oleh dua jenis fluida yang berbeda dimana kerosene pada shell side dan crude oil pada tube side. Sebagai pemanas pada heat exchanger ini adalah kerosen dan crude oil sebagai fluida yang dipanaskan. Hal tersebut dilakukan untuk menghemat bahan bakar serta memanfaatkan panas yang dialirkan dan mempercepat titik didih dari fluida yang dipanasi.
Dari analisa dan hasil perhitungan maka didapat hasil sebagai berikut : 1. Jumlah panas yang dilepaskan (Q)
Q = 4.862.025
hr Btu
2. Kofisien perpindahan panas menyeluruh pada kondisi bersih (Uc) Uc = 41,29
F ft hr Btu
o
. . 2
3.Kofisien perpindahan panas menyeluruh pada kondisi kotor (UD)
UD = 35,45
F ft hr Btu
o
. . 2
4. Faktor pengotoran (Fouling Factor)
Rd = 0,0039
Btu F ft
hr o
. . 2
6. Ukuran-ukuran dari heat exchanger
Diameter dalam shell (ID) = 590 mm = 23,25 in Diameter luar tube (OD) = 25,4 mm = 1 in Panjang tube (L) = 3176 mm = 125 in Jumlah sekat ( buffles) = 26 buah
Jumlah laluan aliran tube = 2 passes
Tube pitch (Pt) = 32 mm = 1,25 in Jarak bebas antara tube = 0,25 in
Jumlah tube (Nt) = 208 buah Diameter dalam tube (Dt) = 0,065 ft
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Alat Penukar Kalor
Seperti yang telah dikemukakan dalam pendahuluan terdapat banyak
sekali jenis-jenis alat penukar kalor. Maka untuk mencegah timbulnya kesalah
pahaman maka alat penukar kalor dikelompokan berdasarkan fungsinya :
1. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida
sampai pada temperature yang rendah. Temperature fluida hasil
pendinginan didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan dengan
fluida pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini
media pendingin biasanya digunakan amoniak atau Freon.
2. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau
campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin
yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap akan
melepaskan panas atent kepada pendingin, misalnya pada pembangkit
listrik tenaga uap yang mempergunakan condensing turbin, maka uap
bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam kondensor, lalu diembunkan
menjadi kondensat.
3. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau
gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak
terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka
pendingin coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan
4. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan
menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan)
suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah
panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrigerant cair.
5. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil)
serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas
yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu
sendiri. Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada ambar 2.1,
diperlihatkan sebuah reboiler dengan mempergunakan minyak (665 0F)
sebagai media penguap, minyak tersebut akan keluar dari boiler dan
mengalir didalam tube.
6. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan
panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus,
yaitu :
- Memanaskan fluida
- Mendinginkan fluida yang panas
Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan
kebutuhannya. Pada gambar diperlihatkan sebuah heat exchanger, dimana
fluida yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari tube fluida
yang mengalir adalah kerosene yang semuanya berada didalam shell.
2.2. Jenis-jenis Heat Exchanger
Dikarenakan banyaknya jenis dari alat penukar kalor, maka dalam
pembahasan akan dibatasi pada alat penukar kalor jenis heat exchanger
yang banyak dijumpai dalam industri perminyakan. Heat exchanger ini
juga banyak mempunyai jenis-jenisnya.
Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology yang
telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut
yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal
denganTublar Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi
tersebut bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan
atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperature dan
tekanan yang tinggi.
Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat
Exchanger, yaitu :
1. Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat,
misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.
2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada
segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum
industri.
Jenis-jenis Heat Exchanger yang terdapat pada industri
1. Jenis Shell and Tube
Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam
industri perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell
(tabung/slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bandle (berkas)
pipa dengan diameter yang relative kecil. Satu jenis fluida mengalir
didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa
tetapi masih didalam shell. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.3
Gbr. 2.3. Konstruksi alat penukar kalor jenis shell and tube
Keterangan :
1. Saluran ujung yang tetap
2. Topi ujung yang tetap
3. Saluran atau tepi ujung yang tetap
4. Tutup saluran – chanel cover
5. Nosel ujung stasioner – Stationary head nozzle
6. Pelat tube stasioner – Stationary tubes sheet
7. Tube
10. Flens shell pada ujung stasioner-shell flange stationary head end
11. Flens shell ujung yang dibelakang, shell flange – Rear Head End
12. Nossel shell – Shell Nozzle
13. Flens penutup shell – shell cover flange
14. Sambungan ekspansi – Expansion Joint
15. Pelat tube yang mengambang – Floating Head Cover
16. Tutup kepala yang mengambang - Floating Head Cover
17. Flens kepala yang mengambang – Floating Head Flange
18. Penahan kepala yang mengambang – Floatinh Head Backing Device
19. Cicncin pemisah – Split Shear Ring
20. Flens penahan dengan slip – on – slip – on backing flange
21. Tutup kepala yang mengambang sebelah luar – Floating Head Cover
22. Pelat tutup yang mengambang yang menyusur – Floating Tube Sheet Skirt
23. Flens packing – Packing box flange
24. Packing
25. Cincin penekan packing – Packing follower ring
26. Cincin latern – Latern Ring
27. Batang pengikat dan spasi – Tie Rod and Spacer
28. Pelat penahan atau sekat transverse – Transverse Baffles or Support Plate
29. Sekat yang disentuh langsung – Impingement Buffles
30. Sekat yang longitudinal – Longitudinal Baffles
31. Pemisah aliran pass – PassPartition
32. Sambungan untuk venting – Vent Connection
34. Sambungan untuk instrument – Instrument Connection
35. Penahan bejana kepondasi/sadel – Support Saddle
36. Tahanan untuk mengangkat – Lifting Lug
37. Penahan gantungan – Support Bracket
38. Weir
39. Saluran untuk cairan – Liguid Level Connection
2. Jenis Double Pipe (Pipa Ganda)
Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell
sendiri-sendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini
dibentuk menjadi U (lihat gambar 2.4). pada keperluan khusus, untuk
meningkatkan kemampuan memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip.
Bentuk siripnya ada yang memanjang, melingkar dan sebagainya.
Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang
tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat
3. Koil Pipa
Heat Exchanger ini mempunyai pipa berbentuk koil yang dibenamkan
didalam sebuah box berisi air dingin yang mengalir atau yang disemprotkan untuk
mendinginkan fluida panas yang mengalir di dalam pipa. Jenis ini disebut juga
sebagai box cooler (gambar 2.5) jenis ini biasanya digunakan untuk pemindahan
kalor yang relative kecil dan fluida yang didalam shell yang akan diproses lanjut.
Gambar 2.5. Pipa Coil Heat Exchanger
4. Jenis Pipa Terbuka (Open Tube Section)
Pada heat exchanger ini pipa-pipa tidak ditempatkan lagi didalam shell,
tetapi dibiarkan di udara. Prndinginan dilakukan dengan mengalirkan air atau
udara pada bagian pipa. Berkas pipa itu biasanya cukup panjang. Untuk
pendinginan dengan udara biasanya bagian luar pipa diberi sirip-sirip untuk
memperluas permukaan perpindahan panas. Seperti halnya jenis coil pipa,
perpindahan panas yang terjadi cukup lamban dengan kapasitas yang lebih kecil
Gbr. 2.6. Alat penukar kalor jenis open tube section
Di samping jenis-jenis di atas, masih terdapat jenis-jenis lain yang
dijumpai di industri, antara lain :
- jenis spiral, menpunyai bidang perpindahan panas yang melingkar.
Karena alirannya yang melingkar maka system ini dapat “Self Cleaning” dan
mempunyai efisiensi perpindahan panas yang baik. Akan tetapi konstruksi seperti
- jenis lamella, biasanya digunakan untuk memindahkan panas dari gas ke
gas pada tekanan rendah. Jenis ini memiliki koefisien perpindahan panas yang
baik/tinggi.
Gbr. 2.8. Jenis Lamela
- Gasketter plate exchanger, mempunyai bidang perpindahan panas yang
terbentuk dari lembaran pelat yang dibuat beralur. Laluan fluida (biasanya untuk
cairan) terdapat diantara lembaran pelat yang dipisahkan gasket yang dirancang
khusus sehingga dapat memisahkan aliran dari kedua cairan. Perawatannya mudah
Gbr. 2.9. Gasket plate exchanger
Pada umumnya heat exchanger dibuat dengan pemesanan, karena harus
sesuai dengan kebutuhannya. Baik ukuran maupun bentuk dapat
bermacam-macam, sesuai dengan keperluan masing-masing.
2.3 Komponen-komponen Heat Exchanger.
Dalam penguraian komponen-komponen heat exchanger jenis shell and
tube akan dibahas beberapa komponen yang sangat berpengaruh pada konstruksi
heat exchanger. Untuk lebih jelasnya disini akan dibahas beberapa komponen dari
heat exchanger jenis and tube.
2.3.1 Shell
Kontruksi shell sangat ditentukan oleh keadaan tubes yang akan
ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang berukuran besar
atau pelat logam yang dirol. Shell merupakan badan dari heat exchanger, dimana
didapat tube bundle. Untuk temperatur yang sangart tinggi kadang-kadang shell
2.3.2. Tube (pipa)
Tube atau pipa merupakan bidang pemisah antara kedua jenis fluida yang
mengalir didalamnya dan sekaligus sebagai bidang perpindahan panas. Ketebalan
dan bahan pipa harus dipilih pada tekanan operasi fluida kerjanya. Selain itu
bahan pipa tidak mudah terkorosi oleh fluida kerja. Adapun beberapa tipe susunan
tube dapat dilihat dibawah ini :
Gbr.2.11. tipe susunan tube.
Susunan dari tube ini dibuat berdasarkan pertimbangan untuk
mendapatkan jumlah pipa yang banyak atau untuk kemudahan perawatan
2.3.3. Sekat (Baffle)
Adapun fungsi dari pemasangan sekat (baffle) pada heat exchanger ini
antara lain adalah untuk :
1. Sebagai penahan dari tube bundle
2. Untuk mengurangi atau menambah terjadinya getaran.
3. Sebagai alat untuk mengarahkan aliran fluida yang berada di dalam tubes.
Ditinjau dari segi konstruksinya baffle dapat diklasifikasikan dalam empat
kelompok, yaitu :
1. sekat plat bentuk segmen.
2. Sekat bintang (rod baffle).
3. Sekat mendatar.
4. Sekat impingement.
Gbr. 2. 13. Sekat bintang (rod baffle)
Gbr. 2. 15. Sekat Impingement
2.4. Beda Temperatur Rata-rata Logaritma ( LMTD )
Faktor perhitungan pada alat penukar kalor adalah masalah perpindahan
panasnya. Apabila panas yang dilepaskan besarnya sama dengan Q peratuan
waktu, maka panas itu diterima fluida yang dingin sebesar Q tersebut dengan
persamaaan :
Q = U . A . ∆ Tlm………...(2.1)
Dimana Q = Kalor yang dilepaskan/diterima
U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh
A = Luas perpindahan panas
Sebelum menentukan luas permukaan kalor (A), maka terlebih dahulu
ditentukan nilai dari LMTD. Hal ini berdasarkan selisih temperature dari fluida
uang masuk dan keluar dari kalor.
LMTD =
min min
maks n
maks
……….(2.2)
Untuk aliran pararel arah aliran fluida berbeda, dimana
∆Tmaks = ( T1 – t1 ) : ∆Tmin = ( T2 – t2 )
Untuk aliran fluida berlawanan, maka :
∆Tmaks = ( T1 – t2 ) : ∆Tmin = ( T2 – t1 )
Dimana : LMTD = Selisih temperature rata-rata logaritmik
T1 = Temperatur fluida masuk kedalam shell
T2 = Temperatur fluida keluar shell
t1 = Temperatur fluida masuk kedalam tube
t2 = Tempereatur fluida keluar tube
Dalam perencanaan alat penukar kalor harus dicari selisih temperature
rata-rata sebenarnya, yaitu dengan menggunakan faktor koreksi (Ft).
Besar selisih temperature rata-rata sebenarnya adalah (∆Tm);
∆Tm = Ff × LMTD………...(2.3)
2.5. Fouling Factor (Faktor Pengotoran)
Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat
pengotoran pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu
atau memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan ataau
mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.
Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain :
Temperatur fluida
Temperatur dinding tube
Kecepatan aliran fluida
Faktor pengotoran (fouling factor) dapat dicari persamaan :
Rd =
d c
d c
U U
U U
.
………...(2.4)
Uc = Koefisien perpindahan panas menyeluruh bersih
=
ho hio
ho hio
………(2.5)
hio = Koefisien perpindahan panas pada permukaan luar tube
ho = Koefisien perpindahan panas fluida diluar tube
Ud = Koefisien perpindahan panas menyeluruh (design)
= .
A Q
……….(2.6)
2.6 Penurunan Tekanan pada Shell Side
Apabila dibicarakan besarnya penurunan tekanan pada sisi shell alat
penukar kalor, masalahnya proporsional dengan beberapa kali fluida itu
Besarnya penurunan tekanan pada isothermal untuk fluida yang dipanaskan atau
didinginkan, serta kerugian saat masuk dan keluar adalah :
∆Ps =
2.7 Penurunan Tekanan pada Tube Side
Besarnya penurunan tekanan pada tube side alat penukar kalor telah
diformulasikan, persamaan terhadap faktor gesekan dari fluida yang dipanaskan
atau yang didinginkan didalam tube.
∆Pt =
Mengingat bahwa fluida itu mengalami belokan pada saat passnya, maka
akan terdapat kerugian tambahan penurunan tekanan.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dengan demikian banyaknya industri yang berkembang, maka dituntut
kepada setiap manusia untuk memiliki pengetahuan dan kemahiran (skill)
dalam suatu bidang pekerjaan. Karakteristik penting yang harus diperhatikan
dalam tahap perancangan Alat penukar kalor dan sitem thermal diantaranya
adalah performasi dan kehandalan.
Salah satu cara yang ditempuh untuk meningkatkan efisiensi thermal
adalah dengan mengunakan Alat Penukar Kalor. Adapun beberapa jenis alat
penukar kalor yang digunakan adalah Superheater, Ekonomizer, Feed Water
Heater, kondensor, Heat Exchanger dan lain sebagainya.
Untuk menguasai teknik tentang heat exchanger baik dalam pengoperasian
maupun perakitan, maka harus memahami prinsip-prinsip dasar cara kerja heat
exchanger. Sesuai dengan namanya, heat exchanger adalah sebuah peralatan,
dimana melakukan perpindahan panas (kalor) antara dua jenis fluida yang
mengalir dan memiliki beda temperature. Pertukaran kalor terjadi melalui
bidang-bidang perpindahan panasnya yang umumnya berupa dinding-dinding
1.2. Tujuan Perencanaan
Adapun tujuan perencanaan dalam penulisan laporan ini adalah untuk
mempelajari atau mengetahui karateristik dari alat penukar kalor jenis shell and
tube heat exchanger.
1.3. Permasalahan
Perpindahan panas adalah proses yang sangat penting dalam dunia
perindustrian. Ekonomisnya suatu proses pabrik sering ditentukan oleh
keefektifan dari pemanfaatan dan recovery panas yang dikandung suatu bahan.
Banyaknya steam dan sistim pendingin yang dibutuhkan ditentukan oleh efisiensi
dari alat yang digunakan.
Ada banyak jenis heat exchanger yang dapat digunakan dalam industri,
tergantung pada proses apa yang akan ditangani. Kemudian sari suatu jenispun
mempunyai bermacam-macam tipe pula, tetapi yang penting dari karakter heat
exchanger ini adalah terjadinya perpindahan panas dari fase yang bersuhu rendah
dan seting kedua fase dibatasi oleh suatu dinding.
Untuk menentukan besar atau kecilnya panas yang dipindahkan pada range
temperature yang sama, ini tergantung kepada harga koefisien perpindahan panas
total dari alat yang digunakan dimana pada alat heat exchanger tersebut langsung
koefisien ini dapat diperkirakan besarnya melalui perhitungan.
1.4. Batasan Masalah
Karena mengingat pemakaian alat pemindah panas jenis shell and tube
1.5. Metode Pembahasan
Metode pembahasan yang digunakan penulis untuk mendapatkan
informasi maupun data dalam penyusunan karya akhir ini adalah dengan dua
metode, yaitu :
1. Studi Lapangan atau Survey
Suatu cara pengumpulan data dengan mengadakan survey langsung
kelapangan dan mengadakan wawancara langsung dengan pihak-pihak
terkait.
2. Studi Kepustakaan
Suatu cara pengumpulan data melalui perpustakaan, buku, majalah, dan
internet yang berhubungan dengan judul yang tertulis.
1.6. Sistematika Pembahasan
Adapun sistematika pembahasan dalam penulisan laporan ini adalah
dimulai dari bab 1 sampai dengan bab 6, yaitu :
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab pendahuluan ini penulis menjelaskan tentang latar belakang alat
penukar kalor dan beberapa jenis alat penukar kalor yang sering digunakan.
Adapun bab ini meliputi : latar belakang, tujuan perencanaan, batasan masalah,
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada tinjauan pustaka ini penulis menjelaskan lebih terperinci tentang alat
penukar kalor dan heat exchanger jenis shell and tube sehingga lebih mudah
dalam memahaminya. Dalam bab ini mencakup jenis-jenis alat penukar kalor,
analisa Heat Exchanger jenis shell and tube, beda temperatur rata-rata logaritma,
faktor pengotoran.
BAB III PEMILIHAN DAN PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER
Didalam perhitungan heat exchanger ini penulis memberikan rumus-rumus
dan menghitungnya satu demi satu dari bagian-bagian Heat Exchanger. Adapun
yang dihitung meliputi : perhitungan pada tube side, perhitungan pada shell side,
perhitungan koefisien perpindahan panas, dan perhitungan fouling factor atau
faktor pengotoran.
BAB IV PERHITUNGAN PENURUNAN TEKANAN
Untuk perhitungan penurunan tekanan penulis sengaja membuat bab
tersendiri, agar lebih jelas dan mendetail. Perhitungan ini meliputi penurunan
tekanan pada tube side dan penurunan tekanan pada shell side.
BAB V KESIMPULAN
Dalam bab ini akan mencakup inti-inti daripada bab-bab sebelumnya yang
DAFTAR PUSTAKA
1. Donald Q. Kerrn, “Proses Heat Transfer”, MC Grain-Hill Book Company,
Ney York.
2. Perry J. H, “Chemical Engineering Hand Book I”, 4th ed, Mc. Graw-Hill
Book Company, Ney York, 1963
3. Sitompul, Tunggul. “Alat Penukar Kalor”, PT. Grafindo Persada,
Jakarta, 1987.
4. Frank M. White, “Mekanika Zalir”, Erlangga, Jakarta, 1986.
5. J. P. Homan, “Perpindahan Kalor”, Edisi ke 6. Erlangga, Jakarta, 1995.
APPENDIX OF CALCULATION DATA
Viscosities Of Petroleom Fraction For temperature ranges employed in the text
Coordinates to be used with fig. 14
X Y
760 API natural gasoline………... 550 API gasoline………... 420 API kerosene………... 340 API mid-continent crude……… 280 API gas oil ……….
Viscosities of Animal and Vegetable Oils
Acid No.
Sp gr 20/4oC
X Y
Almond……… Coconut……... Cod liver……. Lard………… Lineed……… Mustard……. Neatsfoot….. Olive………. Palm kernel… Perilla, raw…. Sardine……… Soybean…….. Sperm………. Sunbower…… Whale,refined
2.85 1212-1213 (1936)
Viscosities of Commercial Fatt Acids 250 to 400oF
Sp gr
At 300oF X Y
PROCESS HEAT EXCHANGER
TABLE 8. APPRGXHATE OVERALL DESIGN COLFICIENTS Values include dirt factors of 0.003 and allowable drops of 5 to 10 psl on
The controlling stream
Coolers
Hot fluid Cold fluid Overall UD
Water Methanol Ammonia Aqutous solutions Light organics Medium organics Heavy medium Gases
Water Light organics
Water 250-500 250-500 250-500 75-150
Heaters
Hot fluid Cold fluid Overall UD Methanol Ammonia
Aqucous solutions : Less than 2.0 cp More than 2.0 cp Light organics Medium organics Heavy organics Gases
200-700 200-700 200-700
200-700 100-500
Exchanger
Hot fluid Cold fluid Overall UD
Water
Aqucous solutions Light organics Medium organics Heavy organics Heavy organics Light organics
Water
Aqucous solutions Light organics Medium organics Heavy organics Light organics Heavy organics
APPENDIX OF CALCULATION DATA
Table 9. Tube-sheet Latouts ( Tube Counts ) Square Pitch
APPENDIX OF CALCULATION DATA
Table 10. Heat Exchanger and Condenser Tube Data
Surface per lin ft, ft2 Tube
OD, in BWG
Wall Thickness,
In
ID, in
Flow area Per tube
in.2 Outside Inside
