Heat Exchanger-double Pipe

(1)

Double

pipe

HEAT

EXCHANGER

Presented by Ichwan Sangiaji R.S1106019924 G. M. Widhi K 1106011572

Ratna Dewi Verina S 1106070893 Galih Mery 1206314610

Candra Nugraha1106052972 Achmad Fathony 1106007602

(2)

Apa itu HE?

• Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas antara dua fluida yang berbeda suhu melalui sebuah penghantar media panas.

• Heat exchanger bisa berfungsi sebagai pemanas dan pendingin. Biasanya, medium pemanas yang dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

• Heat Exchanger dapat berfungsi sebagai heater, cooler, condensor, reboiler, maupun chiller. Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terhadap dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung .

(3)

Tujuan dari Perpindahan Panas

1.Memanaskan

 Menaikan suhu

 Merubah fase (Menguapkan, melarutkan, melelehkan)

2. Mendinginkan

 Menurunkan suhu

 Merubah fase (Mengembunkan, membekukan)

(4)

Macam –macam Heat Exchanger

1. Double Pipe Heat Exchanger

2. Plate and Frame Heat Exchanger

3. Shell and Tube Heat Exchanger

4. Adiabatic Wheel Heat Exchanger

5. Pillow Plate Heat Exchanger

(5)

Double Pipe Heat Exchanger

Salah satu jenis penukar panas adalah

susunan pipa ganda. Tipe ini

merupakan alat penukaran panas yang

paling sederhana, double pipe heat

exchanger dapat digunakan untuk

aliran berlawanan arah atau aliran

searah, baik dengan cairan panas atau

cairan dingin.

(6)

Fluida mengalir dalam dua bagian yaitu fluida yang satu mengalir di dalam pipa, dan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam

(7)

• Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang

kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Perpindahan kalor yang terjadi pada

fluida adalah proses konveksi, sedangkan proses konduksi terjadi pada

dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke

fluida bertemperatur rendah.

(8)

Kelebihan Double Pipe Heat

Exchanger

- Mampu untuk beroprasi pada tekanan yang tinggi

- Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa,

- Dapat dipasang secara seri atau paralel,

- Mudah bila kita ingin menambah luas permukaannya dan

- Kalkulasi design mudah dibuat dan akurat.

(9)

Kekuragan Double Pipe

Heat Exchanger

- Kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil,

- Mahal, dan

- Digunakan untuk fluida yang berjumlah sedikit yang

akan dipanas kan atau dikonsdensasikan.

(10)

• Double pipe merupakan bentuk paling sederhana dari alat

penukar panas

• heat exchanger double-pipe terdiri dari pipa yang berjalan dalam

pipa lain yang lebih besar. Transfer panas terjadi antara fluida

yang mengalir di dalam pipa lebih kecil dan cairan dalam ruang

antara dua pipa, melalui permukaan pipa yang lebih kecil.

(11)

• Sebuah heat exchanger pipa ganda mentransfer panas

dari satu media ke yang lain, biasanya dalam ruang

pemanas, pendingin atau pembangkit listrik.

• Sebuah penukar panas pipa ganda mengandung salah

satu pipa kecil dalam pipa yang lebih besar atau

beberapa pipa kecil dalam sebuah pipa besar

(12)

fluida pendingin melewati ruang antara bagian dalam pipa luar dan

di luar pipa dalam, sementara air dipanaskan melewati pipa dalam.

(13)

TIPE DOUBLE PIPE

HEAT EXCHNAGER

Heat exchangers double-pipe dibagi beberapa tipe dengan

tinjauan alirannya, yaitu:

• Parallel-flow

• Counter-flow

• Cross-flow

• Divided-flow

• Split-flow

(14)

(15)

Hal yang diperhitungkan



_{Heat transfer mechanism}



_{Degree of surface compactness}



_{Heat transfer type}



_{Flow arrangement}



_{Number of passes}



_Construction

(16)

Penentuan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan untuk desain pipa penukar panas ganda dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dasar penukar panas:

Q = UA ΔTlm,

● di mana:

• Q adalah laju perpindahan panas antara dua cairan dalam penukar panas di Btu / hr, • _{U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan di BTU/hr-ft2-oF,}

• A adalah luas permukaan perpindahan panas di ft2, dan

• _{ΔTlm adalah log berarti perbedaan suhu di oF, dihitung dari suhu inlet dan outlet dari} kedua cairan.

(17)

Setelah penentuan perpindahan panas luas permukaan

yang diperlukan, diameter dan panjang pipa batin dapat

dipilih dan kemudian diameter pipa luar, dan pada

akhirnya, panjang dari Heat Exchanger dapat

ditentukan

(18)

(19)

(20)

• Suatu alat perpindahan panas dinilai mampu berfungsi dengan

baik untuk penggunaan tertentu, apabila memenuhi dua ketentuan

berikut :

1.memindahkan panas sesuai dengan kebutuhan proses

2.Pressure Drop (ΔP) untuk masing-masing aliran tidak melebihi

batas yang tersedia. Harga ΔP biasanya adalah :

# Untuk aliran liquida : maksimal (ΔP) = 5 – 10 Psi

# Untuk aliran uap-gas: maksimal (ΔP) = ½ – 2 Psi

(21)

Karena yang dirancang adalah alat perpindahan panas, maka perlu

dicari dimensi atau ukuran peralatan tersebut. Ukuran alat tersebut

berkaitan erat dengan luas permukaan panas atau heating surface.

Persamaan perpindahan panas yang berkaitan dengan dimensi atau

luas perpindahan

Q = U A Δt

Penentuan jenis double pipe heat exchanger ini berdasarkan besarnya

nilai A. Jika nilai A < 120 ft2, maka heat exhanger jenis Double pipe

(22)

(23)

(24)

HEAT EXCHANGER

STANDARDS

ASTM A179/A179M – 90a (Reapproved 2005)

(25)

STANDARD

SPECIFICATION FOR

SEAMLESS

COLD-DRAWN

LOW-CARBON STEEL HEAT

EXCHANGER AND

CONDENSER TUBE

ASTM A179/A179M – 90a

(Reapproved 2005) :

(26)

TABUNG HARUS DI PANASKAN PADA SUHU

1200 Of (650Oc) ATAU LEBIH TINGGI

(27)

Bahan baja pembuat tabung harus memenuhi persyaratan

komposisi berikut:

Carbon, %

0,006 – 0,18

mangan, %

0,27-0,63

fosfor, max, %

0,0035

sulfur, max, %

0,0035

CHEMICAL COMPOSITION

(28)

TABUNG HARUS MEMILIKI ANGKA KEKERASAN TIDAK

MELEBIHI 72 HRB

(29)

TENSILE STRENGTH, MIN, [MPA]

325 YIELD STRENGTH [MPA]

180 ELONGATION IN 2”, MIN, %

35

(30)

Prosedur Perancangan

DPHE

(31)

1. Material dan heat balance

dimana T1 dan T2 = suhu aliran panas masuk dan keluar, t1 dan t2 = suhu

aliran dingin masuk dan keluar

2. Menghitung LMTD

3. Menghitung suhu caloric, Tc dan tc dari persamaan dan grafik 17 kern

(32)

Inner Pipe :

4. Menghitung Flow Area,

ap = πD4/4, ft2

5. Menghitung Mass Velocity,

Gp = w/ap, lb/(hr)(ft2)

6. μ pada Tc atau tc (bergantung dengan fluida yang melewati inner pipe),

(33)

(34)

7. Menghitung nilai Reynold, Rep= DGp/μ

8. Mencari nilai Heat Transfer Factor (jH)

Dengan menggunakan nilai Re dan L/D pipa, dapat dicari nilai jH pada gambar 24 kern

9. Mencari nilai hi dan hio

(35)

(36)

Annulus :

4. Menghitung Flow Area, aa = π(D22 – D12)/4, ft2 Equivalent diameter

5. Menghitung Mass Velocity, Ga = w/aa, lb/(hr)(ft2)

6. μ pada Tc atau tc (bergantung dengan fluida yang melewati inner pipe), μ = lb/(ft)(hr) = centipoise x 2.42

(37)

7. Menghitung nilai Reynold,

Rea= DeGa/μ

8. Mencari nilai Heat Transfer Factor (jH)

Dengan menggunakan nilai Re dan L/D pipa, dapat dicari nilai jH pada gambar 24 kern

9. Mencari nilai ho nonviscous fluid, =1

(38)

10. Menghitung Clean Coefficient of heat transfer

11. Menghitung Design Coefficient of heat transfer

(39)

13. Evaluasi Pressure Drop

- Inner Pipe : - Annulus:

*Menghitung Fouling Factor * Menghitung Diameter, Re

* Menghitung Pressure Drop, ft * Menghitung Fouling Factor

(40)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

Contoh 6.1 Double Pipe Benzena-Toluena Exchanger (Kern, Process Heat Transfer, 1965)

Sebuah penukar panas pipa ganda counter flow dirancang untuk memanaskan benzena dari temperatur 80 hingga 120 F menggunakan toluena panas sehingga menjadi dingin yaitu 160 hingga 100 F. Spesifik Gravity pada 68 F masing-masing adalah 0.88 dan 0.87. Properti fluida lainnya daoat ditemukan pada lampiran. Fouling factor untuk sistem tersebut adalah 0.001 untuk masing-masing aliran dan batas maksimal pressure drop yang diizinkan adalah 10 psi. Tentukan jumlah hairpins yang dibutuhkan untuk untuk sistem tersebut (panjang setiap pipa adalah 20 ft dengan diamater 1 ¼-in IPS)

(41)

(42)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

Langkah yang digunakan untuk menghitung jumlah hairpin yang dibutuhkan adalah: 1. Menghitung T rata-rata fluida panas dan fluida dingin.

Untuk Fluida dingin

Untuk Fluida panas

2. Menghitung tinjau heat balance nya.

c untuk benzena: 0.425 btu/lb.F

c untuk toluena : 0.44 btu/lb.F  dari lampiran Heat balance untuk fluida dingin:

Heat balance untuk fluida panas:

(43)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

3. Menghitung LMTD

Sehingga:

4. Menghitung flow area dari HE

Untuk pipa Luar (anulus) Untuk pipa dalam

Oleh karena flow area anulus lebih kecil maka fluida yang lajunya lebih kecil yaitu toluena

(44)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

5. Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi (h)

Nilai h dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan empiris sieder and tate, sebagai berikut:

Keterangan:

C: Kapasitas panas (lampiran gambar 2, buku kern) : Viskositas fluida (lampiran gambar 14, buku kern) ɥ

k: koefisien perpindahan panas konduksi ( tabel 4, buku kern)

(45)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

(46)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

(47)

(48)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

6. Menghitung panjang pipa yang dibutuhkan

Sehingga oleh karena panjang pipa yang dibutuhkan adalah 116 ft, maka dibutuhkan 6 buah pipa (6 x 20 ft = 120 ft), maka dibutuhkan 3 hairpins (masing-masing hairpin menyambung 2 pipa)

(49)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

(50)

Aplikasi Double Pipe HE

• Skala Laboratorium • Industri Makanan • Industri Petrokimia

(51)

• Cairan pendingin biasannya apa? Cairan panas itu apa? Pemilihan bahan untuk korosi?

• Double pipe tekanan tinggi kenapa bisa? • Penggunaan suhu caloric.