Standar teknik

TEORI Heat Transfer

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantarafluida panasdan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah.

Stabilitas fasa fluida pada HE suhu rendah sangat penting mengingat aliran panas/dingin harus dapat mengalir dengan baik (viscositas optimal). Pengaruh suhu, tekanan, dan jenis kriogenik akan sangat menentukan efektivitas pertukaran panas yang terjadi. Beberapa kriteria utama HE yang dibutuhkan untuk penggunaan pada suhu rendah:

1.        Perbedaan suhu aliran panas dan dingin yg kecil guna meningkatkan efisiensi

2.        Rasio luas permukaan terhadap volume yg besar untuk meminimalkan kebocoran

3.        Perpindahan panas yang tinggi untuk mengurangi luas permukaan

4.        Massa yg rendah untuk meminimalkan waktu start up

5.        Kemampuan multi channel untuk mengurangi jumlah HE

6.        Kemampuan menerima tekanan yg tinggi

7.        Pressure Drop yg rendah

Minimalisasi beda suhu aliran panas & dingin harus juga memperhatikan pengaruh suhu terhadap panas spesifik (Cp) fluida. Jika Cp menurun dengan menurunnya suhu fluida (contoh Hidrogen), maka perbedaan suhu inlet & outlet harus ditambah dari harga minimal beda suhu aliran.

Perpindahan Panas Secara Konduksi

Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas

a.  Secaara kontak langsung Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dinginmelalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida.Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas- liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.

b.  Secara kontak tak langsung Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

“Heat exchanger”, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu:

a.       Memanaskan fluida

b.      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.

Karena

Maka persamaan kontinuitas dapat berbentuk:

Dimana :

m                     = laju aliran massa (kg/s)

ρ1 dan ρ2            = kerapatan rata-rata di penampang 1 dan 2 (kg/m3)

Q1 dan Q2          = laju aliran volumetrik atau debit (m3/s)

q = cp.dT. m / t

Dimana:

q = laju perpindahan panas (kW) (kJ/s) (HP) (Btu/s) m / t = laju aliran massa produk (kg/s) (lb/s)

cp = kapasitas panas spesifik produk (kJ/kg.oC) (Btu/(lb.°F) dT = perubahan suhu cairan (oC) (°F)

LMTD (Log Mean Temperature Difference)= (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2)

Dimana :

ΔT1   = T_panas_input - T_dingin_output

= 155.00 - 27.00

= 128.00

ΔT2   = T_panas_output - T_dingin_input

= 128.00 - 4.00

= 124.00

LMTD  = 125.99

 Hasil Test Analysis Temperature

Dari hasil analisis dapat diketahui nilai dari suhu yang terdapat pada kedua output dapat dilihat output dingin mempunyai nilai suhu sebesar 39.76°C lalu untuk output panas mempunyai nilai suhu 127.59°C, hal ini membuktikan bahwa terjadi perpindahan panas yang semula input panas 155°C mempunyai output127.59°C lalu input dingin yang semula 4°C mempunyai output 39.76°C.

 Hasil Test Analysis Pressure

Dari hasil analisis dapat diketahui nilai dari tekanan yang terdapat pada kedua output dapat dilihat output dingin mempunyai nilai tekanan sebesar 101324.95 Pa lalu untuk output panas mempunyai nilai tekanan 101326.57 Pa, hal ini membuktikan bahwa terjadi perubahan tekanan yang semula input panas 101534.05 Pa mempunyai output 101326.57 Pa lalu input dingin yang semula 101594.79 pa mempunyai output 101324.95 Pa.

Hasil Test Analysis Velocity

Dari hasil analisis dapat diketahui nilai dari kecepatan yang terdapat pada kedua output dapat dilihat output dingin mempunyai nilai kecepatan sebesar 0.542 m/s lalu untuk output panas mempunyai nilai kecepatan 0.542 m/s, hal ini membuktikan bahwa terjadi perubahan kecepatan yang semula input panas 0.602 m/s mempunyai output 0.542 m/s lalu input dingin yang semula 0.413 m/s mempunyai output 0.542 m/s.

	Hasil Test Analysis Density

Dari hasil analisis dapat diketahui nilai dari kerapatan yang terdapat pada kedua output dapat dilihat output dingin mempunyai nilai kerapatan sebesar 993.30 kg/m^3 lalu untuk output panas mempunyai nilai kerapatan 935.46 kg/m^3, hal ini membuktikan bahwa terjadi perubahan kerapatan yang semula input panas 912.32 kg/m^3   mempunyai output   935.46 kg/m^3   lalu input dingin yang semula 1000.75

935.46 kg/m^3 mempunyai output 993.30 kg/m^3.

Kesimpulan

Shell and tube heat exchanger merupakan jenis alat penukar panas yang banyak digunakan pada suatu proses seperti petroleum, industri kimia, dan industri HVAC. Shell and tube heat exchanger menawarkan area penukaran panas yang besar dan menyediakan              efisiensi        perpindahan       panas   yang    tinggi.

Terdapat banyak variasi pada desain shell and tube. Secara khusus, ujung dari tiap tabung dihubungkan ke plenums (terkadang disebut water boxes) melalui lubang dalam tube sheets. Shell and Tube Heat Exchanger adalah jenis Heat Exchanger yang paling umum dipergunakan pada proses Refinary Oil and Gas dan Petrochemical. Dalam hal design Shell and Tube Heat Exchanger (STHE), standar yang dipakai adalah     ASME     Section     VIII     dan     TEMA     Class     R,     atau     API  660.

Pemilihan material tabung yang harus sesuai dengan periode lama dibawah kondisi- kondisi operasi (temperature, tekanan, pH, dan lain-lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. Semua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama  atas bahan yang kuat, thermal-conductive, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang lewat terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.

Shell and tube heat exchanger merupakan jenis alat penukar panas yang banyak digunakan pada suatu proses seperti petroleum, industri kimia, dan industri HVAC. Shell and tube heat exchanger menawarkan area penukaran panas yang besar dan menyediakan              efisiensi       perpindahan       panas   yang    tinggi.

Terdapat banyak variasi pada desain shell and tube. Secara khusus, ujung dari tiap tabung  dihubungkan  ke  plenums  (terkadang  disebut  water  boxes)  melalui lubang

dalam tube sheets. Shell and Tube Heat Exchanger adalah jenis Heat Exchanger yang paling umum dipergunakan pada proses Refinary Oil and Gas dan Petrochemical. Dalam hal design Shell and Tube Heat Exchanger (STHE), standar yang dipakai adalah     ASME     Section     VIII     dan     TEMA     Class     R,     atau     API  660.

Pemilihan material tabung yang harus sesuai dengan periode lama dibawah kondisi- kondisi operasi (temperature, tekanan, pH, dan lain-lain) untuk memperkecil hal yang buruk seperti korosi. Semua yang dibituhkan yaitu melakukan pemilihan seksama  atas bahan yang kuat, thermal-conductive, corrosion resistant, material tabung bermutu tinggi, yang secara khas berbahan metal. Pilihan material tabung yang buruk bisa mengakibatkan suatu kebocoran melalui suatu tabung antara sisi shell dan tube yang menyebabkan fluida yang lewat terkontaminasi dan kemungkinan hilangnya tekanan.