laporan alat penukar panas

BAB I

PENDAHULUAN

A.JUDUL PERCOBAAN

                  ALAT PENUKAR PANAS  (HEAT EXCHANGER)

           

B.TUJUAN PERCOBAAN

·         Untuk mempelajari dasar-dasar penukar panas

·         Untuk menghitung neraca panas dari penukar panas

·         Menghitung koefisien pemindahan panas keseluruhan dari penukar panas

·         Untuk menghitung efisiensipenukar panas

·         Untuk mempelajari hubungan antara bilangan reynold dengan karakteristik penukar panas.

C. LATAR BELAKANG

Fin dan tube merupakan suatu jenis heat exchanger yang banyak digunakan

pada berbagai bidang industri yang diantaranyaberkerja pada sistem refrigerasi dan

tata udara karena bentuknya yang ringkas (compact) dan ringan. Pada umumnya

fluida cair mengalir sepanjang pipa dan gas mengalir pada saluran diantara fin. Salah

satu hal penting yang perlu diperhatikan dalam heat exchanger adalah perpindahan

panasnya pada sisi udara. Untuk mendapatkan effisiensi fin yang tinggi perlu diperhatikan bahan dan geometri dari fin tersebut. Bentuk fin yang umum digunakan

adalah plain (datar) dan wavy (bergelombang). Bentuk wavy banyak digunakan

karena pola tersebut dapat memperpanjang aliran udara di dalam heat exchanger dan

memperbaiki plateHeat Exchanger (HE) adalah alat penukar panas yang bertujuan memanfaatkan mixing (pencampuran) dari aliran udara jika dibandingkan dengan panas suatu fluida untuk pemanasan aliran fluida yang lain. Dalam hal ini terjadi 2 fungsi sekaligus yaitu :  

- Memanaskan fluida yang dingin

-    Mendinginkan fluida yang panas

Defenisi panas adalah energy yang ditransfer akibat daripada perbedaan temperatur. Pengertian diatas adalah berdasarkan prinsip termodinamika. Walaupun hukum termodinamika menelaah transfer energy, metode ini hanya dapat menganalisa suatu sistem yang dalam keadaan setimbang. Sehingga dapat diperhitungkan jumlah energy yang diperlukan untuk merubah suatu sistem dari suatu keadaan kesetimbangan ke kesetimbangan lain, tetapi hukum termodinamika tidak dapat menganalisa bagaimana kecepatan perubahan itu terjadi.

Pemanasan batangan baja dalam air panas. Hukum termodinamika dapat digunakan untuk menentukan temperature akhir sesudah kedua sistem mencapai kesetimbangan dan jumlah energy yang ditransfer dapat dihitung dari keadaan mula-mula dan pada keadaan akhir kesetimbangan, tetapi tidak dapat menjelaskan bagaimana kecepatan panas itu ditransfer dan tidak dapat menjelaskan berapa lama waktu yang diperlukan untuk mencapai temperature tertentu yang diinginkan ?

Untuk analisa transfer panas yang sempurna, maka perlu memahami tiga mekanisme transfer panas yaitu :

1.      Konduksi

2.      Konveksi

3.      Radiasi

Konduksi adalah suatu metode transfer panas hanya dengan media padat. Bila pada suatu benda terdapat Gradien Temperatur, maka panas akan ditransfer dari daerah temperature yang lebih tinggi ke daerah temperature yang lebih rendah.

            Bila suatu fluida berkontak dengan permukaan zat padat pada temperature yang berbeda, maka hasil dari proses pertukaran energy termis itu disebut transfer panas secara konveksi.

            Kebanyakan masalah transfer panas sangat kompleks, maka praktis tidak mungkin memperhitungkan seluruh factor-faktor seperti : diameter pipa, kecepatan fluida, densitas, viscositas, konduktifitas thermal, kapasitas panas dan lain-lain

BAB II

LANDASAN TEORITIS

A.DEFENISI PERCOBAAN

1.      Klasifikasi Alat Penukar Panas

Untuk melaksanakan proses perpindahan panas khususnya dalam industry kimia, hal diatas dilakukan dengan menggunakan alat penukar panas atau disebut Heat Exchanger. Nama alat ini adalah secara umum, karena itu perlu dipahami fungsi yang sebernarnya dari alat tersebut yang merupakan dasar pemberian nama alat dimaksud. Jelasnya seperti dibawah ini :

1.      Disebut pendingin atau Cooler, apabila alat tersebut hanya mendinginkan fluida proses dari temperature yang lebih tinggi hingga temperature tertentu yang lebih rendah tanda ada terjadi perubahan fasa dari uap menjadi cair maupun sebaliknya.

2.      Disebut pendingin atau Condeser, sama seperti diatas, tetapi proses pendinginnan menghasilkan fasa cair dari fasa uap (ada perubahan fasa) yang disebut kondesat.

3.      Disebut pemanas atau Heater, bila alat tersebut bertugas memanaskan suatu fluida hingga suhu tertentu (tidak ada perubahan fasa)

4.      Disebut penguap atau Vaporizer, bila alat tersebut berfungsi memanaskan suatu fluida hingga menghasilkan uap.

Khusus untuk alat penguap (vaporizing equipment) juga mempunyai nama umum yang disebut  EVAPORIZER dan masing-masing mempunyai nama sesuai dengan fungsi atau tugasnya. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

5.      Disebut alat penguap atau evaporator, bila alat tersebut berfungsi untuk menguapkan air dari campurannya dengan zat lain.

6.      Disebut alat pendingin ulang atau Reboiler, bila alat tersebut berfungsi untuk mendidihkan kembali suatu fluida oleh reboiler pada suatu menara destilasi (untuk mensupplai panas) yang mana uap dihasilkan dapat uap air atau tidak.

7.      Bila alat pada no 6 tidak digunakan untuk menghasilkan uap air (steam) dan juga tidak merupakan bagian dari proses destilasi maka alat penguap itu disebut Vaporizer.

8.      Bila suatu alat penguap (evaporator) digunakan untuk sistem pembangkit tenaga untuk memproduksi air murni atau untuk proses yang bersifat penguapan dan bertujuan untuk membangkitkan tenaga, alat ini disebut power-plant evaporator.

9.      Disebut alat penguap kimia (chemical evaporator) bila alat tersebut berfungsi untuk memekatkan suatu larutan kimia dari pelarut air.

Demikianlah pemberian nama alat-alat tersebut berdasarkan fungsi dan tugasnya (agar tidak terjadi perbedaan persepsi), khususnya dalam membicarakan lebih lanjut tentang alat-alat penukar panas yang disebut Heat Exchanger.

Jenis-jenis Alat Penukar Panas

Alat penukar panas atau disebut Heat Exchanger, disingkat HE, berdasarkan konstruksi disainnya dapat dibagi menjadi lima (5) jenis yaitu : shell and tube, hairpin exchanger, aerial coolers, plane type exchangers, berbagai jenis lain exchanger.

Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkanperpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi,pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

Menurut Sitompul (1993), peralatan penukar panas adalah suatu peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya  tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Klasifikasi peralatan penukar panas didasarkan pada :

1.      Proses perpindahan panas

2.      Jumlah fluida yang mengalir

3.      Kompak tidaknya luas permukaan

4.      Mekanisme perpindahan panas

5.      Konstruksi

6.      Tipe plat

7.      Pengaturan aliran.

Klasifikasi Alat Penukar Panas

1.      Condenser

Condenser merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan fluida sampai terjadi perubahan fase uap menjadi fase cair. Media pendingin yang dipakai biasanya air sungai atau air laut dengan suhu udara luar

2.      Chiller

Chiller merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan (menurunkan suhu) cairan atau gas pada temperatur yang sangat rendah. Temperatur pendingin di dalam chiller jauh lebih rendah dibandingkan dengan pendinginan yang dilakukan oleh pendingin air. Media pendingin yang digunakan antara lain freon.

3.      Reboiler

Rebiler merupakan alat penukar panas yang bertujuan untuk mendidihkan kembali serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Media pemanas yang digunakan antara lain uap (steam) dan minyak (oil). Alat penukar panas ini digunakan pada peralatan distilasi.

4.      Cooler

Cooler merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan (menurunkan suhu) cairan atau gas dengan menggunakan air sebagai media pendingin. Dengan perkembangan teknologi saat ini, media pendingin cooler menggunakan udara dengan bantuan kipas (fan).

5.      Heat Exchanger

Heat Exchanger (HE) adalah alat penukar panas yang bertujuan memanfaatkan panas suatu fluida untuk pemanasan aliran fluida yang lain. Dalam hal ini terjadi 2 fungsi sekaligus yaitu :          - Memanaskan fluida yang dingin

-    Mendinginkan fluida yang panas

6.      Heater

Heater merupakan alat penukar kalor yang bertujuan memanaskan (menaikkan suhu) suatu fluida proses dengan menggunakan media pemanas. Media pemanas yang biasa digunakan antara lain uap atau fluida panas lain.

7.      Thermosiphon dan Forced Circulation Reboiler

Thermosiphon reboiler merupakan reboiler dimana terjadi sirkulasi fluida yang akan dididihkan dan diuapkan dengan proses sirkulasi alamiah (natural circulation). Sedangkan Forced Circulation Reboiler adalah reboiler yang sirkulasi fluida terjadi akibar adanya pompa sirkulasi sehingga menghasilkan sirkulasi paksaan (forced circulation)

8.      Steam Generator

Alat ini sering disebut sebagai ketel uap dimana terjadi pembentukan uap dalam unit pembangkit. Panas hasil pembakaran bahan bakar dalam ketel dipindahkan dengan cara konveksi, konduksi dan radiasi. Berdasarkan sumber panasnya, steam generator dibagi 2 macam, yaitu :

·         Steam generator tipe pipa air

Tipe ini, fluida yang berada di dalam pipa adalah air ketel, sedangkan pemanas (berupa nyala api dan gas asap) berada di luar pipa. Hasilnya berupa uap dengan tekanan tinggi.

·         Steam generator tipe pipa api

Tipe ini, fluida yang berada di dalam pipa adalah nyala api, sedangkan air yang akan diuapkan berada di luar pipa dalam bejana khususpemanas (berupa nyala api dan gas asap) berada di luar pipa

9.      WHB (Waste Heat Boiler)

WHB adalah alat penukar panas sejenis dengan ketel uap tetapi memiliki perbedaan pada sumber panas yang digunakan. Sumber panas pada ketel uap yaitu hasil pembakaran bahan bakar sedangkan sumber panas pada WHB yaitu memanfaatkan panas dari gas asap pembakaran atau cairan panas yang diperoleh dari reaksi kimia

10.  Superheater

Alat penukar panas jenis ini digunakan untuk mengubah uap basah (saturated steam) pada steam generator (ketel uap) menjadi uap kering (superheated steam)

11.   Evaporator

Evaporator adalah alat penukar panas yang digunakan untuk menguapkan cairan yang ada pada larutan sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat (mother liquor)

12.  Vaporizer

Alat penukar panas ini digunakan untuk menguapkan suatu cairan sehingga fasenya berubah dari cair menjadi gas

B.PERKEMBANGAN SERTA PENGUNAAN DALAM DUNIA INDUSTRI

Sejak menggulirnya isu global akan menipisnya cadangan energi fosil di

dunia dewasa ini, mendorong pengguna energi terutama yang mengkomsumsi energi

dalam skalar besar untuk mengantisipasinya dengan membenahi system thermalnya.

Perkembangan industri terutama pada bidang teknologi banyak dibutuhkan

suatu alat untuk memindahkan sejumlah energi panas dari sistem ke lingkungan atau

antara bagian-bagian yang berbeda di dalam sistem. Heat Exchanger adalah peralatan

yang digunakan untuk melakukan proses pertukaran kalor antara dua fluida, baik cair

( panas atau dingin ) maupun gas, dimana fluida ini mempunyai temperatur berbeda.

Heat Exchanger banyak digunakan di berbagai industri tenaga atau industri

lainnya dikarenakan mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :

1. Konstruksi sederhana dan kokoh.

2. Biaya yang digunakan relatif murah.

3. Kemampuannya untuk bekerja pada tekanan dan temperatur yang

tinggi dan tidak membutuhkan tempat yang luas.

Dikarenakan ada banyak jenis penukar kalor, maka alat penukar kalor dapat

dikelompokkan menjadi beberapa bagian:

1. Concentric Tube.

2. Shell and Tube.

3. Compact Heat Exchanger.

Jenis dari concentric tube heat exchanger berupa dua buah pipa yang tersusun

secara konsentris dimana aliran yang mengalir berupa aliran pararel serta fluida yang

digunakan di dalam concentric tersebut adalah fluida panas dan dingin. Fluida panas

dan dingin masuk pada ujung yang sama, dan juga keluar pada ujung yang sama juga.

Tipe aliran keduanya adalah tipe aliran counter yang dimana fluida panas dan fluida

dingin mengalir pada arah yang berlawanan.Penukar Panas, khususnya jenis shell-and-tube, merupakan peralatan yang banyak dipergunakan di berbagai bidang industri, seperti perminyakan, petrokimia, energi dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas, sebagaimana namanya, adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lainnya. Salah satu parameter yang menentukan pemilihan suatu jenis penukar panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas, yang pada umumnya disebut efektivitas. Untuk satu ukuran penukar panas tertentu, efektivitas yang tinggi menunjukkan semakin banyaknya fluks panas yang dapat dipindahkan per satuan massa fluida. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas tinggi senantiasa menjadi topik litbang di berbagai lembaga riset, universitas ataupun industri di dunia.

Dilatarbelakangi oleh keinginan untuk memperoleh rancangan penukar panas shell-and-tube yang memiliki keunggulan kinerja dan untuk mengembangkan kemampuan di bidang rekayasa dan rancang bangun alat penukar panas, khususnya jenis shell-and-tube, maka telah diusulkan kegiatan Riset Unggulan Terpadu (RUT) VIII yang dilaksanakan tahun 2001 hingga 2003. Orisinalitas rancangan adalah pada jenis baffle yang akan membentuk aliran di sisi shell berpilin sehingga meningkatkan koefisien perpindahan

Penelitian dilakukan secara eksperimental dan simulasi numerik. Eksperimen dilakukan dalam skala laboratorium dan skala industri (uji prototipe). Eksperimen skala laboratorium untuk mempelajari dinamika aliran berpilin dan memperoleh korelasi koefisien perpindahan panas serta rugi tekanan. Untuk eksperimen ini dibuat model penukar panas dengan daya 10 kW yang dinamakan SEPHIA (Shell-and-tube Performance and Heat Transfer Investigation Apparatus). Eksperimen skala industri untuk menguji protoipe yang dibuat dengan daya 300 kW.

Menurut Prof Bambang yang juga Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin – ISTN, alat penukar kalor (Heat Exchanger) harus ada agar setiap proses pembuatan berbagai produk seperti susu, kadar suhunya bisa diatur.

“Setiap mesin dalam dunia industri ada yang berfungsi mengeluarkan panas dan dingin. Untuk menentukannya harus disesuaikan dengan fungsi alat penukar kalor yang diinginkan,” paparnya.

BAB III

MATERI DAN METODE

A.MATERI

            1.ALAT

·         Tangki

·         Pompa sirkulasi

·         Pemanas listrik

            2.BAHAN

·         Air

B.METODE

           

Masukkan air kedalam tangki persediaan air

·         Sediakan terlebih dahulu air kedalam tangki persediaan air

·         Kemudian di atur dan Dimasukkan air kedalam tangki air panas dan tangki air dingin, kedua tangki itu diisi sampai penuh ataupun tumpah

·         Selanjutnya, atur arah sirkulasinya searah atau berlawanan

·         Jalankan pompa sirkulasi air panas

·         Selanjutnya keluarkan (vent) semua udara dari jalur pipa

·         Dan diperiksa alat pemanas listrik dengan saklar pada “ON”

·         Kemudian atur temperature

·         Dan tunggu beberapa menit sampai terdengar tiga kali ketukan

·         Kemudian lihat masing-masing temperature dan jangan lupa sesuaikan dengan THERMOMETER bagian bawah.

           

BAB IV

HASIL KERJA PRAKTEK DAN PEMBAHASAN

A. HASIL KERJA PRAKTEK

(equation)	MEASUREMENTS
	High Temp Fluid (Hot Water)			Low Temp Fluid (Cold Water)
	Termometer		Flow Rate	Termometer		Flow Rate
	Inlet	Outlet		Inlet	Outlet
Symbol Dimension
	T1	T2	W	t1	t2	W
			Kg/hours			Kg/hours
A	64	53	100	27	32	200
B	64	53	100	28	33	300
C	64	53	100	28	32	400
A	64	54	100	29,5	32	200
B	64	53,5	100	29	31	300
C	64	53	100	39	30	400

                                                           

BAB V

KESIMPULAN  DAN SARAN

·         Bilangan Reynold pada REW lebih besar dari rew. Hal ini menyatakan bahwalaju air dingin lebih besar dari laju air panas. Nilai yang begitu besar sangat mempengaruhi proses perpindahan panas pada alat penukar panas.

·         Dalam aplikasinya maka arus yang paling efisien digunakan adalah arus berlawanan.

  

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

D Crristie J. Geankoplis, (1997), “Transport Process and Unit Operation”, 3rd Ed., Prentice-Hall Of India.

Stanley M. Walas, (1988), “ Chemical Process Equipment “, 10th Butterworth Publisher USA.

Warren L, Mc Cabe, Julian C. Smith, dan Peter harriot, (1999), ”Operasi Teknik Kimia”, Jilid 1, Cetakan ke-4, PT. Erlangga