134856909 plate-he

31
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Proses kimia sangatlah penting dalam dunia industri, terutama industri kimia.dalam proses kimia diperlukan berbagai macam kondisi operasi proses. Kondisi operasi yang tepatlah yang dapat dapat menghasilkan produk yang sesuai yang diinginkan dari suatu proses kimia. Kondisi operasi antara lain berkaitan dengan tempertur dan tekanan proses. Kondisi operasi yang sering menjadi perhatian adalah masalah temperatur. Untuk memperoleh temperatur yang diinginkan untuk proses, maka bahan kimia yang akan direaksikan harus dipanaskan atau diinginkan. Untuk itu diperlukan suatu alat penukar panas yang biasa dipakai dalam industri adalah heat exchanger. Pada heat exchanger akan terjadi peristiwa perpindahan panas. Dimana fluida yang akan didinginkan dikontakkan dengan fluida pendingin (biasanya air). Kontak antar fluida tersebut akan menyebabkan terjadinya peristiwa perpindahan panas. Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Di dalam industri kimia masalah perpindahan energi atau panas adalah hal yang banyak dilakukan. Heat Exchanger bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida untuk pemanasan fluida lain. Maka disini terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu memanaskan fluida yang dingin dan mendinginkan fluida yang panas. Perpindahan panas dapat berlangsung secara: 1. Molekuler, yang disebut dengan konduksi. 2. Aliran yang disebut dengan perpindahan konveksi. 3. Gelombang elektromagnetik yang disebut dengan radiasi. 1

Upload: st-satrio

Post on 22-Jan-2018

896 views

Category:

Engineering


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: 134856909 plate-he

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses kimia sangatlah penting dalam dunia industri, terutama industri

kimia.dalam proses kimia diperlukan berbagai macam kondisi operasi proses. Kondisi

operasi yang tepatlah yang dapat dapat menghasilkan produk yang sesuai yang

diinginkan dari suatu proses kimia. Kondisi operasi antara lain berkaitan dengan

tempertur dan tekanan proses. Kondisi operasi yang sering menjadi perhatian adalah

masalah temperatur.

Untuk memperoleh temperatur yang diinginkan untuk proses, maka bahan

kimia yang akan direaksikan harus dipanaskan atau diinginkan. Untuk itu diperlukan

suatu alat penukar panas yang biasa dipakai dalam industri adalah heat exchanger.

Pada heat exchanger akan terjadi peristiwa perpindahan panas. Dimana fluida yang

akan didinginkan dikontakkan dengan fluida pendingin (biasanya air). Kontak antar

fluida tersebut akan menyebabkan terjadinya peristiwa perpindahan panas.

Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian

benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.

Panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Di dalam industri kimia masalah perpindahan energi atau panas adalah hal

yang banyak dilakukan. Heat Exchanger bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu

aliran fluida untuk pemanasan fluida lain. Maka disini terjadi dua fungsi sekaligus,

yaitu memanaskan fluida yang dingin dan mendinginkan fluida yang panas.

Perpindahan panas dapat berlangsung secara:

1. Molekuler, yang disebut dengan konduksi.

2. Aliran yang disebut dengan perpindahan konveksi.

3. Gelombang elektromagnetik yang disebut dengan radiasi.

1

Page 2: 134856909 plate-he

Proses perpindahan panas yang terjadi di dalam heat exchanger dapat

dilaksanakan secara langsung maupun tidak langsung. Heat exchanger yang

langsung, adalah dimana fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan

fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu ruang tertentu. Misalnya jet

condersor, water injection desuperheater, dan lain-lain. Heat exchanger yang tidak

langsung adalah dimana fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact)

dengan fluida dingin, jadi melalui perantara seperti pipa, tube, plate atau peralatan

jenis lain. Misalnya condesor pada turbin uap, pemanas uap lanjut dan pemanas air

pendahuluan pada ketel.

Ada beberapa heat exchanger yang umum digunakan pada industri. Alat-alat

penukar panas tersebut antara lain: double pipe, shell and tube, plate-frame, spiral,

dan lamella. Alat penukar panas yang sering digunakan adalah jenis shell and

tubeheat exchanger. Lalu bagaimana dengan alat penukar panas jenis terutama jenis

plate heat exchanger. Bagaimana prinsip dan cara kerja, jenis-jenisnya, dan dasar

hukum yang sering dipakai dalam pemecahan masalah perpindahan panas dalam

proses kimia.

1.2 Permasalahan

1. Bagaimanakah prinsip dan cara kerja dari plate heat exchanger ?

2. Apa sajakah jenis-jenis plate heat exchanger yang sering dipakai dalam

industri kimia ?

3. Apa dasar hukum yang diterapkan dalam proses pertukaran panas dengan

menggunakan plate heat exchanger ?

1.3 Tujuan

1. Mengetahui prinsip dan cara kerja plate heat exchanger.

2. Mengetahui jenis-jenis plate heat exchanger yang sering dipakai dalam

industri kimia

2

Page 3: 134856909 plate-he

3. Mengetahui dasar hukum yang diterapkan dalam proses pertukaran panas

dengan menggunakan plate heat exchanger

1.4 Manfaat

1. Penerapan plate heat exchanger dalam proses pertukaran panas dalam proses yang

berlangsung pada suatu industri kimia

2. Penggunaan secara luas plate heat exchanger dalam dunia industri

1.5 Pembatasan Masalah

Dalam penulisan ini titik fokus pembahasan adalah mengenai prinsip, cara

kerja, jenis, dan dasar hukum yang dipakai pada proses yang terjadi pada plate heat

exchanger.

3

Page 4: 134856909 plate-he

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Heat Exchanger

Penukar panas adalah alat yang digunakan untuk mempertukarkan panas

secara kontinue dari suatu medium ke medium lainnya dengan membawa energi

panas. Secara umum ada 2 tipe penukar panas, yaitu:

a. Direct heat exchanger, dimana kedua medium penukar panas saling kontak satu

sama lain. Yang tergolong Direct heat exchanger adalah cooling tower dimana

operasi perpindahan panasnya terjadi akibat adanaya pengontakan langsung

antara air dan udara.

b. Indirect heat exchanger, dimana kedua media penukar panas dipisahkan oleh

sekat/ dinding dan panas yang berpindah juga melewatinya. Yang tergolong

Indirect heat exchanger adalah penukar panas jenis shell and tube, pelat, dan

spiral.

2.2 Prinsip Kerja

Heat exchanger bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat transfer),

dimana terjadi perpindahan panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke

fluida yang temperaturnya lebih rendah. Biasanya, ada suatu dinding metal yang

menyekat antara kedua cairan yang berlaku sebagai konduktor . Suatu solusi panas

yang mengalir pada satu sisi yang mana memindahkan panasnya melalui fluida lebih

dingin yang mengalir di sisi lainnya. Energi panas hanya mengalir dari yang lebih

panas kepada yang lebih dingin dalam percobaan untuk menjangkau keseimbangan.

Permukaan area heat exchanger mempengaruhi efisiensi dan kecepatan perpindahan

panas yang lebih besar area permukaan panas exchanger, lebih efisien dan yang lebih

cepat pemindahan panasnya.

4

Page 5: 134856909 plate-he

2.3 Kegunaan Heat Exchanger

Contoh penggunaan komersial yang lain untuk heat exchanger meliputi

pemanasan sumber air mineral dan pemanasan kolam renang , radiator rumah, air

panas pada radiator, lemari es dan alat pendingin.

Heat exchanger penting dalam pengaturan seperti memproses makanan,

proses industri, berkenaan dengan farmasi, pulp dan kertas dan industri baja. Semua

industri yang membangkitkan tenaga memerlukan alat heat exchanger tersebut.

Industri lain yang menggunakan heat exchanger meliputi industri bahan kimia,

angkatan laut, semi penghantar, petrokimia, elektronik, permobilan, tekstil dan

fasilitas perawatan air.

2.4 Jenis-jenis Heat Exchanger

Ketiga jenis utama heat exchanger ini yaitu :

a. Plate heat exchanger

Plate heat exchanger adalah salah satu tipe heat exchanger yang

menggunakan plat logam untuk memindahkan panas antara dua liquid.

Penggunaan heat exchanger ini menguntungkan dari heat exchanger konvensional

karena permukaan kontak fluida lebih luas. Plate heat exchanger merupakan suatu

kemajuan desain dasar yang membuat perpindahan panas yang cepat. Plate heat

exchanger terbagi dua ruangan, yang tipis berada di dalam, membagi dua fluida

dengan luas permukaan yang paling luas oleh plat logam. Plat tersebut

memungkinkan perpindahan panas yang paling cepat. Membuat setiap ruangan

tipis memastikan sebagian besar volume dari liquid akan mengalami kontak

dengan plat.

5

Page 6: 134856909 plate-he

Gambar 2.1 Plate Heat Exchanger

b. Shell and Tube Heat Exchanger

Shell merupakan bagian bagian heat exchanger yang berbentuk tube yang

besar. Tube berada di dalam shell. Dua fluida yang berbeda temperatur mengalir

melalui exchanger dan terjadi pertukaran panas di dalamnya. Satu fluida mengalir

melalui tube dan yang lainnya mengalir melalui shell. Dengan menggunakan

exchanger ini maka panas tidak akan terbuang dengan sia – sia sehingga dapat

menghemat energi.

6

Page 7: 134856909 plate-he

Gambar 2.2 Shell and Tube Heat Exchanger

c. Plate heat exchanger

2.5 Desain dan Konstruksi Heat Exchanger

Konstruksi dari heat exchanger biasanya yaitu baja, titanium, tembaga,

perunggu, baja tahan-karat, aluminum atau besi cor. Salah satu permasalahan dalam

alat penukar panas ini yaitu yang paling besar harus mencegah terjadinya karatan,

yang mana umum dalam kaitannya dengan yang cairan yang mengalir tetap. Hal ini

biasanya sulit untuk dihindari. Untuk membantu mencegah ini, tabung harus bersifat

mencegah karat secara umum, pemipaan, stress-corrosion cracking (SCC), sel

oksigen dan pelepasan selektif biasanya menyerang dalam hal saat perbaikan.

Beberapa disain alat penukar panas menggunakan sirip untuk menyediakan

konduktifitas termal yang lebih besar, yang biasanya membantu. Sebagai contoh,

7

Page 8: 134856909 plate-he

suatu radiator mobil adalah suatu alat yang bermanfaat untuk pemindahan panas dari

mesin kepada udar luar. Heat exchanger mempunyai peran rumit dalam disain,

pemeliharaan dan operasi proses pengaturan sistem suhu dan pemanasan, disain

vehicle, pembangkit tenaga listrik, pendinginan, bahan kimia dan rekayasa industri

sistem.

Tabel 2.1 Macam Desain pada Heat Exchanger

8

Page 9: 134856909 plate-he

9

HEAD BODY REARA E L

B F M

C G N

D H P

N J S

K T

X U

W

Page 10: 134856909 plate-he

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Plate Heat Exchanger

Alat penukar panas jenis pelat adalah alat yang memiliki efisiensi tinggi. Alat

penukar panas jenis ini dibuat oleh pelat logam stainless steel tahan karat . Aliran

fluida panas dan dingin mengalir masuk ( dan keluar) melalui suatu lubang angin

pada 4 sudut lembar yang menghasilkan efek perpindahan panas.

Dalam rangka mencegah kebocoran dan pencampuran dari cairan panas dan

dingin, karet pengatur jarak digunakan untuk menyegel antara pelat logam. Pengatur

jarak dan plat dirakit dalam bingkai (frame). Area dari pertukaran panas ditetapkan

menurut volume pertukaran panas tersebut.

10

Page 11: 134856909 plate-he

Gambar 3.1 Plate Heat Exchanger

3.2 Sejarah Plate Heat Exchanger

Plate heat exchanger (PHE) ditemukan oleh Dr Richard Seligman pada 1923

yang digunakan untuk pemanasan yang tidak langsung dan mendinginkan cairan

yang dipakai pada APV (Aluminium Plant & Vessel) Company Limited.

Struktur umum penukar panas jenis pelat (Plate Heat Exchanger) pertama kali

dipublikasikan oleh Marriot, 1971. Penukar panas jenis pelat ini terdiri atas pelat-

pelat tegak lurus yang dipisahkan sekat-sekat berukuran antara 2 sampai 5 mm. Pelat-

pelat ini berbentuk empat persegi panjang dengan tiap sudutnya terdapat lubang.

Melalui dua di antara lubang-lubang ini fluida yang satu dialirkan masuk dan keluar

pada satu sisi, sedangkan fluida yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang

antara di sebelahnya.

11

Page 12: 134856909 plate-he

Gambar 3.2 Penukar panas jenis pelat [Marriot, 1971]

3.3 Prinsip Aliran pada Plate Heat Exchangers

Plate heat exchanger terdiri dari banyak plat metal yang tipis dengan

pembukaan untuk jalan yang dilewati oleh fluida. Plat yang bengkok yang mana

maksudnya bahwa tiap-tiap bagian plat bersebelahan di dalam heat exchanger

membentuk suatu saluran. Tiap detik saluran terbuka bagi fluida yang sama . Antara

masing-masing penghembus plat ada suatu gasket karet, yang mana mencegah cairan

dari pencampuran dan dari kebocoran ke lingkungan sekitarnya.

12

Page 13: 134856909 plate-he

Gambar 3.3 Pelat pada Plate Heat Exchanger

13

Page 14: 134856909 plate-he

Gambar 3.4 aliran fluida melalui Plate Heat Exchanger

Ketika media masuk plate and frame heat exchanger melalui koneksi dalam

frame, diarahkan melalui saluran pengubah oleh pengaturan gasket. aliran fluida yang

panas melalui setiap saluran yang lain dan cairan yang dingin melalui saluran yang

berada diantaranya. Panas ditransfer dari cairan yang hangat kepada cairan yang

lebih dingin melalui pembagian dinding, yaitu material plat. Bentuk bengkok

mendukung plat dari tekanan diferensial dan menciptakan suatu aliran turbulen di

saluran . Pada gilirannya, aliran turbulen menyediakan pemindahan kalor efisiensi

tinggi, membuat plate and frame heat exchanger sangat efisien dibandingkan dengan

heat exchanger tipe shell and tube tradisional.

14

Page 15: 134856909 plate-he

Gambar 3.5 Prinsip Aliran dan Perpindahan Panas pada Plate Heat Exchanger

3.4 Pengaturan Aliran

Saat aliran fluida dingin dan panas dalam arah kebalikan ke plat tunggal

melintang, pole alir antara plat dapat bertukar-tukar. Alat penukar panas dapat

mengalir secara single atau multi-pass. Pengaturan single-pass berarti masing-masing

aliran fluida dalam arah yang sama melintang ke semua plat di dalam unit tersebut.

Pengaturan multi-pass dirancang sehingga cairan dapat berubah arah arus dari

masing-masing fluida. Unit Single-Pass lebih cocok untuk kebanyakan aplikasi, tetapi

laju alir sangat rendah dibanding alat penukar panas dengan tipe multi-pass.

15

Page 16: 134856909 plate-he

Gambar 3.6 Single-pass arrangement Suitable for most application.

Gambar 3.7 Multi-pass arrangement for application with low flow rates or close

approach temperatures.

3.5 Keuntungan Plate Heat Exchanger

Keuntungan dari heat exchanger jenis pelat mulai dengan disainnya. Heat

exchanger jenis pelat, mengirim, efisiensi lebih besar, biaya yang lebih rendah,

16

Page 17: 134856909 plate-he

pemeliharaan dan pembersihan lebih mudah, dan semakin dekat pendekatan

temperatur dibanding penukar panas teknologi lain.

Yang dibandingkan heat exchanger jenis spiral dan shell and tube, plate heat

exchanger mempunyai kapasitas serupa juga memuat luas,lebar lantai sedikit dan

mudah untuk diperluas. swing-out plate vertikal mengijinkan kamu untuk

mempacking beribu-ribu ft2 area pemindahan kalor ke dalam suatu ruang kecil, selagi

masih membiarkan ruang untuk pertumbuhan masa depan.

Berikut ini keuntungan dari Plate Heat Exchangers, antara lain :

1. Dalam kaitan dengan turbulensi yang tinggi di pola alir dari fluida melalui

channel alternatif yang dapat memperoleh transfer panas dengan sangat tinggi.

Lebih mempertimbangkan disain yang lebih ringkas dengan biaya-biaya

modal yang lebih rendah, sebagai contoh peralatan penukar panas permukaan

yang mana lebih rendah dari suatu penukar panas konvensional.

2. Disain modular mengijinkan pemakai untuk menambahkan kapasitas yang

mana mengubahnya dengan hanya menambahkan plat kepada heat exchanger.

3. Lebih sedikit pemasangan pipa pada plate and frame heat exchanger menjadi

terbuka tanpa mengganggu pemasangan pipa. Semakin dekat pendekatan

temperatur sampai kepada 2°F menyediakan recovery panas maksimum dan

lebih ekonomis.

4. Alat penukar panas jenis pelat aliran berlawanan arah memiliki efisiensi yang

terbaik dibanding alat penukar panas jenis pelat aliran menyilang banyak

laluan dan alat penukar panas jenis pelat aliran menyilang tanpa sekat-sekat.

5. Menggunakan material tipis untuk permukaan penukar panas sehingga

menurunkan tahanan panas selama konduksi.

6. Memberikan derajat turbulensi yang tinggi yang memberikan nilai konveksi

yang besar sehingga meningkatkan nilai U dan juga menimbulkan self

cleaning effect

7. Faktor-faktor fouling kecil karena:

a. Aliran turbulen yang tinggi menyebabkan padatan tersuspensi

17

Page 18: 134856909 plate-he

b. Profil kecepatan pada pelat menjadi seragam

c. Permukaan pelat secara umum smooth

d. Laju korosi rendah

e. Mempunyai nilai ekonomis dalam instalasi karena hanya membutuhkan

tempat 1/4 sampai 1/10 tempat yang dibutuhkan tube dan spiral

f. Mudah dalam modifikasi dan pemeliharaan

Mudah dalam pemeliharaan dengan ruang minimal yang diperlukan untuk

membuka / menutup heat exchanger dan adalah harga yang stabil serta

ekonomis.

g. Penukar panas jenis pelat dapat memindahkan panas secara efisien bahkan

pada beda temperatur sebesar 10C sekalipun

h. Penukar panas jenis pelat juga fleksibel dalam pemeliharaan aliran.

3.6 Jenis-jenis Plate Heat Exchanger

Menurut Bell (1959) ada beberapa tipe aliran fluida dalam pelat heat

exchanger, yaitu:

1. Seri

Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alirnya rendah dan beda temperaturnya

tinggi.

2. Paralel

Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alirnya lebih besar dan beda

temperaturnya rendah.

3. Seri paralel

Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alir dan beda temperaurnya tidak terlalu

tinggi (menengah).

Berdasarkan konstruksinya, penukar panas pelat dapat dibagi menjadi 2

macam, yaitu

1. Gasketted Plate Heat Exchanger

18

Page 19: 134856909 plate-he

Gasketted plate heat exchanger mudah dimodifikasi karena desainnya fleksibel.

Fungsi utama gasket adalah menjaga tekanan fluida, menjaga laju alir fluida dan

mencegah pencampuran fluida. Selain iu, gasket juga mudah dibuka untuk kontrol

dan pembersihan.

Gambar 3.8 Aliran Fluida pada Gasketted Plate Heat Exchanger

2. Brazed Plate Heat Exchanger

Brazed plate heat exchanger adalah pengembangan jenis gasket. Kelebihannya

adalah lebih kompak, dan digunakan untuk tekanan dan temperatur tinggi.

Berdasarkan ragam aliran fluida operasi plate heat exchanger dapat

dibedakan menjadi :

19

Page 20: 134856909 plate-he

1. Penukar panas pelat beraliran jamak (multipass plate heat exchanger)

2. Penukar panas pelat berlawanan arah (countercurrent plate heat exchanger)

3. Penukar panas pelat bersilangan arah (crosscurrent plate heat exchanger)

3.6.1 Multipass Plate Heat Exchanger

Proses pertukaran panas pada penukar panas jenis ini secara sederhana mirip

dengan proses pertukaran panas pada penukar panas pipa ganda (double pipe heat

exchanger). Perbedaannya terletak pada bentuk alur laluan fluida. Pada pipa ganda

alur laluan fluida pendinginnya sejajar dengan alur laluan fluida panasnya. Baik

fluida dingin maupun panas memiliki alur aliran yang lurus (smooth ). Sedangkan

pada penukar panas pelat beraliran jamak alur laluan fluida dingin membentuk huruf

U dan sejajar dengan alur laluan fluida panas.

Gambar 3.9 Penukar panas jenis pelat berlairan jamak (multi-pass)

Alat penukar panas saluran jamak memiliki spesifikasi aliran berupa saluran

jamak banyak laluan (multipass) untuk aliran udara pendingin dan saluran tunggal

untuk aliran flue gas. Dengan adanya saluran jamak ini, perpindahan panas

berlangsung secara bertahap sehingga laju penurunan temperatur flue gas lebih

teratur. Fluida panas (flue gas) yang digunakan dalam penelitian ini adalah udara

yang berasal dari kerangan (valve) yang dipanaskan oleh alat pemanas udara (heater)

20

Page 21: 134856909 plate-he

dan udara ambient sebagai fluida dingin. Rancangan alat penukar panas saluran

jamak ditampilkan pada gambar 5 dan gambar 6 berikut:

Gambar 3.10 Alat penukar panas jenis pelat saluran jamak untuk sisi udara

Gambar 3.11 Alat penukar panas jenis pelat saluran jamak untuk sisi flue gas

3.6.2 Counter Current Plate Heat Exchanger

Pada alat penukar panas berlawanan arah, kedua fluida, flue gas, dan udara

pendingin mengalir masuk ke penukar panas dalam arah yang berlawanan dan keluar

sistem dalam arah yang berlawanan juga. Gambar 3.12 menunjukkan skema arah

aliran pada penukar pelat berlawanan arah.

21

Page 22: 134856909 plate-he

Gambar 3.12 Penukar panas pelat berlawanan arah (counter current)

Pada alat penukar panas berlawanan arah, kedua fluida, flue gas dan udara

pendingin mengalir masuk ke penukar panas dalam arah berlawanan dan keluar

system dalam arah yang berlawanan juga. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.13 dan

gambar 3.14. Dengan skema peralatan tersebut diharapkan hasil yang diperoleh dapat

memenuhi rentang bilangan Reynolds antara 10-400 seperti yang ditekankan Marriot

(1971).

Gambar 3.13 Alat penukar panas jenis pelat berlawanan arah untuk sisi udara

22

Page 23: 134856909 plate-he

Gambar 3.14 Alat penukar panas jenis pelat berlawanan arah untuk sisi flue gas

3.6.3 Cross Current Plate Heat Exchanger

Pada penukar panas pelat bersilangan arah, udara bergerak menyilang melalui

matriks perpindahan panas yang dilalui oleh flue gas. Arah matriks perpindahan

panas pada penukar panas jenis ini dapat dilihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Penukar panas bersilangan arah (cross-current)

23

Page 24: 134856909 plate-he

Bila kedua fluida mengalir sepanjang permukaan perpindahan panas dalam

gerakan yang tegak lurus satu dengan lainnya, maka penukar panasnya dikatakan

berjenis aliran silang (cross flow). Pada sistem ini, udara bergerak menyilang melalui

matriks perpindahan panas yang dilalui flue gas. Aliran fluida panas dan dingin pada

penukar panas pelat beraliran silang yang akan digunakan pada percobaan ini tidak

saling bercampur (unmixed). Hal ini disebabkan oleh adanya sekat yang memisahkan aliran

kedua fluida tersebut. Skema peralatan penukar panas pelat beraliran silang ini

ditampilkan pada gambar 3.16.

Gambar 3.16 Alat penukar panas jenis pelat bersilangan arah

3.7 Perpindahan Panas pada Plate Heat Exchanger

Perpindahan panas antara dua fluida yang dipisahkan oleh pelat terjadi secara

konduksi dan konveksi. Jika konduksi dan konveksi secara berurutan, maka tahanan

panas yang terlibat (konduksi dan konveksi) dapat dijumlahkan untuk memperoleh

koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Besaran 1/Uh dan 1/Uc disebut tahanan

keseluruhan terhadap perpindahan panas dan merupakan jumlah seri dari tahanan di

fasa fluida panas, pelat, dan fluida dingin.

24

Page 25: 134856909 plate-he

Gambar 3.17 Distribusi Temperatur pada Pelat

Secara matematis dapat dirumuskan:

hU

1 =

hh

1 +

h

w

w

dA

dAk

x

+

h

cc dA

dAh

1

..(1)

dan

cU

1 =

ch

1 +

c

w

w

dA

dAk

x

+

c

hh dA

dAh

1

..(2)

dimana :

hU

1 = tahanan panas keseluruhan atas dasar fluida panas

cU

1 = tahanan panas keseluruhan atas dasar fluida dingin

hh = koefisien perpindahan panas di fluida panas

hc = koefisien perpindahan panas di fluida dingin

xw = tebal pelat

k = konduktivitas pelat

25

Page 26: 134856909 plate-he

Perpindahan panas menjadi:

dA

dQ = U ( Th – Tc ) …(3)

hh = hwh TT

dA

dQ

,−…(4)

hc = ccw TT

dA

dQ

−,

…(5)

dQ/dA : fluks panas per unit perpindahan panas di mana perbedaan temperatur (Th

-Tc).

U : koefisien perpindahan panas keseluruhan

Tw : temperatur dinding pelat.

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang didefinisikan

sebagai perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viscous dalam system aliran

fluida. Secara matematis dapat dirumuskan:

NRE = µρ vD..

...(6)

dimana ρ = densitas fluida (kg/m3)

v = laju alir fluida (m/s2)

µ = viskositas fluida (ms2/kg)

D = diameter (m)

26

Page 27: 134856909 plate-he

Penukar panas yang baik adalah yang memiliki laju perpindahan panas

seoptimal mungkin. Ketidakoptimalan laju perpindahan panas ditentukan nilai

koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Hasil-hasil penelitian yang telah

dipublikasikan menunjukkan bahwa perubahan fluks massa udara dapat

meningkatkan nilai U untuk setiap laju alir massa flue gas konstan pada alat penukar

panas jenis plat. Marriot (1971) membatasi rentang bilangan Reynolds yang efektif

untuk fluida operasi gas-gas adalah 10-400. Pada bilangan Reynolds yang terlalu

tinggi, laju alir fluida juga akan tinggi, yang akan menyebabkan perpindahan panas

tidak efektif.

3.8 Neraca Massa dan Energi pada Sistem Alat Perpindahan Panas

Karakteristik alat perpindahan panas ditentukan oleh beberapa faktor, antara

lain:

1. Jenis fluida yang akan dipertukarkan panasnya

2. Laju alir fluida

3. Tipe aliran yang dipakai (co-current atau counter-current)

4. Letak fluida panas dan dingin, di dalam atau di luar alat penukar panas tersebut.

Dalam neraca entalpi pendingin dan pemanas didasarkan pada asumsi bahwa

dalam penukar kalor tidak terjadi kerja poros, sedang energi mekanik, energi

potensial, dan nergi kinetik semuanya kecil dibandingkan dengan suku-suku lain

dalam persamaan neraca energi. Maka, untuk satu arus dalam penukar kalor

Q= m ( Hb - Ha ) ..(7)

Dimana,

m = laju aliran massa dalam arus tersebut

q = t

Q= laju perpindahan kalor ke dalam arus

Ha & Hb = entalpi per satuan massa arus pada waktu masuk dan pada waktu keluar.

27

Page 28: 134856909 plate-he

Penggunaan laju perpindahan kalor dapat lebih disederhanakan dengan asumsi

salah satu dari fluida dapat mengambil kalor dan melepaskan kalor ke udara sekitar

jika fluida itu lebih dingin dari udara. Perpindahan kalor dari atau ke udara sekitar

dibuat sekecil mungkin dengan isolasi yang baik sehingga kehilangan kalor tersebut

diabaikan terhadap perpindahan kalor yang melalui dinding tabung yang memisahkan

udara panas dan udara dingin.

3.9 Hukum Fourier

Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah berupa

kesebandingan yang ada antara laju aliran kalor melintas permukaan isotermal dan

gradien suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hubungan umum ini, yang berlaku

pada setiap lokasi di dalam suatu benda, pada setiap waktu disebut hukum fourier.

Hukum Fourier menyatakan bahwa k tak bergantung pada gradient suhu tetapi tidak

selalu demikian halnya dengan suhu itu sendiri.

Hukum itu dapat dituliskan sebagai :

dA

dq = -k

n

T

∂∂

dimana :

A = luas permukaan isotermal

n = jarak, diukur normal ( tegak lurus ) terhadap permukaan itu

q = laju aliran kalor melintas permukaan pada arah normal terhadapnya

T = suhu

k = konstanta proporsionalitas ( tetapan kesebandingan )

Termal konduktivitas adalah proses untuk memindahkan energi dari bagian

yang panas kebagian yang dingin dari substansi oleh interaksi molekuler. Dalam

fluida, pertukaran energi utamanya dengan tabrakan langsung. Pada solid, mekanisme

28

Page 29: 134856909 plate-he

utama adalah vibrasi molekuler. Konduktor listrik yang baik juga merupakan

konduktor panas yang baik pula. Konduktivitas termal k ialah suatu konstanta

(tetapan) yang ditentukan dari eksperimen dengan medium itu. Satuan k adalah

Btu/hr.ft.oFatau W/m.K.

29

Page 30: 134856909 plate-he

BAB IV

KESIMPULAN

1. Plate heat exchanger adalah salah satu tipe heat exchanger yang menggunakan

plat logam untuk memindahkan panas antara dua liquid dengan menerapkan

prinsip hukum Fourier.

2. Heat exchanger bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat transfer),

dimana terjadi perpindahan panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke

fluida yang temperaturnya lebih rendah.

3. Berdasarkan ragam aliran fluida operasi plate heat exchanger dapat dibedakan

menjadi :

1. Penukar panas pelat beraliran jamak (multipass plate heat exchanger)

2. Penukar panas pelat berlawanan arah (countercurrent plate heat exchanger)

3. Penukar panas pelat bersilangan arah (crosscurrent plate heat exchanger)

30

Page 31: 134856909 plate-he

DAFTAR PUSTAKA

Fachry, H.A.R. 2007. Penuntun Praktikum Laboratorium Unit Operasi. Indralaya :

Laboratorium Proses dan Operasi Teknik Kimia Universitas Sriwijaya

http://images.google.co.id

http://www.egr.msu.edu/~steffe/handbook

http://www.kaori-taiwan.com/

http://www.valutechinc.com/alfalaval1.htm

Mc Cabe, Warren, Julian C Smith & Peter H..1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga :

Jakarta.

Utomo, Tjipto.1983. Teori Dasar Fenomena Transpor. Binacipta : Bandung

31