Analisis Plate Heat Exchanger pada PT. Güntner Indonesia

Novan Ardhiyangga

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

novanpuhlimo@gmail.com

AbstrakPT. Güntner Indonesia adalah sebuah perusahaan produksi dan perakitan heat exchanger (alat penukar kalor) dengan basis produksi di Jerman. Kebutuhan akan unit heat exchanger yang luas pada dunia industri mendorong Güntner untuk mengembangkan pasarnya hingga ke kawasan Asia pada tahun 1994 dengan mendirikan sebuah perusahaan pembuatan dan perakitan heat exchanger di Indonesia dengan nama PT. Güntner Indonesia. Unit heat exchanger yang diproduksi oleh PT. Güntner Indonesia diantaranya adalah cooler, kondensor, kondensor evaporatif, plate heat exchanger, dan hybrid heat exchanger. Plate heat exchanger adalah salah satu jenis dari heat exchanger yang menggunakan plat-plat sebagai medium perpindahan panas antara fluida panas dengan fluida dingin. Aplikasi plate heat exchanger pada dunia industri antara lain sebagai pendingin makanan dan minuman atau sebagai pendingin mesin produksi. Plate heat exchanger dipilih karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan heat exchanger lain seperti, bentuknya yang kompak dan memiliki nilai perpindahan panas yang tinggi, serta memiliki filling content yang rendah untuk kapasitas perpindahan panas yang sama sehingga memiliki berat yang lebih ringan. Laporan kerja praktek ini akan membahas plate heat exchanger secara umum dan beberapa produk plate heat exchanger yang diproduksi oleh PT. Güntner Indonesia. Penulis juga akan menyajikan performa salah satu produk plate heat exchanger yang diproduksi PT. Güntner Indonesia.

Kata kunci: Heat exchanger, Plate heat exchanger

1. PENDAHULUANHeat exchanger adalah sebuah alat yang digunakan untuk mentransfer energi panas

antara dua fluida atau lebih pada temperatur yang berbeda. Proses transfer energi terjadi dengan memanfaatkan perpindahan kalor dari fluida bertemperatur tinggi menuju fluida bertemperatur lebih rendah. Proses pertukaran kalor biasanya tidak melibatkan pemanasan atau kerja dari komponen eksternal. Pada kebanyakan heat exchanger, pertukaran kalor antarfluida terjadi diantara dua dinding yang terpisah yang mana fluida tidak akan bercampur 1.

Aplikasi unit heat exchanger pada dunia industri cukup luas, diantaranya pada industri kimia dan proses, industri pengolahan migas, industri pembangkit listrik, dan bahkan pada industri pengolahan makanan. Contoh unit heat exchanger yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari misalnya AC (air conditioner), radiator mobil, mesin pendingin, dan lain sebagainya.

Banyaknya permintaan unit heat exchanger untuk berbagai keperluan mendorong sekelompok kalangan untuk mengembangkan sebuah industri manufaktur heat exchanger. Güntner GmbH & Co. KG adalah salah satu perusahaan manufaktur heat exchanger dengan basis di Jerman. Güntner tersebar di beberapa negara termasuk Indonesia dengan dengan dimulainya pembangunan perusahaan PT. Güntner Indonesia pada tahun 1995.

Salah satu fokus produksi dari PT. Güntner Indonesia adalah industrial refrigeration yang mana produksi unit heat exchanger ditujukan untuk kepentingan industri, termasuk industri pengolahan makanan dan minuman. Diantara produk industrial refrigeration dari PT. Güntner Indonesia adalah plate heat exchanger (PHE). PHE adalah salah satu tipe dari heat exchanger yang menggunakan plat-plat yang tersusun berjajar sebagai media perpindahan panas. Pada laporan kerja praktek ini, penulis akan memfokuskan diri pada pembahasan mengenai PHE secara umum dan proses perakitannya di PT. Güntner Indonesia. Penulis juga akan menganalisis performa dari salah satu produk PHE di PT. Güntner Indonesia sebagai bahan laporan atas Kerja Praktek yang dilakukan di PT. Güntner Indonesia.

1 Kuppan Thulukkanam, Heat Exchanger Design Handbook Edisi ke-2, CRC Press, Boca Raton, 2013, hlm. 1.

2. DASAR TEORI2.1 Plate Heat Exchanger

Plate heat exchanger (PHE) adalah heat exchanger atau alat penukar kalor yang menggunakan plat-plat untuk mentransfer energi panas antara dua fluida. Komponen utama PHE terdiri dari plat-plat dengan pola bergelombang yang tersusun berjajar, gasket sebagai sekat aliran fluida, dan port-port yang terletak di setiap pojok plat sebagai jalan keluar-masuk fluida atau untuk mengatur susunan aliran fluida (flow arrangement) yang diinginkan. Aliran fluida panas dan fluida dingin akan melewati celah-celah diantara dua plat yang berjajar dengan lebar celah yang telah ditentukan sebelumnya. Plat-plat penyusun PHE disusun sedemikian rupa dengan kedua sisi diapit oleh frame. Frame berfungsi untuk menyangga PHE secara keseluruhan dimana kedua sisinya terdapat lubang inlet dan outlet fluida panas dan dingin.

Gambar 2.1 Plate Heat Exchanger

Sumber: Katalog PT. Güntner Indonesia

Keterangan:

1. Fixed pressure plate

2. Starter plate

3. Heat exchanger plate with gasket

4. End plate

5. Moveable pressure plate

6. Upper carrying bar

7. Lower carrying bar

8. Support

9. Tightening bolt

10. Stud bolt connection

2.2 Skema KerjaSkema pendinginan gedung atau barang yaitu dengan mengalirkan fluida panas dan

dingin ke dalam sebuah PHE yang menjadi tempat perpindahan panas. Fluida pendingin berasal dari sistem kondensor sedangkan fluida panas berasal dari sistem evaporator yang berhubungan langsung dengan ruangan yang akan didinginkan.

Sumber: Katalog thermowave

Gambar 2.2 Skema pendinginan ruangan dengan PHE

Fluida pendingin mengalami proses kondensasi di dalam kondensor yang merubah fasanya menjadi cairan yang kemudian diturunkan tekanannya melalui katup ekspansi sebelum menuju unit PHE. Sedangkan fluida panas mengalami proses evaporasi dengan adanya kontak dengan udara dalam ruangan yang merubah fasanya menjadi gas. Fluida panas kemudian dinaikkan tekanannya oleh kompresor sebelum mengalir menuju unit PHE. Dalam unit PHE ini, fluida pendingin (NH3) dan fluida panas (CO2) bertemu sehingga terjadi perpindahan panas. NH3 akan mengalami proses evaporasi dan CO2 akan mengalami proses kondensasi akibat adanya perpindahan panas tersebut. CO2 yang memiliki temperatur rendah akan digunakan untuk mendinginkan udara ruangan dengan mengalirkannya melalui sebuah fan.

3. PEMBAHASAN3.1 Analisis PHE thermolinePerusahaan Guntner memiliki kerjasama dengan perusahaan-perusahaan lain yang tergabung dalam Guntner Group, salah perusahaan tersebut adalah thermoline. thermoline adalah sebuah perusahaan yang fokus pada pembuatan dan perakitan PHE. thermoline memproduksi beberapa varian PHE, salah satunya adalah tipe thermolineEco. Untuk mempermudah spesifikasi dari produk PHE yang dipasarkan, maka perusahaan membuat kodifikasi yang menunjukkan bentuk, geometri, dan ukuran dari produk PHE tertkait. Berikut adalah salah satu contoh spesifikasi produk PHE yang ada di PT. Guntner Indonesia.

TL 500 K B C L:

Notasi Arti

TL thermoline500 Heat transfer surface = 500 m2

K Frame design = standard frameB Nominal pressure = 10 barC Connection diameter = 40 mmL Frame construction = painted carbon steel

3.2 PerformaAnalisis performa plate heat exchanger ditujukan untuk mengetahui besar perpindahan

panas dan drop tekanannya.

Nusselt Number:

Nu=0,724 ( β30o )

0,646

ℜ0,583 Pr1 /3

f =0,8 ℜ−0,25

Keterangan:

Nu=Nusselt Number

f =friction factor

Heat transfer area:

AO=W (2a ) NC

Keterangan:

AO=heat transfer area

W =panjang plat

2 a=channel spacing

NC= jumlahkoneksi

Mass velocities:

Gh=mAO

Keterangan:

Gh=mass velocities

m=laju massa( kgs )

AO=heat transfer area ( m2)

Reynolds Number:

ℜ=G De

μ

Keterangan:

ℜ=Reynolds Number

G=mass velocities

De=diameter ekuivalen (m)

μ=viskositas fluida

Heat transfer coefficient:

h=0,724 ( kD e )( β

30o )0,646

ℜ0,583 Pr1/3

Keterangan:

h=koefisien perpindahan panas

k=konduktivitas

De=diameter ekuivalen (m)

ℜ=Reynolds Number

β=sudut pola plat

Pr=Prandtl Number

Overall conductance

1UA

=1

AC( 1

hh

+f +R+1hc

)Keterangan:

UA=konduktansi total

AC=luas area

Menentukan Cmin/Cmax:

Cmin=mc pmin

Cmax=mc pmax

Keterangan:

Cmin=kapasistas kalor (minimal )

Cmax=kapasitas kalor(maksimal)

m=laju massa( kgs )

c pmin=kalor spesifik fluida (minimal )

c pmax=kalor spesifik fluida (maksimal )

Number of Transfer Unit (NTU)

NTU= UACmin

Keterangan

UA=konduktansi total

Cmin=kapasitas kalor(minimal)

Effectiveness (ε ):

ε=1−exp [−NTU (1−R1 ) ]

1−R1 exp [−NTU (1−R1 ) ]Keterangan:

NTU=Number of Transfer Unit

R1=Cmin /Cmax

Heat transfer:

q=εCmin∆ T max

Keterangan:

ε=efektivitas

Cmin=kapasitas kalor(minimal)

∆ T max=¿

Pressure drop:

Friction factor:

f =0,8 ℜ−0,25

ℜ=Reynolds Number

Pressure drop associated with plate pack

∆ p= 4 fLG2

2 gc ρ D e

Mass velocities on each port

G= m

( π4 )D p

2

Pressure drop on each port

∆ pp

1,5G c2 np

2 gc ρ

Berikut adalah perbandingan nilai datasheet dengan perhitungan manual

PHE q (kW) ∆ pp ,h (kPa) ∆ pp ,c (kPa)Datasheet 1725,189 7,7 59,6Manual calculation 1500,56 4,03 33,5

4. KESIMPULAN DAN SARAN4.1 Kesimpulan

Berdasarkan observasi dan studi yang dilakukan di PT. Güntner Indonesia selama kerja praktek, yaitu mengenai analisis unit plate heat exchanger, maka dapat disimpulkan:

1. Plate heat exchanger memiliki kelebihan tersendiri yang membuatnya menjadi pilihan untuk beberapa macam proses. Secara umum, kelebihan dari unit plate heat exchanger dibandingkan dengan heat exchanger yang lain adalah bentuknya yang kompak dan memiliki kemampuan perpindahan panas yang tinggi. Oleh karena itu, dengan kapasitas perpindahan yang sama sebuah unit PHE akan memiliki berat yang relatif lebih ringan dibandingkan dengan heat exchanger yang lain. Hal ini didukung pula dengan filling content yang rendah.

2. Perbedaan nilai perpindahan panas dan drop tekanan yang terjadi antara datasheet (kalkulasi software) dengan perhitungan secara manual terjadi karena ada beberapa variabel yang diasumsikan nilainya. Selain itu, kemungkinan adanya faktor koreksi yang terdapat pada rumus perhitungan secara manual juga menyebablan adanya perbedaan.

4.2 SaranSetelah melakukan kerja praktek selama kurang lebih satu bulan di PT. Güntner

Indoensia, berikut poin-poin yang penulis sarankan kepada PT. Güntner Indonesia:

1. Kesadaran akan keselamatan karyawan perlu ditingkatkan. Peningkatan kesadaran akan keselamatan bisa dilakukan dengan adanya training berkala atau dengan poster-poster yang sesuai. Hendaknya perusahaan juga menerapkan/memulai budaya saling tegur untuk mengantisipasi kelalaian karyawan dalam melaksanakan tugasnya.

2. Perusahaan hendaknya mengadakan waktu istirahat sejenak (kurang lebih 5 menit) ditengah-tengah kesibukan produksi, karena dalam proses produksi tentu membutuhkan konsentrasi dan kondisi tubuh yang prima.

3. Penambahan jalur pedestrian baru untuk meningkatkan efektivitas pergerakan karyawan selama produksi berlangsung.

4. Penambahan perpustakaan atau ruang khusus yang berisi literatur-literatur, katalog produk, atau dokumen lain terkait dengan perusahaan yang bersifat umum.

5. DAFTAR PUSTAKA1. Larowski, A. dan Taylor, M. A., 1983. Systematic Procedure for Selection of Heat

Exchangers, Proc. Inst. Mech. Eng., 197A. hlm. 51–69.2. Minton, P., 1990. Process heat transfer, Proceedings of the 9th International Heat

Transfer Conference, Heat Transfer 1990–Jerusalem, Israel, Paper No. KN–2, 1, hlm. 355–362.

3. Perry R. H. dan Green D. W., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. Edisi ke-7. McGraw-Hill. Kansas. USA.

4. Shah, K.J. dan Sekulic, D. P. 2003. Fundamentals of Heat Exchanger Design. Edisi ke-1. Wiley. Hoboken, New Jersey. USA.

5. Thulukkanam, K., 2013., Heat Exchanger Design Handbook. Edisi ke-2. CRC Press. Boca Raton, Florida. USA.

6. Usher, J. D. dan Cattell, G. S., Compact heat exchangers, in Developments in Heat Exchanger Technology—1 (D. Chisholm, ed.), Applied Science Publishers Ltd., London, U.K., 1980, hlm. 127–152.

7. Yilmaz, S. dan Samuelson, B., 1983. Vertical thermosyphon boiling in spiral plate heat exchangers, in Heat Transfer—1983, Seattle, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 79(225), hlm. 47–53.