SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGEOleh : Ir. Agus Djauhari

I. PENDAHULUANI.1. Latar Belakang

Penukar panas jenis ini terdiri dari satu bundel pipa (tube) yang dipasang paralel dan ditempatkan dalam sebuah cangkang yang dinamakan cangkang (shell). Untuk meningkatkan efisiensi dari penukar panas ini dipasang sekat (buffle). Pemasangan sekat bertujuan membuat aliran didalam cangkang bergolak (turbulen) yang berakibat juga bertambahnya waktu tinggal (residence time). Namun sisi lain dari kerugian pemasangan sekat ini adalah naiknya beban kerja karena bertambahnya beban pompa. Bahan penukar panas ini dipilih berdasarkan fluida yang digunakan, biasanya terbuat dari logam dan paduannya. Selain itu kondisi operasi dengan tekanan tinggi, sifat fluida yang korosif dan juga suhu dalam alat yang tidak seragam juga menjadi pertimbangan pemilihan bahan penukar panas ini.Penukar panas jenis Shell and Tube ini merupakan penukar panas paling umum dan sangat luas digunakan di industri proses. Bentuk dan rancangan sangat beragam dapat dijumpai untuk penukar pana jenis ini. Demikian pula pemakaiannya dapat berupa penukar panas biasa, kondensor, reboiler, evaporator, boiler dan lainnya.

I.2. Tujuana. Memahami cara kerja peralatan shell and tubeb. Menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) dengan cara neraca energi

dan menggunakan persamaan empiris.c. Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas

keseluruhan (U)d. Menghitung efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan kalor yang

diterima fuida.

II. TEORYJenis penukar panas shell and tube yang digunakan adalah 1 shell pass dan 2 tube pass (1-2 Exchanger) seperti gambar dibawah ini.

Alat yang digunakan dalam praktikum mempunyai ukuran :Panjang pipa dan shell 1200 mmDiameter shell 375 mmDiameter pipa luar 32 mmDiameter pipa dalam 27,8 mmJumlah sekat 13

Susunan pipa dalam shell dapat berbentuk in-line (a) dan staggered (b)

Sedangkan susunan pipa yang ada didalam alat yang digunakan adalah in-line (a) dan ratio antara Sn/D = Sp/D = 1,25Gambar profil temperatur dari penukar panas ini adalah :

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)a. Menggunakan Neraca Energi

Q=U . A .△ T m

U= QA .△T m

△Tm = FT . △Tlm

Harga Q dapat dihitung dari :Q = (M.Cp.△T)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas

= (M.Cp.△T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

η=(M .Cp .△T )2(M .Cp.△T )1

x100%

Q = Laju Alir Kalor (Watt)A = Luas Permukaan (m2)U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)△Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△T lm=△ T 1−△T 2

ln△ T1△ T2

Untuk Aliran Counter-current△T1 = Thi – Tco△T2 = Tho – TciUntuk Aliran Co-current△T1 = Tho – Tco△T2 = Thi – Tci

Harga FT dapat diperoleh dari kurva dibawah :

b. Menghitung (U) Menggunakan Persamaan EmpirisUntuk pipa sepanjang L

U= 11

hi . Ai+△ XK . Ar

+1

hoAo

U= 1

1hi .2 π .ri . L

+ln (

rori

)

K .2π .L+

1ho .2π . ro .L

( hi,ho) = Koefisien pindah panas konveksi insde dan outside (W/m2.K) ;( K) = Koefisien Konduksi (W/m.K); (ri,ro) diameter (m) inside dan outside pipa yang kecil dan L panjang pipa yang diameternya kecil (m).Harga (ri,ro) dan L dapat diukur dari alat, harga K bahan SS-204 dapat diperoleh dari buku referensi dan hi dan ho dihitung dari persamaan empiris.

Persamaan untuk menghitung hi

Untuk aliran laminer Nre < 2100

N NU=hi .DK

=1,86 [N ℜ . N Pr .DL

]1 /3

[ μbμw

]0,14

Untuk aliran turbulen Nre> 6000 dan L/D > 60

N NU=hi .DK

=0,027[Nℜ ]0,8[N Pr ]13 [ μbμw

]0,14

Koreksi harga hi apabila L/D < 60 ; 2<(L/D)<20

hi 'hi

=1+[ DL

]0,7

20<(L/D)<60hi 'hi

=1+6[ DL

]

Untuk Aliran transisi

Persamaan Untuk Menghitung ho

N Nu=C .¿

Harga m dan C dapat diperoleh dari tabel dibawah:

Darga D untuk menghitung Nre diperoleh dengan pendekatan :

D=√ 4. AeπAe Adalah luas efektif yang dilewati fluida diantara pipa dalam anulus, yaitu luas permukaan penempang shell dikurangi jumlah luas penampang semua pipa.

III. PERCOBAANIII.1. Alat dan Bahan

a. Seperangkat alat shell and tubeb. Sumber Steamc. Fluida (air)

III.2. Langkah Kerjaa. Mengutamakan laju alir dingin dahulu sebelum pengaturan air panas

menggunakan steam.b. Pastikan semua kerangan sudah siap.c. Ambil data untuk variasi aliran panas tetap dan aliran air dingin tetap

III.3. Tabel dataLaju air panas =

NoLaju air dingin Suhu (oC)

L s L/s Thi Tho Tci Tco12345678

Buat tabel yang sama untuk akiran air dingin tetap

IV. KESELAMATAN KERJAHati-hati pada saat menjalankan operasi, pemanasan airr menggunakan steam, perhatikan apabila ada kebocoran steam

V. HASIL YANG DISAJIKANV.1.Buat tabel seperti dibawah ini sesuai dengan perhitungan dan pengolahan data dari

percobaan yang telah dilakukanLaju alir air tetap dingin

Laju (qi) (qo) 𝜂 (hi) (ho) U

Buat tabel yang sama untuk variasi percobaan yang lain

V.2.Buat kurva hubungan antara U terhadap laju alir air.V.3.Untuk laju alir dingin tetap, buat kurva hububgan antara qo dan qi vs laju alir V.4.Buat kurva yang sama dengan 5.3 untuk laju alir panas tetap

VI. PEMBAHASANVI.1. Bahas hasil perhitungan 𝜂 sesuai dengan tabel 5.1VI.2. Bahas kurva hubungan antara U terhadap laju alir air (kurva 5.2)VI.3. Bahas pengaruh jumlah kalor yang dipertukarkan, 𝜂