Fluida dalam shell atau dalam tube

Selama tidak terjadi perubahan fasa fluida, berikut ini beberapa faktor yang harus diperhatikan:

Cleanability :Fluida yang bersih biasanya dialirkan sebelah shell dan fluida yang kotor melalui tube (membersihkan sisi shell jauh lebih sulit).

Korosi :Pada banyak hal, fluida yang korosif selalu dialirkan di sisi tube, untuk menekan biaya karena mahalnya harga logam paduan.

Tekanan kerja :Shell yg bertekanan tinggi, diameter besar, akan diperlukan dinding yang tebal, ini akan mahal.Fluida bertekanan tinggi, lebih baik dialirkan melalui tube.

Fouling factor (RD)

Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di permukaan HE yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan heat transfer.

Temperatur fluida (T)

Fluida bertemperatur tinggi memerlukan paduan khusus, juga menurunkan tegangan yg dibolehkan (allowable stress) pada material, untuk menekan biaya lebih baik dialirkan melalui tube.

Penempatan fluida panas pada sisi tube juga akan mengurangi temperatur permukaan shell sehingga mengurangi kehilangan panas dan memberikan keamanan pada para pekerja.

Penurunan tekanan (Pressure drop) (∆P)

Apabila penurunan tekanan merupakan hal yang kritis dan harus ditinjau secara teliti, maka sebaiknya dialirkan melalui sisi tube. Penurunan tekanan di dalam tube dapat dihitung secara teliti, sedangkan pressure drop sisi shell dapat menyimpang sangat besar dari nilai teoritis, tergantung pada clearance (C ) .

Untuk penurunan tekanan yg sama, koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi akan didapat pada sisi tube dari pada sisi shell, untuk itu fluida yg tidak dikehendaki adanya penurunan tekanan yg besar sebaiknya dialirkan di sisi tube.

Nama : Citra Satiti

Nim : 135061100111020

Kelas : B

menentukan  ukuran tube (termasuk diameter dan panjang tube) , susunan tube, material tube, penempatan fluida proses apakah pada tube side (pada tube) atau shell side (

pada shell ).  Terdapat 4 jenis tube yang dapat digunakan yaitu :

1. Plain tube

2. Finned Tube

3. Duplex atau Bimetallic tube

4. Enhanced Suface Tube

untuk perhitungan tahap preliminary design dapat menggunakan  plain tube, Ukuran standar diameter luar tube yang digunakan adalah 16 – 25 mm, Apabila STHE digunakan untuk fluida yang memiliki tingkat fouling yang cukup tinggi, sebaiknya gunakan tube dengan diameter yang lebih besar hal ini dimaksudkan untuk memudahkan pembersihan pada bagian tube. Sebagai panduan awal, gunakan tube berdiameter luar sebesar 19.05 mm dan panjang 3.66 m. Pemilihan material tube dapat disesuaikan dengan kondisi operasi maupun dari jenis fluida ( misalnya apakah fluida tersebut berpotensi menyebabkan korosi dengan cepat atau tidak ) yang digunakan, beberapa jenis material yang digunakan antara lain, Carbon steel, low-and high alloy steel, stainless steel, bronze, alloy copper & nickel dan lain – lain. Umumnya terdapat empat susunan tube yaitu ,

1. Triangular ( 30o )

2. Rotate square ( 60o )

3. Square ( 90o ) dan

4. Rotate square ( 45o )

Susunan triangular memberikan nilai perpindahan panas yang lebih baik bila dibandingkan dengan susunan rotate square dan square karena dengan susunan triangular dapat menghasilkan turbulensi yang tinggi, namun begitu  tube yang disusun secara triangularakan menghasilkan  pressure drop ( penurunan tekanan ) yang lebih tinggi dari pada susunan rotate square dan square. Apabila fluida yang digunakan memiliki tingkat fouling yang tinggi dan memerlukan pembersihan secara mekanik ( mechanical cleaning ) susunan tube secara triangular tidak digunakan, sebaiknya digunakan susunan square, apabila jenis cleaning yang digunakan adalah chemical cleaning, maka susunan tube secara triangular dapat diperimbangkan kembali, mengingat untuk chemical cleaning tidak memerlukan akses jalur ruang ( acess lanes ) yang lebih seperti pada mechanical cleaning. Tube pitch dapat diartikan sebagai jarak terdekat antara dua tube yang diukur dari masing – masing titik tengah kedua tube tersebut. Nilai pitch, Pt, yang umum digunakan adalah 1.25 kali diameter luar tube.

Pt = 1.25 Do

Viscositas

koefisien perpindahan panas total terdiri dari koefisien panas individu baik pada shell dan tube serta ditambah dengan faktor fouling. Baik pada koefisien perpindahan panas shell maupun tube sama - sama dipengaruhi oleh kecepatan alir ( linear velocity ), kecepatan alir tersebut merupakan salah satu variable pada bilangan Reynold. Pada tube kita bisa saja menaikkan kecepatan alir dengan membuat variasi jumlah pass, namun tentunya hal ini ada batas atau limitnya, sedangkan pada shell dengan memperkecil jarak antar baffle ( baffle spacing ) kita dengan mudah dapat menaikkan kecepatan alir.

Dengan memperkecil jarak antar baffle maka diharapkan terjadi peningkatan pada cross flow velocity shell, dengan meningkatnya cross flow velocity diharapkan tingkat turbulensi fluida juga akan semakin tinggi dengan begitu akan meningkatkan koefisien perpindahan panas shell. Baffle pada shell disamping memiliki fungsi sebagai peningkat cross flow velocity shell juga memiliki fungsi sebagai penahan atau support dari tube. Namun begitu seperti yang telah disunggung diatas , tidak tertutup kemungkinan viscous fluid di bagian tube, hal ini berlaku jika fluida tersebut memiliki tingkat korosi yang tinggi.

untuk flowarate yang rendah, sebaiknya fluida tersebut ditempatkan dibagian shell. Yang perlu diperhatikan adalah bahwa nilai koefisien perpindahan panas baik pada tube maupun shell adalah fungsi dari dua buah bilangan yaitu Re dan Pr ( prandtl ), Pr adalah fungsi dari kapasitas panas, viskositas dan thermal konduktifitas. Jika pada tube, Re berbanding terbalik dengan nilai viskositas, maka bilangan Pr, nilai Pr berbanding lurus dengan viskositas, namun begitu bilangan Re lebih dominan dari pada bilangan Pr, sehingga untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas baik pada tube dan shell lebih cenderung dilakukan usaha – usahan untuk menaikkan nilai bilangan Re dari pada bilangan Pr.

Temperature

Untuk aliran fluida dengan temperature yang cukup tinggi sebaiknya ditempatkan dibagian tube, mengingat dengan menempatkan fluida tersebut dibagian tube akan dapat mengurangi overall cost , fluida dengan temperature yang tinggi memerlukan material yang khusus ( special alloys ), jika fluida bertemperature tinggi ditempatkan pada bagian shell, maka sebaiknya bagian permukaan shell tersebut ( bagian luar shell yang memiliki kontak lansung dengan lingkungan ) sebaiknya diisolasi, apabila hal ini tidak dilakukan maka akan terjadi Heat loss. untuk proses - proses yang memerlukan pemanasan seperti Heater, tentu saja hal ini akan sangat merugikan mengingat besarnya heat loss yang terjadi, karena fluida panas yang seharusnya memberikan panas ke fluida dingin harus kehilangan panas ( ke lingkungan ).

Koefisien overall perpindahan panas (U)

menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.

Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas (α).

Karena luas perpindahan panas tidak konstan, sehingga dalam praktek dipilih luas perpindahan panas berdasarkan luas dinding bagian luar.

Selisih temperatur rata-rata logaritmik (T LMTD).

LMTD : perbedaan temperatur yang dipukul rata-rata setiap bagian HE. Karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama.

FT dihitung karena di dalam tube terjadi perubahan arah aliran. Sebagai contoh untuk 1-2 exchanger, lewatan merupakan gabungan antara aliran searah dan lawan arah. Dengan demikian dalam 1-2 exchanger tersebut jika dihitung LMTD untuk countercurrent maka harus dihitung faktor koreksi FT nya.

Temperatur kalorik (Tc)

Temperatur rata-rata fluida yang terlibat dalam pertukaran panas. Dihitung untuk fluida dengan viskositas > 1 cP.

Tc = T2 + Fc(T1-T2)

tc = t1 + Fc(t2-t1)

menghitung flow area

luas penampang yang tegak lurus arah aliran.

shell : as

C’ = PT – OD

B = maksimum = IDshell (pers. 11.3 Kern, 1965, hal 226)

Minimum = IDshell/5 (pers. 11.4 Kern, 1965, hal 226)

tube : at

hi & ho

film koefisien hi & ho adalah suatu ukuran aliran panas per unit permukaan dan unit perbedaan temperatur yang mengindikasikan laju perpindahan panas.

Nu = bilangan Nuselt

(tergantung banyak parameter tergantung rumusnya siapa yang dipakai), untuk rumus sederhananya Nu tergantung Bilangan Reynold (Re) dan Bilangan Prandtl (Pr) fluidanya dan konstantanya.