NAMA : M.WAWAN IRFANDI AR

NIM : D211 12 271

PENGERTIAN ALAT PENUKAR KALOR

Heat Exchanger

Heat Exchanger adalah alat penukar panas yang dapat digunakan untuk memanfaatkan atau mengambil panas dari suatu fluida untuk dipindahkan ke fluida lain. Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke fase cair atau dari fase uap ke fase cair.Klasifikasi heat exchanger berdasarkan fungsinya yaitu:1.      Heat exchangerAlat ini menjalankan dua fungsi yaitu

a. memanfaatkan fluida dinginb. menggunakan fluida panas yang didinginkan

Hampir tidak ada panas yang hilang di dalam perpindahan panas. Tipe heat exchanger yang banyak digunakan adalah

1). Tipe shell and tubeTipe ini mempunyai luas penampang perpindahan panas yang besar jika dibandingkan dengan tipe double pipe. Oleh karena itu tipe ini banyak digunakan dalam industri minyak dan gas bumi.

2). Tipe double pipeTipe ini dipergunakan bila aliran fluida tidak terlalu banyak (luas perpindahan panasnya tidak terlalu besar). Tipe ini akan lebih efektif bila digunakan dengan memakai sirip (fin), apabila fluida berbentuk vapor atau viscous.

2.      CoolerAlat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida cair, gas dengan menggunakan mediapendingin air atau udara.

Tipe-tipe cooler, antara lain:

a. tipe pipe coil

1). Spiral COIL2). PIPE COIL3). Box cooler (lebih baik/bagus yang tube-3 dan shell)

b. Tipe air cooler

media pendingin yang digunakan adalah udara

3.      CondenserAlat ini berfungsi untuk mengembunkan uap atau campuran uap. Sebagai media pendingin biasanya digunakan air. Umumnya condenser memiliki tipe shell and tube dan dapat mempunyai dua tipe yaitu tipe vertical dan tibe horizontal yang masing-masing mempunyai keuntungan sendiri-sendiri.

Tipe-tipe condenser berdasarkan fungsi:

a. Partial condenser

Condenser ini memiliki fungsi hanya mengembunkan sebagian dari total uap yang dihasilkan (kondensat) yang dipakai sebagai reflux. Condenser ini biasanya dipasang dekat puncak dalam fraksinasi.

b. Overhead condenser

Condenser ini memerankan 3 hal pada saat bersamaan yakni mendinginkan uap, mengembunkan uap menjadi cairan, kemudian mendinginkan  menjadi cairan tersebut

c. Surface condenser

Condenser ini berfungsi untuk mengkondensasikan steam, yang mana kondensasi ini dijalankan dengan tekanan vakum dari 1 sampai 1,5 inHg absolute. Untuk membuat tekanan vakum digunakan ejector.

4.      HeaterAlat ini berfungsi untuk memanaskan fluida cair atau uap dengan menggunakan steam atau air panas yang mana dengan memberikan sensible heat5.      EvaporatorAlat ini berfungsi untuk mendinginkan  atau menguapkan fluida cair dengan menggunakan steam atau media panas lainnya.6.      ChillerAlat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida pada temperature rendah. Sebagai media pendinginnya dapat digunakan air, propane, Freon, ataupun amoniak7.      ReboilerBiasanya dihubungkan dengan dasar kolom fraksionasi atau stripper untuk melengkapi panas pendidihan yang diperlukan untuk destilasi. Sebagai media pemanas dapat berupa steam atau

fluida panas (misalnya residu). Tipe dari alat ini adalah tipe ketel dengan tipe shell and tube, dimana shell membesar untuk memindahkan penguapan. Selain itu dapat digunakan furnace.

Macam-macam reboiler:

a. Natural Circulation/thermosiphon reboiler yang memdidih diperoleh dengan mempertahankan head yang cukup dari liquid untuk melengkapi sirkulasi.

b. Forced circulation reboiler dengan menggunakan  pompa untuk mendorong liquid masuk reboiler

8.      Air cooled exchanger (air cooler)Air cooler exchanger digunakan untuk mendinginkan fluida pada suhu ambient dengan udara. Diklasifikasikan sebagai berikut

a. Forced draft

Bila letak tube pada daerah discharge dan fan

b. Induced draft

Bila letak tub pada daerah suction dan fan

Klasifikasi Heat Exchanger berdasarkan kontruksinya:1.      Fixed tube sheet

Kedua tube sheet tepat pada shell. Kelemahan dari tipe ini adalah jika perbedaan suhu telalu besar maka tube akan bengkok

2.      Floating Heat/tube sheet (removeable and non removeable bundles)Satu tube sheet ‘loates’ dalam shell, yang lain tepat pada shell. Tipe ini dapat digunakan pada suhu tinggi (>200oF), dapat dioperasikan pada fluida yang kotor

3.      U-tube, U-bundleHanya pada satu tube sheet dioperasikan pada tube bentuk U. dapat digunakan pada suhu yang tinggi.

4.      KettleTube bundle removable sebagai tipe U dan floating head. Shell membesar untuk memudahkan pendidihan dan penguapan.

5.      Double pipeMasing-masing tube mempunyai shell sendiri-sendiri untuk membentuk ruang annulus. Biasa digunakan finned tube

6.      Pipe coilTipe pipe coil yaitu:

a. Spiral coil

Coil yang direndam dal;am box coil yang berisi air, digunakan untuk pemanasan dan pendinginan. Coil berbentuk spiral.

b. Pipe coil

Biasa dipasang pada dasar suatu tankiuntuk memanaskan isi tanki dengan aliran steam dalam pipa. Dapat berbentuk hair pain, spiral, tipe ring.

c. Box coil

Pendinginan dilakukan dengan jalan mengalirkan fluida panas dalam suatu coil yang tercelup dalam media pendingin air.

Klasifikasi Heat exchanger berdasarkan Standar TEMA.TEMA (Tubular Exchanger Manufacturing Assosiation), mengklasifikasikan HE

berdasarkan perencanaan dan pembuatannya menjadi tiga kelas yaitu:1.      Hean exchanger kelas ‘R’ umumnya digunakan untuk industri minyak dan peralatan

untuk proses tersebut2.      Heat exchanger kelas ‘C’ umumnya digunakan untuk keperluan komersil3.      Heat exchanger kelas ‘B’ umumnya digunakan untuk proses kimia.

Klasifikasi heat exchanger berdasarkan jenis alirannya:1.      Heat exchanger counter current (aliraran berlawanan arah)

Jika aliran kedua fluida yang mengalir dalam HE berlawanan arahnya2.      Heat exchanger co-current (aliran searah)

Jika aliran fluida yang didinginkan dengan media pendinginnya searah.3.      Hear exchanger cross current (aliran silang)

Jika aliran fluida yangmengalir dalam HE saling memotong arah

Alat Penukar Panas Dilihat dari arah Aliran dan Tube Layout

Apabila ditinjau aliran fluida alat penukar panas ini dibagi dalam tiga macam aliran, yaitu:1.      Aliran sejajar2.      Aliran berlawanan arah atau counter flow3.      aliran kombinasi

Susunan tube (tube layout) akan mempengaruhi baik bruknya perpindahan panas. Disamping itu, pemilihan harus mempertimbangkan system pemeliharaan yang akan dilakukan. Pembersihan tube dengan mekanikan atau secara kimiawi akan mempengaruhi pemilihan dari tube. Selain susunannya yang terjadi, aliran laminar atau turbulen, bersih atau kotor fluida yang mengalir. Susunan tube terdiri dari:1.      Tube dengan susunan bujur sangkar (In-line square pitch)

2.      Tube dengan susunan segitiga samam sisi (Triangular pitch)3.      Tube dengan susunan berbentuk belah ketupat (Diamond square pitch)4.      Tube dengan susunan segitiga diputar 60oC (Rotated triangular pitch)

 Shell and Tube Heat exchangerSecara keseluruhan komponen utama penyusun shell and tube heat exchanger adalah:

1.      ShellBiasanya berbentuk silinder yang berisi tube bundle sekaligussebagai wadah mengalirnya zat

2.      Head stationerHead stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar panas. Pada bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang mengalir kedalam tube.

3.      Head bagian belakangHead bagian belakang ini terletak diujung lain dari alat penukar panas

4.      Sekat (baffle)Sekat digunakan untuk membelokkan atau membagi aliran dari fluida dalam alat penukar panas. Untuk menentukan sekat diperlukan pertimbangan teknis dan operasional. Macam-macam baffle yaitu:

a.     Horisontal cut baffle

1)      Baik untuk semua fase gas atau fase liquid dalam shell2)      Baik ada dissolves gas dalam liquid yang dapat dilepaskan dalam heat exchanger maka

perlu diberi ‘notches’ dalam baffle

b.     Vertical cut baffle

Baik untuk liquid yang membawa suspended matter atau yang heavy fouling fluida

c.      Disc and doughtnut baffle

1)      Fluida harus bersih, bila tidak akan terbentuk sediment dibelokkan doughtnut2)      Kurang baik, sebab bila ada dissolved gas yang terlepas, bias dilepaskan melalui top  dari

doughtnut, bila ada kondensat liquid tidak dapat di drain tanpa large ports pada doughtnut.

d.       Baffle dengan annular orifice

Baffel ini jarang digunakan kerena terdiri dari full circular plate dengan lubang-lubang untuk semua tube.

e.     Longitudinal baffle

Digunakan pada shell side untuk membagi aliran shell side menjadi dua atau beberapa bagian untuk memberikan kecepatan yang lebih tinggi untuk perpindahan panas yang lebih baik.

5.  TubeTube merupakan pemisah dan sebagai pengantar panas yang berbeda suhunya diantara dua zat yang berada di dalam suatu alat. Pemilihan tube ini harus sesuai dengan suhu, tekanan, dan sifat korosi fluida yang mengalir.Tube ada dua macam, yaitu:

a.     Tube polos (bare tube)b.      Tube bersirip (finned tube)

6. Tube sheetBerfungsi sebagai tempat duduk tube bundle pada shell

7.       Channel and pass partitionChannel merupakan tempat keluar masuknya fluida pada tube, sedangkan pass partition merupakan pembatas antara fluida yang masuk dan  keluar tube.

 8.      Shell cover and channel coverShell cover and channel cover adalah tutup yang dapat dibuka pada saat pembersihan.

Fouling factor (Rd)

              Dalam heat exchanger, fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki dipermukaan penukar panas yang terkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengedapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses-proses biologi.              Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan perpindahan panas, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi maupun perawatan. Akibatnya terjadinya fouling, ukuran penukar panas menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu shut down dapat lebih panjang, dan biaya perawatan meningkat.Antisipasi terhadap terjadinya fouling dalam perancangan , dengan memiliki variable operasi dan konfigurasi yang tepat, dapat menekan terjadinya fouling dan kerugian diatas.Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan :

1.      Menekan potensi fouling, misalnya dengan penyaringan2.      Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi3.      Menepatkan nozzle ( tube side dan shell side ) di permukaan tertinggi atau     terendah

pada heat exchanger, untuk menghindari terjadinya kantung-kantung gas ataupun

kantung volume fluida diam. Interface gas cair merupakan lokasi terjadinya korosi, dan kantung udara diam memungkinkan terjadinya pengendapan.

              Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger. Kotoran ini berupa lumpur, polimer, dan deposit lain yang terbentuk di bagian dalam maupun bagian luar dinding tube exchanger. Nilai ini digunakan untuk mendesain agar mengetahui hambatan yang masih diperbolehkan selama operasi normal sebelum pembersihan.              Fouling factor tergantung pada nilai koefisien perpindahan panas ke seluruh permukaan bersih, Uc, dan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor, Ud. Jika fouling factor makin besar efisiensi perpindahan panas semakin menurun dan akibatnya pressure drop makin besar.              Secara umum yang dapat menyebabkan terjadinya fouling pada alat operasi adalah :

1.      Hard Deposit, yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi maupun cooking2.      Porous Deposit, yaitu kerak yang berasal dari dekomposisi dari kerak keras3.       Loss Deposit, yaitu berasal dari deposit seperti lumpur dan material lunak yang lain.

MEKANISME ALAT PENUKAR KALOR

A.    Prinsip Kerja Heat Exchanger1.      Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan  suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

a.    Konduksi (hantaran)Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar

yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas.

Panas dipindahan sebagai energi kinetik dari suatu molekul ke molekul lainnya, tanpa molekul tersebut berpindah tempat. Cara ini nyata sekali pada zat padat.

Daya hantar panas konduksi (k) tiap zat berbeda-beda. Daya hantar tinggi disebut penghantar panas (konduktor panas) dan yang rendah adalah penyekat panas (isolator panas ).

Q = k * A * (T1-T2) / L

 A : luas bidang perpindahan panas

L : Panjang jalan perpindahan panas(tebal)

q ; panas yang dipindahkan

b.   Konveksi (aliran/edaran)Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau

zat tersebut secara fisik.

Panas dipindahkan oleh molekul-molekul yang bergerak (mengalir). Oleh karena adanya dorongan bergerak. Disini kecepatan gerakan (aliran) memegang peranan penting. Konveksi hanya terjadi pada fluida

     Q = h * A * (T2 – T1)

h = koefisien perpindahan panas suatu lapisan fluida.

Q = panas yang dipindahkan

A = luas perpindahan panas

Dalam melaksanakan operasi perpindahan panas, perlu diperhitungkan:

           jumlah panas yang dipindahkan (q)           perbedaan suhu (T)           tahanan terhadap perpindahan panas (R).

Persamaan utama yg menghubungkan besaran – besaran diatas adalah::

q = A * (T2 – T1) / R = U * A * (T2 – T1)

q = jumlah panas yang dipindahkan

R = tahanan terhadap perpindahan panas

U = 1/R = Koefisien perpindahan panas keseluruhan, gabungan antara konduksi dan konveksi (k.W / m2. C )

Harga U atau R tergantung pada :

      Jenis zat (daya hantar)      Kecepatan aliran      Ada tidaknya kerak.

c.    Radiasi (pancaran)Perpindahan panas  tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat

dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.

Panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Perpindahan seperti ini tidak memerlukan zat antara/media.

Q = σ . T4

Q = jumlah panas yang dipancarkan

T = suhu mutlak

σ = tetapan Stefan – Boltzman, = 4,92 kkal / (jam. m2.K4 )

d.   Hubungan U dengan k dan h                   1/U = 1/ha + x/k + 1/hb Atau R = Ra + Rk + Rb

Adanya kotoran/endapan (kerak) akan memperbesar tahanan terhadap perpindahan panas atau memperkecil U, sehingga persamaan menjadi:

                  1/U = R = Ra + Rk + Rb + Rf

Rf : tahanan karena fouling (kotoran)

e.    Isolasi PanasMencegah kehilangan panas alat –alat, pipa-pipa steam/gas yang bersuhu tinggi ke

sekeliling yang suhunya lebih rendah, atau sebaliknya.

Untuk alat-alat dengan suhu rendah, isolasi mencegah masuknya panas karena suhu sekitarnya yang lebih tinggi.Isolasi juga mencegah bahaya yang dapat timbul bila orang menyentuh permukaan benda yang panas atau dingin sekali.

Bahan Isolasi: - daya hantar panas rendah

- dapat menahan arus konveksi

- disesuaikan dengan suhu

Permukaan datar: makin tebal, makin sedikit panas yang hilang

f.     Perbedaan Suhu Rata-rataDalam perpindahan panas perbedaan suhu mengendalikan laju pemindahan panas. Suhu

fluida dalam alat sering tidak tetap. Untuk perhitungan digunakan perbedaan suhu rata-rata.

(T2 – t2) – (T1 – t1)

∆T = --------------------------

Ln (T2 - t2) / (T1 - t1)

Perbedaan suhu ini disebut perbedaan suhu rata-rata logaritma (log mean temperature diffrence) disingkat LMTD

   Q = U * A *(Δ T) LMTD

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida padatemperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

a.         Secara kontak langsung

panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.

b.         Secara kontak tak langsung

Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

Yamaha Vega RR

MESIN

Tipe Mesin 4-Stroke, 2-Valve SOHC, Berpendingin udara (Air Cooler)

Jumlah / Posisi Silinder Silinder Tunggal / Mendatar

Volume Silinder 114cc

Rasio Kompresi 9.30 : 1

Daya Maksimum 8.16PS (6.0KW)/7500rpm

Torsi Maksimum 8.3N.m (0.85Kgf/m)/4500rpm

Sistem Starter Elektrik Starter & Kick Starter

Sistem Pelumasan Basah

Fuel Supply System Karburator

Tipe Kopling Basah, Kopling Sentrifugal, Multiplat

Tipe Transmisi 4-Speed

Pola Pengoperasian Transmisi N-1-2-3-4

Menurut blog Bossa-Racing, yang melakukan uji konsumsi dengan bahan bakar Premium, konsumsi bahan bakar Yamaha Vega RR ada di angka 46.2Km/liter, cukup irit untuk motor kelas ekonomi dengan kapasitas 115cc. Sedangkan kecepatan maksimum yang dapat dicapai ada di angka 100Km/jam.V