Rancang Bangun Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube Satu Laluan Cangkang Dua Laluan Tabung Sebagai Pemanas Air Untuk Air Mandian Dengan Fluida Panas Air Belerang
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi diciptakan untuk mempermudah manusia melakukan kegiatan
atau pekerjaan. Di era globalisasi ini, teknologi tidak hanya digunakan untuk
mempermudah pekerjaan manusia, tetapi untuk meningkatkan nilai ekonomis
yang juga berdampak kepada tingkat kesejahteraan manusia itu juga. Pada masa
sekarang ini juga manusia dituntut untuk menciptakan teknologi yang efisien dan
efektif tanpa mengurangi performa dari teknologi tersebut.
Sebagai contoh, saat ini kebutuhan manusia akan air hangat sudah dapat
diperhitungkan. Oleh karena itu, manusia menciptakan alat yang dapat
menghasilkan air panas dengan memindahkan panas. Proses pemindahan panas
tersebut dapat berasal dari listrik yang menghasilkan panas yang kemudian
berpindah, dan dapat juga berasal dari fluida panas yang bersirkulasi yang
kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan air yang lebih panas dengan
menggunakan alat yang disebut heat exchanger (alat penukar kalor). Heat
exchanger adalah alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengubah temperatur
dan fasa suatu jenis fluida. Proses tersebut terjadi dengan memanfaatkan proses
perpindahan kalor dari fluida bersuhu tinggi menuju fluida bersuhu rendah.
Karena fungsinya yang sangat penting maka Alat Penukar Kalor ini secara luas
digunakan dalam berbagai bidang industri, misalnya: industri kimia, industri
permesinan, perminyakan, pembangkitan tenaga bahkan untuk industri kecil
seperti pasteurisasi, ekstraksi, kristalisasi dan sebaginya. Alat penukar kalor yang
akan dibuat mempunya fungsi untuk memanaskan air keran dengan fluida panas
air belerang untuk membasuh atau membersihkan diri setelah selesai mandi air
panas belerang. Alat ini dibuat untuk menghindari dampak buruk dari mandi air
panas belerang yaitu air panas belerang yang kita mandikan dengan suhu rata-rata
air belerang 45o C dan setelah itu membasuh diri dengan air keran yang berasal
dari mata air pegunungan dengan suhu air berkisar 25o C. Hal ini dapat berakibat
masuk angin, badan meriang dan bahkan demam pada manusia. Dan apabila
1
Universitas Sumatera Utara
2
setelah mandi air panas belerang badan tidak dibasuh atau dibersihkan, juga akan
berdampak kita menjadi susah tidur. Oleh karena itu, dirancanglah sebuah alat
penukar kalor dengan fluida panas air belerang sebagai pemanas air. Adapun air
belerang yang dimanfaatkan sebagai fluida panas juga didukung oleh
mencukupinya air belerang yang tersedia untuk dimanfaatkan sebagai fluida
panas.
Didalam dunia industri, peran heat exchanger sangat banyak digunakan.
Misalnya dalam industri pembangkit tenaga listrik, heat exchanger berperan
dalam peningkatan efisiensi sistem. Contohnya adalah ekonomizer, yaitu alat
penukar kalor yang berfungsi memanaskan feed water sebelum masuk ke boiler
menggunakan panas dari exhaust gas (gas buang). Selain itu, heat exchanger juga
merupakan komponen utama dalam mesin pendingin, yaitu berupa evaporator dan
kondensor. Misalnya juga pada industri zat kimia yang menginginkan suhu
tertentu untuk mencegah produk mereka membeku pada saat dialirkan. Dengan
melewatkan zat kimia dan fluida panas didalam alat peukar kalor secara
bersamaan, maka akan mengakibatkan terjadinya perpindahan panas, sehingga
temperatur zat kimia yang diinginkan dapat diperoleh.
Dalam perkembangannya heat exchanger mengalami transformasi bentuk
yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi sesuai dengan fungsi kerjanya .
bentuk heat exchanger yang sering digunakan adalah shell and tube. Dengan
berbagai pertimbangan bentuk ini, dinilai banyak keuntungan baik dari segi
fabrikasi, biaya, hingga unjuk kerja.
Heat exchanger merupakan media viral didalam dunia industri. Untuk itu
dalam tugas akhir ini direncanakan sebuah heat exchanger model shell and tube
satu laluan cangkang dan dua laluan tabung yang berfungsi sebagai pemanas air
namun tetap mengacu pada kaidah desain yang ada. Sehingga didapat keuntungan
sebagai metode pembelajaran mengenai proses desain, mekanisme kerja, hingga
unju kerja heat exchanger.
1.2 Perumusan Masalah
Pada tugas akhir ini, heat exchanger model shell and tube dirancang dengan
fluida yang digunakan pada bagian shell adalah air belerang yang berasal dari
2
Universitas Sumatera Utara
3
perut bumi dan pada tube adalah air. Pada sisi shell bersisi air belerang dengan
temperatur tinggi dan pada tube berisi air dengan temperatur rendah. Diharapkan
terjadi perpindahan kalor antar fluida tersebut sehingga mampu menaikkan
temperatur fluida dingin. Dalam proses pembuatan heat exchanger, desain tetap
mengacu pada standart internasional walaupun ada beberapa tahapan yang
disesuaikan dengan kondisi yang terbatas, yaitu dalam hal biaya dan tenaga. Oleh
karena itu muncul beberapa permasalahan, yaitu:
1. Proses desain heat exchanger shell and tube satu laluan cangkang dan dua
laluan tabungyang bisa dibuat sesuai dengan standart yang berlaku.
2. Suhu fluida panas yaitu air belerang dan fluida dingin yaitu air dianggap
konstan dengan suhu 60oC dan 25oC sebagai acuan awal perancangan alat
penukar kalor.
3. Kapasitas Aliran dianggap konstan.
4. Perhitungan dilakukan pada tekanan yang konstan
5. Sifat fisik air belerang dianggap sama dengan air, kecuali viskositas dan
densitas dari air belerang sesuai dengan pengujian yang didapat.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mendapatkan air panas yang bersih sebagai air basuhan mandi
pada pemandian air panas di desa Semangat Gunung, Tanah Karo
dengan memanfaatkan air belerang sebagai fluida panas menggunakan
alat penukar kalor.
2. Merancang dan memilih material alat penukar kalor yang berfungsi
sebagai pemanas air untuk air mandian dengan fluida panas air
belerang.
3. Membuat perhitungan dimensi dan membuat desain dari alat penukar
kalor shell and tubesatu laluan cangkang dan dua laluan tabung sebagai
pemanas air.
4. Membuat rangka dari alat penukar kalor shell and tube sebagai
pemanas air.
3
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Manfaat Penelitian
1. Pembuatan heat exchanger ini digunakan sebagai sarana latihan untuk
mendesain dan membuat serta menganalisa peralatan yang umum
ditemukan di dunia industri dengan menggunakan standart yang berlaku.
2. Rancangan Heat exchanger diharapkan dapat digunakan sebagai pemanas
air yang untuk air mandian.
3. Heat exchanger yang dibuat dapat digunakan sebagai sarana praktikum
konversi energi, khusunya mengenai perpindahan kalor.
1.5 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat, dan
ruang lingkup perancangan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini menjelaskan tentang dasar teori perpindahan kalor dan pengertian
serta prinsip kerja heat exchanger
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini menjelaskan tentang mesin dan alat yang digunakan , langkah
kerja dalam perakitan, dan pengambilan data.
Bab IV : Hasil Pengujian dan Pembahasan
Bab ini memaparkan secara rinci proses pengujian dan perhitungan data
yang dipeoleh pada saat pengujian mesin.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar
4
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi diciptakan untuk mempermudah manusia melakukan kegiatan
atau pekerjaan. Di era globalisasi ini, teknologi tidak hanya digunakan untuk
mempermudah pekerjaan manusia, tetapi untuk meningkatkan nilai ekonomis
yang juga berdampak kepada tingkat kesejahteraan manusia itu juga. Pada masa
sekarang ini juga manusia dituntut untuk menciptakan teknologi yang efisien dan
efektif tanpa mengurangi performa dari teknologi tersebut.
Sebagai contoh, saat ini kebutuhan manusia akan air hangat sudah dapat
diperhitungkan. Oleh karena itu, manusia menciptakan alat yang dapat
menghasilkan air panas dengan memindahkan panas. Proses pemindahan panas
tersebut dapat berasal dari listrik yang menghasilkan panas yang kemudian
berpindah, dan dapat juga berasal dari fluida panas yang bersirkulasi yang
kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan air yang lebih panas dengan
menggunakan alat yang disebut heat exchanger (alat penukar kalor). Heat
exchanger adalah alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengubah temperatur
dan fasa suatu jenis fluida. Proses tersebut terjadi dengan memanfaatkan proses
perpindahan kalor dari fluida bersuhu tinggi menuju fluida bersuhu rendah.
Karena fungsinya yang sangat penting maka Alat Penukar Kalor ini secara luas
digunakan dalam berbagai bidang industri, misalnya: industri kimia, industri
permesinan, perminyakan, pembangkitan tenaga bahkan untuk industri kecil
seperti pasteurisasi, ekstraksi, kristalisasi dan sebaginya. Alat penukar kalor yang
akan dibuat mempunya fungsi untuk memanaskan air keran dengan fluida panas
air belerang untuk membasuh atau membersihkan diri setelah selesai mandi air
panas belerang. Alat ini dibuat untuk menghindari dampak buruk dari mandi air
panas belerang yaitu air panas belerang yang kita mandikan dengan suhu rata-rata
air belerang 45o C dan setelah itu membasuh diri dengan air keran yang berasal
dari mata air pegunungan dengan suhu air berkisar 25o C. Hal ini dapat berakibat
masuk angin, badan meriang dan bahkan demam pada manusia. Dan apabila
1
Universitas Sumatera Utara
2
setelah mandi air panas belerang badan tidak dibasuh atau dibersihkan, juga akan
berdampak kita menjadi susah tidur. Oleh karena itu, dirancanglah sebuah alat
penukar kalor dengan fluida panas air belerang sebagai pemanas air. Adapun air
belerang yang dimanfaatkan sebagai fluida panas juga didukung oleh
mencukupinya air belerang yang tersedia untuk dimanfaatkan sebagai fluida
panas.
Didalam dunia industri, peran heat exchanger sangat banyak digunakan.
Misalnya dalam industri pembangkit tenaga listrik, heat exchanger berperan
dalam peningkatan efisiensi sistem. Contohnya adalah ekonomizer, yaitu alat
penukar kalor yang berfungsi memanaskan feed water sebelum masuk ke boiler
menggunakan panas dari exhaust gas (gas buang). Selain itu, heat exchanger juga
merupakan komponen utama dalam mesin pendingin, yaitu berupa evaporator dan
kondensor. Misalnya juga pada industri zat kimia yang menginginkan suhu
tertentu untuk mencegah produk mereka membeku pada saat dialirkan. Dengan
melewatkan zat kimia dan fluida panas didalam alat peukar kalor secara
bersamaan, maka akan mengakibatkan terjadinya perpindahan panas, sehingga
temperatur zat kimia yang diinginkan dapat diperoleh.
Dalam perkembangannya heat exchanger mengalami transformasi bentuk
yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi sesuai dengan fungsi kerjanya .
bentuk heat exchanger yang sering digunakan adalah shell and tube. Dengan
berbagai pertimbangan bentuk ini, dinilai banyak keuntungan baik dari segi
fabrikasi, biaya, hingga unjuk kerja.
Heat exchanger merupakan media viral didalam dunia industri. Untuk itu
dalam tugas akhir ini direncanakan sebuah heat exchanger model shell and tube
satu laluan cangkang dan dua laluan tabung yang berfungsi sebagai pemanas air
namun tetap mengacu pada kaidah desain yang ada. Sehingga didapat keuntungan
sebagai metode pembelajaran mengenai proses desain, mekanisme kerja, hingga
unju kerja heat exchanger.
1.2 Perumusan Masalah
Pada tugas akhir ini, heat exchanger model shell and tube dirancang dengan
fluida yang digunakan pada bagian shell adalah air belerang yang berasal dari
2
Universitas Sumatera Utara
3
perut bumi dan pada tube adalah air. Pada sisi shell bersisi air belerang dengan
temperatur tinggi dan pada tube berisi air dengan temperatur rendah. Diharapkan
terjadi perpindahan kalor antar fluida tersebut sehingga mampu menaikkan
temperatur fluida dingin. Dalam proses pembuatan heat exchanger, desain tetap
mengacu pada standart internasional walaupun ada beberapa tahapan yang
disesuaikan dengan kondisi yang terbatas, yaitu dalam hal biaya dan tenaga. Oleh
karena itu muncul beberapa permasalahan, yaitu:
1. Proses desain heat exchanger shell and tube satu laluan cangkang dan dua
laluan tabungyang bisa dibuat sesuai dengan standart yang berlaku.
2. Suhu fluida panas yaitu air belerang dan fluida dingin yaitu air dianggap
konstan dengan suhu 60oC dan 25oC sebagai acuan awal perancangan alat
penukar kalor.
3. Kapasitas Aliran dianggap konstan.
4. Perhitungan dilakukan pada tekanan yang konstan
5. Sifat fisik air belerang dianggap sama dengan air, kecuali viskositas dan
densitas dari air belerang sesuai dengan pengujian yang didapat.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mendapatkan air panas yang bersih sebagai air basuhan mandi
pada pemandian air panas di desa Semangat Gunung, Tanah Karo
dengan memanfaatkan air belerang sebagai fluida panas menggunakan
alat penukar kalor.
2. Merancang dan memilih material alat penukar kalor yang berfungsi
sebagai pemanas air untuk air mandian dengan fluida panas air
belerang.
3. Membuat perhitungan dimensi dan membuat desain dari alat penukar
kalor shell and tubesatu laluan cangkang dan dua laluan tabung sebagai
pemanas air.
4. Membuat rangka dari alat penukar kalor shell and tube sebagai
pemanas air.
3
Universitas Sumatera Utara
4
1.4 Manfaat Penelitian
1. Pembuatan heat exchanger ini digunakan sebagai sarana latihan untuk
mendesain dan membuat serta menganalisa peralatan yang umum
ditemukan di dunia industri dengan menggunakan standart yang berlaku.
2. Rancangan Heat exchanger diharapkan dapat digunakan sebagai pemanas
air yang untuk air mandian.
3. Heat exchanger yang dibuat dapat digunakan sebagai sarana praktikum
konversi energi, khusunya mengenai perpindahan kalor.
1.5 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat, dan
ruang lingkup perancangan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini menjelaskan tentang dasar teori perpindahan kalor dan pengertian
serta prinsip kerja heat exchanger
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini menjelaskan tentang mesin dan alat yang digunakan , langkah
kerja dalam perakitan, dan pengambilan data.
Bab IV : Hasil Pengujian dan Pembahasan
Bab ini memaparkan secara rinci proses pengujian dan perhitungan data
yang dipeoleh pada saat pengujian mesin.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar
4
Universitas Sumatera Utara