Evaluasi Kinerja Heat Exchanger
EVALUASI KINERJA HEAT
EXCHANGER DENGAN METODE FOULING FAKTOR
Bambang Setyoko *)
! "! # $ ! # ! !%
&!
' (! ! )
! *) )$!
!
#
$
!
#!
# !
! '! # (!" ) !" ! !
(() )
! )
!
!
!
! # !
#! )
! !%
&!
(! ! !
! ! !##!
# ! !
$
$!
! # ! ! $ !)
#! ) !" ! ! !( ' # ) & #
+# * ) )
# ) &
)
! ! '"! # # ) & ) ! " ! )") )
# )( (!" ) )
# )(
! !
! $) ! (!" ) # $) &
!) !
( !
!
# ! # #) !
! )
! !
# ) &#
) ) ! ! *) )$!
! )( (!" )
)( "
! ! !%
&!
) ! ! *) ) ! ) & !$"!
! ( (! ! ) & -! ) '
) !!
*!
)
! !#) )!
!
-!
. / 01 # , 2) #
.
3
4!
! ( "! )
!
3
4) ("!
! ( "! )
! 3 .
4) ) !
!
( ( # " $! !
$!
) 5! !%
&! )
!
! )-) ' (
"!
*)
! ) &
!' * ( 6 ! !%
&! # ) & #
Alat penukar panas (5!
%
&! ) adalah suatu
peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu
fluida yang mempunyai temperatur yang lebih tinggi
ke fluida lain yang temperaturnya lebih rendah, baik
secara langsung maupun tidak langsung. Dalam hal
ini 5!
%
&! digunakan sebagai pemanas
pendahuluan sebelum
(! ) masuk dalam #
!
dengan menggunakan residu sebagai media pema5
nasnya. Hal ini diperhitungkan untuk menghemat
biaya dalam penyediaan bahan bakar #
!.
5!
!%
&! yang digunakan adalah tipe !
(
!, dimana ! dilalui oleh fluida panas (residu)
sedangkan
! dilalui oleh fluida dingin ( (! ) ).
5! !%
&! ini juga berfungsi untuk menurunkan
temperatur dari solar sebelum masuk ke
! .
Apabila heat exchanger tersebut telah dioperasikan
beberapa waktu, maka akan terjadi penurunan unjuk
kerja dari alat tersebut.
Penurunan unjuk kerja bisa jadi disebabkan oleh
terbentuknya kerak, korosi, kebocoran, maupun aliran
fluida yang menyebabkan friksi terhadap dinding alat.
Penurunan kinerja ini bisa dilihat dari parameter5
parameter seperti " !
! ( " tinggi, serta ()
#
(Rd) melebihi harga yang diizinkan. Berda5
sarkan pada pertimbangan diatas maka unjuk kerja
alat penukar panas dapat dievaluasi secara periodik.
Tujuan penelitian yaitu mengevaluasi unjuk kerja
!
!%
&! yang berfungsi sebagai pemanas
(! ) yang menggunakan solar sebagai media
pemanas dengan menghitung () #
dan " !
!
( " untuk mengetahui unjuk kerja pemanas
(!
) berdasarkan data (! )& dan aktual dari (
!! .
)
# (!" )
#!
(
!
)
!
!)
( !( '
#!
# !
!%
&!
!
# ! , ) &
3 / 01 #
! !
!
)
,
'
Manfaat yang diperoleh dengan mengetahui unjuk
kerja dari ! !%
&! antara lain adalah untuk
mengetahui apakah ! !%
&! tersebut perlu
dibersihkan atau tidak agar lebih efisien dalam
transfer panas dan mengetahui ! !%
&! terse5
but masih aman dioperasikan ataukah sudah perlu
diganti.
Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas
yang terjadi antara benda panas dan benda dingin,
yang masing – masing disebut
! ( ! !)-!
(sumber dan penerima). Ada 3 macam cara perpin5
dahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Perpindahan panas konduksi adalah mekanisme
perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran
atau rambatan proses dari suatu benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang
bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke
benda lain dengan kontak langsung. Dengan kata lain
proses perpindahan panas secara molekuler dengan
perantaraan molekul – molekul yang bergerak.
Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada
zat padat, cair dan gas. Adapun untuk menghitung
perpindahan panas konduksi dapat dipergunakan
rumus sebagai berikut:
Q=
KA T
.................................................( 1 )
x
Perpindahan panas konveksi adalah mekanisme
perpindahan panas yang terjadi dari satu benda ke
benda yang lain dengan perantaraan benda itu sendiri.
Perpindahan panas konveksi ada 2 macam yaitu
konveksi paksa dan konveksi bebas.
*) Staf Pengajar Jurusan D III Teknik Mesin Fakultas
Teknik Undip
148
Konveksi alami adalah perpindahan molekul–
molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya
perbedaan density. Untuk menghitung perpindahan
panas secara konveksi bebas dapat digunakan rumus
sebagai berikut:
Q = h A ∆T ........................................................( 2 )
Harga dari h dipengaruhi oleh:
5 Kekasaran
5 Temperatur
5 Densitas
5 Viskositas dan
5 Panas
Konveksi paksa yaitu perpindahan panas konveksi
yang berlangsung dengan bantuan tenaga lain,
misalnya adalah udara yang dihembuskan diatas plat
oleh kipas.
Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas
dari suatu benda ke benda lain dengan bantuan
gelombang elektromagnetik, dimana tenaga ini akan
diubah menjadi panas jika tenaganya diserap oleh
benda yang lain. Untuk menghitung besarnya panas
yang dipancarkan dapat digunakan rumus sebagai
berikut:
Q = e A σ T4 .........................................................( 3 )
Khusus untuk benda hitam sempurna menurut
Hukum Steven Boltzman:
Gb. 1. 5!
%
&!
Metode penelitian didasarkan pada perhitungan :
Untuk mengetahui besarnya panas yang dapat
ditransfer dari fluida panas ke fluida dingin pada HE
dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus:
Q = mh. Cp. ∆T .......................................................(5)
Q = A T4 σ ……………….……………………..( 4 )
Dimana : σ = 0,174. 1058 BTU/ jam ft2 0C
5!
%
&! yang digunakan adalah )"! !
(
! dimana
(! ) mengalir melalui
!
!nya,
dan residu mengalir dalam ! dengan arah ber5
lawanan (
! # *). 5! !%
&! ini dipasang
secara vertikal dimana residu mengalir pada ! dari
bagian atas menuju bagian bawah, sedangkan
(!
) mengalir dari bagian bawah menuju bagian atas
!, sehingga sepanjang ! dan
! tadi terjadi
pertukaran kalor antara
(! ) dengan residu.
Untuk menghitung suhu rata – rata dari suatu fluida
yang mengalir dalam HE dapat dihitung dengan
rumus:
LMTD =
th 5 tc
…………………………..( 6 )
th
ln
tc
Yaitu temperatur yang sesuai dengan masing –
masing stream. Temperatur kalorik dapat dihitung
dengan menggunakan rumus:
5 Untuk fluida panas
Tc = T2 + Fc (T1 – T2)
...................................( 7 )
5 Untuk fluida dingin
Tc = t1 + Fc (t2 – t1)
Yaitu luasan yang dilalui oleh masing – masing
fluida. Flow area dapat dihitung dengan
mempergunakan rumus:
149
5 Pada fluida panas
!
Koefisien perpindahan panas dapat dihitung dengan
menggunakan rumus:
IDs C B
as =
144 Pt
................................( 8 )
5 Pada fluida dingin
at =
Mt . At
144 n
5 Pada fluida panas
ms
as
...................................( 9 )
5 Pada fluida dingin
Gt =
mt
at
!
Bilangan Reynold dapat dihitung dengan rumus
5 Pada fluida panas
Res =
De . Gs
K
................................( 10 )
5 Pada fluida dingin
Ret =
IDt . Gt
K
tw = tc +
Faktor dimensi dapat dihitung dengan menggunakan
rumus sebagai berikut:
• Untuk fluida panas
JH diperoleh dari figure 28 kern dengan terlebih
dahulu mengetahui harga dari Res.
• Untuk fluida dingin
JH didapat dari figure 24 kern dengan terlebih
dahulu mengetahui harga dari Ret an L/D
Bilangan
Prandtl
dapat
dihitung
mempergunakan rumus sebagai berikut:
dengan
Cp K
......................................................( 11 )
K
Harga dari Cp didapat dari #)& ! 4 Kern dengan
mengetahui terlebih dahulu harga dari tc dan 0API.
Harga dari K didapat dari #)& ! 1 Kern dengan
mengetahui terlebih dahulu harga dari tc dan 0API.
h0/ ϕs
(Tc – tc) ..................( 13 )
hi0/ ϕt + h0/ ϕs
hi0
x IDt
hi0 φt
.............................................. ( 14 )
=
ODt
φt
"
#
!
Rasio viskositas fluida dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut:
Pada ! )(! dan
! )(! 6
K
...................................................... ( 15 )
Kw
ϕs =
Dimana Kw diperoleh dari Maxwell halaman 164
dengan terlebih dahulu mengetahui harga dari tw dan
0
API fluida panas dan dingin.
!
Koefisien perpindahan panas terkoreksi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus sebagai
berikut:
5 Pada
! )(!
hi =
Pr =
.................................( 12 )
!
Temperatur pada dinding
! dapat dihitung dengan
menggunakan rumus sebagai berikut:
Yaitu kecepatan massa dari masing – masing fluida.
Kecepatan massa dapat dihitung dengan mempergu5
nakan rumus:
Gs =
hi
K
Pr 1/3
= ∂H x
φt
IDt
φt
x ∂H x
5 Pada dinding
K
Pr 1/3 …..................…….( 16 )
IDt
!
hi
x IDt
φt
hi0 = φt +
ODt
5 Pada dinding
!
...............................( 17 )
)(!
K
h0 = φs x ∂H x
Pr 1/3 ................................ ( 18 )
De
!
"
Koefisien !
-!
adalah hantaran perpindahan
panas pada HE pada saat ! !%
&! dalam
keadaan bersih. Koefisien !
-! dapat dihitung
dengan mempergunakan rumus sebagai berikut:
Ud =
Qt
……………..…….. ( 19 )
Nt . La" LMTD
a11 didapat dari tabel 10 kern.
150
#
, ) & #
adalah hambatan perpindahan panas
karena adanya endapan – endapan didalam HE.
, ) & #
ini dipengaruhi oleh bebrapa hal
antara lain: jenis fluida, temperatur, jenis material
!, kecepatan aliran serta lamanya operasi.
Rd =
Uc 5 Ud
Uc . Ud
$ %%
4!
! ( "! adalah penurunan tekanan maksimal
yang diperbolehkan dalam HE apabila suatu fluida
melaluinya. Penurunan tekanan ini semakin besar
dengan bertambahnya # ) & #
pada HE karena
digunakan terlalu lama. 4 !
! ( "! dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut:
……………………….……. ( 20 )
∆Ps =
f Gs 2 (N + 1)
5,22 x 1010 Dc SGφ s
................... ( 21 )
$
%
Uraian
Diameter luar
Diameter dalam
Jumlah ## !
Jumlah pass
Jenis fluida
BWG
Jarak antar
!
Panjang
!
Jumlah
!
4)
) &
Jarak antar ## !
Tabel 1. Data spesifikasi 5!
!
Notasi
Satuan
Dimensi
ODs
Inch
31,614
IDs
Inch
30,748
N
Unit
4
n
Unit
1
Solar
%
&!
Notasi
ODt
IDt
C
L
Nt
Pt
B
!
Satuan
Inch
Inch
Unit
Unit
Dimensi
1
1
Crude oil
14
0,25
10
382
1,25
23,623
Inch
Ft
Unit
Inch
Inch
%
Uraian
, * !
Suhu masuk
Suhu keluar
Beda suhu
SG 60/60 0F
0
API
4 !
! ( " ijin
Tabel 2. Data kondisi operasi 5!
%
&!
Satuan
5 77
Notasi
Dimensi
Liter/ hari
Ws
108433
0
F
T1
482
0
F
T2
238,2
0
F
243,8
0,8561
33,78
Psi
10
0/
Notasi
Wt
t1
t2
Dimensi
315931
95
183,2
88,2
0,8521
34,56
10
$
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Tabel 3. Hasil perhitungan # ) & #
Uraian
Satuan
Neraca panas
BTU/ jam
0
LMTD
F
0
Calorik temperatur
F
Flow area
Ft2
Kecepatan massa
BTU/ jam ft2 0F
Viskositas
lb/ ft jam
Diameter
Ft
Bilangan reynold
Koefisien ! !%
&!
BTU/ jam ft2 0F
0
Temperatur dindig
!
F
Viskositas pada dinding
!
lb/ ft jam
Perbandingan viskositas dalam dan luar
!
lb/ ft jam
Koefisien perpindahan panas terkoreksi
BTU/ jam ft2 0F
8 !##) )!
!
-!
BTU/ jam ft2 0F
8 !#) )! (! )&
BTU/ jam ft2 0F
2) #
BTU/ jam ft2 0F
!
1244505,21
211,7
132,04
1,45
16154,063
5,19332
0,0695
144,20
7,94
295,98
2,03
1,21
9,60
5,93
5,87
0,00149
!
1269463,54
340,59
1,009
4422,8275
8,91186
0,146
880,36
24,33
2,03
0,94
22,87
151
17
18
19
2) #
yang diijinkan
4!
! ( "!
4!
! ( "! ijin
$
Dari hasil perhitungan panas yang diterima oleh
(! ) adalah 1269463,54 Btu/jam sedangkan
panas yang diberikan solar adalah 1244505,21
Btu/jam, jadi ada perpindahan panas ke lingkungan
sebesar 24958,33 Btu/jam.
Temperatur kalorik pada
! lebih rendah dari
temperatur kalorik pada
!
sehingga pada
temperatur yang lebih rendah itu maka viscositasnya
lebih tinggi.
Koefisien perpindahan panas pada ! lebih tinggi
daripada koefisien perpindahan panas pada
!,
sehingga pada
! lebih cepat proses transfer
panasnya. Sedang
! lebih lambat sehingga
memungkinkan terjadinya perpindahan panas ke
lingkungan.
8 !#) )!
!
-!
sebesar 5,93 Btu/jam.ft2.oF.
hal ini menunjukkan bahwa hantaran perpindahan
panas dalam keadaan bersih lebih tinggi bila
dibandingkan hantaran perpindahan panas jika sudah
ada endapan atau sudah beroperasi yaitu sebesar 5,87
Btu/jam.ft2.oF.
Terlihat bahwa hasil () #
hasil perhitungan
lebih rendah dari () #
r yang diizinkan, dengan
demikian 5! !%
&! masih dalam keadaan baik
dan layak operasi.
Terlihat bahwa " !
! ( "! hasil perhitungan jauh
lebih kecil dari " !
! ( "! izin maka !
!%
&! masih layak pakai dan waktu pembersihan
masih bisa ditunda.
Dari analisa dan perhitungan di atas dapat diambil
kesimpulan berikut :
1. 5!
%
&! adalah salah satu alat penukar
panas yang efektif.
2. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa panas yang
diberikan oleh solar tidak semuanya diterima
oleh
(! ) . Hal ini menunjukkan bahwa
adanya panas yang terbuang ke lingkungan.
3. Perpindahan panas terjadi secara konduksi,
konveksi dan radiasi.
4. 5!
%
&! masih dalam kondisi bersih, hal
ini dapat dilihat dari harga # ) & # 9
hasil
analisa lebih kecil dibandingkan dengan # ) &
# 9
yang dijinkan yaitu 0,00149 dibanding
0,004.
5. Dilihat dari " !
! ( " yang terjadi di dalam
! !%
&! pada ! dan
! jauh lebih
kecil dari " !
! ( " yang diijinkan. Maka
! !%
&! masih layak digunakan dan tidak
perlu diadakan pembersihan.
BTU/ jam ft2 0F
Psi
Psi
&
1.
2.
3.
0,004
2,84 . 1053
10
4,93 . 1054
10
Pengecekan temperatur dan tekanan yang keluar
masuk dari ! !%
&! harus benar5benar
diperhatikan agar sesuai derngan temperatur dan
tekanan yang layak operasi.
Agar tidak terlalu banyak panas yang terbuang ke
lingkungan maka bagian luar ! diberi isolasi
panas lagi.
Temperatur
(! ) yang keluar dari !
!%
&! diusahakan semaksimal mungkin agar
bahan bakar yang digunakan pada furnace tidak
terlalu banyak.
% !
'
h = indeks untuk fluida panas
c = indeks untuk fluida dingin
s = indeks untuk bagian !
t
= indeks untuk bagian
!
Q = kecepatan perpindahan panas (BTU/ jam)
K = konduktivitas thermal (BTU/ jam)
A = luas penampang perpindahan panas (ft2)
∆T = beda temperatur (0F)
x = jarak lintas aliran panas (ft)
h = koefisien perpindahan panas (BTU/ jam ft2 0C)
e = emisivitas (0 s/d 1)
σ = konstanta proporsional (BTU/ jam ft2 0C)
m = # * ! aliran fluida panas (lb/ jam)
Cp = koefisien panas spesifik (BTU/ lb 0F)
Fc = kalorik # 9 )
ID = diameter dalam (ft), ID diperoleh dari tabel 10
kern dengan terlebih dulu mengetahui harga –
harga dari OD dan BWG.
OD = diameter luar (in)
C = jarak antar
! (C = Pt – ODt)
B = jarak antar ## ! (in)
P = pitch (in)
a = flow area (ft2)
Nt = jumlah
!
N = jumlah passes
G = tekanan aliran fluida (lb/ ft2)
De = diameter equivalent (ft), De didapat dari figure
29 kern
K = viskositas (lb/ jam ft) , K didapat dari Maxwell
halaman 164
a11 = luas permukaan
! per ft bagian luar (ft2/ ft)
% !
1. Cengel, Y.A., (2004), “5!
#!
4
)
""
:, 2nd Edition in SI Units,
Mc Graw Hill Book, Singapore
2. Kreith, F. dan Prijono, A., (1997), ”4 ) )"
" ) )" 4! ") (
4
:, Ed. Ketiga,
Penerbit Erlangga, Jakarta.
3. Kern, D.Q., (1950), ”4 ! 5!
#! :, Mc
Graw5Hill. Book Co.
152
4.
5.
6.
Ludwig, E., (1965), “ "" )!( 4 ! 2! )& #
8 !$)
( 4!
!$)
4
:
Vol.3,Houiston, Texas : Gulf Publishing
Co.
Nelson,W., (1958), “4! ) $ +!#) ! '
&)
!! ) &:, Fourth ed.Mc Graw5 Hill Book
Co.
Sitompul, T.M., (1993), ”
4! 9
:,
PT. Karsa Bayu Bangun, Perkasa Raja
Grafika Persada, Jakarta.
153
EXCHANGER DENGAN METODE FOULING FAKTOR
Bambang Setyoko *)
! "! # $ ! # ! !%
&!
' (! ! )
! *) )$!
!
#
$
!
#!
# !
! '! # (!" ) !" ! !
(() )
! )
!
!
!
! # !
#! )
! !%
&!
(! ! !
! ! !##!
# ! !
$
$!
! # ! ! $ !)
#! ) !" ! ! !( ' # ) & #
+# * ) )
# ) &
)
! ! '"! # # ) & ) ! " ! )") )
# )( (!" ) )
# )(
! !
! $) ! (!" ) # $) &
!) !
( !
!
# ! # #) !
! )
! !
# ) &#
) ) ! ! *) )$!
! )( (!" )
)( "
! ! !%
&!
) ! ! *) ) ! ) & !$"!
! ( (! ! ) & -! ) '
) !!
*!
)
! !#) )!
!
-!
. / 01 # , 2) #
.
3
4!
! ( "! )
!
3
4) ("!
! ( "! )
! 3 .
4) ) !
!
( ( # " $! !
$!
) 5! !%
&! )
!
! )-) ' (
"!
*)
! ) &
!' * ( 6 ! !%
&! # ) & #
Alat penukar panas (5!
%
&! ) adalah suatu
peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu
fluida yang mempunyai temperatur yang lebih tinggi
ke fluida lain yang temperaturnya lebih rendah, baik
secara langsung maupun tidak langsung. Dalam hal
ini 5!
%
&! digunakan sebagai pemanas
pendahuluan sebelum
(! ) masuk dalam #
!
dengan menggunakan residu sebagai media pema5
nasnya. Hal ini diperhitungkan untuk menghemat
biaya dalam penyediaan bahan bakar #
!.
5!
!%
&! yang digunakan adalah tipe !
(
!, dimana ! dilalui oleh fluida panas (residu)
sedangkan
! dilalui oleh fluida dingin ( (! ) ).
5! !%
&! ini juga berfungsi untuk menurunkan
temperatur dari solar sebelum masuk ke
! .
Apabila heat exchanger tersebut telah dioperasikan
beberapa waktu, maka akan terjadi penurunan unjuk
kerja dari alat tersebut.
Penurunan unjuk kerja bisa jadi disebabkan oleh
terbentuknya kerak, korosi, kebocoran, maupun aliran
fluida yang menyebabkan friksi terhadap dinding alat.
Penurunan kinerja ini bisa dilihat dari parameter5
parameter seperti " !
! ( " tinggi, serta ()
#
(Rd) melebihi harga yang diizinkan. Berda5
sarkan pada pertimbangan diatas maka unjuk kerja
alat penukar panas dapat dievaluasi secara periodik.
Tujuan penelitian yaitu mengevaluasi unjuk kerja
!
!%
&! yang berfungsi sebagai pemanas
(! ) yang menggunakan solar sebagai media
pemanas dengan menghitung () #
dan " !
!
( " untuk mengetahui unjuk kerja pemanas
(!
) berdasarkan data (! )& dan aktual dari (
!! .
)
# (!" )
#!
(
!
)
!
!)
( !( '
#!
# !
!%
&!
!
# ! , ) &
3 / 01 #
! !
!
)
,
'
Manfaat yang diperoleh dengan mengetahui unjuk
kerja dari ! !%
&! antara lain adalah untuk
mengetahui apakah ! !%
&! tersebut perlu
dibersihkan atau tidak agar lebih efisien dalam
transfer panas dan mengetahui ! !%
&! terse5
but masih aman dioperasikan ataukah sudah perlu
diganti.
Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas
yang terjadi antara benda panas dan benda dingin,
yang masing – masing disebut
! ( ! !)-!
(sumber dan penerima). Ada 3 macam cara perpin5
dahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Perpindahan panas konduksi adalah mekanisme
perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran
atau rambatan proses dari suatu benda yang
bertemperatur lebih tinggi ke benda yang
bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke
benda lain dengan kontak langsung. Dengan kata lain
proses perpindahan panas secara molekuler dengan
perantaraan molekul – molekul yang bergerak.
Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada
zat padat, cair dan gas. Adapun untuk menghitung
perpindahan panas konduksi dapat dipergunakan
rumus sebagai berikut:
Q=
KA T
.................................................( 1 )
x
Perpindahan panas konveksi adalah mekanisme
perpindahan panas yang terjadi dari satu benda ke
benda yang lain dengan perantaraan benda itu sendiri.
Perpindahan panas konveksi ada 2 macam yaitu
konveksi paksa dan konveksi bebas.
*) Staf Pengajar Jurusan D III Teknik Mesin Fakultas
Teknik Undip
148
Konveksi alami adalah perpindahan molekul–
molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya
perbedaan density. Untuk menghitung perpindahan
panas secara konveksi bebas dapat digunakan rumus
sebagai berikut:
Q = h A ∆T ........................................................( 2 )
Harga dari h dipengaruhi oleh:
5 Kekasaran
5 Temperatur
5 Densitas
5 Viskositas dan
5 Panas
Konveksi paksa yaitu perpindahan panas konveksi
yang berlangsung dengan bantuan tenaga lain,
misalnya adalah udara yang dihembuskan diatas plat
oleh kipas.
Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas
dari suatu benda ke benda lain dengan bantuan
gelombang elektromagnetik, dimana tenaga ini akan
diubah menjadi panas jika tenaganya diserap oleh
benda yang lain. Untuk menghitung besarnya panas
yang dipancarkan dapat digunakan rumus sebagai
berikut:
Q = e A σ T4 .........................................................( 3 )
Khusus untuk benda hitam sempurna menurut
Hukum Steven Boltzman:
Gb. 1. 5!
%
&!
Metode penelitian didasarkan pada perhitungan :
Untuk mengetahui besarnya panas yang dapat
ditransfer dari fluida panas ke fluida dingin pada HE
dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus:
Q = mh. Cp. ∆T .......................................................(5)
Q = A T4 σ ……………….……………………..( 4 )
Dimana : σ = 0,174. 1058 BTU/ jam ft2 0C
5!
%
&! yang digunakan adalah )"! !
(
! dimana
(! ) mengalir melalui
!
!nya,
dan residu mengalir dalam ! dengan arah ber5
lawanan (
! # *). 5! !%
&! ini dipasang
secara vertikal dimana residu mengalir pada ! dari
bagian atas menuju bagian bawah, sedangkan
(!
) mengalir dari bagian bawah menuju bagian atas
!, sehingga sepanjang ! dan
! tadi terjadi
pertukaran kalor antara
(! ) dengan residu.
Untuk menghitung suhu rata – rata dari suatu fluida
yang mengalir dalam HE dapat dihitung dengan
rumus:
LMTD =
th 5 tc
…………………………..( 6 )
th
ln
tc
Yaitu temperatur yang sesuai dengan masing –
masing stream. Temperatur kalorik dapat dihitung
dengan menggunakan rumus:
5 Untuk fluida panas
Tc = T2 + Fc (T1 – T2)
...................................( 7 )
5 Untuk fluida dingin
Tc = t1 + Fc (t2 – t1)
Yaitu luasan yang dilalui oleh masing – masing
fluida. Flow area dapat dihitung dengan
mempergunakan rumus:
149
5 Pada fluida panas
!
Koefisien perpindahan panas dapat dihitung dengan
menggunakan rumus:
IDs C B
as =
144 Pt
................................( 8 )
5 Pada fluida dingin
at =
Mt . At
144 n
5 Pada fluida panas
ms
as
...................................( 9 )
5 Pada fluida dingin
Gt =
mt
at
!
Bilangan Reynold dapat dihitung dengan rumus
5 Pada fluida panas
Res =
De . Gs
K
................................( 10 )
5 Pada fluida dingin
Ret =
IDt . Gt
K
tw = tc +
Faktor dimensi dapat dihitung dengan menggunakan
rumus sebagai berikut:
• Untuk fluida panas
JH diperoleh dari figure 28 kern dengan terlebih
dahulu mengetahui harga dari Res.
• Untuk fluida dingin
JH didapat dari figure 24 kern dengan terlebih
dahulu mengetahui harga dari Ret an L/D
Bilangan
Prandtl
dapat
dihitung
mempergunakan rumus sebagai berikut:
dengan
Cp K
......................................................( 11 )
K
Harga dari Cp didapat dari #)& ! 4 Kern dengan
mengetahui terlebih dahulu harga dari tc dan 0API.
Harga dari K didapat dari #)& ! 1 Kern dengan
mengetahui terlebih dahulu harga dari tc dan 0API.
h0/ ϕs
(Tc – tc) ..................( 13 )
hi0/ ϕt + h0/ ϕs
hi0
x IDt
hi0 φt
.............................................. ( 14 )
=
ODt
φt
"
#
!
Rasio viskositas fluida dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut:
Pada ! )(! dan
! )(! 6
K
...................................................... ( 15 )
Kw
ϕs =
Dimana Kw diperoleh dari Maxwell halaman 164
dengan terlebih dahulu mengetahui harga dari tw dan
0
API fluida panas dan dingin.
!
Koefisien perpindahan panas terkoreksi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus sebagai
berikut:
5 Pada
! )(!
hi =
Pr =
.................................( 12 )
!
Temperatur pada dinding
! dapat dihitung dengan
menggunakan rumus sebagai berikut:
Yaitu kecepatan massa dari masing – masing fluida.
Kecepatan massa dapat dihitung dengan mempergu5
nakan rumus:
Gs =
hi
K
Pr 1/3
= ∂H x
φt
IDt
φt
x ∂H x
5 Pada dinding
K
Pr 1/3 …..................…….( 16 )
IDt
!
hi
x IDt
φt
hi0 = φt +
ODt
5 Pada dinding
!
...............................( 17 )
)(!
K
h0 = φs x ∂H x
Pr 1/3 ................................ ( 18 )
De
!
"
Koefisien !
-!
adalah hantaran perpindahan
panas pada HE pada saat ! !%
&! dalam
keadaan bersih. Koefisien !
-! dapat dihitung
dengan mempergunakan rumus sebagai berikut:
Ud =
Qt
……………..…….. ( 19 )
Nt . La" LMTD
a11 didapat dari tabel 10 kern.
150
#
, ) & #
adalah hambatan perpindahan panas
karena adanya endapan – endapan didalam HE.
, ) & #
ini dipengaruhi oleh bebrapa hal
antara lain: jenis fluida, temperatur, jenis material
!, kecepatan aliran serta lamanya operasi.
Rd =
Uc 5 Ud
Uc . Ud
$ %%
4!
! ( "! adalah penurunan tekanan maksimal
yang diperbolehkan dalam HE apabila suatu fluida
melaluinya. Penurunan tekanan ini semakin besar
dengan bertambahnya # ) & #
pada HE karena
digunakan terlalu lama. 4 !
! ( "! dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai
berikut:
……………………….……. ( 20 )
∆Ps =
f Gs 2 (N + 1)
5,22 x 1010 Dc SGφ s
................... ( 21 )
$
%
Uraian
Diameter luar
Diameter dalam
Jumlah ## !
Jumlah pass
Jenis fluida
BWG
Jarak antar
!
Panjang
!
Jumlah
!
4)
) &
Jarak antar ## !
Tabel 1. Data spesifikasi 5!
!
Notasi
Satuan
Dimensi
ODs
Inch
31,614
IDs
Inch
30,748
N
Unit
4
n
Unit
1
Solar
%
&!
Notasi
ODt
IDt
C
L
Nt
Pt
B
!
Satuan
Inch
Inch
Unit
Unit
Dimensi
1
1
Crude oil
14
0,25
10
382
1,25
23,623
Inch
Ft
Unit
Inch
Inch
%
Uraian
, * !
Suhu masuk
Suhu keluar
Beda suhu
SG 60/60 0F
0
API
4 !
! ( " ijin
Tabel 2. Data kondisi operasi 5!
%
&!
Satuan
5 77
Notasi
Dimensi
Liter/ hari
Ws
108433
0
F
T1
482
0
F
T2
238,2
0
F
243,8
0,8561
33,78
Psi
10
0/
Notasi
Wt
t1
t2
Dimensi
315931
95
183,2
88,2
0,8521
34,56
10
$
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Tabel 3. Hasil perhitungan # ) & #
Uraian
Satuan
Neraca panas
BTU/ jam
0
LMTD
F
0
Calorik temperatur
F
Flow area
Ft2
Kecepatan massa
BTU/ jam ft2 0F
Viskositas
lb/ ft jam
Diameter
Ft
Bilangan reynold
Koefisien ! !%
&!
BTU/ jam ft2 0F
0
Temperatur dindig
!
F
Viskositas pada dinding
!
lb/ ft jam
Perbandingan viskositas dalam dan luar
!
lb/ ft jam
Koefisien perpindahan panas terkoreksi
BTU/ jam ft2 0F
8 !##) )!
!
-!
BTU/ jam ft2 0F
8 !#) )! (! )&
BTU/ jam ft2 0F
2) #
BTU/ jam ft2 0F
!
1244505,21
211,7
132,04
1,45
16154,063
5,19332
0,0695
144,20
7,94
295,98
2,03
1,21
9,60
5,93
5,87
0,00149
!
1269463,54
340,59
1,009
4422,8275
8,91186
0,146
880,36
24,33
2,03
0,94
22,87
151
17
18
19
2) #
yang diijinkan
4!
! ( "!
4!
! ( "! ijin
$
Dari hasil perhitungan panas yang diterima oleh
(! ) adalah 1269463,54 Btu/jam sedangkan
panas yang diberikan solar adalah 1244505,21
Btu/jam, jadi ada perpindahan panas ke lingkungan
sebesar 24958,33 Btu/jam.
Temperatur kalorik pada
! lebih rendah dari
temperatur kalorik pada
!
sehingga pada
temperatur yang lebih rendah itu maka viscositasnya
lebih tinggi.
Koefisien perpindahan panas pada ! lebih tinggi
daripada koefisien perpindahan panas pada
!,
sehingga pada
! lebih cepat proses transfer
panasnya. Sedang
! lebih lambat sehingga
memungkinkan terjadinya perpindahan panas ke
lingkungan.
8 !#) )!
!
-!
sebesar 5,93 Btu/jam.ft2.oF.
hal ini menunjukkan bahwa hantaran perpindahan
panas dalam keadaan bersih lebih tinggi bila
dibandingkan hantaran perpindahan panas jika sudah
ada endapan atau sudah beroperasi yaitu sebesar 5,87
Btu/jam.ft2.oF.
Terlihat bahwa hasil () #
hasil perhitungan
lebih rendah dari () #
r yang diizinkan, dengan
demikian 5! !%
&! masih dalam keadaan baik
dan layak operasi.
Terlihat bahwa " !
! ( "! hasil perhitungan jauh
lebih kecil dari " !
! ( "! izin maka !
!%
&! masih layak pakai dan waktu pembersihan
masih bisa ditunda.
Dari analisa dan perhitungan di atas dapat diambil
kesimpulan berikut :
1. 5!
%
&! adalah salah satu alat penukar
panas yang efektif.
2. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa panas yang
diberikan oleh solar tidak semuanya diterima
oleh
(! ) . Hal ini menunjukkan bahwa
adanya panas yang terbuang ke lingkungan.
3. Perpindahan panas terjadi secara konduksi,
konveksi dan radiasi.
4. 5!
%
&! masih dalam kondisi bersih, hal
ini dapat dilihat dari harga # ) & # 9
hasil
analisa lebih kecil dibandingkan dengan # ) &
# 9
yang dijinkan yaitu 0,00149 dibanding
0,004.
5. Dilihat dari " !
! ( " yang terjadi di dalam
! !%
&! pada ! dan
! jauh lebih
kecil dari " !
! ( " yang diijinkan. Maka
! !%
&! masih layak digunakan dan tidak
perlu diadakan pembersihan.
BTU/ jam ft2 0F
Psi
Psi
&
1.
2.
3.
0,004
2,84 . 1053
10
4,93 . 1054
10
Pengecekan temperatur dan tekanan yang keluar
masuk dari ! !%
&! harus benar5benar
diperhatikan agar sesuai derngan temperatur dan
tekanan yang layak operasi.
Agar tidak terlalu banyak panas yang terbuang ke
lingkungan maka bagian luar ! diberi isolasi
panas lagi.
Temperatur
(! ) yang keluar dari !
!%
&! diusahakan semaksimal mungkin agar
bahan bakar yang digunakan pada furnace tidak
terlalu banyak.
% !
'
h = indeks untuk fluida panas
c = indeks untuk fluida dingin
s = indeks untuk bagian !
t
= indeks untuk bagian
!
Q = kecepatan perpindahan panas (BTU/ jam)
K = konduktivitas thermal (BTU/ jam)
A = luas penampang perpindahan panas (ft2)
∆T = beda temperatur (0F)
x = jarak lintas aliran panas (ft)
h = koefisien perpindahan panas (BTU/ jam ft2 0C)
e = emisivitas (0 s/d 1)
σ = konstanta proporsional (BTU/ jam ft2 0C)
m = # * ! aliran fluida panas (lb/ jam)
Cp = koefisien panas spesifik (BTU/ lb 0F)
Fc = kalorik # 9 )
ID = diameter dalam (ft), ID diperoleh dari tabel 10
kern dengan terlebih dulu mengetahui harga –
harga dari OD dan BWG.
OD = diameter luar (in)
C = jarak antar
! (C = Pt – ODt)
B = jarak antar ## ! (in)
P = pitch (in)
a = flow area (ft2)
Nt = jumlah
!
N = jumlah passes
G = tekanan aliran fluida (lb/ ft2)
De = diameter equivalent (ft), De didapat dari figure
29 kern
K = viskositas (lb/ jam ft) , K didapat dari Maxwell
halaman 164
a11 = luas permukaan
! per ft bagian luar (ft2/ ft)
% !
1. Cengel, Y.A., (2004), “5!
#!
4
)
""
:, 2nd Edition in SI Units,
Mc Graw Hill Book, Singapore
2. Kreith, F. dan Prijono, A., (1997), ”4 ) )"
" ) )" 4! ") (
4
:, Ed. Ketiga,
Penerbit Erlangga, Jakarta.
3. Kern, D.Q., (1950), ”4 ! 5!
#! :, Mc
Graw5Hill. Book Co.
152
4.
5.
6.
Ludwig, E., (1965), “ "" )!( 4 ! 2! )& #
8 !$)
( 4!
!$)
4
:
Vol.3,Houiston, Texas : Gulf Publishing
Co.
Nelson,W., (1958), “4! ) $ +!#) ! '
&)
!! ) &:, Fourth ed.Mc Graw5 Hill Book
Co.
Sitompul, T.M., (1993), ”
4! 9
:,
PT. Karsa Bayu Bangun, Perkasa Raja
Grafika Persada, Jakarta.
153