I PENDAHULUANHeat exchanger merupakansalahsatukomponenataualat yang sangat vital keberadaannyapadasikluspembangkitlistrik.Heat exchanger dapatdidefinisikansebagaialatpenukarpanas, yaitumemindahkansejumlahenergidalambentukpanasdarisuatufluidakefluidalainnyakarenaadanyabedatemperatur.

Gambar 1.1 Heat exchangerpada PLTUGambar 1.1 menunjukkansalahsatupenggunaanheat exchanger inipadasistempembangkitlistrikyaitusebagaipemanas air pengisi boiler (boiler feedwater heater). Feedwater heater digunakanpadasistempembangkitsebagaipemanasanawal (pre-heat) air yang dikirimke boiler penghasiluap.Jikaditinjaudaritekanankerjanya, feedwater heater dibedakanmenjadidua, yaituhighpressure heater danlow pressure heater.Mengingatbegitupentingnyaperanan heat exchanger inibagiefisiensipenggunaanbahanbakarbatubarapada PLTU ini, makadalamperancangannyaharuslahdirancangsedemikianrupasehinggaheat exchangerinidapatberoperasidenganmaksimal. Karenaapabilaterjadikerusakanpada heat exchanger makaakanmengakibatkankonsumsibatubarasemakinmeningkat. Hal initentusecaraekonomistidakmenguntungkansehinggaharussegeradilakukanperbaikanatau redesign.Dalammerancangheat exchanger perludiperhatikanjugaefektifitasdariheat exchanger itusendiri agar tidakperluadanyapemborosandalampembuatanheat exchanger tersebut.Adapun yang mempengaruhiefektifitasmaupununjukkerjadarisuatuheat exchanger, yaiturancanganawaldariheat exchangeritusendiri, kondisioperasidariheat exchanger itusendiri, maupunpemilihanmaterialnya.Sebelummerancangsuatuheatexchanger diperlukan data-data, antaralain :jenisfluida yang digunakan, jenis kerusakan dan penyebabnya, besar temperature masukdankeluar, besarnyatekanan, kapasitas, dan lain sebagainya. Setelahmendapatkansemuainformasitersebutmakaakandilakukan proses perhitungandenganmetode NTU maupun LMTD. Keluaran yang diharapkan dari perhitungantersebutyaknibesaranluasbidangpemanasanefektifdariheat exchanger, posisi baffle, bentuk impingement yang tepat, sertajenis-jeniskomponen lain pendukung heat exchanger. Setelahitubarudiadakananalisahasilperhitungantersebut.

II DASAR TEORIProses pertukaran panas antara duafluidaterjadipadatemperatur yang berbedadan di pisahkanolehdindingpadat yang terjadipadaaplikasiteknik. Perangkattersebutdigunakanuntukmengimplementasikanpertukarantersebut yang diketahuisebagai heat exchanger, danaplikasispesifikdapatditemukanpadaspace heating, dan air conditioning (AC), power production, waste heat recovery, dan proses kimia.2.1 JenisHeat ExchangerHeat exchanger pada umumnya dibedakan berdasarkan pada susunan aliran dan jenis konstruksi. Heat exchanger paling sederhana adalah yang mana fluida dingin dan panas bergerak pada arah yang sama dan berlawanan.

(a) (b)Gambar 2.1 Heat exchanger jenisconcentric tube. (a) Parallel flow. (b) counter flowPadaparallel-flow, susunanGambar2.1a, fluidapanasdandinginmasukpadaujung yang sama, aliranpadaarah yang samapadakonstruksiconcentrice tube (double pipe), dankeluarpadaujung yang sama pula. Padasusunancounterflow, Gambar2.1b, fluidamasukpadaujung yang berlawanan, mengalirpadaarah yang berlawanan, dankeluarpadaarah yang berlawanan pula.Selainitu, konfigurasi yang umumadalahshell-and-tube heat exchanger, bentukspesifikberbedaberdasarkanjumlahshell-and-tube yang melewatinya, danbentuk paling sederhana yang manameliputisingle tubedanshellseperti yang ditunjukkanpadaGambar 2.2. Bafflebiasanyajugadipasanguntukmeningkatkankoeffisienkonveksidarifluidashell-sidedenganmenginduksiturbulensidankomponenkecepatancross-flow. Selainitu, secarafisikbafflemenyanggatube, menurunkangetaraninduksialirantube.Heat exchanger yang memilikibaffledengansatushelldanduatubedanduashelldanempattubeditunjukkanpadaGambar 2.3.

Gambar 2.2 Heat exchangerjenisshell-and-tubedengansatushelldansatutube

Gambar 2.3 Heat exchangerjenisshell-and-tube. (a) satushellduatube. (b) duashellempattube.2.2 KoeffisienPerpindahanPanasKeseluruhanBiasanya, analisapenukarpanasditentukanolehkoeffisienperpindahanpanaskeseluruhan.Sepanjangpengoperasian heat exchanger normal, permukaanseringmengalamikesalahanolehkemurnianfluida, pembentukankerak, danreaksi lain antarafluidadan material dinding. Pengaruhinidapatdiatasidenganmenggunakan thermal resistance tambahan, yang diketahuisebagaifouling factor, Rf.Nilaitersebuttergantungpadatemperaturpengoperasian, kecepatanfluida, danpanjangpenggunaanheat exchanger.Padadasarnya, dengankesimpulanpengaruh fin &kesalahanpadapermukaan, koeffisienperpindahanpanaskeseluruhandapatdituliskansebagai

dimana c dan h menyatakanfluida cold dan hot. Catatanbahwaperhitunganhasil UA tidakmemenuhiperancangansisi hot dan cold (UcAc=UhAh). TetapiperhitungandarikoeffisienkeseluruhanbergantungpadaapakahituberdasarkanluaspermukaansisidinginataupanaskarenaUcUhjikaAcAh.2.3 AnalisaHeat Exchanger :PenggunaanLog Mean Temperature Difference (LMTD)Untukmendesainataumemperkirakanprestasisuatu heat exchanger, biasanyakitamenghubungkanlajuperpindahanpanas total untukmenjumlahkantemperaturfluidamasukdankeluar, danluaspermukaan total untukperpindahanpanas. Duahubungantersebutdapatdiperolehdenganmengaplikasikankeseimbanganenergikeseluruhanpadafluidapanasdandingin, sebagaimanaditunjukkanpadaGambar 2.4.

Gambar 2.4 Keseimbanganenergikeseluruhanuntukfluidapanasdandinginpenukarpanasdua-fluida

Secarakhusus, jikaqadalahlajuperpindahanpanas total antarafluidadingindanpanasdanperpindahanpanasantaraexchangerdansekitarnyadiabaikan, Kita dapatmemperoleh

dan

dimanaiadalahenthalphifluida. Subskripidanomenunjukkankondisifluidamasukdankeluar.Jikafluidatidakmemasukiperubahanfasa, dandiasumsikanpanasspesifiknyakonstan, rumus di atasturunmenjadi :

dan

dimanatemperaturmunculpadapersamaan di atasmenunjukkantemperaturfluidarata-rata.Persamaan di atastidakbergantungpadasusunanalirandanjenisheat exchanger.Persamaan yang lain diperolehdenganmenghubungkanperpindahanpanas total q terhadapperbedaantemperatur T antarafluidapanasdandingin, dimana

Persamaan di atasdapatmenjadiuraiandarihukum Newton tentangpendinginan, dengankoefisienperpindahanpanaskeseluruhan U digunakanpadakoefisienkonveksitunggal h. Tetapikarena T bevariasiterhadapposisiheat exchangerpentinguntukbekerjadenganpersamaanlajupembentukan

dimana Tmadalahperbedaantemperatur rata-rata yang layak

III PERANCANGAN &PERHITUNGANPROSES DESAIN HEAT EXCHANGER1. Mendefinisi dan mengindentifikasi aplikasinya temperatur, beban pemanas, laju aliran massa dan lain-lain2. Memutuskan tipe konstruksi yang digunakan3. Mengevaluasi LMTD, Q, DAN f4. Menentukan dimensi5. Mengevaluasi koefisien heat transfer pada sisi panas6. Mengevaluasi koefisien heat transfer pada sisi dingin7. Menentukan koefisien heat transfer secara keseluruhan8. Menentukan dimensi- iterasi9. Mengecek konsumsi daya

Adapun langkah-langkahnya adalah :1) Tc,i =35C = 2,8 kg/sTh,i =300C = 1,4 kg/sTc,o =120CTh,o =150CMengidentifikasi aplikasinya

Temperatur, beban pemanas, laju aliran massa dan lain-lain2) Menentukan tipe konstruksi : shell and tube, single tube pass3) Mengevaluasi LMTD, Q, dan Fa. Q = x Cp x (Tcvd-Tcvi)Temperatur rata-rata Tave= (Tcvd+Tcvi) /2 = 120 + 35 /2 = 77,50C= 350,5 0CCp pada Tave = 4195 J/kg KQ = 2,8 kg/s (4195 J/kg K) (120-35) C=99840 J/s= 998,4 kW

b. Harus menggunakan LMTD untuk aliran yang berlawanan (counter flow)

c. F = faktor koreksiT kecil adalah temperatur pada sisi pipa bagian dalam ( tube side)T besar adalah temperatur pada sisi pipa bagian luar/ kulit luar ( shell side)P = = 150 300/ 35 300= 0,566R = Ti To/ t0 -ti= 35 120/ 150 300= 0,567F= 0,93

Fluids a cross flow a tub bank 4 baris pipa, 8 pipa per barisKonfigurasi aligned atau staggered adalah desain yang dipilih

Berdasarkan pers. 7.60 pada buku incropera 6 edud = 1,13 C1 RedmaxmPr1/3Nl 102000< Red, max 2 (Sd-D)AtauSd > St + D / 2Jika ini benarV max =[ St / 2 (Sd-D)] x V Sebaliknya, Vmax terjadi pada A1 danVmax = [St/ (St-D)] x VDengan Vmax, ud dapat dicariud = C RedmaxmPr0,36 (Pr/Prs)1/4Nl 207 < Pr