Design Plate Heat Exchanger

1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses kimia sangatlah penting dalam dunia industri, terutama industri
kimia.dalam proses kimia diperlukan berbagai macam kondisi operasi proses. Kondisi
operasi yang tepatlah yang dapat dapat menghasilkan produk yang sesuai yang
diinginkan dari suatu proses kimia. Kondisi operasi antara lain berkaitan dengan
tempertur dan tekanan proses. Kondisi operasi yang sering menjadi perhatian adalah
masalah temperatur.
Untuk memperoleh temperatur yang diinginkan untuk proses, maka bahan
kimia yang akan direaksikan harus dipanaskan atau diinginkan. Untuk itu diperlukan
suatu alat penukar panas yang biasa dipakai dalam industri adalah heat exchanger.
Pada heat exchanger akan terjadi peristiwa perpindahan panas. Dimana fluida yang
akan didinginkan dikontakkan dengan fluida pendingin (biasanya air). Kontak antar
fluida tersebut akan menyebabkan terjadinya peristiwa perpindahan panas.
Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian
benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
Di dalam industri kimia masalah perpindahan energi atau panas adalah hal
yang banyak dilakukan. Heat Exchanger bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu
aliran fluida untuk pemanasan fluida lain. Maka disini terjadi dua fungsi sekaligus,
yaitu memanaskan fluida yang dingin dan mendinginkan fluida yang panas.
Perpindahan panas dapat berlangsung secara:
1. Molekuler, yang disebut dengan konduksi.
2. Aliran yang disebut dengan perpindahan konveksi.
3. Gelombang elektromagnetik yang disebut dengan radiasi.
1

2. Proses perpindahan panas yang terjadi di dalam heat exchanger dapat
dilaksanakan secara langsung maupun tidak langsung. Heat exchanger yang
langsung, adalah dimana fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan
fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu ruang tertentu. Misalnya jet
condersor, water injection desuperheater, dan lain-lain. Heat exchanger yang tidak
langsung adalah dimana fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact)
dengan fluida dingin, jadi melalui perantara seperti pipa, tube, plate atau peralatan
jenis lain. Misalnya condesor pada turbin uap, pemanas uap lanjut dan pemanas air
pendahuluan pada ketel.
Ada beberapa heat exchanger yang umum digunakan pada industri. Alat-alat
penukar panas tersebut antara lain: double pipe, shell and tube, plate-frame, spiral,
dan lamella. Alat penukar panas yang sering digunakan adalah jenis shell and
tubeheat exchanger. Lalu bagaimana dengan alat penukar panas jenis terutama jenis
plate heat exchanger. Bagaimana prinsip dan cara kerja, jenis-jenisnya, dan dasar
hukum yang sering dipakai dalam pemecahan masalah perpindahan panas dalam
proses kimia.
1.2 Permasalahan
1. Bagaimanakah prinsip dan cara kerja dari plate heat exchanger ?
2. Apa sajakah jenis-jenis plate heat exchanger yang sering dipakai dalam
industri kimia ?
3. Apa dasar hukum yang diterapkan dalam proses pertukaran panas dengan
menggunakan plate heat exchanger ?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui prinsip dan cara kerja plate heat exchanger.
2. Mengetahui jenis-jenis plate heat exchanger yang sering dipakai dalam
industri kimia
2

3. 3. Mengetahui dasar hukum yang diterapkan dalam proses pertukaran panas
dengan menggunakan plate heat exchanger
1.4 Manfaat
1. Penerapan plate heat exchanger dalam proses pertukaran panas dalam proses yang
berlangsung pada suatu industri kimia
2. Penggunaan secara luas plate heat exchanger dalam dunia industri
1.5 Pembatasan Masalah
Dalam penulisan ini titik fokus pembahasan adalah mengenai prinsip, cara
kerja, jenis, dan dasar hukum yang dipakai pada proses yang terjadi pada plate heat
exchanger.
3

4. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Heat Exchanger
Penukar panas adalah alat yang digunakan untuk mempertukarkan panas
secara kontinue dari suatu medium ke medium lainnya dengan membawa energi
panas. Secara umum ada 2 tipe penukar panas, yaitu:
a. Direct heat exchanger, dimana kedua medium penukar panas saling kontak satu
sama lain. Yang tergolong Direct heat exchanger adalah cooling tower dimana
operasi perpindahan panasnya terjadi akibat adanaya pengontakan langsung
antara air dan udara.
b. Indirect heat exchanger, dimana kedua media penukar panas dipisahkan oleh
sekat/ dinding dan panas yang berpindah juga melewatinya. Yang tergolong
Indirect heat exchanger adalah penukar panas jenis shell and tube, pelat, dan
spiral.
2.2 Prinsip Kerja
Heat exchanger bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat transfer),
dimana terjadi perpindahan panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke
fluida yang temperaturnya lebih rendah. Biasanya, ada suatu dinding metal yang
menyekat antara kedua cairan yang berlaku sebagai konduktor . Suatu solusi panas
yang mengalir pada satu sisi yang mana memindahkan panasnya melalui fluida lebih
dingin yang mengalir di sisi lainnya. Energi panas hanya mengalir dari yang lebih
panas kepada yang lebih dingin dalam percobaan untuk menjangkau keseimbangan.
Permukaan area heat exchanger mempengaruhi efisiensi dan kecepatan perpindahan
panas yang lebih besar area permukaan panas exchanger, lebih efisien dan yang lebih
cepat pemindahan panasnya.
4

5. 2.3 Kegunaan Heat Exchanger
Contoh penggunaan komersial yang lain untuk heat exchanger meliputi
pemanasan sumber air mineral dan pemanasan kolam renang , radiator rumah, air
panas pada radiator, lemari es dan alat pendingin.
Heat exchanger penting dalam pengaturan seperti memproses makanan,
proses industri, berkenaan dengan farmasi, pulp dan kertas dan industri baja. Semua
industri yang membangkitkan tenaga memerlukan alat heat exchanger tersebut.
Industri lain yang menggunakan heat exchanger meliputi industri bahan kimia,
angkatan laut, semi penghantar, petrokimia, elektronik, permobilan, tekstil dan
fasilitas perawatan air.
2.4 Jenis-jenis Heat Exchanger
Ketiga jenis utama heat exchanger ini yaitu :
a. Plate heat exchanger
Plate heat exchanger adalah salah satu tipe heat exchanger yang
menggunakan plat logam untuk memindahkan panas antara dua liquid.
Penggunaan heat exchanger ini menguntungkan dari heat exchanger konvensional
karena permukaan kontak fluida lebih luas. Plate heat exchanger merupakan suatu
kemajuan desain dasar yang membuat perpindahan panas yang cepat. Plate heat
exchanger terbagi dua ruangan, yang tipis berada di dalam, membagi dua fluida
dengan luas permukaan yang paling luas oleh plat logam. Plat tersebut
memungkinkan perpindahan panas yang paling cepat. Membuat setiap ruangan
tipis memastikan sebagian besar volume dari liquid akan mengalami kontak
dengan plat.
5

6. Gambar 2.1 Plate Heat Exchanger
b. Shell and Tube Heat Exchanger
Shell merupakan bagian bagian heat exchanger yang berbentuk tube yang
besar. Tube berada di dalam shell. Dua fluida yang berbeda temperatur mengalir
melalui exchanger dan terjadi pertukaran panas di dalamnya. Satu fluida mengalir
melalui tube dan yang lainnya mengalir melalui shell. Dengan menggunakan
exchanger ini maka panas tidak akan terbuang dengan sia – sia sehingga dapat
menghemat energi.
6

7. Gambar 2.2 Shell and Tube Heat Exchanger
c. Plate heat exchanger
2.5 Desain dan Konstruksi Heat Exchanger
Konstruksi dari heat exchanger biasanya yaitu baja, titanium, tembaga,
perunggu, baja tahan-karat, aluminum atau besi cor. Salah satu permasalahan dalam
alat penukar panas ini yaitu yang paling besar harus mencegah terjadinya karatan,
yang mana umum dalam kaitannya dengan yang cairan yang mengalir tetap. Hal ini
biasanya sulit untuk dihindari. Untuk membantu mencegah ini, tabung harus bersifat
mencegah karat secara umum, pemipaan, stress-corrosion cracking (SCC), sel
oksigen dan pelepasan selektif biasanya menyerang dalam hal saat perbaikan.
Beberapa disain alat penukar panas menggunakan sirip untuk menyediakan
konduktifitas termal yang lebih besar, yang biasanya membantu. Sebagai contoh,
7

8. suatu radiator mobil adalah suatu alat yang bermanfaat untuk pemindahan panas dari
mesin kepada udar luar. Heat exchanger mempunyai peran rumit dalam disain,
pemeliharaan dan operasi proses pengaturan sistem suhu dan pemanasan, disain
vehicle, pembangkit tenaga listrik, pendinginan, bahan kimia dan rekayasa industri
sistem.
Tabel 2.1 Macam Desain pada Heat Exchanger
8

9. 9
HEAD BODY REAR
A E L
B F M
C G N
D H P
N J S
K T
X U
W

10. BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Plate Heat Exchanger
Alat penukar panas jenis pelat adalah alat yang memiliki efisiensi tinggi. Alat
penukar panas jenis ini dibuat oleh pelat logam stainless steel tahan karat . Aliran
fluida panas dan dingin mengalir masuk ( dan keluar) melalui suatu lubang angin
pada 4 sudut lembar yang menghasilkan efek perpindahan panas.
Dalam rangka mencegah kebocoran dan pencampuran dari cairan panas dan
dingin, karet pengatur jarak digunakan untuk menyegel antara pelat logam. Pengatur
jarak dan plat dirakit dalam bingkai (frame). Area dari pertukaran panas ditetapkan
menurut volume pertukaran panas tersebut.
10

11. Gambar 3.1 Plate Heat Exchanger
3.2 Sejarah Plate Heat Exchanger
Plate heat exchanger (PHE) ditemukan oleh Dr Richard Seligman pada 1923
yang digunakan untuk pemanasan yang tidak langsung dan mendinginkan cairan
yang dipakai pada APV (Aluminium Plant & Vessel) Company Limited.
Struktur umum penukar panas jenis pelat (Plate Heat Exchanger) pertama kali
dipublikasikan oleh Marriot, 1971. Penukar panas jenis pelat ini terdiri atas pelat-
pelat tegak lurus yang dipisahkan sekat-sekat berukuran antara 2 sampai 5 mm. Pelat-
pelat ini berbentuk empat persegi panjang dengan tiap sudutnya terdapat lubang.
Melalui dua di antara lubang-lubang ini fluida yang satu dialirkan masuk dan keluar
pada satu sisi, sedangkan fluida yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang
antara di sebelahnya.
11

12. Gambar 3.2 Penukar panas jenis pelat [Marriot, 1971]
3.3 Prinsip Aliran pada Plate Heat Exchangers
Plate heat exchanger terdiri dari banyak plat metal yang tipis dengan
pembukaan untuk jalan yang dilewati oleh fluida. Plat yang bengkok yang mana
maksudnya bahwa tiap-tiap bagian plat bersebelahan di dalam heat exchanger
membentuk suatu saluran. Tiap detik saluran terbuka bagi fluida yang sama . Antara
masing-masing penghembus plat ada suatu gasket karet, yang mana mencegah cairan
dari pencampuran dan dari kebocoran ke lingkungan sekitarnya.
12

13. Gambar 3.3 Pelat pada Plate Heat Exchanger
13

14. Gambar 3.4 aliran fluida melalui Plate Heat Exchanger
Ketika media masuk plate and frame heat exchanger melalui koneksi dalam
frame, diarahkan melalui saluran pengubah oleh pengaturan gasket. aliran fluida yang
panas melalui setiap saluran yang lain dan cairan yang dingin melalui saluran yang
berada diantaranya. Panas ditransfer dari cairan yang hangat kepada cairan yang
lebih dingin melalui pembagian dinding, yaitu material plat. Bentuk bengkok
mendukung plat dari tekanan diferensial dan menciptakan suatu aliran turbulen di
saluran . Pada gilirannya, aliran turbulen menyediakan pemindahan kalor efisiensi
tinggi, membuat plate and frame heat exchanger sangat efisien dibandingkan dengan
heat exchanger tipe shell and tube tradisional.
14

15. Gambar 3.5 Prinsip Aliran dan Perpindahan Panas pada Plate Heat Exchanger
3.4 Pengaturan Aliran
Saat aliran fluida dingin dan panas dalam arah kebalikan ke plat tunggal
melintang, pole alir antara plat dapat bertukar-tukar. Alat penukar panas dapat
mengalir secara single atau multi-pass. Pengaturan single-pass berarti masing-masing
aliran fluida dalam arah yang sama melintang ke semua plat di dalam unit tersebut.
Pengaturan multi-pass dirancang sehingga cairan dapat berubah arah arus dari
masing-masing fluida. Unit Single-Pass lebih cocok untuk kebanyakan aplikasi, tetapi
laju alir sangat rendah dibanding alat penukar panas dengan tipe multi-pass.
15

16. Gambar 3.6 Single-pass arrangement Suitable for most application.
Gambar 3.7 Multi-pass arrangement for application with low flow rates or close
approach temperatures.
3.5 Keuntungan Plate Heat Exchanger
Keuntungan dari heat exchanger jenis pelat mulai dengan disainnya. Heat
exchanger jenis pelat, mengirim, efisiensi lebih besar, biaya yang lebih rendah,
16

17. pemeliharaan dan pembersihan lebih mudah, dan semakin dekat pendekatan
temperatur dibanding penukar panas teknologi lain.
Yang dibandingkan heat exchanger jenis spiral dan shell and tube, plate heat
exchanger mempunyai kapasitas serupa juga memuat luas,lebar lantai sedikit dan
mudah untuk diperluas. swing-out plate vertikal mengijinkan kamu untuk
mempacking beribu-ribu ft2
area pemindahan kalor ke dalam suatu ruang kecil, selagi
masih membiarkan ruang untuk pertumbuhan masa depan.
Berikut ini keuntungan dari Plate Heat Exchangers, antara lain :
1. Dalam kaitan dengan turbulensi yang tinggi di pola alir dari fluida melalui
channel alternatif yang dapat memperoleh transfer panas dengan sangat tinggi.
Lebih mempertimbangkan disain yang lebih ringkas dengan biaya-biaya
modal yang lebih rendah, sebagai contoh peralatan penukar panas permukaan
yang mana lebih rendah dari suatu penukar panas konvensional.
2. Disain modular mengijinkan pemakai untuk menambahkan kapasitas yang
mana mengubahnya dengan hanya menambahkan plat kepada heat exchanger.
3. Lebih sedikit pemasangan pipa pada plate and frame heat exchanger menjadi
terbuka tanpa mengganggu pemasangan pipa. Semakin dekat pendekatan
temperatur sampai kepada 2°F menyediakan recovery panas maksimum dan
lebih ekonomis.
4. Alat penukar panas jenis pelat aliran berlawanan arah memiliki efisiensi yang
terbaik dibanding alat penukar panas jenis pelat aliran menyilang banyak
laluan dan alat penukar panas jenis pelat aliran menyilang tanpa sekat-sekat.
5. Menggunakan material tipis untuk permukaan penukar panas sehingga
menurunkan tahanan panas selama konduksi.
6. Memberikan derajat turbulensi yang tinggi yang memberikan nilai konveksi
yang besar sehingga meningkatkan nilai U dan juga menimbulkan self
cleaning effect
7. Faktor-faktor fouling kecil karena:
a. Aliran turbulen yang tinggi menyebabkan padatan tersuspensi
17

18. b. Profil kecepatan pada pelat menjadi seragam
c. Permukaan pelat secara umum smooth
d. Laju korosi rendah
e. Mempunyai nilai ekonomis dalam instalasi karena hanya membutuhkan
tempat 1/4 sampai 1/10 tempat yang dibutuhkan tube dan spiral
f. Mudah dalam modifikasi dan pemeliharaan
Mudah dalam pemeliharaan dengan ruang minimal yang diperlukan untuk
membuka / menutup heat exchanger dan adalah harga yang stabil serta
ekonomis.
g. Penukar panas jenis pelat dapat memindahkan panas secara efisien bahkan
pada beda temperatur sebesar 10
C sekalipun
h. Penukar panas jenis pelat juga fleksibel dalam pemeliharaan aliran.
3.6 Jenis-jenis Plate Heat Exchanger
Menurut Bell (1959) ada beberapa tipe aliran fluida dalam pelat heat
exchanger, yaitu:
1. Seri
Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alirnya rendah dan beda temperaturnya
tinggi.
2. Paralel
Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alirnya lebih besar dan beda
temperaturnya rendah.
3. Seri paralel
Pola ini digunakan untuk fluida yang laju alir dan beda temperaurnya tidak terlalu
tinggi (menengah).
Berdasarkan konstruksinya, penukar panas pelat dapat dibagi menjadi 2
macam, yaitu
1. Gasketted Plate Heat Exchanger
18

19. Gasketted plate heat exchanger mudah dimodifikasi karena desainnya fleksibel.
Fungsi utama gasket adalah menjaga tekanan fluida, menjaga laju alir fluida dan
mencegah pencampuran fluida. Selain iu, gasket juga mudah dibuka untuk kontrol
dan pembersihan.
Gambar 3.8 Aliran Fluida pada Gasketted Plate Heat Exchanger
2. Brazed Plate Heat Exchanger
Brazed plate heat exchanger adalah pengembangan jenis gasket. Kelebihannya
adalah lebih kompak, dan digunakan untuk tekanan dan temperatur tinggi.
Berdasarkan ragam aliran fluida operasi plate heat exchanger dapat
dibedakan menjadi :
19

20. 1. Penukar panas pelat beraliran jamak (multipass plate heat exchanger)
2. Penukar panas pelat berlawanan arah (countercurrent plate heat exchanger)
3. Penukar panas pelat bersilangan arah (crosscurrent plate heat exchanger)
3.6.1 Multipass Plate Heat Exchanger
Proses pertukaran panas pada penukar panas jenis ini secara sederhana mirip
dengan proses pertukaran panas pada penukar panas pipa ganda (double pipe heat
exchanger). Perbedaannya terletak pada bentuk alur laluan fluida. Pada pipa ganda
alur laluan fluida pendinginnya sejajar dengan alur laluan fluida panasnya. Baik
fluida dingin maupun panas memiliki alur aliran yang lurus (smooth ). Sedangkan
pada penukar panas pelat beraliran jamak alur laluan fluida dingin membentuk huruf
U dan sejajar dengan alur laluan fluida panas.
Gambar 3.9 Penukar panas jenis pelat berlairan jamak (multi-pass)
Alat penukar panas saluran jamak memiliki spesifikasi aliran berupa saluran
jamak banyak laluan (multipass) untuk aliran udara pendingin dan saluran tunggal
untuk aliran flue gas. Dengan adanya saluran jamak ini, perpindahan panas
berlangsung secara bertahap sehingga laju penurunan temperatur flue gas lebih
teratur. Fluida panas (flue gas) yang digunakan dalam penelitian ini adalah udara
yang berasal dari kerangan (valve) yang dipanaskan oleh alat pemanas udara (heater)
20

21. dan udara ambient sebagai fluida dingin. Rancangan alat penukar panas saluran
jamak ditampilkan pada gambar 5 dan gambar 6 berikut:
Gambar 3.10 Alat penukar panas jenis pelat saluran jamak untuk sisi udara
Gambar 3.11 Alat penukar panas jenis pelat saluran jamak untuk sisi flue gas
3.6.2 Counter Current Plate Heat Exchanger
Pada alat penukar panas berlawanan arah, kedua fluida, flue gas, dan udara
pendingin mengalir masuk ke penukar panas dalam arah yang berlawanan dan keluar
sistem dalam arah yang berlawanan juga. Gambar 3.12 menunjukkan skema arah
aliran pada penukar pelat berlawanan arah.
21

22. Gambar 3.12 Penukar panas pelat berlawanan arah (counter current)
Pada alat penukar panas berlawanan arah, kedua fluida, flue gas dan udara
pendingin mengalir masuk ke penukar panas dalam arah berlawanan dan keluar
system dalam arah yang berlawanan juga. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.13 dan
gambar 3.14. Dengan skema peralatan tersebut diharapkan hasil yang diperoleh dapat
memenuhi rentang bilangan Reynolds antara 10-400 seperti yang ditekankan Marriot
(1971).
Gambar 3.13 Alat penukar panas jenis pelat berlawanan arah untuk sisi udara
22

23. Gambar 3.14 Alat penukar panas jenis pelat berlawanan arah untuk sisi flue gas
3.6.3 Cross Current Plate Heat Exchanger
Pada penukar panas pelat bersilangan arah, udara bergerak menyilang melalui
matriks perpindahan panas yang dilalui oleh flue gas. Arah matriks perpindahan
panas pada penukar panas jenis ini dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Penukar panas bersilangan arah (cross-current)
23

24. Bila kedua fluida mengalir sepanjang permukaan perpindahan panas dalam
gerakan yang tegak lurus satu dengan lainnya, maka penukar panasnya dikatakan
berjenis aliran silang (cross flow). Pada sistem ini, udara bergerak menyilang melalui
matriks perpindahan panas yang dilalui flue gas. Aliran fluida panas dan dingin pada
penukar panas pelat beraliran silang yang akan digunakan pada percobaan ini tidak
saling bercampur (unmixed). Hal ini disebabkan oleh adanya sekat yang memisahkan aliran
kedua fluida tersebut. Skema peralatan penukar panas pelat beraliran silang ini
ditampilkan pada gambar 3.16.
Gambar 3.16 Alat penukar panas jenis pelat bersilangan arah
3.7 Perpindahan Panas pada Plate Heat Exchanger
Perpindahan panas antara dua fluida yang dipisahkan oleh pelat terjadi secara
konduksi dan konveksi. Jika konduksi dan konveksi secara berurutan, maka tahanan
panas yang terlibat (konduksi dan konveksi) dapat dijumlahkan untuk memperoleh
koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Besaran 1/Uh dan 1/Uc disebut tahanan
keseluruhan terhadap perpindahan panas dan merupakan jumlah seri dari tahanan di
fasa fluida panas, pelat, dan fluida dingin.
24

25. Gambar 3.17 Distribusi Temperatur pada Pelat
Secara matematis dapat dirumuskan:
hU
1
=
hh
1
+






h
w
w
dA
dA
k
x
+






h
c
c
dA
dA
h
1
..(1)
dan
cU
1
=
ch
1
+






c
w
w
dA
dA
k
x
+






c
h
h
dA
dA
h
1
..(2)
dimana :
hU
1
= tahanan panas keseluruhan atas dasar fluida panas
cU
1
= tahanan panas keseluruhan atas dasar fluida dingin
hh = koefisien perpindahan panas di fluida panas
hc = koefisien perpindahan panas di fluida dingin
xw = tebal pelat
k = konduktivitas pelat
25

26. Perpindahan panas menjadi:
dA
dQ
= U ( Th – Tc ) …(3)
hh =
hwh TT
dA
dQ
,−
…(4)
hc =
ccw TT
dA
dQ
−,
…(5)
dQ/dA : fluks panas per unit perpindahan panas di mana perbedaan temperatur (Th
-Tc).
U : koefisien perpindahan panas keseluruhan
Tw : temperatur dinding pelat.
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang didefinisikan
sebagai perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viscous dalam system aliran
fluida. Secara matematis dapat dirumuskan:
NRE = µ
ρ vD..
...(6)
dimana ρ = densitas fluida (kg/m3)
v = laju alir fluida (m/s2)
µ = viskositas fluida (ms2/kg)
D = diameter (m)
26

27. Penukar panas yang baik adalah yang memiliki laju perpindahan panas
seoptimal mungkin. Ketidakoptimalan laju perpindahan panas ditentukan nilai
koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Hasil-hasil penelitian yang telah
dipublikasikan menunjukkan bahwa perubahan fluks massa udara dapat
meningkatkan nilai U untuk setiap laju alir massa flue gas konstan pada alat penukar
panas jenis plat. Marriot (1971) membatasi rentang bilangan Reynolds yang efektif
untuk fluida operasi gas-gas adalah 10-400. Pada bilangan Reynolds yang terlalu
tinggi, laju alir fluida juga akan tinggi, yang akan menyebabkan perpindahan panas
tidak efektif.
3.8 Neraca Massa dan Energi pada Sistem Alat Perpindahan Panas
Karakteristik alat perpindahan panas ditentukan oleh beberapa faktor, antara
lain:
1. Jenis fluida yang akan dipertukarkan panasnya
2. Laju alir fluida
3. Tipe aliran yang dipakai (co-current atau counter-current)
4. Letak fluida panas dan dingin, di dalam atau di luar alat penukar panas tersebut.
Dalam neraca entalpi pendingin dan pemanas didasarkan pada asumsi bahwa
dalam penukar kalor tidak terjadi kerja poros, sedang energi mekanik, energi
potensial, dan nergi kinetik semuanya kecil dibandingkan dengan suku-suku lain
dalam persamaan neraca energi. Maka, untuk satu arus dalam penukar kalor
Q= m ( Hb - Ha ) ..(7)
Dimana,
m = laju aliran massa dalam arus tersebut
q =
t
Q
= laju perpindahan kalor ke dalam arus
Ha & Hb = entalpi per satuan massa arus pada waktu masuk dan pada waktu keluar.
27

28. Penggunaan laju perpindahan kalor dapat lebih disederhanakan dengan asumsi
salah satu dari fluida dapat mengambil kalor dan melepaskan kalor ke udara sekitar
jika fluida itu lebih dingin dari udara. Perpindahan kalor dari atau ke udara sekitar
dibuat sekecil mungkin dengan isolasi yang baik sehingga kehilangan kalor tersebut
diabaikan terhadap perpindahan kalor yang melalui dinding tabung yang memisahkan
udara panas dan udara dingin.
3.9 Hukum Fourier
Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah berupa
kesebandingan yang ada antara laju aliran kalor melintas permukaan isotermal dan
gradien suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hubungan umum ini, yang berlaku
pada setiap lokasi di dalam suatu benda, pada setiap waktu disebut hukum fourier.
Hukum Fourier menyatakan bahwa k tak bergantung pada gradient suhu tetapi tidak
selalu demikian halnya dengan suhu itu sendiri.
Hukum itu dapat dituliskan sebagai :
dA
dq
= -k
n
T
∂
∂
dimana :
A = luas permukaan isotermal
n = jarak, diukur normal ( tegak lurus ) terhadap permukaan itu
q = laju aliran kalor melintas permukaan pada arah normal terhadapnya
T = suhu
k = konstanta proporsionalitas ( tetapan kesebandingan )
Termal konduktivitas adalah proses untuk memindahkan energi dari bagian
yang panas kebagian yang dingin dari substansi oleh interaksi molekuler. Dalam
fluida, pertukaran energi utamanya dengan tabrakan langsung. Pada solid, mekanisme
28

29. utama adalah vibrasi molekuler. Konduktor listrik yang baik juga merupakan
konduktor panas yang baik pula. Konduktivitas termal k ialah suatu konstanta
(tetapan) yang ditentukan dari eksperimen dengan medium itu. Satuan k adalah
Btu/hr.ft.o
Fatau W/m.K.
29

30. BAB IV
KESIMPULAN
1. Plate heat exchanger adalah salah satu tipe heat exchanger yang menggunakan
plat logam untuk memindahkan panas antara dua liquid dengan menerapkan
prinsip hukum Fourier.
2. Heat exchanger bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat transfer),
dimana terjadi perpindahan panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke
fluida yang temperaturnya lebih rendah.
3. Berdasarkan ragam aliran fluida operasi plate heat exchanger dapat dibedakan
menjadi :
1. Penukar panas pelat beraliran jamak (multipass plate heat exchanger)
2. Penukar panas pelat berlawanan arah (countercurrent plate heat exchanger)
3. Penukar panas pelat bersilangan arah (crosscurrent plate heat exchanger)
30

31. DAFTAR PUSTAKA
Fachry, H.A.R. 2007. Penuntun Praktikum Laboratorium Unit Operasi. Indralaya :
Laboratorium Proses dan Operasi Teknik Kimia Universitas Sriwijaya
http://images.google.co.id
http://www.egr.msu.edu/~steffe/handbook
http://www.kaori-taiwan.com/
http://www.valutechinc.com/alfalaval1.htm
Mc Cabe, Warren, Julian C Smith & Peter H..1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga :
Jakarta.
Utomo, Tjipto.1983. Teori Dasar Fenomena Transpor. Binacipta : Bandung
31