BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Alat penukar kalor (APK) adalah alat yang umumnya dipakai di dunia industri untuk proses-proses pendinginan dan pemanasan. Salah satu penggunaan di sektor industri adalah untuk pengeringan anti nyamuk yang dilakukan oleh PT Inti Kimiatama di kawasan Industri Medan Star Tanjung Morawa. Sebagai media pengeringan anti nyamuk digunakan udara panas yang dihasilkan dari alat penukar kalor melalui proses pemanasan dengan air panas. Atas dasar prinsip ekonomis dan efektifitas, alat penukar kalor mengalami perkembangan baik jenis maupun ukurannya. Perkembangan ini bertujuan untuk mendapatkan koefisien perpindahan kalor dan efektivitas yang lebih tinggi. Sehingga alat penukar kalor didesain sedemikian rupa agar dapat melakukan pertukaran energi secara optimal dan lebih ekonomis, dengan meminimalkan luas permukaan dan kondisi operasi yang efektif serta konstruksi yang kokoh. Jenis dan tipe alat penukar kalor telah banyak dikenal dan diproduksi sesuai standard TEMA (Tubular Exchanger Manufacture Association). Salah satu jenis alat penukar kalor adalah selongsong dan tabung (shell and tube) yang banyak digunakan dalam industri proses. APK ini terdiri dari satu selongsong (shell) atau lebih dengan beberapa jumlah tabung (tube). Aliran fluida panas dan dingin saling melintas satu sama lain, tidak hanya satu kali tetapi dapat dibuat beberapa kali. Lintasan aliran fluida ini disebut dengan laluan (pass).
Alat penukar kalor selongsong dan tabung dilengkapi dengan beberapa sekat yang disebut dengan baffle. Selain berfungsi untuk mendukung dan menahan tabung akibat vibrasi, sekat (baffle) ini membuat aliran fluida pada sisi selongsong (shell) akan terhambat sehingga terbentuk aliran turbulen, dan fluida dingin akan lebih lama bersentuhan dengan tabung tempat fluida panas mengalir, serta membuat aliran silang melalui tabung sehingga meningkatkan koefisien perpindahan kalor. Dalam pemakaiannya pada alat penukar kalor, umumnya sekat (baffle) dengan tipe segmental baffle dipasang tegak lurus terhadap tabung, dan arah aksial penukar kalor. Sekat (baffle) yang terpasang tegak terhadap tabung akan mengakibatkan arah aliran sebagian fluida dalam selongsong (shell) melintas tegak terhadap berkas tabung dan kondisi seperti ini akan meningkatkan derajat turbulensi. Aliran tersebut sangatlah komplek, di satu sisi dapat memberi pengaruh perpindahan kalor konveksi yang baik, tetapi di sisi lain penurunan tekanan (pressure drop) kurang baik. Menurut Li dan Kottke [1] dalam penelitiannya pengaruh jarak sekat (baffle) terhadap penurunan tekanan dan perpindahan panas lokal menyimpulkan bahwa perubahan jarak sekat (baffle) mempengaruhi perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan. Demikian juga oleh Saffar-Avval et al. [2] dalam penelitiannya pengaruh jarak sekat (baffle) terhadap luas perpindahan panas dan penurunan tekanan, menyimpulkan bahwa jarak sekat (baffle) mempunyai pengaruh yang menentukan daya pemompaan dan luas perpindahan panas. Kerugian tekanan dalam sisi selongsong (shell) sangat dipengaruhi oleh faktor gesek dan laju aliran fluida. Besarnya faktor gesek (f) dalam sisi selongsong (shell) yang berkorelasi langsung dengan bilangan Reynolds (Re), seperti yang dikemukakan
oleh Kern [3] bahwa kerugian tekanan adalah fungsi dari bilangan Reynolds. Korelasi yang sama juga dikemukakan oleh Janna [4] yakni kerugian tekanan dalam sisi selongsong (shell) akan bertambah dengan bertambahnya bilangan Reynolds. Kakac dkk [5] menyatakan bahwa kerugian tekanan adalah fungsi dari jumlah segmen lintasan pada bundel tabung (tube) yang terletak diantara sekat dengan sekat (N b + 1) dan jarak lintas aliran pada setiap segmen. Dalam penelitian ini akan diamati koefisien perpindahan kalor dan penurunan tekanan suatu APK jenis selongsong dan tabung (shell and tube) yang dipengaruhi oleh pemasangan sekat (baffle) dalam berbagai jarak. Koefisien perpindahan kalor dinyatakan dalam nilai koefisien perpindahan kalor konveksi atau dalam bilangan Nusselt dan penurunan tekanan dinyatakan dalam bentuk faktor gesek. 1.2. Perumusan Masalah Sesuai dengan permasalahan diatas, maka pada penelitian ini akan mencari berapa jarak sekat yang sesuai sehingga didapatkan harga maksimal perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan dengan menggunakan APK jenis selongsong dan tabung dengan satu laluan selongsong (single-pass shell) dan satu laluan tabung (single-pass tube), dengan susunan tabung belah ketupat (rotated square). 1.3. Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan Umum Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik perpindahan kalor dan penurunan tekanan pengaruh dari jarak sekat (baffle) pada suatu alat penukar kalor
jenis selongsong dan tabung (shell and tube) dengan satu laluan selongsong dan satu laluan tabung dengan susunan tabung belah ketupat. 1.3.2. Tujuan Khusus Melalui penelitian ini akan dilakukan uji ekperimental untuk : 1. Mendapatkan harga optimal perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan pengaruh dari jarak sekat. 2. Mendapatkan bentuk formulasi korelasi empiris antara perpindahan kalor konveksi dalam bentuk bilangan Nusselt (Nu) terhadap parameter-parameter bilangan Reynolds (Re), bilangan Prandtl (Pr) dan jarak sekat. 3. Mendapatkan bentuk formulasi korelasi empiris antara penurunan tekanan dalam bentuk faktor gesek (f) terhadap parameter-parameter bilangan Reynolds dan jarak sekat (f = p Re q ), dimana p adalah konstanta, q adalah eksponensial. 4. Sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihan dan perancangan alat penukar kalor selongsong dan tabung satu laluan selongsong dan satu laluan tabung dengan susunan tabung belah ketupat yang optimal. 1.4. Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Menghasilkan informasi-informasi ilmiah yang memadai dan bermanfaat yang berkaitan dengan posisi pemasangan jarak sekat pada alat penukar kalor selongsong dan tabung, agar dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihan/perancangan alat penukar kalor yang optimal.
2. Sebagai pengembangan sarana laboratorium Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Sebagai pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi.