Laporan Praktikum Hari, tanggal: Senin, 16 Maret 2015 Gol : P3 Peralatan Industri Pertanian Dosen : Dr. Ir. Ade Iskandar M. Si Asisten : 1. Fadila (F34110025) 2. Nur Kholiq (F34110105) 3. Aji Wibowo (F34110111) HEAT EXCHANGER Khoirul Umam F34130043 Retno Tiyastuti F34130044 DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2015 PENDAHULUAN Latar Belakang Proses perpindahan panas adalah salah satu bentuk dari transformasi energi dan mempunyai peranan yang sangat penting di berbagai bidang terutama di bidang industri dan teknologi seperti halnya industri permesinan, pembangkit tenaga, pesawat terbang, industri otomotif, pengeringan, pendinginan dan sebagainya. Pada proses perpindahan panas tersebut memerlukan beberapa persyaratan kebutuhan temperatur tertentu untuk sistemnya, sehingga sistem yang terdapat pada proses tersebut dapat berjalan dengan baik sesuai dengan yang direncanakan. Dengan adanya hal tersebut, untuk mengatur perpindahan panas yang terjadi diperlukan suatu alat yaitu alat penukar kalor atau disebut juga heat exchanger (Artono 2002). Selain itu, untuk mendukung proses produksi dan kenyamanan dalam berproduksi, dibutuhkan alat yang mampu mengatur udara. Air Conditioing (AC) merupakan suatu alat yang mampu mengkondisikan udara. Dalam penggunaannya, AC tidak hanya menyejukkan atau mendinginkan udara, tetapi bisa juga mengatur kebersihan dan kelembaban udara didalam ruangan sehingga tercipta kondisi udara yang berkualitas, sehat, dan nyaman bagi tubuh. Pemilihan yang tepat suatu alat penukar kalor dan air conditioner akan menghemat biaya operasional harian dan perawatan. Untuk menanggapi hal tersebut, diperlukan studi yang membahas kedua hal tersebut. Bahasan tersebut meliputi definisi, prinsip kerja, manfaat dan aplikasi dari dua alat tersebut. Tujuan Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui pengertian, komponen, dan aplikasi dalam industri dari heat exchanger. Mengetahui conoth penggunaan mesin pertukaran panas, komponen serta kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. [terlampir] HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pembahasan Heat Exchanger merupakan suatu alat yang digunakan sebagai perantara perpindahan panas dari satu fluida ke fluida lain, dimana terjadi proses transfer panas akibat perbedaan suhu kedua aliran fluida tersebut. Secara umum, alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak,
baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Lebih lanjut, heat exchanger dapat pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses fluida (Artono 2002). Heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang sangat penting dalam proses industri. Secara sederhana, prinsip kerja Heat Hxchanger adalah sebagai berikut. Dua fluida yang berbeda temperature, yang satu dialirkan dalam tube dan yang lainnya dalam shell hingga bersentuhan secara tidak langsung, sehingga panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi berpindah ke fluida yang temperaturnya lebih rendah. Hasil dari proses ini adalah fluida panas yang masuk akan menjadi lebih dingin dan fluida dingin yang masuk akan menjadi lebih panas (Purwawadi 2003). Pertukaran kalor dari dua fluida pada temperatur berbeda dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung. Secara kontak langsung, panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida. Secara kontak tak langsung, perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir (Ridho 2012). Menurut Artono (2002), heat exchanger memiliki beberapa jenis, diantanya sebagai berikut. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger), dalam jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang di kedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Penukar panas cangkang dan buluh (shell and tube heat exchanger), terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat (buffle). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal (residence time), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur (Wafi 2011). Pillow plate heat exchanger, yaitu sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel.pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam. Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin garis las.
Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam (Artono 2002). Dynamic scraped surface heat exchanger, ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan selama proses tersebut(purwawadi 2003). Adiabatic wheel heat exchanger, jenis penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan. Phase-change heat exchanger, Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas (Purwawadi 2003) Sejak menggulirnya isu global akan menipisnya cadangan energi fosil di dunia dewasa ini, mendorong pengguna energi terutama yang mengkomsumsi energi dalam skala besar untuk mengantisipasinya dengan membenahi sistem thermalnya. Perkembangan industri terutama pada bidang teknologi banyak dibutuhkan suatu alat untuk memindahkan sejumlah energi panas dari sistem ke lingkungan atau antara bagian-bagian yang berbeda di dalam sistem. Heat Exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan proses pertukaran kalor antara dua fluida, baik cair, panas atau dingin ( maupun gas, dimana fluida ini mempunyai temperatur berbeda. Heat Exchanger banyak digunakan di berbagai industri tenaga atau industri lainnya dikarenakan mempunyai beberapa keuntungan, antaralain : konstruksi sederhana dan kokoh, biaya yang digunakan relatif murah, dan kemampuan untuk bekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi dan tidak membutuhkan tempat yang luas (Wafi 2011). Heat exchanger di dalam dunia industri memiliki banyak manfaat. Misal 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 sistem mesin pendingin, yaitu berupa evaporator dan condenser. Sebagian besar dari industri-industri yang berkaitan dengan pemprosesanselalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam suatu proses produksi atau operasi. Heat exchanger dapat digunakan untuk memanaskan dan mendinginkan fluida. Sebelum fluida masuk ke reaktor, biasanya fluida dimasukan terlebih dahulu ke dalam alat penukar kalor agar suhu fluida sesuai dengan spesifikasi jenis reaktor yang digunakan. Di dunia industri, heat exchanger merupakan unit alat yang berperan dalam berbagai unit operasi, misalnya dalam industri obat-obatan farmasi, industri perminyakan, industri makanan-minuman dan lain-lain.
Air conditioner (AC) merupakan salah satu contoh alat yang menggunakan mesin pendingin. Komponen dasar dari mesin ini adalah kondensor, evaporator, kompresor, dan pipa kapiler (katup ekspansi) dan juga beberapa perlengkapan tambahan dan pipa-pipa penghubung (Silalahi S R 2006). prinsip dari AC Hampir sama dengan prinsip mesin pendingin. Udara dari lingkungan diserap oleh AC, lebih spesifik lagi diserap oleh refrigeran. Uap refrigeran bertekanan rendah dihisap dari evaporator ke kompresor menjadi uap yang bertekanan tinggi ke arah alat pengembunan (kondensor). Uap panas di embunkan menjadi cairan dengan cara mendinginkannya dengan air atau udara. Cairan yang dihasilkan memeiliki teakanan tinggi. Panas pengembunan di buang dari refigerator bersama air atau udara pedinginan kondensor. Dari kondensor cairan refrigeran mengumpul didalam tangki penerima sebagai cairan bertekanan tinggi. Cairan bertekanan tinggi ini mengalir melalui pipa kapiler yang menentukan jumlah cairan bertekanan rendah mengaliri gulungan pipa evaporator.di dalam evaporator, refrigeran mendidih, memeuai dan menguap. Tenaga panas untuk menguap itu diserap dari sektitar ruanganpanas yang dikandung oleh uap refrigeran bertekanan rendah, diidap melalui pipa pengisapan, kedalam kompresor, untuk dimampatkan menjadi uap refrigeran cair yang dapat lagi digunakan untuk proses refrigerasi selanjutnya. satu siklus telah diselesaikan dan diulangi seterusnya selama proses refrigerasi (Silalahi S R 2006) Masing- masing bagian dari AC memiliki fungsi dan kerja yang berbeda. Bagian pertama adalah kondensor. Kondensor adalah bagian yang menerima uap panas bertekanan tinggi dari kompresor. Kondensor berfungsi untuk mengubah refrigeran uap panas bertekanan tinggi menjadi refrigeran cair bertekanan tinggi. Bagian kedua adalah pipa kapiler (katup ekspansi). Fungsi dari bagian ini adalah menurunkan tekanan tinggi refrigeran cair ke tekanan konstan yang lebih rendah. Evaporator berfungsi untuk mengubah refrigeran cair menjadi bentuk gas. Hal ini dikarenakan refrigeran menyerap panas dari lingkungan sehingga wujudnya berubah dari cair menjadi uap. Evaporator biasanya berpasangan dengan fan. Fungsi dari fan adalah menghisap udara panas yang melewati evaporator sekaligus mendorong udara dingin keruangan. Kompresor berfungsi untuk menggerakkan sistem refrigerasi agar dapat memeprtahankan suatu perbedaan tekanan rendah dan tekanan tinggi pada sistem (Silalahi S R 2006). Perepana pindah panas dalam kehidupan sehari-hari sangat beragam dan banyak macamnya. Perpindahan panas sendiri terbagi menjadi tiga yaitu konduksi, konveksi. Konduksi yaitu perpindahan panas melalui kontak langsung antara molekul zat yang berbeda suhu, dan dapat terjadi pada gas, cairan atau padatan (Simarmata H 2001). Contoh penerapannya adalah penggunaan setrika. Konveksi yaitu perpindahan panas yang dengan pergerakan fluida(simarmata 2001). Contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari adalah peristiwa mendidihkan air dengan panci. Refrigeran adalah suatu zat yang mudah berubah fasenya dari cair menjadi uap dan sebaliknya apabila diubah tekanan dan temperaturnya ( Tambunan E 2008). Refrigeran mempunyai peran penting dalam mesin refrigerasi, karena refrigerator dapat menimbulkan efek pendinginan dan efek pemanasan pada mesin refrigerasi. Refrigerator dapat didefinisikan sebagai fluida kerja pada mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan pompa kalor. Refrigeran menyerap kalor pada suhurenah (dengan cara evaporasi dan melepaskan kaloor pada suhu dan tekanan yang tinggi (dengan cara kondensasi) (silalahi S R 2006).
Jenis refrigeran mempengaruhi suhu udara yang dihembuskan dalam ruangan pendingin (Silalahi S R 2006). Refrigeran (fluida pendingin) yang selama ini banyak digunakan pada mesin pendingin, termasuk mesin refrigerasi dan mesin pemebeku adalah chlorofluorocarbon (CFC) seperti R12, hydrochlorofluorocarbon (HCFC) seperti R22, dan campuran antara CFC dan HCFC seperti R502 (Sihaloho P 2005). Terdapat refrigeran lain yang juga dimanfaatkan pada mesin refrigerasi, akan tetapi penggunaanya tidak sebanyak jenis refrigeran diatas. CFC merupakan refrigeran yag memegang peranan penting dalam sistem refrigerasi. Penggunaan CFC dengan berbagai tipe sudah bersifat global. CFC memiliki sifat fisik dan termal yang baik bagi refrigeran, stabil, tidak mudah terbakar, dan tidak beracun akan tetapi termasuk dalam Ozone Depleting Substance (ODP) yaitu zat yang dapat merusak ozon. Salah satu golongan CFC adalah R-12. Refrigeran ini sangat terkenal dan banyak di gunakan untuk memperoleh suhu yang rata-rata (Silalahi S R 2006). Siklus hidup dari R-12 dapat dikatakan lama yaitu 120. Hal ini menyebabkan R-12 patut untuk di ganti. R-12 memiliki sifat antara lain senyawa yang tidak beracun, tidak mudah terbakar dan meledak serta merupakan senyawa yang stabil. R-12 juga memilikikarakteristik yang perlu di waspadai. Apabila R-12 kontak langsung dengan api, maka senyawa ini akan manjadi zat yang sangat beracun. Titik didih dari R-12 adalah -30 o C. HFC adalah zat refrigeran yang berpotensi dalam menimbulkan pemanasan global sehingga penggunaannya hanya bersifat sementara ( hwang et al 1998 dalam sihaloho dan tambunan 2005). R22 mempunyai nilai ODP (Ozone Depleting Substance) 0.05. Refrigeran ini banyak digunakan untuk mendapatkan mendapatkan temperatur yang redah pada proses kompresi dalam sistem pengkondisian dan pompa panas (Silalahi S R 2006). Titik didih dari R-22 pada tekanan atmosfer adalah -40 o C (Farhani A C 2007). Siklus hidup R-22 di atmosfer tergolong singkat yaitu 19 tahun(tambunan dalam Amna Citra Farhani 2007). R-12 dipiih karena salah satu sifatnya yang tidak larut pada minyak dan suhu keluarnya yang rendah (Dossat dalam Farhani A C 2007). R505 adalah senyawa azetrop. Senyawa azetrop adalah senyawa campuran yang zat pendukungnya tidak dapat dipisahkan (Farhani A C 2007). R505 adalah campuran antara CFC dan HFC. Refrigeran jenis ini sama halnya dengan refrigeran jenis lainnya dapat menimbulkan efek buruk bagi lingkungan. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Penukaran panas atau juga disebut heat exchangger berfungsi untuk mempertukarkan panas dari satu fluida ke fluida lain. Het exchanger dapat dimanfaatkan dalam industri contohnya industri pembangkit tenaga listrik, heat exchanger berperan dalam peningkatan efisiensi sistem. Heat exchanger memiliki beberapa jenis yaitu Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger), dalam jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart.
Mesin AC adalah salah satu contoh dari heat excangger. AC merupaka alat pendingin yang memiliki komponen dan siklus yang sama dengan mesin pendingin. Komponen dasar dari AC adalah kondensor, evaporator, pipa kapiler, kompresor. Keempat alat tersebut saling mendukung dalam proses atau siklus kerja AC. Prinsip kerja dari AC adalah menerima panas dari ruangan kemudian panas tersebut akan diolah oleh zat refrigeran sehingga suhu yang tadinya panas dan suhu yang tadinya panas daoat menjadi dingin. Refrigeran adalah suatu zat yang mudah berubah fasenya dari cair menjadi uap dan sebaliknya apabila diubah tekanan dan temperaturnya. Perubahan fase inilah yang dimanfaatkan untuk merekayasa pengaturan suhu. Contoh refrigeran yang sering digunakan adalah chlorofluorocarbon (CFC) seperti R12, hydrochlorofluorocarbon (HCFC) seperti R22, dan campuran antara CFC dan HCFC seperti R502. Sifat dari ketiga refrigeran diatas sama-sama dapat merusak lapisan ozon. Sehingga di harapkan masyarakat meminimalkan penggunaan refrigran sehingga bumi aman dari ancama rusaknya ozon. Saran Praktikum kali ini dirasa kurang kondusif, hal ini dapat disebabkan karena tempat yang dipilih dan alat peraga yang minim. Praktikum seharusnya dimanfaatkan untuk lebih mendalami materi dan melihat dan mempraktikkan secara langsung, akan tetapi karena minim alat dan tempat praktikum sehingga dirasa kurang maksimal. Diharapkan praktikum lebih kondusif. DAFTAR PUSTAKA Artono K R. 2002. Perpindahan Kalor. Jakarta(ID): Salemba Teknika. Farhani A M.2007.pengaruh penggantian refrigeran R-12 menjadi R-22 pada reformasi mesin pembekuan[skripsi]. Bogor (ID):Institut Pertanian Bogor. Purwawadi M.2003. Perpindahan Panas Dasar. Jakarta(ID): Erlangga Rahayu S. 2009. Proses Evaporasi [Terhubung Berkala]. http://www.chem-is-try.org. (18 Maret 2015). Sihaloho P, tambunan A H.2005.perkembangan teknik refrigerasi dan pemanfaatan hidrokarbon sebagai refrigeran untuk mesin pembeku. Jurnal keteknikan pertanian.19(2):83-90 Silalahi S R.2006.Analisis eksergi penggunaan refrigeran pada sistem refrigerasi kompresi uap.bogor (ID): Institut pertanian bogor Simarmata H.2001.Uji kinerja penukaran panas tipe pipa vertikal (vertical pipe heat exchanger)[skripsi].bogor(id):institut pertanian Bogor. Ridho. 2012. Pengaruh Variasi Jarak Peletakan Static Radial Fin Mixer terhadap Unjuk Kerja Heat Exchanger. Malang(ID): Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya Tambunan E.2008.perbandingan penggunaan refrigeran hidrokarbon (mc-12 dan mc- 22) dan halo karbon (r-12 dan r-22) pada mesin refrigerasi [skripsi].bogor (ID):Institu pertanian Bogor.
Wafi A. 2011. Rancang Bangun Heat Exchanger Shell and Tube Single Phase. Semarang(ID) : Universitas Dipongoro.