Presentasi tentang materi alat penukar panas yaitu shell and tube exchanger pada mata kuliah perancangan alat penukar kalor. Presentasi ini mencakup langkah-langkah pengerjaan dan contoh kasus dari textbook.

1. SHELL AND TUBE TYPE
Tipe alat pertukaran panas yang paling banyak digunakan di
pabrik adalah tipe shell and tube.
Kelebihan pemilihan tipe ini :
• Luas persatuan volume (A/V) besar : A > 200 ft2
• Susunan pipa (lay out) cukup banyak dan baik : untuk operasi
dengan tekanan relatif tinggi
• Pembuatan di pabrik sudah umum
• Mudah dibersihkan
• Prosedur dan teknologi perancangan telah dikenal dengan baik
dan terbukti

2. PEMILIHAN ALIRAN FLUIDA
 Fluida yang bersih biasanya dialirkan di shell dan fluida yang kotor
melalui tube karena pembersihan shell jauh lebih sulit. jika ada
kebocoran shell maka HE harus diganti. Jika ada pipa / tube yang
bocor maka dapat ditutup dan HE masih dapat berfungsi.
 Shell yang bertekanan tinggi dan diameter yang besar akan
diperlukan dinding yang tebal dan biaya yang mahal. Untuk
mengatasinya, fluida bertekanan tinggi lebih baik dialirkan di tube.
Kekuatan dari small diameter tube melebihi shell dan tahan korosif.
 Lebih ekonomis meletakkan fluida dengan temperature lebih tinggi
pada tube side, karena panasnya ditransfer ke arah permukaan luar
tube sehingga diserap sepenuhnya oleh fluida di shell side.

3. Shell-and-Tube Heat Exchangers
One Shell Passes,
Two Tube Passes
Two Shell Passes,
Four Tube Passes
One Shell Pass and One
Tube Pass
Baffles (penghalang)
berfungsi untuk
memperluas dan
memperlama kontak
antara fluida sisi
shell dan tube
sehingga kontak dan
transfer panas lebih
efektif

4. The Tubular Element
Suatu contoh sederhana dan umum ditunjukkan pada Fig 7.1.
Lubang tube dibor pada tube sheet dengan diameter yang
agak lebih besar daripada diameter luar tube, dua atau lebih
groove dipotong pada dinding lubang. Tube ditempatkan
dibagian dalam lubang tube, gulungan tube dimasukkan ke
ujung tube.
Dalam penggunaannya pada sebagian besar industry diharapkan
memasang tube dalam tube sheet sehingga mereka (tube) dapat
diambil dengan mudah seperti dalam Fig 7.2. Tube sebenarnya
dipak padatube sheet dengan cara ferrule (digelang) menggunakan
logam cincin packing yang lunak.

5. Heat-exchanger Tubes
Tube – tube exchanger juga dinyatakan
sebagai tube – tube kondenser dan jangan
dibingungkan degan pipa baja atau tipe pipa
lainnya yang mengabaikan ukuran pipa besi.
Diameter luar tube heat exchanger atau
condenser adalah diameter actual dalam inchi
dengan toleransi yang sangat teliti.
Tube – tube heat exchanger ada dengan
bermacam – macam logam meliputi baja,
tembaga, admiralty, logam muntz, kuningan,
70-30 tembaga-nikel, aluminium perunggu,
aluminium dan stainless steel.

6. Tube Pitch
Tube – tube direncanakan dengan pola bujur sangkar
atau segi tiga sama sisi seperti yang ditunjukkan
pada Fig. 7.3a dan 7.3b.
Lubang tube tidak dapat dibor sangat dekat, karena
lebar logam diantara tube – tube yang berdekatan
terlalu kecil yang secara struktur memperlemah tube
sheet. Jarak diantara dua lubang tube berdekatan
yang sangat kecil adalah clearance (jarak ruangan)
atau ligament, dan ini sekarang hamper standar.

7. • Dalam Fig. 7.3c layout square
pitch telah diputar 45°, tetapi pada
dasarnya sama seperti Fig. 7.3a.
• Dalam Fig 7.3d ditunjukkan
modifikasi triangular pitch yang
secara mekanik dapat dibersihkan.
• keuntungan square pitch yaitu tube dapat
diambil untuk pembersihan diluar dan
menyebabkan pressure drop lebih rendah
bila fluida mengalir dengan arah yang
ditunjukan pada Fig. 7.3a
• Pitch yang lazim untuk layout square
adalah 3/4 in OD pada 1 in square pitch
dan 1 in OD pada 1¼ in square pitch.
Untuk layout triangular adalah 3/4 in OD
dengan 15/16 in triangular pitch, 3/4 in
OD dengan 1 in triangular pitch, dan 1 in
OD dengan 1¼ in triangular pitch.

8. Shells
• Shell dibuat dari pipa baja dengan diameter
nominal IPS hingga 12 in seperti yang diberikan
dalam Table 11. Diameter luar actual diatas 12 in
sampai dengan 24 in dan diameter nominalnya
adalah sama.
• Tebal dinding standar untuk shell dengan diameter
dalam dari 12 sampai 24 in adalah 3/8 in, yang
memenuhi untuk tekanan operasi shell side
hingga 300 psi.
• Dinding yang lebih tebal dapat diperoleh untuk
tekanan yang lebih besar. Diameter shell diatas 24
in dibuat dengan pelat baja yang digulung.

9. Stationary Tube-sheet
Exchangers
• Tube exchanger yang paling sederhana
adalah fixed atau stationary tube sheet
exchanger yang ditunjukkan pada Fig.
7.4.
• Bagian – bagian utamanya adalah shell
(1), dilengkapi dengan 2 nozzel dan
mempunyai tube sheet (2) pada kedua
ujungnya, yang juga bertindak sebagai
flange untuk melengkapi kedua channel
(4). Tube – tube diperluas hingga kedua
tube sheet dilengkapi dengan baffle
yang melintang (5) pada shell side.

10. Baffles
• Terlihat bahwa koefisien perpindahan panas yang
dihasilkan lebih tinggi bila liquid dipertahankan dalam
keadaan turbulen. Untuk menimbulkan turbulensi dibagian
luar tibe biasanya digunakan baffle yang menyebabkan
liquid mengalir melalui shell pada sudut siku –siku ke
sumbu tube. Ini menyebabkan turbulensi tetap terjadi bila
jumlah liquid yang mengalir melalui shel kecil.
• Ada beberapa tipe baffle yang digunakan dalam heat
exchanger, tetapi sangat jelas yang paling sering
digunakan adalah segmental baffle yang ditunjukkan pada
Fig. 7.5. segmental baffle adalah pelat yang dibor dengan
tinggi yang biasanya 75% dari diameter dalam shell. Ini
dikenal sebagai 25% cut baffle dan digunakan diseluruh
buku ini walaupun cut baffle fraksional lainnya digunakan
dalam industry

11. Fixed-tube-sheet Exchanger
with Integral Channels
• Beberapa variasi fixed tube sheet
exchanger lainnya ditunjukkan dalam Fig.
7.9, dimana tube sheet dipasang pada
shell.
• Dalam menggunakan stationary tube-
sheet exchanger seringkali perlu
memberikan diferensial ekspansi termal
diantara tube dan shell selama operasi,
atau tegangan termal yang akan
mengembang melintasi tube sheet.
• Ini dapat dilakukan dengan menggunakan
sambungan ekspansi pada shell, dimana
terdapat sejumlah sambungan yang
fleksibel.

12. Fixed-tube-sheet 1-2
Exchanger
• Contoh fixed tube sheet dua pass yang
ditunjukkan pada Fig. 7.10, dimana
seluruh fluida tube mengalir melalui 2
tube yang terbagi dua secara berturut –
turut.
• Exchanger dimana fluida shell side
mengalir dalam 1 pass shell dan fluida
tube dalam 2 pass atau lebih adalah 1-2
exchanger. Suatu channel tunggal yang
digunakan dengan sekat pemisah untuk
mengizinkan fluida tube masuk dan
keluar dari channel yang sama. Pada
ujung exchanger lainnya dilengkapi
suatu penutup untuk mengizinkan fluida
tube mengalir dari pass pertama ke
pass kedua.

13. Fixed-tube-sheet 1-2
Exchanger
• Seperti pada seluruh fixed tube sheet exchanger,
bagian luar tube tidak dapat digunakan untuk
inspeksi atau pembersihan mekanik. Bagian dalam
tube dapat dibersihkan pada tempatnya dengan
hanya mengambil tutup channel dan menggunakan
pembersih yang berputar (rotary) atau sikat kawat.
• Problem ekspansi sangat kritis pada 1-2 fixed tube
sheet exchanger, karena pass dan juga shell sendiri
cenderung berekspansi secara berbeda dan
menimbulkan tegangan pada stationary tube sheet.

14. Removable-bundle
Exchangers
• Fig. 7.11 menunjukkan imbangan 1-2
exchanger yang mempunyai bundle
tube yang dpat dipisahkan dari shell.
• Terdiri dari tube sheet stationary,
yang dapat dijepit diantara channel
dlange tunggal dan shell flange
• Pada ujung lainnya bundle tube
diekspansikan secara bebas diatas
floating tube sheet atau floating
head.
• Floating head cover dibaut ke tube
sheet, dan seluruh bundle dapat
diambil dari ujung channel.
• Shell ditutup dengan tutup shell.
• Floating head yang diilustrasikan
pada umumnya menghilangkan
masalah ekspansi yang berbeda dan
disebut pull through floating head.

15. Removable-bundle
Exchangers
• Keberatan tersebut dapat diatasi dengan
cincin-belah floating head 1-2 exchanger
yang lebih konvensional yang ditunjukkan
pada Fig. 7.12.
• Walaupun ini relative mahal untuk dibuat,
tetapi mempunyai sejumlah besar
keuntungan mekanik. Perbedaannya
dengan tipe pull through ialah
digunakannya cincin belah pada floating
tube sheet dan ukuran tutup shell yang
menampungnya dilebihkan.

16. • Detail cincin belah ditunjukkan pada Fig.
7.13. Floating rube sheet dijepit diantara
floating head cover dan ring penjepit
ditempatkan dibelakang tube sheet yang
dibagi menjadi 2 untuk mengizinkan
pembongkaran.
• Pabrik – pabrik yang berbeda mempunyai
modifikasi desain yang berbeda yang
ditunjukkan disini, tetapi mereka seluruhnya
mempunyai tujuan untuk memberikan
pertambahan permukaan pada pull through
floating head dengan ukuran shell yang
sama.
Split Ring

17. • Suatu contoh khusus layout tube untuk
exchanger dengan cincin belah floating
head ditunjukkan padda Fig. 7.14.
• Layout actual adalah untuk 13¼ in ID
shell dengan 1 in OD tube pada 1¼ in
triangular pitch disusun untuk 6 tube
pass.
• Ruang masuk ekstra biasanya diberikan
dalam shell dengan mengabaikan tube
secara langsung pada inlet nozzle agar
meminimumkan pengaruh kontraksi
fluida yang masuk nozzle.

18. • Packing Floating Head. Modifikasi floating
head 1-2 exchanger lainnya adalah packing
floating head exchanger yang ditunjukkan
pada Fig. 7.15.
• Exchanger ini mempunyai perluasan pada
floating tube sheet dengan cara packing gland
(penahan packing).
• U-ben exchanger. 1-2 Exchanger yang
ditunjukkan pada Fig. 7.16 terdiri dari tube
yang dibengkokkan dengan bentuk U dan
digulung dalam tube sheet.
• Suatu modifikasi U-bend exchanger
ditunjukkan dalam gambar 7.17. Ini
menggunakan tube sheet stationary ganda dan
diigunakan bila kebocoran suatu stream fluida
ke stream lainnya pada gulungan tube yang
dapat menimbulkan korosi yang serius.

19. LANGKAH
PERHITUNGAN

20. Hitung Heat Duty (Q)
Heat Duty (Q) : merupakan sejumlah panas yang harus ditransfer oleh HE
01
Panas yang dilepas oleh fluida panas (Qh) = panas yang diterima oleh fluida dingin (Qc)
Qh = Qc
m. cp. (Th,i – Th,o) = m. cp. (tc,o – tc,i)

23. Hitung ΔTLMTD dan ΔTLMTD, koreksi
ΔTLMTD : Log Mean Temperatur Difference / Perbedaan
temperatur rata-rata logaritmik
02








1
2
1
2
LMTD
Δt
Δt
ln
Δt
Δt
ΔT

24. Hitung ΔTLMTD dan ΔTLMTD, koreksi
Koreksi terhadap ΔTLMTD
02
ΔTLMTD hasil perhitungan perlu dikorekasi disesuaikan dengan type HE
ΔTLMTD,koreksi = ΔTLMTD . FT
Harga FT diperoleh dari Fig 18 – 20 Kern

27. Hitung Caloric Temperatur (Tc dan tc) dan Tavg
Adalah temperatur rata-rata fluida masuk dan keluar. Temperatur ini
berfungsi untuk mengetahui sifat-sifat fluida seperti c, k, μ, s dll.
03
1. Caloric temperatur
Tc = T2 + Fc (T1 – T2)
tc = t1 + Fc (t2 – t1)
Fc : faktor koreksi, dapat diperoleh dari grafik 12 Kern, sebagai
fungsi Δtc/ Δth dan kc
2. Temperatur average
Tavg = ½ (T1 + T2)
tavg = ½ (t1 + t2)

29. Koefisien Perpindahan Panas Overall (U)
Merupakan koefisien perpindahan panas yang melibatkan konduksi dan
konveksi
04
Ada dua harga U, UD koefisien PP overall dirty dan UC koefisien PP
overall clean
Pada tahap awal perancangan harga UD ditentukan harganya dari tabel 8
Kern. Misal : untuk sistem steam – medium organics berkisar antara
50 – 100.
maka ambil harga awal UD = 75
Harga Uc dihitung dari sifat-sifat fluida
1 1
U h
r
r
r
k
A
h A
c o
o
o
i o
i i
 


 



ln

32. Hitung Luas Perpindahan Panas (A)
Harga A diperoleh dari persamaan
05
Jika harga A > 200 ft2 dipilih jenis shell and tube
Jika harga A < 200 ft2 dipilih jenis double pipe
LMTD
D T
U
Q
A


.

33. Tentukan jenis dan Spesifikasi Tube dan shell)
06
Spesifikasi tube dapat dipilih dari tabel 10 Kern,
meliputi OD, BWG, ID, a’(flow area per tube), a” (Surface per lin ft).
L (panjang tube : 12, 16, 20 ft)
Tube disusun menurut susunan :

38. Hitung jumlah kebutuhan tube
Sesuaikan Nt hasil perhitungan dengan Nt standard pada tabel 9 Kern.
Dari tabel 9 juga akan diperoleh spesisikasi shell : ID, PT, c’
07
A koreksi = Nt tabel . a”. L
L
a
A
Nt
.
"

Hitung luas PP koreksi (A koreksi)
08

39. Hitung UD koreksi
Koefisien PP ini diperoleh dari sifat aliran dan sifat fluida
09
Hitung PP overall clean (UC)
11
LMTD
koreksi
koreksi
D
T
A
Q
U


.
,
Hitung koefisien PP konveksi pada shell and tube
(hio dan ho)
10
ho
hio
ho
hio
UC



Hitung fouling factor (Rd)
12
D
C
D
C
U
U
U
U
Rd




40. Perancangan dianggap benar jika harga Rd perhitungan
lebih besar dari harga Rd minimal yang dapat dilihat
pada tabel
Hitung pressure drop pada shell dan tube
13 pressure drop pada shell (ΔPs)
s
D
N
G
f
P
e
s
s








 10
2
10
22
,
5
)
1
(
5
,
0
pressure drop pada tube (Δ Pt)
s
D
n
L
G
f
P t
t







 10
2
10
22
,
5

47. CREDITS: This presentation template was created
by Slidesgo, including icons by Flaticon, and
infographics & images by Freepik.
TERIMA KASIH
ATAS PERHATIANNYA