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.
LMTD (Log Mean Temperature Difference) dan NTU (Number of Transfer Units) adalah dua konsep yang terkait dengan perpindahan panas pada heat exchanger. Berikut adalah penjelasan singkat tentang kedua konsep tersebut:
1. LMTD (Log Mean Temperature Difference):
LMTD adalah perbedaan suhu rata-rata yang diambil dalam bentuk logaritma dari perbedaan suhu antara dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas pada heat exchanger. LMTD digunakan untuk menghitung laju perpindahan panas pada heat exchanger dengan menggunakan persamaan perpindahan panas log mean temperature difference (LMTD):
LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
di mana:
- ΔT1 adalah perbedaan suhu awal antara dua fluida.
- ΔT2 adalah perbedaan suhu akhir antara dua fluida.
LMTD digunakan dalam perhitungan desain dan evaluasi kinerja heat exchanger, serta untuk menentukan keefektifan perpindahan panas.
2. NTU (Number of Transfer Units):
NTU adalah parameter yang digunakan untuk menggambarkan ukuran efisiensi perpindahan panas pada heat exchanger. NTU berkaitan dengan laju perpindahan panas, kapasitas panas, dan luas permukaan efektif heat exchanger. NTU didefinisikan sebagai:
NTU = (UA) / Cmin
di mana:
- UA adalah produk antara koefisien perpindahan panas (U) dan luas permukaan efektif (A) heat exchanger.
- Cmin adalah kapasitas panas minimum dari dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas.
NTU digunakan bersama dengan efisiensi perpindahan panas (ε) untuk menghitung laju perpindahan panas aktual pada heat exchanger menggunakan persamaan perpindahan panas efektivitas-NTU:
ε = (1 - exp(-NTU)) / (1 - Cmin / Cmax * exp(-NTU))
di mana:
- Cmax adalah kapasitas panas maksimum dari dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas.
NTU dan LMTD sering digunakan bersama-sama untuk analisis dan desain heat exchanger.
Penting untuk mencatat bahwa perhitungan LMTD dan NTU tergantung pada geometri, aliran fluida, sifat fluida, dan kondisi operasional heat exchanger yang spesifik. Sebaiknya Anda merujuk pada literatur teknis atau konsultasikan dengan insinyur yang berpengalaman dalam perancangan heat exchanger untuk perhitungan yang lebih detail dan akurat sesuai dengan kasus yang spesifik.
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.
LMTD (Log Mean Temperature Difference) dan NTU (Number of Transfer Units) adalah dua konsep yang terkait dengan perpindahan panas pada heat exchanger. Berikut adalah penjelasan singkat tentang kedua konsep tersebut:
1. LMTD (Log Mean Temperature Difference):
LMTD adalah perbedaan suhu rata-rata yang diambil dalam bentuk logaritma dari perbedaan suhu antara dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas pada heat exchanger. LMTD digunakan untuk menghitung laju perpindahan panas pada heat exchanger dengan menggunakan persamaan perpindahan panas log mean temperature difference (LMTD):
LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
di mana:
- ΔT1 adalah perbedaan suhu awal antara dua fluida.
- ΔT2 adalah perbedaan suhu akhir antara dua fluida.
LMTD digunakan dalam perhitungan desain dan evaluasi kinerja heat exchanger, serta untuk menentukan keefektifan perpindahan panas.
2. NTU (Number of Transfer Units):
NTU adalah parameter yang digunakan untuk menggambarkan ukuran efisiensi perpindahan panas pada heat exchanger. NTU berkaitan dengan laju perpindahan panas, kapasitas panas, dan luas permukaan efektif heat exchanger. NTU didefinisikan sebagai:
NTU = (UA) / Cmin
di mana:
- UA adalah produk antara koefisien perpindahan panas (U) dan luas permukaan efektif (A) heat exchanger.
- Cmin adalah kapasitas panas minimum dari dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas.
NTU digunakan bersama dengan efisiensi perpindahan panas (ε) untuk menghitung laju perpindahan panas aktual pada heat exchanger menggunakan persamaan perpindahan panas efektivitas-NTU:
ε = (1 - exp(-NTU)) / (1 - Cmin / Cmax * exp(-NTU))
di mana:
- Cmax adalah kapasitas panas maksimum dari dua fluida yang terlibat dalam perpindahan panas.
NTU dan LMTD sering digunakan bersama-sama untuk analisis dan desain heat exchanger.
Penting untuk mencatat bahwa perhitungan LMTD dan NTU tergantung pada geometri, aliran fluida, sifat fluida, dan kondisi operasional heat exchanger yang spesifik. Sebaiknya Anda merujuk pada literatur teknis atau konsultasikan dengan insinyur yang berpengalaman dalam perancangan heat exchanger untuk perhitungan yang lebih detail dan akurat sesuai dengan kasus yang spesifik.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang seporos dengan turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang seporos dengan turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal.
10. Berdasarkan kegunaan atau fungsinya :
cooler, heater, condenser, reboiler, heat exchanger, vaporizer, evaporator
Alat penukar kalor yang
digunakan untuk menguapkan
suatu cairan sehingga fasa nya
berubah dari cair menjadi gas
Alat penukar kalor yang
digunakan untuk mendinginkan
(menurunkan suhu) cairan atau
gas sebagai fluida panas
dengan menggunakan air
sebagai fluida pendingin
Alat penukar kalor yang
digunakan untuk
menguapkan cairan yang
ada pada larutan sehingga
diperoleh larutan yang lebih
pekat
01 . cooler 02. heater 03. evaporator
11. 04. REBOILER
Alat penukar kalor yang
digunakan
untuk mendinginkan kembali serta
menguapkan sebagian cairan
yang diproses. Media yang
digunakan yaitu uap panas
(steam) dan minyak. Biasa
digunakan pada peralan distilasi
06.VAPORIZER
Alat penukar kalor yang
digunakan untuk memanaskan
(menaikkan suhu) suatu fluida
proses dengan menggunakan
media pemanas (uap atau fluida
panas lain)
05. Heat Excanger
Alat penukar kalor yang
bertujuan memanfaatkan panas
suatu fluida untuk pemanasan
aliran fluida yang lain, bisa
memanaskan fluida yang dingin
ataupun mendinginkan fluida
yang panas
07. KONDENSOR
Alat penukar kalor yang
digunakan untuk mendinginkan
fluida (uap/gas) sampai terjadi
perubahan fasa dari uap menjadi
cair
12. .
KOEFISEN PERPIDAHAN
PANAS KONVEKSI
1.Panas Sensible:
Panas sensible adalah jumlah panas yang
diperlukan untuk mengubah suhu suatu
benda atau fluida tanpa mengubah fase
(misalnya, dari padat ke cair atau dari cair
ke gas).
Panas sensibel dan panas laten beserta
rumusnya
Qs = m c ΔT
1. Qs = Panas sensible (dalam
joule atau kalori)
2. m = Massa benda atau
fluida (dalam kilogram atau
gram)
3. c = Kapasitas panas jenis
(dalam J/kg·°C atau
cal/g·°C)
4. ΔT = Perubahan suhu
(dalam derajat Celsius atau
Kelvin)
13. .
2. Panas Laten:
Panas laten adalah jumlah panas yang diperlukan untuk
mengubah fase suatu benda atau fluida tanpa mengubah
suhunya. Ini terkait dengan perubahan fase, seperti
meluapkan air menjadi uap air.
Rumus:
Ql = m L
1. Ql = Panas laten (dalam joule
atau kalori)
2. m = Massa benda atau fluida
(dalam kilogram atau gram)
3. L = Panas laten (dalam J/kg
atau cal/g)
Panas sensibel dan panas laten
beserta rumusnya
14. Panas penguapan adalah jumlah panas yang
perlu diserap untuk menguapkan sejumlah
tertentu cairan pada suhu konstan. Jika larutan
uap dan cairan dibandingkan, energi kinetic
uap terbukti lebih tinggi daripada energi
kinetic fluida.
Dengan kata lain, panas penguapan adalah
jumlah total panas yang diperlukan untuk
mengubah sejumlah tertentu cairan menjadi
uap tanpa kenaikan suhu cairan.
Panas Penguapan
Berdasarkan entropi dan entalpi
penguapan dan hubungannya, rumus
kalor penguapan dapat ditulis
sebagai :
Hv = q/m
Dimana,
Hv = panas penguapan (J/g)
m = massa zat (g)
q = panas (j)
15. Kalor laten embun suatu zat benda adalah
banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu
satuan massa (g atau kg) zat benda tersebut
untuk mengubah wujudnya dari gas atau uap
menjadi cair pada temperature (titik) embunnya.
Panas Pengembunan
Q = m x U
Q = m x L
Dimana,
Q = Kalor yang dibutuhkan/dilepaskan
untuk berubah wujud (J)
m = massa zat yang berubah wujud (kg)
U = Kalor laten embun (J/kg)
L= Kalor lebur atau kalor beku (J/kg)
16. .
Panas Pembakaran
Panas Pembakaran: Panas yang dihasilkan selama reaksi kimia pembakaran.
Rumusnya bervariasi tergantung pada jenis reaksi kimia yang terjadi, tetapi
dalam kasus umum, dapat diwakili sebagai:
Q = m c ΔT
Di mana:
Q adalah panas pembakaran (dalam Joule)
m adalah massa zat yang terbakar (dalam kilogram)
c adalah kapasitas panas zat (dalam Joule per kilogram per derajat Celsius)
ΔT adalah perubahan suhu (dalam derajat Celsius) selama pembakaran.
17. .
KOEFISEN PERPIDAHAN
PANAS KONVEKSI
Double Pipe Heat Exchanger
Pipa Ganda (Double Pipe Heat Exchanger): Pipa
ganda adalah alat penukar kalor sederhana yang
digunakan untuk aplikasi yang memerlukan
pertukaran panas antara dua fluida. Umumnya
digunakan dalam situasi di mana hanya sedikit
panas yang perlu ditransfer
Alat penukar kalor
18. Shell and Tube Heat Exchanger
Shell and Tube Heat Exchanger:
Penukar kalor shell and tube digunakan
dalam berbagai aplikasi industri. Ini terdiri
dari serangkaian tabung yang terletak
dalam mantel (shell). Aliran panas
berlangsung di dalam tabung sementara
fluida lain mengalir di sekitar tabung di
dalam shell.
19. Coil Heat Exchanger
Coil Heat Exchanger: Penukar kalor berbentuk
coil sering digunakan dalam aplikasi pemanas air
dan HVAC. Biasanya, mereka terdiri dari
gulungan pipa yang ditempatkan dalam tangki
atau ruang tertutup, di mana fluida panas
mengalir melalui pipa untuk memanaskan fluida
di sekitarnya
20. evaluasi kinerja alat penukar panas
Evaluasi kinerja alat penukar panas
adalah proses penilaian dan analisis
untuk menentukan sejauh mana alat
penukar panas dapat menjalankan fungsi
transfer panasnya sesuai dengan yang
diinginkan atau yang diharapkan.
Evaluasi ini bertujuan untuk memastikan bahwa
penukar panas beroperasi secara efisien, aman,
dan sesuai dengan tujuan penggunaan.
Dalam konteks evaluasi kinerja alat penukar
panas, beberapa hal yang dapat dievaluasi
meliputi:
1. Efisiensi Penukar Panas: Evaluasi ini melibatkan perbandingan antara jumlah
panas yang berhasil ditransfer oleh alat penukar panas dengan jumlah panas
maksimum yang mungkin ditransfer dalam kondisi operasional tertentu.
2. Efisiensi Tekanan (Pressure Drop): Evaluasi ini melibatkan penilaian
penurunan tekanan yang terjadi saat fluida mengalir melalui alat penukar panas.
3. Kestabilan Operasi: Alat penukar panas harus mampu menjaga kinerja yang
konsisten selama operasi yang berkelanjutan.
21. Data apa saja yang diperlukan untuk
mengevaluasi kinerja alat penukar panas
1. Data Fluida:
• Jenis fluida yang mengalir di sisi tabung (tube
side) dan sisi shell (shell side).
• Sifat-sifat fisik fluida seperti massa jenis,
viskositas, konduktivitas termal, kapasitas panas,
dan lain-lain.
2. Geometri Penukar Panas:
• Jumlah dan diameter tabung (pada penukar panas
shell and tube).
• Panjang tabung atau luas permukaan pipa ganda.
• Diameter shell (pada penukar panas shell and
tube).
• Tipe baffle (penyekat) dan pengaturan geometri
lainnya dalam penukar panas.
3. Perbedaan Suhu:
4. Laju Aliran Massa:
• Laju aliran massa fluida di sisi tabung dan sisi shell.
5. Koefisien Perpindahan Panas (U):
• Koefisien perpindahan panas (U) yang digunakan untuk
menghitung laju transfer panas. Koefisien ini bisa didapatka
dari pengujian atau korelasi yang sesuai.
6. Data Tekanan:
• Tekanan fluida di sisi tabung dan sisi shell sebelum dan
sesudah melewati penukar panas.
• Data tekanan aliran fluida yang digunakan dalam
perhitungan efisiensi tekanan.
7. Data Operasional:
• Data waktu operasi, termasuk waktu beroperasi dan waktu
berhenti.
• Data operasional lainnya yang relevan, seperti suhu
operasional, tekanan operasional, dan aliran massa selama
operasi.
22. .
KOEFISEN PERPIDAHAN
PANAS KONVEKSI
LMTD adalah rata-rata logaritmik dari perbedaan suhu
antara aliran panas dan dingin di setiap akhirexchanger.
Semakin besar LMTD, semakin banyak panas yang
ditransfer. Penggunaan LMTD muncullugas dari analisis
penukar panas (heat exchangers) dengan laju alir konstan
dan sifat termal fluida
Log Mean Temperature
Difference (LMTD)
23. .
Distribusi Temperatur Pada Alat
Penukar Kalor Aliran Searah
Analogi distribusi temperatur aliran
searah
Maka persamaan :
24. Indikatorkinerjaalatpenukarpanas
01 Efisiensi penukar panas (Heat Exchanger
Effectiveness) adalah rasio seberapa baik alat
penukar panas dapat mengalihkan panas antara
dua medium dibandingkan dengan transfer panas
maksimum yang dapat dicapai. Ini merupakan
indikator kinerja yang penting.
03 Perbedaan suhu antara medium
(Temperature Difference between Media) yang
masuk dan keluar dari alat penukar panas adalah
indikator penting. Semakin besar perbedaan
suhu, semakin besar transfer panas yang dapat
dicapai.
02 Laju transfer panas (Heat Transfer
Rate) mengukur jumlah panas yang ditransfer
melalui alat penukar panas dalam satu waktu
tertentu. Ini sering diukur dalam watt atau unit
lainnya.
04 Efisiensi tekanan (Pressure Drop)
mengukur seberapa baik alat penukar panas
dapat mentransfer panas sambil
mempertahankan tekanan dalam sistem.
Efisiensi tekanan yang tinggi dapat membantu
mengurangi kerugian energi.
25. Indikatorkinerjaalatpenukarpanas
05 Zona Transfer Panas (Heat Transfer
Area) adalah area permukaan yang digunakan
dalam alat penukar panas adalah faktor penting
dalam kinerjanya. Semakin besar area
permukaan, semakin baik transfer panasnya.
06 Waktu Kontak (Contact Time) adalah
waktu yang medium menghabiskan dalam alat
penukar panas juga merupakan faktor yang
mempengaruhi kinerja. Semakin lama medium
berinteraksi, semakin efisien transfer panasnya.
07 Kestabilan Operasi (Operational
Stability) adalah kestabilan operasi mengacu
pada kemampuan alat penukar panas untuk
menjaga kinerja yang konsisten dalam jangka
waktu tertentu tanpa gangguan atau perawatan
yang sering.
26. Tahap-tahap Perhitungan Kinerja Alat Penukar Kalor Shell And
Tube
• Mengumpulkan Data:Tentukan sifat fluida (seperti suhu, tekanan, viskositas) untuk fluida
panas dan dingin yang akan dipertukarkan panasnya.Tentukan geometri penukar kalor,
seperti jumlah tabung, diameter shell, dan panjang tabung
• .Perhitungan Area Permukaan Efektif:Hitung luas permukaan efektif penukar kalor
menggunakan rumus-rumus yang sesuai. Ini mungkin melibatkan perhitungan luas
permukaan tabung dan shell.
• Menentukan Koefisien Perpindahan Panas:Hitung koefisien perpindahan panas konveksi
untuk kedua sisi penukar kalor (tabung dan shell).Jika diperlukan, Anda dapat
menggunakan koreksi faktor seperti faktor Fouling untuk memperhitungkan penumpukan
kotoran pada permukaan tabung atau shell.Perhitungan
• Laju Pindah Panas:Gunakan perbedaan suhu antara fluida panas dan dingin bersama
dengan koefisien perpindahan panas untuk menghitung laju pindah panas.
• Perhitungan Tekanan:Hitung penurunan tekanan di dalam penukar kalor. Ini melibatkan
perhitungan tekanan dalam tabung dan shell serta kehilangan tekanan karena peralatan
• .Efisiensi Penukaran Panas:Hitung efisiensi penukaran panas untuk menentukan sejauh
mana panas ditransfer antara dua fluida.
• Perhitungan Kecepatan Aliran:Tentukan kecepatan aliran fluida dalam tabung dan shell.
Ini penting untuk memastikan bahwa tidak terjadi fouling atau masalah aliran.
• Desain Tambahan:Selain tahap-tahap di atas, pertimbangkan aspek desain tambahan
seperti pemilihan bahan, isolasi termal, dan sistem pengendalian suhu.
27. Faktor Penyebab menurunnya kinerja alat penukar panas
Ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan menurunnya kinerja alat penukar panas
(heat exchanger). Beberapa faktor ini meliputi:
1.Akumulasi Fouling: Fouling adalah penumpukan lapisan kotoran, seperti kerak,
endapan, atau kotoran organik di permukaan penukar panas. Ini dapat mengurangi transfer
panas dengan membatasi kontak langsung antara dua fluida.
2.Korosi: Korosi pada permukaan penukar panas dapat merusak material dan mengurangi
efisiensi alat penukar panas.
3.Pengendapan Mineral: Pengendapan mineral dalam fluida dapat menyebabkan
penumpukan pada permukaan penukar panas dan mengurangi efisiensi.
4.Perubahan Aliran Fluida: Perubahan dalam aliran fluida, seperti penurunan laju aliran
atau perubahan temperatur, dapat mempengaruhi kinerja penukar panas.
5.Tekanan yang Tidak Sesuai: Tekanan yang tidak sesuai dalam sistem penukar panas
dapat memengaruhi perpindahan panas dan menyebabkan penurunan kinerja.
