Dokumen tersebut membahas tentang penukar panas, termasuk tipe-tipenya, koefisien perpindahan panas keseluruhan, analisis penukar panas menggunakan metode LMTD dan efektivitas-NTU, serta faktor-faktor yang dipertimbangkan dalam memilih penukar panas seperti laju perpindahan panas, biaya, daya pompa, ukuran, dan jenis penukar panas.

1. BAB 23
PENUKAR PANAS
By. Haznam Putra, MT

2. TIPE PENUKAR PANAS

3. TIPE PENUKAR PANAS

4. TIPE PENUKAR PANAS

5. KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KESELURUHAN
• Untuk Double Pipe
tahanan termal pada dinding sbb :
• Tahanan termal total menjadi,
• Laju perpindahan panas antara dua fluida
• Jika U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan (W/m².°C)

6. KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KESELURUHAN
• Jika ketebalan dinding tabung sangat kecil dan konduktifitas termal (k) tinggi. Tahan
termal tabung dapat diabaikan (Rwall ≈0), Koefisien perpindahan panas keseluruhan
menjadi,
• Jika U ≈ Ui ≈ Uo. Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam dan luar tabung (hi &
ho) ditentukan berdasarkan perhitungan yang dibahas pada bab-bab sebelumnya.
• Jika salah satu konveksi lebih besar dari yang lain
• Jika tabung menggunakan sirip untuk meningkatkan perpindahan panas, Total luas area
permukaan pada sisi sirip menjadi,
• Untuk sirip pendek dengan konduktifitas termal tinggi karenanya sirip akan
dianggap isothermal. Jika tidak harus ditentukan area permukaan A yang efektif

8. Fouling Factor
• Kinerja penukar panas biasanya memburuk
seiring waktu akibat akumulasi endapan pada
permukaan perpindahan panas.
• Rf merupakan nilai tahanan panas yang
diakibatkan oleh endapan.
• Untuk menghindari endapan diperlukan
dilakukan pengolahan sebelum fluida masuk ke
sistem penukar panas.
• Pengotor lain yang mungkin terjadi adalah
korosi, endapan bahan kimia dan pertumbuhan
alga.
• Kemungkinan endapan harus dipertimbangkan
dalam design dan pemilihan penukar panas
• Untuk jenis Shell & Tube tanpa sirip nilai
koefisien perpindahan panas keseluruhan sbb :

15. Analisa Penukar Panas
• Seorang insinyur ditugaskan untuk memilih alat penukar panas yang
mampu mencapai perubahan suhu tertentu dalam aliran fluida yang laju
massanya diketahui. atau memprediksi suhu keluar dari aliran fluida panas
dan dingin pada sebuah penukar panas tertentu.
• Dua metode yang dapat digunakan yaitu Log Mean Temperature Different
(LMTD) dan efektifitas-Metode NTU
• Asumsi Analisa Penukar Panas,
1. Steady State
2. Perubahan energi kinetik dan potensial diabaikan
3. Panas spesifik dalam range suhu tertentu dapat dianggap sebagai
konstanta
4. Penukar Panas diasumsikan terisolasi sempurna

16. • Laju perpindahan panas dari fluida panas sama dengan laju
perpindahan panas ke fluida dingin, c dan h mewakili fluida dingin
dan fluida panas.
• Kombinasi Laju massa dan Panas Spesifik disebut sebagai kuantitas
atau Laju kapasitas panas yang didefenisikan untuk fluida panas dan
dingin yang mengalir.
• Fluida dengan Laju kapasitas panas besar akan mengalami perubahan
suhu kecil, dan kebalikannya.
Analisa Penukar Panas

17. • Dari defenisi laju kapasitas panas pers. 23-9 dan 23-
10, menjadi :
• Catat : Waktu untuk suhu naik pada fluida dingin
akan sama dengan waktu untuk suhu turun pada
fluida panas ketika laju kapasitas panas dari kedua
fluida sama satu dengan yang lain (Fig 23-12)
• Jenis tipe khusus penukar panas biasanya
menggunakan kondensor dan boiler.
Analisa Penukar Panas

18. • Salah satu fluida pada kondensor dan boiler
mengalami perubahan fasa dan laju perpindahan
panas menjadi,
• Laju kapasitas panas pada fluida selama proses
perubahan fasa harus mendekati tak hingga karena
perubahan suhu praktis nol.
• Laju perpindahan panas dalam penukar panas
dinyatakan dalam hokum pendinginan newton.
• Bentuk yang sesuai dari perbedaan suhu rata-rata
antara kedua fluida bersifat logaritmik.
Analisa Penukar Panas

19. • Berdasarkan asumsi pada Analisa
penukar panas didapat pers berikut,
• LMTD untuk counter-flow selalu
lebih besar dari pada parallel flow
• Pada counter-flow laju kapasitas
panas fluida panas dan dingin
adalah sama sehingga
Metode Log Mean Temperature Difference (LMTD)

20. Penukar Panas Multipas dan Cross-Flow:
Penggunaan Faktor Koreksi
• F adalah factor koreksi, yang tergantung pada
geometri penukar panas dan suhu inlet dan outlet
dari aliran fluida panas dan dingin.
• Faktor koreksi untuk konfigurasi cross-flow dan
shell-tube di lihat pada Fig. 23-18
• Dua Rasio suhu P & R di defenisikan sebagai,

31. Efektifitas-Metode NTU
• Metode LMTD mudah digunakan jika suhu fluida panas dan dingin di
saluran inlet dan outlet diketahui.
• Prosedur dalam Metode LMTD
1. Pilih jenis penukar panas yang cocok untuk aplikasi tersebut.
2. Tentukan suhu saluran masuk atau keluar yang tidak diketahui dan
laju perpindahan panas menggunakan keseimbangan energi.
3. Hitung LMTD dan faktor koreksi F, jika perlu.
4. Dapatkan (pilih atau hitung) nilai keseluruhan koefisien
perpindahan panas U.
5. Hitung luas permukaan perpindahan panas As.

32. Efektifitas-Metode NTU
• Metode LMTD membutuhkan iterasi yang Panjang sehingga tidak
praktis untuk menentukan kinerja perpindahan panas.
• Ditemukan metode baru untuk menghilangkan iterasi oleh Kays-
London pada tahun 1955 yang disebut Efektifitas-Metode NTU
• Metode ini didasarkan pada parameter tak berdimensi yang disebut
efektifitas perpindahan panas ε, didefenisikan sebagai :
• Laju perpindahan panas aktual

33. Efektifitas-Metode NTU
• Dimana adalah laju kapasitas
panas fluida dingin dan panas.
• Perbedaan suhu maksimum adalah perbedaan
suhu inlet panas dan inlet dingin fluida, sbb :
• Maksimum laju perpindahan panas yang
mungkin terjadi,
Dimana Cmin lebih kecil dari
klarifikasi lihat Fig 23-7

37. Efektifitas-Metode NTU
• Jika efektifitas perpindahan panas ε diketahui, nilai actual laju
perpindahan panas dapat ditentukan,
• Efektifitas penukar panas memungkinkan kita menentukan laju
perpindahan panas tanpa mengetahui suhu outlet fluida.
• Efektifitas penukar panas tergantung pada geometri penukar panas serta
pengaturan aliran.
• Efektifitas penukar panas parallel-flow sbb :

38. Efektifitas-Metode NTU
• Hubungan efektifitas penukar panas melibatkan bilangan tanpa dimensi
yang disebut Number of Transfer Units (NTU).
• Kapasitas rasio c
• Efektifitas penukar panas adalah fungsi Number of Transfer Units (NTU)
dan Kapasitas rasio c

43. Efektifitas-Metode NTU
• Hubungan efektifitas dan grafik sebagai berikut,
1. Nilai efektifitas ε berkisar antara 0 sampai 1. Nilai ini meningkat dengan
cepat dengan NTU bernilai kecil (sekitar NTU = 1.5) tetapi akan lambat untuk
yang lebih besar.
2. Untuk NTU dan dan rasio kapasitas c, Penukar panas counter-flow memiliki
efektifitas tertinggi.
3. Efektivitas penukar panas tidak tergantung pada rasio kapasitas c untuk nilai
NTU kurang dari sekitar 0,3.
4. Nilai rasio kapasitas c berkisar antara 0 dan 1. Untuk NTU, efektivitasnya
menjadi maksimum untuk c=0 dan minimum untuk c=1. Selama proses
perubahan fase dalam kondensor atau boiler. Semua hubungan efektivitas
dalam hal ini berkurang menjadi.

51. Pemilihan Penukar Panas
• Ketidakpastian nilai Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan bisa
sampai 30%. Wajar untuk mendesain penukar panas berlebihan.
• Peningkatan perpindahan panas di ikuti dengan peningkatan
penurunan tekanan sehingga daya pompa menjadi lebih tinggi
(penting untuk pertimbangan biaya)
• Laju perpindahan panas prospektif adalah.
• Seorang insinyur akan berhadapan dengan katalog dari produsen
penukar panas dengan jumlah dan jenis yang banyak dipasaran.
Pilihan yang tepat tergantung beberapa faktor

52. Faktor Pemilihan Penukar Panas
• Laju Perpindahan Panas
• Biaya
• Daya Pemompaan
• Ukuran dan Berat
• Tipe
• Material
• Pertimbangan lain (anti bocor, servis purna jual, biaya perawatan,
keselamatan, keandalan & ketenangan/tidak berisik)

56. SELESAI