double pipe | perpindahan panas

DOUBLE PIPA

Di susun guna memenuhi tugas mata kuliah PERPINDAHAN PANAS

Yang diampu oleh dosen Danar Susilo.W. S.T. M.Eng

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK DAN KEJURUAN

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014

KATA PENGANTAR

            Puji dan Syukur kami panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-nya sehingga kami dapat menyusun paper ini dengan baik dan tepat pada waktunya guna memenuhi tugas Perpindahan Panas. Dalam paper ini kami membahas mengenai Double Pipe Exchanger. 

            Paper ini dibuat dengan beberapa bantuan dari berbagai pihak untuk membantu menyelesaikan tantangan dan hambatan selama mengerjakan paper ini. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan paper ini. 

            Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada paper ini. Oleh karena itu kami mengundang pembaca untuk memberikan saran serta kritik yang dapat membangun kami. Kritik konstruktif dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan paper selanjutnya. 

Akhir kata semoga paper ini dapat memberikan manfaat bagi kita sekalian. 

Surakarta, Desember 2014

Penulis 

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE)

            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). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

 Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas

Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :

1. Counter current flow (aliran berlawanan arah)
2. Paralel flow/co current flow (aliran searah)
3. Cross flow (aliran silang)
4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan).

Jenis-jenis penukar panas

Jenis-jenis penukar panas antara lain :

1. Double Pipe Heat Exchanger
2. Plate and Frame Heat Exchanger
3. Shell and Tube Heat Exchanger
4. Adiabatic wheel heat exchanger
5. Pillow plate heat exchanger
6. Dynamic scraped surface heat exchanger
7. Phase – change heat exchanger

Namun di paper ini kami hanya akan membahas tentang Double Pipe Heat Exchanger

ü  Hal-hal berkenaan mengenai berbagai peristiwa tentang perpindahan kalor beserta cara perpindahannya dengan menggunakan Double Pipe Heat Exchanger beserta contoh dalam industri.

ü  Agar mahasiswa dapat  megetahui berbagai peristiwa perpindahan kalor dengan menggunakan Double Pipe Heat Exchanger

1. Double Pipe Heat Exchanger

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Tipe ini merupakan alat penukaran panas yang paling sederhana, karena pipa ini memiliki diameter kecil yang di tengahnya telah terpasang pipa yang besar  dengan system packing gland sehingga antara pipa terbentuk anulus seperti sebuah tempat ruang kosong yang digunakan sebagai media utama penghantar panas. Disini pipa kecil tersimpan didalan ruang utama atau ruang inti yang dilindungi oleh pipa besar dan isolasi.

 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. Dalam Fluida mengalir dalam dua bagian yaitu fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam.

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua 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.Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida adalah proses konveksi, sedangkan proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida bertemperatur rendah. Double pipe heat exchanger merupakan Penukar panas yang digunakan ketika tingkat aliran dari cairan dan tugas panas kecil (kurang dari 500 kW).

Jadi boleh saya simpulkan bahwa alat penukar panas double pipe heat exchanger untuk arus berlawanan arah lebih besar bila dibandingkan dengan arus searah, dan panas yang temperaturnya lebih tinggi akan lebih cepat dan lebih kuat dibandingkan dengan temperaturanya yang kecil.

B.   Desain utama  Double Pipe Heat Exchanger

Istilah-istilah yang sering muncul pada perancangan Head Exchanger (HE):

·           Fouling factor (Rd) : tingkat kekotoran dari HE di gunakan untuk menghitung efisiensi alat dari tahun ke tahun dan pada STHE untuk pembersihan tube satu-persatu sehingga alat tetap bisa bekerja. Rd > Rb ketetapan maka over desain dan Rd < Rd ketetapan maka under  desain

·           Baffle : penghalang aliran pada DPHE sehingga aliran dari pipa luar lebih lama kontak dengan aliran bagian dalam

·           Pitch : jarak antara tengah susunan tube

·           Ud : tahanan panas dalam keadaan kotor

·           Uc : tahanan panas dalam keadaan bersih

·           Pressure Drop (    P) : penurunan tekanan karena liran fluida. Untuk liquid max 10 Psi dengan gas 2 Psi

·           Co-Current : aliran antar fluida panas dengan dingin searah

·           Counter- current : aliran antar fluida panas dengan dingin berlawanan arah

Pipa penukar ganda adalah istilah generik yang mencakup berbagai berjaket 'U' penukar tabung biasanya beroperasi di aliran berlawanan dari dua jenis :

Benar Pipa Ganda : pipa batin Tunggal dibentuk menjadi removable 'U' atau elemen , baik dengan sirip longitudinal atau sentralisasi mendukung. Ukuran standar khas, tata letak dan dimensi keseluruhan yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan bersirip Data geometris pada Tabel 1 .

Gambar 1. Dimensi penukar double pipa .

Tabel 1. Double pipa bagian Hairpins Data

Multitubular Hairpins : Sebuah bundel dilepas dari U - baik dengan tabung shell - & - tabung baffle tipe segmental , jenis batang mendukung atau sirip longitudinal. Sebuah tata letak yang khas ditunjukkan pada Gambar 2 , yang menunjukkan sirip longitudinal. Unit ini tersedia sebagai desain standar mulai dari 75mm ( 3"N/B ) untuk 406 mm ( 16"N/B ) ukuran pipa. Unit yang lebih besar hingga 762mm ( 30"N/B ) juga tersedia dari beberapa produsen (misalnya , Brown Fintube ) Unit yang lebih besar sepenuhnya mematuhi TEMA - 1988 dan shell standar industri -. & -. Spesifikasi tabung dimensi khas ditunjukkan pada Gambar 3 Data geometris diberikan dalam Tabel 2, berdasarkan penggunaan dari 19,7 mm ( 3/4" ) tabung OD diatur pada 23,8125mm ( 15/16 " ) lapangan segitiga .

Gambar 2. Multitubular hairpin penukar .

Gambar 3. dimensi hairpin Multitubular .

Tabel 2. Multitube hairpin bagian data

Tidak seperti TEMA -jenis unit BEU , bundel atau elemen dihapus dari ujung U - tabung penukar, yang berarti lembaran tabung harus meluncur melalui kerang. Penutupan khusus diperlukan dengan kombinasi flensa split, cincin split dan penyegelan cincin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Kerang yang didukung di majelis braket yang dirancang untuk dudukan kedua kerang secara bersamaan. Tanda kurung dikonfigurasi untuk mengizinkan perakitan modular dari banyak bagian hairpin ke bank exchanger untuk ekspansi masa depan murah. Konstruksi ini juga memungkinkan kerang yang akan didukung penuh tanpa pengelasan kurung untuk kerang, meminimalkan transfer tegangan termal untuk pipa kerja.

Unit hairpin multitubular harus lebih ekonomis daripada TEMA -jenis shell - & - unit tabung ketika satu atau lebih dari kriteria berikut berlaku :

1. Suhu lintas atau pendekatan suhu yang sangat dekat . Seringkali Unit hairpin satu counter - saat ini akan menggantikan dua shell multipass - unit tabung dalam seri - & .
2. Desain tabung - sisi tekanan tinggi ( > 5.000 kPa ) . Semakin kecil diameter Unit hairpin kompak akan memiliki flensa tipis & penutupan, maka biaya yang lebih rendah . Teknologi desain mekanik ini telah memungkinkan produksi diandalkan , dilepas bundel unit multitubular hairpin pada tekanan desain tabung - side hingga 82.500 kPa .
3. Bahan tubeside Alloy . Sama seperti ( 2 ) , maka biaya yang lebih rendah .
4. Dimana perpindahan panas augmentation adalah solusi terbaik . Penukar Hairpin biasanya single-pass sehingga perangkat tambahan tabung - side perpindahan panas , seperti turbulators memutar rekaman , core , helixes buang biji dan helixes , digunakan untuk meningkatkan kecepatan dan / atau koefisien Film . Sebuah perkembangan terbaru di Brown Fintube telah meningkatkan desain unit dengan horisontal tabung - side didih dan uap keluar kering . Shell sisi sirip memanjang dapat bermanfaat jika koefisien Film tabung - side secara signifikan lebih tinggi ( > 2 kali ) dibandingkan dengan shell - side .
5. Dimana ekspansi diferensial masalah . Unit hairpin Multitubular dapat digunakan sebagai alternatif untuk TEMA jenis floating - kepala karena dimensi U -tikungan minimum jauh lebih besar daripada TEMA - jenis unit BEU , sehingga perangkat pembersih pipa mekanik fleksibel dapat digunakan

Desain termal biasanya dilakukan oleh produsen , tetapi Anda dapat menggunakan program penukar shell - dan - tabung dengan menetapkan unit BEM single-pass dengan dua kali panjang hairpin nominal .

Metode tabung - sisi identik dengan unit BEM satu -pass .

Shell sisi juga identik ketika menggunakan sekat segmental . Tipe batang baffle sering digunakan dengan lapangan segitiga , sehingga shell - dan - tabung metode ' Phillips batang baffle ' tidak dapat digunakan karena ini adalah hanya untuk lapangan persegi . Aliran memanjang benar dapat disimulasikan dengan lapangan segitiga dengan menentukan tiga segmental baffle di lapangan maksimal . Jika sirip longitudinal digunakan , tabung - sisi jenis korelasi diterapkan dengan diameter sama di tempat tabung diameter luar . Juga , daerah bersirip tidak efektif sebagai daerah tabung kosong sehingga efisiensi fin harus digunakan . Hal ini dimungkinkan untuk melakukan perhitungan tersebut dengan tangan dan metode ini cukup tertutup dalam berbagai buku teks , termasuk Panas Proses transfer [ Hewitt et al . (1994 ) ] .

The HTFS shell - & - Program tabung TASC akan memiliki hairpin multitubular dan pilihan ganda pipa dipasang oleh 1.996

3. Penjelasan Desain Gambar

Terdiri dari dua pipa yang konsentris, penghubung T dan return bend. Pipa bagian dalam ditumpuk dengan packing gland pada pipa luar. Satu fluida mengalir dalam anulus. Aliran kedua fluida dapat dibuat co-current atau counter-current.

Penjelasan gambar :

ü Co-current (kiri) à arah arus atas dan bawah sama - sama ke kanan

Pada sumbu Y kiri dari atas kesimbolnya adalah : T1 (suhu panas in), t1 (suhu dingin in)

Pada sumbu Y kanan dari atas simbolnya adalah : T2 (suhu panas out), t2 (suhu dingin out)

Gambar sebelah kiri :

Aliran panas T1 kemudian masuk menjadi T2 yang suhunya menjadi lebih rendah sedangkan aliran dingin t1 masuk kemudian menjadi t2 yang suhunya menjadi lebih tinggi. Berarti arah arus searah karena berjalan bersama dalam satu pipa, dimana yang panas menjadi suhu tinggi (transfer panas) dalam keadaan suhu hampir sama (interval garis Y kanan semakin mengecil)

ü Counter Current (kanan) à arah arus untuk atas ke kanan dan yang bawah kekiri

Pada sumbu Y kiri dari atas simbolnya adalah : T1 (suhu panas in), t2 (suhu dingin out)

Pada sumbu Y kanan dari atas simbolnya adalah : T2 (suhu panas out), t1 (suhu dingin in)

Gambar sebelah kiri:

Aliran panas T1 masuk kemudian menjadi T2 yang suhunya menjadi lebih rendah sedangkan aliran dingin t1 masuk kemudian menjadi lebih tinggi dalam arah yang berlawanan dengan arus panas. Arah arus berlawanan dengan arus panas, arah arus berlawanan arah karena interval garis Y kanan yang semakin melebar yang berarti semakin panjang kontak maka yang arus panas akan semakin dingin dan arus panas akan semakin dingin dan arus dingin akan semakin panas.

Pengphubung T disambungkan pada pipa luar untuk pengeluaran atau pemasukan cairan anulus. Pembalik arah menghubungkan dua pipa dalam dan tidak menyumbangkan luas bidang perpindahan panas. Alat ini mudah dibuat dari bahan-bahan (pipa, fitting) standar. Ukuran panjang efektif biasanya  12,15 atau 20 feet. Tipe Hairpin mempunyai panjang 40 feet unsur luas/ panjang yang lebih besar dapat dibuat sejumlah Hairpin secara seri. Dalam hal ini seringkali pipa dalam menyentuh pipa luar dan mengganggu aliran dalam anulus.

4. Konstruksi Double Pipe Heat Exchanger

1.      Hairpin: Penyatuan dua kaki, konstruksi hairpin lebih disukai karena membutuhkan ruang yang tidak begitu besar

2.       Packing & glad: Packing dan glad menyediakan penyegelan untuk anulus dan mendukung pada inner pipa

3.      Return Bend: Ujung-ujung berlawanan bergabung membentuk huruf U melalui sambungan las

4.      Support lugs: Support lugs dapat dilengkapi pada ujung innner pipa

5.      Flange: Pipa-pipa luar dihubungakan dengan flange pada akhir sambungan agar mudah dibuka atau dibongkar guna pembersihan dan pemeliharaan

6.      Union Join: Untuk pemasangan inner tube dengan U-bend

7.      Nozzles: Bagian kecil dari pipa yang di hubungkan ke shell atau ke saluran yang bertindak sebagai inlet atau outlet dari cairan

8.      Gasket: Packing diletakkan diantara dua buah flange agar aliran dapat bergerak bebas.

E.     Proses flow diagram untuk penukar panas double-pipe

6. Gambar Double Pipe Heat Exchanger

G.    Perkembangan Serta Penggunaannya Dalam Dunia Industri 

Penukar Panas, merupakan peralatan yang banyak dipergunakan di berbagai bidang industri, seperti perminyakan, petrokimia, energi dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas, sebagaimana namanya, adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lainnya dengan tujuan untuk merubah temperatur baik itu menurunkan suhu ataupun menaikan suhu.. 

Salah satu tolak ukur yang menentukan pemilihan suatu jenis penukar panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas yang baik, yang pada umumnya disebut efektivitas dan efisiensi energi supaya tidak banyak membuang dan menghamburkan waktu. Untuk satu ukuran penukar panas yang digunakan, maka efektivitas dan efisiensi energi yang tinggi akan menunjukkan semakin banyaknya fluks panas dan waktu yang digunakan akan lebih efisiens dan panas yang dapat dipindahkan per satuan massa fluida akan bagus. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas tinggi senantiasa menjadi lebih baik dan menjadi sebuah topik litbang di berbagai lembaga riset, universitas ataupun industri di dunia.

Biasa digunakan pada dunia industri :

a.       Pemanas ruangan

b.      mesin pendingin

c.       pembangkit tenaga listrik

d.      pabrik kimia

e.       pabrik petrokimia

f.       kilang minyak bumi

g.      pengolahan limbah

Contohnya :

ü  Telah dilakukan desain sebuah penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe heat exchanger) untuk memanaskan air. Alat ini didesain untuk dipergunakan sebagai alat uji laboratorium fenomena dasar mesin.

ü  Mesin internal dimana air sebagai pendingin  yang mengalir dalam  sebuah pipa, sehingga air  mendinginkan  mesin , dan memanaskan udara yang masuk.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

            Dapat disimpulkan bahwa double pipe heat exchanger memiliki kegunaan untuk memindahkan panas secara efektif dan efesien sesuai dengan konstruksinya yang baik supaya tidak banyak membuang waktu, dan sering disinkronkan dalam bidang industri seperti yang sering digunakan pada pemanas ruangan, mesin pendingin, pembangkit tenaga listrik, pabrik kimia, kilang minyak bumi dan pengolahan limbah, bahkan sudah diaplikasikan pada kehidupan sesehari seperti pada alat pemanas air.

            Dan alat penukar panas double pipe heat exchanger untuk arus berlawanan arah lebih besar bila dibandingkan dengan arus searah, serta panas temperaturnya lebih tinggi akan lebih cepat dan lebih kuat dibandingkan dengan temperaturnya yang kecil.

B. Saran

            Penulis berharap paper ini dapat menambah sedikit ilmu pengetahuan mengenai double pipe heat axchenger / pipa ganda, dan dapat melihat contoh- contoh lain dari pipa ini yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dan sebagai calon guru dapat mentransfer ilmu ini pada peserta didiknya kelak.

           

DAFTAR PUSTAKA

ü  http://djanksoleh.blogspot.com/2013/02/double-pipe-heat-exchanger.html

ü  http://caesarvery.blogspot.com/2012_11_01_archive.html

ü  GAMBAR-GAMBAR DI GOOGLE

ü  http://www.thermopedia.com/content/705/