Artikel berikut mungkin sesuai dengan kebutuhan dan masalah di lndustri Anda:
– mengetahui system air pendingin dan perpindahan panas
– memahami aspek ekonomis dari perpindahan panas
– prinsip perpindahan panas
-proses monitoring perpindahan panas

Semoga artikel ini membantu Anda.

BAB 23 SISTEM AIR PENDINGIN-PERPINDAHAN PANAS

Fungsi sistem pendingin adalah untuk membuang panas dari peralatan atau proses. Panas dibuang dari sebuah media yang dipindahkan menuju media lain atau fluida proses. Media pendingin yang paling sering digunakan adalah air. Akan tetapi, konsep dan perhitungan yang dijelaskan pada bab ini juga dapat digunakan pada fluida lainnya. Adanya deposit pada cooling water karena korosi

Penghilangan panas yang efisien merupakan tujuan yang diinginkan di dalam perancangan dan pengoperasian sistem pendingin. Gaya penggerak dari perpindahan panas adalah perbedaan temperatur antara dua media. Pada kebanyakan sistem pendingin, rentang perbedaan temperatur berada di antara 10-200oF. Fluks panas biasanya rendah, berkisar 5.000-15.000 Btu/ft2.hr. Untuk kasus tertentu seperti pendingin tak lansung dari lelehan logam, fluks panas bisa mencapai 3.000.000 Btu/ft2.hr.

Perpindahan panas dari fluida proses atau peralatan akan meningkatkan temperatur, atau bahkan mengubah fasa air pendingin. Kebanyakan sifat air bersamaan dengan kontaminannya dipengaruhi oleh temperatur. Kecenderungan sistem mengalami korosi, pengerakan, atau mendukung pertumbuhan mikroba juga dipengaruhi oleh temperatur air. Efek ini dan pengendalian kondisi yang mendukungnya dibahas pada bab berikutnya.

TIPE SISTEM
Air yang menerima panas pada proses perpindahan panas dapat ditangani dengan dua cara. Air dapat dibuang pada sistem buangan (sistem air pendingin sekali lewat/once-through) atau dapat didinginkan dan digunakan kembali (sistem resirkulasi).

Ada dua jenis sistem dari penggunaan kembali air pendingin: sistem resirkulasi tertutup dan terbuka. Pada sistem terbuka, pendinginan dilakukan dengan proses penguapan sebagian air. Penguapan akan menghilangkan sebagian air murni dari sistem dan akan meningkatkan konsentrasi padatan terlarut. Air harus dibuang (blowdown) untuk mengatur konsentrasi padatan terlarut dan perlu ditambahkan air baru (make up) untuk mengganti air yang hilang.

Sistem resirkulasi tertutup merupakan sistem pendigin di dalam sebuah sistem pendingin. Air yang mengandung panas yang diterima dari proses, akan didinginkan dan digunakan kembali dengan cara pendinginan dari fluida lain. Jumlah air yang hilang pada sistem ini biasanya sedikit.

Masing-masing dari tiga jenis sistem pendingin (sistem sekali lewat, sistem terbuka, dan sistem tertutup) akan dijelaskan pada bab selanjutnya. Pendekatan spesifik untuk mendesain dari program penanganan yang tepat untuk masing-masing sistem juga dibahas pada bab selanjutnya.

ASPEK EKONOMI DARI PERPINDAHAN PANAS
Di dalam merancang sistem perpindahan panas, biaya kapital dari pembangunan sistem harus dipertimbangkan dengan biaya operasi dan perawatan. Biasanya, biaya kapital yang besar (permukaan perpindahan panas yang lebih besar, material yang lebih bagus, isian tower yang lebih efisien) memberikan biaya operasi dan perawatan yang lebih kecil begitu juga sebaliknya biaya kapital yang rendah akan meningkatkan biaya operasional seperti energi dan perawatan pompa dan fan. Salah satu biaya operasional yang penting untuk dipertimbangkan adalah chemical treatment untuk mencegah korosi, deposit dan kerak, dan fouling oleh mikroba pada bagian proses atau bagian air. Permasalahan ini dapat sangat mempengaruhi proses perpindahan panas dan dapat menyebabkan kerusakan alat (lihat Gambar 23.1). 
Adanya deposit pada cooling water karena korosi

Gambar 23.1 Fouling mengurangi efisiensi perpindahan panas

Perpindahan Panas
Uraian berikut merupakan gambaran singkat dari pertimbangan yang kompleks di dalam merancang alat penukar panas. Ada banyak literatur yang menjelaskan lebih detail mengenai perancangan alat penukar panas.

Pada sistem perpindahan panas, panas dipindahkan antara dua fluida yang memiliki perbedaan temperatur sehingga menuju kesetimbangan. Perbedaan temperatur yang lebih besar akan memberikan laju perpindahan panas yang lebih cepat.

Akan tetapi, temperatur hanya salah satu faktor dari banyak faktor yang ada di dalam perancangan sistem dinamik. Pertimbangan lainnya meliputi luas area tempat terjadinya perpindahan panas, sifat fluida, kecepatan fluida, dan sifat material alat penukar panas. Adanya deposit pada cooling water karena korosi

Beban panas proses, temperatur proses, dan temperatur air pendingin yang tersedia biasanya dinyatakan di awal pada proses perancangan. Ukuran alat penukar panas dihitung berdasarkan parameter penting seperti kecepatan aliran air dan fluida proses, tipe shell, tata letak tube, baffle, material, dan kecenderungan fouling dari fluida.

Faktor yang mempengaruhi desain dari sebuah alat penukar panas terhubung dengan persamaan perpindahan panas berikut.

Q = U x A x ΔTlm

Dimana:

Q = laju perpindahan panas (Btu/hr)

U = koefisien perpindahan panas (Btu/ft2.hr.oF)

ΔTlm = perbedaan temperatur rata-rata logaritmik dari fluida (oF)

Laju perpindahan panas (Q) dihitung dari persamaan:

Q = W x C x ΔT + W x ΔH

Dimana:

W = laju alir fluida (lb/hr)

C = kapasitas panas fluida (Btu/lb.oF)

ΔT = perubahan temperatur fluida (oF)

ΔH = kalor laten penguapan fluida (Btu/lb)

Jika fluida tidak mengalami perubahan fasa maka persamaan di atas menjadi:

Q = W x C x ΔT

Koefisien perpindahan panas (U), mencerminkan konduktivitas termal dari alat penukar panas. Semakin tinggi nilai U maka semakin mudah panas dipindahkan dari suatu fluida menuju fluida lainnya. Konduktivitas termal merupakan kebalikan dari hambatan panas (R).

Gambar 23.2 Hambatan panas total merupakan penjumlahan dari beberapa hambatan panas individual

Hambatan panas total adalah penjumlahan dari beberapa hambatan individual. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 23.2 dan secara matematika dinyatakan sebagai berikut.

Rt = r1 + r2 + r3 + r4 +r5

Dimana:

Rt = hambatan panas total

r1 = hambatan panas pada film di sisi fluida proses

r2 = hambatan panas pada fouling di sisi fluida proses (jika ada)

r3 = hambatan panas pada dinding tube

r4 = hambatan panas pada fouling di sisi air (jika ada)

r5 = hambatan panas pada film di sisi air

Hambatan panas pada film di sisi fluida proses dan film di sisi air tergantung pada geometri alat, kecepatan aliran, viskositas, kalor jenis, dan konduktivitas termal. Efek kecepatan pada perpindahan panas di dalam air pada sebuah tube ditunjukkan pada Gambar 23.3.

Gambar 23.3 Kecepatan air vs koefisen perpindahan panas

Hambatan panas akibat fouling sangat bervariasi tergantung pada karakteristik lapisan fouling, fluida, dan kontaminan di dalam fluida yang menyebabkan lapisan fouling. Sejumlah kecil dari fouling biasanya diakomodasi di pada desain alat penukar panas. Akan tetapi, jika fouling tidak dijaga seminimal mungkin, hambatan panas akan meningkat, dan nilai U akan menurun hingga titik dimana alat penukar panas tidak mampu mengendalikan temperatur fluida proses dengan baik. Bahkan jika titik ini tidak dicapai, proses perpindahan panas kurang efisien dan menjadi boros. Adanya deposit pada cooling water karena korosi

Hambatan panas pada tube hanya tergantung dari material tube dan tidak berubah terhadap waktu. Dinding tube menipis oleh erosi mungkin akan memiliki hambatan yang lebih rendah, akan tetapi perubahannya tidak signifikan.

Perbedaan temperatur rata-rata logaritmik merupakan pernyataan secara matematis dari perbedaan temperatur di antara dua fluida di setiap titik di sepanjang alat penukar panas untuk sistem aliran yang benar-benar countercurrent atau cocurrent.

Ketika tidak ada perubahan fasa fluida, sebuah alat penukar panas dengan sistem aliran countercurrent lebih efisien dibandingkan cocurrrent. Nilai ΔTlm­ harus dikoreksi jika konfigurasi alat penukar panas tidak benar-benar countercurrent.

MONITORING
Persamaan perpindahan panas sangat berguna untuk memonitor kondisi dari alat penukar panas atau efisiensi program treatment. Hambatan panas tube akan konstan, sistem geometri tidak berubah. Jika kecepatan aliran dijaga konstan pada kedua fluida, hambatan panas film di kedua sisi fluida akan konstan. Variasi dari nilai U yang diukur dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah fouling yang terjadi. Jika nilai U tidak berubah maka tidak ada fouling yang terjadi pada bagian pembatas tempat terjadinya perpindahan panas. Ketika terjadi fouling maka nilai U akan berkurang. Oleh karenan itu, perbandingan nilai U selama operasi dapat memberikan informasi yang berguna mengenai kapan diperlukan pembersihan dan dapat digunakan untuk memonitor keefektivan program treatment
perpindahan panas

Penggunaan faktor kebersihan atau faktor fouling dapat juga berguna di dalam membandingkan kondisi dari alat penukar panas selama operasi dengan kondisi desain. Faktor kebersihan (Cf) merupakan nilai persen yang diperoleh dengan cara berikut.

Hambatan akibat fouling atau faktor fouling (Rf) adalah sebuah hubungan antara koefisien perpindahan awal keseluruhan (Ui) dan koefisien perpindahan panas keseluruhan selama operasi (Uf) dinyatakan sebagai berikut: perpindahan panas

Rf = (Ui – Uf) / (Ui x Uf)

Alat penukar panas biasanya didesain dengan nilai faktor fouling dari 0,001 – 0,002, tergantung dari perkiraan kondisi dari fluida proses dan air pendingin.

Referensi:
Suez Water Technologies & Solutions. “Handbook of Industrial Water Treatment”perpindahan panas 

Jl. Pelajar Pejuang 45 No. 43
Kota Bandung, Jawa Barat

WA  : 082237062772
Telp : 0227317077

Copyright 2021 solusitirtaoptima.com