Heat Exchanger-double Pipe

Presented by Ichwan Sangiaji R.S1106019924 G. M. Widhi K

1106011572

Ratna Dewi Verina S Galih Mery

1106070893

1206314610

Candra Nugraha1106052972 Achmad Fathony

1106007602

Yogiswara Paramatatya

1106070804

Double pipe HEAT EXCHANGER

Apa itu HE? • Heat Exchanger (HE)  adalah  alat  yang  digunakan  untuk  memindahkan  panas antara  dua  fluida  yang berbeda suhu  melalui sebuah penghantar media panas. • Heat exchanger bisa berfungsi sebagai pemanas dan pendingin. Biasanya, medium pemanas yang  dipakai  adalah  air  yang  dipanaskan  sebagai  fluida  panas  dan  air  biasa  sebagai  air  pendingin  (cooling water).  • Heat Exchanger dapat  berfungsi  sebagai heater, cooler, condensor, reboiler,  maupun chiller.  Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung  secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terhadap dinding  yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung .

Tujuan dari Perpindahan Panas 1.Memanaskan  Menaikan suhu  Merubah fase (Menguapkan, melarutkan, melelehkan) 2.

Mendinginkan  Menurunkan suhu  Merubah fase (Mengembunkan, membekukan)

Macam –macam Heat Exchanger 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

Double Pipe Heat Exchanger Salah satu jenis penukar panas adalah  susunan  pipa  ganda.  Tipe  ini  merupakan alat penukaran panas yang  paling  sederhana,  double  pipe  heat  exchanger  dapat  digunakan  untuk  aliran  berlawanan  arah  atau  aliran  searah, baik dengan cairan panas atau  cairan dingin.

Fluida mengalir dalam dua bagian yaitu fluida yang satu mengalir di dalam pipa, dan 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. 

Kelebihan Double Pipe Heat Exchanger - Mampu untuk beroprasi pada tekanan yang tinggi  - Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa,  - Dapat dipasang secara seri atau paralel,  - Mudah bila kita ingin menambah luas permukaannya dan  - Kalkulasi design mudah dibuat dan akurat.

Kekuragan Double Pipe Heat Exchanger - Kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil,  - Mahal, dan  - Digunakan  untuk  fluida  yang  berjumlah  sedikit  yang  akan dipanas kan atau dikonsdensasikan.

• Double pipe merupakan bentuk paling sederhana dari alat penukar panas • heat exchanger double-pipe terdiri dari pipa yang berjalan dalam pipa lain yang lebih besar. Transfer panas terjadi antara fluida yang mengalir di dalam pipa lebih kecil dan cairan dalam ruang antara dua pipa, melalui permukaan pipa yang lebih kecil.

• Sebuah heat exchanger pipa ganda mentransfer panas dari satu media ke yang lain, biasanya dalam ruang pemanas, pendingin atau pembangkit listrik. • Sebuah penukar panas pipa ganda mengandung salah satu pipa kecil dalam pipa yang lebih besar atau beberapa pipa kecil dalam sebuah pipa besar

fluida pendingin melewati ruang antara bagian dalam pipa luar dan di luar pipa dalam, sementara air dipanaskan melewati pipa dalam.

TIPE DOUBLE PIPE HEAT EXCHNAGER Heat exchangers double-pipe dibagi beberapa tipe dengan  tinjauan alirannya, yaitu:  • Parallel-flow  • Counter-flow  • Cross-flow • Divided-flow • Split-flow 

Hal yang diperhitungkan  Heat transfer mechanism  Degree of surface compactness  Heat transfer type  Flow arrangement  Number of passes  Construction

Penentuan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan untuk desain pipa penukar panas ganda dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dasar penukar panas: Q = UA ΔTlm, ●

di mana:

• Q adalah laju perpindahan panas antara dua cairan dalam penukar panas di Btu / hr, • U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan di BTU/hr-ft2-oF, • A adalah luas permukaan perpindahan panas di ft2, dan • ΔTlm adalah log berarti perbedaan suhu di oF, dihitung dari suhu inlet dan outlet dari kedua cairan.

Setelah penentuan perpindahan panas luas permukaan yang diperlukan, diameter dan panjang pipa batin dapat dipilih dan kemudian diameter pipa luar, dan pada akhirnya, panjang dari Heat Exchanger dapat ditentukan

Rules of Thumb

• Suatu alat perpindahan panas dinilai mampu berfungsi dengan baik untuk penggunaan tertentu, apabila memenuhi dua ketentuan berikut : 1.memindahkan panas sesuai dengan kebutuhan proses 2.Pressure Drop (ΔP) untuk masing-masing aliran tidak melebihi batas yang tersedia. Harga ΔP biasanya adalah : # Untuk aliran liquida : maksimal (ΔP) = 5 – 10 Psi # Untuk aliran uap-gas: maksimal (ΔP) = ½ – 2 Psi

Karena yang dirancang adalah alat perpindahan panas, maka perlu dicari dimensi atau ukuran peralatan tersebut. Ukuran alat tersebut berkaitan erat dengan luas permukaan panas atau heating surface. Persamaan perpindahan panas yang berkaitan dengan dimensi atau luas perpindahan Q = U A Δt Penentuan jenis double pipe heat exchanger ini berdasarkan besarnya nilai A. Jika nilai A < 120 ft2, maka heat exhanger jenis Double pipe dapat digunakan.

HEAT EXCHANGER STANDARDS ASTM A179/A179M – 90a (Reapproved 2005)

ASTM A179/A179M – 90a (Reapproved 2005) :

STANDARD SPECIFICATION FOR SEAMLESS COLDDRAWN LOWCARBON STEEL HEAT EXCHANGER AND CONDENSER TUBE

TABUNG HARUS DI PANASKAN PADA SUHU 1200 Of (650Oc) ATAU LEBIH TINGGI

HEAT TREATMENT

Bahan baja pembuat tabung harus memenuhi persyaratan komposisi berikut: Carbon, % 0,006 – 0,18 mangan, % 0,27-0,63 fosfor, max, % 0,0035 sulfur, max, % 0,0035

CHEMICAL COMPOSITION

TABUNG HARUS MEMILIKI ANGKA KEKERASAN TIDAK MELEBIHI 72 HRB

HARDNESS REQUIREMENT

TENSILE STRENGTH, MIN, [MPA] 325 YIELD STRENGTH [MPA] 180 ELONGATION IN 2”, MIN, % 35

TENSILE PROPERTIES

Prosedur Perancangan DPHE

Prosedur Perancangan DPHE 1. Material dan heat balance dimana T1 dan T2 = suhu aliran panas masuk dan keluar, t1 dan t2 = suhu aliran dingin masuk dan keluar 2. Menghitung LMTD

3. Menghitung suhu caloric, Tc dan tc dari persamaan dan grafik 17 kern

Inner Pipe : 4. Menghitung Flow Area, ap = πD4/4,

ft2

5. Menghitung Mass Velocity, Gp = w/ap,

lb/(hr)(ft2)

6. μ pada Tc atau tc (bergantung dengan fluida yang melewati inner pipe), μ = lb/(ft)(hr) = centipoise x 2.42

7. Menghitung nilai Reynold, Rep= DGp/μ

8. Mencari nilai Heat Transfer Factor (jH) Dengan menggunakan nilai Re dan L/D pipa, dapat dicari nilai jH pada gambar 24 kern

9. Mencari nilai hi dan hio

nonviscous fluid, =1

Annulus : 4. Menghitung Flow Area, aa = π(D22 – D12)/4,

ft2

Equivalent diameter

5. Menghitung Mass Velocity, Ga = w/aa,

lb/(hr)(ft2)

6. μ pada Tc atau tc (bergantung dengan fluida yang melewati inner pipe), μ = lb/(ft)(hr) = centipoise x 2.42

7. Menghitung nilai Reynold, Rea= DeGa/μ

8. Mencari nilai Heat Transfer Factor (jH) Dengan menggunakan nilai Re dan L/D pipa, dapat dicari nilai jH pada gambar 24 kern

9. Mencari nilai ho nonviscous fluid, =1

10. Menghitung Clean Coefficient of heat transfer

11. Menghitung Design Coefficient of heat transfer

12. Menghitung Required Surface

13. Evaluasi Pressure Drop

- Inner Pipe :

- Annulus:

*Menghitung Fouling Factor * Menghitung Diameter, Re

* Menghitung Pressure Drop, ft

* Menghitung Fouling Factor

* Menghitung Pressure Drop, psi * Menhgitung Pressure Drop

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan Contoh 6.1 Double Pipe Benzena-Toluena Exchanger (Kern, Process Heat Transfer, 1965) Sebuah penukar panas pipa ganda counter flow dirancang untuk memanaskan benzena dari temperatur 80 hingga 120 F menggunakan toluena panas sehingga menjadi dingin yaitu 160 hingga 100 F. Spesifik Gravity pada 68 F masing-masing adalah 0.88 dan 0.87. Properti fluida lainnya daoat ditemukan pada lampiran. Fouling factor untuk sistem tersebut adalah 0.001 untuk masing-masing aliran dan batas maksimal pressure drop yang diizinkan adalah 10 psi. Tentukan jumlah hairpins yang dibutuhkan untuk untuk sistem tersebut (panjang setiap pipa adalah 20 ft dengan diamater 1 ¼-in IPS)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan (con’t) Langkah yang digunakan untuk menghitung jumlah hairpin yang dibutuhkan adalah: 1. Menghitung T rata-rata fluida panas dan fluida dingin. Untuk Fluida dingin Untuk Fluida panas 2. Menghitung tinjau heat balance nya. c untuk benzena: 0.425 btu/lb.F c untuk toluena : 0.44 btu/lb.F  dari lampiran Heat balance untuk fluida dingin: Heat balance untuk fluida panas: Sehingga laju toluena yang dibutuhkan adalah 6330 lb/hr

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

3. Menghitung LMTD

Sehingga:

4. Menghitung flow area dari HE Untuk pipa Luar (anulus)

Untuk pipa dalam

Oleh karena flow area anulus lebih kecil maka fluida yang lajunya lebih kecil yaitu toluena diposisikan di anulus dan benzena di pipa dalam

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan 5. Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi (h) Nilai h dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan empiris sieder and tate, sebagai berikut:

Keterangan: C: Kapasitas panas (lampiran gambar 2, buku kern) ɥ : Viskositas fluida (lampiran gambar 14, buku kern) k: koefisien perpindahan panas konduksi ( tabel 4, buku kern) Jh: koefisien yang didapat dengan mengkorelasikan nilai Re (lampiran gambar 24, buku kern)

(con’t)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan Menghitung nilai viskositas dari fluida

(con’t)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan (con’t) Menghitung nilai JH

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan

(con’t)

6. Menghitung panjang pipa yang dibutuhkan

Sehingga oleh karena panjang pipa yang dibutuhkan adalah 116 ft, maka dibutuhkan 6 buah pipa (6 x 20 ft = 120 ft), maka dibutuhkan 3 hairpins (masing-masing hairpin menyambung 2 pipa)

Double Pipe HE-Contoh Perhitungan 6. Menghitung pressure drop yang dihasilkan

(con’t)

Aplikasi Double Pipe HE • Skala Laboratorium • Industri Makanan • Industri Petrokimia • Binary Cycle Geothermal

• Cairan pendingin biasannya apa? Cairan panas itu apa? Pemilihan bahan untuk korosi? • Double pipe tekanan tinggi kenapa bisa? • Penggunaan suhu caloric.