LAPORAN SATUAN OPERASI ACARA PLATE HEAT EXCHANGER

I.                   Tujuan

a.       Mahasiswa dapat merancang PHE sederhana menggunakan software PHE works

b.      Mahasiswa dapat mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh pada proses transfer panas menggunakan PHE

c.       Mahasiswa dapat mengetahui aplikasi PHE pada proses pengolahan pangan

II.                Landasan Teori

a.       Faktor-faktor yang mempengaruhi transfer panas

Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan  radiasi.

Faktor-faktor  yang mempengaruhi laju konduksi kalor :

1.      Beda suhu antara kedua permukaan (∆T) makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor.

2.      Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l), makin tebal, makin lambat perpindahan kalor.

3.      Luas permukaan (A), makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor.

4.      Konduktivitas termal zat (k), merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

   

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konveksi kalor :

q  Luas permukaan benda (A), semakin luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan.

q  Perbedaan suhu (∆T), semakin besar beda suhu benda dengan permukaan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan

q  Koefisien konveksi (h), bergantung pada bentuk, kedudukan permukaan dan diperoleh dengan percobaan. Misal h tubuh manusia adalah

     7,1 Js^-1m^-2K^-1

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi : 

(dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman)

“Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T⁴)”

                                                                                                (Sari, 2015)

b.      Pengertian dan kriteria proses pasteurisasi

Pasteurisasi adalah perlakuan panas yang diberikan pada bahan baku dengan suhu di bawah titik didih. Teknik ini digunakan untuk mengawetkan bahan pangan yang tidak tahan suhu tinggi, misalnya susu. Pasteurisasi tidak mematikan semua mikroorganisme, tetapi hanya yang bersifat patogen dan tidak membentuk spora. Sehingga kriteria proses ini adalah bakteri patogen yang ada pada bahan pangan. Oleh sebab itu, proses ini sering diikuti dengan teknik lain misalnya pendinginan atau pemberian gula dengan konsentrasi tinggi. (Hidayat, 2007)

c.       Definisi, prinsip kerja, dan penerapan PHE dalam proses pengolahan pangan

Heat exchanger tipe plate (Plate Heat Exchanger) adalah jenis penukar panas yang menggunakan pelat logam untuk mentransfer panas antara dua cairan. Ini memiliki keuntungan besar atas suatu penukar panas konvensional dalam bahwa cairan yang terkena luas permukaan jauh lebih besar karena cairan menyebar di plate. Ini memfasilitasi transfer panas, dan sangat meningkatkan kecepatan perubahan suhu. Plate penukar panas yang sekarang umum dan versi  dibrazing sangat kecil yang digunakan dalam air panas bagian dari jutaan kombinasi boiler.

Konsep di balik penukar panas adalah penggunaan pipa atau pembuluh penahanan lain untuk panas atau dingin satu cairan dengan mentransfer panas antara itu dan cairan lain. Dalam kebanyakan kasus, penukar terdiri dari pipa melingkar berisi satu fluida yang melewati ruang  berisi cairan lain. Dinding pipa biasanya terbuat dari logam, atau zat lain dengan konduktivitas panas yang tinggi, untuk memfasilitasi pertukaran, sedangkan casing luar ruang yang lebih besar adalah terbuat dari plastik atau dilapisi dengan isolasi termal, untuk mencegah panas dari melarikan diri dari exchanger.

Plate Heat Exchanger digunakan untuk pasteurisasi dengan suhu tinggi dan waktu singkat (High Temperature Short Time/ HTST), yaitu proses pemanasan susu selama 15 – 16 detik pada suhu 71,7 – 75⁰C. Selain itu, tipe ini juga cocok untuk bahan pangan yang mempunyai viskositas rendah seperti jus jeruk. 

                                                                                                (Muttaqin, 2012)

d.      Pengertian dan perbedaan dari jenis flow Counter-Current dan Co-Current

Pertukaran panas dengan aliran searah (co-current/parallel flow) yaitu apabila arah aliran dari kedua fluida di dalam penukar kalor adalah sejajar. Artinya kedua fluida masuk pada sisi yang satu dan keluar dari sisi yang lain mengalir dengan arah yang sama. Karakter penukar panas jenis ini temperatur fluida yang memberikan energi akan selalu lebih tinggi dibanding yang menerima energi sejak mulai memasuki penukar kalor hingga keluar.

Sedangkan pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah (counter current / flow) yaitu bila kedua fluida mengalir dengan arah yang saling berlawanan  dan keluar pada sisi yang berlawanan. Pada tipe ini masih mungkin terjadi bahwa temperatur fluida yang menerima panas (temperatur fluida dingin) saat keluar penukar kalor (T4) lebih tinggi dibanding temperatur fluida yang memberikan kalor (temperatur fluida panas) saat meninggalkan penukar kalor.

                                                                                                (Muttaqin, 2012)

e.       Pengertian dari Pressure Drop dan Fouling Factor dalam mesin PHE

1.      Pressure Drop

Penurunan tekanan (pressure drop) adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau tabung ke hilir titik. "Penurunan tekanan" adalah hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah kecepatan fluida melalui pipa dan viskositas fluida. Aliran cairan atau gas akan selalu mengalir dalam arah perlawanan paling sedikit (tekanan kurang). (Santoso, 2016)

2.      Fouling Factor

Kinerja penukar kalor bergantung pada permukaan untuk perpindahan kalor itu bersih atau tidak. Jika ada endapan pada permukaan itu, tahanan thermal akan meningkat, sehingga performansnya pun akan berkurang. Tambahan tahanan itu biasanya diperhitungkan sebagai factor pengotoran (fouling factor). Faktor pengotoran ditentukan secara eksperimen dengan menguji penukar kalor itu dalam keadaan bersih dan keadaan kotor didefinisikan sebagai berikut : 
Rd=(1/Ud)-(1/Uc)

Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat exchanger. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis fluida yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau memperngaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan atau mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.

Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain :

1) Temperatur fluida

2) Temperatur dinding plate

3) Kecepatan aliran fluida

(R.Pitts dan E.Sissom,1987)

III.             Pembahasan

a.       Skema PHE

(Eric, 2013)

b.      Tabel

Kondisi	Jumlah plate
Kondisi 1	37
Kondisi 2	71
Kondisi 3	96
Kondisi 4	95

c.       Penjelasan pengaruh kondisi proses terhadap spesifikasi dari PHE (jumlah plate)

Pada kondisi PHE dengan faktor pengotoran yang semakin tinggi, menyebabkan kebutuhan plate dalam penggunaan Plate Heat Exchanger meningkat cukup signifikan. Pada percobaan, pada kondisi kedua dengan fouling factor lima kali lebih besar dari kondisi pertama terjadi peningkatan kebutuhan plate dari 37 menjadi 71 buah. Hal ini dapat terjadi karena faktor pengotoran tersebut dapat menganggu atau mempengaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan atau mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut. Sehingga untuk jumlah aliran yang sama, dibutuhkan lebih banyak plate untuk penukaran panas tersebut.

Pada kondisi PHE dengan Heat capacity cold side yang semakin tinggi, menyebabkan kebutuhan plate dalam penggunaan Plate Heat Exchanger menurun. Namun penurunan ini tidak begitu signifikan. Pada percobaan, pada kondisi keempat dengan Heat capacity cold side dua kali lebih besar dari kondisi ketiga terjadi peningkatan kebutuhan plate dari 96 menjadi 95 buah.

IV.             Kesimpulan

a.       Melalui percobaan dapat diketahui cara merancang PHE sederhana menggunakan software PHE works.

b.      Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses transfer panas menggunakan PHE  

Pada PHE, transfer panas yang terjadi adalah konduksi dan konveksi. Sehingga dapat diketahui faktor yang berpengaruh pada proses transfer panas menggunakan PHE adalah:

1.      Beda suhu antara kedua permukaan (∆T)

2.      Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l)

3.      Luas permukaan (A)

4.      Konduktivitas termal zat (k)

5.      Koefisien konveksi (h).

6.      Pressure drop (Penurunan tekanan).

7.      Fouling factor (Faktor pengotoran).

c.       Aplikasi PHE pada proses pengolahan pangan untuk proses pasteurisasi bahan pangan, misalnya susu.

V.                Daftar Pustaka

R.Pitts and E.Sissom. 1987. Perpindahan Kalor. Erlangga. Jakarta.

Eric. 2013. Gasket-dari 37 menjadi 71 buah.ee-Heat-Exchanger. http://www.jiawei-phe.com/.

Diakses tanggal 13 November  2016 pukul 19.00 WIB.

Hidayat, Nur. 2007. Pasteurisasi.      

http://ptp2007.w0rdpress.com. Diakses tanggal 13 November  2016 pukul 19.00 WIB.

Muttaqin, Z. 2012. Heat Exchanger. http://eprints.undip.ac.id. Diakses tanggal 13 November 

2016 pukul 18.45 WIB.

Santoso, Digdyo. 2016. Pressure Drop. https://www.academia.edu/7753098/. Diakses

tanggal 13 November  2016 pukul 20.00 WIB.

Sari, Nainy. 2015. Perpindahan Kalor. http://nainysari.lecture.ub.ac.id. Diakses tanggal 13

November  2016 pukul 18.30 WIB.

VI.             Lembar Pengesahan

Mengetahui,                                  Yogyakarta, 13 November 2016

Asisten                                                                              Praktikan

                                                                                                                                                                                                Jauzia Sita

VII.          Lampiran

a.       Fotokopi Lembar Kerja Praktikum

b.      Hasil Simulasi