Evaporator

Pembahasan

1. I.                   Dasar Teori

Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan dari evaporasi itu sendiri yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi , pelarutnya adalah air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berbeda dengan distilasi, karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang.

Proses evaporasi terdiri dari dua peristiwa yang berlangsung :

1. Interface evaporation, yaitu transformasi air menjadi uap air di permukaan tanah. Nilai ini tergantung dari tenaga yang tersimpan.
2. Vertikal vapour transfers, yaitu perpindahan lapisan yang kenyang dengan uap air dari interface ke uap (atmosfer bebas).

Besar kecilnya penguapan dari permukaan air bebas dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

1. Kelembaban udara (semakin lembab semakin kecil penguapannya)
2. Tekanan udara
3. Kedalaman dan luas permukaan, semakin luas semakin besar penguapannya
1. Kualitas air, semakin banyak unsur kimia, biologi dan fisika, penguapan semakin kecil.
2. Kecepatan angin
3. Topografi, semakin tinggi daerah semakin dingin dan penguapan semakin kecil
4. Sinar matahari
5. Temparatur

Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan) dengan penambahan panas (Robert B. Long, 1995). Panas dapat disuplai dengan berbagai cara, diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi didasarkan pada proses pendidihan secara intensif, yaitu :

-          Pemberian panas ke dalam cairan.

Makin tinggi pressure makin besar panas yang dibutuhkan jadi pressure perlu diturunkan untuk mendapatkan kondisi operasi yang optimal.

-          Pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap.

Peristiwa bubbling yaitu terbentuknya nukleat sebagai awal pembentukan gelembung.

-          Pemisahan uap dari cairan.

Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih (Warren L. Mc Cabe, 1999).

Perbedaan evaporasi dengan proses lain adalah:

• Evaporasi dengan pengeringan.

Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair – kadang-kadang zat cair yang sangat viskos – dan bukan zat padat. Perbedaan lainnya adalah, pada evaporasi cairan yang diuapkan dalam kuantitas relatif banyak, sedangkan pada pengeringan sedikit.

• Evaporasi dengan distilasi.

Evaporasi berbeda pula dari distilasi, karena uapnya biasa dalam komponen tunggal, dan walaupun uap itu dalam bentuk campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha unutk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Selain itu, evaporasi biasanya digunakan untuk menghilangkan pelarut-pelarut volatil, seperti air, dari pengotor nonvolatil. Contoh pengotor nonvolatil seperti lumpur dan limbah radioaktif. Sedangkan distilasi digunakan untuk pemisahan bahan-bahan nonvolatil.

• Evaporasi dengan kristalisasi.

Evaporasi lain dari kristalisasi dalam hal pemekatan larutan dan bukan pembuatan zat padat atau kristal. Evaporasi hanya menghasilkan lumpur kristal dalam larutan induk (mother liquor). Evaporasi secara luas biasanya digunakan untuk mengurangi volume cairan atau slurry atau untuk mendapatkan kembali pelarut pada recycle. Cara ini biasanya menjadikan konsentrasi padatan dalam liquid semakin besar sehingga terbentuk kristal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan evaporasi antara lain :

1. Suhu; walaupun cairan bisa evaporasi di bawah suhu titik didihnya, namun prosesnya akan cepat terjadi ketika suhu di sekeliling lebih tinggi. Hal ini terjadi karena evaporasi menyerap kalor laten dari sekelilingnya. Dengan demikian, semakin hangat suhu sekeliling semakin banyak jumlah kalor yang terserap untuk mempercepat evaporasi.
2. Kelembapan udara; jika kelembapan udara kurang, berarti udara sekitar kering. Semakin kering udara (sedikitnya kandungan uap air di dalam udara) semakin cepat evaporasi terjadi. Contohnya, tetesan air yang berada di kepingan gelas di ruang terbuka lebih cepat terevaporasi lebih cepat daripada tetesan air di dalam botol gelas. Hal ini menjelaskan mengapa pakaian lebih cepat kering di daerah kelembapan udaranya rendah.
3. Tekanan; semakin besar tekanan yang dialami semakin lambat evaporasi terjadi. Pada tetesan air yang berada di gelas botol yang udaranya telah dikosongkan (tekanan udara berkurang), maka akan cepat terevaporasi.
4. Gerakan udara; pakaian akan lebih cepat kering ketika berada di ruang yang sirkulasi udara atau angin lancar karena membantu pergerakan molekul air. Hal ini sama saja dengan mengurangi kelembapan udara.
5. Sifat cairan; cairan dengan titik didih yang rendah terevaporasi lebih cepat daripada cairan yang titik didihnya besar. Contoh, raksa dengan titik didih 357°C lebih susah terevapporasi daripada eter yang titik didihnya 35°C.

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondensor (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi.

Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatile (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

1. II.                Prinsip Kerja

Evaporator adalah alat untuk mengevaporasi larutan sehingga prinsip kerjanya merupakan prinsip kerja atau cara kerja dari evaporasi itu sendiri. Prinsip kerjanya dengan penambahan kalor atau panas untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang memiliki titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang lebih pekat serta memiliki konsentrasi yang tinggi.

1. Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-zatnya.
2. Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan.
3. Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal.
4. Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah menguap (misalnya: gula)akan tergantung tekanan dan kadar zattersebut.
5. Beda titik didih larutan dan titik didih cairan murni disebut Kenaikan titik didih (boiling)

Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan yang namanya evaporator. Ada empat komponen dasar yang dibutuhkan dalam evaporasi yaitu : Evaporator, kondensor , injeksi uap, dan perangkap uap.

1. Kondensor: Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida
2. Injeksi uap:
3. Perangkap uap: Evaporasi dilaksanakan dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut pada titik didihnya, sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Uap yang terbentuk pada evaporasi biasanya hanya terdiri dari satu komponen, dan jika uapnya berupa campuran umumnya tidak diadakan usaha untuk memisahkan komponen-komponennya.

1. III.             Tipe-tipe

• Tipe evaporator berdasarkan banyak proses:

1. Evaporator efek tunggal (single effect)

Yang dimaksud dengan single effect adalah bahwa produk hanya melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas.

1. Evaporator efek ganda

Di dalam proses penguapan bahan dapat digunakan dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya.

Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi.

Keuntungan evaporator efek majemuk adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut. Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal, untuk pekerjaan yang sama.

Pada evaporator efek majemuk ada 3 macam penguapan, yaitu :
a. Evaporator Pengumpan Muka (Forward-feed)
b. Evaporator Pengumpan Belakang (Backward-feed)
c. Evaporator Pengumpan Sejajar (Parallel-feed)

• Tipe evaporator berdasarkan bentuknya:
  1. Evaporator Sirkulasi Alami/paksa

Evaporator sirkulasi alami bekerja dengan memanfaatkan sirkulasi yang terjadi akibat perbedaan densitas yang terjadi akibat pemanasan. Pada evaporator tabung, saat air mulai mendidih, maka buih air akan naik ke permukaan dan memulai sirkulasi yang mengakibatkan pemisahan liquid dan uap air di bagian atas dari tabung pemanas.Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan mengakibatkan sistem kering, Untuk menghidari hal ini dapat digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan manambahkan pompa untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi.

2. Falling Film Evaporator

Evaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi dengan jaket uap (steam jacket). Distribusi larutan yang seragam sangat penting. Larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang menurun. Kecepatan gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yag juga mengalir menurun. Tipe ini cocok untuk menangani larutan kental sehingga sering digunakan untuk industri kimia, makanan, dan fermentasi.

3. Rising Film (Long Tube Vertical) Evaporator

Pada evaporator tipe ini, pendidihan berlangsung di dalam tabung dengan sumber panas berasal dari luar tabung (biasanya uap). Buih air akan timbul dan menimbulkan sirkulasi.

4. Plate Evaporator

Mempunyai luas permukaan yang besar, Plate biasanya tidak rata dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir melalui ruang-ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current dan counter current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator jenis ini sering dipakai pada industri susu dan fermntasi karena fleksibilitas ruangan. Tidak efektif untuk larutan kental dan padatan

1. Multi-effect Evaporator

Menggunakan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap berikutnya. Semakin banyak tahap maka semakin rendah konsumsi energinya. Biasanya maksimal terdiri dari tujuh tahap, bila lebih seringkali ditemui biaya pembuatan melebihi penghematan energi. Ada dua tipe aliran, aliran maju dimana larutan masuk dari tahap paling panas ke yang lebih rendah, dan aliran mundur yang merupakan kebalikan dari aliran maju. Cocok untuk menangani produk yang sensitive terhadap panas seperti enzim dan protein.

1. Horizontal-tabung Evaporator

Evaporator horisontal-tabung merupakan pengembangan dari panci terbuka, di mana panci tertutup dalam, umumnya dalam silinder vertikal. Tabung pemanas disusun dalam bundel horisontal direndam dalam cairan di bagian bawah silinder. Sirkulasi cairan agak miskin dalam jenis evaporator.

1. Vertikal-tabung Evaporator

Dengan menggunakan tabung vertikal, bukan horizontal, sirkulasi alami dari cairan dipanaskan dapat dibuat untuk memberikan transfer panas yang baik.
Gambar 8.4 Evaporator (a) tipe keranjang (b) tabung panjang (c) dipaksa sirkulasi

• Tipe evaporator berdasarkan metode pemanasan:

1. Submerged combustion evaporator adalah evaporator yang dipanaskan oleh api yang menyala di bawah permukaan cairan, dimana gas yang panas bergelembung melewati cairan.
2. Direct fired evaporator adalah evaporator dengan pengapian langsung dimana api dan pembakaran gas dipisahkan dari cairan mendidih lewat dinding besi atau permukaan untuk memanaskan.
3. Steam heated evaporator adalah evaporator dengan pemanasan stem dimana uap atau uap lain yang dapat dikondensasi adalah sumber panas dimana uap terkondensasi di satu sisi dari permukaan pemanas dan panas ditranmisi lewat dinding ke cairan yang mendidih.
1. IV.             Rangkaian Peralatan

Evaporator single effects

                        Evaporator efek ganda

Falling Film Evaporator

Rising Film Evaporator

            Plate Evaporator

A = Product
B = Concentrate
C = Condensate
D = Heating steam
E = Vapour

1 = Main separator
2 = Pre-separator
3 = Plate calandria

1. V.                Aplikasi

Aplikasi dari evaporator antrara lain digunakan pada pabrik gula, pabrik, garam, industri bahan kimia, industri makanan dan minuman, dan kilang minyak. Proses evaporasi telah dikenal sejak dahulu, yaitu untuk membuat garam dengan cara menguapkan air dengan bantuan energi matahari dan angin. Kegunaan utama dari evaporator adalah menguapkan air pada larutan sehingga larutan memiliki konsentrasi tertentu.
Pada industri makanan dan minuman, agar memiliki mutu yang sama pada jangka waktu yang lama, dibutuhkan evaporasi. Misalnya untuk pengawetan adalah pembuatan susu kental manis.

Evaporasi merupakan satu unit operasi yang penting dan biasa dipakai dalam
industri kimia dan mineral, misalnya industri aluminium dan gula. Evaporator juga digunakan untuk mengolah limbah radioaktif cair. Kegunaan lainnya adalah mendaur ulang pelarut mahal seperti hexane ataupun sodium hydroxide pada kraft pulping bisa juga untuk menguapkan limbah agar proses penanganan limbah lebih murah. Contoh-contoh Operasi Evaporasi dalam Industri Kimia lainnya yaitu : Pemekatan larutan NaOH, Pemekatan larutan KNO3, Pemekatan larutan NaCL, Pemekatan larutan nitrat dan lain-lain.

                                                               Penutup

Kesimpulan

Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Aplikasi dari evaporator antrara lain digunakan pada pabrik gula, pabrik, garam, industri bahan kimia, industri makanan dan minuman, dan kilang minyak.

Teori Dasar Pompa Sentripugal

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus.

Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.
Pompa Sentrifugal
Salah satu jenis pompa pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing.
Sesuai dengan data-data yang didapat, pompa reboiler debutanizer di Hidrokracking Unibon menggunakan pompa sentrifugal single – stage double suction.

Keuntungan Pompa Sentrifugal

Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa lain :

1.  Pada head dan kapasitas yang sama, dengan pemakaian pompa sentrifugal umumnya paling murah.

2.  Operasional paling mudah

3.  Aliran seragam dan halus.

4.  Kehandalan dalam operasi.

5.  Biaya pemeliharaan yang rendah.

Kekurangan Pompa Sentrifugal

Kekurangan pompa sentrifugal antara lain :

1.    Dalam keadaan normal pompa sentrifugal tidak dapat menghisap sendiri {tidak dapat memompakan udara}.

2.   Kurang cocok untuk mengerjakan zat cair kental, terutama pada aliran volume yang kecil.

Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan :
1. Kapasitas :

• Kapasitas rendah         < 20 m3 / jam
• Kapasitas menengah   20 -:- 60 m3 / jam
• Kapasitas tinggi           > 60 m3 / jam

2. Tekanan Discharge :

• Tekanan Rendah                       < 5 Kg / cm2
• Tekanan menengah                  5 -:- 50 Kg / cm2
• Tekanan tinggi                           > 50 Kg / cm2

3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

• Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing
• Multi stage   : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing.
• Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.
• Multi Impeller – Multi stage :  Kombinasi multi impeller dan multi stage.

4. Posisi Poros :

• Poros tegak
• Poros mendatar

5. Jumlah Suction :

• Single Suction
• Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :

• Radial flow
• Axial flow
• Mixed fllow

Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar  berikut :

Rumah Pompa Sentrifugal

A. Stuffing Box
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.
B. Packing
Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.
C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.
D. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.
E. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.
F. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).
G. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.
H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.
I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.
J. Bearing
Beraing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.
 K. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).
Kapasitas Pompa
Kapasitas pompa adalah banyaknya cairan yang dapat dipindahkan oleh pompa setiap satuan waktu . Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu, seperti :

• Barel per day (BPD)
• Galon per menit (GPM)
• Cubic meter per hour (m3/hr)

Head Pompa
Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.
Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial
Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses).

Pada kondsi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli adalah sebagai berikut :

1. Head Tekanan
Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap.

Head tekanan dapat dinyatakan dengan rumus : (Pd-Ps) / γ

2. Head Kecepatan
Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap.
Head kecepatan dapat dinyatakan dengan rumus :

3. Head Statis Total
Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap.
Head statis total dapat dinyatakan dengan rumus :
Z = Zd – Zs(5)
Dimana  :
Z   :   Head statis total
Zd  :   Head statis pada sisi tekan
Zs   :   Head statis pada sisi isap
Tanda  +   :   Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift).
Tanda  –   :  Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).
4. Kerugian head (head loss)
Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss).
Head loss terdiri dari :
a. Mayor head loss (mayor losses)
Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan dengan rumus :

Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (lampiran – 6) sebagai fungsi dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness  - Îµ/D  ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis material pipa.
Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :

b. Minor head loss (minor losses)

Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus :

Dalam menghitung kerugian pada fitting dan valve dapat menggunakan tabel pada lampiran 4. Besaran ini menyatakan kerugian pada fitting dan valve dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa lurus.
c. Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :

Daya Pompa
Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja.
Ada beberapa pengertian daya, yaitu :
1.Daya hidrolik (hydraulic horse power)
Daya hidrolik (daya pompa teoritis) adalah daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah zat cair. Daya ini dapat dihitung dengan rumus :

2. Daya Poros Pompa (Break Horse Power)Untuk mengatasi kerugian daya yang dibutuhkan oleh poros yang sesungguhnya adalah lebih besar dari pada daya hidrolik.
Besarnya daya poros sesungguhnya adalah sama dengan effisiensi pompa atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

3. Daya Penggerak (Driver)Daya penggerak (driver) adalah daya poros dibagi dengan effisiensi mekanis (effisiensi transmisi). Dapat dihitung dengan rumus :

Effisiensi Pompa
Effisiensi pada dasarnya didefinisikan sebagai perbandingan antara output dan input atau perbandingan antara HHP Pompa dengan BHP pompa.
Harga effisiensi yang tertinggi sama dengan satu harga effisiensi pompa yang  didapat dari pabrik pembuatnya.
Effisiensi pompa merupakan perkalian dari beberapa effiaiensi, yaitu:

Referensi utama :  Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.

 Lampiran :

 

AIR COOLED HEAT EXCHANGER

Air cooled heat exchanger merupakan tubular heat exchanger yang memanfaatkan udara atmosferik sebagai media pendingin pada bagian luar tube. Umumnya air cooler terbuat dari tube yang dilengkapi dengan sirip atau fin (finned tube). Untuk meningkatkan efektifitas perpindahan panas, maka air cooler beroperasi dengan prinsip forced convection. Air cooler dapat didisain dengan metoda induced draft atau forced draft seperti pada Gambar 7.1.

Gambar 7.1.  Jenis Air Cooler

Kelebihan penggunaan induced draft adalah :

-       Distribusi udara pendingin yang lebih baik dan merata,

-       Menghindari kemungkinan terjadinya aliran balik udara panas masuk kembali ke intake fan,

-       Mengurangi pengaruh lingkungan seperti cuaca panas atau hujan pada operasi air cooler,

-       Kapasitas pendinginan yang lebih tinggi pada saat ada kegagalan pada fan, karena efek dari natural draft yang lebih besar.

Kelemahan penggunaan induced draft adalah :

-       Kebutuhan daya yang lebih besar karena fan berada pada area udara panas,

-       Temperatur aliran udara panas harus dibatasi pada 95 ^oC untuk menghindari kemungkinan kerusakan pada fan blade, bearing, V-belts dan komponen-komponen mekanikal yang lain,

-       Akses maintenance terhadap komponen fan drive kurang baik,

-       Temperatur fluida proses dibatasi pada 175 ^oC, karena dapat mengakibatkan tingginya temperatur udara panas yang menyebabkan kerusakan pada komponen fan.

Kelebihan penggunaan forced draft adalah :

-       Kebutuhan data yang lebih rendah karena fan berada pada area udara dingin,

-       Akses maintenance yang lebih mudah terhadap komponen-komponen fan drive,

-       Kemudahan sirkulasi udara panas pada iklim dingin.

Kelemahan penggunaan forced draft adalah :

-       Distribusi udara pendingin dapat menjadi kurang optimum,

-       Tingginya kemungkinan terjadi sirkulasi udara panas karena laju udara pendingin yang cukup rendah dan tidak adanya fungsi stack,

-       Kapasitas pendinginan natural draft yang rendah bila terjadi kegagalan fan,

-       Operasi air cooler sangat dipengaruhi lingkungan.

Ditinjau dari aspek konstruksi maka air cooler dapat dibedakan menjadi tipe horizontal, vertikal dan angled. Tipe horizontal merupakan jenis yang paling banyak digunakan dan paling ekonomis. Tipe vertikal biasanya digunakan bila dibutuhkan fungsi drainase dan head yang besar seperti pada sistem condenser.

Air cooler tipe angled hampir sama dengan tipe vertikal, biasanya digunakan untuk condenser yang memberikan fungsi drainase. Contoh penggunaan tipe angled adalah pada surface condenser.

Gambar 7.2.  Air cooler dengan tipe angled

7.2. Konfigurasi dan Disain Mekanikal

Suatu air cooled heat exchanger terdiri dari beberapa bagian yaitu fan, tube yang tersusun dalam suatu bank atau bay dan driver. Fan berfungsi menyuplai udara pendingin pada air cooler, bank atau bay tersusun dari tube-tube sebagai sarana bagi fluida proses sedangkan driver berfungsi sebagai penggerak fan.

Fan dapat berukuran antara 0.9 meter sampai dengan 8.5 meter. Namun demikian umumnya digunakan ukuran 4.3-4.9 meter. Fan digerakkan oleh driver yang dapat berupa motor listrik, steam turbine ataupun engine driver. fan dan driver biasanya dihubungkan oleh reducing gear atau V-belt.

Operasi air cooler sangat dipengaruhi oleh temperatur ambient dan cuaca sekitar. Oleh karena itu kestabilan temperatur outlet fluida dapat dikendalikan dengan menggunakan sistem variable speed motor, 2-speed driver, multiple motor, louver pada bay atau variable pitch fan.

Konstruksi bay umumnya adalah two-fan bay yaitu satu bay yang memiliki dua fan. Konfigurasi ini memiliki keuntungan adanya faktor safety bila salah satu fan atau driver mengalami kegagalan. 

Gambar 7.3.  Typical konfigurasi air cooler

Bay tersusun dari komponen side-frame (rangka), tube support, header dan fin tube. Umumnya alumunium fin digunakan untuk memperluas area perpindahan panas untuk mengkompensasi rendahnya heat transfer coefficient udara.

Diameter tube umumnya berkisar antara 16-38 mm dengan fin berukuran 12.7 –

25.4 mm. Jumlah fin berkisar antara 276-433 buah per meter tube. Konfigurasi tube umumnya tersusun secara triangular-pitch dimana jarak antar ujung fin sebesar 1.6-6.4 mm.

Disain header terdiri dari dua jenis yaitu plug header dan cover plate header. Keuntungan penggunaan plug header adalah kemungkinan untuk akses terhadap masing-masing tube. Cover plate umumnya digunakan pada sistem high fouling dan tekanan rendah.

Gambar 7.4.  Komponen Tube Bundel Air Cooler

7.3. Pertimbangan Disain Thermal

Sesuai dengan persamaan umum heat exchanger, maka laju perpindahan panas pada air cooler dapat dituliskan dengan persamaan :

q = U ⋅ A ⋅CMTD

Nilai q biasanya diketahui dari beban pendinginan fluida proses, sedangkan overall heat transfer coefficient (U) dan CMTD diperoleh dari perhitungan. Maka dalam proses disain air cooler, persamaan di atas biasanya digunakan untuk menentukan luas area perpindahan panas (A). Temperatur udara pendingin dapat diperoleh dari data cuaca harian di area unit proses atau menggunakan dry bulb temperature.

Permasalah timbul dalam perhitungan LMTD karena kuantitas udara pendingin tidak diketahui dengan pasti sehingga temperatur outlet udara pendingin tidak diketahui. Untuk itu sebagai langkah awal, perlu diperkirakan temperatur outlet udara pendingin. Kemudian LMTD dapat dihitung dengan persamaan :

Koreksi terhadap nilai LMTD perlu diperhitungkan bila konfigurasi tube yang digunakan adalah satu atau dua pass. Bila pass pada tube berjumlah empat atau lebih, maka faktor koreksi diasumsikan 1.0. Nilai faktor koreksi ini juga dapat digunakan pada air cooler dengan 3 pass.

Overall heat transfer coefficient dapat dihitung dengan basis bare tube external surface (Ub) maupun extended surface (Ux).

Persamaan U dan q untuk bare tube adalah :

 Persamaan U dan q untuk extended surface adalah :

dimana :

ht            = heat transfer coefficient fluida tube-side

rdt           = fouling factor fluida tube-side

rmb         = metal wall resistance dengan basis bare tube

rmx         = metal wall resistance dengan basis extended surface

ha           = heat transfer coefficient udara

Gambar 7.4.  Kurva Faktor Koreksi LMTD Air Cooler

BAB VIII

CONDENSER DAN REBOILER

8.1. Condenser

Condenser merupakan heat exchanger yang berfungsi untuk mengkondensasikan condensable vapor menjadi fase liquid. Condenser biasanya didisain sebagai bagian dari kolom distilasi sebagai overhead condenser. Proses kondensasi pada heat exchanger dapat dilakukan di dalam atau di luar tube dengan posisi horizontal maupun vertikal.

Beberapa konfigurasi condenser yang umum diaplikasikan antara lain adalah :

-       Kondensasi di dalam tube – vertical downflow

-       Kondensasi di dalam tube – vertical upflow

-       Kondensasi di luar tube vertikal

-       Kondensasi di dalam tube horizontal

-       Kondensasi di luar tube vertikal

Mekanisme terjadinya kondensasi adalah pada saat fluida pada fase vapor mendekati permukaan dingin, maka perpindahan panas terjadi dari vapor ke permukaan dingin. Kemudian temperatur fluida akan turun dan density fluida naik.

Proses kondensasi dapat dibedakan menjadi kondisi dry-wall dan wet-wall. Dry­wall terjadi bila temperatur permukaan lebih tinggi dari temperatur saturasi fluida sehingga panas yang berpindah adalah panas sensible. Wet-wall adalah kondisi bila temperatur permukaan lebih rendah dari temperatur saturasi fluida sehingga terjadi kondensasi film pada permukaan.

8.2. Reboiler

Reboiler merupakan heat exchanger yang berfungsi untuk memproduksi vapor dan umumnya sebagai bagian dari kolom distilasi. Pada reboiler terjadi proses partial vaporization dari suatu fluida yang mengalir secara natural atau forced circulation.

Beberapa tipe reboiler yang umum digunakan adalah :

-       Kettle Reboiler

Jenis ini biasanya diaplikasikan pada operasi yang membutuhkan turn­ down ratio tinggi, area pertukaran panas yang besar dan kualitas vapor yang tinggi.

-       Thermosyphon Reboiler

Reboiler ini beroperasi dengan memanfaatkan static head untuk sirkulasi fluida. Thermosyphon dapat diaplikasikan bila kondisi proses relatif stabil pada kondisi disainnya.

Keuntungan penggunaan reboiler ini adalah biaya operasi yang rendah akibat laju perpindahan panas yang baik dan kemungkinan fouling yang rendah.

-       Once-Through Reboiler

Reboiler ini dapat dioperasikan bila fluida yang tersedia tidak mempunyai kemampuan untuk resirkulasi. Kelemahan reboiler ini adalah residence time fluida rendah dan dibutuhkan tekanan inlet yang tetap. Namun demikian reboiler ini memiliki stabilitas hidrolik yang baik dan temperatur media pemanas yang relative konstan.

-       Pump-Through Reboiler

Reboiler ini diaplikasikan pada fluida dengan viskositas tinggi atau fluida yang memiliki kandungan partikulat dan bila dibutuhkan pemanasan pada tekanan tertentu.

Gambar 8.1.  Konfigurasi Condenser

Gambar 8.2.  Jenis-jenis Reboiler

Proses boiling dapat dijelaskan dengan konsep pool-boiling. Sebagai contoh bila media pemanas dimasukkan ke dalam fluida, maka perpindahan panas dapat terjadi dengan perbedaan temperatur (Tw – Tf) sebagai driving force. Bila beda temperature kecil akan terjadi pemanasan pada fluida secara konduksi dan konveksi. Perubahan temperatur fluida akan berakibat perubahan pada densitas sehingga pada akhirnya akan terjadi pergerakan relatif fluida terhadap permukaan dinding secara natural convection. Bila temperatur fluida sudah mencapai temperatur saturasinya, akan terjadi penguapan liquid pada permukaan dinding.