2018 : Optimisasi Desain Heat Exchanger Shell and Tube Menggunakan Teknologi Helical Baffle dan Twisted Tape

Ir. Sarwono MM.
Gunawan Nugroho ST, MT., Ph.D

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Heat exchanger adalah suatu alat yang digunakan untuk pertukaran panas antara dua cairan yang berada pada temperatur yang berbeda. Penukar panas digunakan untuk tujuan menghilangkan panas pada fluida dan sekaligus memberikan panas pada fluida lain. Di antara berbagai jenis heat exchanger yang sering digunakan dalam suatu pabrik yaitu jenis shell and tube. Performansi sebuah heat exchanger ditunjukkan dengan tingginya koefisien perpindahan panas (overall heat transfer coefficient) dan rendahnya penurunan tekanan (pressure drop). Peningkatan koefisien perpindahan panas (overall heat transfer coefficient) dan penurunan tekanan (pressure drop) pada sisi shell dan sisi tube berbeda. Pada sisi shell menggunakan teknologi helical baffle sebagai pengganti segmental baffle dan dilakukan dengan cara mengatur tube pitch dan jarak antar baffle. Tetapi pada sisi tube menggunakan teknologi twisted tape dan dilakukan dengan meningkatkan turbulensi aliran fluida, sehingga membutuhkan optimisasi yang digunakan untuk mengatasi permasalahan penurunan tekanan (pressure drop). Fungsi tujuan (objective function) optimisasi pada sisi shell dan sisi tube yaitu koefisien perpindahan panas (overrall heat transfer coefficient) yang maksimal dan constraint pada optimisasi ini yaitu jumlah panas yang ditransfer dari fluida panas ke fluida dingin atau nilai heat duty (Q) harus sesuai dengan data desain heat exchanger yakni sebesar 2,05 MW, dan penurunan tekanan (pressure drop) yang nilainya tidak boleh melebihi nilai data desain yakni sebesar 4,5 psi. Variabel yang digunakan untuk optimisasi pada sisi shell dan sisi tube adalah sudut helical baffle (ß), jarak antar helical baffle (Lbc), dan half pitch of twisted tape (H). Optimisasi pada sisi shell dan tube harus dilakukan secara serentak, karena usaha perbaikan koefisien perpindahan panas (heat transfer coefficient) dan penurunan tekanan (pressure drop) pada kedua sisi saling berinteraksi. Penyelesaian permasalahan ini merupakan optimisasi multi objektif dan nonlinier, sehingga Teknik optimisasi yang bisa menyelesaikan permasalahan yang komplek dan nonlinier diperlukan salah satu cara adalah memanfaatkan Teknik optimisasi stokastik, seperti Genetik Algorithm (GA). Beberapa peneliti yang mengkaji mengenai optimisasi desain heat exchanger shell and tube telah dilakukan dengan menggunakan salah satu teknologi yaitu menggunakan teknologi helical baffle atau menggunakan teknologi twisted tape. Penelitian sebelumnya telah mengevaluasi tentang optimisasi desain heat exchanger shell and tube dengan menggunakan teknologi helical baffle menunjukkan bahwa aplikasi helical baffle menghasilkan distribusi suhu dan tekanan yang hampir seragam atau sama, dan koefisien perpindahan panas (heat transfer coefficient) dan penurunan tekanan (pressure drop) meningkat dengan cara menurunkan sudut helix dan pitch baffle untuk mendapatkan sudut helix yang optimal, dan optimisasi yang dilakukan dengan menggunakan metode GA yang digunakan untuk menentukan koefisiean perpindahan panas (heat transfer coefficient) yang maksimal dan penurunan tekanan (pressure drop) yang minimal. Penelitian sebelumnya mengevaluasi tentang optimisasi desain heat exchanger shell and tube dengan menggunakan teknologi twisted tape menunjukkan bahwa koefisiean perpindahan panas meningkat dengan menurunnya rasio dan rasio clearance Beigzadeh dkk, menerapkan model hibrida yaitu GA untuk memprediksi karakteristik termal dan arus di saluran yang dilengkapi oleh beberapa twisted tape dengan multi objektif yang diaplikasikan untuk optimisasi. Namun belum pernah dilakukan penelitian tentang optimisasi desain heat exchanger yang menggabungkan kedua teknologi tersebut untuk mendapatkan overall heat transfer coefficient tertinggi dan pressure drop terendah dengan menggunakan GA. Pada penelitian ini akan dilakukan optimisasi menggunakan teknologi helical baffle pada sisi shell dan twisted tape pada sisi tube untuk mendapatkan overall heat transfer coefficient tertinggi dan pressure drop terendah dengan menggunakan GA. Kata kunci: Heat exchanger, helical baffle, twisted tape, overall heat transfer coefficient, , pressure drop.