TINJAUAN PUSTAKA3.1 Perpindahan PanasPanas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain. Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu sistem ke sistem lain akibat adanya perbedaan temperatur.Syarat terjadinya pertukaran panas adalah terdapat dua aliran dengan suhu yang berbeda. Satu aliran sebagai penyuplai panas, sedang lainnya sebagai penerima panas. Media penyuplai panas akan kehilangan panasnya dan menjadi lebih dingin. Sedangkan media penerima panas akan mendapat tambahan panas disertai kenaikan suhu.Di bidang industri, media perpindahan panas antar kedua aliran fluida umumnya berupa tube atau pipa. Penyuplai panas yang digunakan dapat berupa fluida proses itu sendiri atau media khusus penyuplai panas seperti steam dan media dari hasil pembakaran (Fuel Burning). Sedangkan penerima panas dapat berupa fluida proses yang harus dipanaskan ataupun menggunakan media pendingin khusus seperti air pendingin (Cooling Water) dan udara dari fan (Cooling Air).Panas menurut perubahan fasenya dibedakan menjadi 2 (dua) jenis, yaitu: Panas Sensible, jumlah energi panas yang berpindah tiap satuan massa yang menyebabkan perubahan suhu tanpa disertai perubahan fase. Panas laten, jumlah energi panas yang berpindah mengakibatkan suatu zat untuk berubah fase (wujud).

Gambar 3.1: Grafik perubahan suhu dan fase dari pemanasan air.

Gambar 3.2: Grafik perubahan suhu dan fase dari pendinginan air.Mekanisme perpindahan panas pada umumnya dibedakan dalam 3 (tiga) cara, yaitu:3.1.1 KonduksiPerpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan dikarenakan adanya kontak antar molekul tersebut. Proses ini tanpa diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisis. Perpindahan panas secara Konduksi terjadi pada media padatan.Besarnya panas yang dipindahkan dalam peristiwa konduksi dipengaruhi oleh luas dan ketebalan serta konstanta daya hantar panas media yang digunakan. Daya hantar panas suatu media disebut Thermal Conductivity. Material yang mempunyai daya hantar listrik yang baik seperi metal disebut konduktor. Sedangkan material yang daya hantarnya lemah atau bahkan menghambat penghantaran panas disebut sebagai isolator.

Gambar 3.3: Perpindahan panas Konduksi3.1.2 KonveksiPerpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas akibat adanya pergerakan relatif fluida terhadap permukaan solid secara fisis. Fluida tersebut berperan seperti kendaraan dalam transpor energi.Besarnya panas yang dipindahkan dalam peristiwa konveksi tergantung pada luas area media perpindahan panas dan faktor koefisien hambatan perpindahan panas (berbanding terbalik dengan koefisien film).

Gambar 3.4: Perpindahan panas Konveksi3.1.3 RadiasiPerpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan panas di mana panas yang mengalir dari benda yang temperaturnya tinggi ke benda yang temperaturnya lebih rendah tanpa melalui medium penghantar (gelombang elektromagnetik). Bentuk perpindahan panas jenis ini sangat tergantung pada daya serap (absortivity), daya pancar (emisivity) energi dari media penerima panas, luas permukaan, serta suhu absolut kedua objek. Contoh perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas dari bola lampu atau sinar matahari.

Gambar 3.5: Perpindahan panas Radiasi3.2 Perpindahan Panas di Peralatan Crude Distillation Unit (CDU)Crude Distillation Unit adalah unit utama yang mengolah crude oil. Untuk mengolah crude dan produk-produknya dibutuhkan peralatan yang di dalamnya terjadi proses perpindahan panas. Peralatan tersebut antara lain:3.2.1 FurnaceFurnace atau disebut juga Fired Heater adalah peralatan distilasi crude yang berfungsi untuk memanaskan crude oil hingga mencapai titik didihnya sebelum masuk kolom fraksinasi, sehingga terjadi pemisahan antar fraksi. Crude oil yang mengalir di dalam tube-tube furnace akan dipanaskan dengan direct fire.Proses perpindahan panas yang terjadi di furnace adalah konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan panas konduksi di dalam furnace terjadi pada tube-tubenya, panas mengalir dari tube bagian luar menuju tube bagian dalam untuk memanaskan crude. Konveksi terjadi ketika udara panas hasil pembakaran naik sehingga memanaskan tube di bagian atas furnace (convection section). Sedangkan proses radiasi terjadi di bagian bawah furnace dekat burner (radiation section).

Gambar 3.6: Bagian-bagian Furnace3.2.2 Heat ExchangerHeat Exchanger adalah peralatan CDU yang berfungsi untuk memindahkan panas antara crude dengan produk ataupun aliran fluida lain. Proses perpindahan yang terjadi yaitu secara konduksi dan konveksi. Konduksi terjadi dari bagian luar menuju bagian dalam tube, sedangkan konveksi terjadi dari fluida yang mengalir terhadap tube.3.2.3 KondensorKondensor adalah peralatan CDU yang berfungsi untuk mencairkan produk kolom fraksinasi berupa uap sehingga terjadi perubahan panas Sensible dan Laten. Proses perpindahan panas yang terjadi sama dengan Heat Exchanger yaitu konduksi dan radiasi. Konduksi terjadi dari bagian luar menuju bagian dalam tube, sedangkan konveksi terjadi dari fluida uap menuju tube dan fluida pendingin.3.2.4 ReboilerReboiler adalah peralatan CDU yang berfungsi untuk menguapkan kembali produk bawah kolom fraksinasi berupa residu. Tidak semua CDU memiliki reboiler karena disesuaikan dengan kebutuhan.Proses perpindahan panas yang terjadi sebagaimana pada Heat Exchanger dan Kondensor, yaitu konduksi dan konveksi. Konduksi terjadi dari bagian luar tube menuju bagian dalam tube, sedangkan konveksi terjadi dari fluida panas terhadap tube dan fluida residu di dalamnya.

Gambar 3.7: Peralatan CDU sederhana.3.3 Heat ExchangerHeat Exchanger atau alat penukar panas adalah peralatan yang dapat memindahkan panas dari suatu sistem ke sistem yang lain dengan adanya beda temperatur. Prinsip perpindahan panas pada dasarnya adalah mengalirnya energi panas dari fluida yang bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu lebih rendah, sehingga fluida panas menurun suhunya dan fluida yang lebih dingin suhunya akan naik. Karena panas yang dipertukarkan terjadi dalam sebuah sistem maka panas yang hilang dari suatu benda akan sama dengan panas yang diterima benda lain. Heat exchanger dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk fisik alat, bentuk baffle, fungsi, susunan tube, aliran fluida dan cara perpindahan panasnya. Klasifikasi HE berdasarkan bentuk fisik: Double Pipe Heat Exchanger Shell And Tube Heat Exchenger Fin Fan (Air Fin Exchanger) Kettle Type Reboiler Box Klasifikasi HE berdasarkan fungsinya: Condensor Reboiler Chiller Heater Cooler Klasifikasi HE berdasarkan aliran: Counter Flow/ berlawanan arah Co Current Flow/ searah Cross Flow/ bersilangan(a) (b)

(c)

Gambar 3.8: Counter Flow (a), Co Flow (b) dan Cross Flow (c) Klasifikasi HE berdasarkan susunan tube: Triangular Pitch In Line Triangular Pitch In Line Square Pitch Diamond Square Pitch(a) (b) (c) (d)

Gambar 3.9: Triangular Pitch (a), In line Triangular Pitch (b), In Line Square Pitch (c), Diamond Square Pitch (d). Klasifikasi HE berdasarkan metode perpindahan panas: Direct Contact ExchangerAliran fluida panas dan dingin dicampurkan secara langsung sehingga terjadi perpindahan panas, RegenerativePerpindahan panas terjadi dalam beberapa tahap, terutama dari fluida panas ke media penyimpan, kemudian dari media penyimpan ke fluida pendingin, RecuperativeFluida panas dan dingin mengalir secara bersamaan pada channel yang berbeda, dipisahkan oleh dinding, sehingga perpindahan panas terjadi secara konveksi melalui dinding tersebut.

3.4 KondensorKondensor adalah jenis Heat Exchanger yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida berfase uap atau campuran uap menjadi fase liquid dengan media pendingin. Pengertian proses kondensasi sendiri merupakan proses dimana sebuah uap berubah fase menjadi fase liquid atau cairan. Proses kondensasi terjadi ketika panas pada fluida uap yang akan diembunkan berpindah dengan bantuan media pendingin.Kondensor secara garis besar dapat diklasifikasikan dalam 2 (dua) jenis tipe, antara lain: Indirect Contact Condenser, yaitu kondensor yang antara media pendingin (coolant) dengan kondensate stream dipisahkan oleh lapisan padatan, biasanya dengan menggunakan dinding tube. Direct Contact Condenser, yaitu kondensor yang antara media pendingin (coolant) dengan kondensate bertemu secara langsung dalam satu pipa.Direct contact condenser dapat terdiri dari uap yang ditiupkan ke dalam cairan, cairan yang disemprotkan ke dalam uap, ataupun sebuah packed-column yang fase liquid di dalamnya mengalir turun sebagai film pada material packing sementara uap panas mengalir dari bawah ke atas kolom sebagaimana pada kolom distilasi. Sedangkan Indirect Contact Condenser yang antar alirannya dipisahkan oleh dinding tube dapat dibagi menjadi 3 (tiga) jenis: Air Cooled, Shell-and-tube, dan Plate kondensor.Pada Air Cooled Kondensor, proses kondensasi terjadi di dalam tube-tube dengan udara sebagai media pendingin. Biasanya tube tersebut dilengkapi dengan lilitan Fin (sirip) untuk memperluas area yang didinginkan sekaligus mengimbangi heat-transfer coefficient dari udara. Pada Shell and Tube kondensor, proses kondensasi terjadi di dalam dan di luar tube.Plate kondensor adalah jenis kondensor yang memanfaatkan plate logam (piringan) yang memisahkan dua aliran fluida yang berputar dengan beda temperatur sebagai permukaan untuk melakukan transfer panas. Pada dasarnya, Plate Kondensor merupakan jenis kondensor yang tersusun atas piringan-piringan logam yang dirangkai secara bergelombang dengan sekat-sekat sebagai jalan bagi dua fluida untuk melakukan transfer panas sehingga fluida yang berupa uap akan terkondensasi. (a) (b)

(c)

Gambar 3.10: (a) Shell and Tube Kondensor, (b) Plate Kondensor, (c) Air Cooled Kondensor.