## REVAMPING PEMASANGAN ISOLASI ASBESTOS

## PADA HEAT EXCHANGER SHELL AND TUBE
REVAMPING INSTALLATION OF ASBESTOS INSULATION

## ON HEAT EXCHANGERS SHELL AND TUBE
Anggi Wahyuningsi 1) , Aliyah Shahab 2) 1,2) Program Studi Teknik Pengolahan Migas Politeknik Akamigas Palembang, 30257, Indonesia Corresponding Author E-mail: anggi_w@pap.ac.id dan aliyah@pap.ac.id
Abstract: Heat exchanger is a heat exchanger that serves to change the temperature of a type of fluid.  This process occurs by  utilizing the  heat transfer process from a high temperature fluid to a low temperature fluid. The purpose of this  paper  is  to  be  able  to  understand  the  analysis  of  the  effect  of  comparison  before  and  after  asbestos  insulation  is installed on the heat lost to the environment in a shell and tube type heat exchanger. At a temperature variable of 68˚C, the results obtained without insulation were -1.980,4126 Btu/hours and using asbestos insulation -728,1133 Btu/hours. The  conclusion  is  that  asbestos  insulation  minimizes  the  heat  released  to  the  environment  rather  than  not  installing insulation on a shell and tube type heat exchanger.
Keywords: Heat Exchanger, Asbestos Insulation, Heat Transfer Coefficient.
Abstrak : Heat  exchanger  adalah  alat  penukar  kalor  yang  berfungsi  untuk  mengubah  temperatur  dari  suatu  jenis fluida. Proses tersebut terjadi dengan memanfaatkan proses perpindahan kalor dari fluida bersuhu tinggi menuju fluida bersuhu rendah. Tujuan dari penulisan adalah mampu memahami analisa pengaruh perbandingan sebelum dan setelah di pasangnya isolasi asbestos terhadap kalor yang hilang ke lingkungan  pada alat heat exchanger tipe shell and tube. Pada  variabel  temperatur  68˚C  maka  di  dapatkan  hasil  tanpa  di  pasang  isolasi  -1.980,4126  Btu/hours  dan  dengan menggunakan  isolasi  asbestos  -728,1133  Btu/hours.  Kesimpulan  bahwa  isolasi  asbestos  lebih  meminimumkan  kalor yang lepas ke lingkungan dari pada tidak di pasangnya isolasi pada alat heat exchanger tipe shell and tube. Kata kunci: Heat Exchanger, Isolasi Asbestos, Koefisien Perpindahan Panas .

## 1. PENDAHULUAN
Heat  exchanger merupakan  suatu  alat yang  digunakan  untuk  menukarkan  energi dalam bentuk panas antara fluida yang berbeda temperatur  yang  dapat  terjadi  melalui  kontak langsung maupun tidak langsung.  Fluida  yang bertukar energi dapat berupa fluida yang sama fasanya (cair-cair atau gas-gas) atau dua fluida yang  berbeda  fasanya.  (D.Q.  Kern. Process Heat Transfer, 1965)
Sebagian  besar  dari  industri  -  industri yang berkaitan dengan proses selalu menggunakan  alat  ini,  sehingga  alat  penukar panas  ini  mempunyai  peran  yang  penting dalam suatu proses produksi atau operasi. Heat exchanger mempunyai  beberapa  tipe,  yaitu shell  and  tube , cooler ,    kondensor, reboiler dan  lain-lain. Heat  exchanger tipe shell  and tube mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan  dengan heat  exchanger jenis lainnya,  yaitu  dapat  digunakan  dalam  kondisi
operasi  (temperatur  dan  tekanan)  yang  cukup tinggi,  lebih  mudah  dirangkai  atau  dirakit, lebih mudah perawatannya.
Heat  exchanger untuk  tipe shell  and tube mempunyai  fungsi  dan  kegunaannya sebagai  alat  terjadinya  kontak  media  dingin shell dan  media  panas  di tube. Bentuk heat exchanger yang  sering  digunakan  ialah shell and  tube .  Dengan  berbagai  pertimbangan bentuk ini dinilai memiliki banyak keuntungan baik dari segi pabrik, biaya hingga untuk kerja.
Alat heat exchanger tipe shell and tube ini  supaya  kinerjanya  efesiensi  dapat  terjaga, maka  dibutuhkan  isolasi.  Kegunaan  dari isolasi yang terdapat pada alat heat exchanger ini untuk mencegah atau mengurangi kerusakan  pada  peralatan  dari  korosif.  Isolasi sangat diperlukan supaya tidak ada panas yang keluar  ke  lingkungan  dan  mendapatkan  hasil proses  perpindahan  panas  yang  optimal. Pemasangan  isolasi asbestos pada  alat heat
exchanger bertujuan  untuk  meminimalisir kalor  yang hilang  yang  berada pada  alat heat exchanger dan  meningkatkan  efesiensi  kerja pada  alat heat exchanger. (D.Q.Kern. Process Heat Transfer, 1965) .

## 2. TEORI DASAR

## 2.1  Prinsip-prinsip  Perpindahan  Energi Dalam Bentuk Panas
Energi  dapat  berpindah  dalam  bentuk panas dari suatu zat ke lingkungan atau zat lain apabila  di  antara  kedua  zat  tersebut  memiliki temperatur  yang  berbeda.  Jadi,  perbedaan temperatur merupakan potensial utama terjadinya  perpindahan  energi  dalam  bentuk panas yang sering disebut dengan perpindahan panas.
Dari  studi  pustaka,  diperoleh  bahwa ada  3  (tiga)  cara  perpindahan  panas,  yaitu: konduksi,  konveksi  dan  radiasi.  Dari  ketiga jenis  perpindahan  panas  ini.  Apabila  definisi perpindahan  panas  hanya  dibatasi  sebagai akibat  adanya  perbedaan  temperatur  saja, maka hanya konduksi dan radiasi  yang cocok. Sedangkan  pada  konveksi,  selain  beda temperatur  masih  bergantung  pula  dengan adanya  perpindahan  massa.  Namun  karena pada  konveksi  ini  perbedaan  temperatur merupakan  faktor  yang  cukup  penting  untuk dapat  terjadinya  proses  perpindahan  panas, maka  istilah  konveksi  telah  diterima  pula secara  umum  sebagai  salah  satu  cara perpindahan  panas  ( Geankoplis,  Transfer Process and Unit Operation 1983 ) 2.2 Heat Exchanger Tipe Shell and Tube Shell and tube heat exchanger merupakan  tipe  alat  penukar  panas  yang banyak  digunakan  pada  suatu  proses  seperti pada industri perminyakan dan industri  kimia. Shell  and  tube  heat  exchanger mengandung beberapa tube sejajar di dalam shell .
Kelebihan shell and tube heat exchanger sehingga  banyak  dipakai  dalam industri sebagai berikut:
1. Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang luas.
2. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi.
3. Dapat  digunakan  dalam  rentang  kondisi operasi  (temperatur  dan  tekanan)  yang lebar.
4. Perancangannya lebih mudah dilakukan.
5. Lebih mudah perawatannya.
6. Metode  perancangan  yang  baik  telah tersedia.
2.3  Faktor  yang  Mempengaruhi  Kinerja

## Heat Exchanger
Di  dalam  pemilihan heat  exchanger tipe shel  land t ube ,  harus  diperhatikan  faktor- faktor  yang  mempengaruhi  kinerjanya,  antara lain:
1. Log Mean Temperature Difference
(LMTD)
LMTD digunakan  untuk  menentukan temperatur  yang  berlaku  untuk perpindahan panas   dalam  sistem  aliran.   LMTD  adalah perbedaan temperatur rata-rata yang disamakan  antarafluida  panas  dan  dingin disetiap inlet dan outlet heat exchanger . Semakin  besar  LMTD  tersebut, semakin banyak panas yang ditransfer.
1. Caloric temperature
Merupakan    temperatur  rata-rata  fluida yang  terlibat  dalam  terlibat  dalam  pertukaran panas.
2. Flow area
Merupakan  luas  penampang  yang  tegak lurus pada sepanjang arah aliran yang ada. 3. Mass velocity Mass  velocity adalah  banyaknya  zat  yang mengalir  dengan  kecepatan  tertentu  persatuan waktu.
4.  Viskositas
Viskositas  adalah  ukuran  kekentalan  suatu fluida  yang  menunjukkan  besar  kecilnya gesekan internal fluida. 5.  Kapasitas panas
Kapasitas  panas  adalah  besaran  terukur yang  menggambarkan  banyaknya  kalor  yang diperlukan  untuk  menaikkan  suhu  suatu  zat (benda) sebesar jumlah tertentu.
6.  Konduktifitas Suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan  panas.  Konduksi  panas  adalah suatu fenomena perpindahan dimana
perbedaan  temperatur  menyebabkan transfer
Volume 13 No. 02 Desember 2022
energi  panas  dari  satu  daerah  benda  panas  ke daerah  yang sama pada  temperatur  yang lebih rendah. Panas yang berpindah dari satu titik ke titik  lain  melalui  salah  satu  dari  tiga  metode yaitu konduksi, konveksi, danradiasi.
7. Reynold number
Dalam mekanika fluida, bilangan Reynold merupakan  rasio antara gaya  inersia
(vsp) terhadap gaya visko yang mengkuantifikasikan  hubungan  kedua  gaya tersebut  dengan  suatu  kondisi  aliran  tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentifikasikan jenis aliran yang berbeda, yang  dinyatakan  dengan  kategori  laminer, transisi dan turbulen 8. Koefisien perpindahan panas ( h ) Digunakan dalam perhitungan perpindahan  panas  konveksi  atau  perubahan fase  antara  cair  dan  padat.  Koefisien perpindahan  panas  banyak  dimanfaatkan dalam ilmu termodinamika dan mekanika serta teknik  kimia.  Koefisien  perpindahan  panas pada shell disimbolkan dan  pada tube disimbolkan . 9. Fouling  factor atau Dirt factor (Rd)
Dalam heat  exchanger , fouling adalah peristiwa  terakumulasinya  padatan  yang  tidak dikehendaki  di  permukaan heat  exchanger yang  berkontak  dengan  fluida  kerja,  termasuk permukaan heat  transfer .  Peristiwa  tersebut adalah  pengendapan,  pengerakan,  korosi, polimerisasi dan proses biologi.
Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan heat  transfer ,  sehingga  meningkatkan biaya, baikin vestasi, operasi maupun perawatan.  Akibat  terjadinya fouling ,  ukuran inside diameter  (ID) heat  exchanger menjadi lebih  kecil,  kebutuhan  energi  meningkat  dan biaya perawatan meningkat.
Beberapa  faktor  akibat  pengaruh  dari fouling factor antara lain:
a) Temperatur fluida,
b) Temperatur dinding plat, dan
c) Kecepatan alir fluida.
10. Pressure drop
Merupakan besarnya perbedaan tekanan  yang  terjadi  antara  tekanan  awal masuk  fluida  dan  setelah  tekanan  fluida  yang keluar  dari  sistem.  Menurut D.Q.  Kern.
Process  Heat  Transfer  (1965), Terjadinya perbedaan tekanan selama proses berlangsung, disebabkan oleh dua hal, yaitu :
a) Gesekan aliran dengan dinding, dan
b) Pembelokan aliran.

## 2.4. Isolasi Termal
Insulasi  termal  atau  isolasi  termal adalah  metode  atau  proses  yang  digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas atau kalor.  Panas  atau  energi  panas  (kalor)  bisa dipindahkan  dengan  cara  konduksi,  konveksi, dan  radiasi  atau  ketika  terjadi  perubahan wujud.  Salah  satu  dasar  yang  diperlukan  bagi bahan  isolasi  adalah  hantaran  termal  yang rendah.  Umumnya  konduktivitas  termal  dari bahan  keramik  lebih  rendah  dari  pada  bahan logam. (Surdia, dkk., 1999)
Umumnya, bahan isolasi termal digolongkan menurut bentuk menjadi: a. Bahan isolasi termal bentuk serat Asbes  adalah  bahan  mineral  yang berupa  serat terbentuk  secara  alamiah, ditemukan  di  alam  sebagai  krisotil,  amosit, krosidolitm  dst.  Asbes  dapat  dipakai  sebagai bahan isolasi setelah mineral tersenut dilepaskan  menjadi  bentuk  seperti  kapas. Isolator asbes telah tersedia dalam bentuk kain asbes,  tali  aspes  dan  spon  asbes.  Spon  asbes dikembangkan  sebagai  bahan  isolasi  termal yang  mempunyai  sifat  fleksibel  dan  tahan panas yang baik sekali.
Wol  slag dan  wol batu  berturut  – turut dibuat  dari slag tanur  tinggi  dan  dari  batuan gunung  berapi.  Bahan  baku  dicairkan  dalam kupola  atau  tanur  listrik  dan  dibuat  menjadi serat  halus.  Permukaannya  dilapisi  resin  agar tahan  terhadap  air.  Bahan  ini  dipergunakan terutama  sebagai  isolasi  pada  pekerjaan konstruksi. Serat keramik termasuk  wol gelas kuarsa, serat Al 2 O 3 -SiO 2 dan serat alumina.
Bahan  ini  dibuat  menjadi  bentuk seperti  kapas, felt dan  lembaran  tipis  dan dipakai  sebagai  bahan isolasi  yang baik  untuk lapisan dinding tanur, ketel uap, turbin dan gas buang,  peralatan  pemurnian  karena  bahan  ini stabil  secara  kimia  dan  sukar  patah  oleh getaran.
Volume 13 No. 02 Desember 2022
b. Bahan  isolasi  dalam  bentuk  bubuk  dan bentuk bata
Bahan  otoklaf  kalsium  silikat  secara kasar  dapat  digolongkan  kepada  bahan  yang terutama terdiri
dari tobermorit Ca 5 (Si 6 O 18 H 2 ).8H 2 O dan yang terutama terdiri dari  ksonotlit  Ca 6 Si 6 O 17 (OH) 2 .  Kedua  bahan tersebut  hampir  memiliki  sifat  yang  sama dalam  hantaran  termal,  tetapi  bahan  isolasi termal  dari  ksonotlit  lebih  unggul  daripada bahan  isolasi  yang  terbuat  dari  tobermorit karena  tahan  terhadap  gas  karbon  dioksida, dan memiliki penyusutan rendah pada temperatur
tinggi.
Bahan
tersebut dipergunakan  sebagai  bahan  isolasi  tahan  api pada  bangunan  bertingkat  banyak,  bahan isolasi  perumahan,  ahan  penyekat  antara bagian  panas  dan  bagian  dingin,  dan sebagainya.
Bata  tahan  api  alumina  sebagai  isolasi untuk  temperatur  tinggi  terdiri  dari  90-99% Al 2 O 3 yang  memiliki  sifat  khas:  (1)  tahan korosi  terhadap slag asam  dan  basa,  (2)  tahan terhadap  gas  pereduksi  seperti  gas  H 2 ,  (3) tahan  rontok  ( spalling )  yang  sangat  baik. Bahan ini dipakai untuk lapisan tanur penganil baja  tahan  karat,  tungku  penyolder,  tungku perlakuan  panas  untuk  semikonduktor  dan tungku  bergas  hydrogen  (Richard, Insulation Handbook, 2001) .

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1. Alat dan Bahan
Alat  yang  dipakai  dalam  penelitian  ini adalah satu rangkaian alat heat exchanger shell and tube , pipa galvanis, drum terbuat dari besi. LPG,  pompa  listrik, termometer 200  ºC  dan 100  ºC ,  beaker  glass 1000  ml ,  stopwatch.
Bahan yang diperlukan pada penelitian ini oli, air dan asbestos.

## 3.2. Prosedur Penelitian
Prosedur  untuk  rangkaian  alat heat exchanger sheel and tube pada penelitian ini: 1. Atur flowrate air  dan  oli  yang  telah ditentukan.
2. Lalu lapisi heat exchanger dengan menggunakan isolasi asbestos . 3. Selanjutnya,  buka inlet  valve air  agar  air mengalir dan memenuhi shell .
4. Panaskan  oli  sesuai  suhu  yang  telah ditentukan,  oli  yang  telah  dipanaskan dialirkan pada bagian tube.
5. Setelah  itu,  buka outlet  valve air  dan  oli, maka  terjadi  kontak  antara  fluida  yang berada  di shell dan tube sehingga  terjadi perpindahan panas.
6. Keluaran  dari tube dan shell, yaitu  oli  dan air akan mengalami perubahan temperature. 7. Lakukan  pengambilan  data  dengan  cara mencatat outlet temperatur air dan oli 8. Lakukan  juga  langkah  1-7  dengan  kondisi heat exchanger tanpa  menggunakan isolasi asbestos .

## 3.3 Desain Penelitian
Berikut  ini  desain  penelitian  yang dilakukan seperti pada gambar 3.1:
Gambar 3.1 Desain Penelitian

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut  ini  hasil  penelitian  diapatkan data sebegai berikut:
4.1 Hasil Perhitungan Heat Balance
Dari perhitungan yang sudah dilakukan didapatkan hasil heat balacerseperti pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Heat Balance Fluida Panas (Oli)
Fluida Dingin (Air)
T 1 = 58 o C = 136,4 o F t 1 = 29 o C = 84,2 o F
T 2 = 54 o C = 129,2 o F t 2 = 32,3 o C = 90,14 o F Flowrate = 357 ml/s
Flowrate = 186 ml/s
W = 2.647,2301 lb/hours W = 1.476,2161 lb/hours C p = 0,46 Btu/lb. o F C p = 1 Btu/lb. o F Q = W.C p .ΔT
Q = 8.767,6261 Btu/hours Q = 8.766,0664 Btu/hours

## 4.2 Hasil Perhitungan Kalor yang Lepas
Dari perhitungan yang sudah dilakukan didapatkan hasil kalor  yang lepas seperti pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hasil Kalor Lepas
Temperatur ( o C) Tanpa Isolasi (Btu/hours) Dengan Isolasi Asbestos (Btu/hours) 48 -1.849,6923 -664,6658 58 -1.915,0524 -687,3500 68 -1.980,4126 -728,1133
Grafik  berikut  ini  memperlihatkan perbandingan pemasangan isolasi asbestos dan tanpa di pasang isolasi antara heat loss dengan variasi temperatur.

## Gambar 4.1 Heat Loss

## 4.3 Pembahasan
Berdasarkan  perhitungan  dan  grafik  di atas,  maka  terlihat  nilai  kalor  yang  lepas  (q) yang  didapatkan  untuk heat  exchanger tanpa dipasang isolasi pada temperatur 48˚C adalah - 1.849,6923 Btu/hours; temperatur 58˚C adalah –1.915,0524  Btu/hr  dan  temperatur    68˚C adalah  -1.980,4126  Btu/hours.  Untuk heat exchanger yang dipasang isolasi asbestos pada temperatur 48˚C  adalah -664,6658 Btu/hours; temperature 58˚C adalah –687,3506 Btu/hours pada temperatur 68˚  adalah  -728,1133 Btu/hours.
Tanda  negatif  mengindikasikan  bahwa adanya  panas  yang  lepas  dari heat  exchanger ke  lingkungan. (Handoyo,  dkk.,  2000) .  Untuk perbandingan  antara  jumlah  panas  yang  lepas antara  alat heat  exchanger tanpa  dan  dengan
dipasang  isolasi  nilainya  jauh  lebih  berbeda, alat heat  exchanger tanpa  menggunakan isolasi asbestos menunjukan banyaknya jumlah  panas  yang  lepas  dibandingankan dengan  alat heat  exchanger yang  dipasang isolasi asbestos, jadi  Dari  hasil  penelitian  dan perhitungan  yang  telah  dilakukan  maka  dapat disimpulkan  bahwa  penambahan  isolasi  pada alat heat  exchanger dapat  memperkecil pelepasan  kalor  ke  lingkungan  sehingga heat exchanger dapat bekerja secara optimal 5. KESIMPULAN
Dari pembahasan tersebut, maka  dapat disimpulkan  nilai  kalor  yang  lepas  (q)  yang didapatkan  untuk heat  exchanger tanpa dipasang isolasi pada temperatur 48˚C  adalah -1.849,6923  Btu/hours;  temperature  58˚C adalah  –1.915,0524  Btu/hr  dan  temperatur 68˚C  adalah  -1.980,4126  Btu/hours.  Untuk heat exchanger yang dipasang isolasi asbestos pada  temperatur  48˚C  adalah  -664,6658 Btu/hours;  temperatur  58˚C  adalah  –687,3506 Btu/hourpada temperatur 68˚ adalah -728,1133 Btu/hours.

## DAFTAR PUSTAKA
Bichkar,  P.,  et.al..  2018. Study  of  Shell  and Tube Heat Exchanger with the Effect of Types of Baffles . Procedia Manufacturing.
Geankoplis,  J.  Chirstie.  1983. Transfer Process and Unit Operations. Third Edition. New Delhi : Prentice-Hall of India. Handoyo, Ekadewi Anggraini. 2000.
Pengaruh  Tebal  Isolasi  Termal  Terhadap Efektivitas Plate Heat Exchanger .
Incropera.  F.P..  1996. Fundamentals  of  Heat and  Mass  Transfer .  New  York:  Jhon  Wiley and Sons.
Jr,  Richard  T.  Bynum.  2001. Insulation Handbook. United States of America: McGraw-Hill Book, Co.
Kern,  D.  Q.  1965. Process  Heat  Transfer . New York: International Student Edition, McGraw-Hill Book.
McCabe,  W.,  Smith,  J.C.,  and  Harriot,  P.
1993. Unit Operation
of Chemical Engineering .  United  States  of  America: McGraw Hill Book, Co..
Ozden, E., and Tari,  I..  2010. Shell Side CFD of  a  Small  Shell  and  Tube  Heat  Exchanger , International  Journal  PF  Energy  Conversion and Management.
Perry,  R.H,  and  Green,  D.W.  1984. Perry’s Chemical  Engineers  Hand  Book ,  6 th. ed.  Mc. Graw  Hill,  Co..  Tokyo:  International  Student Edition.
Surdia,  Tata,  dan  Saito,  Shinroku.  1999. Pengetahuan  Bahan  Teknik. Jakarta:  PT Pradnya Paramita
Saeid,  N.  H.  and  Seetharamu,  K.  N..  2006. Finite  Element  Analysis  For  Co-Current  And Counter-Current  Parallel  Flow  Three-Fluid Heat  Exchanger .  International  Journal  of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow.
Shaughnessy, E. J., Katz,  I. M.  & Schaffer, J.
P.  2005. Introduction  To  Fluid  Mechanics, SFPE Handbook of Fire Protection
Engineering,  Fifth  Edition .  Oxford  University Press, Inc..
Thulukkanam, Kuppan. 2013. Heat Exchanger Design Handbook Second Edition. New York: Taylor & Francis Group.
Tubular Exchanger Manufacturers Association,  Inc.  2007. Standards  Of  The Tubular Exchanger Manufactures Association. 9 th edn .
Walas,  Stanley  M.  1988. Chemical  Process Equipment  -  Selection  and  Design .  Boston: Butterworth-Heinemann.
White,  F.  M..  1974.  Viscous  Fluid  Flow.  2 nd edn.  Edited  by  L.  Beamesderfer  and  J.  M. Morriss. McGraw Hill, Inc..