Alat Heat Exchanger
Dalam Bahasa Indonesia heat exchanger mempunyai arti harfiah alat penukar panas. Namun di sini saya akan tetap memakai bahasa aslinya agar tidak terjadi kerancuan lebih lanjut. Pengertian ilmiah dari heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchanger mampu pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan adonan, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk menertibkan suatu proses fluida.
Video alat-alat kimia mampu di lihat di link berikut : https://www.youtube.com/watch?v=vhOpIrUjdw0
Video alat-alat kimia mampu di lihat di link berikut : https://www.youtube.com/watch?v=vhOpIrUjdw0
Satu bagian terpenting dari heat exchanger ialah permukaan kontak panas. Pada permukaan inilah terjadi perpindahan panas dari satu zat ke zat yang lain. Semakin luas bidang kontak total yang dimiliki oleh heat exchanger tersebut, maka akan makin tinggi nilai efisiensi perpindahan panasnya. Pada kondisi tertentu, ada satu bagian pemanis yang dapat digunakan untuk meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini. Komponen tersebut ialah sirip.
Macam-macam Heat Exchanger
Heat exchanger dapat diklasifikasikan menjadi aneka macam jenis menurut beberapa aspek. Secara ringkas macam-macam heat exchanger mampu digambarkan menjadi bagan di atas. Untuk lebih jelasnya akan kita diskusikan satu per satu macam-macam heat exchanger tersebut.
Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Proses Transfer Panas
Heat Exchanger Tipe Kontak Tak Langsung
Heat exchanger tipe ini melibatkan fluida-fluida yang saling bertukar panas dengan adanya lapisan dinding yang memisahkan fluida-fluida tersebut. Sehingga pada heat exchanger jenis ini tidak akan terjadi kontak secara eksklusif antara fluida-fluida yang terlibat. Heat exchanger jenis ini masih dibagi menjadi berbagai macam lagi, yakni:
Heat Exchanger Tipe Direct-Transfer
Pada heat exchanger tipe ini, fluida-fluida kerja mengalir secara terus-menerus dan saling bertukar panas dari fluida panas ke fluida yang lebih dingin dengan melalui dinding pemisah. Yang membedakan heat exchanger tipe ini dengan tipe kontak tak langsung
yang lain yaitu fatwa fluida-fluida kerja yang terus-menerus mengalir tanpa terhenti sama sekali. Heat exchanger tipe ini sering disebut juga dengan heat exchanger recuperator.
Storage Type Exchanger
Heat exchanger tipe ini memindahkan panas dari fluida panas ke fluida hambar secara intermittent (sedikit demi sedikit) lewat dinding pemisah. Sehingga pada jenis ini, pemikiran fluida tidak secara terus-menerus terjadi, ada proses penyimpanan sesaat sehingga energi panas lebih lama tersimpan di dinding-dinding pemisah antara fluida-fluida tersebut. Tipe ini lazimpula disebut dengan regenerative heat exchanger.
Fluidized-Bed Heat Exchanger
Heat exchanger tipe ini memakai sebuah bagian solid yang berfungsi sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida panas yang melewatinya. Fluida panas yang melewati bab ini akan sedikit terhalang alirannya sehingga kecepatan ajaran fluida panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di dalamnya dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida cuek mengalir lewat jalan masuk pipa-pipa yang dialirkan melalui padatan penyimpan panas tersebut, dan secara bertahap panas yang terkandung di dalamnya ditransfer ke fluida cuek.
Heat Exchanger Tipe Kontak Langsung
Suatu alat yang di dalamnya terjadi perpindahan panas antara satu atau lebih fluida dengan disertai dengan terjadinya pencampuran sejumlah massa dari fluida-fluida tersebut disebut dengan heat exchanger tipe kontak eksklusif. Perpindahan panas yang dibarengi percampuran fluida-fluida tersebut, umumnya dibarengi dengan terjadinya pergantian fase dari salah satu atau labih fluida kerja tersebut. Terjadinya pergeseran fase tersebut menunjukkan terjadinya perpindahan energi panas yang cukup besar. Perubahan fase tersebut juga memajukan kecepatan perpindahan panas yang terjadi. Macam-macam dari heat exchanger tipe ini antara lain yaitu:
Immiscible Fluid Exchangers
Heat exchanger tipe ini melibatkan dua fluida dari jenis berlainan untuk dicampurkan sehingga terjadi perpindahan panas yang diinginkan. Proses yang terjadi kadang tidak akan menghipnotis fase dari fluida, tetapi bisa juga diikuti dengan proses kondensasi maupun evaporasi.
Gas-Liquid Exchanger
Pada tipe ini, ada dua fluida kerja dengan fase yang berlawanan yakni cair dan gas. Namun biasanya kedua fluida kerja tersebut adalah air dan udara. Salah satu aplikasi yang paling lazim dari heat exchanger tipe ini yaitu pada cooling tower tipe basah. Cooling tower biasa dipergunakan pada pembangkit-pembangkit listrik tenaga uap yang terletak jauh dari sumber air. Udara melakukan pekerjaan selaku media pendingin, sedangkan air bekerja sebagai media yang didinginkan. Air disemprotkan ke dalam cooling tower sehingga terjadi percampuran antara keduanya dibarengi dengan perpindahan panas. Sebagian air akan terkondensasi lagi sehingga terkumpul pada sisi bawah cooling tower, sedangkan sebagian lainnya akan menguap dan ikut terbawa udara ke atmosfer.
Liquid-Vapour Exchanger
Perpindahan panas yang terjadi antara dua fluida berlainan fase adalah uap air dengan air, yang juga diikuti dengan pencampuran sejumlah massa antara keduanya, tergolong ke dalam heat exchanger tipe kontak eksklusif. Heat exchanger tipe ini mampu berfungsi untuk menurunkan temperatur uap air dengan jalan menyemprotkan sejumlah air ke dalam fatwa uap air tersebut (pada boiler proses ini lazimdisebut dengan desuperheater spray), atau juga berfungsi untuk mengembangkan temperatur air dengan mencampurkan uap air ke sebuah pedoman air (proses ini terjadi pada bab deaerator pada siklus pembangkit listrik tenaga uap).
Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Jumlah Fluida Kerja
Sebagaan besar proses perpindahan panas antar fluida, melibatkan hanya dua jenis fluida yang berlainan. Semisal air dengan air, uap dengan air, uap dengan air maritim, dan lain sebagainya. Namun ada pulaheat exchanger yang melibatkan lebih dari dua fluida kerja yang berbeda jenis. Umumnya heat exchanger jenis ini digunakan pada proses-proses kimiawi, seperti pada acuan tata cara di bawah ini ialah proses penghilangan kandungan nitrogen dari bahan baku gas alam. Pada metode ini dihasilkan gas alam dengan kandungan nitrogen yang lebih rendah sehingga penggunaan gas alam tersebut pada keperluan porses pembakaran berikutnya dapat lebih efisien.
Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Bidang Kotak Perpindahan Panas
Pengklasifikasian heat exchanger selanjutnya ialah berdasarkan luas bidang kontak terjadinya perpindahan panas antar fluida. Parameter yang dipakai dalam pengklasifikasian ini adalah sebuah satuan besar luas permukaan bidang kontak di setiap volume heat exchanger. Semakin luas permukaan bidang kontak perpindahan panas per satuan volume, maka akan kian besar efisiensi perpindahan panas yang ditemukan. Namun hal tersebut mesti juga memperhatikan jenis fluida kerja yang digunakan. Semakin besar kandungan partikel di dalam fluida tersebut, maka makin rendah juga keperluan luas permukaan bidang kontak perpindahan panas pada heat exchanger. Pengklasifikasian heat exchanger berdasarkan hal ini antara lain adalah Compact Heat Exchanger dengan luas bidang kontak di atas 700 m2/m3; Laminar Flow Heat Exchanger dengan luas bidang permukaan di atas 3000 m2/m3; serta Micro Heat Exchanger dengan luas bidang kontak di atas 15000 m2/m3.
Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Desain Konstruksi
Pengklasifikasian heat exchanger berdasarkan desain konstruksinya, menjadi pengklasifikasian yang paling utama dan banyak jenisnya. Secara biasa heat exchanger mampu dikelompokkan menjadi beberapa kelompok yaitu tipe tubular, tipe plat, tipe extended-surface, dan tipe regeneratif. Sebenarnya masih ada berbagai jenis heat exchanger dengan desain lain mirip scraped surface exchanger, tank heater, cooler cartridge exchanger, dan lain sebagainya. Namun untuk lebih ringkasnya akan kita bahas empat tipe heat exchanger yang utama tersebut.
Heat Exchanger Tipe Tubular
Heat exchanger tipe ini melibatkan penggunaan tube pada desainnya. Bentuk penampang tube yang digunakan mampu lingkaran, elips, kotak, twisted, dan lain sebagainya. Heat exchanger tipe tubular didesain untuk dapat bekerja pada tekanan tinggi, baik tekanan yang berasal dari lingkungan kerjanya maupun perbedaan tekanan tinggi antar fluida kerjanya. Tipe tubular sungguh lazim dipakai untuk fluida kerja cair-cair, cair-uap, cair-gas, ataupun juga gas-gas. Namun untuk penggunaan pada fluida kerja gas-cair atau juga gas-gas, khusus untuk dipakai pada kondisi fluida kerja bertekanan dan bertemperatur tinggi sehingga tidak ada jenis heat exchanger lain yang mampu untuk melakukan pekerjaan pada keadaan tersebut. Berikut adalah beberapa jenis heat exchanger tipe tubular:
Shell & Tube
Heat exchanger tipe shell & tube menjadi satu tipe yang paling mudah dikenal. Tipe ini melibatkan tube selaku unsur utamanya. Salah satu fluida mengalir di dalam tube, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar tube. Pipa-pipa tube didesain berada di dalam suatu ruang berbentuk silinder yang disebut dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tube tersebut berada sejajar dengan sumbu shell.
Tipe-tipe rancangan dari shell ditunjukkan pada gambar di atas. Tipe E yaitu yang paling banyak dipakai alasannya adalah desainnya yang sederhana serta harga yang relatif murah. Shell tipe F memiliki nilai efisiensi perpindahan panas yang lbih tinggi dari tipe E, alasannya shell tipe didesain untuk memiliki dua pedoman (aliran U). Aliran sisi shell yang dipecah mirip pada tipe G, H, dan J, digunakan pada kondisi-kondisi khusus seperti pada kondenser dan boiler thermosiphon. Shell tipe K digunakan pada pemanas bak air. Sedangkan shell tipe X biasa dipakai untuk proses penurunan tekanan uap.
Nozzle. Titik masuk fluida ke dalam heat exchanger, entah itu segi shell ataupun sisi tube, dibutuhkan suatu unsur semoga fluida kerja dapat didistribusikan merata di semua titik. Komponen tersebut ialah nozzle. Nozzle ini berlainan dengan nozzle-nozzle kebanyakan yang dipakai pada mesin turbin gas atau pada banyak sekali alat ukur. Nozzle pada inlet heat exchanger akan membuat pedoman fluida yang masuk menjadi lebih merata, sehingga didapatkan efisiensi perpindahan panas yang tinggi.
Front-End dan Rear-End Head. Bagian ini berfungsi sebagai daerah masuk dan keluar dari fluida sisi pipa tubing. Selain itu bagian ini juga berfungsi untuk menghadapi adanya imbas pemuaian. Berbagai tipe front-end dan rear-end head ditunjukkan pada gambar di atas.
Buffle. Ada dua jenis buffle yang ada pada heat exchanger tipe shell & tube, yaitu tipe longitudinal dan transversal. Keduanya berfungsi selaku pengatur arah ajaran fluida segi shell. Beberapa acuan desain buffle ditunjukkan pada gambar di samping.
Tubesheet. Pipa-pipa tubing yang melintang longitudinal memerlukan penyangga supaya posisinya mampu stabil. Jika sebuah heat exchanger menggunakan buffle transversal, maka dia juga berfungsi ganda sebagai penyangga pipa tubing. Namun jika tidak memakai buffle, maka dibutuhkan penyangga khusus.
Double-Pipe
Heat exchanger ini menggunakan dua pipa dengan diameter yang berlawanan. Pipa dengan diameter lebih kecil dipasang paralel di dalam pipa berdiameter lebih besar. Perpindahan panas terjadi pada ketika fluida kerja yang satu mengalir di dalam pipa diameter kecil, dan fluida kerja yang lain mengalir di luar pipa tersebut. Arah ajaran fluida dapat didesain berlawanan arah untuk menerima perubahan temperatur yang tinggi, atau jika diharapkan temperatur yang merata pada semua sisi dinding heat exchanger maka arah pedoman fluida mampu didesain searah.
