MODUL ALAT PENUKAR PANAS (HEAT EXCHANGER) A. PENDAHULUAN Pengoperasian suatu pabrik tidak lepas dari proses perpindahan panas yang terjadi antara dua fluida yang berbeda temperaturnya. Alat yang digunakan adalah penukar panas (heat exchanger ). ). Penukar panas adalah peralatan proses yang digunakan untuk memindahkan panas dari dua fluida yang berbeda dimana perpindahan panasnya dapat terjadi secara langsusng (kedua fluida mengalami pengontakan) ataupun secara tidak langsung (dibatasi oleh suatu dinidng pemisah/ sekat). Fluida yang mengalami pertukaran panas dapat berupa fasa cair-cair, cair-gas, dan gas-gas. Penukar panas adalah alat yang digunakan untuk mempertukarkan panas secara kontinyu dari suatu medium ke medium lainnya dengan membawa energi panas. Secara umum ada 2 tipe penukar panas, yaitu: 1. Direct heat exchanger, dimana kedua medium penukar panas saling kontak satu sama lain. 2. Indirect heat exchanger, dimana kedua media penukar panas dipisakan oleh sekat/ dinding dan panas yang berpindah juga melewatinya. Yang tergolong indirect HE adalah penukar panas jenis shell and tube, t ube, pelat, dan spiral. Sedangkan yang tergolong direct HE direct HE adalah cooling tower dan deaerator dimana deaerator dimana operasi perpindahan panasnya terjadi akibat adanaya pengontakan langsung antara air dan udara. Menara pendingin (cooling tower) digunakan sebagai media pembuangan panas hasil reaksi nuklir yang terjadi. Metode yang digunakan adalah dengan menghamburkan air yang keluar dari penukar panas (heat exchanger) pada sistem pendingin skunder ke lingkungan lingkungan kemudian kembali masuk ke dalam penukar panas. B. ALIRAN PERPINDAHAN PANAS co-curr ent / parall el f low ) 1. Pertukaran Pertukaran panas dengan aliran ali ran searah ( co-curr Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida ( dingin dan panas ) masuk pada sisi penukar panas yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar pada sisi yang sama pula. Karakter penukar panas jenis ini, temperatur fluida dingin yang keluar dari alat penukar panas tidak dapat melebihi temperatur fluida panas yang keluar dari alat penukar panas, sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.
2. Pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah ( counter f low ) Penukar panas jenis ini, kedua fluida ( panas dan dingin ) masuk penukar panas dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan dan keluar pada sisi yang berlawanan . Temperatur fluida dingin yang keluar penukar panas lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar penukar panas, sehingga dianggap lebih baik dari alat penukar panas aliran searah (Co-Current ).
3. Pertukaran panas dengan aliran silang ( cross fl ow ) Bila kedua fluida mengalir sepanjang permukaan perpindahan panas dalam gerakan yang tegak lurus satu dengan lainnya, maka penukar panasnya dikatakan berjenis aliran silang (cross flow).
4. Pertukaran panas dengan aliran silang berlawanan arah ( cross cur r ent f l ow ) Pada penukar panas pelat bersilangan arah, udara bergerak menyilang melalui matriks perpindahan panas yang dilalui oleh flue gas. Aliran fluida panas dan dingin pada penukar panas pelat beraliran silang tidak saling bercampur (unmixed). Hal ini disebabkan oleh adanya sekat yang memisahkan aliran kedua fluida tersebut. Arah matriks perpindahan panas pada penukar panas jenis ini dapat dilihat pada gambar berikut
C. JENIS APK KONTAK TAK LANGSUNG: 1. Penukar panas pipa rangkap ( doubl e pipe heat exch anger ) Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan tabung ( shell and tu be heat exchan ger )
a. Kelebihan Kelebihan dari jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi, dan karena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil, mudah dibersihkan padabagian fitting, fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seriataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan perbedaan suhu sesuai dengan keperluan, mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat b. Kekurangan Kekurangannya dari jenis ini terletak pada kapasitas perpindahan panasnyasangat kecil, mahal, terbatas untuk fluidayang membutuhkan area perpindahan kalor kecil, dan biasanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau dikondensasikan. 2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tu be heat exchan ger ) Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat
turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.
a. Kelebihan Thermal performance lebih tinggi dari tipe penukar kalor jenis coil Tekanan lebih tinggi dari penukar kalor jenis pelat efisiensi yang tinggi, memerlukan tempat yang minim mudah dirawat mudah beradaptasi hampir semua tipe liquid chilling b. Kekurangan : Kinerja termal [thermal performance] lebih rendah dari tipe penukar kalor jenis pelat Tekanan lebih rendah dari penukar kalor jenis coil •
•
•
•
•
•
•
•
3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and f r ame heat exchanger ) Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak (biasanya terbuat dari karet). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat. ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.
a. Kelebihan Koefisien perpindahan panas tinggi Area perpindahan panas luas penurunan tekanan rendah Efektivitas tinggi mudah di bongkar pasang untuk kepentingan pembersihan, dan inspeksi. Tipe ini cocok di aplikasikan pada sistem refrigerasi b. Kekurangan Kemampuan tekanan rendah Laju aliran lebih rendah dari pada tabung dan selongsong •
•
•
•
•
•
•
•
4. Penukar Panas Spiral ( plate and f r ame heat exchanger ) Bentuk (gulungan) tabung helik (atau seperti obat nyamuk). Jarak antara lembar saluran spiral dijaga dengan menggunakan paku pengatur jarak yang dilas sebelum bergulung. Begitu paket spiral utama telah di gulung. Alternatif atas dan bawah yang dilas dan setiap ujungnya ditutup oleh penutup berbentuk kerucut pipih. Hal ini menjamin tidak ada percampuran dua cairan akan terjadi. Jika ada kebocoran akan ke bagian berisi fluida yang sama.
a. Kelebihan efisien terhadap ruang/tempat mudah untuk perbaikan dalam kinerja lebih murah rendah biaya modal rendah biaya energi b. Kekurangan laju aliran rendah c. Aplikasi Biasanya pada Pasteurisasi, pemanasan bioreaktor, Pendinginan limbah dan lainnya •
•
•
•
•
•
•
•
