Jenis-jenis Alat Penukar Kalor

By All About Knowledge at December 07, 2019

Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas yang terjadi antara benda panas dan benda dingin, yang masing – masing disebut source and receiver (sumber dan penerima). Ada 3 macam cara perpindahan panas yaitu:

1. Hantaran, dinamakan konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran atau rambatan proses dari suatu benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke benda lain dengan kontak langsung, dengan kata lain proses perpindahan panas secara molekuler dengan perantara molekul-molekul yang bergerak. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada zat padat, cair , atau gas.

 

2. Aliran, disebut konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dari suatu benda ke benda yang lain dengan perantara benda itu sendiri. Perpindahan panas konveksi ada 2 macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Konveksi alami adalah perpindahan molekul-molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya perbedaan density, Konveksi paksaan yaitu perpindahan panas konveksi yang berlangsung dengan bantuan tenaga lain.

 

3. Pancaran, disebut radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan, sebagian akan dipantulkan, sebagian akan diserap ke dalam bahan, dan sebagian akan menembusi bahan dan terus keluar. Jadi dalam mempelajari perpindahan kalor radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan.

 

Alat penukar kalor dapat diklasifikasikan dalam beberapa kelompok sebagai berikut :

 

1. Berdasarkan proses perpindahan kalor

a. Perpindahan kalor secara langsung

Tipe kontak langsung adalah tipe alat penukar kalor dimana antara dua zat yang dipertukarkan energinya dicampur atau dikontakkan secara langsung. Dengan demikian ciri khas dari penukar kalor seperti ini (kontak langsung) adalah bahwa kedua zat yang dipertukarkan energinya saling berkontak secara langsung (bercampur) dan biasanya kapasitas energi yang dipertukarkan relatif kecil. Salah satu contohnya adalah deaerator.

 

b. Perpindahan kalor secara tidak langsung

Tipe tidak langsung adalah tipe alat penukar kalor dimana antara kedua zat yang dipertukarkan energinya dipisahkan 6 oleh permukaan bidang padatan seperti dinding pipa, pelat, dan lain sebagainya sehingga antara kedua zat tidak tercampur. Untuk meningkatkan efektivitas pertukaran energi, biasanya bahan permukaan pemisah dipilih dari bahan-bahan yang memiliki konduktivitas termal yang tinggi seperti tembaga dan aluminium.

 

Dengan bahan pemisah yang memiliki konduktivitas termal yang tinggi diharapkan tahanan termal bahan tersebut akan rendah sehingga seolah-olah antara kedua zat yang saling dipertukarkan energinya seperti kontak langsung. Salah satu contohnya adalah kondensor.

 

2. Berdasarkan jenis aliran

a. Alat penukar kalor aliran sejajar (Co-Current Flow)

Penukar kalor tipe aliran sejajar yaitu bila arah aliran dari kedua fluida di dalam penukar kalor adalah sejajar. Artinya kedua fluida masuk pada sisi yang satu dan keluar dari sisi yang lain.

 

Pada jenis ini temperatur fluida yang memberikan energi akan selalu lebih tinggi dibanding yang menerima energi sejak mulai memasuki penukar kalor hingga keluar. Dengan demikian temperatur fluida yang menerima kalor tidak akan pernah mencapai temperatur fluida yang memberikan kalor saat keluar dari penukar kalor.

 

Jenis ini merupakan penukar kalor yang paling tidak efektif. Suhu fluida dingin yang keluar (Tcb) tidak dapat melebihi suhu fluida panas yang keluar (Thb), sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.

 

b. Alat penukar kalor aliran berlawanan (Counter Flow)

Penukar kalor tipe aliran berlawanan yaitu bila kedua fluida mengalir dengan arah yang saling berlawanan. Pada tipe ini masih mungkin terjadi bahwa temperatur fluida yang menerima kalor saat keluar penukar kalor lebih tinggi dibanding temperatur fluida yang memberikan kalor saat meninggalkan penukar kalor.

 

Bahkan idealnya apabila luas permukaan perpindahan kalor adalah tak berhingga dan tidak terjadi rugi-rugi kalor ke lingkungan, maka temperatur fluida yang menerima kalor saat keluar dari penukar kalor bisa menyamai temperatur fluida yang memberikan kalor saat memasuki penukar kalor.

 

Dengan teori seperti ini jenis penukar kalor berlawanan arah merupakan penukar kalor yang paling efektif. Suhu fluida dingin yang keluar (Tcb) lebih tinggi dibandingkan dengan suhu fluida panas yang keluar (Thb), sehingga dianggap lebih baik dari alat penukar panas aliran searah (co- current flow).

 

c. Alat penukar kalor aliran silang (Cross Flow)

Penukar kalor dengan aliran silang yaitu bila arah aliran kedua fluida saling bersilangan. Apabila ditinjau dari efektivitas pertukaran energi, penukar kalor jenis ini berada diantara kedua jenis di atas.

 

Contoh yang sering ditemui adalah radiator mobil dimana arah aliran air pendingin mesin 12 yang memberikan energinya ke udara saling bersilangan.

 

Dalam kasus radiator mobil, udara melewati radiator dengan temperatur rata-rata yang hampir sama dengan 11 temperatur udara lingkungan kemudian memperoleh kalor dengan laju yang berbeda di setiap posisi yang berbeda untuk kemudian bercampur lagi setelah meninggalkan radiator sehingga akan mempunyai temperatur yang hampir seragam.

 

3. Alat penukar kalor juga memiliki 4 jenis antara lain:

a. Double Pipe Heat Exchanger

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa.

 

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang di kedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat.

 

Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluidakedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alirfluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Panjang pipa lurus dibatasi dengan maksimum sekitar 20 ft.

 

b. Shell and Tube Heat Exchanger

Jenis ini terdiri dari suatu tabung dengan diameter cukup besar yang di dalamnya berisi seberkas pipa dengan diameter relatif kecil. Alat penukar panas ini terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (selongsong).

 

Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas selongsong dan tabung dipasang sekat (baffle).

 

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.

 

Keuntungan penggunaan sekat (baffle) yaitu meningkatkan efisiensi pertukaran panas, membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal (residence time). Namun pemasangan sekat juga akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

 

Keuntungan Shell and Tube Heat Exchanger antara lain:

- Konfigurasinya memberikan luas permukaan lebih besar dengan volume yang kecil

- Rentang tekanan dan penurunan tekanan yang hampir tak terbatas, dan dapat disesuaikan secara bebas untuk kedua aliran

- Sejumlah besar bahan konstruksi dapat digunakan dan mungkin berbeda untuk shell dan tube

- Berbagai besar kapasitas termal dapat diperoleh

- Peralatan mudah dibongkar untuk pembersihan atau perbaikan

- Konstruksi sederhana sehingga kebutuhan ruangan relatif kecil.

 

c. Plate and Frame 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 10 (kebanyakan segiempat) 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.

 

Kelebihan plate dan frame HE adalah: kompak, biaya total murah, fouling kurang, fleksibel dalam hal jumlah plat, beban panas dan efektivitas tinggi, waktu tinggal fluida tinggi.

d. Spiral Heat Exchanger

Penukar kalor tipe spiral arah aliran fluida menelusuri pipa spiral dari luar menuju pusat spiral atau sebaliknya dari pusat spiral menuju ke luar.

 

Fluida panas masuk pada pusat elemen spiral dan mengalir mengelilingi dari batas luar ke pusat. Fluida dingin mengalir berlawanan, masuk dari pusat mengelilingi dan meninggalkan pusat. Koefisien perpindahan panas tinggi pada kedua sisi.

 

Permukaan perpindahan kalor efektif adalah sama dengan dinding spiral sehingga sangat tergantung pada lebar spiral dan diameter serta berapa jumlah spiral yang ada dari pusat hingga diameter terluar. Jenis spiral umumnya bisa menjadi lebih unggul dengan fluida yang sangat kental pada tekanan sedang.

 

Demikian penjelasan mengenai jenis-jenis alat penukar kalor. Semoga bermanfaat yaa !!!

 

1 2 3