HEAT EXCHANGER DAN JENISNYA

Heat exchanger adalah :

alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

Jenis-Jenis Heat Exchanger

1)     Double Pipe Heat Exchanger

2)    Plate and Frame Heat Exchanger

3)    Shell and Tube Heat Exchanger

4)    Adiabatic Wheel Heat Exchanger

5)    Pillow Plate Heat Exchanger

6)    Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger

7)    Phase-change Heat Exchanger

1. Double Pipe HE

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

Gambar Double Pipe HE

- Kelebihan dan Kekurangan Double Pipe :

Kelebihan :

Ø  Mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi

Ø  Resiko tercampurnya fluida sangat kecil

Ø  Mudah dibersihkan pada bagian Fitting

Ø  Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa

Ø  Dapat dipasang sri atu paralel

Ø  Pressure drop dan LMTD bisa diatur

Kekurangan :

Ø  Kapasitas perpindan panasnya sangat kecil

Ø  Mahal

Ø  Area perpindahan kalornya kecil ( <50 m2)

Ø  Jumlah fluida yang bisa dipakai kecil

2. 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 (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.

Gambar Plate and Frame HE

- Kelebihan dan Kekurangan Plate and Frame:

Kelebihan :

Ø Koefisien perpindan panas tinggi

Ø Area perpindahan panas luas

Ø Penurunan tekanan rendah

Ø Efektivitas tinggi

Kekurangan :

Ø Kemampuan tekanan rendah

Ø Ada banyak jenis exchanger plate yang permanen atau tipe close

3. Shell and Tube Heat Exchanger

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. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya 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.

Gambar Shell and Tube HE

- Kelebihan dan Kekurangan Shell and Tube:

Kelebihan :

§  Ø Thermal performance lebih tinggi dari tipe HE lain

§  Ø Tekanan lebih tinggi dari HE Plate and Frame

§  Ø Efisiensi tinggi

§  Ø Memerlukan tempat yang minim dan mudah diraawat

§  Ø Mudah beradaptasi hampir semua tipe liquid chilling

Kekurangan :

§  Ø Thermal performance lebih rendah dari HE Plate and Frame

§  Ø Tekanan Lebeih rendah dari HE Double Pipa 

      4. Adiabatic Wheel Heat Exchanger

Jenis keempat penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan

5.   Pillow Plate Heat Exchanger

Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel. Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam

6. Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger.

Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan selama proses tersebut.

7.   Phase-change Heat Exchanger.

Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan.

Bahan/Material Pembuatan HE:

1.   Cast Iron : Murah, Tahan Korosi

2.   Baja : Rawan Korosi, Tahan Lama

3.   Campuran (Coating Baja & Cast Iron) : Mahal

4.   Tembaga : Konduktivitasnya bagus, Life-timenya lebih singkat

    

   Faktor yang Mempengaruhi Perpindahan Panas HE :

Ø Tipe HE yang dipakai

Ø Jenis bahan penyusun HE

Ø Fluida yang digunakan

Ø LMTD fluida, dll

Analisa Kerja HE:

1)     Koefisien overall perpindahan panas (U) : Mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.

2)    Fouling factor (Rd) : Angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa fluida yang mengalir di dalam HE

3)    Pressure drop : Untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat memepertahankan tekanan yang dimilikinya selama fluida mengalir.

fouling

fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak diinginkan dipermukaan heat exchanger yang berkontak dengan fluida kerja , termasuk permukaan heat transfer.

fouling factor. fouling factor adalah angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya pengotor yang terbawa fluida yang mengalir pada heat exchanger

Akibat terjadinya fouling :

Økenaikan tahanan heat transfer.

Ø kehilangan energi meningkat.

Ø waktu shut down menjadi panjang.

Ø biaya operasional & perawatan meningkat.

Ø biaya investasi meningkat

—       apabila menginginkan transfer panas yang sama seperti sebelum terjadi fouling maka harus menambah ukuran heat transfernya

Variabel operasi yang mempengaruhi fouling

a. Kecepatan linier fluida (velocity)

Semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan terbentuknya fouling pada heat exchanger. 

b. Temperatur

Semakin tinggi temperatur fluida dalam heat exchanger akan semakin mempercepat terbentuknya fouling. 

c. Masa kerja alat

Semakin lama alat digunakan maka akan semakin mudah terbentuknya fouling pada alat tersebut sehingga dibutuhkan treatment lebih terhadap alat- alat yang masa pemakaiannya sudah cukup lama.

Fouling mekanisme:

1.     1. Kristalisasi

            kalsium dan magnesium dari bikarbonat dapat membentuk scale, kristalisasi pada permukaan di awali pembentukan nukleasi. Kecepatan fluida dapt mengatasi terjadinya fouling. Untuk air pendingin 1,8- 2 m/s.

2. Dekomposisi produk organik

            terbentuknya tar sebagai akibat adanya produk dari reaksi kimia

3. Polimerisasi atau oksidasi

4. Pengendapan lumpur ,atau debu partikel

5. Deposit biologi

Disebabkan adanya bakteri yang menempel pada permukaan sehingga membentuk scale

6. Korosi

Pembersihan pada HE:

1. Chemical / Physical Cleaning

—  metode pembersihan dengan mensirkulasikan agent melalui peralatan

—  biasanya menggunakan HCl 5-10%.

2. Mechanical Cleaning

a.  Drilling atau Turbining

—        Pembersihan dilakukan dengan mendrill deposit yang menempel pada dinding tube.

b. Hydrojeting

—     Pembersihan dilakukan dengan cara  menginjeksikan air ke dalam tube pada tekanan yang tinggi, untuk jenis deposit yang lunak.

—        c. Pemilihan bahan kontruksi

—         Memilih bahan yang tahan terhadap korosi , reaksi kimia, (paduan tembaga dan nikel)

Pressure drop pada Heat Exchanger:

A. Penyebab terjadinya pressure drop

1.     -   Fraksi aliran pada dinding

     -  Pembelokan aliran

B. Jika ∆P terlalu besar :

1. Disebabkan jarak antar buffle yang terlalu dekat

2. Aliran menjadi lambat

3. Perlu tenaga pompa yang besar

C. Jika ΔP terlalu rendah 

Perpindahan panas tidak sempurna

Besar kecilnya nilai pressure drop alat penukar panas menyatakan sejauh mana fluida tersebut dapat mempertahankan tekanan yang dimiliki selama fluida tersebut  mengalir.

Komponen Dasar Penyusun HE( shell and Tube):

—  1.Tube

a.  Merupakan pipa kecil yang tersusun di dalam shell

b.  Aliran di dalam tube sering dibuat melintas lebih dari 1 kali dengan tujuan untuk memeperbesar koefisisen perpindahan panas lapiasan film fluidadalam tube.

Tipe susunan tube

1.     Ø Susunan Segitiga (Triangular Pitch).

a.  Keuntungan :

—  Film koeffisien lebih tinggi daripada square pitch.

—  Dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak sebab susunannya

—  kompak.

b.  Kerugian :

—  Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas.

—  Tidak baik untuk fluida fouling

—  Pembersihan secara kimia

Ø Susunan Segitiga Diputar 30(Rotated Triangular Pitch)

a.  Keuntungan :

—  Film koeffisisennya tidak sebesar susunan triangular pitch, tetapi

—  lebih besar dari susunan square pitch.

—  Dapat digunakan pada fluida fouling

b.  Kerugian :

—  Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas.

Pembersihan secara kimia

—       Ø Susunan Bujur sangkar yang Diputar 45 (Diamond Square Pitch).

a. Keuntungan :

—  Film koeffisiennya lebih baik dari susunan square pitch, tetapi

—  tidak sebaik triangular pitch dan rotated triangular pitch.

—  untuk pembersihan dengan mekanik

—  Baik untuk fluida fouling.

b. Kerugian :

—  Film koeffisisen relatif rendah

—  Pressure drop tidak serendah square pitch. 

  

 2.Tube pitch

—  Lubang yang tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena

—  jarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga tube.

—  Tube Pitch

1.  Clearance

Jarak terdekat antara 2 tube yang berdekatan

2.Tube Sheet

—  Suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung-ujung tube dan juga

—  sebagai pembatas. 

   3.Baffle

—  Sekat-sekat yang digunakan untuk :

—   Mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang tinggi akan diperoleh

—   Menahan struktur tube bundle

—   Menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube

    4.Shell

—  Merupakan bagian tengah alat penukar panas

—   Merupakan tempat untuk tube bundle

5.Tube Side Channel dan Nozzle

—  Mengatur aliran fluida di tube

6.Channel Cover

—  Tutup yang dapat dibuka saat pemeriksaan dan pembersihan

 BWG (Birmingham Wire Gage) yaitu menyatakan ukutan tebal. BWG

kecil berarti tube semakin tebal dan sebaliknya.

Menentukan zat mana yang melalui tube and shell:

1. Fluida bertekanan tinggi di alrkan dalam tube
2. Fluida berpotensi fouling dialirkan dalam tube
3. Fluida korosif dialirkan dalam tube
4. Fluida yang bertemperatur tinggi dialirkan dalam tube
5. Fluida dengan viskositas rendah dialirkan dalm tube
6. Fluida yang mempunyai volume besar dilewtkan dalm tube

Langkah – langkah Perancangan HE:

1. Mencari Q, beban HE dicari dengan data paling lengakap dari kedua aliran fluida(pemanas dan pendingin)
2. Menentukan ∆LMTD
3. Kebutuhan steam / air pendingin

Tipe aliran pada exchanger ditentukan dengan RE (N_Re)

Aliran Turbulen dan Laminar:

—  Aliran turbulen lebih baik dalam perpindahan panasnya karena fliuda bercampur

—  Aliran laminar, proses perpindahan panas bergantung seluruhnya pada konduktifitas termal dari fluida untuk perpindahan panas dari dalam aliran ke dinding exchanger

—  Aliran laminar menghasilkan kerugian kecil, yang hasilnya berbanding lurus dengan kenaikan kecepatan. contohnya : dua kali lipat kecepatan aliran, menggandakan kehilangan tekanan

Arah Alirannya Heat Exchanger:

1.   Heat Exchanger dengan aliran searah (co-current/parallel flow) Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi Heat Exchanger yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar pada sisi yang sama. Karakter Heat Exchanger jenis ini, temperatur fluida dingin yang keluar dari Heat Exchanger (Tco) tidak dapat melebihi temperatur fluida panas yang keluar (Tho), sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.

2.   Pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah ( counter flow ) 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 (Tcb ) lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar penukar panas ( Thb ).

3. Cross flow

—  Dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain. Biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya sistem kondensor uap (tube and shell heat exchanger), di mana uap memasuki shell, air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap menjadi cair. 

Disusun oleh :

Adinda Sari Dewi

Madinah Fitri

Nataniel Payung

Putri Eka Sari

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊