Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat penukar panas adalah alat yang berfungsi untuk memindahkan sejumlah panas tertentu

dari fluida panas ke fluida dingin. Proses perpindahan panas dapat terjadi karena adanya

perbedaan temperatur antara fluida panas dengan fluida dingin yang terjadi dalam sebuah

sistem.

Meknisme perpindahan panas yang terjadi pada heat exchanger berupa konduksi dan

konveksi. Perpindahan panas secara konduksi terjadi akibat perpindahan momentum dari

molekul atau atom tanpa proses pencampuran (tanpa disertai gerakan zat) yaitu terjadi pada

dinding pipa atau tube. Perpindahan panas secara konveksi terjadi akibat perpindahan energi

panas dari fluida panas ke fluida dingin karena pencampuran oleh gerakan fluida sampai

temperatur di fluida dingin seragam.

Jenis aliran pada heat exchanger terbagi menjadi dua searah (parallel flow) dan tidak searah

(counterflow). Pada aliran searah (parallel flow) fluida panas dan fluida dingin mengalir

paralel dalam arah yang sama, fluida panas akan berkontak dengan fluida dingin kemudian

akan mengalami penurunan temperatur yang sangat besar, sehingga fluida dingin hanya dapat

mengalami pemanasan yang kecil. Pada aliran counterflow, bahan panas dan dingin mengalir

dalam arah yang berlawanan, fluida panas mula – mula masuk memberikan panasnya kepada

fluida dingin dimana suhu keluaran fluida dingin harus lebih rendah sedikit dibandingkan

dengan suhu fluida panas yang masuk, sehingga fluida dingin dapat termanfaatkan dengan

baik dan yang dibutuhkan lebih sedikit.

Gambar 2.1 Profil temperatur dan jenis aliran pada heat exchanger : (a) searah (parallel flow) ; (b) tidak searah (counterflow).

Kemampuan untuk menerima panas dipengaruhi oleh 3 hal yaitu :

1. Koefisien overall perpindahan panas (U) Koefisien overall perpindahan panas

menggambarkan mudah atau gabungan proses konduksi dan konveksi. Factor – factor

yang berpengaruh adalah proses perpindahan panas, keadaan fisik fluida (densitas,

viskositas, panas jenis, konduktivitas termal), dan penyusunan secara fisik.

2. Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas.

3. Selisih temperatur rata – rata (ΔT LMTD).

1. Shell and Tube Exchanger

Heat exchanger tipe shell dan tube pada dasarnya terdiri dari berkas tube yang dipasangkan di

dalam shell yang berbentuk silinder. Bagian ujung dari berkas tube dikencangkan pada dudukan

tube yang disebut tube sheet dan sekaligus

berfungsi untuk memisahkan fluida yang mengalir di sisi tube. Heat exchanger tipe shell and tube paling umum digunakan dalam industri karena memiliki beberapa keuntungan, diantaranya :

Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang lebih besar. Mempunyai

susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup baik untuk operasi bertekanan.

Tersedia dalam berbagai bahan konteruksi. Proseur

pengoperasian lebih mudah.

Gambar 2.2 Heat exchanger shell and tube

Komponen penyusun Heat Exchanger jenis shell and tube :

a. ShellMerupakan bagian tangah alat penukar panas dan tempat untuk tube bundle.

b. TubeMerupakan pipa kecil yang tersusun didalam shell yang merupakan tempat fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan.

c. Tube sheet

Komponen ini adalah salah flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung – ujung tube dan juga sebagi pemabatas aliran fluida di sisi shell dan tube.

d. Tube pitch

Tube pitch adalah jarak center-to-center dimana tube – tube yang berdekatan. Lubang

tube tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena jarak tube yang terlalu

dekat akan melemahkan sturuktur penyanggang tube. Jarak tedekat kedua tube yang

berdekatan disebut clearance. Tube diletakan dengan susunan bujur sangkar atau

segitiga seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 2.3 Tube Layout yang umum pade HE

e. Tube side channels and nozzle

Berfungsi untuk mengatur aliran fluida pada sisi tube.

f. Baffle

Pada umumnya tinggi segmen potongan dari baffle adalah seperempat diameter dalam shell yang disebut 25% cut segmental baffle. Baffle tersebut

belubang – lubang agar bias dilalui oleh tube yang diletakkan pada rod-baffle. Baffle digunakan untuk mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang lebih tinggi akan diperoleh.

Gambar 2.4 Segmental baffle

2.3Analisa Kinerja Heat Exchanger

Untuk menganalisa kinerja suatu Heat exchanger, parameter – parameter yang dapat dipakai adalah :

1. Efesiensi panas (η)

Efektifitas panas adalah rasio dari kuantitas panas yang dipindahkan aleh fluida

terhadap nilai kuantitas panas maksimum yang dapat dipindahkan oleh fluida tersebut.

Efesiensi panas dapat didefinisaikan pula sebagai panas yang termanfaatkan oleh fluida

terhadap panas masuk yang dapat dimanfaatkan secara maksimum.

2. Fauling factor (Rd)

Fauling factor adalah kotoran (kerak) yang terbentuk selama penukar kalor

dioperasikan dan akan menyebabkan koefisien perpindahan kalor menjadi

berkurang.

RD (hitung) = dirf faktor

UC = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan bersih.

UD = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan kotor.

RD (ketentuan) = dirf factor maksimum yang dihitung bila kedua permukaan pipa tidak dibersihkan. Harga ini merupakan batas tahanan yang maksimum, dimana setelah itu kalor yang diijinkan menjadi lebih kecil dari yang dibutuhkan.