Heat Exchanger

Heat ExchangerHeat Exchanger adalah alat penukar panas yang dapat digunakan untuk memanfaatkan atau mengambil panas dari suatu fluida untuk dipindahkan ke fluida lain. Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke fase cair atau dari fase uap ke fase cair.Klasifikasi heat exchanger berdasarkan fungsinya yaitu:1.Heat exchangerAlat ini menjalankan dua fungsi yaitua. memanfaatkan fluida dinginb. menggunakan fluida panas yang didinginkanHampir tidak ada panas yang hilang di dalam perpindahan panas. Tipe heat exchanger yang banyak digunakan adalah1). Tipe shell and tubeTipe ini mempunyai luas penampang perpindahan panas yang besar jika dibandingkan dengan tipe double pipe. Oleh karena itu tipe ini banyak digunakan dalam industri minyak dan gas bumi.2). Tipe double pipeTipe ini dipergunakan bila aliran fluida tidak terlalu banyak (luas perpindahan panasnya tidak terlalu besar). Tipe ini akan lebih efektif bila digunakan dengan memakai sirip (fin), apabila fluida berbentuk vapor atau viscous.

2.CoolerAlat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida cair, gas dengan menggunakan media pen dingin air atau udara.Tipe-tipe cooler, antara lain:a. tipe pipe coil1). Spiral COIL2). PIPE COIL3). Box cooler (lebih baik/bagus yang tube-3 dan shell)b. Tipe air coolermedia pendingin yang digunakan adalah udara3.CondenserAlat ini berfungsi untuk mengembunkan uap atau campuran uap. Sebagai media pendingin biasanya digunakan air. Umumnya condenser memiliki tipe shell and tube dan dapat mempunyai dua tipe yaitu tipe vertical dan tibe horizontal yang masing-masing mempunyai keuntungan sendiri-sendiri.Tipe-tipe condenser berdasarkan fungsi:a. Partial condenserCondenser ini memiliki fungsi hanya mengembunkan sebagian dari total uap yang dihasilkan (kondensat) yang dipakai sebagai reflux. Condenser ini biasanya dipasang dekat puncak dalam fraksinasi.b. Overhead condenserCondenser ini memerankan 3 hal pada saat bersamaan yakni mendinginkan uap, mengembunkan uap menjadi cairan, kemudian mendinginkan menjadi cairan tersebutc. Surface condenserCondenser ini berfungsi untuk mengkondensasikan steam, yang mana kondensasi ini dijalankan dengan tekanan vakum dari 1 sampai 1,5 inHg absolute. Untuk membuat tekanan vakum digunakan ejector.

4.HeaterAlat ini berfungsi untuk memanaskan fluida cair atau uap dengan menggunakan steam atau air panas yang mana dengan memberikan sensible heat5.EvaporatorAlat ini berfungsi untuk mendinginkan atau menguapkan fluida cair dengan menggunakan steam atau media panas lainnya.6.ChillerAlat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida pada temperature rendah. Sebagai media pendinginnya dapat digunakan air, propane, Freon, ataupun amoniak7.ReboilerBiasanya dihubungkan dengan dasar kolom fraksionasi atau stripper untuk melengkapi panas pendidihan yang diperlukan untuk destilasi. Sebagai media pemanas dapat berupa steam atau fluida panas (misalnya residu). Tipe dari alat ini adalah tipe ketel dengan tipe shell and tube, dimana shell membesar untuk memindahkan penguapan. Selain itu dapat digunakan furnace.Macam-macam reboiler:a. Natural Circulation/thermosiphon reboiler yang memdidih diperoleh dengan mempertahankan head yang cukup dari liquid untuk melengkapi sirkulasi.b. Forced circulation reboiler dengan menggunakan pompa untuk mendorong liquid masuk reboiler8.Air cooled exchanger (air cooler)Air cooler exchanger digunakan untuk mendinginkan fluida pada suhu ambient dengan udara. Diklasifikasikan sebagai berikuta. Forced draftBila letak tube pada daerah discharge dan fanb. Induced draftBila letak tub pada daerah suction dan fan

Klasifikasi Heat Exchanger berdasarkan kontruksinya:1.Fixed tube sheetKedua tube sheet tepat pada shell. Kelemahan dari tipe ini adalah jika perbedaan suhu telalu besar maka tube akan bengkok2.Floating Heat/tube sheet (removeable and non removeable bundles)Satu tube sheet loates dalam shell, yang lain tepat pada shell. Tipe ini dapat digunakan pada suhu tinggi (>200oF), dapat dioperasikan pada fluida yang kotor3.U-tube, U-bundleHanya pada satu tube sheet dioperasikan pada tube bentuk U. dapat digunakan pada suhu yang tinggi.4.KettleTube bundle removable sebagai tipe U dan floating head. Shell membesar untuk memudahkan pendidihan dan penguapan.5.Double pipeMasing-masing tube mempunyai shell sendiri-sendiri untuk membentuk ruang annulus. Biasa digunakan finned tube6.Pipe coilTipe pipe coil yaitu:a. Spiral coilCoil yang direndam dal;am box coil yang berisi air, digunakan untuk pemanasan dan pendinginan. Coil berbentuk spiral.b. Pipe coilBiasa dipasang pada dasar suatu tankiuntuk memanaskan isi tanki dengan aliran steam dalam pipa. Dapat berbentuk hair pain, spiral, tipe ring.c. Box coilPendinginan dilakukan dengan jalan mengalirkan fluida panas dalam suatu coil yang tercelup dalam media pendingin air.

Klasifikasi Heat exchanger berdasarkan Standar TEMA.TEMA (Tubular Exchanger Manufacturing Assosiation), mengklasifikasikan HE berdasarkan perencanaan dan pembuatannya menjadi tiga kelas yaitu:1. Heat exchanger kelas R umumnya digunakan untuk industri minyak dan peralatan untuk proses tersebut2.Heat exchanger kelas C umumnya digunakan untuk keperluan komersil3.Heat exchanger kelas B umumnya digunakan untuk proses kimia.Klasifikasi heat exchanger berdasarkan jenis alirannya:1.Heat exchanger counter current (aliraran berlawanan arah)Jika aliran kedua fluida yang mengalir dalam HE berlawanan arahnya2.Heat exchanger co-current (aliran searah)Jika aliran fluida yang didinginkan dengan media pendinginnya searah.3.Hear exchanger cross current (aliran silang)Jika aliran fluida yangmengalir dalam HE saling memotong arahAlat Penukar Panas Dilihat dari arah Aliran dan Tube LayoutApabila ditinjau aliran fluida alat penukar panas ini dibagi dalam tiga macam aliran, yaitu:1.Aliran sejajar2.Aliran berlawanan arah atau counter flow3.aliran kombinasiSusunan tube (tube layout) akan mempengaruhi baik bruknya perpindahan panas. Disamping itu, pemilihan harus mempertimbangkan system pemeliharaan yang akan dilakukan. Pembersihan tube dengan mekanikan atau secara kimiawi akan mempengaruhi pemilihan dari tube. Selain susunannya yang terjadi, aliran laminar atau turbulen, bersih atau kotor fluida yang mengalir. Susunan tube terdiri dari:1.Tube dengan susunan bujur sangkar (In-line square pitch)2.Tube dengan susunan segitiga samam sisi (Triangular pitch)3.Tube dengan susunan berbentuk belah ketupat (Diamond square pitch)4.Tube dengan susunan segitiga diputar 60oC (Rotated triangular pitch)Shell and Tube Heat exchangerSecara keseluruhan komponen utama penyusun shell and tube heat exchanger adalah:1.ShellBiasanya berbentuk silinder yang berisi tube bundle sekaligus sebagai wadah mengalirnya zat2.Head stationerHead stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar panas. Pada bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang mengalir kedalam tube.3.Head bagian belakangHead bagian belakang ini terletak diujung lain dari alat penukar panas4.Sekat (baffle)Sekat digunakan untuk membelokkan atau membagi aliran dari fluida dalam alat penukar panas. Untuk menentukan sekat diperlukan pertimbangan teknis dan operasional.Macam-macam baffle yaitu:a. Horisontal cut baffle1)Baik untuk semua fase gas atau fase liquid dalam shell2)Baik ada dissolves gas dalam liquid yang dapat dilepaskan dalam heat exchanger maka perlu diberi notches dalam baffleb. Vertical cut baffleBaik untuk liquid yang membawa suspended matter atau yang heavy fouling fluidac. Disc and doughtnut baffle1)Fluida harus bersih, bila tidak akan terbentuk sediment dibelokkan doughtnut2)Kurang baik, sebab bila ada dissolved gas yang terlepas, bisa dilepaskan melalui top dari doughtnut, bila ada kondensat liquid tidak dapat di drain tanpa large ports pada doughtnut.d. Baffle dengan annular orificeBaffel ini jarang digunakan kerena terdiri dari full circular plate dengan lubang-lubang untuk semua tube.e. Longitudinal baffleDigunakan pada shell side untuk membagi aliran shell side menjadi dua atau beberapa bagian untuk memberikan kecepatan yang lebih tinggi untuk perpindahan panas yang lebih baik.5.TubeTube merupakan pemisah dan sebagai pengantar panas yang berbeda suhunya diantara dua zat yang berada di dalam suatu alat. Pemilihan tube ini harus sesuai dengan suhu, tekanan, dan sifat korosi fluida yang mengalir.Tube ada dua macam, yaitu:a. Tube polos (bare tube)b. Tube bersirip (finned tube)6. Tube sheetBerfungsi sebagai tempat duduk tube bundle pada shell7. Channel and pass partitionChannel merupakan tempat keluar masuknya fluida pada tube, sedangkan pass partition merupakan pembatas antara fluida yang masuk dan keluar tube.

8. Shell cover and channel coverShell cover and channel cover adalah tutup yang dapat dibuka pada saat pembersihan.

2.7.Fouling factor (Rd)

Dalam heat exchanger, fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki dipermukaan penukar panas yang terkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengedapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses-proses biologi. Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan perpindahan panas, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi maupun perawatan. Akibatnya terjadinya fouling, ukuran penukar panas menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu shut down dapat lebih panjang, dan biaya perawatan meningkat.Antisipasi terhadap terjadinya fouling dalam perancangan , dengan memiliki variable operasi dan konfigurasi yang tepat, dapat menekan terjadinya fouling dan kerugian diatas.Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan :1.Menekan potensi fouling, misalnya dengan penyaringan2.Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi3.Menepatkan nozzle ( tube side dan shell side ) di permukaan tertinggi atau terendah pada heat exchanger, untuk menghindari terjadinya kantung-kantung gas ataupun kantung volume fluida diam. Interface gas cair merupakan lokasi terjadinya korosi, dan kantung udara diam memungkinkan terjadinya pengendapan. Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger. Kotoran ini berupa lumpur, polimer, dan deposit lain yang terbentuk di bagian dalam maupun bagian luar dinding tube exchanger. Nilai ini digunakan untuk mendesain agar mengetahui hambatan yang masih diperbolehkan selama operasi normal sebelum pembersihan. Fouling factor tergantung pada nilai koefisien perpindahan panas ke seluruh permukaan bersih, Uc, dan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor, Ud. Jika fouling factor makin besar efisiensi perpindahan panas semakin menurun dan akibatnya pressure drop makin besar. Secara umum yang dapat menyebabkan terjadinya fouling pada alat operasi adalah :1.Hard Deposit, yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi maupun cooking2.Porous Deposit, yaitu kerak yang berasal dari dekomposisi dari kerak keras3.Loss Deposit, yaitu berasal dari deposit seperti lumpur dan material lunak yang lain.