Heat ExchangerPenukar panas  atau Heat Exchanger dalam industri kimia populer dengan istilah

bahasa Inggrisnya,  heat exchanger (HE) adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan

panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium

pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air

pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas

antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak,

baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur

langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti  kilang

minyak,  pabrik kimia maupun petrokimia,  industri gas alam,  refrigerasi,  pembangkit

listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana

cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

Prinsip Kerja Heat Exchanger- Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke

tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses,

panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan  suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan,

reaksi kimia dan kelistrikan.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida

yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan

secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan

langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah.

- Perpindahan Panas Secara Konduksi

            Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar

yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut

secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-

molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya

dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih

cepat maka akan memberikan panas.

- Perpindahan Panas Secara Konveksi

            Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel

atau zat tersebut secara fisik.

- Perpindahan Panas Secara Radiasi

            Perpindahan panas  tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat

dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin)

dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan

berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.

Klasifikasi Alat Penukar Panas1.    Kondensor

Kondensor merupakan suatu alat yang terdiri dari jaringan pipa dan digunakan untuk

mengubah uap menjadi zat cair (air). dapat juga diartikan sebagai alat penukar kalor (panas)

yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida.  Dalam penggunaanya kondensor

diletakkan diluar ruangan yang sedang didinginkan supaya panas yang keluar saat

pengoprasiannya dapat dibuang keluar sehingga tidak mengganggu proses pendinginan.

Prinsip kerja kondensor tergantung dari jenis kondensor tersebut, secara umum

terdapat dua jenis kondensor yaitu surface condenser dan direct contact condenser. Berikut

klasifiksi kedua jenis kondesor tersebut:

- Surface Condenser

Cara kerja dari jenis alat ini ialah proses pengubahan dilakukan dengan cara

mengalirkan uap kedalam ruangan yang berisi susunan pipa dan uap tersebut akan

memenuhi permukaan luar pipa sedangkan air yang berfungsi sebagai pendingin akan

mengalir di dalam pipa (tube side), maka akan terjadi kontak antara keduanya dimana

uap yang memiliki temperatur panas akan bersinggungan dengan air pendingin yang

berfungsi untuk menyerap kalor dari uap tersebut, sehingga temperatur steam (uap)

akan turun dan terkondensasi. Surface condenser terdiri dari dua jenis yang dibedakan

oleh cara masuknya uap dan air pendingin, berikut jenis-jenisnya:

1. Type Horizontal Condenser, Pada type kondesor ini, air pendingin masuk melalui

bagian bawah, kemudian masuk kedalam pipa (tube) dan akan keluar pada bagian

atas, sedangkap uap akan masuk pada bagian tengah kondensor dan akan keluar

sebgai kondensat pada bagian bawah.

2. Type Vertical condenser, Pada jenis kondensor ini, tempat masuknya air pendingin

melalui bagian bawah dan akan mengalir di dalam pipa selanjutnya akan keluar pada

bagian atas kondensor, sedangkan steam akan masuk pada bagian atas dan air

kondesat akan keluar pada bagian bawah.

- Direct Contact Condenser

Cara kerja dari kondensor jenis ini yaitu proses kondensasi dilakukan dengan cara

mencampurkan air pendingin dan uap secara langsung. Jenis dari kondensor ini

disebut spray condenser, pada alat ini proses pencampuran dilakukan dengan

menyemprotkan air pendingin ke arah uap. Sehingga steam akan menempel pada

butiran-butiran air pendingin tersebut dan akan mengalami kontak temperatur,

selanjutnya uap akan terkondensasi dan tercampur dengan air pendingin yang

mendekati fase saturated (basah). Perlu kita ketahui, bahwa setiap industri terkadang

memiliki cara kerja pertukaran panas yang berbeda-beda, misalnya saja pada industri

migas, fraksi yang panas akan mengalir melalui pipa sedangkan minyak mentah

(dingin) akan mengalir diluar pipa. Hal ini dikarenakan fraksi yang mengalir di dalam

pipa merupakan hasil yang telah diolah pada menara destilasi sehingga memiliki

temperatur yang panas, panas dari fraksi inilah yang dimanfaatkan untuk memanaskan

miyak mentah yang akan dimasukkan kedalam kolom destilasi.

2.    Chiller

Chiller  merupakan sebuah mesin yang memindahkan panas dari suatu cairan melalui

kerja suatu kompressi uap ataupun siklus refrigerasi absorpsi, cairan ini kemudian dapat

diedarkan melalui penukar panas ke udara dingin atau peralatan lain yang memerlukan.

Prinsip kerja pada sebuah pipa yang ada pipa lain didalamnya, berfungsi untuk

mengalirkan air pada pipa besar sedangkan pipa didalamnya berfungsi mengalirkan udara

atau refrigeran. Kalor dari air ditarik ke refrigeran sehingga setelah melewati Heat exchanger

menyebabkan air didalamnya menjadi semakin dingin. Air yang sudah menjadi dingin

tersebut lalu diteruskan mengalir ke AHU (Air Handling Unit) yang berfungsi untuk

menjadikan udara menjadi dingin.

Jenis chiller didasarkan pada jenis cara pendinginan kondensornya :

- Air Cooled Chiller, yaitu chiller yang menggunakan udara sebagai media pendingin

kondensernya. Contoh Air Cooled Chiller

- Water Cooled Chiller, yaitu chiller yang menggunakan air sebagai media pendingin

kondensernya. Contoh Water Cooled Chiller

Jenis chiller didasarkan pada jenis kompressornya :

- Reciprocating, yaitu menggunakan piston yang bergerak maju mundur untuk

melakukan kompressi.

- Screw, compressor jenis screw memiliki dua buah rotor, tekanan hasil kompressi

terjadi ketika gas melewati rotor tersebut sehingga tertekan.

- Centrifugal, yaitu tekanan hasil kompressi yang terjadi akibat adanya gaya sentrifugal.

3.    Reboiler

Reboiler merupakan alat penukar panas yang disertai dengan adanya perubahan fasa.

Dimana terjadi perubahan fasa cair menjadi uap. Pada proses industri reboiler umumnya

berhubungan dengan menara distilasi. Alat ini berfungsi untuk mendidihkan cairan di bagian

bawah kolom dan menyuplai panas ke dalam kolom distilasi. Media pemanasnya bisa berupa

steam atau air panas. Type reboiler dapat diklasifikasikan berdasarkan sirkulasi dan posisi

reboiler. Aliran reboiler dapat disirkulasikan secara alami dengan head yang cukup.

Thermosiphon reboiler merupakan reboiler dimana terjadi sirkulasi fluida yang akan

dididihkan dan diuapkan dengan proses sirkulasi alamiah (natural circulation).

Sedangkan Forced Circulation Reboiler adalah reboiler yang sirkulasi fluida terjadi akibar

adanya pompa sirkulasi sehingga menghasilkan sirkulasi paksaan (forced circulation).

Prinsip kerja zat cair dari kolom distilasi memasuki unit bagian reboiler dan

sebagian diuapkan di dalam tabung yang dipanaskan oleh steam. Karena densitasnya lebiah

rendah, campuran uap dan cairan itu naik dan menarik lebih banyak lagi zat cair. Umpan zat

cair dan uap itu keluar melaui puncak tabung dengan kecepatan tinggi, keduanya lalu

dipisahkan satu sama lain dan zat cairnya didaur ulang. Di dalam reboiler dihasilkan sejumlah

uap sebagai umpan untuk menara distilasi. Uap yang dihasilkan akan naik ke bagian atas

menara distilasi berkontak dengan aliran cairan yang turun dari tray, uap ini dihasilkan dari

cairan di tray terbawah yang dididihkan di dalam reboiler. Cairan hanya sebagian saja yang

diuapkan, sebagian disirkulasi di dalam reboiler dan sisanya dibuang dari sistem sebagai

produk bawah menara distilasi. Residence time cairan di dalam bagian bawah menara

distilasi berkisar 5-10 menit.

4.    Cooler

Cooler adalah suatu alat yang berfungsi untuk mencegah terjadinya over heating

(panas berlebihan) dengan cara mendinginkan suatu fraksi panas dengan menggunakan media

cairan dingin sehingga akan terjadi perpindahan panas dari fluida yang panas ke media

pendingin tanpa adanya perubahan suhu. Alat pendingin biasanya menggunakan media air,

dalam prosesnya air pendingin tidak mengalami kontak langsung dengan fraksi panas

tersebut, karena fraksi panas mengalir di dalam pipa sedangkan air pendingin berada di luar

pipa.

Prinsip kerja cooler adalah menarik udara segar dari luar, kemudian menyaring dan

mendinginkannya dengan menggunakan CEL PAD sebagai Filter. Sehingga debu dan udara

panas dari dalam ruangan akan terdorong keluar. Dengan menggunakan sistem ini maka akan

terjadi pertukaran udara dari luar ke dalam ruangan, penurunan suhu dan peningkatan jumlah

O2 dalam waktu yang sama.

- Sheel dan Tube Cooler 

Pada cooler jenis ini, proses pendinginan fraksi dilakukan dengan cara mengalirkan

fraksi panas melalui pipa, sedangkan air pendingin dialirkan melalui shell sehingga

akan mengalami kontak langsung dengan dengan permukaan pipa yang berisi fraksi

panas dan panas dari fraksi tersebut akan diserap oleh aliran air.

- Box Cooler

Jenis cooler ini sangat efisien karena prosesnya yang cukup mudah, di dalam alat ini

terdapat coil (sejenis pipa tetapi memiliki banyak lubang-lubang kecil) yang

digunakan untuk mengalirkan fluida panas, sedangkan air pendingin akan mengisi

box cooler dan menutupi coil tersebut, maka akan terjadi penyerapan panas oleh air

pendingin, sehingga fraksi yang keluar dari box cooler telah sesuai dengan panas yang

diinginkan.

5.   Heater

Heater merupakan alat penukar kalor yang bertujuan memanaskan (menaikkan suhu)

suatu fluida proses dengan menggunakan media pemanas. Media pemanas yang biasa

digunakan antara lain uap atau fluida panas lain.

Prinsip kerja heater adalah menggunakan prinsip termodinamika biasa, yaitu

menggunakan panas kemudian dialirkan ke wilayah bertemperatur rendah agar menjadi lebih

hangat. Perpindahan panas tersebut terjadi secara spontan, yang kita butuhkan hanyalah panas

untuk dipindahkan ke temperatur yang lebih tinggi.

6.   Steam Generator

Steam Generator sering disebut sebagai ketel uap dimana terjadi pembentukan uap

dalam unit pembangkit. Panas hasil pembakaran bahan bakar dalam ketel dipindahkan

dengan cara konveksi, konduksi dan radiasi.

Prinsip kerja Gas buang dari turbin gas yang temperaturnya masih tinggi (sekitar 550 0C) dialirkan masuk ke HRSG untuk memanaskan air didalam pipa-pipa pemanas, kemudian gas buang ini dibuang ke atmosfir melalui cerobong dengan temperatur yang sudah rendah (sekitar 130 0C). Air didalam pipa-pipa yang berasal dari drum sebagian berubah menjadi uap karena pemanasan tersebut. Campuran air dan uap ini selanjutnya masuk kembali ke dalam drum.  Di dalam drum, uap dipisahkan dari air menggunakan separator. Uap yang terkumpul kemudian diarahkan untuk memutar turbin uap, sedangkan air nya dikembalikan kedalam drum untuk disirkulasikan lagi kedalam pipa-pipa pemanas bersama dengan air pengisi yang baru. Demikian proses ini terjadi berulang-ulang selama HRSG beroperasi.  Agar dapat memproduksi uap yang banyak dalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panasnya dilakukan dengan aliran berlawanan atau cross flow, dan sirkulasi airnya harus cepat. Pada prinsip Heat Recovery Steam Generator dan boiler adalah sama, yaitu suatu peralatan pemindah panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas. Perbedaan utama terletak pada sumber panas yang digunakan dan susunan pipa pemanasnya.

Berdasarkan sumber panasnya, steam generator dibagi 2 macam, yaitu :

- Steam generator tipe pipa air

Tipe ini, fluida yang berada di dalam pipa adalah air ketel, sedangkan pemanas

(berupa nyala api dan gas asap) berada di luar pipa. Hasilnya berupa uap dengan

tekanan tinggi.

- Steam generator tipe pipa api

Tipe ini, fluida yang berada di dalam pipa adalah nyala api, sedangkan air yang akan

diuapkan berada di luar pipa dalam bejana khususpemanas (berupa nyala api dan gas

asap) berada di luar pipa.

7.   WHB (Waste Heat Boiler)

WHB adalah alat penukar panas sejenis dengan ketel uap tetapi memiliki perbedaan

pada sumber panas yang digunakan. Sumber panas pada ketel uap yaitu hasil pembakaran

bahan bakar sedangkan sumber panas pada WHB yaitu memanfaatkan panas dari gas asap

pembakaran atau cairan panas yang diperoleh dari reaksi kimia.

8.  Superheater

Superheater adalah alat penukar panas jenis ini digunakan untuk mengubah uap

basah (saturated steam) pada steam generator (ketel uap) menjadi uap kering (superheated

steam).

Prinsip kerja Super Heater yaitu pada saat pemanasan, api harus diatur sehingga suhu

dari pipa Super Heater tidak melebihi batas keamanan yang diizinkan. Suhu dari logam pipa

pada waktu pemanasan ketel biasanya dijaga supaya berada di bawah suhu pipa pada saat

ketel berada pada kapasitas penuh. Hal ini dapat dilaksanakan dengan mengatur waktu dari

saat pemanasan sampai saat tekanan kerja tercapai, dengan maksud untuk membatasi suhu

gas masuk ke superheater pada ±5000C untuk superheater dengan pipa baja biasa.

Superheater yang tdak dilengkapi dengan pembuangan atau drain akan selalu menympan air

condensate apda saat pembakaran dihentikan. Makin banyak condensate yang terkulmpul

disitu, makin banyak pula panas yang dibutuhkan untuk mendidihkan air dalam pipa

superheater, supaya pipa superheater bebar dari air. Pada saat pemanasan pertama, biasanya

membutuhkan waktu yang lama untuk membersihkan pipa superheater dari air, karena

banyak air yang terjebak di pipa superheater sesudah diadakan hydrostatis test.

9.  Evaporator

Evaporator merupakan suatu alat yang memiliki fungsi untuk mengubah keseluruhan

atau sebagian suatu pelarut dari sebuah larutan berbentuk cair menjadi uap sehingga hanya

menyisakan larutan yang lebih padat atau kental, proses yang terjadi di dalam evaporator

disebut dengan evaporasi. Pada dunia industri, manfaat dari alat ini ialah untuk pengentalan

awal cairan sebelum diolah lebih lanjut, pengurangan volume cairan dan untuk menurunkan

aktivitas air. Evaporator memiliki dua prinsip dasar yaitu untuk menukar panas dan untuk

memisahkan uap air yang terlarut dalam cairan.

Prinsip kerja dengan penambahan kalor atau panas untuk memekatkan suatu larutan

yang terdiri dari zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang memiliki

titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang lebih pekat serta memiliki

konsentrasi yang tinggi.

Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-

zatnya.

Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan.

Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal.

Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah menguap (misalnya: gula)akan

tergantung tekanan dan kadar zattersebut.

Beda titik didih larutan dan titik didih cairan murni disebut Kenaikan titik didih

(boiling)

10.  Vaporizer

Vaporizer digunakan untuk menguapkan cairan. Uap yang dihasilkan digunakan

untuk proses kimia, bukan sebagai sumber panas seperti halnya steam dan menggunakan

elemen pemanas listrik.

Prinsip kerja cairan diumpankan ke dalam vaporizer kemudian dipanaskan dengan

suatu media pemanas (umpan tidak kontak langsung dengan media pemanas). Biasanya tidak

semua umpan dapat teruapkan dengan sempurna. Produk yang dihasilkan (uap dan cairan)

dipisahkan dalam suatu tangki pemisah. Uap yang dihasilkan kemudian digunakan untuk

proses selanjutnya, cairan yang tidak menguap di recycle kembali.

11.  Ekonomizer

Ekonomizer disebut juga pemanas air pengisi ketel uap digunakan untuk menaikkan

suhu air sebelum air masuk ke dalam ketel uap. Tujuannya untuk meringankan beban ketel.

Prinsip kerja economizer berfungsi untuk efisiensi panas dan bahan bakar, dengan

menaikkan suhu boiler feed water sebelum masuk steam drum, sehingga panas yang

dibutuhkan air untuk berubah fasa lebih sedikit. Flue gas panas akan dilewatkan melalui pipa

pipa yang berisi boiler feed water, hingga panas flue gas akan ditransfer melalui pipa ke air

boiler.

REFERENSI

http://id.wikipedia.org/wiki/Penukar_panas

http://irbmevonnovembri.blogspot.com/2011/08/heatexchangeralatpenukarpanas.html

http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html

http://www.prosesindustri.com/2015/01/cooler-atau-alat-pendingin-pada.html

http://www.prosesindustri.com/2015/01/kondensor-dan-prinsip-kerjanya.html

http://novita-elyanti.blogspot.com/2011/01/exchanger-spesifikasi-peralatan.html

http://rofimoch.blogspot.com/2013/04/makalah-alat-penukar-kalor.html

http://www.heater.co.id/cara-kerja-heater/

http://rakhman.net/2013/03/heat-recovery-steam-generator-hrsg.html