HEAT EXCHANGER (Alat Penukar Panas)

1.         ALAT PENUKAR PANAS

Menurut Sitompul (1993), peralatan penukar panas adalah suatu peralatan di mana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Klasifikasi peralatan penukar panas didasarkan pada :

a.       Proses perpindahan panas

b.      Jumlah fluida yang mengalir

c.       Kompak tidaknya luas permukaan

d.      Mekanisme perpindahan panas

e.       Konstruksi

f.       Tipe pelat

g.      Pengaturan aliran

2.         KLASIFIKASI ALAT PENUKAR PANAS

1.    Condenser

Condenser merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan fluida sampai terjadi perubahan fase dari fase uap menjadi fase cair. Media pendingin yang dipakai biasanya air sungai atau air laut dengan suhu udara luar (Sitompul, 1993).

2.    Chiller

Chiller  merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan (menurunkan suhu) cairan atau gas pada temperatur yang sangat rendah. Temperatur pendingin di dalam chiller jauh lebih rendah dibandingkan dengan pendinginan yang dilakukan oleh pendingin air. Media pendingin yang digunakan antara lain freon (Sitompul, 1993).

3.    Reboiler

Reboiler merupakan alat penukar panas yang bertujuan untuk mendidihkan kembali serta meenguapkan sebagian cairan yang diproses. Media pemanas yang digunakan antara lain uap (steam) dan minyak (oil). Alat penukar panas ini digunakan pada peralatan distilasi (Sitompul, 1993).

4.    Cooler

Cooler adalah alat penukar panas yang digunakan untuk mendinginkan (menurunkan suhu) cairan atau gas dengan menggunakan air sebagai media pendingin. Dengan perkembangan teknologi saat ini, media pendingin cooler menggunakan udara dengan bantuan kipas (fan) (Sitompul, 1993).

5.    Heat Exchanger

Heat Exchanger (HE) adalah alat penukar panas yang bertujuan memanfaatkan panas suatu aliran fluida untuk pemanasan aliran fluida yang lain. Dalam hal ini terjadi 2 fungsi sekaligus yaitu :

·         Memanaskan fluida yang dingin

·         Mendinginkan fluida yang panas (Sitompul, 1993).

6.   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 (Sitompul, 1993).

7.   Thermosiphon dan Forced Circulation Reboiler

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) (Sitompul, 1993).

8.   Steam Generator

Alat ini 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. 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 (Sitompul, 1993).

9.   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 (Sitompul, 1993).

10.  Superheater

Alat penukar panas jenis ini digunakan untuk mengubah uap basah (saturated steam) pada steam generator (ketel uap) menjadi uap kering (superheated steam) (Sitompul, 1993).

11.  Evaporator

Evaporator adalah alat penukar panas yang digunakan untuk menguapkan cairan yang ada pada larutan sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat (mother liquor) (Sitompul, 1993).

12.  Vaporizer

Alat penukar panas ini digunakan untuk menguapkan suatu cairan sehingga fasenya berubah dari cair menjadi gas (Sitompul, 1993).

13.  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 (Sitompul, 1993).

3.        ALAT PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE

Menurut Sitompul (1993), alat penukar panas tipe shell and tube merupakan salah satu jenis alat penukar panas berdasarkan konstruksinya. Tipe shell and tube sering digunakan dalam industri karena memiliki kelebihan bila dibandingkan dengan tipe lainnya, antara lain :

·      Konfigurasi yang dibuat dapat memberikan luas permukaan yang besar (> 200 ft²) dengan volume yang kecil.

·      Mempunyai lay-out mekanik yang baik dan bentuknya cukup baik untuk operasi bertekanan.

·      Menggunakan teknik fabrikasi yang sudah mapan.

·      Dapat dibuat dari berbagai material.

·      Mudah dibersihkan dan konstruksinya sederhana

4 .        JUMLAH LINTASAN PADA ALAT PENUKAR PANAS SHELL AND TUBE

Menurut Walas (1990) dan Sitompul (1993), pada alat penukar panas tipe shell and tube terdapat 2 jenis lintasan yaitu :

·      Shell pass (lintasan shell)

Merupakan lintasan yang dilakukan oleh fluida sejak masuk mulai saluran masuk (inlet nozzle) melewati bagian dalam shell dan mengelilingi tube, keluar dari saluran buang (outlet nozzle) sehingga lintasan ini disebut 1 lintasan shell atau 1 pass shell.

·      Tube pass (lintasan tube)

Merupakan lintasan yang dilakukan oleh fluida masuk ke dalam penukar kalor melalui salah satu ujung (front head) lalu mengalir ke dalam tube dan langsung ke luar dari ujung yang lain sehingga disebut 1 pass tube. Apabila fluida tersebut membelok lagi masuk ke dalam tube sehingga terjadi 2 kali lintasan dalam tube maka disebut 2 pass tube. Di bawah ini contoh lintasan dalam alat penukar panas tipe shell and tube yaitu:

Gambar 1 Lintasan Pada Alat Penukar Panas Tipe shell and tube­ : (a) 1-2 pass; (b) 2-4 pass; (c) 3-6 pass; (d) 4-8 pass   

5 .        KELAYAKAN ALAT PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE

Suatu alat penukar panas yang telah dirancang perlu diuji kelayakannya untuk mengetahui kinerja alat tersebut dalam melakukan proses perpindahan panas. Menurut Kern (1965), untuk menentukan kelayakan suatu alat penukar panas (heat axchanger) dapat dilakukan melalui 2 macam besaran yang perlu ditentukan yaitu :

·      Faktor kekotoran (Rd)

Semakin besar harga Rd hasil kalkulasi dari harga Rd yang dibutuhkan maka alat penukar panas dapat dikatakan layak digunakan apabila telah dilakukan service sehingga alat penukar panas perlu dibersihkan dan diservis. Apabila harga Rd hasil kalkulasi lebih kecil dari harga Rd yang dibutuhkan maka alat penukar panas dapat dikatakan tidak layak digunakan.

·      Pressure drop (∆P)

Kelayakan alat penukar panas baik apabila memiliki harga ∆P untuk gas sebesar < 2 psia dan untuk cair sebesar < 10 psia.