Heat Exchanger (1)

PENGERTIAN

Heat Exchanger jika di artikan dalam bahasa Indonesia yatu alat penukar panas. Namun jika diartikan dalam bahasa ilmiah heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentrasfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel pada dengan fluida, pada suhu yang berbeda dengan terjadi kontak termal. Atau dengan kata lain heat exchanger ini dapat berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pasteurisasi, pemisahan campuran, distilasi (pemurnian/ekstraksi), pembentukkan konsentrat, kristalisasi, atau dapat juga mengontrol proses fluida.

Salah satu bagian terpenting dari heat exchanger adalah permukaan kontak panas. Semakin luas bidang kontak yang dimiliki heat exchanger tersebut, maka semakin tinggi nilai efisiensi perpindahan panas tersebut. Ada satu komponen tambahan lain yang dapat meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini yaitu komponen sirip (baffle).

MEKANISME PERPINDAHAN PANAS

Terdapat tiga cara dalam hal perpindahan panas dari sumber ke penerima, yaitu :

1) 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. Jumlah aliran panas ini dapat ditentukan dengan persamaan :

              dQ=k.A(dt/dx)

2)   Perpindahan Panas Secara Konveksi

     Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik. Dalam hal ini, perpindahan panas terjadi akibat adanya gerakan fluida. Fluida dingin yang dekat dengan permukaan panas akan menerima panas dimana panas tersebut mempengaruhi fluida melalui suatu pencampuran.

Seperti halnya pada perpindahan panas secara konduksi, persamaan perpindahan  panas secara konveksi jugu berbentuk sebagai berikut :

                 dQ = h.A.dt  

 3)     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.

Berdasarkan hukum kedua dari Thermodinamika Boltzman, ditetapkan bahwa laju sumber itu akan memancarkan panas adalah :

                 dQ = e . dA . T ⁴ 

MACAM-MACAM HEAT EXCHANGER Berdasarkan Proses Transfer Panas

1)      Heat Exchanger Tipe Kontak Tak Langsung

Tipe ini melibatkan fluida yang saling bertukar panas dengan adanya lapisan dinding yang memisahkan fluida-fluida tersebut. Sehingga pada heat exchanger ini tidak terjadi kontak langsung antar fluida. Heat exchanger ini dibagi menjadi beberapa jenis:

a) Heat Exchanger Tipe Direct-Transfer

Pada HE tipe ini, fluida mengalir terus menerus melewati diding pemisah tanpa berhenti sama sekali. Tipe HE ini sering disebut juga Heat Exchanger Recuperator.

b) Storage Type Exchanger

Pada tipe HE ini memindahkan panas dari fluida panas ke fluida dingin secara bertahap (intermittent) melalui dinding pemisah. Jadi aliran fluida ini tidak terus menerus mengalir, ada penyimpanan sesaat sehingga ada proses penyimpanan sesaat energi panas pada dinding pemisah tersebut. Tipe ini disebut juga Regenerative Heat Exchanger

c) Fluidized-Bed Heat Exchanger
 Tipe HE ini menggunakan sebuah komponen solid yang berfungsi sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida panas yang melewatinya. Fluida panas yang melewati bagian ini akan terhalang alirannya sehingga kecepatan aliran fluida panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di dalamnya dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida dingin mengalir melalui saluran pipa-pipa yang dialirkan melewati padatan penyimpanan panas tersebut dan secara bertahap panas yang terkandung didalamnya ditransfer ke fluida dingin.

 Fluidized-Bed Heat Exchanger

2)      Heat Exchanger Tipe Kontak Langsung

Tipe kontak langsung ini terjadi perpindahan panas antara satu atau lebih fluida dengan diikuti pencampuran sejumlah massa dari fluida-fluida tersebut. Perpindahan panas ini biasanya diikuti dengan terjadinya perubahan fase dari salah satu atau lebih fluida kerja tersebut. Terjadinya perubahan fase ini menandakan adanya perpindahan energi  panas yang cukup besar.  Perubahan fase tersebut juga meningkatkan kecepatan perpindahan panas yang terjadi.

Macam-macam dari heat exchanger tipe ini antara lain. 
a) Immiscible Fluid Exchanger

Tipe ini melibatkan dua fluida dari jenis berbeda untuk dicampurkan sehingga terjadi perpindahan panas yang diinginkan. Proses yang terjadi kadang tidak akan mempengaruhi fase dari fluida, namun bisa juga diikuti dengan proses kondensasi mauoun evaporasi. Salah satu penggunaan HE ini adalah sebuah alat pembangkit listrik tenaga surya.

Penggunaan Immiscible Fluid Exchangers Pada Sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Surya

b)  Gas Liquid Exchanger

Pada tipe ini terdapat dua fluida kerja dengan fase yang berbeda yaitucair dan gas. Umumnya fluida kerja tersebut adalah air dan udara. Salah satu aplikasi umum dari HE ini adalah pada cooling tower tipe basah. Cooling tower biasa digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap yang terletak jauh dari sumber air. Udara bekerja sebagai media  pendingin, sedankan air bekerja sebagai media yang didinginkan. Air disemprotkan ke dalam cooling tower sehingga terjadi pencampuran antara keduanya diikuti dengan perpindahan panas. Sebagian air akan terkondensasi sehingga terkumpul di sisi bawah cooing tower, sedangkan sebagian yang lain akan menjadi uap dan ikut terbawa udara ke atmosfer.

  Wet Cooling Tower Termasuk ke Dalam Heat Exchanger Tipe Direct-Contact

c)      Liquid-Vapour Exchanger

Perpindahan panas yang terjadi antara dua fluida berbeda fase yaitu uap air dengan air, yang juga diikuti pencampuran sejumlah massa antara keduanya, termasuk sejumlah massa antara keduanya, termasuk ke dalam Heat Exchanger tipe kontak langsung. HE tipe ini berfungsi untuk menurunkan temperatur uap air dengan jalan menyemprotkan sejumlah air ke dalam aliran uap air tersebut (disebut desuperheater spray pada posisi boiler). Sellain itu juga berfungsi menignkatkan temperatur air dengan mencampurkan uap air ke sebuah aliran air yang terjadi pada bagian daerator Siklus Pembangkit Listrik Tenaga Uap.