Macam-macam Heat Exchanger: Alat Penukar Panas (Bagian 5)

(Lanjutan dari artikel sebelumnya.)

E. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk Aliran Fluida
Penentuan desain aliran fluida di dalam sebuah heat exchanger tergantung dari kebutuhan tingkat keefektifan perpindahan panas yang diinginkan, penurunan tekanan yang diijinkan, kecepatan aliran fluida minimum dan maksimum yang diperbolehkan, bentuk aliran fluida, desain bentuk heat exchanger, tegangan termal yang diijinkan, perubahan temperatur yang dibutuhkan, desain sistem perpipaan, serta berbagai pertimbangan yang lain. Sebelum lebih jauh membahas jenis-jenis heat exchanger berdasarkan tipe aliran fluidanya, mari kita pahami tentang adanya tipe aliran multipass pada sebuahheat exchanger.

20130604-015729 PM.jpg

20130604-020012 PM.jpg

Ilustrasi Aliran Fluida Singlepass & Multipass

Fluida yang mengalir di dalam sebuah heat exchanger bisa berupa single-pass atau juga multi-pass. Dikatakan single-pass yakni apabila fluida mengalir hanya satu kali di dalam heat exchanger. Sedangkan dikatakan multi-pass apabila fluida mengalir lebih dari satu kali di dalam sebuah heat exchanger. Dari konsep multi-pass tersebut, berikut adalah beberapa tipe heat exchanger berdasarkan bentuk aliran fluida:

  1. Heat Exchanger Tipe Single-Pass
    • Counterflow Heat Exchanger. Fluida-fluida yang mengalir pada heat exchanger tipe ini berada saling sejajar, akan tetapi memiliki arah yang saling berlawanan. Desain ini menghasilkan efisiensi perpindahan panas yang paling baik diantara jenis heat exchanger yang lain. Hal ini disebabkan karena fluida dingin yang masuk ke dalam exchanger akan bertemu dangan fluida sumber panas yang akan keluar dari exchanger, dimana fluida ini sudah mengalami penurunan panas. Begitu pula pada sisi outlet fluida yang dipanaskan, ia akan dipanaskan oleh fluida sumber panas yang baru saja masuk ke exchanger tersebut. Untuk lebih jelasnya, mari kita perhatikan gambar berikut.

      20130823-122722 AM.jpg

      Skema Counter Flow Heat Exchanger

      20130823-122935 AM.jpg

      Kurva Perubahan Temperatur 2 Fluida Pada Counter Flow Heat Exchanger
      C = Laju kapasitas panas fluida
      T = Temperatur
      Subscribe "h" dan "c" = masing-masing untuk fluida panas dan dingin
      Subscribe "i" dan "o" = masing-masing untuk sisi inlet dan outlet

    • Paralelflow Heat Exchanger. Fluida-fluida kerja pada heat exchanger tipe ini mengalir sejajar dan memiliki arah aliran yang sama antara fluida satu dengan yang lainnya. Fluida-fluida tersebut masuk dan keluar heat exchanger melalui sisi yang sama. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini.

      20130824-123006 AM.jpg

      Skema Paralel Flow Heat Exchanger

      20130824-123144 AM.jpg

      Kurva Perubahan Temperatur 2 Fluida Pada Paralel Flow Heat Exchanger

      Desain aliran fluida yang searah pada heat exchanger tipe ini, menghasilkan tingkat efisiensi perpindahan panas yang buruk di antara semua heat exchanger tipe single-pass. Oleh karena itu tipe ini digunakan pada kondisi-kondisi khusus yakni:

      1. Heat exchanger menggunakan material yang sensitif terhadap temperatur, penggunaan fluida dengan viskositas tinggi, atau temperatur inlet fluida panas yang mencapai 1100oC.
      2. Jika fluida sumber panas akan mencapai titik beku pada saat didinginkan pada heat exchanger.
      3. Dibutuhkan kondisi heat exchanger yang lebih bersih, karena temperatur dinding heat exchanger tipe paralel flow yang lebih dingin dibandingkan dengan tipe yang lain menyebabkan lebih sulitnya terbentuk kerak di dalam elemennya.
      4. Membantu mencapai fase terbentuknya nucleat boiling pada proses pembentukan uap air.
      5. Jika dibutuhkan efisiensi perpindahan panas yang rendah dan laju perpindahan panas yang stabil di sepanjang permukaan elemen heat exchanger.
    • Crossflow Heat Exchanger. Dua fluida yang mengalir di heat exchanger tipe ini memiliki arah yang saling tegak lurus atau bersilangan. Secara termodinamik, tipe ini memiliki efisiensi perpindahan panas yang lebih rendah daripada tipe counterflow tetapi lebih tinggi daripada tipe paralelflow. Perpindahan panas yang paling efisien terjadi pada sudut-sudut aliran. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan gambar-gambar berikut.

      20130824-060146 AM.jpg

      a) Heat exchanger tipe plat.
      b) Heat exchanger tipe serpentine (single tube)

      20130824-060530 AM.jpg

      Distribusi Perpindahan Panas Pada Crossflow Heat Exchanger

    • Split-flow Heat Exchanger. Heat exchanger ini berdesain shell & tube dengan satu fluida yang masuk ke sisi shell melalui bagian tengah lalu mengalir secara longitudinal ke dua arah, berbelok 180o pada ujung-ujung shell dan berkumpul untuk keluar melalui sisi outlet. Fluida yang lain mengalir lurus dan hanya satu arah melintasi sisi tube. Untuk lebih memahami tipe ini, mari kita perhatikan gambar di bawah ini.

      20130827-094637 AM.jpg

      (a) Heat Exchanger Tipe Single-pass Split-Flow
      (b) Distribusi temperatur pada Split-Flow Heat Exchanger

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *