PENUKAR PANAS
4.12. PENUKAR PANAS
4.12.1. Pendahuluan
Penukar panas atau 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.
4.12.2. Tabung dan Selongsong (Shell and Tube)
Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya disusun suatu anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.
Gambar 4.85. Aliran pada alat penukar panas tabung dan selongsong
4.12.3. Jenis Plat
Contoh lainnya adalah penukar panas jenis plat. Alat jenis ini terdiri dari beberapa plat yang disusun dengan rangkaian tertentu, dan fluida yang mengalir diantaranya.
4.12.4. Dasar Teori
1. Pengertian Perpindahan Panas
Alat penukar kalor merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke fluida yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Maksudnya ialah : Alat penukar kalor merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke fluida yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Maksudnya ialah :
b. Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau peralatan jenis lainnya. Misalnya kondensor, ekonomiser air preheater dan lain-lain.
2. Cara-cara Perpindahan Panas
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu tempat ke tempatnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur
antara tempat-tempat tersebut. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara yaitu secara konduksi, konveksi, radiasi. Untuk alat penukar kalor tipe spiral ini lebih ditekankan pada perpindahan panas secara konveksi sehingga pembahasannya tidak menjelaskan tentang perpindahan panas secara konduksi dan radiasi.
Konveksi adalah proses transport energy dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energy dan gerakan mencampur fluida. Perpindahan panas konveksi menurut cara menggerakkan alirannya diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksa. Dikatakan sebagai konveksi bebas (free/ natural convection) apabila gerakan mencampur diakibatkan oleh perbedaan kerapatan massa jenis yang disebabkan oleh gradien suhu, contohnya gerakan yang terlihat pada air yang sedang dipanaskan. Sedangkan apabila gerakan fluida disebabkan kerena adanya energi dari luar seperti pokpa atau kipas maka disebut sebagai konveksi paksa (forced convection), misalnya pendinginan radiator dengan udara yang dihembuskan oleh kipas.
Laju perpindahan panas konveksi antara suatu permukaan dan suatu fluida dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut
Q c =h c .A.dT
Dimana Qc = Laju perpindahan panas dengan cara konveksi (Watt) Hc = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2K)
A = Luas penampang aliran permukaan dan fluida (m2) dT = Perbedaan suhu antara permukaan dan fluida (K)
Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya gerakan mencampur fluida. Sehingga studi perpindahan konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri-ciri aliran fluida.
4.12.5. Pemeriksaan Peralatan Penukar Panas
Pada alat penukar kalor ini, kedua fluida mengalir pada dua jalur yang berbeda dan kedua jalur dipisahkan oleh satu plat. Plat yang digunakan adalah dari bahan tembaga. Hal ini dengan pertimbangan bahan plat dan bahan tembaga mempunyai harga konduktivitas (thermal) yang tinggi sehingga mempunyai kemampuan menghantarkan panas yang baik.
Pemeriksaan dilakukan sebagai berikut : • Melakukan pemeriksaan pada sekat aliran fluida yang terbuat dari tembaga, untuk pemeriksaan kebocoran. • Melakukan pengecekan pada saluran fluida panas dan fluida dingin, jika ada kotoran yang menyumbat harus dibersihkan terlebih dahulu,
sehingga aliran fluida dapat lancar. • Kedua jalur plat ini juga harus diperiksa agar terjadi pertukaran panas antara kedua fluida tersebut agar fluida panas secara optimum akan
mengalami penurunan temperatur sedangkan fluida dingin akan mengalami kenaikan temperatur.
• Pemeriksaan pendahuluan sangat penting dikarenakan perbedaan temperatur fluida pada saat masuk dan keluar alat untuk pengambilan
data menghitung q (laju aliran panas) yang terjadi pada alat penukar kalor, sehingga pemeriksaan pendahuluan sangat penting.
4.12.6. Perawatan Peralatan Penukar Panas
Peralatan penukar panas sederhana terdiri dari :
a. 1 unit Heat Exchanger
1 unit
b. Thermometer Digital
1 buah
c. Stop Watch
1 buah
d. Selang air
Langkah-langkah perawatan sebagai berikut :
a. Buka penuh katup-katup
b. Kemudian tutup penuh katup-katup
c. Dicoba mengalirkan fluida dingin dengan menggunakan katup dan atur debitnya dengan mengatur katup c. Dicoba mengalirkan fluida dingin dengan menggunakan katup dan atur debitnya dengan mengatur katup
e. Perawatan pada aliran searah, apabila bukaan katup semakin dipersempit maka kecepatan pada aliran fluida panas dan fluida dingin akan semakin lambat, sehingga kinerja peralatan dapat optimum.