Macam-macam Heat Exchanger: Alat Penukar Panas (Bagian 4)

(Lanjutan dari artikel sebelumnya.)

3. Heat Exchanger Dengan Sirip (Extended Surface)

Satu kelemahan dari heat exchanger tipe tubular dan plat adalah koefisien perpindahan panas yang relatif rendah, yakni hanya mampu mencapai maksimal 60%. Hal ini dikarenakan angka perbandingan luas permukaan perpindahan panas tiap satuan volume yang rendah, yaitu kurang dari 700 m²/m³. Sehingga salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas adalah dengan jalan meningkatkan luas permukaan perpindahan panas, yakni dengan menggunakan sirip. Prinsip dasarnya adalah, (1) dengan adanya sirip ini maka permukaan kontak terjadinya perpindahan panas semakin luas sehingga meningkatkan efisiensi perpindahan panas; (2) pada fluida mengalir, dengan adanya sirip ini maka aliran fluida akan sedikit terhambat sehingga didapatkan waktu untuk transfer panas yang lebih lama dan efektif. Berikut adalah dua macam desain heat exchanger dengan sirip:

a. Heat Exchanger Plat Dengan Sirip.

Heat exchanger tipe ini merupakan modifikasi dari heat exchanger tipe plat yang diberi tambahan sirip. Prinsip desainnya adalah penggunaan sirip yang berbentuk segitiga ataupun kotak yang dipasangkan di antara dua plat paralel.

Salah satu aplikasi heat exchanger plat dengan sirip dapat kita lihat pada gambar di atas, yakni sebuah heat exchanger yang berfungsi untuk merubah gas refrigerant agar kembali ke fase cair dengan media pendingin udara. Pada kondensor ini ada dua bentuk sirip, yang pertama berukuran kecil dan terpasang memanjang sejajar dengan panjang plat. Sisi tersebut menjadi jalur aliran fluida refrigerant. Sirip yang kedua berukuran lebih besar berbentuk segitiga dan terpasang di antara dua plat yang mengalirkan refrigerant. Udara sebagai fluida pendingin mengalir melewati sirip-sirip segitiga tersebut dan menciptakan aliran yang tegak lurus (cross-flow) dengan aliran refrigerant.

b. Heat Exchanger Tubular Dengan Sirip.

Perluasan permukaan juga dapat diaplikasikan ke pipa tubing heat exchanger. Sirip tersebut dapat terletak pada sisi luar ataupun dalam tubing dengan berbagai bentuk desain yang disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk sirip eksternal ada yang didesain secara individual untuk tiap-tiap tubing, dan dapat pula yang secara bersamaan untuk beberapa tube. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan gambar-gambar berikut.

Heat exchanger dengan tubing bersirip ini digunakan jika salah satu fluida memiliki tekanan kerja dan temperatur yang lebih tinggi daripada fluida kerja yang lainnya. Sehingga dengan adanya sirip tersebut terjadi perpindahan panas yang efisien. Aplikasi tubing dengan sirip ini digunakan seperti pada kondensor dan evaporator pada mesin pendingin (air conditioning), kondensor pada pembangkit listrik tenaga uap, pendingin oli pada pembangkit listrik, dan lain sebagainya.

4. Regenerator

Seperti yang telah saya singgung pada artikel sebelumnya, regenerator adalah salah satu desain heat exchanger dengan sistem storage, yang berarti energi panas yang berasal dari fluida pertama tersimpan sementara sebelum panas tersebut ditransfer ke fluida kedua. Sebagai komponen utamanya, regenerator tersusun atas elemen-elemen penyimpan panas yang biasa disebut dengan matriks.

Regenerator memiliki beberapa kelebihan, yaitu:

• Desain matriks yang compact dibandingkan dengan tipe recuperator, menjadikan tipe ini memiliki volume desain yang lebih kecil, harga yang lebih murah, serta perpindahan panas yang lebih efisien.
• Pressure drop fluida yang mengalir melalui matriks heat exchanger regenerator, relatif rendah.
• Desain heat exchanger ini lebih simpel dalam hal pendistribusian fluida kerja agar dapat mengalir secara merata di semua sisi matriks.
• Sangat cocok digunakan untuk fluida gas-gas dengan efisiensi perpindahan panas yang dapat mencapai 85%.

Di sisi lain regenerator juga memiliki kelemahan, salah satunya adalah penggunaannya yang terbatas hanya untuk fluida gas, fluida berfase cair ataupun transisi cair-gas tidak memungkinkan menggunakan regenator. Kelemahan lainnya adalah adanya kemungkinan tercampurnya dua fluida gas, hal ini terjadi pada regenerator tipe rotari terutama pada area radial seal.

Regenerator terbagi menjadi dua jenis yaitu:

1. Regenerator tipe rotari. Regenerator tipe ini menggunakan matriks yang tersusun membentuk lingkaran dan berfungsi sebagai rotor dari regenerator. Rotor tersebut berputar dengan kecepatan tertentu. Aliran dua atau lebih fluida dipisahkan oleh sistem radial seal. Gas panas melewati matriks untuk diserap panas yang dikandung di dalamnya. Selanjutnya karena gerakan berputar dari rotor tersebut maka matriks yang sudah menyerap panas akan dialiri oleh gas dingin sehingga panas tersebut diserap olehnya.

2. Regenerator tipe fiks. Regenator tipe ini menggunakan matriks yang diam dan melibatkan katup (valve) yang berfungsi untuk mengatur aliran fluida gas. Heat exchanger ini membutuhkan minimal dua matriks yang terusun paralel. Gas panas masuk ke matriks satu sedangkan gas dingin masuk ke matriks dua, keduanya biasanya memiliki arah masuk matriks yang berlawanan (counterflow). Setelah interval waktu tertentu, katup-katup bekerja untuk merubah arah aliran fluida, sehingga gas panas masuk ke matriks dua dan gas dingin masuk ke matriks satu. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan gambar di bawah ini.

Sumber dan eBook Gratis:
  Classification of Heat Exchanger

(Bersambung ke artikel selanjutnya)

Artikel-Teknologi.com didukung oleh Pusat Pakaian Dalam