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.

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.

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 1100^oC.
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.

• 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 180^o 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.

2. Heat Exchanger Tipe Multipass

Jika pada sebuah desain heat exchanger membutuhkan panjang lintasan fluida yang teramat panjang, kecepatan aliran yang terlalu kecil, ataupun efektifitas perpindahan panas yang rendah, maka dipergunakan heat exchanger tipe multipass atau bisa juga dengan menggunakan beberapa heat exchanger tipe singlepass yang disusun secara seri. Salah satu keuntungan dari tipe multipass adalah dengan meningkatnya nilai efisiensi perpindahan panas lebih dari tipe singlepass, namun memiliki kerugian yakni meningkatnya pressure drop.

• Multipass Crossflow Exchanger. Heat exchanger tipe ini menyederhanakan desain seri atau paralel dari beberapa heat exchanger menjadi lebih compact dan tidak memakan banyak ruang. Tersusun atas dua atau lebih fluida kerja yang mengalir dengan arah aliran yang saling tegak lurus. Untuk lebih memahami konsep heat exchanger mari kita perhatikan gambar berikut.

Multipass Shell & Tube Exchanger. Heat exchanger tipe shell & tube yang memiliki lintasan tube lebih dari satu kali maka ia termasuk ke dalam tipe multipass. Secara umum ada tiga bentuk desain shell & tube heat exchanger yang dikenal, yaitu:

a. Parallel Counter Flow Exchanger. Tipe ini dapat menggunakan dua aliran tube atau bahkan lebih. Desain aliran fluida pada sisi shell berkelak-kelok untuk meningkatkan efisiensi perpidahan panas.

b. Parallel Split-Flow Exchanger. Tipe ini memecah aliran fluida yang mengalir pada sisi shell menjadi dua arah yang berbeda namun tetap keluar melalui sisi outlet yang sama.

Devided Flow Exchanger. Fluida sisi shell pada heat exchanger tipe ini mengalir masuk melalui satu inlet, namun keluar melalui dua sisi outlet yang berbeda.

• Multipass Plate Exchanger. Heat exchanger plate tipe multipass sangat banyak digunakan pada dunia industri. Jumlah lapisan plat menentukan jumlah jalur aliran yang digunakan. Semakin banyak jumlah plat, maka akan semakin banyak jalur aliran fluida, sehingga efektifitas perpindahan panas pun ikut meningkat. Selain itu pula tipe ini tidak membutuhkan ruang yang besar untuk penggunaan plat yang berlapis-lapis.

Artikel-Teknologi.com didukung oleh Pusat Pakaian Dalam