Heat Exchanger: Pengertian, Fungsi, Jenis, Prinsip Kerja dan Penerapannya

Heat exchanger, atau bisa disebut sebagai alat penukar panas merupakan alat yang berfungsi untuk memindahkan panas antar 2 fluida dengan suhu yang berbeda. Di antara kedua fluida tersebut ada yang berperan sebagai fluida panas dan juga sebagai fluida dingin. Fluida sendiri merupakan segala sesuatu yang bisa mengalir baik itu bersifat cair maupun gas.

Penerapan dari heat exchanger sendiri sudah digunakan secara luas. Beberapa contoh penerapannya adalah untuk pendinginan, sistem pemanas dan pendingin udara, water heater, pembangkit listrik, sistem pemrosesan bahan kimia, pemrosesan makanan, unit pemulihan panas limbah, dan masih banyak lagi.

heat exchanger adalah
Ilustrasi gambar heat exchanger

Jika anda sedang ingin mempelajari tentang heat exchanger, maka ini saat yang tepat. Pada artikel kali ini kita akan mengulas mengenai heat exchanger mulai dari jenis, prinsip kerja, dan penerapannya. Oleh karena itu, simaklah pembahasan di bawah.

Jenis Heat Exchanger dan Prinsip Kerjanya

Pada dasarnya, prinsip kerja heat exchanger disandarkan pada hukum termodinamika 2 yang berbunyi: “Perpindahan panas terjadi secara spontan (alami) dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah, namun tidak bisa mengalir secara spontan pada arah sebaliknya”.

Fungsi semua heat exchanger pun semuanya sama, yaitu untuk mentransfer panas antar 2 fluida. Meskipun begitu, terdapat prinsip kerja yang cukup berbeda di steiap jenis heat exchanger. Berikut ini adalah macam-macam jenis heat exchanger beserta prinsip kerja dan contohnya:

1. Heat Exchanger Shell and Tube

Heat Exchanger Shell and Tube
Gambar Heat Exchanger Shell and Tube

Heat exchanger jenis shell and tube merupakan jenis yang paling banyak digunakan di dunia industri. Heat exchanger ini terdiri dari 2 komponen utama, yaitu casing shell (cangkang) berbentuk bulat besar dan sejumlah tabung yang mengalir di dalamnya. Tabung di dalamnya bisa mengalir dari satu sisi ke sisi yang lain, atau bisa juga bergerak menekuk membentuk huruf U.

Baca Juga:  3 Cara Kerja Sistem Pendingin Pada Mesin Mobil, AC dan Refrigerator

Dua fluida dalam tabung dan di sekeliling shell mengalir dalam 2 arah: Yaitu mengalir dari medium tabung menuju medium shell dan sebaliknya.  Titik inlet dan outlet untuk medium shell disebut sebagai nozzle. Sedangkan titik inlet dan outlet pada medium tabung biasa disebut header depan/belakang.

Pada heat exchanger tipe tube dan shell, medium pendinginnya seperti: air, uap, atau ethanol. Akan lewat melalui tabung di dalam struktur shell nya. Sedangkan medium yang akan didinginkan berada di sekitar tabung di dalam struktur shell.

Dalam banyak kejadian, medium pendingin seperti air masuk dari header belakang untuk pergi keluar dari header depan. Sementara itu media pendingin seperti oli masuk melalui nozzle inlet untuk keluar melalui baffle (alat untuk menahan fluida) di dalam struktur shell. Baffle ini membantu meningkatkan efisiensi dengan menciptakan turbulensi pada alirannya, yang mencegah terciptanya kantung pada medium fluida.

Karena merupakan jenis yang paling banyak digunakan di dunia industri, maka penerapan dari heat exchanger shell and tube juga cukup banyak, berikut adalah contohnya:

  • Penyulingan minyak
  • Pemanasan awal mesin
  • Pendinginan oli
  • Pembangkit uap
  • Vapor recovery unit (pemulihan uap)
  • Industri cat

2. Plate and Frame Heat Exchanger

Plate and Frame Heat Exchanger
Gambar Plate and Frame Heat Exchanger

Heat exchanger plate and frame terdiri atas pelat-pelat tipis tegak lurus untuk membuat saluran paralel. Pelat-pelat nya sendiri terbuat dari titanium atau stainless steel. Fluida panas maupun dingin pada heat exchanger jenis ini mengalir melalui saluran secara bergantian.

Pelat-pelatnya ditumpuk sejajar secara bersamaan, dan biasanya juga ada pelat tambahan pada bagian packingnya untuk meningkatkan kapasitas panas. Aliran fluidanya bisa diatur baik secara paralel maupun berlawanan.

Baca Juga:  4 Fungsi Oli Gardan Bagi Kendaraan Bermotor

Lalu, pelat-pelatnya juga memiliki permukaan yang besar, sehingga pemindahan panas antar 2 fluida bisa dilakukan lebih banyak. Selain itu, rancangannya juga lebih simpel sehingga mudah dibersihkan dan dapat dioperasikan dengan efisiensi tinggi.

Heat exchanger plate and frame bekerja dengan prinsip sederhana dari konduktivitas termal dan hukum termodinamika 2. Meskipun bisa diatur, namun biasanya 2 fluida pada sistem akan mengalir secara berlawanan (counterflow), dengan 1 fluida mengalir dari bawah keatas, dan fluida lain mengalir dari atas ke bawah.

Laju alirannya juga akan dikontrol oleh sistem untuk mencegah dampak buruk dari turbulensi seperti terjadinya erosi. Laju pertukaran panas dan efisiensinya sendiri bergantung pada ukuran dan ketebalan dari pelatnya.

Berikut ini adalah contoh penerapan dari plate and frame heat exchanger:

  • Kriogenik (ilmu yang meneliti material dengan suhu yang sangat rendah)
  • Pemrosesan makanan
  • Pemrosesan bahan kimia
  • Tungku pembakaran

3. Regenerative Heat Exchanger

Regenerative Heat Exchanger
Ilustrasi Regenerative Heat Exchanger

Heat exchanger jenis regenerative bisa berupa matriks yang berputar maupun tetap. Pada tipe ini, panas dipindahkan secara tidak langsung dari satu medium ke yang lain via medium penyimpan panas. Hal itu membuat medium yang sama bisa digunakan baik sebagai medium panas maupun dingin.

Heat exchanger tipe ini hanya digunakan jika 2 medium merupakan campuran yang heterogen atau mempunyai banyak pengotor yang terlarut. Jenis ini umumnya digunakan dalam tungku pembakar.

Sama seperti tipe plate and frame, tipe ini juga memiliki desain yang simpel dan permukaan yang lebih besar untuk memindahkan panas. Keseluruhan komponennya juga mudah dirancang, hemat biaya, serta butuh minim perawatan.

Namun, desainnya yang simple juga membuat heat exchanger ini lebih sulit untuk dikalkulasi, seperti pengkalkulasian jumlah panas yang dipindahkan beserta efisiensinya. Hal itu membuat regenerative heat exchanger kurang populer di kalangan industri yang bekerja dengan margin yang presisi.

Baca Juga:  11 Kelebihan dan Kekurangan Kulkas Polytron Belleza 1 Pintu

Prinsip kerja heat exchanger jenis ini agak berbeda dengan jenis-jenis sebelumnya, karena proses pemindahan panasnya dilakukan secara tidak langsung.

Medium fluida panas dikirimkan sementara menuju penyimpanan panas. Di sana, fluida akan kehilangan sebagian panasnya dan mengeluarkannya ke ruang sekitarnya. Lalu, media akan disterilkan dan diisi dengan medium yang dingin.

Regenerative heat exchanger banyak digunakan pada alat/industri yang memanfaatkan pemulihan limbah panas seperti:

  • Tungku pembakar
  • Pabrik semen
  • Penyulingan minyak
  • Industri makanan dan minuman

4. Double Pipe Heat Exchanger

Double Pipe Heat Exchanger
Gambar Double Pipe Heat Exchanger

Heat exchanger tipe double pipe merupakan jenis dengan desain dan konfigurasi yang paling simpel yang terdiri atas 2 pipa silinder (1 besar dan 1 kecil). Heat exchanger double pipe  bekerja dengan 1 fluida mengalir melalui pipa yang kecil, dan fluida satunya mengalir disekitar pipa kecil di dalam pipa yang besar.Aliran fluida pada sistem juga bisa diatur baik bersamaan maupun berlawanan.

Heat exchanger jenis ini biasanya digunakan untuk alat atau industri yang membutuhkan pendinginan seperti:

  • Freezer industri
  • kriogenik
  • AC
Bagikan Postingan:

Leave a Comment