Shell and tube heat exchanger adalah salah satu jenis heat exchanger atau mesin penukar panas yang paling umum dipakai. Penggunaannya biasa ditemukan di kilang dan pabrik, dengan kelebihan seperti tingkat efisiensi pertukaran panas yang baik.
Artikel ini akan membahas semua hal yang perlu kalian tahu tentang heat exchanger jenis shell and tube. Beberapa topik yang akan diuraikan seperti pengertian shell and tube heat exchanger, desain, cara kerja dan banyak lagi.
Apa Itu Shell and Tube Heat Exchanger?
Shell and tube heat exchanger (STHE) adalah jenis alat penukar panas yang terdiri dari sebuah cangkang (shell) dengan beberapa bundel tabung (tube) di bagian dalamnya. Penukar panas jenis shell and tube merupakan desain paling umum dari sekian banyak jenis mesin penukar panas.
Penukar panas shell and tube sangat populer dan banyak digunakan karena desainnya yang sederhana, selain pertukaran panas yang sangat efisien. Proses penukar panas shell and tube melibatkan penggunaan cairan atau uap yang mengalir melalui shell untuk memanaskan tabung.
Komponen Shell dan Tube heat exchanger
Komponen tipe heat exchanger ini meliputi shell, sheel cover, tube, lembaran tube, baffle, dan nozel. Spesifikasi dan standar desain untuk STHE ditetapkan oleh Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA). Sebelum diproduksi, ada beberapa parameter yang diperlukan, seperti laju aliran, temperatur inlet dan outlet, tekanan, penurunan tekanan, faktor resistensi, dan geometri seperti diameter shell.
1. Shell
Shell atau cangkang terbuat dari pipa atau pelat logam yang di-welding (dilas) serta menggunakan bahan yang tahan terhadap suhu ekstrim dan anti korosi.
2. Channel atau head
Jenis head tergantung pada penggunaan heat exchanger shell and tube. Di antara banyak tipe head, tipe bonnet merupakan yang paling umum digunakan karenan bagian head/channel nya tidak perlu sering dilepas.
3. Tube
Bagian tube atau tabung diproduksi melalui proses las atau ekstruksi. Bundle tube ini terbuat dari baja karbon, baja tahan karat, titanium, Inconel, atau tembaga. Ketebalan tabung diatur mengikuti besar tekanan, suhu, tegangan termal, dan ketahanan terhadap korosi.
4. Tube sheet
Tube sheet adalah pelat yang terdiri dari lubang tempat masuknya tube. Selain itu, tube sheet juga berguna untuk menopang konstruksi tube di kedua ujung shell.
5. Tube Pitch
Tube pitch adalah jarak antara titik tengah dari satu tube ke tube terdekat lainnya. Tube-tube tersebut bisa diletakkan dengan pola segitiga atau persegi. Konfigurasi pola persegi merupakan yang paling mudah dibersihkan dan menghasilkan turbulensi paling sedikit.
6. Baffle
Baffle digunakan untuk mengarahkan aliran sedemikian rupa sehingga kecepatan fluida bisa meningkat dan mencapai koefisien perpindahan panas yang tinggi serta mengurangi fouling.
7. Tie Rod dan Spacer
Tie rod dan spacer adalah penopang sekaligus termasuk komponen struktural yang dirancang untuk menahan baffle di tempatnya dan menjaga ruang antara baffle. Jumlah tie rod dan spacer tergantung jumlah baffle dan diameter cangkang.
Prinsip Cara Kerja Shell and Tube Heat Exchanger
Konsep dan cara kerja shell and tube heat exchanger sebetulnya cukup sederhana. Prinsipnya didasarkan pada aliran dan kontak termal antara dua cairan, dimana fluida panas akan mengalir dan mentransfer panas ke fluida dingin.
Dalam hukum termodinamika, saat dua permukaan saling bersentuhan, akan ada perpindahan panas yang terjadi secara konduksi. Nah, di sinilah peranan heat exchanger shell and tube sebagai wadah bagi dua cairan untuk bertukar panas melalui logam konduktif yaitu tube.
Dalam proses penukar panas shell and tube, satu fluida mengalir melalui tube sedangkan fluida lainnya mengalir melalui shell. Selain itu, penukar panas shell and tube juga memiliki dua kompartemen, yaitu sisi shell dan sisi tube. Karena itu, penting untuk memutuskan sisi mana fluida panas akan masuk dan di mana fluida dingin akan masuk; keputusan ini disebut sebagai alokasi cairan.
Namun, jika perbedaan tekanan pada fluida sangat signifikan, fluida dengan tekanan yang lebih tinggi biasanya dialirkan melalui tube karena memang dirancang untuk menahan tekanan masif.
Kelebihan Shell and Tube Heat Exchanger
Penukar panas shell and tube digunakan untuk berbagai aplikasi dan mampu memenuhi kebutuhan di banyak sektor industri. Tak heran jika penukar panas shell and tube berkontribusi sebesar 65% dari jumlah penukar panas di pasaran. Berikut ini keunggulan dari shell and tube heat exchanger:
1. Biaya
Dilihat dari segi biayanya, penukar panas tipe shell and tube ternyata lebih murah daripada beberapa tipe heat exchanger lainnya.
2. Kapasitas Panas
Heat exchanger harus mampu menangani suhu ekstrim yang bervariasi sehingga operasi tetap berjalan. Penukar panas shell and tube memiliki kapasitas kerja suhu tinggi dan dapat disesuaikan dalam kondisi apa pun.
3. Tekanan
Penukar panas shell and tube dirancang untuk menahan tekanan ekstrim.
4. Pressure drop
Pressure drop atau turunnya tekanan berarti kehilangan energi dan memperlambat kecepatan aliran. Penukar panas shell and tube dirancang untuk mengatasi kehilangan tekanan sehingga kecepatan tidak berubah signifikan. Fouling adalah salah satu hal yang tidak diinginkan dan besar kemungkinan terjadi jika pressure drop besar. Karena itu, pressure drop yang minim dapat menghilangkan masalah ini.
5. Penyesuaian
Desain penukar panas shell and tube dapat disesuaikan untuk beradaptasi dengan proses produksi apa pun. Perubahan diameter pipa, jumlah pipa, panjang pipa, pitch pipa, dan susunan pipa dapat diubah agar sesuai dengan kebutuhan aplikasi.
6. Ekspansi termal
Desain penukar panas shell and tube memungkinkan terjadunya ekspansi termal antara tube dan shell. Konfigurasi ini memberikan penukar panas kemampuan untuk menangani cairan yang mudah terbakar dan beracun.
Source: https://www.iqsdirectory.com/articles/heat-exchanger/shell-and-tube-heat-exchangers.html