Proses pengendalian dan pengelolaan suhu dalam suatu sistem, memastikan bahwa komponen dan proses beroperasi dalam rentang suhu yang aman dan efisien, atau yang biasa disebut manajemen termal, adalah kunci untuk menjaga kinerja optimal dan mengurangi biaya operasional. Baik itu dalam sektor manufaktur, pembangkit listrik, ataupun sistem HVAC. Terdapat beberapa komponen yang bisa membantu manajemen termal menjadi lebih efisien, salah satunya yaitu heat exchanger.
Kemampuan heat exchanger dalam mentransfer panas dengan efektif sangat menentukan efisiensi keseluruhan proses. Sebab, salah satu tantangan terbesar yang dihadapi sebuah sistem adalah bagaimana memindahkan panas dari satu medium ke medium lain tanpa mencampurkan fluida yang terlibat, serta menjaga integritas sistem dan kualitas produk. Lalu, bagaimana heat exchange bekerja? Yuk, simak penjelasan selengkapnya.
Definisi Heat Exchanger
Secara harfiah, heat exchanger berarti penukar panas. Secara teknis, heat exchanger adalah perangkat yang dirancang untuk mentransfer panas antara dua atau lebih fluida. Fluida ini bisa berupa cairan, gas, atau bahkan uap. Panas ditransfer melalui konduksi, melalui dinding atau permukaan yang menghantarkan panas, lewat material yang memisahkan medium yang digunakan. Uniknya, heat exchanger memungkinkan perpindahan panas tanpa mencampurkan fluida yang terlibat.
Jenis cairan yang dapat dioperasikan dengan heat exchanger bisa berbagai macam. Namun, jenis cairan tersebut perlu disesuaikan dengan material heat exchanger yang cocok. Material standar seperti carbon steel dan alloy steel bisa digunakan untuk cairan jenis air, minyak, glikol air, hingga air laut. Tetapi, untuk cairan yang lebih korosif seperti air garam, zat asam, atau bahan lain memerlukan material seperti stainless steel dan titanium.
Prinsip Kerja Heat Exchanger
Secara umum, heat exchanger bekerja didasarkan pada proses perpindahan panas antara dua atau lebih fluida tanpa mencampurkan fluida-fluida tersebut. Fluida panas dan fluida dingin dipisahkan oleh dinding konduktif yang memungkinkan perpindahan panas melalui konduksi. Pengaplikasian heat exchanger dapat ditemukan dalam berbagai lokasi industri dan komersial, hingga dalam sistem perumahan. Efisiensi perpindahan panas bergantung pada beberapa faktor berikut:
Perbedaan Suhu
Jika ada segelas air minum yang diletakkan di suhu kamar, akan jauh lebih efektif untuk mendinginkannya menggunakan es, daripada menambahkan air dingin di dalamnya. Prinsip yang sama berlaku untuk heat exchanger. Suhu fluida pendingin harus selalu jauh lebih rendah daripada suhu fluida panas.
Laju Aliran
Laju aliran yang lebih besar akan meningkatkan kinerja heat exchanger dalam memindahkan panas. Tetapi, laju aliran yang lebih besar juga menghasilkan massa yang lebih besar, sehingga pelepasan energi menjadi lebih sulit, dan berpotensi meningkatkan kecepatan dan kehilangan tekanan.
Klasifikasi Heat Exchanger
Pemilihan heat exchanger yang tepat sangat penting untuk memastikan efisiensi dan aplikasi yang spesifik. Heat exchanger dapat diklasifikasikan berdasarkan konfigurasi aliran, berdasarkan metode transfer panas, dan berdasarkan desain dan strukturnya. Mari kita bahas satu persatu.
Berdasarkan Konfigurasi Aliran
Menurut Thermopedia, konfigurasi aliran heat exchanger bisa dibedakan menjadi 4 aliran dasar, yaitu:
Counter Flow
Counter flow mengalir sejajar satu sama lain, tetapi berlawanan arah. Aliran ini memungkinkan terjadinya perubahan suhu tertinggi pada kedua fluida, seperti dalam boiler dan kondensor. Oleh karena itu, aliran ini dianggap paling efisien karena jumlah panas sebenarnya yang dipindahkan bisa mendekati jumlah panas maksimum yang dapat dipindahkan.
Cocurrent Flow
Pada heat exchanger cocurrent flow, aliran mengalir sejajar satu sama lain dan dalam arah yang sama. Dibandingkan dengan counterflow, aliran ini dianggap kurang efisien, transfer panas biasanya lebih rendah, tetapi bisa memberikan wall temperature yang lebih seragam. Biasanya digunakan dalam aplikasi di mana perubahan suhu yang besar tidak diperlukan atau di mana desain sederhana diinginkan.
Cross Flow
Cross flow menghantarkan panas bervariasi, sering kali lebih rendah dibandingkan dengan counter flow. Alirannya mengalir tegak lurus satu sama lain, dan cocok untuk aplikasi di mana satu fluidanya adalah udara atau gas. Banyak digunakan dalam radiator mobil, penukar panas udara-ke-cairan, dan beberapa aplikasi HVAC.
Hybrid
Kombinasi dari beberapa konfigurasi aliran (counter, cocurrent, dan cross flow) dalam satu unit heat exchanger, atau menggunakan beberapa aliran berulang (multi pass flow). Digunakan dalam aplikasi khusus di mana efisiensi maksimum dan fleksibilitas desain sangat penting, seperti dalam proses industri kompleks.
Berdasarkan Metode Transfer Panas
Mode transfer panas bisa dibedakan menjadi 2, yaitu direct (kontak langsung) dan indirect (kontak tidak langsung). Berikut penjelasannya:
Direct Heat Exchanger
Direct heat exchanger memungkinkan fluida panas dan fluida dingin bersentuhan langsung satu sama lain untuk mentransfer panas. Fluida yang mengalir harus kompatibel satu sama lain dan proses hanya cocok untuk fluida tertentu, seperti gas dan cairan. Contohnya, di cooling tower di mana air panas dari proses industri, didinginkan melalui kontak langsung dengan udara.
Indirect Heat Exchanger
Pada indirect heat exchanger, fluida panas dan fluida dingin dipisahkan oleh permukaan dinding, sehingga transfer panas terjadi melalui dinding tersebut tanpa mencampur kedua fluida. Bisa ditemukan salah satunya di radiator mobil, di mana air panas mengalir melalui tabung yang didinginkan oleh udara dari kipas. Namun, efisiensi transfer panas bisa lebih rendah dibandingkan dengan direct heat exchanger karena adanya hambatan termal dari dinding pemisah.
Berdasarkan Desain Konstruksi
Sementara itu, melansir Thermex, jika dilihat secara visual, heat exchanger memiliki beberapa jenis, di antaranya:
Shell and Tube
Jenis heat exchanger shell and tube terdiri dari tabung kecil berjumlah besar yang terletak di dalam cangkang (shell) silinder. Tabung tersebut diposisikan ke dalam silinder menggunakan tube stack yang memiliki pelat tabung tetap (fixed tube plate) yang dipasang secara permanen di body-nya, atau bisa juga mengambang. Pada posisi mengambang, tube stack bisa mengembang dan berkontraksi dengan berbagai kondisi panas, serta memungkinkan bisa dilepas dengan mudah untuk keperluan maintenance.
Plate
Plate heat exchanger beroperasi dengan cara yang hampir sama seperti shell and tube, yaitu menggunakan serangkaian stacked plate (pelat bertumpuk), bukan tabung. Jenis ini biasanya atau diberi gasket, tergantung pada aplikasi dan cairan yang digunakan. Plate heat exchanger menjadi pilihan ideal untuk digunakan dengan alat pendingin khususnya dalam pemrosesan makanan dan minuman karena konstruksinya terbuat dari stainless steel yang ringkas.
Air-Cooled
Air cooled umumnya digunakan di kendaraan, atau bahkan di perangkat seluler di mana tidak tersedia sumber air dingin permanen. Udara sejuk untuk menurunkan suhu panas dihasilkan baik oleh kipas khusus atau aliran udara yang disebabkan oleh pergerakan kendaraan.
Tips Merawat Heat Exchanger
Merawat heat exchanger dengan baik sangat penting untuk memastikan efisiensi dan umur panjang perangkat tersebut. Berikut adalah beberapa tips merawat heat exchanger:
- Pasang heat exchanger di tempat yang memiliki ventilasi baik dan cukup ruang untuk perawatan rutin.
- Hindari lokasi yang rentan terhadap kontaminasi atau kerusakan fisik.
- Pastikan aliran fluida sesuai dengan desain heat exchanger. Misalnya, untuk konfigurasi counter flow, arah aliran fluida panas dan dingin harus berlawanan.
- Gunakan penopang semacam braket yang kokoh untuk mengamankan heat exchanger pada posisinya, mencegah getaran atau pergeseran yang dapat merusak perangkat.
- Pastikan semua koneksi pipa atau saluran ke heat exchanger kencang dan bebas dari kebocoran. Bisa menggunakan gasket untuk mencegah kebocoran.
- Lakukan inspeksi rutin untuk mendeteksi kotoran atau kerak yang menumpuk pada permukaan heat exchanger.
- Pantau suhu dan tekanan fluida masuk dan keluar untuk memastikan heat exchanger berfungsi dengan baik.
Dengan mengikuti tips ini, heat exchanger dapat beroperasi dengan efisiensi maksimal dan memiliki umur panjang, mengurangi biaya operasional dan risiko downtime. Perawatan yang baik juga memastikan bahwa perangkat dapat terus berfungsi dalam kondisi optimal, memberikan transfer panas yang efisien dan andal.
Demikian informasi yang telah ACS rangkum mengenai heat exchanger. Semoga bisa senantiasa menambah pengetahuan Anda tentang komponen-komponen industri secara luas. Dapatkan informasi lengkap dan produk-produk berkualitas tinggi untuk kinerja maksimal sistem perpipaan Anda hanya di alvindocs.com
