Saturday, 15 March 2014

Alat Penukar Panas ( Heat Exchanger )



1.      Pengertian Alat Penukar Kalor

Alat penukar kalor atau Heat Exchanger adalah alat yang digunakan untuk menukar atau mengubah temperatur fluida atau mengubah phasa fluida dengan cara mempertukarkan kalornya dengan fluida lain. Arti dari mempertukarkan disini adalah memberikan atau mengambil kalor. Pemahaman teknologi Heat Exchanger membutuhkan pengetahuan dalam bidang Termodinamika, Mekanika Fluida, Heat Tranfer, Ilmu Material dan Ilmu Proses Produksi.
            Heat Exchanger umumnya merupakan peralatan dimana dua jenis fluida yang temperaturnya dialirkan kedalamnya dan saling bertukar kalor melaui bidang-bidang perpindahan panas atau dengan cara kontak langsung (bercampur). Bedang perpindahan panas ini umumnaya berupa dinding pipa-pipa atau sirip-sirip yang dipasangkan pada pipa(fin).
Kalor dapat dipindahkan diantara kedua fluida tersebut, besarnya sangat tergantung pada kecepatan aliran fluida, arah alirannya, sifat-sifat fluida, kondisi permukaan dan luas bidang perpindahan panas serta beda temperatur diantara kedua fluida. Fluida yang mengalir didalam Heat Exchanger kadang-kadang mengandung zat-zat yang mengendap atau menggerak pada permukaan pipa atau bereaksi dan menyebabkan korosi atau kerusakan lainnya, sehingga herformansi Heat Exchanger dapat menjadi turun. Dengan demikian untuk menunjang program maintenance peralatan ini, sebaiknya pengetahuan dasar perlu dikuasai agar dapat diperoleh  keuntungan yang optimal.
            Didalam dunia industri proses kimia perpindahan energi atau panas adalah hal yang banyak dilakukan. Sebagaimana diketahui bahwa panas dapat berlangsung lewat tiga cara, dimana mekanisme perpindahan panas itu sendiri berlainan adanya. Adapun perpindahan panas itu dilaksanakan dengan:
  1. Secara molekuler, yang disebut dengan konduksi. Secara molekuler dimana dalam mekanisme ini digerakkan oleh suatu molekul yang berada pada tingkat energi (temperatur) yang lebih tinggi dan memberikan energi ke molekul-molekul didekatnya yang berada pada tingkat energi yang lebih rendah.
  2. Secara aliran, yang disebut perpindahan konveksi. Transfer panas yang disebabkan secara konveksi melibatkan pertukaran energi antara suatu permukaaandengan fluida didekatnya.
  3. Secara Gelombang Elektromagnet, yang disebut dengan radiasi. Dimana transfer panas antar permukaan berbeda dengan konduksi dan konveksi karena transfer panas radian tidak membutuhkan medium propogasi dan transfer panas dipisahkan oleh suatu vakum sempurna.
            Khususnya perpindahan panas yang kita bicarakan dalam kasus Alat Penukar Kalor disini menyangkut butir 1 dan 2 yaitu secara konduksi dan konversi.
            APK merupakan suatu peralatan dimana terjadinya perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung atau tidak. Maksudnya adalah :
·         APK yang langsung, ialah dimana fluida yang panas akan bercampur langsung dengan fluida yang dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu.
·         APK yang tidak langasung, ialah dimana fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin, jadi perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnya.

1.1.  Jenis-Jenis Alat Penukar Kalor
Dalm standard mekanika TEMA (Tubular Exchanger Manufacture Association), terdapat (2) dua macam kelas Heat Exchanger, yaitu :
  1. kelas R, yaitu peralatan yang bekerja dengan kondisi yang berat, misalnya untuk industri minyak dan industri kimia berat.
  2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk “General Purpose” dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, degunakan untuk proses-proses umum diindustri.
 Skema Temperature Yang Melalui Alat Penukar Panas



2.      Definisi Cooling Tower

Secara umum cooling tower dapat dikategorikan sebagai pendingin evaporatif yang digunakan untuk mendinginkan air atau media kerja lainnya sampai bertemperatur mendekati temperatur bola basah udara sekitar. Kegunaan utama dari cooling tower adalah untuk membuang panas yang diserap akibat sirkulasi air sistem pendingin yang digunakan pada pembangkit daya, kilang petroleum, pabrik petrokimia, pabrik pemrosesan gas alam, pabrik makanan, pabrik semikonduktor, dan fasilitas-fasilitas industri lainnya
Jika suatu pabrik tidak dilengkapi dengan cooling tower dan hanya menggunakan sirkulasi air pendingin sekali pakai, air pendingin yang telah digunakan dan mengalami kenaikkan temperatur selanjutnya dibuang ke laut, danau atau sungai yang ditentukan. Pembuangan sejumlah air hangat tersebut dapat meningkatkan temperatur sungai atau danau tersebut sehingga dapat merusak ekosistem lokal. Cooling tower dapat digunakan untuk membuang panas ke atmosfir sebagai pengganti angin serta difusi udara yang menyebarkan panas ke area yang lebih luas.

2.1. Klasifikasi Cooling Tower
Cooling tower dapat diklasifikasikan menurut beberapa hal, antara lain:
2.1.1. Menurut Metode Perpindahan Panas
a.      Wet cooling tower (cooling tower basah)
Pada cooling tower jenis ini, air panas didinginkan sampai pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur bola basah udara sekitar, jika udara relatif kering. Seperti udara jenuh yang melewati aliran air, kedua aliran akan relatif sama. Udara, jika tidak jenuh, akan menyerap uap air lebih banyak, meninggalkan sedikit panas pada aliran air.

b.      Dry cooler (pendingin kering)
Cooling tower ini beroperasi dengan pemindahan panas melewati permukaan yang memisahkan fluida kerja dengan udara ambient. Dengan demikian akan terjadi perpindahan panas konveksi dari fluida kerja, panas yang dipindahkan lebih besar daripada proses penguapan.

c.       Fluid cooler (pendingin fluida)
Pada cooling tower ini saluran fluida kerja dilewatkan melalui pipa, dimana air hangat dipercikkan dan kipas dihidupkan untuk membuang panas dari air. Perpindahan panas yang dihasilkan lebih mendekati ke cooling tower basah, dengan keuntungan seperti pada pendingin kering yakni melindungi fluida kerja dari lingkungan terbuka.

2.1.2 Menurut Metode Pembangkitan Aliran Udara
a.      Natural draft (penggerak udara alami)
Udara dialirkan dengan memanfaatkan gaya buoyancy melewati cerobong yang tinggi. Udara campuran secara alami meningkat sampai terjadi perbedaan densiti dengan udara kering, pendingin udara luar. Udara campuran panas memiliki densiti yang lebih kecil daripada udara yang lebih kering pada temperatur dan tekanan yang sama. Buoyancy udara campuran tersebut menghasilkan arus udara melewati menara.

b.      Mechanical draft (penggerak udara mekanik)
Menara draft mekanik memiliki fan yang besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang membantu untuk meningkatkan waktu kontak antara air dan udara. hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya

Menurut Letak Kipasnya Jenis ini ada dua :
a.      Induced draft
Kipas pada cooling tower ini berada di bagian keluaran yang menghisap udara melintasi menara. Hal ini menghasilkan kecepatan udara masukan rendah dan kecepatan udara keluaran yang tinggi, sehingga mengurangi kemungkinan resirkulasi udara.

b.      Forced draft
Pada cooling tower ini kipas terletak pada bagian masukan tower, sehingga menyebabkan kecepatan udara yang tinggi pada bagian masukan dan kecepatan yang rendah pada bagian keluaran. Kecepatan yang rendah pada bagian keluaran menyebabkan lebih mudah terjadi resirkulasi udara. Kerugian lainnya desain penggerak paksa membutuhkan daya motor yang lebih tinggi daripada desain kipas pada tipe induced draft. Keuntungan penggerak paksa adalah kemampuannya dalam bekerja pada tekanan statik yang tinggi.

2.1.3. Menurut Arah Aliran Udara Terhadap Aliran Air
a.       Aliran crossflow
Pada tipe ini, aliran udara bergerak memotong secara tegak lurus terhadap aliran air pada bahan pengisi. Kemudian udara melintasi menara melalui bagian keluaran udara akibat gaya tarik dari fan yang berputar. Gambar di bawah ini menunjukkan desain tipe cooling tower dengan aliran crossflow.



3. CARA KERJA COOLING TOWER
Air dingin diperlukan untuk, sebagai contoh, penyejuk udara/ AC, proses-proses manufakturing atau pembangkitan daya. Cooling tower  merupakan suatu bagian dari sistem HVAC yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Cooling tower menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Sebagai akibatnya, air yang tersisa didinginkan secara signifikan lihat gambar dibawah. Cooling tower mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan-peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, seperti radiator dalam mobil, dan oleh karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya.



Komponen Cooling tower
Komponen dasar sebuah Cooling tower meliputi rangka dan wadah, bahan pengisi, kolam air dingin, eliminator aliran, saluran masuk udara, louvers, nosel dan fan. Kesemuanya dijelaskan dibawah ini:
  1. Rangka dan wadah. Hampir semua menara memiliki rangka berstruktur yang menunjang tutup luar (wadah/casing), motor, fan, dan komponen lainnya. Dengan rancangan yang lebih kecil, seperti unit fiber glass, wadahnya dapat menjadi rangka.
  2. Bahan Pengisi. Hampir seluruh Cooling tower menggunakan bahan pengisi (terbuat dari plastic atau kayu) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air. Terdapat dua jenis bahan pengisi:
    • Bahan pengisi berbentuk percikan/Splash fill: air jatuh diatas lapisan yang berurut dari batang pemercik horisontal, secara terus menerus pecah menjadi tetesan yang lebih kecil, sambil membasahi permukaan bahan pengisi. Bahan pengisi percikan dari plastic memberikan perpindahan panas yang lebih baik daripada bahan pengisi percikan dari kayu.
    • Bahan pengisi berbentuk film: terdiri dari permukaan plastik tipis dengan jarak yang berdekatan dimana diatasnya terdapat semprotan air, membentuk lapisan film yang tipis dan melakukan kontak dengan udara. Permukaannya dapat berbentuk datar, bergelombang, berlekuk, atau pola lainnya. Jenis bahan pengisi film lebih efisien dan memberi perpindahan panas yang sama dalam volume yang lebih kecil daripada bahan pengisi jenis splash.
  3. Kolam air dingin. Kolam air dingin terletak pada atau dekat bagian bawah Cooling tower, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui Cooling tower dan bahan pengisi. Kolam biasanya memiliki sebuah lubang atau titik terendah untuk pengeluaran air dingin.
  4. Drift eliminators. Alat ini menangkap tetes-tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya tidak hilang ke atmosfir.
  5. Saluran udara masuk. Ini merupakan titik masuk bagi udara menuju Cooling tower . Saluran masuk bisa berada pada seluruh sisi menara (desain aliran melintang) atau berada dibagian bawah menara (desain aliran berlawanan arah).
  6. Louvers. Pada umumnya, Cooling tower dengan aliran silang memiliki saluran masuk louvers. Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam Cooling tower. Beberapa desain Cooling tower aliran berlawanan arah tidak memerlukan louver.
  7. Nosel. Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang benar dari seluruh permukaan bahan pengisi. Nosel dapat dipasang dan menyemprot dengan pola bundar atau segi empat, atau dapat menjadi bagian dari rakitan yang berputar seperti pada Cooling tower dengan beberapa potongan lintang yang memutar.
  8. Fan. Fan aksial (jenis baling-baling) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam Cooling tower. Umumnya fan dengan baling-baling/propeller digunakan pada Cooling tower induced draft dan baik fan propeller dan sentrifugal dua-duanya ditemukan dalam menara forced draft. Tergantung pada ukurannya, jenis fan propeller yang digunakan sudah dipasang tetap atau dengan dapat dirubah-rubah/ diatur. Sebuah fan dengan baling-baling yang dapat diatur tidak secara otomatis dapat digunakan diatas range yang cukup luas sebab fan dapat disesuaikan untuk mengirim aliran udara yang dikehendaki pada pemakaian tenaga terendah. Baling-baling yang dapat diatur secara otomatis dapat beragam aliran udaranya dalam rangka merespon perubahan kondisi beban.
Desain Cooling Tower
  • Counterflow : Dalam desain counterflow, aliran air yang disemprotkan oleh nozzle berlawanan arah dengan aliran air (lihat diagram dibawah). 

  • Cross Flow : Crossflow adalah desain di mana aliran udara diarahkan tegak lurus terhadap aliran air (lihat diagram di bawah). Aliran udara masuk melalui kisi-kisi cooling tower dimana aliran air mengalir tegak lurus dari udara karena pengaruh grafitasi.

0 comments:

Post a Comment

Share

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More