Plate Heat Exchanger

Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor adalah ilmu yang memperkirakan terjadinya perpindahan energi yang disebabkan oleh adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor menjelaskan bagaimana energi berpindah dari suatu benda ke benda lain dengan memperkirakan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu.(Holman, 1986)

Perpindahan Panas Konveksi dalam Pipa
Perpindahan panas yang melibatkan liquid atau gas pada alat penukar panas, perpindahan panas secara konveksi sama dengan perpindahan panas secara konduksi.

Dalam proses industri, umumnya panas berpindah dari fluida yang satu menuju ke fluida yang lain setelah melalui dinding padat. Gambar a memperlihatkan bahwa panas berpindah dari aliran fluida panas ke aliran fluida dingin dengan menunjukkan profil suhu.

Pada aliran fluida turbulen, gradien kecepatan antara aliran di bagian bulk terhadap sublapisan viscous yang tipis yang berada dekat dinding sangat tinggi. Dalam hal ini, perpindahan panas konduksi timbul dengan perbedaan suhu yang tinggi yaitu dari T2 ke T3 ( bagian fluida panas ). Setelah jauh melewati dinding, dan mendekati bagian turbulen, suhu menjadi berkurang dan perbedaan T1 dan T2 menjadi kecil sebab timbul gerakan gaya Eddy. Suhu rata-rata lapisan film fluida air panas lebih kecil daripada suhu di bagian bulk T1. Hal ini juga dapat dijelaskan untuk profil suhu pada air dingin.

Tipe aliran fluida, laminar atau turbulen mempunyai pengaruh yang besar terhaadap koefisien perpindahan panas konveksi (h), di mana hambatan perpindahan panas terdapat di dalam lapisan film tipis dekat dengan dinding. Semakin turbulen aliran, semakin besar koefisien perpindahan panas konveksinya.

Korelasi untuk memprediksi harga koefisien film (h) dipengaruhi oleh sifat fisik fluida, tipe dan kecepatan aliran, perbedaan suhu dan geometri dari system fisika (Geankoplis, 1983)

Alat penukar kalor Penukar kalor adalah alat untuk melaksanakan perpindahan energi thermal dari satu fluida ke fluida yang lain. Dalam penukar kalor yang paling sederhana, fluida panas dan fluida dingin bercampur langsung sedangkan dalam kebanyakan penukar kalor yang lain kedua fluida itu terpisah oleh suatu dinding. Penukar kalor jenis ini, disebut rekuperator, mungkin hanya berupa dinding rata sederhana yang memisahkan dua fluida yang mengalir, tetapi mungkin pula merupakan konfigurasi rumit yang melibatkan lintas-lintas rangkap, sirip, atau sekat. Dalam hal ini, diperlukan prinsip perpindahan kalor konduksi dan konveksi, kadang-kadang juga radiasi, untuk memberikan prosos pertukaran energi.


Jenis-jenis penukar kalor Jenis-jenis penukar kalor yang umum antara lain ialah jenis plat-rata ( flat-plate ), selongsong dan tabung ( shell and tube ) dan jenis aliran silang (crossflow ). Contoh penukar kalor pipa ganda ( double pipe exchanger ), yang merupakan salah satu bentuk yang paling sederhana dari jenis shell and tube, terlihat pada gambar b. jika kedua fluida mengalir menurut arah yang sama, seperti pada gambar, maka penukar kalor itu termasuk jenis aliran sejajar ( parallel flow ); jika kedua fluida mengalir berlawanan arah, maka penukar kalor itu disebut jenis aliran lawan arah ( counterflow ). (R.Pitts dan E.Sissom,1987)

Plate Heat Exchanger (PHE)
PHE adalah suatu alat perpindahan panas yang berbentuk frame yang diberi plate sebagai sekat-sekat. Perpindahan panas yang ada terjadi lewat plate-plate yang berfungsi sebagai sekat konduktor tersebut. Kelebihan PHE dibandingkan HE yang lain adalah luas permukaan perpindahan panas yang lebih besar dengan jumlah fluida yang sama, sehingga dari segi pinch analysis hal ini lebih menguntungkan karena perpindahan panas yang terjadi lebih efisien. Dari segi manufaktur, hal ini menguntungkan karena tidak memerlukan tempat yang terlalu luas.

Struktur sederhana dari PHE

PHE dapat digunakan pada industri yang memproduksi bahan makanan karena suhu dan tekanan operasi yang terjadi tidak terlalu besar sehingga tidak merusak bahan makanan. (www.cepmagazine.org)



Perhitungan penukar kalor
Sasaran utama merancang penukar kalor adalah untuk menentukan berapa luas permukaan yang diperlukan untuk memindahkan kalor pada laju tertentu dengan suhu zat cair dan laju aliran tertentu. Hal ini akan lebih mudah bila kita menggunakan koefisien perpindahan kalor menyeluruh ( U ) dalam persamaan fundamental perpindahan kalor

q = U.A.dT lmtd

di mana dT lmtd adalah beda suhu efektif rata-rata untuk keseluruhan penukar kalor.

Faktor pengotor
Kinerja penukar kalor bergantung pada permukaan untuk perpindahan kalor itu bersih atau tidak. Jika ada endapan pada permukaan itu, tahanan thermal akan meningkat, sehingga performansnya pun akan berkurang. Tambahan tahanan itu biasanya diperhitungkan sebgai factor pengotoran ( fouling factor ). Faktor pengotoran ditentukan secara eksperimen dengan menguji penukar kalor itu dalam keadaan bersih dan keadaan kotor didefinisikan sebagai berikut :
Rd = (1/Ud)-(1/Uc)
(R.Pitts dan E.Sissom,1987)

sumber:

Geankoplis, J.C, 1993, “Transport Processes and Unit Operations” 3^rd edition, Prentice Hall, New Delhi

Holman, J.P , “Perpindahan Panas”, edisi keenam, Erlangga, Jakarta

Kern, Donald, 1965, “ process Heat Transfer”, Mc.Graw Hill International edition, Singapore

R.Pitts and E.Sissom, 1987, ”Perpindahan Kalor”, Erlangga, Jakarta

(www.cepmagazine.org)