lukman143
Shell and tube heat exchanger merupakan salah satu jenis peralatan penukar panas yang sangat penting di dalam kilang minyak, pembangkit listrik, industri otomotif, industri kimia dan industri manufaktur.
Mengapa?
Karena efisiensi energi adalah kunci utama berkelanjutan operasional mesin, proses bahkan pabrik secara keseluruhan.
Maka, pemahaman akan desain dan operasional penukar panas shell and tube heat exchanger mutlak diperlukan oleh para operator, teknisi, serta para praktisi.
Artikel ini akan mengupas tuntas mengenai komponen-komponen utama dari sebuah shell and tube heat exchanger serta bagaimana cara kerjanya.
Apa Itu Shell and Tube Heat Exchanger?
Sebuah shell and tubes heat exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas, dimana fluida atau aliran panas atau yang bersuhu lebih tinggi tidak bercampur dengan fluida atau aliran dingin atau yang bersuhu lebih rendah.
Satu fluida mengalir pada sisi shell dan fluida lainnya mengalir pada sisi tubes atau bundel pipa.
Fluida yang terlibat dalam proses penukaran panas dapat berupa gas atau cairan. memiliki dua komponen utama, yaitu shell dan tube.
Fungsi utama dari sebuah shell and tube heat exchanger adalah untuk menukarkan panas dari satu fluida ke fluida lainnya, dengan target suhu atau temperatur tertentu.
Spesifikasi sebuah shell and tube heat exchanger sering dinyatakan dalam bentuk informasi sebagai berikut:
- suhu masuk dan keluar dari fluida panas dan fluida dingin
- nama fluida yang berada di sisi shell and tube
- jenis material shell and tube, gasket, dan bagian lainnya
- desain tekanan dan suhu di sisi shell dan tube
- kapasitas pertukaran panas
Komponen Utama Shell and Tube Heat Exchanger
Untuk memahami cara kerja shell and tube heat exchanger secara mendalam, maka kita harus mengenali dahulu komponen atau bagian-bagian utamanya.
Berdasarkan standar TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association), berikut adalah komponen-komponen dari sebuah shell and tube heat exchanger:
1. Shell
Shell adalah wadah silinder besar yang membungkus seluruh bundel pipa. Fluida pertama akan mengalir di dalam shell ini (shell side fluid). Shell biasanya terbuat dari material yang kuat seperti carbon steel atau stainless steel 316L, tergantung pada sifat korosif fluida yang ditangani.
2. Tubes
Tube adalah saluran tempat fluida kedua mengalir (tube side fluid). Diameter pipa ini biasanya lebih kecil untuk memaksimalkan luas permukaan kontak guna meningkatkan heat transfer coefficient (koefisien perpindahan panas). Material tube sangat bervariasi, mulai dari tembaga, titanium, hingga baja tahan karat seperti SUS316 atau SUS304, tergantung dari jenis fluida yang tangani.
3. Tube Sheet
Tube sheet adalah pelat logam bundar yang berfungsi sebagai tempat melekatnya ujung-ujung pipa. Komponen ini sangat krusial karena berperan sebagai penghalang utama agar fluida di sisi shell dan sisi tube tidak bercampur (mencegah kontaminasi silang).
4. Baffles
Baffles atau sekat berfungsi untuk mengarahkan aliran fluida di dalam shell agar bergerak zigzag atau melintang melewati bundel pipa. Hal ini dilakukan untuk menciptakan turbulensi. Aliran turbulen sangat penting karena dapat meningkatkan laju perpindahan panas secara signifikan dibandingkan aliran laminer. Selain itu, sekat juga berfungsi sebagai penyangga mekanis agar pipa tidak bergetar atau melengkung.
5. Channel Covers
Ini adalah penutup di kedua ujung heat exchanger yang berfungsi untuk mengarahkan fluida masuk dan keluar dari sisi pipa (tube side). Header ini bisa didesain untuk menciptakan single pass atau multi pass, tergantung pada kebutuhan efisiensi suhu.
Cara Kerja Shell and Tube Heat Exchanger Secara Detail
Prinsip kerja dari sebuah shell and tube heat exchanger didasarkan pada hukum termodinamika, di mana panas berpindah dari fluida yang lebih panas ke fluida yang lebih rendah suhunya melalui dinding tube, dimana perpindahan panasnya berlangsung secara konduktif.
Karena proses perpindahan panas secara konduktif, maka luas permukaan perpindahan panas sangat menentukan performa dari sebuah shell and tube heat exchanger. Termasuk yang mempengaruhinya adalah kebersihan dari bagian dalam tube.
Maka dari itu, proses pembersihan tube selalu dilakukan secara berkala untuk menjaga performanya dari waktu ke waktu. Biasanya, proses pembersihan dilakukan pada saat perbaikan tahunan atau Turnaround.
Proses Perpindahan Panas di Dalam Shell and Tube Heat Exchanger
- Aliran Fluida Sisi Tube Side: Fluida dingin – misalnya cooling water – masuk melalui inlet header, mengalir melalui seluruh bundel pipa, dan keluar melalui outlet header.
- Aliran Fluida Shell Side: Fluida panas – misalnya asam sulfat – masuk ke dalam shell. Dengan bantuan sekat (baffles), fluida ini dipaksa mengalir bersinggungan dengan permukaan luar pipa-pipa.
- Pertukaran Energi: Saat kedua fluida ini mengalir, terjadi perpindahan energi panas melalui dinding tube secara konduktif. Fluida panas melepaskan kalor, sementara fluida dingin menyerap kalor.
Kesimpulan
Shell and tube heat exchanger adalah salah satu alat proses utama dalam proses perpindahan panas di industri. Komponen utamanya terdiri dari shell, tube, baffles, tube sheet, dan channel covers. Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan fluida dingin secara konduktif.
