Heat Exchangers Sebagai Media Penukar Kalor
By: Luthfi M – Source : ASHRAE Handbook: HVAC Systems & Equipment, 2020
Salah satu bagian yang termasuk ke dalam komponen utama sistem refrigerasi adalah Heat Exchanger. Heat Exchanger berfungsi sebagai alat penukar kalor antara media pendingin dengan media atau fluida yang ingin di dinginkan.
Salah satu aplikasi heat exchanger yang ada pada unit chiller adalah pada komponen evaporator. Pada unit Chiller, Evaporator ini sering juga disebut sebagai cooler. Di dalam cooler, refrigerant sebagai media pendingin akan diuapkan dengan cara menyerap kalor dari fluida yang mengalir di dalamnya. Proses ini menyebabkan terjadinya penurunan temperature dari fluida sebagai media yang ingin di dinginkan. Berikut beberapa jenis cooler yang umum diaplikasikan pada unit chiller.
1. Shell and Tube Heat Exchangers
Pada cooler jenis Shell and Tube, umumnya menerapkan sistem aliran counterflow atau aliran berlawanan dalam proses pertukaran kalornya. Secara konstruksi, cooler tipe ini terdisi dari susunan pipa dalam konfigurasi U-tube maupun straight-tube dan dimasukan ke dalam sebuah cangkang atau di sebut sebagai shell. Di dalam shell terdapat baffle yang digunakan sebagai penyangga susunan pipa sekaligus berfungsi sebagai pengarah alirah fluida di sisi shell. Satu sisi fluida mengalir di dalam shell ( cangkang ), dan sisi fluida lainnya mengalir di dalam tube ( pipa ).
Salah satu fluida akan pada kondisi temperature T1 akan masuk melalui salah satu ujung shell, mengalir di luar pipa- pipa yang ada di dalam shell, dan kemudian keluar dari ujeng shell yang lain dengan temperature T2. Fluida lainnya akan masuk melalui salah satu ujung tube dengan temperature t1 dan keluar pada ujung tube lainnya dengan temperature t2. Pada sistem direct expansion, refrigerant dialirkan di sisi pipa sedangkan fluida yang akan didinginkan di alirakan di dalam shell ( di luar pipa ) seperti yang ditunjukan pada Gambar 1. Cooler jenis ini biasanya digunakan pada compressor type positive-displacement seperti compressor reciprocating, rotary, atau scroll. Sedangkan pada sistem flooded, refrigerant menguap di bagian luar pipa-pipa yang terendam dalam refrigeran cair di dalam shell dan fluida yang akan didinginkan mengalir di dalam pipa seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.
2. Tube in Tube Heat Exchanger
Cooler tipe ini beberja dengan prinsip yang sama dengan cooler tipe Shell and Tube. Secara konstruksi cooler tipe ini terdiri dari pipa yang berukuran lebih kecil yang di tempatkan di dalam cangkang berupa pipa yang lebih besar. Kedua pipa tersebut disusun secara koaksial terdiri dari dua pipa yang berada pada satu sumbu (satu di dalam pipa lainnya), di mana pipa kecil berada di dalam pipa yang lebih besar. Heat exchanger tipe ini dapat terdiri dari satu pasang pipa atau beberapa pasang pipa yang dipasang secara parallel.
3. Plate Heat Exchanger
Secara Konstruksi, Cooler jenis Plate Heat Exchanger atau disingkat PHE terdiri dari pasangan plat logam ( umumnya stainless steel ) yang disusun untuk membentuk jalur aliran yang terpisah bagi dua jenis fluida. Jalur dari masing- masing fluida dibuat berselang seling sehingga terjadi perpindahan kalor melalui plat- plat tersebut.
Cooler jenis ini memiliki beberapa saluran yang dipasang pada sebuah rangka ( frame ) dan dijepit menjadi satu. Plat- plat tersebut berbentuk persegi panjang dan masing- masing memiliki alur dan bukaan / port pada setiap sudutnya.sebagai jalur distribusi pada masing- masing fluida.
Berdasarkan proses perakitan platnya, PHE memiliki jenis- jenis sebagai berikut :
1. Gasketed PHE
PHE jenis ini cukup umum digunakan di beberapa industri. Disela- sela tepi antar plat dipasangkan gasket dan dijepit agar tidak terjadi kebocoran antar plat. Keunggulan dari PHE jenis ini adalah dapat dilakukan perbaikan jika terjadi kebocoran atau kebuntuan pada jalur aliran fluida.
2. Brazed PHE
Brazed PHE atau sering disebut BPHE tidak memiliki frame maupun gasket. Heat exchanger jenis ini terdiri dari plat- plat yang dilas secara permanen. PHE jenis ini cocok digunakan untuk menahan tekanan tinggi dan juga umum diaplikasikan untuk jenis fluida yang cukup berbahaya. Kelemahan dari PHE jenis ini adalah tidak dapat dilakukan perbaikan Ketika sudah terjadi kebocoran ataupun kebuntuan.
3. Semi Welded PHE
PHE jenis ini merupakan kombinasi dari PHE jenis Gasketed dan Brazed, di mana dua buah plat dilas bersama membentuk satu pasang kaset (cassette), sedangkan antar kaset tersebut tetap menggunakan gasket. Sisi area plat yang dilakukan pengelasan dikhususkan untuk fluida yang memiliki tekanan tinggi ataupun jenis fluida yang berbahaya, sedangkan sisi gasket digunakan untuk fluida biasa seperti air atau sejenisnya. Aplikasi dari gasket tipe ini umum digunakan untuk chiller dengan refrigerant ammonia atau sejenisnya. Keunggulan dari PHE jenis ini adalah dapat dilakukan perbaikan jika terjadi kebocoran atau kebuntuan antar kaset.
