Air Cooler Heat Exchanger

Secara umum pengertian alat penukar panas atau heat exchanger, adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas air cooler Heat exchanger.

Prinsip-prinsip dasar Heat TransferHubungan perpindahan panas dasar yang ada untuk shell and tube exchanger juga berlaku untuk desain sebuah penukar panas berpendingin udara. Namun, ada lebih banyak parameter yang harus dipertimbangkan dalam desain penukar berpendingin udara.Karena penukar panas berpendingin udara terkena perubahan kondisi iklim, masalah kontrol dari udara dingin menjadi diperlukan. Beberapa faktor yang mengatur dalam desain pendingin udara adalah:1. diameter tabung2. tabung panjang3. tinggi sirip4. Jumlah baris tabung5. Jumlah melewati6. Area permukaan7. ketersediaan pembangkit daya8. daerah konstruksiKarena ada banyak variabel, perlu dilakukan pendesainan optimal dari segi ekonomis. Dasar transfer panas PersamaanQ = U * A * MTDmanaQ = beban panas, Btu / hrU = over-semua koefisien perpindahan panas, Btu / (hr * sq ft * oF)Sebuah wilayah = Permukaan, sq ft.MTD = mean perbedaan suhuBiasanya, persamaan ini diselesaikan untuk luas permukaan atau A, karena beban panas diketahui, dan koefisien over-semua perpindahan panas dan MTD dapat dihitung, berdasarkan informasi yang diketahui.\

Pada dasarnya mesin pendingin tidak menghasilkan udara dingin langsung terhadap bahan atau mudahnya ruangan yang berisi bahan untuk didinginkan, karena mesin pendingin tidak langsung menurunkan suhu dari bahan tersebut. Ruangan yang digunakan untuk menurunkan suhu pada awalnya memiliki suhu ruang yang normal, dengan mesin pendingin suhu tersebut dapat diturunkan. Metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap berada di bawah temperatur lingkungan disebut refrigerasi, atau juga metode pendinginan.Mesin pendingin menyerap panas yang berada di dalam ruangan dan menghasilkan udara dingin yang dilepaskan kembali ke ruangan, mesin ini ada yang untuk ruang terbuka dan untuk ruang tertutup.Mesin pendingin atau refrigerator dalam prosesnya memiliki beberapa tahap, yaitu evaporasi, kompresi dan kondensasi yang tahap tersebut berulang menjadi suatu siklus. Dalam pertukaran panas maka dibutuhkan sejumlah kalor, Alat yang bekerja dalam proses evaporasi sering disebut evaporator, alat ini juga berfungsi sebagai penukar panas saat semua proses telah dilalui sehingga membentuk siklus(Indra, 2004). Di dalam evaporasi panas yang diambil dari ruangan didinginkan menggunakan refrigerant, refrigerant adalah bahan yang dapat digunakan untuk menurunkan temperatur uap yang berasal dari ruangan serta pada prakteknya panas yang diturunkan juga berasal dari mesin penyerap panasnya sendiri(Rasta,2008).

Konsep penggunaan air cooler heat exchanger digunakan ketika kondisi ketersediaan pendingin berupa air yang sulit diperoleh atau biayanya lebih mahal, ataupun dapat mengakibatkan polusi pada air dan mengurangi efisiensi kerja industry. Kekurangan dari air cooler (ACHE) adalah diperlukanya tempat atau area yang luas untuk didirikan/ tidak efisien dari segi tempat. Prinsip penggunaan dari desain Komponen ACHE adalah tube Bundle, dalam jumlah banyak, biasanya terdiri dari tabung bersirip (fins tube) pada. fins yang paling sering digunakan adalah aluminium strip dengan ukuran 12,7 10-3 m atau 15,9 10-3 m dan dengan 275-433 sirip / m. Ada dua jenis dari sirip yang biasanya dikenal sebagai L-sirip dan G-sirip. Ada beberapa variasi dari jenis-tunggal, tumpang tindih, dan knurled, semua mempunyai resistansi yang tinggi, yang meningkat bersama dengan peningkatan suhu sebagai akibat perbedaan ekspansi antara sirip dan tabung. Sirip tertanam (G-sirip) adalah bagian dalam alur tabung yang dibuat untuk memberikan fungsi mekanis. Tujuan dari hal ini memberikan transfer panas yang lebih baik tetapi membutuhkan tabung dengan ketebalan yang lebih. Tabung inti mungkin baja karbon, stainless steel atau berbagai campuran/ logam alloy dan biasanya berukuran 25,4 10-3 m diameter luar. Untuk tekanan rendah atau untuk fluida yang sangat dengan kekentalan tinggi (hight viscosity) diameter tabung bisa sampai 50,8 10-3 m. Panjang tabung bervariasi sesuai dengan instalasi, sering berupa piperack, tapi umumnya tidak melebihi 15 m.

Tidak seperti kebanyakan tekanan pembuluh lain kotak kepala ACHE biasanya persegi panjang penampang, dan jenis yang paling banyak digunakan adalah socket dengan ulir yang dipasang berlawanan untuk memudahkan dalam pemeliharaan. Berbagai jenis lempeng pelapis dapat digunakan dalamtekanan rendah, dan untuk tekanan tinggi (hingga 500 bar) header biasanya terbuat dari pipa berdinding tebal.

Udara bergerak secara berlawanan arah (crossflow) didalam tabung. aliran aksial terjadi pada fan secara single pass, yang dapat diatur arah Forced draft dan Induced draft-nya. Forced draft cocok untuk sebagian penggunaan umum, memiliki perawatan mudah. Induced draft memberikan aliran udara yang lebih merata di tabung, tetapi membutuhkan daya lebih untuk memutar kipas dalam aliran udara panas. Poin terakhir ini juga berarti bahwa induced draft tidak cocok untuk suhu proses tinggi.

Thermal Desain

Transfer panas dan penurunan tekanan pada tube dihitung dengan cara yang sama seperti untuk Shell & Tube Heat Exchanger. Untuk kecepatan transfer udara panas ada beberapa metode perhitungan yang tersedia, seperti korelasi oleh Briggs dan Young (1963), PFR (1976) dan ESDU (1986). Karena ada gradien suhu sepanjang sirip, perpindahan panas dihitung disesuaikan dengan konsep efisiensi sirip, yang merupakan rasio perpindahan panas aktual dari permukaan tertentu, untuk panas yang akan ditransfer dari permukaan yang sama pada suhu reagam akan setara dengan akar suhu pada sirip. Efisiensi sirip adalah dalam kisaran 0,8-0,9 untuk jenis sirip dalam setiap dimensi yang umumnya dipergunakan dalam ACHE. ada perhitungan yang digunakan untuk menghitung besarnya penurunan tekanan pada fins tabung antara lain dengan menggunakan persamaan Robinson dan Briggs (1966), PFR (1976), dan ESDU (1986). Nilai umum koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk berbagai cairan diberikan dalam ESDU (1993) dan dapat digunakan untuk referensi ukuran.

Referensi1. nn (2003). Basic of air cooler heat exchanger, Amercool Manufacturing Inc;Tulsa, Oklahoma.2. http://www.thermopedia.com/content/551/, Air Cooler Heat Exchanger. Diakses tanggal 4 aguatus 2014.