Bagaimana Cara Kerja Penukar Panas?

Digunakan untuk mentransfer panas antara satu fluida (baik cair atau sebagai gas) dan fluida lain (cairan atau gas lain) tanpa membiarkan kedua fluida tersebut bersentuhan langsung satu sama lain, penukar panas digunakan baik dalam proses pemanasan maupun pendinginan.

Penukar panasdigunakan dalam berbagai aplikasi termasuk AC, pabrik kimia, pabrik petrokimia, kilang minyak bumi, pembangkit listrik, pemrosesan gas alam, pendinginan, pengolahan limbah, dan pemanas ruangan. Hal ini juga dapat ditemukan pada mesin pembakaran internal, yang memungkinkan cairan pendingin mesin mengalir melalui kumparan radiator saat udara mengalir melewatinya, mendinginkan cairan pendingin sekaligus memanaskan udara.

Penukar panas bekerja dengan membiarkan panas dari satu fluida melewati fluida lain yang lebih dingin tanpa tercampur atau bersentuhan langsung.

Misalnya, bayangkan sebuah pipa dengan pipa lain di sekelilingnya. Pipa bagian dalam dapat mengalirkan fluida panas melaluinya sementara cairan yang lebih dingin dialirkan secara bersamaan melalui pipa luar. Hal ini akan memungkinkan fluida yang lebih dingin menurunkan suhu fluida yang lebih hangat, karena fluida yang lebih hangat secara bersamaan meningkatkan panas fluida yang lebih dingin. Tentu saja, ini adalah contoh yang sangat mendasar dari pertukaran panas, dan ada sejumlah faktor lain yang perlu dipertimbangkan ketika menyelidiki penukar panas:

1. Lulus

Dengan membengkokkan pipa, misalnya menjadi bentuk 'S', Anda dapat membiarkan cairan melewati lebih dari satu kali sebelum meninggalkan penukar panas. Single pass adalah pipa lurus, dimana fluida masuk pada salah satu ujung dan keluar pada ujung lain penukar panas dengan cukup cepat. Jalur ganda menggunakan bentuk U-, sehingga fluida masuk dan keluar penukar panas pada ujung yang sama, sehingga memperpanjang waktu perpindahan fluida satu-dalam penukar panas. Triple pass menggunakan formasi berbentuk 'S' yang memungkinkan fluida mengalir sepanjang penukar panas tiga kali sebelum keluar. Semakin besar jumlah lintasan, semakin besar jumlah perpindahan panas yang tersedia – karena fluida berada bersama-sama dalam sistem lebih lama – meskipun hal ini juga dapat menyebabkan penurunan tekanan dan hilangnya kecepatan.

2. Suhu Melintasi-Over

Persilangan suhu-terjadi ketika panas fluida yang lebih dingin mulai bersilangan dengan suhu fluida panas di penukar panas. Misalnya, minyak yang masuk ke penukar panas pada suhu 80⁰C bersama air pada suhu 30⁰C, suhunya akan bersilangan-jika minyak turun menjadi 50⁰C saat air mencapai 51⁰C. Pada titik ini fluida yang lebih dingin (air) menjadi lebih panas dibandingkan minyak. Persilangan suhu-dapat mengurangi efisiensi penukar panas secara signifikan, terutama saat pendinginan. Hal ini dapat dihindari dengan meningkatkan laju aliran cairan pendingin (lihat 'Laju Aliran' di bawah), sehingga terdapat lebih banyak cairan pendingin dalam sistem. Jika persilangan suhu tidak dapat dihindari, penggunaan penukar panas pelat (lihat 'Jenis Penukar Panas di bawah) adalah solusi terbaik.

3. Perbedaan suhu

Hal ini mengacu pada perbedaan suhu antara cairan pendingin dan cairan panas, yang penting dalam penukar panas, seperti yang ditunjukkan oleh 'persilangan suhu-over' (di atas). Suhu cairan pendingin harus dijaga lebih rendah daripada suhu fluida panas, dan semakin dingin cairan pendingin, semakin efektif ia mengeluarkan panas dari cairan panas.

4. Laju Aliran

Ini adalah jumlah fluida yang melewati-penampang pipa dalam jangka waktu tertentu. Hal ini dihitung sebagai volume fluida per waktu fluida mengalir - dengan laju aliran yang lebih besar yang berpotensi meningkatkan kemampuan penukar panas untuk mentransfer panas. Namun, lebih banyak cairan juga berarti lebih banyak massa yang harus diangkut, serta meningkatkan kehilangan tekanan dan kecepatan.

Penukar panas dapat diklasifikasikan menurut pengaturan alirannya atau berdasarkan desain penukar panas itu sendiri.

Tiga klasifikasi utama pengaturan aliran yang terdapat pada penukar panas adalah aliran-paralel, aliran balik, dan-aliran silang:

• Aliran Paralel:Kedua fluida masuk pada ujung yang sama dari penukar panas dan bergerak secara paralel sebelum keluar secara bersamaan
• Arus Balik:Fluida masuk pada sisi yang berlawanan dari penukar panas dan mengalir melalui sistem dalam arah yang berlawanan. Ini adalah pengaturan aliran yang paling efisien, karena perbedaan suhu rata-rata antar fluida tetap lebih tinggi di seluruh sistem
• Lintas-Aliran:Dalam bentuk penukar panas ini, fluida bergerak tegak lurus (tegak lurus) satu sama lain

Selain pengaturan alirannya, penukar panas dapat dikategorikan berdasarkan jenisnya, sesuai dengan desain fisik penukar panas:

• Pipa Ganda:Ini adalah jenis penukar panas yang paling mudah digunakan oleh industri. Seperti namanya, ini terdiri dari dua tabung tempat cairan dapat mengalir. Konfigurasi aliran dapat berupa aliran paralel atau aliran berlawanan, dengan aliran berlawanan menjadi lebih efisien sedangkan aliran paralel lebih baik jika kedua fluida perlu diambil pada suhu yang sama. Penukar panas ini mudah dan murah untuk dirancang dan dipelihara tetapi memiliki tingkat efisiensi yang relatif rendah dibandingkan desain lainnya
• Cangkang dan Tabung:Penukar panas shell and tube menggunakan seperangkat tabung logam tempat satu fluida mengalir, dikelilingi oleh cangkang tertutup tempat fluida kedua mengalir. Penukar panas jenis ini bekerja dengan semua jenis aliran – aliran paralel, berlawanan arah, dan silang- dan dapat ditemukan di lokomotif uap. Penyekat digunakan untuk mengarahkan aliran fluida, menginduksi getaran dalam fluida dan menopang tabung, sedangkan sirip juga dapat digunakan dengan teknologi-pendingin udara (seperti pendingin antar{-mesin pembakaran) untuk meningkatkan area perpindahan panas
• Pelat/Sirip:Penukar panas jenis ini menggunakan tumpukan pelat logam tipis yang dipisahkan oleh sirip untuk membentuk tingkat, seperti lantai sebuah bangunan. Namun, masing-masing 'lantai' ini-terdiri sendiri dan terpisah dari lantai di atas atau di bawah, sehingga menciptakan serangkaian tabung tertutup yang melaluinya cairan dapat mengalir. Hal ini menciptakan luas permukaan besar yang mampu menukar panas dengan cepat sekaligus menjamin aliran fluida ke seluruh permukaan perpindahan panas, mencegah stagnasi dan akumulasi cairan. Pelat dapat dibuat dalam berbagai ukuran, kedalaman dan bentuk, termasuk pelat bergelombang, pelat dan rangka, pelat dan cangkang, atau pelat spiral. Turbulensi aliran yang tinggi antar pelat menciptakan perpindahan panas yang lebih besar dan penurunan tekanan. Penukar panas jenis ini digunakan dalam aplikasi seperti tungku gas dan boiler.
• Berpendingin Udara:Penukar panas jenis ini umumnya ditemukan pada kendaraan dan aplikasi bergerak lainnya di mana air dingin tidak tersedia. Alih-alih menggunakan dua cairan, sistem berpendingin udara menggunakan udara dingin dari kipas atau aliran udara yang disebabkan oleh pergerakan kendaraan itu sendiri.
• Kondensor, Boiler dan Evaporator:Jenis pertukaran panas ini patut mendapat perhatian khusus karena cara kerjanya sedikit berbeda dari yang telah dijelaskan. Daripada memasukkan dua fluida (panas dan dingin), ini menggunakan pendinginan dan kondensasi gas panas menjadi bentuk cair (dan sebaliknya) untuk menciptakan siklus perpindahan panas. Ini adalah proses yang digunakan oleh turbin uap dan generator uap, yang menggunakan siklus penguapan air menjadi uap dan kemudian didinginkan kembali menjadi cairan.
• Pemulihan:Recuperator adalah penukar panas yang dirancang untuk menangkap panas yang seharusnya hilang, seperti panas yang dibuang dari gedung. Udara hangat diarahkan keluar melalui saluran di samping saluran masuk cairan dingin yang terpisah untuk menciptakan aliran balik. Beginilah cara kerja-sistem ventilasi pemulihan panas, yang memungkinkan bangunan diberi ventilasi dengan udara segar tanpa kehilangan seluruh panas dari udara hangat yang keluar
• Regenerator:Penukar panas jenis ini memungkinkan fluida yang masuk dan keluar bergerak melalui saluran yang sama dalam arah yang berlawanan pada waktu yang berbeda. Saat fluida hangat mengalir keluar, ia melepaskan sebagian panasnya, dan saat fluida dingin mengalir masuk, ia mengambil sebagian sisa panas yang tersisa di sana. Pertukaran panas jenis ini digunakan pada mesin Stirling, yang menggunakan piston untuk mendorong gas yang terperangkap bolak-balik antara sumber panas (seperti api) dan area yang lebih dingin, atau 'tenggelam', tempat panas hilang. Penukar panas jenis ini mengurangi kehilangan panas dalam suatu sistem dengan 'meregenerasi' panas.

Penukar panas digunakan untuk berbagai aplikasi baik dalam keperluan industri maupun sehari-hari.

Meskipun penukar panas memiliki berbagai desain dan sistem aliran yang berbeda, semuanya bekerja dengan cara yang sama; memungkinkan kontak termal antara fluida yang lebih panas dan yang lebih dingin (tanpa benar-benar tercampur), sehingga kedua fluida tersebut saling memanaskan atau mendinginkan-yang lain.

Hal ini meningkatkan efisiensi kendaraan dan unit lainnya serta menghemat biaya dan menurunkan konsumsi energi (dan dampak lingkungan apa pun yang terkait).

Raih Paket HX

Skenario aplikasi penukar panas Anda (seperti pemrosesan makanan, industri petrokimia, pendinginan daya) dan karakteristik medium (korosif/viskositas/suhu) bervariasi, sehingga rencana spesifikasi juga akan disesuaikan secara eksklusif-beri tahu kami kebutuhan Anda, dan kami akan memberi Anda parameter dan penawaran harga yang ditargetkan.

E-mail:global@gneesteels.com