Penukar Panas Yang Paling Banyak Digunakan : Shell and Tube Heat Exchanger

Pendahuluan

Penukar panas merupakan komponen penting dalam banyak proses industri dan komersial, yang memungkinkan panas berpindah dari satu media ke media lain tanpa kontak langsung. Di antara banyak jenis yang tersedia — termasuk penukar panas pelat, tabung bersirip, spiral, dan pipa ganda — penukar panas shell and tube (STHE) merupakan yang paling banyak digunakan secara global. Fleksibilitas, daya tahan, dan efisiensinya menjadikannya landasan manajemen termal di sektor-sektor seperti pembangkit listrik, minyak dan gas, HVAC, pemrosesan bahan kimia, dan banyak lagi.

Apa itu Penukar Panas Shell dan Tube?

Penukar Panas Shell dan Tabung terdiri dari serangkaian tabung yang dibungkus dalam cangkang silinder. Satu fluida mengalir melalui tabung, sedangkan fluida lain mengalir melalui tabung (di dalam cangkang) untuk menukar panas. Kontak tidak langsung ini memastikan perpindahan panas tanpa pencampuran cairan.

Struktur Dasar:
Tabung: Biasanya disusun dalam bundel dan bisa lurus atau berbentuk U.

Shell: Sebuah bejana silinder yang mengelilingi tabung, berisi cairan kedua.

Lembaran Tabung: Pelat yang menahan tabung pada posisinya dan mengisolasi cairan.

Penyekat: Memandu fluida sisi cangkang untuk meningkatkan turbulensi dan perpindahan panas.

Kepala atau Penutup Ujung: Mengarahkan cairan masuk dan keluar dari tabung.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja utama penukar panas shell and tube adalah perpindahan panas berbasis konveksi antara dua fluida pada temperatur berbeda. Kalor mengalir dari fluida yang lebih panas ke fluida yang lebih dingin melalui dinding tabung.

Ada tiga konfigurasi aliran utama:

Aliran Paralel – Kedua fluida bergerak dalam arah yang sama.

Counterflow – Cairan bergerak berlawanan arah untuk efisiensi yang lebih tinggi.

Crossflow – Fluida mengalir tegak lurus satu sama lain.

Varian Desain

Untuk memenuhi berbagai aplikasi, penukar panas shell and tube dirancang dalam konfigurasi berbeda:

One-pass atau Multi-pass (fluida membuat satu atau beberapa lintasan melalui tabung)

Lembar Tabung Tetap – Sederhana dan ekonomis; terbatas pada ekspansi termal rendah.

Floating Head atau U-tube – Mengakomodasi ekspansi termal; pembersihan dan perawatan lebih mudah.

Standar TEMA – Asosiasi Produsen Penukar Tubular (TEMA) menstandarkan STHE ke dalam kelas (R, C, B) untuk penggunaan kilang, komersial, dan bahan kimia.

Mengapa Paling Banyak Digunakan?

1. Keserbagunaan
Penukar shell dan tube dapat menangani berbagai suhu (hingga 1000°C) dan tekanan (hingga 500 bar). Mereka dapat disesuaikan untuk berbagai kebutuhan proses, cairan, dan lingkungan instalasi.

2. Daya Tahan dan Keandalan
Dibuat dengan bahan kuat seperti baja tahan karat, titanium, atau Inconel, penukar ini cocok untuk lingkungan korosif dan bertekanan tinggi. Mereka memiliki umur operasional yang panjang dengan perawatan yang tepat.

3. Skalabilitas
Mereka tersedia dalam berbagai ukuran — mulai dari unit kecil untuk laboratorium hingga instalasi industri besar.

4. Kemudahan Perawatan
Model seperti desain tabung-U atau kepala mengambang memungkinkan pembersihan dan penggantian tabung tanpa membongkar keseluruhan sistem.

5. Efisiensi Termal
Dengan desain yang sesuai (misalnya baffle, multiple pass), STHE dapat mencapai perpindahan panas yang sangat efisien, terutama dalam pengaturan aliran balik.

Aplikasi Umum

1. Industri Minyak dan Gas Bumi
Pelumas pendingin dan cairan hidrolik

Pemulihan panas dari gas buang

Kondensasi uap dan uap

2. Pembangkit Listrik
Pemanas air umpan

Kondensor uap di pembangkit listrik tenaga panas

3. Pengolahan Kimia
Kontrol suhu reaktor

Pemanasan dan pendinginan produk

4. HVAC dan Pendinginan
Sistem air dingin

Kondensor dan evaporator

5. Kelautan dan Dirgantara
Sistem pendingin mesin

Pemulihan panas limbah

Bahan Konstruksi
Pemilihan material sangat penting dan bergantung pada suhu, tekanan, dan ketahanan korosi:

Baja Karbon – Umum untuk aplikasi berbiaya rendah.

Baja Tahan Karat – Ketahanan korosi yang tinggi.

Paduan Tembaga – Konduktivitas termal yang sangat baik.

Titanium – Digunakan untuk air laut atau cairan yang sangat korosif.

Paduan Nikel (Inconel, Hastelloy) – Untuk lingkungan ekstrem.