fouling (pengotoran) pada heat exchanger

Fouling (pengotoran) didefinisikan sebagai pembentukan endapan yang tidak diinginkan pada permukaan perpindahan kalor yang menghambat perpindahan kalor dan meningkatkan hambatan terhadap aliran fluida, menghasilkan penurunan tekanan yang lebih tinggi. Pertumbuhan endapan menyebabkan kinerja termodinamuka heat exchanger menurun seiring waktu.

Fouling mempengaruhi konsumsi energi industri proses, dan dapat memaksa menambah bahan tambahan yang dibutuhkan untuk memberikan perpindahan kalor ekstra pada heat exchanger untuk mengkompensasi efek pengotoran. Selain itu, dapat menimbulkan fluks kalor tinggi, seperti pada pembangkit uap, fouling dapat menyebabkan titik panas lokal dan pada akhirnya dapat mengakibatkan kegagalan mekanis dari permukaan perpindahan kalor.

Kerugian Yang Ditimbulkan Oleh Fouling Dari Heat Exchanger

1. Peningkatan biaya modal karena oversizing
2. Kehilangan energi yang terkait dengan kinerja peralatan yang buruk
3. Biaya perawatan membengkak akibat korosi dan pengotoran
4. Produksi berkurang karena jadwal pemeliharaan
5. Pengurangan waktu proses pada industri

Pengaruh Fouling Terhadap Kinerja Termodinamika Heat Exchanger

1. Lapisan fouling di bagian dalam dan permukaan luar heat exchanger umumnya meningkat seiring waktu. Fouling biasanya memiliki konduktivitas termal lebih rendah daripada fluida atau dinding konduksi. Fouling dapat meningkatkan hambatan termal keseluruhan.
2. Ada peningkatan kekasaran permukaan, sehingga meningkatkan ketahanan gesekan terhadap aliran, dan fouling menghalangi aliran; karena efek ini, penurunan tekanan melintasi heat exchanger meningkat.
3. Fouling dapat menciptakan sumber korosi.
4. Fouling akan mengurangi efektivitas termal yang akan menambah beban termal pada sistem.

Jenis-jenis Fouling

Particulate Fouling

Particulate fouling dapat didefinisikan sebagai akumulasi partikel yang tersuspensi dalam aliran ke permukaan perpindahan kalor. Jenis fouling ini termasuk sedimentasi pengendapan gravitasi serta pengendapan partikel koloid oleh mekanisme pengendapan lain di ke permukaan perpindahan kalor.

Reaksi Kimia

Fouling yang dibentuk oleh reaksi kimia dari permukaan perpindahan kalor material permukaan itu sendiri dikenal sebagai fouling reaksi kimia. Polimerisasi, cracking, dan kokas hidrokarbon adalah contoh utama dari fouling reaksi kimia.

Kehadiran senyawa belerang, senyawa nitrogen, dan keberadaan elemen fouling logam seperti Mo dan Va dalam aliran hidrokarbon secara signifikan meningkatkan fouling reaksi kimia. Komposisi aliran proses, termasuk kontaminan dan masuknya oksigen akan mempengaruhi fouling reaksi kimia.

Korosi

Fouling korosi disebabkan oleh pengendapan korosi pada permukaan perpindahan kalor. Bahan permukaan perpindahan kalor bereaksi untuk menghasilkan korosi yang mengotori permukaan perpindahan panas. Ciri paling umum dari jenis pengotoran ini adalah: kehilangan material karena penipisan, oksida besi pada tabung baja karbon dalam sistem pendingin air, dan pengotoran tabung radiator. Fouling korosi sangat tergantung pada pilihan bahan konstruksi dan lingkungan. Tindakan seperti penggunaan inhibitor, proteksi katodik, dan perawatan permukaan seperti pasivasi stainless steel akan meminimalkan korosi.

Kristalisasi

Jenis pengotoran ini sebagian besar terjadi dalam sistem pendingin air, ketika garam yang larut dalam air, terutama kalsium karbonat, menjadi jenuh dan mengkristal pada dinding tabung untuk membentuk karang. Karang terjadi karena banyak garam terlarut dalam air. Aditif kimia dapat membantu mengurangi masalah pengotoran karena kristalisasi dan pembekuan dalam beberapa cara. Secara garis besar ada empat kelompok bahan kimia untuk mengontrol kristalisasi: agen distorsi, dispersan, agen sekuestrasi, dan bahan kimia ambang.

Biologis

Penempelan mikroorganisme (bakteri, alga, dan jamur) dan organisme makro (teritip, spons, ikan, rumput laut, dll.) pada permukaan biasa disebut sebagai fouling biologis. Pada kontak dengan permukaan perpindahan kalor, organisme ini dapat menempel dan berkembang biak, terkadang menyumbat saluran fluida, serta menimbulkan lumpur atau padatan tersuspensi lainnya dan menimbulkan korosi.

Solidifikasi (pemadatan)

Pembekuan cairan atau konstituen yang memiliki titik leleh lebih tinggi dari larutan multikomponen pada subcooled heat exchanger dikenal sebagai pengotoran pemadatan. Contohnya adalah pembekuan cairan pada kelembaban di udara, pembekuan air pendingin dalam proses suhu rendah, dan deposisi lilin parafin selama pendinginan aliran hidrokarbon.

Proses-proses fouling di atas sangat erat kaitanya dengan mekanika fluida. Salah satu metode yang paling umum untuk mendesain suatu sistem heat exchanger adalah menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), yaitu metode menyelesaikan persamaan-persamaan mekanika fluida bahkan reaksi kimia menggunakan komputer, sehingga diperoleh hasil yang komprehensif dan detail. >> Klik di sini untuk mempelajari selengkapnya tentang CFD!

Bagi anda mechanical engineer yang ini meningkatkan skill di bidang heat exchanger atau mechanical engineering secara umum, Kami juga menyediakan solusi yaitu training dengan topik-topik seputar mechanical engineering dengan trainer yang sudah sangat berpengalaman di bidangnya untuk meningkatkan skill dan kompetensi anda sebagai seorang engineer profesional. Untuk list training mechanical engineering >>klik di sini!

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL HEAT EXCHANGER LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

aeroengineering services merupakan layanan dibawah CV. Markom dengan solusi terutama CFD/FEA.

Sumber:

Thulukkanam, Kuppan. 2013. Heat Exchanger Design Handbook Second Edition. New York: CRC Press.

https://www.enggcyclopedia.com/2019/05/heat-exchanger-fouling/ (diakses pada tanggal 16 Agustus 2021)

Author: admin