Prinsip kerja heat exchanger didasarkan pada perpindahan panas dari fluida yang memiliki suhu lebih tinggi ke fluida dengan suhu lebih rendah, sehingga terjadi keseimbangan termal antara kedua fluida. Proses perpindahan panas ini dapat berlangsung dengan tiga mekanisme utama, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Namun, dalam kebanyakan aplikasi penukar panas, konduksi dan konveksi menjadi mekanisme yang paling dominan.

Konduksi terjadi ketika panas berpindah melalui dinding pemisah antara dua fluida tanpa adanya perpindahan massa, sedangkan konveksi melibatkan perpindahan panas melalui aliran fluida yang bersirkulasi. Efisiensi penukar panas dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti luas permukaan perpindahan panas, bahan konduktif dari dinding pemisah, kecepatan aliran fluida, serta turbulensi yang dihasilkan dalam sistem.

Semakin luas permukaan perpindahan panas dan semakin tinggi konduktivitas bahan termal pemisah, semakin efektif penukar panas dalam mentransfer panas. Selain itu, desain heat exchanger juga menentukan efektivitasnya dalam menjaga perpindahan panas tetap stabil tanpa menyebabkan penurunan tekanan yang signifikan dalam sistem. Oleh karena itu, pemilihan heat exchanger yang tepat harus mempertimbangkan kebutuhan spesifik suatu aplikasi untuk mendapatkan efisiensi terbaik.

Jenis-Jenis Heat Exchanger

1. Penukar panas selongsong dan tabung

Shell and Tube Heat Exchanger adalah jenis heat exchanger yang paling umum digunakan, terutama dalam industri yang membutuhkan sistem perpindahan panas dengan kapasitas besar dan mampu menangani tekanan tinggi. Desainnya terdiri dari sejumlah pipa kecil (tube) yang diletakkan di dalam sebuah tabung besar (shell).

Salah satu fluida mengalir melalui pipa kecil, sementara fluida lainnya mengalir di sekitar pipa dalam shell. Efisiensi perpindahan panas pada heat exchanger ini bergantung pada jumlah pipa, panjang pipa, dan pola aliran fluida. Jenis ini banyak digunakan dalam industri minyak dan gas, pembangkit listrik, serta sistem pendingin mesin karena ketahanannya terhadap tekanan dan suhu tinggi.

2. Penukar panas pelat

Plate Heat Exchanger menggunakan serangkaian pelat logam tipis yang disusun secara berlapis untuk memaksimalkan luas permukaan perpindahan panas. Setiap pelat memiliki pola transmisi yang meningkatkan turbulensi aliran fluida, sehingga meningkatkan efisiensi arus panas.

Karena desainnya yang lebih kompak dibandingkan shell and tube, jenis ini sering digunakan dalam aplikasi dengan keterbatasan ruang, seperti sistem pemanas udara, industri makanan dan farmasi, serta sistem HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning). Selain itu, heat exchanger jenis ini juga lebih mudah dibongkar untuk dibersihkan dan dirawat, menjadi pilihan yang baik untuk aplikasi.

3. Penukar panas tabung bersirip

Finned Tube Heat Exchanger adalah jenis heat exchanger yang dilengkapi dengan sirip (fin) di sepanjang pipa untuk meningkatkan luas permukaan perpindahan panas. Sirip ini memungkinkan fluida yang mengalir di luar pipa mendapatkan kontak lebih banyak dengan pipa, sehingga meningkatkan efisiensi perpindahan panas.

Jenis ini umumnya digunakan dalam sistem pendingin udara, seperti radiator kendaraan, sistem pendingin udara (AC), dan berbagai aplikasi lainnya di mana fluida pendingin utama adalah udara. Karena udara memiliki kapasitas panas yang lebih rendah dibandingkan cairan, penggunaan sirip pada pipa sangat membantu dalam meningkatkan efektivitas perpindahan panas.

4. Penukar panas regeneratif

Regenerative Heat Exchanger adalah jenis heat exchanger yang bekerja dengan cara menyimpan panas dari fluida panas ke dalam suatu media penyimpan panas (media penyimpanan termal) sebelum mentransfernya ke fluida dingin. Proses ini terjadi secara siklus, di mana fluida panas dan fluida dingin melewati area yang sama secara bergantian.

Berbeda dengan penukar panas konvensional yang memisahkan aliran panas dan dingin dengan dinding logam tipis, jenis ini memungkinkan pemanfaatan kembali panas yang sebelumnya terserap oleh media penyimpan, sehingga meningkatkan efisiensi energi secara signifikan.

5. Penukar panas berpendingin udara

Air Cooled Heat Exchanger adalah jenis penukar panas yang menggunakan udara sebagai media pendingin utama untuk menghilangkan panas dari fluida yang mengalir di dalamnya. Tidak seperti heat exchanger berbasis cairan, jenis ini tidak memerlukan udara sebagai pendingin, sehingga sangat cocok digunakan di daerah dengan keterbatasan pasokan udara atau dalam aplikasi yang ingin menghindari penggunaan udara untuk alasan teknis atau ekonomi.