Cara Kerja dan Keajaiban Otak Manusia

Cara Kerja Otak

Belajar hal baru berarti menyusun kembali cara otak bekerja. Otak kita memiliki ratusan miliyar neuron atau sel-sel otak yang saling terhubung. Belajar adalah menciptakan dan memperkuat jalan dari impuls-impuls listrik menempuh neuron-neuron ini. Tapi diantara dan tiap hubungan di otak kita ada celah kecil yang disebut sinapsis. Setiap kita yang mau belajar hal baru, sinyal listrik itu harus melewati celah ini untuk melanjutkan perjalanannya. 

Celah antara kedua sel otak itu amat kecil. Tapi itu tidak berarti sinyal langsung jalan dari satu sisi ke sisi yang lain. Bagi kita, ini seperti menyebrangi jurang yang dalam. Dan menempuh dari satu sisi ke sisi yang lain dapat menunjukan sesuatu tentang cara kita belajar. Pertama kali sinyal menyebrang dari satu sel otak ke sel yang lain menentut upaya keras. Dan sama halnya ketika kita melewati jurang kita. 

Perjalanan pertama menyebrang adalah yang paling sulit. Setelah sekali menyebrang jurang, perjalanan menyebrang kian lama kian mudah. Dan hal serupa terjadi ketika kita mempelajari sesuatu. Memulai belajar memang sulit. Tapi, ketika sinyal terus menerus menyebrangi celah sel-sel, otak kita membentuk jalan yang lebih solid. Begitu kita menyebrang terus menerus, usahanya kian tidak berarti. Kita dapat melakukannya kapanpun kita mau. Kita akhirnya mempelajari sesuatu. 

Keajaiban Otak Manusia

Para ilmuan telah mengungkapkan bahwa otak manusia tersusun dari sel-sel kecil disebut neuron, yang dalam satu otak jumlahnya mencapai 10.000.000.000 (sepuluh ribu juta sel). Setiap sel neuron ini memiliki beberapa serabut saraf yang tersusun rapi, dan setiap serabut saraf memiliki beribu-ribu plasma sel. 

Tapi, ingatan manusia dibangun berdasarkan tingkat reaksi (rangsangan) dan keterkaitan (impuls) antara plasma sel. Maka, setiap hubungan antar dua plasma sel membentuk satu jalan, dan jumlah jalan-jalan ini menjadi acuan kemampuan manusia dalam menghasilkan kecerdasan. Semakin banyak jalan pertemuan antar dua plasma sel, semakin besar pula daya ingat dan kecerdasan manusia. 

Bisakah jumlah jalan yang dihasilkan ini dihitung sehingga tingkat kecerdasann manusia bisa diperkirakan? Agar kita bisa menghitung jumlah jalan, kita membutuhkan sehelai kertas untuk menghubungkan antara planet Bumi dan planet Mars, mengapa? 

1.       Karena angka yang muncul adalah satu, sedangkan disisi kanannya tujuh nol. Artinya, sepuluh juta kilometer.

2.       Di setiap detik, terjadi reaksi-reaksi kimiawi dalam otak manusia, diestimasikan jumlahnya berkisar antara seratus ribu hingga satu juta reaksi.

3.       Seandainya aktivitas yang dilakukan seluruh perusahaan telekomunikasi di dunia dijumlah lalu kita bebankan pada otak untuk menggantikannya, itu sudah bisa dijalankan (dicover) sebagian otak yang bentuknya tak lebih besar dari biji kacang.

4.       Prof. Mark Ruzenzn dari Universitas California selama bertahun-tahun melakukan riset untuk mempelajari kapasitas memori yang dimiliki ingatan manusia. Ia menemukan kapasitas memori manusia sangat besar sekali dan tak seorang pun mampu menghitunganya.

5.       Ia menemukan, seandainya otak diisi pengetahuan baru sebanyak sepuluh pengetahuan disetiap detik dan selama kurun waktu 60 tahun secara terus menerus, malam dan siang tanpa henti, maka bagian otak manusia yang telah diberi pengetahuan-pengetahuan ini  hanya sebesar sepersatu juta dari bentuk akal manusia.

6.       Diantara informasi (data) yang dinyatakan para ilmuwan bahwa sepuluh juta sel saraf bertempat di otak dan bahwa ukuran fisik otak tidak berkorelasi dengan kecerdasan.

7.       Otak manusia mampu melakukan empat ratus juta proses penghitungan disetiap menit.

8.       Manusia mampu memproses hingga tiga puluh miliyar informasi disetiap detik.

9.       Pada umumnya, otak manusia mengandung sekitar dua puluh delapan miliyar sel saraf untuk melakukan impuls saraf. Tanpa sel-sel ini, sistem saraf kita tak akan mampu menerjemahkan informasi yang kita terima melalui organ-organ indra, mengirimkannya ke otak dan tidak mampu membawa sinyal-sinyal dari otak dan menunjukan pada kita apa yang harus kita lakukan. Perlu diberitahukan, bahwa setiap dari sel syaraf ini layaknya sebuah komputer berbentuk sangat mini yang berdiri sendiri dan mampu memproses sekitar satu juta data. Masing-masing dari sel syaraf ini bekerja  secara independent, namun saling menjalani komunikasi kasi diantara sesamanya berupa serabut syaraf yang panjangnya mencapai seratus ribu mil.

10.   Kemampuan otak dalam memproses data sangat luar biasa, khususnya ketika mau memperhatikan bahwa komputer, seberapapun cepatnya, tidak bisa melakukan lebih dari satu hubungan di setiap proses.

Bahan Bakar

Pengertian

Bahan bakar adalah bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai  dengan pengeluaran panas.

  

Jenis Bahan Bakar

Bahan bakar fosil, seperti : batubara, minyak bumi, dan gas bumi.

Bahan bakar nuklir, seperti : uranium dan plutonium. Pada bahan bakar nuklir, panas diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa radioaktif.

Bahan bakar lain, seperti : sisa tumbuh-tumbuhan (biomass), minyak nabati (straight vegetable oil), minyak hewani, biofuel/biodiesel.

Komposisi Bahan Bakar

Bahan bakar umumnya tersusun dari unsur-unsur :

·         C (karbon),

·         H (hidrogen),

·         O (oksigen),

·         N (nitrogen),

·         S (belerang),

·         Abu, dll

Unsur-unsur ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :

Combustible matter  adalah unsur-unsur yang jika terbakar akan menghasilkan panas, unsur-unsur kimia tersebut yaitu, C, H dan S.

Non-combustible matter  adalah unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar, unsur-unsur tersebut yaitu O, N, bahan mineral atau abu dan air. 

Sifat-sifat Bahan Bakar

a.       Nilai Kalor (Heating Value)

Nilai bakar adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna  kilogram atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair atau satu meter kubik atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada keadaan standard.

Nilai bakar atas atau “gross heating value” atau “higher heating value” (HHV) adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan tetap, suhu 25 ^oC, apabila semua air yang mula-mula berwujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali.

Nilai bakar bawah atau “net heating value” atau “lower heating value” (LHV) adalah panas yang besarnya sama dengan nilai panas atas dikurangi panas yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar 

b.      Kadar Air di dalam Bahan Bakar (water content)

Air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari :

·         Kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi.

·         Kandungan air eksternal, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan  terikat secara fisis.

Air dalam bahan bakar cair merupakan air eksternal, air tersebut berperan sebagai pengganggu. Air dalam bahan bakar gas merupakan uap air yang bercampur dengan bahan bakar tersebut. Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan bakar karena :

·         menurunkan nilai bakar dan memerlukan sejumlah panas untuk penguapan,

·         menurunkan titik nyala,

·         memperlambat proses pembakaran,

·         menambah volume gas buang. 

c.       Titik Nyala (Flash Temperature)

Titik nyala adalah temperatur terendah di mana uap-uap yang terbentuk dari suatu bahan bakar dapat terbakar apabila diberi sumber panas tanpa bahan tersebut sendiri terbakar (terbakar sesaat).

d.      Titik Bakar (Combustion / fire point temperature)

Titik bakar adalah temperatur di mana bahan yang dinyalakan akan terbakar terus menerus apabila diberi sumber panas (biasanya kira-kira 30 – 40 °C lebih tinggi dari titik nyala).

e.      Titik Sulut (Auto Ignition temperature)

Apabila campuran bahan bakar dimasukkan kedalam ruang bakar dan secara bertahap dipanasi, maka akan terbakar dengan sendirinya pada suhu tertentu, suhu ini disebut “self ignition temperature “ atau titik sulut. Titik sulut adalah suhu terendah di mana bahan dapat terbakar dengan sendirinya. Biasanya "temperatur operasi" lebih rendah dari titik sulut suatu bahan yang mudah terbakar . Contoh : gas alam sekitar 595 ºC.

Bahan bakar	Flash point oC	Autoignition  oC
Methan	-188	537
Ethan	-135	472
Propan	-104	470
Butan	-60	365
n-Oktan	10	206
I - Oktan	-12	418
n-Cetan	135	205
Methanol	11	385
Ethanol	12	365

f.        Viskositas

Viskositas merupakan sifat  bahan bakar (fuel oil) yang sangat penting yaitu memungkinkan bahan bakar tersebut dapat dipompakan  atau tidak (pumpable) dan mudah dinyalakan atau tidak (flamable).

 

g.       Sulfur content

Di dalam bahan bakar terdapat  sulfur yang ikut bereaksi pada proses pembakaran dengan reaksi sebagai berikut :

S   +  O₂             --->                      SO₂

2 SO₂ + O₂           --->                     2 SO₃

Selanjutnya SO₂ dan SO₃  bereaksi dengan uap air (H2O) yang berasal dari udara pembakaran maupun dari bahan bakarnya sendiri, dengan reaksi sebagai berikut :

SO₂ +  H₂O       --->                     H₂SO₃  

2 SO₂ + O₂          --->                      2 SO₃

Hasil reaksi tersebut di atas terikut dalam flue gas hasil pembakaran sehingga mempunyai sifat korosi asam. Namun tingkat korosi flue gas tersebut tergantung dari :

·         Konsentrasi SO₃ dan H₂O

·         Temperatur  flue gas di stack, selalu dijaga lebih tinggi dari dew point

Tornado

Tornado berasal dari kata Tronada (Spanyol), Tonare (Latin) dan kerap dikenal dengan istilah Twister dan Willy-willy. Di Indonesia raja angin ini disebut dengan angin putting beliung atau angin leysus. Dari definisinya, tornado dapat diartikan sebagai putaran yang kencang dari suatu kolom udara yang terbentuk dari awan cumulonimbus (Cb) yang telah menyentuh tanah, biasanya tampak sebagai corong awan (funnel cloud) dan kerap disertai dengan badai angin dan hujan petir atau batu es. 

Penyebab terbentuknya angin tornado

Terjadinya angin tornado disebabkan oleh perubahan lapisan udara, dalam hal ini jika lapisan udara dingin berada diatas lapisan udara panas. Udara panas naik dengan kecepatan 300-an km/jam, udara yang menyusup dari sisi inilah yang mengakibatkan angin berputar sehingga membentuk tornado, dan bila sudah sempurna maka sebuah tornado bisa memiliki kecepatan hingga 400 km/jam serta lebar cerobong antara 15 – 365 meter. 

Mekanisme terjadinya angin tornado :

Terjadinya angin tornado sangat terkait erat dengan fase tumbuh awan Cumulonimbus(Cb) sbb :

a.       FaseTumbuh.

Dalam awan terjadi arus udara naik ke atas yang kuat. Hujan belum turun, titik-titik air maupun kristal es masih tertahan oleh arus udara yang naik ke atas puncak awan.

b.      Fase Dewasa/Masak.

Titik - titik air tidak tertahan lagi oleh udara naik ke puncak awan. Hujan turun menimbulkan gaya gesek antara arus udara naik dan turun. Temperatur massa udara yang turun ini lebih dingin dari udara sekelilingnya. Antara arus udara yang naik dan turun dapat timbul arus geser memuntir,membentuk pusaran. Arus udara ini berputar semakin cepat, mirip sebuah siklon yang "menjilat" bumi sebagai angin puting beliung. Terkadang disertai hujan deras yang membentuk pancaran air (water spout).

c.       Fase Punah.

Tidak ada massa udara naik. Massa udara yang turun meluas diseluruh awan. Kondensasi berhenti. Udara yang turun melemah hingga berakhirlah pertumbuhan awan Cb.

 Adapun ciri - ciri dari angin tornado, yaitu:

a.       Terjadi terutama di daerah yang kurang vegetasi dan kota yang banyak gedung-gedung penyebab panas di daratan.

b.      Lebih sering terjadi pada peralihan musim kemarau ke musim hujan.

c.       Lebih sering terjadi pada siang atau sore hari, tapi terkadang pada malam hari.

d.      Awan itu ketebalannya bisa mencapai 9 kilometer, dan puncak awan bisa berupa es. Ciri-ciri selanjutnya, sesaat sebelum kejadian tornado, biasanya berembus angin sepoi yang berasa dingin disekitar tempat kita berdiri.

e.      Kejadiannya singkat, antara 3 hingga 10 menit, setelah itu diikuti angin kencang yang kecepatannya berangsur melemah.

f.        Terjadi di tempat dengan radius jangkuan 5 hingga 10 km. Ini adalah topan terburuk yang pernah terjadi di Australia selama 100 tahun.

Klasifikasi Tornado

Tornado dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis dan skala kerusakannya. Berdasarkan jenisnya, tornado dibedakan atas :

a.       Weak Tornado

Dikategorikan demikian karena waktu berlangsungnya sangat singkat antara 1 hingga 10 menit atau lebih, sebagian besar memiliki ukuran kecil dengan daya perusak yang kecil - umumnya berskala F0 – F1 - serta kecepatan angin kurang dari 112 mph. Persentase jumlah kematian yang diakibatkan tornado lemah kurang dari 5% dari keseluruhan kematian yang disebabkan tornado. Jenis ini paling banyak di antara jenis lainnya, mencakup 88% dari total keseluruhan kejadian tornado.

b.      Strong Tornado

Berlangsung selama 20 menit atau bahkan lebih, umumnya berukuran kurang lebih 10 m dengan daya perusak kuat - berskala F2 – F3 - serta kecepatan angin antara 113 - 206 mph. Kematian yang diakibatkan tornado ini mencakup hingga 30%. Tornado kuat mencakup 11% dari jumlah keseluruhan kejadian tornado.

c.       Violent Tornado

Tornado ini dapat berlangsung cukup lama melebihi 1 jam dan dapat melintasi bermil-mil sebelum menghilang dengan daya perusak yang sangat kuat - F4 – F5 - serta kecepatan angin lebih dari 205 mph. Jenis ini paling banyak merenggut korban jiwa mencapai 70% kematian dari keseluruhan. Sangat jarang terjadi sehingga hanya mencakup 1% dari jumlah keseluruhan kejadian tornado.

Dr. T. Theodore Fujita mengembangkan suatu metode untuk mengklasifikasikan tingkat kerusakan yang dihasilkan oleh tornado. Metode ini dikenal dengan nama Skala Fujita dengan deskripsi sebagai berikut :

a.       Skala F0

Kecepatan (Mph) : < 73

Tingkat kerusakan : Ringan, beberapa kerusakan pada cerobong asap; dahan pohon patah dan daun-daun tercabut; pohon-pohon berakar dangkal terdorong; papan- papan penunjuk rusak dan roboh.

b.      Skala F1

Kecepatan (Mph) : 73 - 112

Tingkat kerusakan : Sedang, atap rumah berhamburan; rumah semi-permanen bergeser bahkan roboh; pohon besar tumbang; kaca yang tidak kuat pecah; seng dan asbes beterbangan.

c.       Skala F2

Kecepatan (Mph) : 113 – 157

Tingkat kerusakan : Signifikan, atap rumah dari kayu dan tanah liat terbang; rumah semi-permanen roboh; mobil terbalik; pohon besar tercabut; misil ringan terpicu; mobil terangkat dari permukaan tanah.

d.      Skala F3

Kecepatan (Mph) : 158 – 206

Tingkat kerusakan : Berat, atap beterbangan dan dinding rumah permanen rusak parah bahkan roboh; kereta api terbalik; sebagian besar pohon di hutan tercabut; mobil besar terlempar dari permukaan tanah.

e.      Skala F4

Kecepatan (Mph) : 207 – 260

Tingkat kerusakan : Hebat, rumah permanen porak poranda; bangunan dengan pondasi semi-permanen tersapu; misil besar terpicu; mobil dan benda berat lainnya terlempar beterbangan; semua pohon beterbangan.

f.        Skala F5

Kecepatan (Mph) : 261 – 318

Tingkat kerusakan : Sangat hebat, rumah dengan kerangka yang baik pondasinya tersapu; Misil berukuran besar beterbangan di udara hingga 100 meter;

Gaya Thermophoresis

Thermophoresis adalah fenomena pergerakan partikel dalam suatu aliran fluida yang tersebar pada suatu sistem yang diakibatkan oleh perbedaan temperatur dalam sistem tersebut. Pertikel bergerak dari zona temperatur panas menuju zona temperatur rendah. Hal ini disebabkan oleh adanya transfer momentum dari lingkungan sekitar ke partikel melalui media panas. Pergerakan partikel dalam sistem itu bergerak menuju daerah-daerah yang memiliki temperatur lebih rendah. Jika terdapat gradien temperatur didalam suatu volume udara maka partikel cenderung akan bergerak ke tempat yang lebih dingin (Sippola, 2002). Perbedaan temperatur akan menyebabkan terbentuknya perbedaan momentum pada partikel yang menempati region di dalam sistem volume kontrol. 

Lingkungan sekitar partikel diasumsikan dalam kondisi diam tanpa adanya gerakan udara dan tidak ada gaya-gaya lain yang bekerja pada partikel. 

Gaya thermophoresis memiliki aplikasi dalam berbagai bidang diantaranya untuk aerosol thermal precipitator, pembuatan serat optik, pembersihan gas, safety pada reaktor nuklir, proses pembuatan semiconductor dan perlindungan permukaan benda dari deposisi partikel. 

Beberap gaya menyebabkan pergerakan partikel, tetapi gaya thermophoresis mempunyai pengaruh yang dominan pada pergerakan partikel yang berukuran 0.01 µm ≤ dp ≤ 1 µm. Diluar ukuran tersebut maka gaya thermophoresis tidak dominan mempengaruhi pergerakan partikel, melainkan gaya lainnya. 

Gaya Thermophoresis yang melewati pelat horizontal

Persamaan dasar gaya thermophoresis adalah sesuai dengan yang dirumuskan oleh Talbott, yaitu :

Dimana, Kn = Knudsen number = 2λ/Dp

 λ = jarak tempuh partikel

K = k/kp, dimana k adalah konduktivitas thermal fluida k =(15/4) µR

Kp adalah konduktivitas thermal partikel

Cs = 1.17

Ct = 2.18

Cm = 1.14

T = temperatur lokal fluida

µ = viskositas fluida

Persamaan Talbott didasarkan atas asumsi partikel berbentuk bola dengan fluida gas ideal.

Fouling

Dalam ilmu perpindahan kalor fouling adalah pembentukan lapisan deposit pada permukaan perpindahan panas dari bahan atau senyawa yang tidak diinginkan. Bahan atau senyawa itu berupa kristal, sedimen, senyawa biologi, produk reaksi kimia, ataupun korosi. Pembentukan lapisan deposit ini akan terus berkembang selama alat penukar kalor dioperasikan. Akumulasi  deposit pada permukaan alat penukar kalor menimbulkan kenaikan pressure drop   dan menurunkan efisiensi perpindahan  panas.  Untuk  menghindari penurunan performance alat penukar kalor yang terus berlanjut dan terjadinya unpredictable cleaning, maka diperlukan suatu informasi yang jelas  tentang tingkat pengotoran  untuk menentukan jadwal pembersihan (cleaning  schedule).

Lapisan fouling dapat berasal dari partikel-partikel atau senyawa lainnya yang terangkut oleh aliran fluida. Pertumbuhan lapisan tersebut dapat meningkat apabila permukaan deposit yang terbentuk mempunyai sifat adhesif yang cukup kuat. Gradien temperatur yang cukup besar antara aliran  dengan permukaan dapat juga meningkatkan kecepatan pertumbuhan deposit. Pada umumnya proses pembentukan lapisan fouling merupakan phenomena yang sangat kompleks sehingga sukar sekali dianalisa secara analitik. Mekanisme pembentukannya sangat beragam, dan metode-metode pendekatannya juga berbeda-beda                 

Proses Pembentukan

Berdasarkan proses terbentuknya endapan atau kotoran, faktor pengotoran dibagi 5 jenis, yaitu :

1.    Pengotoran akibat pengendapan zat padat dalam larutan (precipitation fouling).

Pengotoran ini biasanya terjadi pada fluida yang mengandung garam-garam yang terendapkan pada suhu tinggi, seperti garam kalsium sulfat, dll.

2.    Pengotoran akibat pengendapan partikel padat dalam fluida (particulate fouling).

Pengotoran ini terjadi akibat pengumpulan partikel-partikel padat yang terbawa oleh  fluida di atas permukaan perpindahan panas, seperti debu, pasir, dll.

3.    Pengotoran akibat reaksi kimia (chemical reaction fouling).

Pengotoran  terjadi akibat reaksi kimia di dalam fluida, di atas permukaan perpindahan panas, dimana material bahan permukaan perpindahan panas tidak ikut bereaksi, seperti adanya reaksi polimerisasi, dll.

4.    Pengotoran akibat korosi (corrosion fouling).

Pengotoran terjadi akibat reaksi kimia antara fluida kerja dengan material bahan permukaan perpindahan panas.

5.    Pengotoran akibat aktifitas biologi (biological fouling).

Pengotoran ini berhubungan dengan akitifitas organisme biologi yang terdapat atau terbawa dalam aliran fluida seperti lumut, jamur, dll.

Akibat pembentukan fouling tersebut, maka kemampuan alat penukar kalor akan mengalami penurunan. Dalam beberapa kasus, pembersihan lapisan fouling dilakukan secara kimia dan mekanis. Salah satu cara mekanis yang umum dilakukan adalah dengan metode on-line cleaning dengan menggunakan bola taprogge

               Mekanisme Terjadinya Fouling

Pada umumnya mekanisme terjadinya fouling, pembentukan dan pertumbuhan deposit, terdiri dari :

a.     Initiation, pada periode kristis dimana temperatur, konsentrasi dan gradien kecepatan, zona deplesi oksigen dan kristal terbentuk dalam waktu yang singkat.

b.    Transport partikel ke permukaan

·         secara mekanik = imfaction

·         secara turbulen = difusion

·         Thermophoresis dan Electrophoresis

c.    Adhesi dan Kohesi pada permukaan.

d.   Migration, berupa perpindahan foulant (bahan atau senyawa penyebab fouling) menuju ke   permukaan, dan berbagai mekanisme perpindahan difusi.

e.    Attchment, Awal dari terbentuknya lapisan deposit.

f.     Transformation or Aging, periode kristis dimana perubahan fisik ataupun struktur kimia/kristal dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan lapisan deposit.

g.    Removal or Re-entrainment, perpindahan lapisan fouling dengan cara pemutusan, erosi atau spalling.

Kecepatan aliran dan temperatur fluida (atau beda temperatur) dapat menjadi variabel signifikan terjadinya fouling. Peningkatan kecepatan menyebabkan transfer massa spesies fouling dapat meningkat,  seiring dengan terbentuknya deposit pada permukaan perpindahan kalor. Secara terus menerus, shear force pada fluida/permukaan perpindahan kalor meningkat, melalui mekanisme removal deposit. Temperatur yang digunakan pada alat penukar kalor dapat mempengaruhi besarnya luasan fouling pada permukaan perpindahan kalor.

 Kondisi Terjadinya Fouling

Kondisi yang mempengaruhi terjadinya fouling yaitu :

1.  Parameter operasi alat penukar kalor, yaitu: velocity, surface tempareture, dan fluids temperature.

2.  Parameter alat penukar kalor, yaitu: Konfigurasi alat penukar kalor, permukaan material, dan struktur permukaan.

3.  Fluids properties, yaitu : Suspended solid, Dissolved solid, Dissolved gases, dan Trace element.

Deposit partikel pada permukaan perpindahan kalor banyak dijumpai pada aliran gas-partikel dengan temperatur tinggi. Proses terjadinya fouling ini dapat ditemukan di power plant system seperti di economizer, superheater, peralatan penukar kalor pipa air pendingin, dan beberapa proses di industri kimia. Salah satu contoh adalah fenomena fouling pada boiler. Partikel yang dikenal dengan fly ash (abu terbang) berasal dari sisa hasil pembakaran batubara di boiler. Fly ash ini tersuspensi dalam aliran gas yang kemudian akan masuk ke peralatan penukar kalor. Aliran gas-fly ash ini akan membentuk lapisan deposit/fouling pada dinding luar tube.

Tiga modus utama ash transport dalam pembentukan lapisan deposit yaitu:

1.  Inertial and eddy impaction, modus ash transport ini dapat membentuk tipe fouling deposit jenis Upstream dan downstream.

2.   Vapor-phase and small-particle diffusion, modus ash transport ini dapat membentuk tipe deposit jenis Inner Layer.

3.   Thermophoresis/Electrophoresis, modus ash transport ini dapat membentuk tipe deposit jenis Inner Layer.

mekanisme terbentuknya deposite partikel pada dinding luar tube

Lapisan deposit paling tebal terdapat pada bagian depan tube (upstream) atau pada sudut 0o. Jumlah deposit partikel yang jatuh (removed) semakin besar dengan semakin besarnya sudut sampai pada sudut 90o. Untuk sudut mendekati nol, kecepatan aliran adalah minimal, sehingga daya lepas deposit partikel (detaching force) karena aerodynamic force dapat diabaikan (Anatoli D. Zimon). Untuk sudut mendekati 90o, boleh dibilang hampir semua deposit partikel jatuh, hal ini disebabkan oleh impact dari pergerakan partikel. Sebaliknya ketika aliran melalui sisi bagian atas tube, detaching force meningkat sesuai dengan kecepatan aliran, dimana pada sisi ini kecepatan aliran adalah maksimum.

Setelah deposit mencapai kondisi jenuh pada waktu tertentu, sejumlah deposit pada bagian depan (upstream) terjatuh, namun tidak semua bagian dari deposit itu terjatuh. Setelah itu terbentuk lagi deposit, kemudian setelah mencapai kondisi jenuh, terjatuh lagi. Fenomena ini terus berulang-ulang, dan keadaan akhir distribusi ketebalan deposit.

Cara Mengurangi Fouling pada Heat Exchanger

Berikut ini adalah cara mengurangi terjadinya fouling pada Heat Exchanger , yaitu :

1.   Pemilihan heat exchanger ( HE ) yang tepat, Penggunaan beberapa tipe HE tertentu dapat mengurangi pembentukan fouling di karenakan area dead space yang lebih sedikit dibandingkan dengan tipe yang lainnya, seperti plate dan spiral heat exchanger, namun begitu jenis HE tersebut hanya dapat menangani design pressure sampai 20 – 25 bar dan design temperature 250 ^oC ( plate ) dan 400 ^oC ( spiral ).

2.       Gunakan diameter tube yang lebih besar. STHE umumnya didesain dengan ukuran tube dari 20 mm atau 25 mm, untuk penggunaan fluida yang kotor ( fouling resistance > 0.0004 h-m² C/kal ) gunakan tube dengan diameter ( minimum ) 25 mm ( outside diameter, OD )

3.         Kecepatan tinggi, seperti yang telah di jelaskan di atas bahwa pada kecepatan tinggi, fouling dapat dikurangi, koefisien heat transfer juga akan semakin tinggi,  namun demikian mengoperasikan HE dengan kecepatan tinggi mengakibatkan pressure drop yang tinggi pula serta erosi , kenaikan pressure drop lebih cepat dari pada kenaikan koefisien perpindahan panas, maka perlu dicari kecepatan yang optimum.

4.   Margin pressure drop yang cukup. Pada HE yang digunakan untuk fluida yang berpotensi membentuk fouling  yang tinggi, disarankan untuk menggunakan margin 30 – 40 % antara pressure drop yang diijinkan ( allowable ) dengan pressure drop yang dihitung ( calculated ) hal ini dilakukan untuk antisipasi pressure drop yang tinggi akibat penggunakan kecepatan yang tinggi.

5.    Gunakan tube bundle dan heat exchanger cadangan. Jika penggunaan HE untuk fluida yang berpotensi membentuk fouling yang sangat ekstrim, maka tube bundle candangan sebaiknya digunakan. Jika fouling telah terjadi cukup cepat ( setiap 2 – 3 bulan ) maka sebaiknya digunakan HE cadangan. STHE cadangan juga diperlukan untuk tipe STHE Fixed tubesheet ( pembentukan fouling yang tinggi pada tube , seperti pada reboiler thermosiphon vertikal yang menggunakan fluida polimer seperti pada Butadiene plant).

6.      Gunakan 2 shell yang disusun secara paralel. dengan penggunaan STHE dimana Shell disusun secara seri, maka jika salah satu STHE telah terjadi penumpukan ( akumulasi ) fouling ( dimana STHE tersebut diservice ) maka STHE yang satunya lagi dapat digunakan, walaupun tentunya terjadi penurunan output, sebaiknya kapasitas yang digunakan masing- masing antara 60 – 70 % dari kapasitas total

7.         Gunakan Wire Fin tube. Penggunaan Wire fin tube,dapat mengurangi terbentuknya fouling, pada awalnya penambahan wire fin tube ini digunakan untuk meningkatkan perpindahan panas tube pada aliran laminar. Wire fin dapat menaikkan pencampuran radial ( radial mixing ) dari dinding tube hingga kebagian centre ( tengah ), efek gerakan pengadukan inilah yang dapat meminimalisasikan deposit pada dinding tube.

8.      Gunakan Fluidized Bed HE, HE tipe ini dapat menghandle fouling yang ekstrim.Apabila Fluida kotor ditempatkan pada shell.

9.   Gunakan U-Tube atau Floating head. Kelemahanan  penggunaan U tube adalah kesulitan pembersihan pada bagian U.

10.     Gunakan susunan tube secara Square atau Rotate Square. susunan square menyediakan akses  yang lebih sehingga cleaning HE secara mechanical dengan menggunakan Rodding atau hydrojetting  baik pada susunan triangle,  namun begitu tube yang disusun secara square memberikan koefisien heat transfer yang rendah, untuk situasi seperti ini , maka rotate square dapat digunakan.

11.  Meminimalisasikan dead space dengan desain baffle secara optimum. STHE lebih mudah mengalami Fouling dikarenakan adanya dead space, oleh sebab itu , penentuan jarak antar baffle ( baffle spacing ) dan baffle cut sangatlah penting, kedua  variable tersebut sangat berpengaruh dalam pentuan besar kecilnya koefisien perpindan panas pada shell. Nilai Baffle cut sebaiknya digunakan antara 20 -30 %, dimana baffle cut sebesar 25 % adalah nilai yang cukup baik sebagai starter. Untuk perpindahan panas yang hanya melibatkan panas sensible ( seperti heater atau cooler ) disarankan tidak menempatkan posisi baffle secara vertikal, untuk perpindahan panas yang melibatkan panas laten atau terjadinya perubahan fase ( seperti condenser, vaporizer ) disarankan untuk menempatkan posisi baffle secara vertikal.

12.  Kecepatan tinggi, sama seperti pada tube, pengunaan kecepatan tinggi pada shell akan dapat mengurangi pembentukan fouling, dan dapat menaikkan koefisien perpindahan panas shell. Kecepatan pada shell umumnya ( disamping faktor lain seperti tube pitch dan lain –lain ) dipengaruhi oleh diameter shell dan baffle spacing.

13.    Gunakan tube pitch yang lebih besar untuk fouling yang lebih sangat tinggi. Umumnya tube pith yang digunakan adalah sebesar 1.25 kali dari OD untuk triangular pitch dan 6 mm lebih dari OD untuk square.