plate-fin heat exchanger (pfhe)

Plate-fin heat exchanger (PFHE) adalah bentuk heat exchanger kompak yang terdiri dari tumpukan pelat datar yang disebut “parting sheets (lembar pemisah)” dan kumpulan sirip (fin), dan dibrazing bersama menjadi sebuah balok. PFHE terdiri dari dua jenis utama berdasarkan arah aliran fluidanya yaitu: crossflow (arus silang) an counterflow (arus berlawanan).

Elemen dasar PFHE dan dua jenis PFHE berdasarkan arah aliran fluida.

Keuntungan Utama PFHE

  1. PFHE secara umum lebih unggul dalam kinerja termal dibandingkan dengan jenis lain dari exchanger extended surface.
  2. PFHE dapat mencapai pendekatan suhu serendah 1°C antara aliran fase tunggal dan 3°C antara aliran multifase. Biasanya, perbedaan suhu rata-rata keseluruhan 3°C-6°C digunakan dalam aplikasi PFHE berbahan aluminium.
  3. Dengan kekompakan permukaan yang tinggi, kemampuan menangani banyak aliran, dan dengan aluminium sifat suhu rendah yang sangat diinginkan, PFHE aluminium yang dibrazing adalah pilihan yang cocok untuk aplikasi cryogenic.
  4. Efektivitas termal yang sangat tinggi dapat dicapai untuk aplikasi cryogenic, efektivitas dapat mencapai 95%.
  5. Asalkan alirannya cukup bersih, PFHE dapat digunakan menukar kalor di sebagian besar proses untuk berbagai komposisi aliran.
  6. PFHE menawarkan sekitar 25 kali lebih banyak luas permukaan per berat peralatan daripada jenis shell and tube.

Batasan PFHE

  • PFHE dengan efektivitas tinggi dan/atau area frontal yang besar, maldistribusi aliran dapat terjadi.
  • Karena waktu transien yang singkat, desain kontrol yang cermat diperlukan dibandingkan dengan shell and tube exchanger.
  • Guncangan aliran dapat terjadi.

Macam-macam Fin

Macam-macam fin pada PFHE.

Plain Fin

Plain fin adalah jenis fin yang paling sederhana. Permukaannya berbentuk sirip lurus yang tidak terputus (tidak dipotong) dalam arah aliran fluida. Bentuk persegi panjang (rectangular) dan segitiga (triangular) adalah jenis yang biasa dipakai. Sirip segitiga umumnya secara struktural tidak sekuat sirip persegi panjang untuk bagian yang sama ukuran dan ketebalan sirip. Ketika sirip membentang lurus sepanjang jalur aliran, lapisan batas cenderung menjadi tebal menghasilkan nilai koefisien perpindahan kalor yang lebih rendah. Ketika fin bergelombang di sepanjang aliran, lapisan batas lebih tipis atau pertumbuhan lapisan batas terganggu secara berkala, dan masing-masing menghasilkan koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi.

Perforated Fin (berpori)

Perforated fin memiliki lubang bulat atau persegi panjang, memiliki ukuran dan memanjang dan spacing transversal sebagai variabel perforasi utama. Lajur aliran dapat berbentuk segitiga atau persegi panjang. Sebuah strip logam pertama-pertama dilubangi, kemudian bergelombang. Area berlubang bervariasi dari sekitar 5% hingga 25% dari luas lembar. Ketika gelombang diletakkan di seberang aliran, aliran dipaksa untuk melewati lubang-lubang kecil ini.

Offset Strip Fin

Offset strip fin (OSF) adalah geometri yang umum digunakan dalam PFHE. Sirip memiliki penampang melintang persegi panjang; terpotong menjadi bidang kecil dengan panjang l, dan setiap bidang alternatif diimbangi sekitar 50% dari pitch sirip dalam arah melintang. Jarak sirip, tinggi sirip, ketebalan sirip, dan panjang bidang dalam arah aliran adalah variabel utama OSF.

Wavy Fin (bergelombang)

Karena wavy fin memiliki dinding yang tidak terputus di setiap saluran aliran, jenis ini cenderung tidak menangkap partikulat dan kotoran daripada OSF. Performa wavy fin bersaing dengan OSF, tetapi faktor gesekan terus turun dengan meningkatnya bilangan Reynolds. Bentuk gelombang dalam aliran arah memberikan interupsi yang efektif untuk mengalir dan menginduksi aliran yang sangat kompleks. Dalam rezim turbulensi rendah (Re sekitar 6000–8000), gelombang dinding meningkatkan perpindahan kalor sebesar hampir tiga kali dibandingkan dengan saluran dinding halus. Oleh karena itu, wavy fin sering menjadi pilihan yang lebih baik pada bilangan Reynolds yang lebih tinggi yang khas dari industri hidrokarbon yang permukaannya halus dan memungkinkan faktor gesekan turun dengan meningkatnya bilangan Reynolds.

Louver Fin (kisi-kisi)

Jenis louver pada dasarnya dibentuk dengan memotong lembaran logam sirip dan dengan memutar potongan-potongan logam yang terbentuk dari bidang sirip. Louver dapat dibuat di banyak geometri yang berbeda. Geometri sirip louver memiliki kesamaan dengan strip offset. Dibandingkan dengan strip celah, seluruh sirip celah diputar 20°-60° relatif terhadap arah aliran udara. Dengan demikian, mereka pada prinsipnya mirip dengan OSF. Sirip louver meningkatkan perpindahan kalor dengan menyediakan beberapa tepi depan pelat datar dengan nilai koefisien perpindahan kalor yang tinggi.

Pin Fin

Susunan silinder yang menempel di dinding (misalnya, batang, kabel) yang dipasang tegak lurus ke dinding dikenal sebagai pin fin. Mereka dapat diproduksi pada kecepatan yang sangat tinggi terus menerus dari kawat tipis. Setelah kawat dibentuk menjadi bagian persegi panjang, bagian kawat horizontal atas dan bawah diratakan untuk mematri atau menyolder dengan pelat. Pin dapat berbentuk lingkaran atau elips. Mekanisme peningkatan karena array pin sama dengan OSF, yaitu, pertumbuhan lapisan batas berulang dan disipasi bangun. Aplikasi potensial untuk pin fin adalah pada bilangan Reynolds yang sangat rendah (Re <500) yang pressure drop tidak menjadi perhatian utama. Aplikasi sirip pin termasuk elektronik perangkat pendingin dengan aliran konvektif umumnya bebas di atas pin fin dan untuk mendinginkan bilah turbin.

Proses-proses pada PFHE 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.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments