Penukar panas pelat terdiri dari tumpukan pelat logam bergelombang, dengan paking yang menyegel celah antara pelat yang berdekatan untuk membentuk saluran aliran terpisah. Dua fluida kerja mengalir berlawanan arah atau bersilangan melalui saluran bergantian, bertukar panas melalui pelat logam.
Mekanisme perpindahan panas:
-
Panas dari fluida panas pertama kali dipindahkan ke pelat melalui konveksi, kemudian dihantarkan melalui pelat dengan konduktivitas termal tinggi (misalnya, baja tahan karat, dengan konduktivitas termal 45 W/(m·K)), dan akhirnya dikonveksikan ke fluida dingin.
-
Permukaan pelat bergelombang menginduksi turbulensi pada bilangan Reynolds rendah (Re = 50–200), secara signifikan meningkatkan efisiensi perpindahan panas. Namun, turbulensi ini juga meningkatkan penurunan tekanan karena resistensi fluida yang lebih besar.
Penukar panas cangkang-dan-tabung terdiri dari cangkang silindris, bundel tabung (tetap atau mengambang melalui lembaran tabung), dan header. Satu fluida mengalir melalui tabung (sisi tabung), sementara yang lainnya mengalir di sekitar tabung di dalam cangkang (sisi cangkang), dengan panas dipertukarkan melalui dinding tabung. Konfigurasi umum termasuk desain lembaran tabung tetap, kepala mengambang, dan tabung-U.
Mekanisme perpindahan panas:
-
Panas dari fluida panas (sisi tabung atau cangkang) dikonveksikan ke dinding tabung, dihantarkan melalui tabung (misalnya, tabung tembaga dengan konduktivitas termal 375 W/(m·K)), dan kemudian dikonveksikan ke fluida dingin di sisi berlawanan.
-
Penyekat dipasang di dalam cangkang untuk mengarahkan kembali fluida sisi cangkang, memperpanjang jalur aliran dan meningkatkan turbulensi, sehingga meningkatkan efisiensi perpindahan panas.
|
Parameter
|
Penukar Panas Pelat
|
Penukar Panas Cangkang-dan-Tabung
|
|
Koefisien perpindahan panas
|
3.000–8.000 W/(m²·K), 3–5 kali lebih tinggi dari desain cangkang-dan-tabung. Pendorong utama: konduktivitas termal pelat tinggi, turbulensi yang diinduksi oleh gelombang, dan aliran berlawanan arah murni.
|
1.000–3.000 W/(m²·K). Terbatas oleh resistensi termal dinding tabung dan zona mati sisi cangkang.
|
|
Penurunan tekanan
|
30–60 kPa (lebih tinggi karena aliran turbulen dan belokan saluran 180°).
|
10–30 kPa (lebih rendah karena aliran sisi tabung yang lebih halus dan desain penyekat yang dioptimalkan).
|
|
Ketahanan tekanan
|
Hingga 3 MPa (terbatas oleh penyegelan paking dan kompresi baut).
|
Hingga 30 MPa (kekuatan tinggi dari desain cangkang silindris).
|
|
Pembersihan & perawatan
|
Mudah dibongkar dengan melonggarkan baut penjepit untuk pembersihan saluran penuh.
|
Sulit dibersihkan sepenuhnya; mengandalkan pembilasan bertekanan tinggi atau perawatan kimia. Manhole sisi cangkang memfasilitasi perbaikan sebagian.
|
3. Keuntungan, Kerugian, dan Aplikasi
Keuntungan:
-
Efisiensi tinggi: Aliran turbulen pada bilangan Reynolds rendah dan operasi berlawanan arah menghasilkan faktor koreksi selisih suhu rata-rata logaritmik (LMTD) ~0,95, dengan selisih suhu akhir serendah <1°C (vs. ~5°C untuk desain cangkang-dan-tabung).
-
Desain ringkas: Area perpindahan panas 2–5 kali lebih tinggi per unit volume; menempati 1/5–1/8 ruang unit cangkang-dan-tabung untuk kapasitas yang setara.
-
Fleksibilitas: Mudah diskalakan dengan menambah/menghapus pelat; dapat disesuaikan dengan perubahan proses (misalnya, mengkonfigurasi ulang jalur aliran).
-
Efektivitas biaya: Ringan (ketebalan pelat: 0,4–0,8 mm vs. 2,0–2,5 mm untuk tabung), biaya 40–60% lebih rendah dari unit cangkang-dan-tabung dengan bahan dan area yang sama; diproduksi secara massal melalui stamping.
-
Kehilangan panas rendah: Area permukaan yang terpapar minimal mengurangi disipasi panas, menghilangkan kebutuhan akan isolasi.
Kerugian:
-
Toleransi tekanan dan suhu terbatas (tidak cocok untuk >3 MPa atau suhu ekstrem).
-
Paking rentan terhadap degradasi di lingkungan korosif atau bersuhu tinggi.
-
Penurunan tekanan yang lebih tinggi mungkin memerlukan pompa yang lebih kuat.
Aplikasi:
Ideal untuk tekanan rendah-sedang, 中小换热面积场景 (misalnya, HVAC, pengolahan makanan, sistem air panas domestik, dan industri yang memerlukan pembersihan sering seperti farmasi).
Keuntungan:
-
Ketahanan tekanan/suhu tinggi: Cocok untuk kondisi keras (hingga 30 MPa, 400°C), menjadikannya ideal untuk proses industri bertekanan tinggi.
-
Kekokohan: Cangkang silindris dan bundel tabung yang kaku tahan terhadap pulsasi tinggi dan laju aliran besar; kompatibel dengan fluida viskositas tinggi atau mengandung partikulat (dengan desain penyekat yang tepat).
-
Umur pakai yang panjang: Konstruksi semua-baja tahan karat (atau tabung tembaga) menawarkan daya tahan (hingga 20 tahun) di lingkungan korosif.
Kerugian:
-
Efisiensi perpindahan panas yang lebih rendah: Faktor koreksi LMTD seringkali <0,9 karena pola aliran silang; jejak yang lebih besar dan berat yang lebih tinggi.
-
Tidak fleksibel: Sulit untuk memodifikasi area perpindahan panas pasca-instalasi; biaya awal yang lebih tinggi untuk kapasitas yang setara.
Aplikasi:
Lebih disukai untuk proses industri bertekanan tinggi/suhu tinggi (misalnya, petrokimia, pembangkit listrik, pertambangan) dan pertukaran panas skala besar (misalnya, pemanasan terpusat, sistem pendingin tugas berat).
Penukar panas pelat unggul dalam efisiensi, kekompakan, dan fleksibilitas untuk aplikasi tekanan rendah-sedang, sementara penukar panas cangkang-dan-tabung mendominasi dalam skenario industri bertekanan tinggi, bersuhu tinggi, dan skala besar. Pilihan tergantung pada kondisi pengoperasian, kebutuhan perawatan, dan persyaratan skalabilitas.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!