Salah satunya dengan menggunakan vortex generator (VG) sebagai metode efektif yang dapat meningkatkan perpindahan panas. Ketiga mekanisme tersebut mampu menghasilkan generator vortex longitudinal sehingga generator vortex digunakan sangat efektif untuk meningkatkan efisiensi koefisien perpindahan panas (Fiebig, 1995). Untuk mencapai kinerja sistem termal yang tinggi, telah dilakukan beberapa pengembangan teknis untuk meningkatkan laju perpindahan panas dan efisiensinya, salah satunya melalui penggunaan generator wing vortex (Bjerg et al., 2019).
Generator vortex digunakan sebagai manipulator aliran metode pasif yang dapat menyebabkan ketidakstabilan aliran utama dan gangguan lapisan batas (Salviano et al., 2015). Banyak temuan penelitian telah dikembangkan oleh berbagai peneliti mengenai pengaruh generator vortex terhadap kinerja penukar panas. Permasalahan yang muncul adalah seberapa besar pengaruh nilai dengan penambahan winglet vortex generator terhadap peningkatan performance Evaluation Criteria (PEC) yang akan diteliti oleh peneliti untuk mencapai tujuan tertentu.
Peneliti sedang mengembangkan penambahan winglet vortex generator pada proses perpindahan panas heat exchanger untuk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam aplikasi konversi energi. Generator vortex merupakan metode pasif yang tidak memerlukan energi eksternal, namun dapat menghasilkan aliran tunak dan gangguan aliran yang dapat meningkatkan laju perpindahan panas konveksi pada penukar panas sirip dan tabung (Salviano et al., 2015). Urgensi dari penelitian ini adalah penambahan vortex generator dengan baling-baling dapat menimbulkan vortisitas pada medan aliran sehingga terjadi peningkatan perpindahan panas.
Generator Winglet vortex dapat digunakan sebagai strategi pengembangan inovatif untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi penukar panas untuk pembangkit listrik, otomotif, AC, dan aplikasi lainnya.
TINJAUAN PUSTAKA
Selama bertahun-tahun, penelitian telah dilakukan dalam upaya meningkatkan perpindahan panas antara dua fluida yang mengalir ke dan dari penukar panas. Penggunaan metode aktif membutuhkan energi eksternal tambahan, seperti medan listrik atau ultrasonik, getaran permukaan, dan sebagainya. Sebaliknya, metode pasif tidak membutuhkan energi eksternal tetapi menggunakan manipulator aliran, yang dapat mengakibatkan ketidakstabilan aliran utama dan gangguan lapisan batas (Salviano et al., 2016).
Vortex generator (VG) merupakan metode pasif untuk meningkatkan perpindahan panas konveksi pada exchanger. Permukaan perpindahan panas sengaja dimodifikasi untuk memperkenalkan pusaran sekunder ke aliran utama (Salviano et al., 2015). Beberapa penelitian telah dilakukan pada generator vortex untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi penukar panas.
Li et al (2015) melakukan studi simulasi numerik dengan menggunakan generator vortex rectangular winglet dan delta winglet, yang hasilnya menunjukkan winglet rectangular lebih baik dalam meningkatkan laju perpindahan panas dibandingkan dengan winglet delta pada sudut serang yang sama (Li et al ., 2015) ). Pada tahun 2020, peningkatan jumlah generator vortex winglet persegi panjang dapat meningkatkan kinerja termal maksimum hingga TEF sebesar 1,27 (Sun et al., 2020). Pada tahun yang sama, Gupta menghasilkan bahwa generator vortex winglet persegi panjang meningkatkan kinerja hidrolik saat berada di posisi lanjutan (Gupta et al., 2020).
Roadmap penelitian yang diajukan oleh para peneliti untuk skema PPI sejalan dengan roadmap penelitian di bidang konversi energi, khususnya pada topik penggunaan vortex generator untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi heat exchanger. Roadmap penelitian sejalan dengan roadmap pendidikan dan fakultas yang output-nya berupa energi terbarukan untuk mencapai green energy yang mengarah pada green technology seperti terlihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
METODE PENELITIAN
Benda uji pada penelitian ini berupa plat aluminium yang dipasang pada sayap vortex generator berbentuk persegi panjang. Pengujian ini dilakukan pada sebuah duct (saluran udara) berbentuk persegi panjang yang terbuat dari kaca dan dilengkapi dengan blower, anemometer kawat panas, tabung pitot, pelurus, mikromanometer (Fluke) tipe 922, heater, wattmeter, termokopel tipe K, pelat pemanas, data akuisisi , dan regulator, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Dalam uji perpindahan panas, jika termokopel menunjukkan angka yang relatif sama pada tahap awal, pengumpulan data dapat dilakukan.
Pendataan suhu menggunakan termokopel yang dihubungkan dengan sistem pendataan dan perangkat komputasi sehingga hasilnya dapat dilihat dan disimpan pada perangkat komputasi. Pengujian selanjutnya adalah pengukuran pressure drop yang dilakukan setiap 5 detik dengan total 30 kali untuk setiap variasi kecepatan. Tahapan penelitian dari awal hingga akhir dilakukan oleh 1 orang peneliti dengan dibantu 2 orang asisten lab termofluida UNDIP Semarang.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai maksimum faktor coulburn (j) adalah 0,13 pada bilangan Re rendah dengan susunan sayap persegi panjang secara stagnan. Berdasarkan data percobaan, jumlah garis dan susunan garis mempengaruhi nilai akhir faktor Coulburn (j) (Yan & Sheen, 2000). Peningkatan bilangan Re menghasilkan peningkatan nilai koefisien perpindahan panas (h) baik pada susunan airfoil persegi panjang yang diuraikan maupun yang disingkirkan.
Nilai h sebesar 147,72 merupakan nilai terbesar dari winglet vortex rectangular pada susunan staggered dengan total 3 baris. Jumlah garis dan bentuk susunan vortex generator mempengaruhi nilai koefisien perpindahan panas (h) yang dihasilkan dari data percobaan (Naik & Tiwari, 2018). Berdasarkan hasil eksperimen yang ditunjukkan pada Gambar 4.4, nilai faktor gesekan (f) pada winglet vortex rectangular yang disusun secara staggered lebih tinggi dibandingkan inline (Zhang et al., 2008).
Nilai faktor gesekan (f) tertinggi terdapat pada stagger yaitu sebesar 0,392 dengan susunan winglet 3 baris vortex generator segi empat, sedangkan in-line sebesar 0,381 dengan susunan winglet 3 baris vortex generator segi empat. Banyaknya susunan baris mempengaruhi nilai faktor gesekan (f), semakin banyak susunan baris maka semakin besar nilai faktor gesekan (f) (Naik & Tiwari, 2018). Variasi nilai PEC yang dihasilkan dengan Re seperti terlihat pada Gambar 6 menjelaskan pengaruh rasio faktor JF dan TEF terhadap kenaikan nilai PEC yang sejalan dengan kenaikan Re[5].
Nilai PEC yang diciptakan oleh susunan airfoil persegi panjang yang berputar-putar diimbangi lebih dari pada garis. Semakin tegak lurus susunan garis vortex maka semakin besar nilai PEC yang dihasilkan akibat hambatan aliran [6]. PEC sebagai skala evaluasi kinerja dalam percobaan ini memberikan indikator terbaik dalam perbandingan jumlah baris generator vortex bersayap persegi panjang in-line dan staggered.
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
LUARAN YANG DICAPAI
Rencana tindak lanjut yang akan dilakukan peneliti akan melakukan penelitian selanjutnya secara numerik menggunakan CFD untuk membandingkan hasil yang diperoleh peneliti secara eksperimen. Hal ini diperlukan bagi peneliti untuk memvalidasi hasil yang diperoleh secara numerik dan bereksperimen untuk penerapannya pada skala laboratorium. Struktur Aliran dan Perpindahan Panas dalam Susunan Berulang Pasangan Baling-Baling Persegi Panjang Terhuyung-huyung dalam Simulasi Eddy Besar: Pengaruh Ketinggian Baling-Baling dan Jarak Membujur.
Numerical investigation of the implementation of punched fin as vortex generator for performance improvement of a fin-and-tube heat exchanger. Enhancement of heat transfer by wing-type vortex generator arrays in compact plain-fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Thermal Sciences Numerical simulation on flow and heat transfer of fin n-tube heat exchanger with longitudinal vortex generators.
Numerical study on the thermoelectric – hydraulic performance of a thermoelectric generator with a plate heat exchanger with longitudinal vortex generators. Optimization of vane-type vortex generator positions and angles in compact plate heat exchanger: Response surface methodology and direct optimization. Optimizing thermo-hydraulic performance of compact in-line and stepped tube heat exchangers, applying longitudinal vortex generators.
Investigations of the turbulent thermal-hydraulic performance in circular tube heat exchangers with multiple rectangular wing vortex generators. Comparison of heat transfer performance of tubular bench fin with mounted vortex generators with tubular bench fin with punched vortex generators. Experimental investigations of heat transfer enhancement by planar and curved wing-type vortex generators with pressed holes.
