∆tLMTD

Flow Arrangement

There are two types parallel flow, counter flow

Paralel Flow

Counter Flow

∆tLMTD Paralel Flow

)()(

log303,2

)()(

11

22

1122

tTtTtTtT

tLMTD

∆tLMTD Counter Flow

)()(

log303,2

)()(

21

12

2112

tTtTtTtT

tLMTD

SOAL

Air dipanaskan di dalam alat penukar kalor dari 35 oC menjadi 75 oC menggunakan minyak panas. Minyak masuk pada suhu 110oC dan keluar pada 80 oC. Tentukan ∆tLMTD untuk paralel flow dan untuk counter flowPenyelesaian:Diketahui:T1 = 110 oC T2 = 80 oCt1 = 35 oC t2 = 75 oC

Penyelesaian:

Paralel Flow Counter Flow

26

755

2,303log

70-

)35110()7580(

log303,2

)35110()7580(

LMTDt

40

3545

2,303log

10

)75110()3580(

log303,2

)75110()3580(

LMTDt

Heat Exchangers

Heat Exchanger

Adalah sebuah alat dimana terjadi perpindahan panas antara dua fluid

Aplikasi dari Heat Exchangers

Heat Exchangers mencegah

overheating pada mesin mobil

Heat exchangers are used in AC and

furnaces

Heat exchangers are used in Industry for

heat transfer

MACAM-MACAM HE

DPHE Double Pipe Heat Exchanger atau

disebut hairpin

Shell and Tube

DPHE

Salah satu HE yang sering digunakan adalah Double pipe exchanger.

Diagram untuk DPHE adalah sbb:

Pada tipe HE ini, aliran fluida panas dan aliran fluida dingin tidak kontak secara langsung melainkan dipisahkan oleh dinding pipa atau bidang

Ukuran standard untuk DPHE

DPHE biasanya dijual dengan ukuran : 12, 15, atau 20 ft panjang efektif

Total permukaan area heat transfer adalah berkisar antara 100 sampai 200 ft2 atau kurang

Outer Pipe, IPS

Inner Pipe, IPS

2 1 ¼

2 ½ 1 ¼

3 2

4 3

Film Coefficient

hi = film koefisien pipa dalam ho = film koefisien pipa luar hio = hi ID/OD

Overall heat transfer koef. (U)

U adalah overall coefficient of heat transfer required guna memenuhi kondisi proses

LMTDtA

QU

.

Overall heat transfer koef. (U)

Jika surface area (A) tidak diketahui, maka U dapat diperoleh secara independen dengan persamaan di samping.

oio

oio

hh

hhU

oio hhU

111

Ketika U telah dihitung dari nilai hio dan ho ;

Serta Q dan tLMTD telah dihitung dari data proses.

Maka surface area (A) yang diperlukan dapat dihitung dg persamaan disamping

LMTDtU

QA

.

Design overall coefficient (UD) adalah sebuah koefisien yang mempertimbangkan faktor pengotor Rd

overall coefficient yang hanya mempertimbangkan 1/hio dan ho saja adalah disebut dengan clean overall coefficient UC

dodi

CD

RRUU

11

Contoh: Counter Flow DPHESebuah DPHE counter-flow digunakan untuk memanaskan air dari 20oC menjadi 80oC pada laju 1,2 kg/s. pemanas akan digunakan pemanas air geotermal pada 160oC pada mass flow rate 2 kg/s. inner tube mempunyai diamater 1,5 cm. jika Over all heat transfer coeff HE adalah 640 W/m2.oC, tentukan panjang HE yang diperlukan guna mencapai tujuan tersebut.

Penyelesaian:

Skema diagram proses adalah sbb:

Penyelesaian:

1. Menghitung Q = m.Cp.(Tout - Tin)water

2. Menghitung ∆t LMTD.

3. Menghitung A = Q/U. ∆t LMTD.

4. Menghitung Panjang; A = П.D.L

CONTOH: Overall Heat Transfer Coefficient dari sebuah HE (U)

Hot oil akan didinginkan di dalam DPHE counter-flow. Inner tube mempunyai diameter 2 cm (ketebalan diabaikan). Inner diameter dari pipa luar (shell) adalah 3 cm. Air mengalir melalui tube pada laju 0,5 kg/s dan oil mengalir melalui shell. Temperatur rata-rata untuk air dan oil berturut-turut adalah 45oCdan 80oC . Tentukan overall heat transfer coefficient (U) untuk HE ini.

Penyelesaian:

Diketahui, properties untuk air pada 45oC adalah:ρ = 990,1 kg/m3 Pr = 3,91k = 0,637 W/m. oC a = 0,602 x 10-6 m2/s

properties untuk hot oil pada 80oC adalah:ρ = 852 kg/m3 Pr = 499,3k = 0,138 W/m. oC a = 3,794 x 10-5 m2/s

Tahap Penyelesaian: asumsi pipa baru1. Overall heat transfer coeff akan

dihitung dengan persamaan:

Nilai hi dan ho adalah heat transfer koef untuk pipa inside dan pipa outside. (gunakan metode yang sudah diajarkan sebelumnya)

oi hhU

111

Tahap Penyelesaian:

2. Diagram untuk kasus di atas adalah:

Tahap Penyelesaian:Untuk air (tube inside)3. Menghitung NRe

maka:

Aliran turbulen

smD

/61,1)02,0)(1,990(

0,5

)(

m

A

m (V)Velocity

2412

41

c

490.53/10602,0

)02,0)(/61,1(.Re

26 smx

msm

a

DV

Tahap Penyelesaian:

4. Menghitung Nu

5. Menghitung hi:

6,240)91,3()490.53(023,0Pr.,023.Re0 Nu 4,08,04,00,8

CmWm

CmWNu

D

kh o

o

i ./7663)6,240(02,0

)/637,0( 2

Tahap Penyelesaian:Untuk hot oil (shell)3’. Menghitung NRe

Diameter hidrolik: Dh = Do – Di = 0,01 m

maka:

Laminar

smDD io

/39,2)]02,003,0()[852(

0,8

)]([

m

A

m V

224122

41

c

630/10794,03

)01,0)(/39,2(.Re

25 smx

msm

a

DV

Tahap Penyelesaian:

4’. Menghitung NuNusselt Number dapat ditentukan dari Tabel berikut ini:dengan Di/Do = 0,02/0,03 = 0,667

Tahap Penyelesaian:

4’. Menghitung Nu

Dengan interpolasi diperoleh Nu = 4,56

Tahap Penyelesaian:

5’. Menghitung ho:

Cmm

CmWNu

D

kh o

o

o ./928,62)56,4(01,0

)/138,0( 2

Tahap Penyelesaian:

6. Menghitung U: overall heat transfer coefficient

C

hh

U

o

oi

.W/m42,620,01602

1

0,0158910,0001305

1

928,621

76631

111

1

2

Diskusi: Perhatikan bahwa nilai U mendekati

hodalam hal ini karena nilai hi>>ho. Ini menjelaskan bahwa overall heat transfer koef di dalam HE dikontrol oleh koeff yang lebih kecil ketika beda antara keduanya sangat besar.

Untuk memperbaiki nilai U (dengan kata lain memperbaiki perpindahan panas di dalam HE), kita dapat memperbaiki teknik perpindahan panas pada sisi oil.

CONTOH 2: Efek Fouling pada U

DPHE terbuat dari stainless steel (k = 15,1 W/m.oC. Inner tube memiliki ID 1,5 dan OD 1,9, untuk outer tube (shell) mempunyai ID 3,2 cm. heat transfer coefficient untuk inner surface hi = 800 W/m2.oC, dan pada outer surface ho = 1200 W/m2. oC untuk fouling faktor Rti = 0,0004 m2.oC/W pada tube side dan Rto = 0,0001 m2.oC/W pada shell side, tentukan:a. Thermal resistantsi HE per satuan

panjangb. Overall heat transfer coeff Ui dan Uo

berdasarkan surface area inner dan outer.

Penyelesaian: Diberikan data untuk hi dan ho serta

fouling faktor untuk tube side dan shell side

Skema untuk kasus ini adalah:

Penyelesaian:

a. Resistansi

Dimana: Ai = П.Di.L = П(0,015 m)(1 m) =

0,0471 m2 .Ao = П.Do.L = П(0,019 m)(1 m) =

0,0597 m2 .

ooo

foio

i

fi

ii

ooiis

AhA

R

kL

DD

A

R

Ah

AUAUUAR

1

2

)/ln(1

111

a. Resistansi

0597,01200

1

0597,0

0001,0

11,152

)015,0/019,0ln(

0471,0

0004,0

0471,0800

1 R

x

xxx

b. Overall heat transfer coeff berdasarkan inner dan outer surface

./ 315)0597,0)(0532,0(

11

./ 399)0471,0)(0532,0(

11 U

2

2i

CmWRA

U

CmWRA

o

oo

o

i