Embed Size (px)
Citation preview
V-1
BAB V
ANALISA PERHITUNGAN ALAT PENUKAR KALOR
Pada bab ini berisi tentang perhitungan-perhitungan untuk mengetahui
performansi dari kerja alat penukar kalor. Pertama untuk mengetahui performansi
alat penukar kalor tersebut dilakukan perhitungan dengan menggunakan data
design kemudian dilakukan perhitungan dengan menggunakan data actual atau
operasi. Setelah itu, dari hasil perhitungan yang didapat maka akan diketahui
performansi alat penukar kalor apakah mengalami penurunan atau tidak dengan
cara membandingkannya. Pada bab ini juga berisi tentang perhitungan factor
pengotoran dan pengaruhnya terhadap performansi alat penukar kalor. Pada
perhitungan ini akan digunakan satuan British.
5.1 Perhitungan Data Desain
5.1.1 Perpindahan Kalor Pada Fluida Shell
Laju perpindahan kalor adalah besarnya kalor yang harus diterima
oleh fluida dingin dari fluida panas. Besarnya penerimaan atau
pengambilan kalor dari fluida panas ke fluida dingin dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
Q=mh . Cph ∆ T ……… (Lit 2, hal 491)
V-2
Maka besarnya kalor yang dilepas oleh fluida panas adalah :
Qh=mh .C p ∆ T …………………. (Lit 2, hal 491)
Dengan menggunakan data :
Tmasuk = 590 oF
Tkeluar = 251,6 oF
Dengan tekanan pada shell diketahui maka didapat pada table
termodinamika temperature jenuh yaitu sebesar Tjenuh (kondensasi) =
332,9 oF.
mh=13671 lb /hr
∆Tavg = 461,45 oF
Cp (steam) = 0,518 Btu/lb oF
Cp (liquid) = 1,025 Btu/lb oF
Hfg (kalor laten kondensi) = 401,44 Btu/lb
Oleh karena fluida dalam shell mengalami perubahan fasa yaitu
dari uap ke cair dan sebelum ke cair mengalami kondensasi pada suhu T.
Maka dapat ditentukan jumlah total kalor yang dilepas oleh fluida shell,
sebesar :
Qdilepas = Qtot = Qsensibel + Qlaten + Qsensibel
Qsensibel yaitu pada perubahan tempratur dengan fasa masih sama (steam),
didapat sebesar :
V-3
Qsensibel = m Cp(steam) ∆T
= 13671 lb/h x 0,518 Btu/lb oF x 257,1 oF
= 1820673,704 Btu/hr
Steam akan mengalami kondensasi, dimana steam akan memulai awal
perubahan fasa yaitu pada uap jenuh.
maka besar kalor laten yang didapat dengan temperature konstan T =
332,9 oF didapat :
Qlaten = m hfg
Dimana,
hfg = 401,44 Btu/lb
sehingga :
Qlaten = 13671 lb/hr x 401,44 Btu/lb
= 5488086,24 Btu/hr
Setelah fluida mengalami kondensasi, maka akan terjadi perubahan suhu
dengan fase tetap yaitu sebesar :
Qsensibel = m Cp(liquid) ∆T
= 13671 lb/hr x 1,025 Btu/lb oF x 81,3 oF
= 1139238,608 Btu/hr
Maka total kalor yang dilepas oleh fluida shell adalah :
Qtot = 1820673,704 Btu/hr + 5488086,24 Btu/hr + 1139238,608 Btu/hr
= 8447998,552 Btu/hr
V-4
5.1.2 Perpindahan Kalor Pada Fludia Tube
Secara teoritis karena kalor yang dilepaskan fluida panas diserap
seluruhnya oleh fluida dingin maka besar kalor yang diterima air pengisi
boiler yang mengalami proses pemanasan adalah :
Qc=mc . Cp(liquid) . ∆T
Dimana pada fluida tube tidak mengalami perubahan fase, maka untuk
perpindahan kalornya adalah :
mc=85752 lb /hr
Cp(liquid) pada ∆T rata-rata = 1,0206 Btu/lb oF
∆T = 82,8 oF
Maka kalor yang diserap oleh fluida dalam tube adalah,
Qt = 85752 lb/hr x 1,0206 Btu/lb oF x 82,8 oF
= 7246531,07 Btu/hr
5.1.3 Beda Temperatur Rata-Rata Log / Log Mean Temperatur
Difference (LMTD)
Untuk alat penukar kalor bukan jenis pipa ganda perbedaan suhu
dihitung dengan menggunakan faktor koreksi. Nilai dari faktor koreksi
tergantung pada keefektivan panas (P) dan perbandingan kapasitas panas
(R).
LMTD=T lm=(273,6 )− (18 )
ln (273,618 )
= 93,97 oF
V-5
Faktor koreksi FT = 1 (lampiran)
Maka selisih temperature rata-rata sebenarnya,
∆Tm = LMTD x FT ………….. (Lit 3, hal 179)
= 93,97 x 1
= 93,97 oF
5.1.4 Perhitungan Pada Sisi Tube
Data tube yang digunakan :
Diameter luar (OD) : 0,0625 ft
Diameter dalam (ID) : 0,0474 ft
Luas aliran dalam (at’) : 0,247 in2
Jumlah lintasan (n) : 2
Jarak antar tube ((pt) : 0,0833 ft
Panjang tube (L) : 13,7466 ft
Jumlah tube : 270
5.1.4a Luas Laluan Aliran Tube
a t=N t . at
'
144n …………………… (Lit 3, hal 211)
Dimana,
Nt = jumlah tube
= 270
at’ = luas aliran per tube
= 0,247 in2 …………. (lampiran 2)
V-6
n = jumlah pass
= 2
Sehingga diperoleh,
a t=270 x0,247
144 x 2=66,69
288=0,231 ft2
5.1.4b Laju Aliran Massa
Gt=W t
at ……………………. (Lit 3, hal 212)
Dimana,
wt = laju aliran massa sebelah tube
= 85752 lb/h
at = luas aliran sebelah tube
= 0,231 ft2
Sehingga didapat,
Gt=857520,231
=371220,779 lb / ft2 h
5.1.5 Perhitungan Pada Sisi Shell
Shell adalah bagian tengah alat penukar kalor dan merupakan
rumah untuk tube bundle (berkas tubeI, antara shell dan tube bundle
terdapat fluida yang menerima atau melepas panas, sesuai dengan proses
yang terjadi.
Data shell yang digunakan :
Diameter luar shell : 1,9849 ft
Diameter dalam shell : 1,7716 ft
V-7
Panjang shell (L) : 13,9598 ft
Jumlah pass : 2
Jumlah lintasan buffle : 8
Jarak antara sekat (B) : 1,6404 ft
5.1.5a Luas Laluan Aliran Shell
as=ID xC ' x B
Pt …………………. (Lit 3, hal 208)
Dimana,
ID = diameter sebelah dalam shell
= 1,7716 ft
C’ = daerah bebas antara tube dengan tube
= 0,0182 ft
B = jarak antara buffle
= 1,6404 ft
Pt = jarak pitch
= 0,0833 ft
Maka didapat,
as=1,7716 x0,0182 x1,6404
0,0833
as=0,05360,0833
=0,634 ft2
5.1.5b Laju Aliran Massa
Gs=was
……………………….. (Lit 3, hal 208)
Dimana,
V-8
w = berat fluida yang mengalir sebelah shell
= 13671 lb/h
as = luas laluan pada shell
= 0,634 ft2
Maka didapat,
Gs=136710,634
=21563,091 lb / ft2h
5.1.6 Temperatur Kalori (Tc) dan (tc)
Besarnya temperature kalori dari shell and tube dapat diperoleh
sebagai berikut :
Tc = T2 + Fc (T1 – T2) untuk fluida shell, dan
tc = t1 + Fc (t2 – t1) untuk fluida tube
Dimana,
T1 = temperature fluida panas masuk shell
= 590 oF
T2 = temperature fluida panas keluar shell
= 251,6 oF
t1 = temperature fluida dingin masuk tube
= 233,6 oF
t2 = temperature fluida dingin keluar tube
= 316,4 oF
Fc = 0,36 ……… (lampiran 4)
V-9
Sehingga didapat,
Tc = 251,6 + 0,36 (590-251,6)
= 251,6 + 121,8 = 373,4 oF
tc = 233,6 + 0,36 (316,4-233,6)
= 233,6 + 29,8
= 263,4oF
5.1.7 Bilangan Reynold
4.1.7a Bilangan Reynold Untuk Aliran Dalam Tube
ℜt=ID .G t
μ ……………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
Gt = kecepatan aliran massa pada tube
= 371220,779 lb/ft2h
ID = diameter dalam tube
= 0,0474 ft
µ = viskositas
= 0,53 lb/ft h
Maka didapat,
Ret = 0,0474 x371220,779
0,53
= 33199
5.1.7b Bilangan Reynold Untuk Aliran Dalam Shell
ℜs=D .Gs
μ ……………………… (Lit 3, hal 208)
V-10
Dimana,
D = diameter ekivalen
= 0,079 ft …… (lampiran 3)
Gs = laju aliran massa
= 21563,091 lb/hft2h
µ = viskositas
= 0,037 lb/ft h
Maka didapat,
ℜs=0,079 x21563,091
0,037
= 46040
5.1.8 Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor
5.1.8a Koefisien Perpindahan Kalor Sisi Tube
Koefisien perpindahan kalor pada sisi tube dapat dicari dengan
menggunakan persamaan :
hi
∅ t=( J h
De) . kc .(C pc . μ
kc)
1/3
………………... (Lit 3, hal 213)
Maka untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor dalam
tube
hi
∅t=( J H
ID ) . kc .( Cpc . μkc
)1 /3
………………... (Lit 3, hal 213)
Dimana,
kc = konduktivitas termal
= 0,396 Btu/h ft oF
V-11
Cpc = panas spesifik
= 1,015 Btu/lb oF
µ = viskositas air
= 0,53 lb/ft h
ID = diameter dalam tube
= 0,0474 ft
jh = 100 …. (lampiran 1)
Sehingga didapat,
hi
∅t= 100
0,0474.0,396 .( 1,015 x0,53
0,396 )1 /3
hi
∅t= 39,6
0,0474(1,36 )1 /3
hi
∅t=925,614 Btu/h ft2 oF
Maka besarnya koefisien koreksi dinding pipa :
hio
∅ t=
hi
∅ tx ID
OD …………………… (Lit 3, hal 213)
hio
∅ t=925,614 x 0,0474
0,0625
hio
∅ t=701,985 Btu/h ft
V-12
Dengan didapatnya besar viskositas fluida pada suhu dinding tube
øt = 1,023. Maka besar koefisien seluruh dinding luar tube
sebenarnya adalah :
hio = 701,985 x 1,023
= 718,13 Btu/h ft2 oF
5.1.8b Koefisien Perpindahan Kalor Luar Tube
ho
∅ s=( J H
De) .k h.( C ph . μ
kh)
1 /3
………………... (Lit 3, hal 213)
Dimana,
kh = konduktivitas termal
= 0,388 Btu/h ft oF
cph = panas spesifik pada shell
= 1,042 Btu/lboF
µ = viskositas
= 0,037 lb/ft h
JH = factor perpindahan panas
= 160 …………. (lampiran 3)
D = diameter ekivalen
= 0,079 ft …………… (lampiran 3)
Maka didapat,
ho
∅ s=( 160
0,079 ) .0,388 .( 1,042 x 0,0370,388 )
1 /3
…... (Lit 3, hal 213)
V-13
ho
∅ s=785,822 (0,1 )
13
ho
∅ s=364,621 Btu/h ft2 oF
Maka besarnya koefisien perpindahan panas shell setelah
dikoreksi dengan besar viskositas øs = 0,704 yaitu :
ho = 364,621 x 0,704
= 256,693 Btu/h ft2 oF
5.1.8c Temperatur Dinding Tube
tw=t c+
ho
∅ s
hio
∅ t+
ho
∅ s
.(T c−t c) …………………. (Lit 3, hal 211)
Dimana,
tc = 263,4 oF
Th = 373,4 oF
ho/øs = koefisien perpindahan kalor shell
= 364,621 Btu/h ft2 oF
hio/øt = koefisien perpindahan kalor tube
= 701,985 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
tw=263,4+ 364,621701,985+364,621
. (373,4−263,4 )
tw=263,4+37,6
tw=301 oF
V-14
Dari perhitungan temperature dinding didapat viskositas masing-
masing fluida yaitu :
a. viskositas air pengisi boiler, µ = 0,53 lb/ft h
b. viskositas fluida, µw = 0,45 lb/ft h
maka besarnya viskositas fluida pada suhu dinding tube :
∅ t=( μμtw )
0,14
…………………. (Lit 3, hal 213)
∅ t=( 0,530,45 )
0,14
∅ t=¿ 1,023 øs = 0,704
5.1.8d Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan Bersih
U c=ho x hio
hio+ho …………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
ho = koefisien perpindahan kalor sisi shell
= 256,693 Btu/h ft2 0F
hio = koefisien perpindahan kalor sisi tube
= 718,13 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
U c=256,693 x718,13718,13+256,693
U c=184338,944
974,823
U c=189,1 Btu/h ft2 oF
V-15
5.1.8e Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan Operasi
U D=Q
A . ∆ t ……………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
Q = kalor yang diserap pada sisi tube
= 7246531,07 Btu/hr
A = luasan perpindahan keseluruhan tube
Sehingga didapat,
A = π.Nt.L.OD ………………….. (Lit 3, hal 213)
= 3,14x270 x 13,7466 x 0,0625
= 728,397 ft2
∆t = 93,97 oF
Sehingga didapat,
U D=7246531,07
728,397 x93,97
U D=105,869 Btu/h ft2 oF
5.1.9 Faktor Pengotoran
Setelah pemakaian selama periode tertentu, permukaan
perpindahan kalor pada alat penukar kalor mungkin akan dilapisi oleh
endapan yang biasa terdapat dalam sistem aliran, atau mungkin
permukaan itu akan mengalami korosi akibat bereaksinya fluida dengan
material yang digunakan dalam kontruksi alat penukar kalor. Endapan
yang biasa terdapat dalam sistem aliran tersebut memberikan tahanan
tambahan terhadap aliran kalor, dalam hal ini menyebabkan menurunnya
V-16
kemampuan kerja alat, pengaruh dari endapan tersebut terhadap
koefisien perpindahan kalor menyeluruh disebut faktor pengotoran
(fouling factor). Faktor pengotoran didefinisikan sebagai berikut
Rd=U c−U D
U c xU D …………………… (Lit 3, hal 213)
Dimana,
Uc = koefisien perpindahan keseluruhan bersih
= 189,1 Btu/h ft2 oF
UD = koefisien perpindahan keseluruhan kotor
= 105,869 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
Rd=189,1−105,869189,1 x105,869
Rd=83,231
20019,828
Rd=0,00415 h ft2 oF/Btu
5.1.10 Efektivitas Alat Penukar Kalor
Efektivitas alat penukar kalor dapat dicari dengan menggunakan
persamaan :
ε=1−e−NTU …………………… (Lit 2 , hal 503)
Dimana,
N = U . ACmin
Dimana,
V-17
A = 728,397 ft2
Ud = 105,869 Btu/h ft2 oF
Cmin = 87518,49 Btu/h oF
Didapat,
N = 105,869 x 728,397
87518,49
= 0,88
Dengan hasil perhitungan di atas, maka efektivitas Alat Penukar Kalor
dapat dihitung.
ε=1−e−0,88
ε=58,52 %
5.2 Perhitungan Data Operasi
5.2.1 Perpindahan Kalor Pada Fluida Shell
Beban kalor pada alat penukar kalor adalah besarnya kebutuhan kalori
yang harus diberikan oleh fluida panas kepada fluida dingin sebagai
pengisi air boiler. Besarnya perpindahan kalor dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan :
Qh=mh .Cp.∆ T …………………… (Lit 2, hal 491)
Dari perhitungan disain, maka untuk keadaan operasi juga dipergunakan
analisa di atas.
Dimana,
V-18
mh=13671 lb /hr
Tin (shell) = 428 oF
Tout (shell) = 230 oF
Dengan besar tekanan pada shell adalah 5,5 kg/cm2, maka dengan
menggunakan table thermodinamika didapat temperature jenuhnya yaitu
sebesar T = 310,49 oF.
Dengan temperature rata-rata didapat :
Cp (steam) = 0,526 Btu/lb oF
Cp (liquid) = 1,02 Btu/lb oF
hfg = 409,52 Btu/lb
maka didapat,
Qs = m . Cp ∆T
= 13671 lb/hr x 0,526 Btu/lb oF x 117,51 oF
= 845008,06 Btu/hr
QL = m hfg
= 13671 lb/hr x 409,52 Btu/lb
= 5598547,92 Btu/hr
Qs = m Cp ∆T
= 13671 lb/hr x 1,02 Btu/lb oF x 80,49
= 1122386,36 Btu/hr
Maka kalor total yang dilepas oleh fluida shell adalah :
V-19
Qtot (dilepas) = 845008,06 Btu/hr + 5598547,92 Btu/hr + 1122386,36
Btu/hr
= 7565942,34 Btu/hr
5.2.2 Perpindahan Kalor Pada Fludia Tube
Karena kalor yang dilepaskan fluida panas diserap seluruhnya oleh
fluida dingin maka besar kalor yang diterima air pengisi boiler yang
mengalami proses pemanasan adalah :
Qc=mc .Cp . ∆ T
Dimana,
mc=85752 lb/hr
Cp=1,02 Btu/lb oF
∆ T=79,2 oF
Maka kalor yang diterima oleh fluida tube adalah sebesar :
Qt = 85752 lb/hr x 1,02 Btu/lb oF x 79,2 oF
= 6927385,56 Btu/hr
Dari perhitungan didapat besar kalor yang dilepas oleh fluida shell dan
yang diterima oleh fluida tube. Dari hasil perhitungan terdapat
perbedaan besar kalor yang diserap dengan yang diterima yaitu sebesar
heat loss = 638556,78 Btu/hr. ini diakibatkan karena kemungkinan
adanya kalor yang lepas ke lingkungan akibat kerusakan isolasinya dan
lain sebagainya.
V-20
5.2.3 Beda Temperatur Rata-Rata Log / Log Mean Temperatur
Difference (LMTD)
LMTD=T lm=(T 1−t2 )−(T 2−t 1)
ln(T 1−t 2)(T 2−t 1)
…………… (Lit 3, hal 178)
Dimana,
LMTD=133,2−64,8
ln 133,264,8
= 68,4ln 2,05
= 95,397 oF
Faktor Koreksi, F = 1 ………. (Lit 2,hal 492)
Maka selisih temperature rata-rata yang sebenarnya,
∆Tm = LMTD x FT …………………. (Lit 3, hal 179)
= 95,397 x 1
= 95,397 oF
5.2.4 Perhitungan Pada Sisi Tube
Data tube yang digunakan :
Diameter luar (OD) : 0,0625 ft
Diameter dalam (ID) : 0,0474 ft
Luas aliran dalam (at’) : 0,247 in2
Jumlah lintasan (n) : 2
Jarak antar tube ((pt) : 0,0833 ft
Panjang tube (L) : 13,7466 ft
V-21
Jumlah tube : 270
5.2.4a Luas Laluan Aliran Tube
a t=N t . at
'
144n …………………… (Lit 3, hal 211)
Dimana,
Nt = jumlah tube
= 270
at’ = luas aliran per tube
= 0,247 in2 …………. (Lampiran 2)
n = jumlah pass
= 2
Sehingga diperoleh,
a t=270 x0,247
144 x 2=66,69
288=0,231 ft2
5.2.4b Laju Aliran Massa
Gt=W t
at ……………………. (Lit 3, hal 212)
Dimana,
wt = laju aliran massa sebelah tube
= 85752 lb/h
at = luas aliran sebelah tube
= 0,231 ft2
Sehingga didapat,
V-22
Gt=857520,231
=371220,779 lb / ft2 h
5.2.5 Perhitungan Pada Sisi Shell
Data shell yang digunakan :
Diameter luar tube : 0,0651 ft
Diameter dalam tube : 0,0474 ft
Diameter luar shell : 2,2572 ft
Diameter dalam shell : 1,7978 ft
Panjang shell (L) : 13,9598 ft
Jumlah pass : 2
Jumlah lintasan buffle : 8
Jarak antara sekat (B) : 1,6404 ft
5.2.5a Luas Laluan Aliran Shell
as=ID xC ' x B
Pt …………………. (Lit 3, hal 208)
Dimana,
ID = diameter sebelah dalam shell
= 1,7716 ft
C’ = daerah bebas antara tube dengan tube
= 0,0182 ft
B = jarak antara buffle
= 1,6404 ft
Pt = jarak pitch
= 0,0833 ft
V-23
Maka didapat,
as=1,7716 x0,0182 x1,6404
0,0833
as=0,05280,0833
=0,634 ft2
5.2.5b Laju Aliran Massa
Gs=was
……………………….. (Lit 3, hal 208)
Dimana,
w = jumlah fluida yang mengalir sebelah shell
= 13671 lb/h
as = luas laluan pada shell
= 0,634 ft2
Maka didapat,
Gs=136710,634
=21563,091 lb / ft2h
5.2.6 Temperatur Kalori (Tc) dan (tc)
Besarnya temperature kalorik dari shell and tube dapat diperoleh
sebagai berikut :
Tc = T2 + Fc (T1 – T2) untuk fluida shell, dan
tc = t1 + Fc (t2 – t1) untuk fluida tube
Dimana,
T1 = temperature fluida panas masuk shell
V-24
= 428 oF
T2 = temperature fluida panas keluar shell
= 230 oF
t1 = temperature fluida dingin masuk tube
= 215,6 oF
t2 = temperature fluida dingin keluar tube
= 294,8 oF
Fc = 0,32 ….. (lampiran 4)
Sehingga didapat,
Tc = 230 + 0,32 (428-230)
= 230 + 63,36
= 293,36 oF
tc = 215,6 + 0,32 (294,8-215,6)
= 215,6 + 25,34
= 240,94oF
5.2.7 Bilangan Reynold
5.2.7a Bilangan Reynold Untuk Aliran Dalam Tube
ℜt=IDt .Gt
μ ……………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
Gt = kecepatan aliran massa pada tube
= 371220,779 lb/ft2h
V-25
ID = diameter dalam tube
= 0,0474 ft
µ = viskositas
= 0,58 lb/ft h
Maka didapat,
Ret = 0,0474 x371220,779
0,58
= 30337,698
5.2.7b Bilangan Reynold Untuk Aliran Dalam Shell
ℜs=Ds .G s
μ ……………………… (Lit 3, hal 208)
Dimana,
De = diameter ekivalen
= 0,079 ft ………… (lampiran 3)
Gs = laju aliran massa
= 21563,091 lb/hft2h
µ = viskositas
= 0,039 lb/ft h
Maka didapat,
ℜs=0,079 x21563,091
0,039
V-26
= 43679
5.2.8 Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor
5.2.8a Koefisien Perpindahan Kalor Tube
hi
∅ t=( Jh
D ) . kc .(C pc . μk c
)1 /3
………………... (Lit 3, hal 213)
Dimana,
kc = konduktivitas termal
= 0,396 Btu/h ft oF
Cpc = panas spesifik
= 1,01 Btu/lb oF
µ = viskositas air
= 0,58 lb/ft h (lampiran)
D = diameter dalam tube
= 0,0474 ft
jH = 90 ………….. (lampiran 1)
Sehingga didapat,
hi
∅ t= 90
0,0474. 0,396 .( 1,01 x 0,58
0,396 )1 /3
hi
∅ t= 35,64
0,0474(1,48 )1 /3
hi
∅ t=857,163 Btu/h ft2 oF
Maka besarnya koefisien koreksi dinding pipa :
hio
∅ t=
hi
∅ tx ID
OD …………………… (Lit 3, hal 213)
V-27
hio
∅ t=857,163 x 0,0474
0,0625
hio
∅ t=857,163 x 0,7584
= 650,072 Btu/h ft2 oF
Dengan didapatnya besar viskositas fluida pada suhu dinding tube øt
= 1,015, maka besar koefisien seluruh dinding luar tube sebenarnya
adalah :
hio = 650,072 x 1,015
= 659,823 Btu/h ft2 oF
5.2.8b Koefisien Perpindahan Kalor Luar Tube
ho
∅ s=( J H
De) .k h.( C ph . μ
kh)
1 /3
………………... (Lit 3, hal 213)
Dimana,
De = 0,079 ft (lampiran 3)
kh = konduktivitas termal
= 0,395 Btu/h ft oF (lampiran)
Cph = panas spesifik
= 1,023 Btu/lboF (lampiran)
µ = viskositas
= 0,039 lb/ft h (lampiran)
JH = factor perpindahan panas
= 150 (lampiran 3)
V-28
Maka didapat,
ho
∅ s=( 150
0,079 ) .0,395 .( 1,023 x 0,0390,395 )
1 /3
….. (Lit 3, hal 213)
ho
∅ s=750 (0,1 )
13
ho
∅ s=348 Btu /h ft2 F
Maka besarnya koefisien perpindahan panas Luar Tube setelah
dikoreksi dengan besar viskositas øs = 0,695 yaitu :
ho = 348 x 0,695
= 241,86 Btu/h ft2 oF
5.2.8c Temperatur Dinding Tube
tw=t c+
ho
∅ s
hio
∅ t+
ho
∅ s
.(T c−t c) …………………. (Lit 3, hal 211)
Dimana,
tc = 240,94 oF
Tc = 293,36 oF
ho/øs = koefisien perpindahan kalor Luar Tube
= 348 Btu/h ft2 oF
hio/øt = koefisien perpindahan kalor tube
= 650,072 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
V-29
tw=240,94+ 348650,072+348
. (293,36−240,94 )
tw=240,94+18,277
tw=259,217 oF
Dari perhitungan temperature dinding didapat viskositas masing-
masing fluida yaitu :
a. viskositas air pengisi boiler, µ = 0,58 lb/ft h
b. viskositas fluida, µw = 0,52 lb/ft h
maka besarnya viskositas fluida pada suhu dinding tube :
∅ t=( μμtw )
0,14
…………………. (Lit 3, hal 213)
∅ t=( 0,580,52 )
0,14
∅ t=¿ 1,015 , ∅ s=¿ 0,695
5.2.8d Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan Bersih
U c=ho x hio
hio+ho …………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
ho = koefisien perpindahan kalor Luar Tube
= 241,86 Btu/h ft2 0F
hio = koefisien perpindahan kalor sisi tube
= 659,823 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
V-30
U c=241,86 x659,823659,823+241,86
U c=159584,791
901,683
U c=176,985 Btu/h ft2 oF
5.2.8e Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan Operasi
U D=Q
A . ∆ t ……………………. (Lit 3, hal 213)
Dimana,
Q = kalor yang diserap pada sisi tube
= 6927385,56 Btu/hr
A = luasan perpindahan keseluruhan tube
Sehingga didapat,
A = π.Nt. L.OD ………………….. (Lit 3, hal 213)
= 3,14x270 x 13,7466 x 0,0625
= 728,397 ft2
∆t = 95,397 oF
Sehingga didapat,
U D=6927385,56
728,397 x95,397
U D=99,693 Btu/h ft2 oF
5.2.9 Faktor Pengotoran
Rd=U c−U D
U c xU D …………………… (Lit 3, hal 213)
Dimana,
V-31
Uc = koefisien perpindahan keseluruhan bersih
= 176,985 Btu/h ft2 oF
UD = koefisien perpindahan keseluruhan operasi
= 99,693 Btu/h ft2 oF
Sehingga didapat,
Rd=176,985−99,693176,985 x 99,693
Rd=77,292
17644,165
Rd=0,00438 h ft2 oF/Btu
5.2.10 Efektivitas Alat Penukar Kalor
Efektivitas alat penukar kalor dapat dicari dengan menggunakan
persamaan :
ε=1−e−NTU …………………… (Lit 2 , hal 503)
Dimana,
N = U . ACmin
Dimana,
A = 728,397 ft2
U = 99,693Btu/h ft2 oF
Cmin = 87467,04 Btu/h oF
Didapat,
N = 99,693 x 728,397
87467,04
= 0,83
V-32
Dengan hasil perhitungan di atas, maka efektivitas Alat Penukar Kalor
dapat dihitung.
ε=1−e−0,83
ε=56,39%
Tabel 5.1. Perbandingan Hasil Perhitungan
Parameter Desain Operasi
1. Kalor diberikan shell (Qh) (Btu/hr)
2. Kalor diserap tube (Qc) (Btu/hr)
3. LMTD (0 F )
4. Koefisien Perpindahan Kalor
Keseluruhan bersih (Uc )
(Btu/h.ft2.0F)
5. Koefisien Perpindahan Kalor
Keseluruhan operasi (Ud )
6. Faktor Pengotoran (Rd ).
7. Jumlah Tube
8447998,552
7246531,07
93,97
189,1
105,869
0,00415
270
7565942,34
6927385,56
95,39
176,985
99,693
0,00438
270
V-33
8. Efektivitas Heat Exchanger. 58,52 % 56,39 %
5.3 Analisa
Pada prinsip kesetimbangan energi secara teori bahwa kalor yang
dilepas fluida panas harus sama dengan kalor yang diterima fluida dingin,
tetapi pada kenyataanya kalor yang dilepas oleh fluida panas tidak akan sama
dengan yang diserap fluida dingin. Hal ini dapat di akibatkan oleh hilangnya
kalor atau terjadi rugi- rugi kalor dari sisi shell.
Dari perhitungan didapat keefektifitasan alat menurun, ini dapat
diakibatkan dari pengaruh endapan-endapan yang terbawa oleh fluida dan
kemudian membentuk suatu lapisan pada permukaan pipa atau yang sering
dinamakan dengan kerak, sehingga koefisien perpindahan kalor melalui tube
menurun sehingga jumlah panas yang dipindahkan menjadi menurun.
Pemeliharaan alat yang kurang diperhatikan juga memberikan andil pada
penurunan efektifitas, dan juga factor usia. Karena sifat- sifat fisik fluida
sangat dipengaruhi oleh tinggi rendahnya temperatur, maka secara tidak
langsung dapat dikatakan harga koefisien perpindahan kalor masing- masing
sisi akan sangat dipengaruhi oleh temperatur fluidanya itu sendiri.
