Upload
allensius-karelsta-harefa
View
562
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
JUDUL UTAMA
NURCAHYO
1
TRANSPORT PHENOMENA
PRINSIP PERISTIWA PERPINDAHAN DALAM COOLING TOWERAIR (cair)Yi YG Ti Bidang antarmuka TG
UDARA (gas)
TL
qL Panas Sensibel
q qs
Panas Laten Panas Sensibel2
G Y2 L2 udara air L1NURCAHYO Judul neraca massa
G Y13
Make up water
masuk = keluar L2 + G.Y1 = L1 + G.Y2 L2 - L1 = G. Y2 - G.Y1 (L = G.(Y2 - Y1)
Lselisih laju aliran air Jumlah air yang kabur ke udara MAKE UP WATER
G
4 NURCAHYO
Skema aliran
FLOW SCHEME (L = G.(Y2 - Y1)
Y2
G
L1
Y1 L2L5
NERACA ENERGIL cL TL2 HL2 G Y2 TG2 Hy2
L cL TL1 HL1Tatanama dalam neraca energi
G Y1 TG1 Hy1
NURCAHYO
6
Neraca Energi Keseluruhanmasuk = keluarG.HY 2
G.HY1 + L.HL2 = G.HY2 + L.HL1 G.HY 1 G.HY2 - G.HY1 = L.HL2 - L.HL1 dengan HL = cL . TL didapat :
L.cLTL 2
L.cLTL 1
G.(HY2 - HY1) = L.cL.(TL2 TL1)Neraca energi total
NURCAHYO
7
NERACA ENERGI SEGMENL cL TL+ dTL HL + dHL G Y + dY TG + dTG Hy + dHy G Y TG Hy
L cL TL HL q A
L.cL.dTL = G.dHyLNeraca energi segmen
q A
NURCAHYO
G
8
Perpindahan panas umum
Udara + air
fluida
interface
transfer panas
konveksi
q = h . (T A modifikasi : h = hLa . dz Tinjau perpindahan panas di air q AEnergi dibawa air Perubahan fasa Energi dibawa udara
= hLa . dz . (TL Ti) = L.cL.dTL = G.dHyinterfaceHanya melambangkan energi yg dibawa air & berubah fasa Fasa air (cair) Interface 9 Fasa udara (gas)
Tinjau perpindahan panas uap air di udara q A =G
qP A
+
qS A
sedangkan : qP = kGa.MB.P. dz.P0.(Yi-YG) A dan : qS A = hGa. dz. (Ti-TG)interface
selanjutnya : G.dHY = kGa.MB.P.dz.P0.(Yi-YG)Perpindahan panas di udara
+ hGa.dz.(Ti-TG)10
NURCAHYO
Pada kenyataannya : hGa kGa.MB.P ~ cS
cS= 1,005 + 1,88Y
sehingga : G.dHY = kGaMBP.dz.[P0.(Yi-YG) + cS(Ti-TG)] disusun ulang : G.dHY = kGaMBP.dz.[(cSTi + P0.Yi ) - (cSTG + P0.YG )]
disingkat menjadi : G.dHY = kGaMBP.dz.(HYi - HY )Penurunan lanjut
HY=cST+P0YT[=]oC11 NURCAHYO
Persamaan RancanganIntegrasi : dz = z = 0Z
G
dHYHy1
Hy2
kGa.MB.P Hyi - HYHTG NTG
z
Untuk mencari Hyi dilakukan dengan menyusun ulang persamaan neraca energi segmen, didapat :
-
hLa kGa.MB.P
=
Hyi - HY Ti - TL12
Modifikasi persamaan rancanganSering dikehendaki fokus perhitungan pada segmen air, sehingga variabel-variabel yang ditonjolkan merupakan tolok ukur kondisi air
L
KaV cooling tower : characteristic L
K = mass transfer coefficient (lb water/h ft2) a = contact area/tower volume V = active cooling volume/plan area L = water rate (lb/h ft2) hw = enthalpy of air-water vapor mixture at bulk water temperature ha = enthalpy of air-water vapor mixture at wet bulb temperature
13
Tahapan Penyelesaian RancanganTahap penyelesaian rancangan
1. Buat Equlibrium Curve 2. Buat Operating Line dengan gradien L.cL/G 3. Buat garis hubung dengan gradien hLa/kYa
4. Hitung tinggi kolom 4a. Buat tabel untuk integrasi 4b. Hitung luas di bawah kurva p aturan trapesium 4c. Hitung z = G/(KGa.MB.P) *7Luas14
Grafik Rancangan Cooling Tower300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 6015Grafik desain Cooling Tower
HEquilibrium curve
-hLa/kYa line
Operating line
T
Equilibrium Curve(a) Pakai peta psikrometrik (b) Anggap Sumbu T sebagai Tw (c) Cari HY dari masing-masing Tw300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 6016 NURCAHYO
H
HY
Tw
Ambil T 50C dibawah TL1 sampai 5oC diatas TL2T
Operating Line(a) Deklarasikan sumbu T sebagai TL (b) Dari kondisi udara masuk & air keluar pplot TL1, HY1 (c) Dari kondisi udara keluar & air masuk pplot TL2, HY2300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60
HY2 Kondisi udara keluar dapat dicari dengan neraca massa atau metode laju alir udara minimum17 NURCAHYO
HY1 TL1
TL2
-hLa/kYa line(a) Buat satu garis dengan gradien hLa/kYa (b) Buat garis-garis duplikat, sejajar dengan garis tadi garis300 250 200 150 100 50 0 10 20 HY 30 40 50 6018 NURCAHYO
Garis awal HYi Duplikat
kYa = kGa.MB.P
Tinggi kolom pendingin(a) Buat tabel sebagai berikut
No HY
HYi
HYi HY
1 HYi HY
(b) Hitung luas dibawah kurva dengan aturan trapesium A = Luas trapesium = (jumlah sisi //) * ( tinggi)1 HYi HY
An=1 2 3 4
1 HYi HY
n
1 + HYi HY
(HYn+1
519
HY
NURCAHYO
(c) Hitung tinggi kolomdengan prinsip
Hitung Z
G adalah laju massa udara kering per satuan luas
G dHY dz = kGa.MB.P Hyi - HY 0Hy1
Z
Hy2
G z= kGa.MB.P
Z = HTG.NTG
7Luas trapesiumhw = enthalpy of air-water vapor mixture at bulk water temperature ha = enthalpy of air-water vapor mixture at wet bulb temperature20
Catatan p jika dihitung dengan tolok ukur air didapat :
Laju alir udara minimumJika tidak didapat data yang cukup tentang G Harga laju udara (G) memang sedang dirancang
Cari G minimum300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60
1 TL1, HY1
2 y y 3
1 Plot TL1 , HY1 Buat garis 2 menyinggung equilibrium curve Buat garis operasi 3 optimum y = 1,3~1,5 y
L.cL Gmin
L.cL = 1,3~1,5 G
21
Overall TransferKonstanta perpindahan di air dianggap besar Cari harga H* dengan menarik garis B keatas Langkah yang lain sama dengan memakai HYi
z=300 250 200 150 100 50 0 10 20 HY 30 40
G
dHYHy1
Hy2
KGa.MB.P H - HY G HTOG = KGa.MB.P dHY H - HYHy1 Hy2
Garis awal H*
z=
NTOG =Duplikat50 60
Z = HTOG. NTOG 22
Contoh cooling tower
23
NURCAHYO
Bottle shape cooling tower
24 NURCAHYO
25Detail bagian cooling tower
motor
CoolingTower Main Componentsskin
sprinkler water spray
air inlet
level detector
water Inlet
water outlet26
GBCT reaktor nuklir
HYPERBOLIC SHAPE
NURCAHYO
27
Rectangular shape cooling tower
28 NURCAHYO
GBCT kotak tunggal
29 NURCAHYO
Cooling Tower Ukuran Besar
30
Kasus-kasus operasional
31 NURCAHYO
Tenaga penggerak udara berkurang Pada cooling tower dengan banyak motor, salah satu motor mati dan aliran air masih dapat tersebar merata ke cooling tower yang hidup Motor yang ada berkurang tenaganya
Analisis(1) G berkurang, berarti dalam persamaan rancangan :
z =
G
k a.M .PG B
dHY Hyi - HYHy1
Hy2
Bersifat tetap Berubah Harus disesuaikan32
Lanjutan kasus G berkurang
(2) L tetap G berubah, berarti dalam grafik L.cL/G berubah gradien garis operasi berubah300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60
Operating line baru HY1 tetap Operating line semula TL2 tetap
(3) TL2 tetap atau dianggap tetap, karena air panas masuk sama (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah33
Pemecahanterjadi perubahan TL1
Solusi G berkurang
Jika dikehendaki L (jumlah air masuk) tetap, berarti akan
p
air keluar bertambah panas
300 250 200 150 100 50 0 10
Geser Operating line yang baru, sehingga didapat harga integral yang memenuhi persamaan rancangan Setiap menggeser, harga integral HY1 tetap dihitung
TL2 tetap
20
30
40
50
60
Arah pergeseran 34
Terjadi lumut
Tumbuh lumut di antara isian Kasus ini terjadi pada cooling tower dengan isian (packing) Dapat juga terjadi pada cooling tower yang sprinkler atau distributornya bermasalah
Analisis(1) Perpindahan massa dan energi terganggu, berarti dalam persamaan rancangan :
z =
G
k a.M .PG B
dHY Hyi - HYHy1
Hy2
Bersifat tetap Berubah Harus disesuaikan35
Lanjutan tumbuh lumut
(2) L dan G tetap, berarti dalam grafik L.cL/G tetap
p gradien garis operasi tetap300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60
HY1 tetap
Operating line tetap seperti semula
TL2 tetap
(3) TL2 tetap atau dianggap tetap, karena air panas masuk sama (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah36
Solusi tumbuh lumut
PemecahanJika dikehendaki L dan G tetap, berarti akan terjadi perubahan TL1
p
air keluar bertambah panas
Geser operating line, sehingga didapat harga integral yang memenuhi persamaan rancangan300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60
HY1 tetap
Setiap menggeser, harga integral dihitung TL2 tetap
Arah pergeseran 37
Suhu air berubah
Temperatur air masuk meningkat Kasus dapat terjadi jika ada peristiwa overheating dalam penukar panas yang didinginkan oleh air
Analisis(1) TL2 bertambah, berarti dalam persamaan rancangan tidak terlihat faktor yang berubah:
z =
G
k a.M .PG B
dHY Hyi - HYHy1
Hy2
Bersifat tetap Berubah Seharusnya tetap38 NURCAHYO
(2) L dan G tetap, berarti dalam grafik L.cL/G tetap
p gradien garis operasi tetap(3) TL2 berubah, karena air panas masuk meningkat temperaturnya (4) HY1 tetap, karena kondisi udara luar memang tidak berubah300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50Lanjutan suhu air berubah
HY1 tetap
Operating line tetap seperti semula
TL2 berubah6039 NURCAHYO
Pemecahanperubahan TL1
Solusi suhu air berubah
Jika dikehendaki L dan G tetap, berarti akan terjadi
p
air keluar bertambah panas
Ikuti langkah 1 2 3 selanjutnya hitung integrasi Ulang langkah 3 sampai didapat nilai integrasi seperti semula300 250 200 150 100 50 0 10 20Hy2
HY1 tetap
3
dHY Hyi - HYHy1
Operating line (OL) baru 230 TL2 berubah 40 50
160
1 Geser TL2 ke kanan 2 Perpanjang OL 3 Geser OL ke atas 40