Rangkuman Materi Rekayasa Termal

  • View
    70

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Rekayasa engineering

Text of Rangkuman Materi Rekayasa Termal

RANGKUMAN MATERI REKAYASA TERMAL1. HEAT EXCHANGER

Sistem aliran fluida panas membutuhkan komponen penukar panas akan mengalirkan panas dalam suatu ruang dengan tekanan dan temperatur yang berbeda beda. Heat Exchanger bisa berfungsi sebagai penukar panas ataupun pendingin. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Fungsi yang lain adalah Mengontrol sistem atau substansi temperatur dengan menambah atau menghilangkan energi termal. Heat Exchanger diklasifikasikan menjadi 2 macam yaitu:

1. Berdasarkan tipe aliran

Berdasarkan tipe aliran ada 2 yaitu aliran parallel dan aliran tabrakan.

2. Berdasarkan tipe bentuk

Berdasarkan tipe konstruksi ada 3 yaitu Coil heat exchanger, plate heat exchanger, shell-and-tube heat exchanger.

a. Coil Heat Exchanger Penukar kalor jenis kumparan/koil ini mempunyai klasifikasi sebagai berikut diameter kecil, panjang tabung konsentris ditempatkan dalam tabung yang lebih besar , tabung gabungan yang melengkung dalam heliks, satu cairan melewati tabung dalam, dan cairan lainnya melewati tabung luar, tipe ini sistemnya kuat, mampu menangani tekanan tinggi dan perbedaan temperatur yang luas. Aplikasi yang digunakan biasanya untuk biasanya digunakan untuk membentuk suatu suhu tetap untuk aliran proses-sampel sebelum melakukan pengukuran dan digunakan untuk mengkondensasikan suhu tinggi aliran sampel.

b. Plate Heat ExchangerPenukar panas pelat terdiri dari tumpukan sejajar tipis pelat yang terbentang antara akhir lempeng berat.Setiap aliran fluida melewati plat pada stack secara bergantian pertukaran panas terjadi melalui piring, pelat yang bergelombang berfungsi untuk kekuatan, meningkatkan transfer panas dengan mengarahkan aliran dan meningkatkan turbulensi.

c. Shell and Tube Heat ExchangerHeat Exchanger tipe ini terdiri dari sebuah shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di dalam tube bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida di dalam tube dan di luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side. Shell and tube chillers relatif mempunyai efisiensi yang tinggi, memerlukan tempat yang minim di lantai dan ruang utama, mudah dirawat dan mudah beradaptasi hampir semua tipe liquid chilling. Karena alasan itu, shell and tube chiller sejauh ini tipe yang paling banyak digunakan.

Sistem Kerja Heat Exchanger

Laju aliran pada exchanger dapat ditentukan dengan Reynolds number (NRe) :

Jika Reynold number < 2.000 maka aliran fluida laminar

Jika Reynold number > 6.000 maka aliran fluida sepenuhnya turbulenAliran laminar menghasilkan kerugian kecil, yang hasilnya berbanding lurus dengan kenaikan kecepatan. contohnya : dua kali lipat kecepatan aliran, menggandakan kehilangan tekanan.

KESEIMBANGAN DAN EFEKTIVITAS

KESEIMBANGAN

Panas yang dipindahkan ke fluida dingin harus sama dengan perpindahan panas dari fluida panas, menurut persamaan berikut :

Dimana = laju aliran massa per satuan waktu waktu

Jadi panas yang ditransfer per satuan waktu sama dengan produk dari massa aliran per satuan waktu, panas spesifik, dan suhu berubahEFEKTIVITAS

Efektivitas adalah perbandingan aktual panas yang ditransfer ke panas yang bisa ditransfer oleh penukar kalor dengan ukuran tak terbatas. Efektivitas adalah cara terbaik untuk membandingkan berbagai jenis penukar kalor.

Contohnya :

Pada gambar menunjukkan aliran fluida panas yang didinginkan oleh aliran fluida dingin dengann heat exchanger tipe counterflow .

-Aliran panas keluar dari heat exchanger harus lebih hangat dari suhu inlet aliran dingin

-Aliran dingin yang keluar dari heat exchanger harus lebih dingin dari suhu inlet aliran panas

- Dalam sebuah penukar panas yang ideal, dengan = 1, keluar suhu aliran panas yang sama dengan yang masuk suhu aliran dingin

PERSAMAAN ALAT PENUKAR KALOR

Tingkat perpindahan panas dari penukar kalor tergantung pada desain dan sifat dari fluida dua aliran. Karakteristik ini dapat didefinisikan sebagai:

Sebuah kinerja penukar panas diperkirakan dengan menghitung transfer panas secara keseluruhan koefisien U dan daerah A. Temperatur inlet dari dua aliran dapat ditentukan dengan 3 persamaan berikut, yang mana delta T log menggunakan rata-rata aritmatik, dan keseimbangan energi panas dalam setiap aliran.

2. TURBO MACHINE

Sistem Kerja Pada Turbin Gas

Sistem turbin gas terbuka: bahan bakar bercampur dengan udara dan keluar sebagai gas hasil pembakaran. Bahan bakar harus bersih supaya tidak korosi

Sistem turbin gas tertutup: bahan bakar tidak ikut dalam fluida kerja. Fluida kerja adalah udara murni atau gas murni yang sudah bersih. Fluida kerja didinginkan sebelum dipergunakan kembali.

Aplikasi Turbin Gas Penggerak sistem Propulsi (pesawat terbang, kapal laut)

Pembangkit tenaga listrik

Penyedia panas di industri

Dibandingkan dengan motor bakar, turbin gas:

Penghasil daya yang lebih besar

konsumsi bahan bakar yang lebih boros

berat dan ukuran yang jauh lebih kecil

Gas Turbine Schematic

Siklus Turbin Gas: Ideal Brayton Cycle

(T-s diagram)

Ideal Brayton Cyclep-V diagram

Turbine Thermodynamics

BOILERBoiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

JENIS BOILER

Bagian ini menerangkan tentang berbagi jenis boiler: Fire tube boiler, Water tube boiler, Paket boiler, Fluidized bed combustion boiler, Atmospheric fluidized bed combustion boiler, Pressurized fluidized bed combustion boiler, Circulating fluidized bed combustion boiler, Stoker fired boiler, Pulverized fuel boiler, Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler) dan and Pemanas fluida termis.

Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya.

Gambar. Fire Tube BoilerWater Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:

Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

Gambar. Water Tube Boiler

Paket Boiler

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Gambar. Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minyak

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah: Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat. Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik. Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik. Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik. Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.

Boiler Pembak

Search related