bab iii pengumpulan dan pengolahan data alat penukar kalor

BAB III
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
ALAT PENUKAR KALOR
3.1 Latar belakang
Alat penukar kalor sangat berpengaruh besar dalam operasi kegiatan
industri, untuk mencegah maupun mengurangi peningkatan panas yang semakin
tinggi serta sering terganggunya proses pendinginan akibat ketidakmampuan alat
penukar kalor menyerap panas dengan baik maka diperlukan proses pendinginan.
Walaupun proses pendinginan dianggap merugikan dari segi pemanfaatan energi,
namun pendinginan diperlukan untuk menjamin kerja mesin sebaik-baiknya.
3.2 Cara mendapatkan data
Data-data yang diperoleh adalah berasal dari PT AMOCO MITSUI PTA
INDONESIA yang merupakan client dari PT MULTI FABRINDO
GEMILANG.
Data-datanya sebagai berikut :
Tipe : horizontal (one shell and two tube)
Temperature aliran air panas masuk :800C
Temperature aliran dingin masuk : 340C
Ketentuan dari PT AMOCO MITSUI PTA INDONESIA sebagai berikut :
Temperature aliran panas keluar : 380C
Temperature aliran dingin keluar : 490C
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
23
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
dari PT MULTI FABRINDO GEMILANG akan mengunakan :
Material : Iron Stenless Steel
Untuk shell :SA 285 Gr. C (diameter luar 721mm,diameter dalam
711mm,panjang 6096mm)
Untuk tube :SA 249TP.316L
(diameter luar 19,05 mm,diameter dalam
15,75mm, panjang 6096mm)
Untuk baffle:SA 240 304 (13 buah)
3.3 Metode perhitungan alat penukar kalor
a. Gambar skema alat
Gambar 3.1 Skema Alat
b. Diagram temperature
Gambar 3.2 Diagram Temperatur
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
24
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
Perhitungan :
c. Balance energi pada aliran fluida panas
Qh mh xc ph x[Thi Tho ]
Dengan :
Qh = kalor yang diberikan fluida panas [kW]
mh = laju massa fluida panas [kgs]
c ph = panas jenis fluida panas [kJ/kg.0C]
Thi = temperature masuk fluida panas [ 0C]
Tho = temperature keluar fluida panas [ 0C]
Balance energi pada aliran fluida dingin
Qc mc xc pc x[Tco Tci ]
Dengan :
Qc = kalor yang diterima fluida dingin [kW]
mc = laju massa fluida dingin [kg/s]
c pc = panas jenis fluida dingin[kJ/kg.0C]
Tco = temperature masuk fluida dingin[.0C]
Tci = temperature keluar fluida dingin [.0C]
(Perhitungan dengan metode LMTD)
d. Perhitungan LMTD
LMTD Fc Tm
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
25
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
T T2
LMTD Tm  1
T
ln 1
T2
Thi Tco Tho Tci 
T Tco 
ln hi
Tho Tci 

Factor koreksi Fc diperoleh dari table/grafik dengan menentukan R dan S
Th Tho
R i
Tco Tci
Tc Tc i
S o
Thi Tci
e. Estimasi koefisien perpindahan panas global
dengan hot side = water
cold side = water
berdasarkan tabel dilampiran dapat dipilih U sebagai pendekatan
f. Estimasi dimensi utama alat penukar kalor
A = luas permukaan perpindahan panasnya
Qact
A
U LMTD
Dengan Qact=Qh=Qc
U=koefisien perpindahan panas global
g. Perkiraan jumlah pipa
A
N
d o L
Koefisien perpindahan panas koveksi didalam pipa (didalam satu pipa)
 Menghitung laju aliran dalam satu pipa
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
26
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
m
m satu satu tube  c
N tubes
dengan
mc laju aliran massa air di dalam pipa
N tube jumlah tube
 Kecepatan rata-rata air dalam pipa
m satu tube
vc 
Ai
dengan
massa jenis fluida air
Ai luasan penampang aliran di dalam pipa
 Bilangan Reynolds air
v Di
Re 

dengan
 viskositas dinamik fluida air
 Bilangan Nusselts air
h Di
Nu  i
0,023 Re 0,8 Pr 0, 4
k
dengan
k konduktifitas termal fluida air
 Koefisien perpindahan panas konveksi
h Di
Nu  i
0,023 Re 0,8 Pr 0, 4
k
Estimasi koefisien perpindahan panas global (U) di dalam APK:
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
27
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
A
1
1 A
1 A ln Do / Di 
  o   o
Rf o  o Rf i
U hi Ai hi
Ai
2kL
dengan
hi koefisien perpindahan panas konveksi aliran air didalam pipa
ho koefisien perpindahan panas konveksi aliran air diluar pipa
k konduktifitas termal bahan
Rf o konduktifitas termal fouling
Rf i konduktifitas termal fouling
Perhitungan penurunan tekanan fluida dalam tube
Besarnya penurunan tekanan fluida dapat dihitung dengan persamaan :
L m2
Pt f   ( Nbaf 1)
IDt 2 
Dengan
Pt =Penurunan tekanan didalam tube(Pa)
f =Factor gesek dalam tube
L =Panjang tube (m)
=Massa jenis fluida dalam tube (kg/m3)
Untuk aliran laminer factor geseknya adalah :
64
f 
Re
Dan untuk aliran turbulen factor geseknya adalah
f 0,316 Re 1 / 4 , untuk Re 2 10 4
f 0,184 Re 1 / 5 , untuk Re 2 10 4
Sedangkan untuk penukar kalor dengan dua laluan tube maka
penurunan tekanannya selain karena gesekan juga akibat adanya tekanan balik
atau perubahan arah aliran fluida. Besarnya penurunan tekanan ini berbanding
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
28
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
lurus dengan empat kali kerugian energi kinetic yang didefinisikan sebagai
berikut :
Pt 4n(v 2 / 2)
Pt =penurunan tekanan akibat tekanan balik(Pa)
n = jumlah laluan tube
v= kecepatan fluida dalam tube(m/s)
=densitas fluida kg/m3
(Perhitungan efektifitas dengan metode NTU)
h. Efektifitas perpindahan panas,
Qact

Q max
Dengan Qact C min xT max
Dari data diperoleh :
T max Thi Tho
Cc mc xCpc
Ch mh xCp h
Cmin dapat ditentukan,sehingga Qmax dapat dihitung
Qact
Jadi 
Q max
i. Estimasi harga NTU
Dari gambar /data
Qact
C min
Dengan 
,dan
, Maka NTU dapat ditentukan.
Q max
C max
UA
NTU 
C min
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
29
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com