overall fin - Digilib ITS

Latar Belakang
Kandungan udara antara lain :Nitrogen (78,08%)
Oksigen (20,95%)
Argon (0,93%)
dan lain-lain (0,04%).
Aplikasi pada dunia industri, khususnya PT. BOC GRESIK
Setiap pabrik pasti telah mempunyai efektivitas
tiap peralatan yang telah dibuat oleh pabrik atau
pembuat dalam bentuk efektivitas desain
Analisa efektivitas pada vaporiser Oksigen cair ( HE-38)
PERUMUSAN MASALAH
Studi analisa ini mengkaji karakteristik perpindahan panas
pada plate-fin compact heat exchanger. Karakteristik
perpindahan panas yang dikaji yaitu efektivitas Liquid Oxygen
Vaporizer (HE-38). Studi analisa ini menghitung karakteristik
perpindahan panas pada plate-fin compact heat exchanger.
Karakteristik perpindahan panas yang dihitung yaitu laju
perpindahan panas, efisiensi fin, efisiensi overall, efektifitas
fin.
Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk
mengetahui pengaruh jarak antar fin (pitch fin) terhadap karakteristik
perpindahan panas dan efektivitas Liquid Oxygen Evaporizer (HE-38).
HE 38 merupakan alat penukar panas berjenis plate-fin compact heat
exchanger. Karakteristik perpindahan panas yang akan dihitung pada
Studi analisa ini meliputi laju perindahan panas, efisiensi overall fin,
koefisien perpindahan panas, efektivitas dan NTU.
Manfaat
1. Mengetahui karakteristik perpindahan panas Liquid Oxygen
Evaporizer (HE-38) dengan variasi pitch fin.
2. Sebagai acuan optimalisasi karakteristik Liquid Oxygen
Evaporizer (HE-38) di kemudian hari .
3. Aplikasi ilmu pengetahuan yang didapat dari perkuliahan
dalam kenyataannya di lapangan khususnya mengenai heat
exchanger.
Batasan masalah
1. Kondisi operasi steady state.
2. Penelitian dilakukan pada plate-fin heat exchanger
3. Fluida kerja yang digunakan adalah udara, liquid oxygen, gas oxygen dan
udara cair.
4. Variasi jarak antar fin (pitch fin) yang digunakan antara lain 12,7 mm;
2,81mm; 2,29 mm
5. Efek radiasi diabaikan.
6. Data yang digunakan adalah data yang diambil selama observasi di PT.
Gresik Gases Indonesia (BOC Gases) sebanyak 7 sampel data.
7. Data-data lain yang diperlukan dalam analisa diambil sesuai dengan
literatur yang relevan.
Penelitian Terdahulu :
Tri Ariyo Kalis Prahoro
Melakukan pengujian pengaruh kecepatan udara dan beban panas
terhadap unjuk kerja alat penukar panas tipe compact. Eksperimen
dilakukan dengan variasi debit air sebesar 7,5 lpm, 10 lpm, dan 12,5 lpm
serta kecepatan udara sebesar 0,9 m/s, 1,6 m/s, 2,5 m/s, dan 3,2 m/s.
Dari eksperimen didapatkan bahwa
kenaikan kecepatan udara mengakibatkan
penurunan beda temperatur udara,
peningkatan beda temperatur air,
peningkatan laju perpindahan panas, dan
peningkatan koefisien konveksi
perpindahan panas.
Yanu Fajar Kusuma (2009), “Study Analisis Effectiveness HRSG dengan Variasi Beban
PLTGU dan Variasi Diameter Tube HRSG di PLTGU Blok II PT. PJB UP GRESIK”
Pada tugas akhir tersebut dibahas perhitungan NTU-effectiveness pada tiap-tiap komponen
HRSG dengan variasi pembebanan pada variasi 3-3-1 (3 unit turbin gas, 3 unit HRSG, dan 1
unit turbin uap) guna mendapatkan performasi terbaik dari instalasi HRSG. Selanjutnya
dilakukan perhitungan ulang dengan menggunakan variasi diameter tube sebagai referensi
untuk mendapatkan keefektifan HRSG yang lebih baik.
Gambar Grafik effectiveness terhadap
komponen HRSG dalam variasi diameter tube.
Gambar Grafik effectiveness terhadap pembebanan
komponen HRSG dalam variasi pembebanan HRSG
METODOLOGI
 IDENTIFIKASI MASALAH
PENGUMPULAN DATA DAN PENGOLAHAN
•Data Primer
•Data Sekunder
 PEMBAHASAN DATA
 KESIMPULAN DAN SARAN
Data – data yang digunakan merupakan data primer yang diperoleh dari pengamatan pada
control room PT. Gresik Gases Indonesia (PT. BOC Gases) yang diambil sebanyak 7 sample.
Adapun data – data yang diambil untuk melakukan analisa, yaitu data-data operasi
harian lapangan dari HE yang meliputi:
 spesifikasi HE, yaitu:
Spesifikasi HE
Bahan
aluminium
Alloy stell SA376
Jarak Antar Sirip (Pf)
2,81 mm
Bahan Konstruksi
Tekanan Oksigen Masuk
4,6 bar
Tekanan Udara Masuk 12 bar
Tekanan Oksigen Keluar
4,6 bar
Tekanan Udara Keluar 12 bar
Kemudian penukar panas divariasikan jarak antar fin (pf) sesuai dengan ukuran standard jarak
antar fin yang ada di buku Kays and London, yaitu dengan mengambil satu diameter diatas
diameter original HE-38 dan satu diameter dibawah diameter original HE-38, yaitu 12,7 mm
dan 2,28 mm.
Surface
designation
Plate spacing (b)
ft
in
2
0.0625
0.75
9.03
0.0686
11.1
0.0208
Fins/i
n
Hydraulic
Diameter(4rh)
Fin
Thickness(
δ), in
Heat transfer
area/Volume
between
plates β,
ft2/ft3
Fin area/total
area
(Af/A)
ft
in
2
0.0474
0.569
0.032
76.1
0.606
0.823
9.03
0.01522
0.1828
0.008
244
0.88
0.25
11.1
0.01012
0.1213
0.006
367
0.756
Diagram alur penelitian :
Start
Identifikasi Masalah
Tahap identifikasi
Perumusan Tujuan
& Manfaat Penelitian
STUDI PUSTAKA
STUDI LAPANGAN
Membaca literatur maupun jurnal-jurnal yang
dapat membantu penyelesaian penelitian
Mempelajari gambaran umum pengoperasian
mesin – mesin konversi di pabriK
Data – data yang dibutuhkan :
•Temperatur, tekanan dan laju alir pada sisi masukan dan keluaran HE-37
•Spesifikasi HE-37
Tahap
Pengumpulan Dan
Pengolahan Data
Perhitungan efektifitas HE-37 untuk sample data yang diambil
Analisa hasil membandingkan є aktual dengan є desain
Pembuatan grafik є terhadap permintaan
Tahap Analisa Dan
Evaluasi Data
Analisa Grafik
Pengambilan kesimpulan dan pemberian saran untuk optimalisasi
End
Tahap Pengambilan
Kesimpulan
B
Diagram alur perhitungan :
Start
Data : Pin, Pout
Qin, Qout
Th i , Th out, Tc in, Tc out
pfin,lfin,tfin,tplat
Thot,n = Thot in + Thot out
2
A
Frontal area HE
Afr, cold = p x l
Afr, hot = p x l
Friction factor, Prandtl number&Nusselt number
Pr 
k
( f / 8)(Re 1000) Pr
Nu 
1  12,7 f / 8 (Pr 2 / 3  1)
f  (1,82 log10 Re 16,4) 2
VOLUME HE
VHE = p x l x t
Unit film conductances
Luas perpindahan panas
total (A)
A
b


Vtotal
b1  b2  2a
-fluida oksigen(evaporasi):
hLO=Kf/D.Nu
,sehingga hfb(h flow boiling):
hfb=hLo((1-x)0,8(0,6683Co-0,2fo+1058.Bo0,7F))
T cold = T cold in + T cold out
2
Mencari Properties Fluida
yaitu µ, ρ, k, υ, Cp, Pr
Surface characteristics dari
tabel 9.3a Compact HE,KaysLonden
.Cp
Luas aliran bebas (σ)
 
Ac
  .rh
Afr
Ac   . Afr
Reynold Number (Re)
Dimana:
Co=(1-x/x)0,8(ρg/ρf)0,5 & Bo=qw/G.hfg
-fluida udara(kondensasi):
h
(V
2
g
Re .k f
)1 / 3 (8750  58 Pr  0.5 Re 0.75  253)

m
Q
G 

Ac
Ac
4rh
Re 
.G

A
Fin effectiveness (ηf)
m
2h
k
f 
l  b/2
tanh(m.l )
m.l
B
C
C
D
Effectiveness Overall
o 
Laju Perpindahan Panas Aktual
 o .To .(S f  S g )
qo  m
 u .Tu .(S f  S g )
qu  m
Af
(1   f )
A
qact = qact hot = qact cold
Overall Heat Transfer (U)
1
1
a
1



Uh
o ,h .hh ( Aw / Ah )k ( Ac / Ah )o ,c .hc
Efektivitas HE-38
Heat Capacity (C)
Pada evaporasi & kondensasi:
Cr  1

Chot  m h  c p ,h
Sehingga:

Ccold  mc  c pcold

NTU
1  NTU
C hot < C cold
Grafik:
Cmin = Ccold
Cmin = Chot
ε = f (NTU,Cr)
q= f (Re,Pf)
Number of Transfer Unit (NTU)
ηf = f (Re Pf)
NTU=UA/Cmin
ηo = f (Re, Pf)
Laju Perpindahan Panas Maksimum
qmax = Cmin(Th,i – Tc,i)
D
End
Analisa dan Pembahasan
1. Analisa Pengaruh Re Terhadap Laju Perpindahan Panas pada Tiap Pitch Fin
Grafik Pengaruh Re fluida dingin (oksigen) terhadap laju perpindahan panas pada masing – masing pitch
fin(Pf)
Gambar perbandingan laju perpindahan panas fluida dingin terhadap pitch
fin(Pf)
2. Analisa Pengaruh Re Terhadap Effisiensi Fin pada Tiap Pitch Fin
Gambar Pengaruh Re fluida dingin (oksigen) terhadap efisiensi fin pada masing – masing pitch fin(Pf)
f 
tanh(m.l )
m.l
m
2h
k .
l
b
2
Gambar Perbandingan effisiensi fin terhadap pitch fin(Pf)
f 
m
2h
k .
tanh(m.l )
m.l
l
b
2
3. Analisa Pengaruh Re Terhadap Effisiensi overall pada Tiap Pitch Fin
o  1 
Af
Atotal
.(1   f )
3. Analisa Effectiveness = f ( NTU,Cr)
T
Kondensa
si
Th,i
Th,o
Ch=m.Cp
evaporasi
Tc,o
Tc,i
Cc=m.Cp
x
Oksigen
cair
Oksigen
gas
Udara cair
Udara gas
1
C min
Cr 
C max
2
NTU 
UA
C min
Kesimpulan
1. Laju perpindahan panas fluida dingin terbesar terdapat pada pf=2,29 yaitu sebesar
440323kWatt sedangkan Laju perpindahan panas fluida dingin terendah terdapat pada
pf=12,7mm dengan nilai sebesar 432827 kWatt
2. Nilai efisiensi fin tertinggi ditunjukkan pada pf=2,29mm yaitu sebesar 74,8% sedangkan
efisiensi fin terendah ditunjukkan pada pf=9,03 yaitu 42,3%.
3. Nilai efisiensi overall fin terbesar yaitu 84,74% ditunjukkan pada pitch fin 12,7mm
sedangkan nilai efisiensi overall fin terendah yaitu 48,77% ditunjukkan pada pitch fin
sebesar 2,81 mm.
4. Nilai efektifitas HE-37 terbesar terdapat pada pf=2,29mm yaitu 91,07% sedangkan nilai
efektifitas terkecilnya ditunjukkan pada pf=12,7mm dengan nilai 48,07%.
Saran
Saran yang mungkin diangkat dalam tugas akhir ini yaitu pengambilan data yang lebih
intensif sehingga perolehan data didapat lebih baik