• Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Umum Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor merupakan alat yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki temperatur yang berbeda tanpa mencampurkan kedua fluida tersebut. Alat penukar kalor biasanya digunakan secara praktis didalam aplikasi yang luas, seperti dalam kasus pemanasan dan sistem pengkondisian udara, proses-proses kimia dan proses pembangkitan tenaga. Alat penukar kalor berbeda dengan ruangan pencampuran yakni alat penukar kalor tidak memperbolehkan kedua fluida bercampur. Sebagai contoh, pada radiator mobil, panas dipindahkan dari air panas yang mengalir melalui pipa yang terdapat pada radiator yang ditambahkan plat pada jarak yang kecil dengan melewatkan udara diantaranya.
Perpindahan panas pada alat penukar kalor biasanya terdiri dari konveksi di setiap fluida dan konduksi pada dinding yang memisahkan kedua fluida. Pada saat menganalisa alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk menggunakan koefisien perpindahan panas menyeluruhU yang memungkinkan untuk menghitung seluruh efek dari perpindahan panas. Laju perpindahan panas diantara kedua fluida terletak pada alat penukar kalor yang bergantung pada perbedaan temperatur pada suatu titik, yang bervariasi sepanjang alat penukar kalor. Pada saat menganalisis alat penukar kalor, biasanya bekerja dengan menggunakan logarithmic mean temperature difference LMTD, yang sebanding dengan perbedaan temperatur rata-rata diantara kedua fluida sepanjang alat penukar kalor. Ketika dua temperatur tidak diketahui dan dapat dianalisis dengan metode keefektifitasan-NTU.
2.2 Kegunaan Beberapa Jenis Alat Penukar Kalor
Secara umum, alat penukar kalor memiliki banyak kegunaannya diantaranya yakni :
a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida sampai pada temperature yang rendah. Temperature fluida hasil pendinginan
didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan dengan fluida pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini media pendingin biasanya digunakan amoniak atau Freon.
b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap akan melepaskan panas atent kepada pendingin, misalnya pada pembangkit listrik tenaga uap yang mempergunakan condensing turbin, maka uap bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam kondensor, lalu diembunkan menjadi kondensat.
c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka pendingin coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan bantuan fan (kipas).
d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan) suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrigerant cair.
e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil) serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu sendiri. Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada gambar 2.2, diperlihatkan sebuah reboiler dengan mempergunakan minyak (665 °F) sebagai media penguap, minyak tersebut akan keluar dari boiler dan mengalir didalam tube.
Gambar 2.1 : Thermosiphon Reboiler
Sumber: :http://www.ogj.com/content/dam/ogj/print-articles/volume-112/feb-03/z140203OGJpis04.jpg
f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu:
1. Memanaskan fluida
2. Mendinginkan fluida yang panas
Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan kebutuhannya. Pada gambar diperlihatkan sebuah heat exchanger, dimana fluida yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari tube fluida yang mengalir adalah gas buangan yang semuanya berada didalam shell.
Gambar 2.2 : Konstruksi Heat Exchanger
2.3 Klasifikasi Alat Penukar Kalor
1. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas a. Tipe kontak tidak langsung
1. Tipe dari satu fase 2. Tipe dari banyak fase
3. Tipe yang ditimbun (storage type) 4. Tipe fluidized bed
b. Tipe kontak langsung
1. Immiscible fluids 2. Gas liquid 3. Liquid vapor
2. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir a. Dua jenis fluida
b. Tiga jenis fluida
c. N – Jenis fluida (N lebih dari tiga)
3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan
a. Tipe penukar kalor yang kompak, Density luas permukaan > 700 m b. Tipe penukar kalor yang tidak kompak, Density luas permukaan < 700 m 4. Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas
a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya
b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya terdapat cara konveksi 2 aliran
c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 passaliran masingmasing
d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi 5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi
a. Konstruksi tubular (shell and tube) 1. Tube ganda (double tube)
2. Konstruksi shell and tube, Sekat plat (plate baffle), Sekat batang (rod baffle)
b. Konstruksi tipe pelat 1. Tipe pelat
2. Tipe lamella 3. Tipe spiral 4. Tipe pelat koil
c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface) 1.Sirip pelat (plate fin)
2. Sirip tube (tube fin) 3.Heat pipe wall
4.Ordinary separating wall d. Regenerative
1. Tipe rotary
2. Tipe disk (piringan) 3 Tipe drum
4. Tipe matrik tetap
6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran a. Aliran dengan satu pass
1. Aliran Berlawanan 2.Aliran Paralel 3.Aliran Melintang 4.Aliran Split
5.Aliran yang dibagi (divided)
b. Aliran multipass
a. Permukaan yang diperbesar (extended surface) 1.Alirancounter menyilang
2.Aliran paralel menyilang 3.Alirancompound
b. Multipass plat
Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminologi yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang
dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tubular Exchanger Manufacture’s Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk melindungi dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperatur dan tekanan yang tinggi.
Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat Exchanger, yaitu :
1. Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.
2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri.
Berikut ini akan dijelaskan beberapa alat penukar kalor yang umum digunakan dalam dunia industri :
1. Concentric Tube Heat Exchanger (Double Pipe)
Double pipe heat exchanger atau consentric tube heat exchanger yang ditunjukkan pada gambar 1 di mana suatu aliran fluida dalam pipa seperti pada gambar 1 mengalir dari titik A ke titik B, dengan space berbentuk U yang mengalir di dalam pipa. Cairan yang mengalir dapat berupa aliran cocurrent atau countercurrent. Alat pemanas ini dapat dibuat dari pipa yang panjang dan dihubungkan satu sama lain hingga membentuk U. Double pipe heat exchanger merupakan alat yang cocok dikondisikan untuk aliran dengan laju aliran yang kecil.
Gambar 2.3 : Aliran double pipe heat exchanger
Sumber :http://www.engineeringexcelspreadsheets.com/wp-content/uploads/2011/08/double-pipe-heat-exchanger_counterflow-w-temps.jpg
Exchanger ini menye temperature crossing yang moderat (range dalam :
- Single tube (d (multitube), - Bare tubes, fin - Straight tubes, - Fixed tube she Double pipe heat exc dipasang pada pipe-fi panas yang besar.Uku berikut :
T
Double pipe exchang efektif, panjang efekti
Gambar 2.4 :Hairpin heat exchanger Sumber :http://suryamanikam.com/produc
co/heat-exchangers-alco
yediakan true counter current flow dan cocok ing, tekanan tinggi dan rendah untuk kebutuha ge surface area: 1 – 6000 ft2). Hairpin heat exc
(double pipe) atau berbagai tabung dalam sua
finned tube, U-Tubes, es,
sheets
exchanger sangatlah berguna karena ini bisa fitting dari bagian standar dan menghasilkan kuran standar dari tees dan return head diber
Tabel 2.1 :double Pipe Exchanger fittings Outer Pipe, IPS Inner Pipe, IPS 3 2½ 3 4 1¼ 1¼ 2 3 Sumber : http://www.hed-inc.co
angers biasanya dipasang dalam 12-, 15- atau ktif dapat membuat jarak dalam each leg over
ucts/peerless-mfg-co-and-bos-hatten/
cok untuk extreme uhan surface area exchanger tersedia
suatu hairpin shell
isa digunakan dan an luas permukaan berikan pada tabel
.com/brochure.jpg
tau 20-ft Panjang ver di mana terjadi
perpindahan panas dan mengeluarkan inner pipe yang menonjol melewati the exchanger section.
Susunan dari concentric tube ditunjukan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.5 : Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter current Sumber : cengel
Pada susunan cocurrent maka fluida di dalam tube sebelah dalam (inner tubes) maupun yang di luar tube (dalam annulus), artinya satu lintasan tanpa cabang. Sedangkan pada aliran countercurrent, di dalam tube sebelah dalam dan fluida di dalam annulus masing-masing mempunyai cabang seperti terlihat pada gambar 2.6 dan gambar 2.7.
Gambar 2.6 :Double-pipe heat exchangers in series
Sumber :http://1.bp.blogspot.com/-K4OCOtgarm0/Ux_j1-uvn-I/AAAAAAAAAE0/8fS3M6_Otp4/s1600/2.jpg
Gambar 2.7 Double-pipe heat exchangers in series–parallel
Sumber:http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://byo. com/images/stories/june13byo/finished%252520project.JP G&imgrefurl=http://byo.com/color/item/2849-double-pipe
Keuntungan dan kerugian penggunaan double pipe heat exchanger:
a) Keuntungan
1. Penggunaan longitudinal tinned tubesakan mengakibatkan suatu heat exchanger untuk shell sides fluids yang mempunyai suatu low heat transfer coefficient.
2. Counter current flow mengakibatkan penurunan kebutuhan surface area permukaan untuk service yang mempunyai suatu temperature cross.
3. Potensi kebutuhan untuk ekspansi joint adalah dihapuskan dalam kaitan dengan konstruksi pipa-U.
4. Konstruksi sederhana dalam penggantian tabung dan pembersihan.
b) Kerugian
1. Bagian hairpin adalah desain khusus yang mana secara normal tidak dibangun untuk 13industry standar dimanapun selain ASME code.
2. Bagian multiple hairpin tidaklah selisih secara ekonomis bersaing dengan single shell dan tube heat exchanger.
3. Desain penutup memerlukan gasket khusus.
2. Shell And Tube Heat Exchanger
Shell and tube heat exchanger biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang di dalamnya disusun suatu annulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di annulus sehingga terjadi perpindahan panas antara fluida dengan dinding annulus misalnya triangular pitch(Pola segitiga) dan square pitch(Pola segiempat).
Gambar 2.8 :Bentuk susunan tabung
Sumber : Incropera Keuntungan square pitch adalah bagian dalam tube-nya mudah dibersihkan dan pressure drop-nya rendah ketika mengalir di dalamnya (fluida)
Ga
Keuntungan dari shell 1. Konfigurasi y dengan bentuk 2. Mempunyai l operasi berteka 3. Menggunakan 4. Dapat dibuat material yang 5. Mudah membe 6. Prosedur peren 7. Konstruksinya 8. Pengoperasian
oleh para oper
9. Konstruksinya
kesatuan yang
Kerugian penggunaan lewatan maka sema perawatannya
Gambar 2.9 :shell and tube heat exchanger Sumber: www.google.com/ch
ell and tube:
i yang dibuat akan memberikan luas permuk tuk atau volume yang kecil.
lay-out mekanik yang baik, bentuknya cuk ekanan.
an teknik fabrikasi yang sudah mapan (well-ast at dengan berbagai jenis material, dimana dap ng digunakan sesuai dengan temperatur dan teka
bersihkannya.
rencanaannya sudah mapan (well-astablished). ya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil. iannya tidak berbelit-belit, sangat mudah dimen
erator yang berlatar belakang pendidikan renda ya dapat dipisah-pisah satu sama lain, tidak ng utuh, sehingga pengangkutannya relatif gam
an shell and tube heat exchanger adalah semak makin banyak panas yang diserap tetapi
cheresources.com
ukaan yang besar
cukup baik untuk
astablished). dapat dipilih jenis ekanan operasi. ). il. engerti (diketahui dah). k merupakan satu ampang
akin besar jumlah pi semakin sulit
3. Plate Type Heat Exchanger
Plate type heat exchanger terdiri dari bahan konduktif tinggi seperti stainless steel atau tembaga. Plate dibuat dengandesign khusus dimana tekstur permukaan plate saling berpotongan satu sama lain dan membentuk ruang sempit antara dua plate yang berdekatan. Jika menggabungkan plate-plate menjadi seperti berlapis-lapis, susunan plate-plate tersebut tertekan dan bersama-sama membentuk saluran alir untuk fluida. Area total untuk perpindahan panas tergantung pada jumlah plate yang dipasang bersama-sama seperti gambar dibawah
Gambar 2.10 :Plate type heat exchanger dengan aliran countercurrent Sumber :http://i01.i.aliimg.com/img/pb/947/946/367/367946947_734.jpg
4. Jacketed Vessel With Coil and Stirrer
Unit ini terdiri dari bejana berselubung dengan coil dan pengaduk, tangki air panas, instrumen untuk pengukuran flowrate dan temperatur. Fluida dingin dalam vessel dipanaskan dengan mengaliri selubung atau koil dengan fluida panas. Pengaduk dan baffle disediakan untuk proses pencampuran isi vessel. Volume isi tangki dapat divariasikan dengan pengaturan tinggi pipa overflow. Temperatur diukur pada inlet dan outlet fluida panas, vessel inlet dan isi vessel.
Gambar 2.11 : Skema Dari Jacketed Vessel With Coil And Stirrer
Sumber :http://img.tradeindia.com/fp/1/418/239.jpg
2.4 Macam - Macam Perpindahan Panas 2.4.1Secara Konduksi
Konduksi dapat terjadi pada sebuah batang silinder dengan material tertentu diisolasi pada sisi terluarnya dan pada kedua ujung permukaannya memiliki suhu yang berbeda yakni T1>T2 . Perbedaan temperatur tersebut menyebabkan perpindahan panas secara konduksi pada arah x positif. Dapat diukur laju perpindahan panas qx, dan dapat ditentukanqx bergantung pada variabel-variabel berikut : ∆T, yakni perbedaan temperatur ; ∆x, yakni panjang batang ; dan A, yakni luas penampang tegak lurus bidang.
Jika ∆T dan ∆x adalah konstan dan hanya memvariasikan A, maka dapat dilihat bahwa qx berbanding lurus dengan A. Dengan cara yang sama, jika ∆T dan A adalah konstan, dan dapat dilihat bahwa qx berbanding terbalik dengan ∆x. Apabila A dan ∆x konstan, maka dapat didapatkan melihat bahwa qx berbanding lurus dengan ∆T. Sehingga dapat disimpulkan bahwa
qx ∞ A ∆
∆x (2.1)
Berikut ini adalah gambar perpindahan panas secara konduksi melalui sebuah percobaan.
Gambar 2.12 : Perpindahan Panas secara Konduksi
Sumber : Incropera
Dengan memperhatikan material batang, sebagai contoh plastik, dapat ditemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun juga dapat ditemukan bahwa untuk nilai A,∆x,dan ∆Tyang sama, akan menghasilkan nilai qx
yang lebih kecil untuk plastik daripada bermaterial logam. Sehingga kesebandingan diatas dapat ditulis dalam bentuk persamaan dengan memasukkan koefisien yang dipengaruhi oleh material. Sehingga diperoleh,
qx = kA ∆
∆x (2.2)
k, adalah konduktivitas thermal (W/m.K), yang adalah merupakan sifat material yang penting. Dengan menggunakan limit ∆x 0 akan didapatkan persamaan untuk laju perpindahan panas,
qx = kA
dx (2.3)
atau persamaan flux panas menjadi,
"=qx
A= - k
dx
(2.4)
2.4.2Secara Konveksi
Prinsip kerja atau mekanisme perpindahan panas dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi dan konveksi adalah membutuhkan media perantara dalam proses perpindahan panasnya. Berbeda
dengan konduksi, pada konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk
dapat memindahkan panas.
Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat bergantung pada sifat-sifat fluida seperti viskositas dinamis µ, konduktivitas termal k, massa jenis ρ, dan spesifik panas Cp, dan dipengaruhi oleh
kecepatan fluida Ѵ. Konveksi juga bergantung pada bentuk dan kekasaran permukaan, dan bahkan juga dipengaruhi oleh tipe aliran seperti laminar atau turbulen. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perpindahan panas secara konveksi adalah kompleks karena bergantung pada banyak variabel. Oleh karena itu, konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang paling kompleks.
Gambar 2.13 : Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa
Sumber : Cengel
Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju perpindahan panas secara konveksi berbanding lururs dengan perbedaan temperatur dan dapat ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan.
Qkonveksi = hAs (Ts - T∞) (2.5)
h merupakan koefisien perpindahan panas konduksi, As merupakan area permukaan perpindahan panas, Ts merupakan temperatur permukaan benda, T∞ merupakan temperatur lingkungan sekitar benda.
2.4.3 SecaraRadiasi
Panas dari radiasi berbeda dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi dan secara konveksi. Perpindahan panas secara radiasi tidak membutuhkan kehadiran suatu material sebagai media perpindahan panas. Faktanya, energi yang ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan dapat terjadi pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi terjadi dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Pada radiasi, perpindahan panas dapat terjadi
pada 2 benda yang memiliki temperatur yang tinggi dan dipisahkan oleh benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah.
Dengan menganggap permukaan benda yang kecil As, emisifitas ε, dan kemampuan untuk menyerap α pada temperatur T yang terdiri dari keisotermalan yang besar dalam bentuk yang tertutup pada benda blackbody.Blackbody dapat didefenisikan sebagai pemancar dan penyerap radiasi yang sempurna. Pada temperatur dan panjang gelombang tertentu, tidak ada permukaan yang dapat memancarkan energi yang lebih banyak daripada blackbody.Blackbody menyerap semua radiasi tanpa memperhatikan panjang gelombang dan arahnya. Blackbody juga memancarkan energi radiasi yang merata dalam segala arah dalam setiap unit area searah dengan arah emisi,yang disebut sebagai pemancar diffuse. Diffuse dapat diartikan sebagai arah yang bebas untuk berdiri sendiri. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 2.14 : Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas
Sumber : Cengel
Energi radisi yang dipancarkan oleh sebuah blackbody tiap satuan waktu dan tiap satuan luasan area ditetapkan secara eksperimental oleh Joseph Stefan pada tahun 1879 dan dapat dituliskan
Eb (T) = σT 4 (w/m2) (2.6) Dimana :
σ = 5,67 x 10-8 W/m2.K4
T = temperatur absolut dari suatu permukaan (K) Eb =kekuatan emisifitas blackbody (w/m2)
2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
Hal ini terjadi pada sebuah alat penukar kalor terdiri dari 2 fluida yang mengalir yang dipisahkan oleh sebuah dinding yang solid. Pertama sekali panas dipindahkan dari fluida panas ke dinding melalui konveksi, kemudian melewati dinding melalui konduksi, dan dari dinding ke fluida dingin lagi melalui konveksi. Efek radiasi apapun biasanya termasuk didalam koefisien perpindahan panas konveksi. Jaringan tahanan panas dihubungkan dengan proses perpindahan panas ini yang terdiri dari dua tahanan panas konveksi dan satu tahanan panas konduksi seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut
Gambar 2.15 : Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor tabung sepusat
Sumber : Cengel
Huruf kecil i dan o adalah permukaan dalam dan permukaan luar tabung. Untuk alat penukar kalor tabung sepusat, Ai = DiL dan Ao = DoL, sehingga tahanan termal dinding tabung adalah
Rdinding = ln(Do/Di)
2kL (2.7)
Dimana :
Do = Diamater luar tabung ( mm )
Di = Diameter dalam tabung ( mm )
K = Konduktivitas Termal dinding tabung ℃
L = Panjang tabung ( m )
Gambar 2.16 : Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis Sumber : Cengel
Di ≈Do dan Ai ≈Ao (2.8)
Sehingga tahanan termal total menjadi
R = Rtotal = Ri + Rdinding + Ro = 1
hi Ai+ ln(Do/Di) 2kL + 1
ho Ao
(2.9)
Dimana :
= Tahanan panas konveksi pada aliran masuk (℃/ )
= Tahanan panas konveksi pada aliran keluar (℃/ ) ℎ = Koefisien konveksi pada bagian masuk ℃
ℎ = Koefisien konveksi pada bagian keluar ℃ = Luas penampang dinding masuk (m)
= Luas penampang dinding keluar (m)
Dalam menganalisis alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk menggabungkan semua tahanan panas yang terjadi pada fluida panas sampai fluida dingin menjadi sebuah tahanan panas R, dan laju perpindahan panas diantara kedua fluida adalah
Q = ΔT
R= UA ∆T = UiAi∆T = UoAo ∆T (2.10) Dimana :
U = koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2°C)
= Koefisien perpindahan panas pada dinding keluar (W/m2°C) = Koefisien perpindahan panas pada dinding masuk (W/m2°C)
∆T = perubahan suhu pada kedua fluida (°C)
Q = Laju perpindahan panas diantara kedua fluida (W)
R = Tahanan panas (℃/ )
Rumus diatas menjadi :
1 UAs= 1 Ui Ai= 1 Uo Ao= R = 1 hi Ai+Rdinding + 1 ho Ao (2.11)
Sebagai catatan bahwa UiAi = UoAo tetapi Ui ≠ Uo kecuali Ai = Ao
2.6Aliran Tabung Sepusat
Hal ini terjadi pada salah satu susunan pipa yang banyak digunakan dalam bidang engineering adalah susunan pipa sepusat. Susunan pipa tabung sepusat mempunyai dua pipa.Pipa yang lebih kecil berada di dalam pipa yang paling besar.Susunan ini biasanya melibatkan dua aliran fluida, pertama di tabung dalam dan kedua di ruang annulus yang berada diantara pipa. Pada tabung dalam aliran dianggap sama dengan pipa biasa baik itu laminar ataupun turbulen rumus yang digunakan di dalam menganalisa perpindahan panas yang terjadi adalah sama dengan pipa biasa, yaitu sebagai berikut:
Nu = 3,66 + 0,065 (D/l) Re Pr
1 + 0,04 [(D/L) Re Pr]2/3 (2.12)
Rumus diatas adalah yang diajukan oleh Edward dkk, digunakan untuk aliran laminar yang masuk ke dalam tabung dalam atau dalam kasus ini adalah pipa dalam. Sedangkan untuk aliran turbulen digunakan persamaan,
Nu = 0.023 Re0.8Pr1/3 (2.13)
Sementara untuk aliran transisi sampai turbulen di dalam ruang anulus rumus yang digunakan untuk aliran laminar sama dengan persaman 2.12 namun untuk D diganti menjadi Dh.Dimana persamaan untuk mencari Dh
Dh = Do - Di (2.14)
Pada aliran turbulen di ruang anulus dianggap bahwa koefisien perpindahan panas ruang anulus sama seperti pipa dalam. Persamaan yang dapat digunakan yaitu yang diajukan oleh Gnielinski.
= ! "#$%& )'(
&)"&*,, ! -,."'(/%&) (2.15)
Dan untuk menghitung f digunakan persamaan berikut
0 = "0,79 ln" 6) − 1,64)%* (2.16) Persamaan 2.14 dan 2.15 berlaku untuk rentang Re 2300<Re<5x106 dan bilangan prandalt 0,5≤Pr≤2000.
Adapun koreksi yang diajukan oleh Petukhov dan Roizen (1964) adalah sebagai berikut, = 0,86 < ! "#$%& )'( &)"&*,, ! -,."'(/%&)= >? > -% ,&@ (2.17) Dimana : Nu = Bilangan Nusselt
Pr = Bilangan Prandlt
f = Faktor koreksi
g = Gravitasi (
A )
Di = Diameter dalam tabung ( mm )
Do = Diameter luar tabung ( mm )
2.7 Faktor Kotoran ( Fouling Factor )
Hal ini terjadi pada performansi alat penukar kalor biasanya semakin menurun dengan bertambahnya waktu pemakaian sebagai akibat terjadinya penumpukan kotoran pada permukaan alat penukar kalor. Lapisan kotoran tersebut menimbulkan hambatan tambahan pada proses perpindahan panas dan
