KULIAH I APK (HE) MTM UNIVERSITAS PANCASILA 2020

KULIAH I APK (HE)

MTM

UNIVERSITAS PANCASILA

2020

Green drying chamber by using vibration components, heat

exchanger, and micro hydro in Buton island, Indonesia.

PENDAHULUAN

PENGGUNAAN FLUIDA PANAS MELALUI APK

Peningkatan harga bahan bakar yang

mempengaruhi biaya kebutuhan energi akan

menyebabkan biaya operasi pada suatu industri meningkat. Setiap industri berusaha menghemat energi, baik dengan cara meningkatkan efisiensi peralatan maupun menggunakan kembali sisa energi yang akan dibuang ke lingkungan, seperti:

. menggunakan kembali sebagian uap panas dari turbin uap sebagai pemanas pendahuluan air

pengisi ketel pada Pembangkit Listrik Tenaga

Uap (PLTU)

• Menggunakan kembali sebagian gas panas dari turbin gas sebagai pemanas pendahuluan

udara yang akan mengalir ke ruang bakar.

• Menggunakan kembali gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar pada teknologi

pirolisis untuk keperluan pemanasan bahan- bahan plastik sebelum bahan-bahan plastik

tersebut masuk ke dalam Pyrolyzer atau reaktor pirolisis. Selain itu, gas buang tersebut dapat

pula digunakan untuk pengeringan RDF

(Refuse Derived Fuel)

Gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar pada teknologi pirolisis

Penggunaan gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar pada teknologi

pirolisis melalui APK, untuk pengeringan RDF ataupun komoditi pertanian

Alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari fluida

yang memiliki temperatur lebih tinggi menuju fluida yang

memiliki temperatur lebih rendah disebut Alat Penukar

Kalor (APK) atau Heat Exchanger (HE).

Berdasarkan Pengaturan Aliran

 Parallel flow / Co-current flow

 Counter flow

 Cross flow

8

Penerapan alat penukar kalor yang banyak digunakan pada suatu industri maupun laboratorium teknik dapat dibagi berdasarkan fungsi APK, Proses perpindahan panas pada APK, Aliran yang terjadi pada APK, Perubahan fase pada APK atau berdasarkan

aspek tertentu.

APK berdasarkan fungsinya antara lain:

. Kondensor, APK ini digunakan untuk mengembunkan uap sehingga fase uap bisa berubah menjadi fase cair.

. Ketel Uap, APK ini digunakan untuk mendidihkan air hingga terjadi pembentukan uap pada suatu pembangkit listrik tenaga uap. sumber panas pada APK ini biasanya berasal dari

pembakaran bahan bakar padat.

. Pipa Ganda, APK ini digunakan untuk menurunkan temperatur fluida dingin dan meningkatkan temperatur fluida panas. Fluida yang dialirkan pada APK ini dapat berupa fluida cair, gas atau

uap.

APK berdasarkan proses perpindahan panas, yakni;

Tipe kontak langsung

Tipe tidak kontak langsung.

APK berdasarkan aliran yang terjadi, yakni:

Aliran sejajar (Paralel Flow) berarti fluida panas dan fluida dingin mengalir searah dalam APK.

Aliran berlawanan (Counter Flow) berarti fluida panas dan fluida

dingin mengalir berlawanan dalam APK.

Aliran kombinasi; Aliran ini terdiri dari paralel-counter flow dan counter-paralel flow. Bila aliran fluida panas dan fluida dingin pada alat penukar kalor awalnya searah lalu berlawanan maka

disebut paralel-counter flow.

Sedangkan bila aliran fluida panas dan fluida dingin pada APK awalnya berlawanan lalu paralel maka disebut counter-paralel

flow.

Aliran silang (Cross Flow) berarti fluida panas mengalir secara

tegak lurus atau menyilang dengan fluida dingin pada APK.

APK berdasarkan perubahan fase

Fluida panas dan fluida dingin pada alat penukar kalor dapat berasal dari jenis fluida yang sama dan dapat pula berasal dari jenis fluida yang berbeda. Fluida dingin akan menerima kalor dari fluida panas sehingga perpindahan kalor ini menyebabkan

kenaikan temperatur pada fluida dingin dan penurunan temperatur terjadi pada fluida panas.

Bila fluida pada sisi masuk alat penukar kalor tidak mengalami perubahan fase hingga sisi keluar alat penukar kalor maka alat penukar kalor ini disebut alat penukar kalor yang tidak

menyebabkan perubahan fase.

Bila fluida yang sedang mengalir di dalam APK mengalami

perubahan fase sebelum fluida tersebut mengalir keluar pada sisi

keluar alat penukar kalor maka alat penukar kalor ini disebut alat

penukar kalor yang menyebabkan perubahan fase.

ALAT PENUKAR KALOR (APK) SHELL AND TUBE

Salah satu jenis alat penukar kalor yang sering dijumpai adalah APK shell and tube, dimana APK jenis ini terdiri dari beberapa tube yang diletakan di dalam shell yang berbentuk pipa. Jadi

pada dasarnya APK shell and tube memiliki dua komponen utama yakni shell dan tube.

Beberapa keuntungan dari penggunaan APK shell and tube

dibanding jenis APK yang lain, yaitu:

Prosedur perancangan dan pembuatan sudah mapan

Prosedur perawatan dan pengoperasian lebih mudah dimengerti Tube yang telah terpasang dalam shell dapat dilepas sehingga

tube yang mengalami kebocoran atau rusak dapat dengan mudah diganti

perancangan dan pembuatan APK dapat menggunakan berbagai macam ukuran serta berbagai macam jenis material sehingga

data-data APK dapat dipilih dengan mudah sesuai dengan yang diharapkan

Komponen-komponen APK dapat dipisah-pisah satu sama lain

sehingga biaya penggantian komponen terutama tube yang rusak

lebih murah serta pengangkutan APK lebih gampang.

Sekat (Buffle)

Fluida yang mengalir pada APK dapat menyebabkan tube

mengalami getaran terutama pada tube yang ukurannya relatif panjang. Oleh sebab itu penggunaan sekat (buffle) dalam shell diperlukan untuk menahan tube dan membelokkan aliran fluida serta meredam getaran yang dialami tube. APK shell and tube biasanya menggunakan beberapa sekat yang terbuat dari

bahan plat.

Sesuai dengan fungsinya maka tube harus memenuhi persyaratan berikut:

1. Tube terbuat dari jenis material yang memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi sehingga kemampuan tube dalam

memindahkan kalor dapat berlangsung dengan baik serta diperoleh laju perpindahan panas yang lebih besar.

2. Tube terbuat dari material yang memiliki kekuatan terhadap

panas, erosi dan korosi sehingga tube memiliki umur yang lebih

lama.

3. Tube yang digunakan disesuaikan dengan besarnya laju aliran fluida, tekanan, temperatur serta tersedia tube cadangan

sehingga pada saat salah satu tube APK tidak layak digunakan lagi maka dapat segra diganti dengan tube cadangan.

4. Periode pemeliharaan maupun jenis fluida yang dialirkan ke dalam tube sesuai prosedur sehingga terjadinya korosi dan fouling dapat diminimalkan.

5. Ukuran tube disesuaikan dengan besarnya laju aliran serta

kecepatan aliran fluida.

SELESAI

TERIMA KASIH

INOVATION FOR DEVELOPMENT

TUGAS

ANALYSIS and TESTING of HEAT EXCHANGER

for an ENVIRONMENTALLY FRIENDLY RDF DRYING MACHINE

La Ode Mohammad Firman, Eka Maulana, Agri Suwandi, Dwi Rahmalina, Budhi M. Suyitno¹ 1 Center of Excellence in New and Renewable Energy, Magister of Mechanical Engineering,

Faculty of Engineering, University of Pancasila, Jakarta, Indonesia.

E-mail: mtmpancasila@gmail.com

Abstract

Refuse Derived Fuel (RDF) is used as the solid fuel on pyrolisis but it still possesses a relatively high humidity; therefore, it needs to be dried in a RDF drying machine with a temperature of 60C (Daud Heru, 2018). One crucial component in a RDF drying machine is the Heat Exchanger Device. To learn more about the heat transfer rate, as well as its physical dimensions, the number of inlets and outlets (channels) in a heat exchanger, it is necessary to conduct a laboratory study. The objectives of this study are to analyze a heat exchanger and analyze its effectiveness, then to carry out an analysis on air temperature and heat transfer rate, and last but not least to test a flat plate heat exchanger. The construction work, analysis, and the testing of a flat plate heat exchanger mentioned above were carried out in the early 2018 until 2019 at the Laboratory of the Faculty of Engineering, Universitas Pancasila, Jakarta, Indonesia. The results of the study show that the flat plate heat exchanger is better than shell and tube heat exchange, and the heat transfer rate and air temperature from the environment will increase quite well after air passes a flat plate heat exchanger. Air temperature exiting from a flat plate heat exchanger will rise up to 83.3C, whereas air temperature in the drying chamber needs to be maintained at the required temperature for drying RDF, which is 60C. The flow rate of the fluid mass and temperature differences in a flat plate heat exchanger will have a bearing on its effectiveness.

Keywords: Analysis, testing, flat plate heat exchanger

I. INTRODUCTION

1.1 Background

The process of analysis and testing a heat exchanger device, which will be used in a refuse derived fuel (RDF) drying machine, needs to take into account the heat transfer mechanism that occurs within the dryer. Therefore, it is essential that we carry out a heat transfer analysis prior to constructing such a device, wherein the heat transfer process, the physical dimensions, and the number of inlets and outlets in the heat exchanger are crucial aspects of the analysis. To learn more about the changes in air temperature, the heat transfer rate, and the effectiveness of the device that will be used in a RDF drying machine, it is necessary to carry out a laboratory study. It might be preferable if the fuel used to increase air temperature in the drying chamber is associated with renewable energy; therefore, we will be using the RDF. Refuse Derived Fuel is used as solid fuel on pyrolisis but it still possesses a relatively high

humidity; consequently, it needs to be dried in a RDF drying machine. The dried RDF is placed in the burning chamber and will be used as fuel; meanwhile, the still relatively humid RDF will be placed in the drying chamber to be dried by the heat exiting from the heat exchanger. The desired air temperature for drying RDF in the drying chamber is 60C (Daud Heru, 2018). A heat exchanger is a crucial component in a drying machine, and its role is to increase air temperature as needed to match the requirement for drying RDF in the drying chamber. To find out the effectiveness of a heat exchanger device, the degree of air temperature as well as the device’s heat transfer rate, we need to carry out a study on the analysis and to carry out the necessary analysis and to test the heat exchanger device in a laboratory. That way, air temperature and the heat transfer rate from the heat exchanger can be adjusted to match the desired temperature for drying RDF in the drying chamber.

1.2 Research Objectives

The objectives of the research are as follows:

1. To prove that flat plate heat exchanger (HE) is better than shell and tube heat exchanger;

2. To analyze the effectiveness of a flat plate heat exchanger, which will be used in an environmentally friendly RDF drying machine;

3. To analyze the temperature and heat transfer rate, and adjust it so air temperature in the drying chamber reaches the desired temperature of 60C;

4. Last but not least, to carry out a test on the flat plate heat exchanger.

1.3 Method

The analysis process, testing and associated analysis were carried out at the Laboratory of the Faculty of Engineering, Universitas Pancasila in Jakarta. The construction and testing of the heat exchanger device have been carried out in the early 2018 until 2019 at the Laboratory of the Faculty of Engineering, Universitas Pancasila in Jakarta, Indonesia.

II. RESULTS AND DISCUSSION

In general, fuel can be classified into the following, solid fuel, liquid fuel, gas fuel, and nuclear fuel. A drying machine commonly uses solid fuel; however, some of them may also use gas stove, which is placed below the heat exchanger as illustrated in the figure below:

T: Temperature M: Electrical Motor H: Humidity

Fig 1. An environmentally friendly drying machine that uses vibration components and gas fuel

The log mean temperature difference (LMTD) method would be used to analyze heat transfer on a heat exchanger device if the entry and exit temperatures were known or if they could be determined easily; therefore, the LMTD value could be calculated without difficulty.

However, if the entry and exit temperatures were not known, it would be easier to carry out the analysis using the heat exchanger effectiveness method. Heat exchanger effectiveness is defined as the ratio of the actual heat transfer and the maximum heat transfer value that may occur. Heat exchanger is needed to increase temperature in the drying machine until 60 ^oC, and the outlet temperature from heat exchanger is 83.3 ^oC.

2.1 Analysis of flat plate heat exchanger - Length of air duct, Ld = 40 cm;

- Width of heat exchanger, L apk = 60 cm;

- Length of gas duct, Lp = 30 cm;

- Air passage, np = 11 and gas passage, nd = 12;

- Width of gas duct, bp = 3 cm and width of air duct, bd = 2 cm;

- The required air velocity, Vd = 2.9 m/s and air temperature entering to heat exchanger, Td = 30 ^oC;

- The hot gas are available at temperature, Tp = 300 ^oC and at velocity, Vp = 0.3 m/s;

- Wetted perimeter on gas side, Pp = 3+40+3+40= 86 cm = 0.86 m;

40 cm

3 cm

30 cm

Fig 2. Passage of hot gas on flat plate Heat exchanger - Wetted perimeter on air side, Pd = 30 + 2 + 30 + 2 = 64 cm = 0.64 m.

2 cm

30 cm

Fig 3. Passage of cold air on flat plate Heat exchanger

- Cross sectional area of gas passage (per passage), Ap = 3 cm x 30 cm = 90 cm² = 0.009 m² and Ap_tot = 0.009 x 11 = 0.99 m²;

- Cross sectional area of air passage (per passage), Ad = 2 cm . 40 cm = 80 cm² = 0.008 m² and Ad_tot = 0.008 x 12 = 0.096 m²;

- Hydraulic diameter of air duct, DHd = (4 Ad) / Pd = (4 x 80 cm2) / 64 cm = 5 cm = 0.05 m;

- Hydraulic diameter of gas duct, DHp = (4 x 90 cm2) / 86 cm = 4.19 = 0.0419 m;

- Heat transfer surface area, Atotal = [(40 x 30) + (40 x 30)] 11 = 2640 cm² = 0.2640 m²;

- The temperature of both fluids vary along the duct. It is therefore necessary to estimate an average temperature and refine the calculations after the outlet temperatures have been found. Selecting the average cold air temperature at 56.7

oC = 330 K, and base on this cold air temperature will be found: ρ = 1.15 kg / m³, cp = 1075 J/kg K, k = 0.02780 W/m K, μ = 1.95 x 10 ^-5 kg / m s, pr = 0.70.

Selecting the average hot gas temperature at 247 ^oC, and base on this cold air temperature will be found: ρ = 0.840, cp = 1017 J/kg K, k = 0.0348 W/m K, μ = 2.36 x 10 ^-5, Pr = 0.69;

- The cold air available at rate, md = ρ A Vd = 1.15 x 0.008 x 2.9 = 0.02668 kg/s, and md_total = 0.02668 x 12 = 0.32 kg/s;

- The hot gases available at rate, mp = 0.840 x 0.009 x 1.4 = 0.01058 kg /s, and mptotal = 0.01058 x 11 = 0.12 kg/s;

- The mass rates perunit area, md/Adtot = 0.32/0.096 = 3.33 kg / s m² And mp/Aptotal = 0.12 / 0.099 = 1.21 kg/s m²;

- Reynolds number:

8538.5

10 95 . 1

05 . 0 ) 096 . 0 / 32 . 0 ( )

/

Re  (  _5 

x DHd

A d md



2148.3

10 36 . 2

0419 . 0 ) 099 . 0 / 12 . 0 ( )

/

Re  (  _5 

x DHp

A p mp

 ^;

They are Laminar flow.

- The average unit conductances are:

_^_







 



 











7 . 0 33

. 0 8 .

0 Pr 1

Re ( ) (

) 023 . 0

( Ld

DHd DHd

hd kd

97 . 1

4 . 0

05 . 1 0 ) 70 . 0 5

. 538 8 ( 05 ) . 0 02780 . ( 0 ) 023 . 0 (

7 . 0 33

. 0 8

. 0













 



 









 x

hd















 







 



 

7 , 0 33

, 0 8 ,

0 Pr 1

Re ( ) (

) 023 . 0

( Lp

DHp DHp

hp kp

2 . 1

3 . 0 0419 . 1 0 69

. 0 3 . 148 2 ( 0419) . 0

0348 . ( 0 ) 023 . 0 (

7 . 0 33

. 0 8

. 0













 



 









 hp

- if the thermal resistance of the metal wall is neglected, the over all conductance is,

96 . 51 1 . 0

1 32

. 0 9 1 . 0

1 17

. 3

1 2 . 5

1 1

640 . 2 2 . 1

1 640

. 2 97 . 1

1

1 1

. 1

1



 















x x

tot A hp tot A hd A U

- The number of transfer units, based on the warmer fluid which has the smaller heat capacity rate,

0.71

75 . 2

96 . 1 017 1 0027 . 0

96 . 1

min    

 mp cp

A U C

A

NTU U ;

- The hourly heat capacity ratio,

0.4

44 . 325

129 017

1 32 . 0

075 1 12 .

0  



 x

x cpd

mp cpp md Cdingin Cpanas

;

Fig 4. Heat-exchanger effectiveness for crossflow with both fluids unmixed

- From figure 4 about heat exchanger effectiveness for cross flow with both fluids unmixed, the effectiveness is Є = 43 % = 0.43;

- Finally, the average outlet temperature of the air is T_{d out} = T_{d in} + Cp/Cd ( Є ) ( ΔT_max.)

= 30 ^oC + (0.56) (0.43) (300 – 30 ) = 95.02 ^oC;

- A check on the mean air temperature gives,

C Td

T Td

o out in

mean

51 . 2 62

02 . 95 30

2

 



 

Which is sufficiently close to the assumed value of 56.7 ^oC to make a second approximation unnecessary.

Fig 5. Passage of hot gas and cold air on flat plate Heat exchanger

- Effectiveness of flat plate heat exchanger through testing, Єp =

max .

T cp m

Td cp

m

p p

d d





Єp = 0.345 34.5%

) 6 . 34 300 ( 008 . 1 22 . 0

) 6 . 34 6 . 82 ( 008 . 1 42 . 0

.



 

 x

x

In the afternoon, temperature of testing is Tdout = 82.6 ^oC and Tdin = 34.6 ^oC. These are almost the same as temperature of analysis, namely Td_out = 95.02 ^oC and Td_in = 30 ^oC.

2.2 Analysis of shell and tube heat exchanger

In order to increase the effective heat transfer surface area per unit volume, most commercial heat exchangers provide for more than a single pass through the tubes, and the fluid flowing outside the tubes in the shell is routed back and forth by means of buffles.

Fig 6. Shell and tube heat exchanger

The average outlet temperature of the hot gas on flat plate heat exchanger is 247 ^oC.

The outlet temperature of the hot gas on shell and tube heat exchanger is Tpout = 194 ^oC. The hot gas are available at a temperature of 300 ^oC and the cold air are available at a temperature of 28 ^oC.

Fig 7. Temperature on shell and tube heat exchanger

The logarithmic mean overall temperature difference for cross flow with one tube pass and one shell pass,

) (

ln

min max

min max

T T

T LMTD T









 

C n

LMTD 194.6 ⁰

) 3 . 1 ( ln

6 . 50 28

194 3 , 83 300

) 28 194 ( ) 83,3 - 300

(  



 











 



Fig 8. Correction factor to counterflow LMTD for crossflow heat exchanger, both fluids unmixed, one tube pass.

For the cross flow arrangement, the appropriate mean temperature difference by applying the correction factor found from figure 8 to the mean temperature for cross flow,

39 . 300 0 28

300 1 .

194 



 

P = 0.39 and 0.52

300 1 . 194

3 . 83

28 



 

R

APK 194 ⁰C

83.3 ⁰C 300 ⁰C 28 ⁰C

F 0.97

0.52

0.39

Based on figure 10 found the correction factor, F = 0.97.

The rate of heat transfer is,

q_APK = U A F T_m = 23.3 kJ/s Total of heat transfer surface area is,

Tm

F

U 

 q^APK A

2 3

5 . 6 2 . 194 97 . 0 50

W 10 . 3 .

23 m

x x

x 

The length of tube is, L = 30 cm = 0.3 m By using BWG 18 the diameter out of tube is, d = 1 ¼ in = 3.18 cm

= 0.032 m Total of tube is,

L d 2

A

  n

= 41.6

0.3 x 0.032 x 3.14 x 2

2.5 

= 42 pipes

The rate of heat transfer on flat plate heat exchanger is, q_APK = 23.3 kJ/s, and from design flat plate heat exchanger found,

Diameter for shell and tube heat exchanger is,



k A

 4 D

60 40 60 40

) 60 x 40 ( 4





 

= 48 cm 30 cm

40 cm

60 cm

The rate of heat exchanger for flat plate heat exchanger is the same as shell and tube heat exchanger, qAPK = 23.3 kJ/s

Design results of shell and tube heat exchanger are, - Total of tube, n = 42 for each passage;

- Diameter out of tube, d = 1 ¼ in = 0.032 m = 3.2 cm and pitch is 19/16 in = 3 cm;

- Length of tube in the shell and tube heat exchanger, L = 30 cm = 0.3 m;

- Diameter of shell, D = 48 cm = 18.9 in;

Known that diameter of shell on shell and tube heat exchanger is 48 cm, and this diameter will not be enough for 42 tubes because one tube on shell and tube heat exchanger needs diameter and pitch, dp = 3.2 + 3 cm = 6.2 cm or total of tubes on shell and tube heat exchanger need 260.4 cm. Based on total of tube reason on shell and tube heat exchanger, this research choose flat plate heat exchanger as heat exchanger for an environmentally friendly rdf drying machine.

After completing the analysis process and testing, we learned that the flat plate heat exchanger is able to supply heat to the drying chamber, thus raising air temperature within the chamber to 60C, and we then move ahead to test the flat plate heat exchanger. The physical dimension of the flat plate heat exchanger is 40 cm in length, 60 cm in width, and 30 cm in height, and it is constructed from aluminum plates where each of the plates is 1 mm thick.

Aluminum plates are excellent heat conductors, and it is easy for them to maintain the heat and they are quite durable. A flat plate heat exchanger’s dimension and the number of its inlets and outlets can be customized according to the need of its user. Eleven outlets stream the heated gas from the burned RDF. Meanwhile, outside air that enters and exits the flat plate heat exchanger streams through twelve inlets. To obtain a temperature of 60C in the RDF drying chamber, the exiting temperature from the flat plate heat exchanger needs to be

at 83.3C. The heat transfer rate of the tested flat plate heat exchanger is 23.3 kJ/s and its effectiveness is 34.5%. After drying, the RDF can be used well for solid fuel on pyrolisis because it posseses a relatively low humadity. The tested flat plate heat exchanger is placed on top of burning RDF fuel. Meanwhile, the gas produced by the burning is filtered through the components called cyclone and wet scrubber, which are positioned outside the burning chamber. See the following figure.

Fig 9. An environmentally friendly RDF drying machine that uses a flat plate heat exchanger and it is fueled by RDF

Fig 10. RDF burning chamber, cyclone and wet scrubber

Fig 11. A flat plate heat exchanger III. CONCLUSION

The results obtained in this study can be summarized as follows:

1. This environmentally friendly RDF drying machine is equipped with a flat plate heat exchanger with 11 outlets, which allow the heated gas produced by the burned fuel to exit the heat exchanger; meanwhile, air from the outside enters the system through 12 inlets;

The heat exchanger itself is 40 cm in length, 60 cm in width, and 30 cm in height;

2. Heat exchanger effectiveness of the tested device is 34.5%;

3. Air temperature exiting the flat plate heat exchanger is 83.3C; meanwhile, air temperature inside the drying chamber is maintained at 60C;

REFERENCES

 Daud Heru, “The effect of vibration toward charcoal briquette drying rate on tray dryer”, Seminar Nasional Teknik Mesin, Politeknik Negri Jakarta, Proceeding Semnas Mesin, ISSN 2085-2762, Jakarta, 2018.

 Holman JP. 1989. Heat Transfer. McGraw Hill, New York.

 Iynkaran K. 1993. Basic Thermodynamics. Singapore.

 Koestoer RA. 2002. Perpindahan Kalor (Heat Transfer). Salemba Teknika, Jakarta.

 Kreith F. 1998. Principle of Heat Transfer. Erlangga, Jakarta.

 Stoecker WF. 1989. Design of Thermal Systems. McGraw-Hill Ltd.

MODUL 11

PERPINDAHAN PANAS DASAR ALAT PENUKAR KALOR

Pandangan Umum Tentang APK

Alat penukar kalor, merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah.

Bila ditinjau dari aliran fluida yang terjadi, maka aliran penukaran kalor terdiri dari:

- Aliran sejajar (Paralel Flow) - Aliran berlawanan (Counter Flow)

- Aliran kombinasi, gabungan antara sejajar dan berlawanan arah

Proses perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung atau tidak langsung, yaitu:

- Alat Penukar Kalor yang langsung, adalah fluida yang panas akan bercanpur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu.

- Alat Penukar Kalor yang tidak langsung, adalah fluida panas tidak berhubungan langsung (Indirect Contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya mempunyai Media perantara misalnya PIPA.

Dengan terasanya peningkatan biaya operasi pada suatu Industri, dimana salah satu penyebabnya adalah kebutuhan akan energi yang semakin meningkat, maka dewasa ini para pengusaha atau pimpinan perusahaan semakin menggairahkan penghematan energi, dengan apa yang disebut "energy saving". Salah satu kegiatan dalam penghematan energi tersebut adalah mempergunakan kembali energi yang tersisa, yang selama ini dibuang begitu saja ke udara. Kita semakin banyak mendengar "Waste-Heat Boiler" yaitu ketel atau pembangkit uap yang menggunakan panas dari gas asap untuk membangkitkan uapnya, atau jenis dari peralatan lain yang masuk pada kelompok HEAT RECOVERY EQUIPMENT (Peralatan untuk memanfaatkan kembali panas).

Alat ini juga termasuk pada kelompok Alat Penukar Kalor. Jadi tidak salah lagi kalau suatu perusahaan dapat dilihat atau ditinjau keekonomiannya berdasarkan pemanfaatan serta penggunaan kembali (Recovery) panasnya.

Walaupun dewasa ini sangat banyak jenis Alat Pem:kar Kalor yang dikembangkan pada Industri-Industri, Namun Alat Penukar Kalor jenis Shell and Tubes ini masih jauh lebih banyak digunakan, dibanding dengan jenis lainnya. Hal ini adalah diakibatkan beberapa keuntungan yang diperoleh, antara lain:

1. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material, dimana dapat dipilih jenis material yang dipergunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasinya.

2. Mudah membersihkannya.

3. Prosedur perencanaannya sudah mapan.

4. Konstruksinya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil.

5. Prosedur mengoperasikannya tidak berbelit-belit, sangat mudah dimengerti oleh para operator yang berlatar belakang pendidikan rendah.

6. Konstruksinya dapat dipisah-pisah satu sama lain, tidak merupakan satu kesatuan yang utuh, sehingga pengangkutannya relatif gampang.

Aliran Fluida Dan Distribusi Temperatur Pada APK

Aliran fluida dan distribusi temperatur pada penukar kalor dapat diuraikan sebagai berikut:

A. Aliran dan Distribusi Temperatur Alat Penukar Kalor yang langsung

Pada alat penukar kalor jenis ini, temperatur akhir fluida panas dan fluida dingin meniadi sama karena kedua jenis fluida tersebut akan membentuk campuran keluar dari alat penukar kalor. Hal ini berarti, panas yang diberikan oleh fluida panas betul-betul diterima secara utuh atau 100 % oleh fluida dingin, tanpa kerugian panas. Umumnya media panas yang dipergunakan adalah uap basah dari air sebagai media pendingin.

Dengan demikian uap basah tersebut akan terkondensasi dengan melepaskan panasnya.

B. Aliran dan Disrtibusi Temperatur APK yang tidak langsung

Pada jenis Alat Penukar Kalor ini, Tube berfungsi sebagai pemisah antara Fluida panas dengan fluida dingin. Untuk itu perlu pertimbangan yang matang, menentukan fluida mana yang mengalir melalui pipa, apakah fluida panas atau fluida dingin Beberapa contoh dapat ditinjau, seperti kondensor pusat pembangkit listrik tenaga uap

(PLTU), air pendingin (temperatur rendah) mengalir melalui Tube dan uap bebas (temperatur tinggi) di luar Tube.

Ditinjau dari perubahan fase yang terjadi pada Alat Penukar Kalor, maka jenis ini dapat dibagi dalam dua kelompok, yakni:

1. Alat penukar kalor yang mengakibatkan perubahan fase, seperti :condensor, dan evaporator

2. Alat penukar kalor tanpa perubahan fase.

A. APK yang mengakibatkan perubahan fase

Ada dua perlakuan yang umum terjadi pada Alat Penukar Kalor yang mengakibatkan perubahan fase, yaitu:

- Kondensasi uap dalam kondensor

- Penguapan larutan didalam pesawat penguap atau evaporator.

B. APK tanpa perubahan fase

Alat penukar kalor jenis ini, fluida panas memberikan panas kepada fluida dingin, namun kedua jenis fluida itu tidak mengalami perubahan fase, tetapi akan mengalami penurunan suhu (untuk fluida yang panas) dan kenaikan suhu (pada fluida yang dingin). Aliran fluida panas maupun fluida yang dingin dalam alat penukar kalor saling melintasi satu sama lain tidak hanya satu kali saja, tetapi dapat dibuat sampai beberapa kali. Lintasan aliran fluida (baik yang panas maupun yang dingin) dalam alat penukar kalor disebut: PASS. Biasanya shell pass ini lebih sedikit dari Tube-pass (lintasan aliran melalui tube ), tetapi adakalanya lintasan ( tube pass dan shell) itu sama, misalnya 1-1.

Dibawah ini kita melihat distribusi temperatur dari alat penukar kalor dengan 1- 1 pass, sedangkan aliran fluidanya ada yang paralel dan yang berlawanan. Distribusi temperatur pada alat penukar kalor dengan aliran paralel dan 1 - 1 pass dapat dilihat pada gambar berikut : Sedangakan distribusi temperatur pada alat penukar kalor, dengan aliran berlawanan 1-1 pass dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar Distribusi temperature-panjang (luas) tube APK langsung, dengan aliran fluida parallel

T₁ = Temperatur fluida panas masuk APK, T₂ = Temperatur fluida panas keluar APK

Sedangkan distribusi temperature pada alat penukar kalor, dengan aliran berlawanan 1-1 pass dapat dilihat pada gambar berikut:

Pada gambar diatas nampak bahwa, aliran fluida sebelah shell akan berbelok-belok mengikuti sekat-sekat yang ada. Jumlah sekat yang dipasang sebanyak 15. Tidak ada suatu ketentuan mengharuskan, fluida panas selalu disalurkan kedalam tubes atau sebaliknya. Oleh sebab itu diperlukan pertimbangan yang khusus. Fluida masuk kedalam shell pada temperatur t1 dar keluar menjadi suhu t2, sedangkan fluida yang masuk kedalam tube dengan T1 dan keluar dengan suhu T2.

2. APK dengan 1-2 pass

Yung dimaksud dengan Alat penukar kalor 1 - 2 pass adalah aliran didalam shell 1 pass, dan aliran fluida pada sisi tube ada 2 pass. Pada gambar berikut diperlihatkan aliran sebelah shell dengan mempergunakan sekat (baffle), dimana arah aliran fluida yang berlawanan (counter flow), yaitu aliran fluida dari T1 ke T2 dengan aliran fluida dari t1 ke 12. Perubahan arah aliran akan mempenganuhi pada diagram distribusi temperatur, sebagaimana penjelasan gambar berikut :

Gambar Alat Penukar Kalor 1-2 pass dengan counter parelel flow

3. APK dengan 2-4 PASS

Seperti Alat Penukar Kalor yang telah diketahui, maka alat penukar kalor 1 - 4 pass terdiri dari 1 pass aliran shell dan 4 pass aliran pada sisi tube. Pada gambar berikut diperlihatkan distribusi temperatur APK dengan 2 - 4 pass. Yaitu:

Gambar Alat Penukar Kalor 2-4 Pass Kekurangan alat penukar kalor multipass ini antara lain adalah:

1. Konstuksinya semakin komplek.

2. Kerugian gesekan besar, sebab semakin banyak Pass dari aliran pada sisi sebelah tubes, akan semakin besar pula kerugian akibat aliran masuk dan keluar tubes.

Sedangkan gambar berikut diperlihatkan alat penukar kalor dengan aliran 1 - 4 pass, yaitu :

Pada Gambar diperlihatkan alat penukar kalor aliran 1 - 4 pass.

keempat

Contoh perhitungan APK

Pembahasan tentang alat penukar kalor akan berbentuk analisis teknik. Untuk APK dengan jenis penukar kalor pipa ganda, sebagaimana berikut:

Maka besarnya perpindahan kalor pada susunan pipa ganda, adalah:

q = U A △Tm atau q = m . C . △T

dimana:

U = koef. Perpindahan kalor menyeluruh A = Luas perpindahan kalor

△Tm = beda suhu rata – rata m = mass flow rate C = kalor specifik fluida

Untuk menentukan nilai beda suhu rata-rata (△Tm), dapat digunakan persamaan berikut, yakni:

Dimana:

Th2 = fluida panas masuk Tc2 = fluida dingin keluar Th1 = fluida panas keluar Tc1 = fluida dingin masuk

Contoh

1. Air dengan laju (m) 68 kg/mnt, dipanaskan dari suhu 35°C hingga 75°C (Cw = 4180 J/kg °C) dengan minyak yang mempunyai kalor specifik 1,9 kJ/kg °C.

Kedua fuida tersebut dipakai dalam penukar kalor pipa ganda, dimana minyak masuk pada suhu 110 °C dan keluar pada suhu 75 °C. Sedangkan Koef.

Perpindahan kalor menyeluruh adalah 320 W/nm² °C. Hitunglah luas yang diperlukan untuk penukar kalor tersebut.

Jawab

q = U A △Tm atau q = m . C . △T

= (68) (4180) (75-35)

= 11,37 mJ/mnt = 189,5 kW

△Tm = –

= 37,44 °C sehingga : q = U A △Tm

Jadi luas yang diperlukan untuk penukar Kalor pada APK tersebut adalah:

△

= 15,82 m²

Jika suatu penukar kalor yang bukan jenis pipa ganda, maka perpindahan kalor dihitung dengan menerapkan faktor koreksi terhadap L M T D. Nilai faktor koreksi (F) dapat diperoleh melalui gambar berikut:

Gambar 10-8 Grafik factor koreksi untuk penukar kalor dengan satu lintasan selongsong dan dua, empat atau masing-masing kelipatan dari lintasan tabung tersebut.

Gambar 10-9 Grafik factor koreksi untuk penukar kalor dengan dua lintasan selongsong dan empat, delapan atau masong-masing kelipatan darilintasan tabung

Untuk satu lintas selonsong akan diperoleh :

Untuk dua selonsong akan diperoleh :

Dimana : T1 = temperatur masuk fluida dingin

T2 = temperatur keluar fluida dingin t1 = temperatur masuk fluida panas t2 = temperatur keluar fluida panas

2. Sebagai pengganti penukar kalor pipa ganda pada contoh nomor (1) diatas, sekarang kita akan menggunakan penukar kalor selongsong dan tabung dimana air mengalir melalui selongsong dengan sekali lintas, dan minyak melalui

tabung dengan dua lintas. Hitunglah luas yang diperlukan untuk penukar kalor ini, dengan mengandaikan bahwa koefisien perpindahan kalor menyeluruh tetap, U = 320 w/m²°C.

Jawab:

Diketahui T1 = 35 °C T2 = 75 °C t1 = 110 °C t2 = 75°C

Maka : P 0,467 R= 1,143 dari gambar akan diperoleh Faktor koreksi: F=

0,81

Dari persamaan perpindahan kalor diperoleh bahwa, q = UA △Tm Atau luas yang diperlukan untuk APK ini, adalah :

A = q / U F △T = 19,53 m² ( 210 ft² ).

MODUL KE -12

Perpindahan Panas Dasar (3 SKS)

PENUKAR KALOR ALIRAN SILANG

Penukar kalor aliran silang banyak dipakai dalam pemanasan dan pendinginan udara atau gas, sebagaimana gambar berikut :

Gambar Penukar kalor Arus silang satu fluida campuran dan fluida yang satu tak campur

Dimana gas dialirkan menyilang, sedangkan fluida lain digunakan didalam tabung untuk memanaskan atau mendinginkan. Dalam penukar kaler ini, fluida yang mengalir melintas tabung disebut arus campur (mixed stream), sedang fluida didalam tabung disebut arus tak campur (unmixed). Gas ini dikatakan bercampur karena dapat bergerak dengan bebas didalam alat tersebut sambil menukar kalor.

Fluida yang satu lagi terkurung didalam tabung saluran penukar kalor dan tidak dapat bercampur selama proses perpindahan kalor.

Analisa perhitungan Alat Penukar Kalor Aliran Silang, menggunakan faktar koreksi (F) sebagaimana perhitungan sebelumnya. Perhatikan gambar berikut :

Contoh soal, Alat Penukar Kalor Aliran Silang :

1. Sebuah penukar kalor aliran silang sebagaimana gambar diatas, digunakan untuk menanaskan minyak didalam tabung (c = 1,9 kj/kg °C) dari 15 °C menjadi 85 °C. Diluar tabung bertiup uap yang masuk pada suhu 130 °C dan kcluar pada suhu 110 °C dengan aliran massa 5,2 kg/s. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh adalah 275 w/m² °C dan kalor specific uap, c = 1,86 kj/kg °C. Hitunglah luas permukaan penukar kalor tersebut.

Jawab :

Sesuai persamaan perpindaha kalor, yaitu :

q = Ms Cs △Ts = (5,2) (1,86) (130 – 110) = 193 kW atau : q =U A F △Tm

Sedangkan luas permukaan dapat diperoleh melalui persamaan berikut:

△

dimana :

△Tm =

= 66,9 °C

Dari gambar akan diperoleh besarnya faktor koreksi, dimana : tl dan t2 menunjukan fluida tak campur (minyak) dan T1 dan T2 menunjukan fluida campur (uap).

Dari soal diperoleh :

TI = 130 °C T2 = 110 °C t1 = 15 °C t2 = 85 °C Sehingga :

–

Dan selanjutnua diperoleh,

–

dari gambar diperoleh: F = 0,97

Jadi luas penukar kalor adalah :

perhatikan profil suhu (T) dan jarak (x) berikut :

Contoh soal, APK SELONGSONG DAN TABUNG (perhatikan modul minggu lalu)

2. Air dengan laju 30.000 lbm/h (3,783 kg/s), dipanaskan dari 100 °F menjadi 130 °F (37,78 °C menjadi 54,44 °C) dalam scbuah penukar kalor selongsong dan tabung. Pada sisi selongsong digunakan satu lintas, dengan air sebagai fluida pemanas, yang masuk dengan laju 15 000 lbm/h (1,892 kg/s) pada suhu 200 °F (93,33 °C). Koefisien perpindahan kalor menyeluruh adalah 250 Btu/h ft² °F (1419 w/m² °C), dan kecepatan air rata-rata didalam tabung yang diameternya ¾ in (1,905 cm) tersebut adalah 1,2 ft/s (0,366 m/s). Oleh karena terbatasnya ruang, panjang tabung tidak boleh lebih dari 8 ft (2,438 m). Hitunglah jumlah lintas tabung, jumlah tabung perlintas, dan panjang tabung sesuai dengan batasan diatas.

Ditanya : Jumlah Tabung Perlintas, Jumlah Lintas, Panjang Tabung Perlintas

Jawab :

Diketahui : Mc = 3,783 kg/s (u/ seluruh tabung) Cc= 4,182 kj/kg °C

Tc2 = 54,44 °C Tc1 = 37,78 °C Mh = 1,892 kg/s V = 0,366 m/s

d = 1,905 cm = 0,01905 m Ch = 4,182 kj/kg °C Th2 = 93,33 °C U = 1419 w/m² °C

Dari persamaan bahwa : q = Mc Cc △Tc

= Mh Ch △Th

Atau

△ △

△

△

Sehingga, Temp. fluida panas keluar adalah :

Thl = 93,33 - 33,33 = 60 °C Laju perpindahan panas adalah :

q = Mc Cc △Tc = 3,783 * 4,182 (54,44 - 37,38) = 263,6 kW Diketahui persamaan bahwa:

LMTD (LOG MEAN

TEMPERATURE DIFFERENCE) Atau beda suhu rata rata, yaitu :

Dimana : Th2 = Temperatur fluida panas masuk = 93,33 °C Tc2 = Temperatur fluida dingin keluar = 54,44 °C Thl = Temperatur fluida panas keluar = 60 °C Tcl = Temperatur fluida dingin masuk = 37,78 °C

Maka beda suhu rata rata adalah :

△

– –

Dari persamaan bahwa:

q =U A △Tm atau :

△

dimana :

q = 263,3 kW = 2,636 . 10⁵ Watt U = 1419 W/ m²°C

△Tm = 29,78 °C

Maka luas selubung tabung (A), untuk satu lintas tabung adalah :

Fluida yang mengalir kedalam seluruh tabung memiliki laju aliran, sebesar : M = ρ A' V

Atau Luas penampang tabung yang dialiri fluida (A') adalah:

Dimana : M = 3,783 kg/s, ρ_ar = 1000 kg/m³ V = 0,366 m/ s

Maka luas penampang aliran dari seluruh tabung, adalah :

Olch karena A' merupakan luas penampang dari scluruh tabung tabung, atau merupakan hasil perkalian antara jumlah tabung dengan luas aliran pertabung, yaitu:

Dimana : A' = Luas penampang seluruh tabung = 0,01034 m² d = diameter tabung / pipa = 0,01905 m

n = Jumlah tabung

V = Kecepatan aliran fluida 0,366 m/s maka, Jumlah tabung adalah :

atau n = 36 buah

diketahui, luas seluruh selubung tabung Alat Penukar Kalor (A), adalah : A= 6,238 m²

Dimana : A = n. 2 л. r. L = n. л. d. L atau

maka :

–

–

Dan

–

–

dari gambar akan diperoleh besarnya faktor koreksi (F), yaitu :

Gambar 10-8 Grafik faktor koreksi untuk penukar-kalor dengan satu lintas-

selongsong dan dua, empat, atau masing-masing kelipatan dari lintas tabung tersebut.

Dimana:

A = Luas selubung 6,238 m (untuk satu lintas tabung) N = Jumlah tabung 36

d = diamcter tabung / pipa 1,905 cm = 0,01905 m, atau л * d = 0,0598 m

maka panjang scluruh tabung (Perlintas), adalah :

Panjang ini lebih besar dari yang diperbolehkan yakni 2,438 m. Oleh sebab itu kita harus mcnggunakan lebih dari satu lintas tabung, dimana untuk lebih dari satu lintas tabung diperoleh persamaan:

q = U A F △Tm

atau luas selubunp Alat Penukar Kalor adalah :

△

dimana : q= 263,6 kW = 2,636 * 10⁵ W U = 1419 W/m² ° C

△Tm = 29,78 °C

Sedangkan

Dimana : T1 = 37,78 °C

T2 = 54,44 ° C t1 = 93,33 ° C t2 = 60 ° C

Maka : F = 0,88

Jadi luas sclubung adalah:

Jumlah tabung perlintas masih 36 buah dan luas selubung pada APK untuk dua lintas tabung adalah :

A = 2 n л d L Dan panjang tabung perlintas adalah :

Dimana :

A = 7,089 m² (Luas selubung untuk dua lintas tabung) n = 36 buah

d = 1,905 cm 0,01905 m atau л * d = 0,0598 m

maka :

Jadi :

L < 2,438 m berarti panjang tabung diizinkan.

Sehingga analisa APK ini diperoleh : Jumlah tabung perlintas, n = 36 Jumlah lintas = 2

Panjang setiap tabung perlintas = 1,646 m

OPTIMASI SISTEM THERMAL M. SYUKUR LS

Dosen : Bpk Dr. La Ode F NPM 5320220008

22-Mei-21

TUGAS 2 APK PLAT DATAR

JAWAB

image Gambar A'

Udara Masuk 60 F

b = 7

A

udara keluar

image Gambar

Udara Masuk

0,02" Tebal Plat 7 "

a = 0,324" a' = 0,264 "

Penampang A - A'

Di ketahui

- - - - - - - -

Laju Udara 6000 lb/h = 2724 kg/h

Temp Udara 60 ^oF = 15,6 ^oC

Laju Gas Panas 5000 lb/h = 2270 kg/h

Temp Gas Panas 1600 ^oF = 871,1 ^oC

Jumlah Laluan udara = 19

Jumlah Laluan Gas = 18

Panjang Saluran udara, La (b) 7 " = 0,1778 m Panjang Saluran Gas, Lg (b') 13,35 " = 0,3391 m

- - - -

a = 0,324 " = 0,0082 m

b = 7 " = 0,1778 m

a' = 0,264 " = 0,0067 m

b' = 13,35 " = 0,3391 m

Di jawab

- Keliling Basah di sebelah gas:

Pg = a + b + a + b

= 0,0082 + 0,1778 + 0,0082 + 0,1778

= 0,3721 m

- Keliling Basah di sebelah udara:

Pa = a'+ b' + a' + b'

= 0,0067 + 0,3391 + 0,0067 + 0,3391

= 0,6916 m

- Luas Penampang laluan udara untuk tiap laluan:

Aa = a' x b'

= 0,0067 x 0,3391

= 0,002274 m²

- Luas Penampang laluan gas untuk tiap laluan:

Ag = a x b

= 0,0082 x 0,1778

= 0,001463 m²

- Garis Tengah Hidrolik saluran/talang udara:

Dha = (4 x Aa )/ (Pa)

= ( 4 x 0,0023 m²)/(0,6919)

= 0,013151 m

- Garis Tengah Hidrolik saluran/talang gas:

Dhg = (4 x Ag )/ (Pg)

= ( 4 x 0,0015 m²)/(0,3721)

= 0,015731 m

- Luas Permukaan Panas Seluruh Laluan Direncanakan jumlah laluan = 18

Atot = (b x b'+ b x b') x jumlah laluan

= (0,178 x 0,3391 + 0,178 x 0,3391)x 18

= 2,170456 m²

- Suhu kedua fluida pasti bervariasi sepanjang saluran maka di taksir :

a. Suhu udara rata-rata di taksir sebesar T udara rata2 yaitu

160 ^oF = 71,11 oC 344,11 oK

b. Suhu Gas rata-rata di taksir sebesar T gas rata2 yaitu

1500 ^oF = 815,56 oC 1088,56 oK

- Dari data tersebut maka didapatkan beberapa parameter yaitu cp, k, µ, serta bilangan Pr utk Gas suhu 71,11^oC dan 815,56 ^oC

INTERPOLASI

Udara (160 ^oF = 71,11^oC = 344,11 K) Suhu

c

pud (KJ/Kg^oC) k (W/m ^oC) µ(kg/m.s) Pr Dari Tabel pada kondisi 300 ^oK 1,0057 0,0279 1,8462 x 10^-5 0,708

350 ^oK 1,009 0,0293 2,075 x 10^-5 0,697

Dengan cara interpelasi 0,0033 0,0014 0,2288 x 10^-5 -0,011

per 1 ^oK 0,00006600 0,00003 0,0046 x 10^-5 -0,00022 per 44,11 ^oK 0,00291126 0,00124 0,2018 x 10^-5 -0,0097042

Didapat Pada suhu gas 71,11 ^oC 1,0086 0,02914 2,048 x 10^-5 0,70 344,1^oK

INTERPOLASI

Gas (1500 ^oF = 815,6^oC = 1088,6 ^oK) Suhu

c

pgas (kJ/Kg^oC) k (W/m ^oC) µ(kg/m.s) Pr Dari Tabel pada kondisi 1000 ^oK 1,14 0,06752 4,152 x 10^-5 0,72

1100 ^oK 1,16 0,0732 4,44 x 10^-5 0,74

Dengan cara interpelasi 0,018 0,00568 0,288 x 10^-5 0,02

per 1 ^oK 0,000183 0,0000568 0,0029 x 10^-5 0,0002 per 88,6 ^oK 0,016214 0,0050325 0,2552 x 10^-5 0,01772

Didapat Pada suhu gas 815,6 ^oC 1,15791 0,07255 4,4072 x 10^-6 0,738 1088,6^oK

- laju Perpindahan Massa per satuan luas :

a. Udara = m_ud/A_ud dimana

Aud = Aa x Jumlah laluan

= 2724 kg/h

0,0432 m² = 0,0023 m² x 19

m²

= 63052 kg/h = 0,0432

m²

= 17,51 kg/s

m²

b. Gas = m_g/A_g dimana

Ag = Ag x Jumlah laluan

= 2270 kg/h

0,0263 m² = 0,0015 m² x 18

m²

= 86187 kg/h = 0,0263

m²

= 23,94 kg/s

m²

- Bilangan Reynold udara (Re

_ud

)

(Pada Tud = 71,1 ^oC)

Re

_ud = (m_ud/A_ud).Dha kg/h.m² . m

µ

^ud (kg/m.s)

= 17,51 x 0,0131512 kg/s.m² . m

2,048047 x 10^-5 (kg/m.s)

= 11.246,59

- Bilangan Reynold gas (Re

_g

)

(Pada Tgas = 815,6 ^oC)

Re

_g = (mg/Ag).Dhg kg/h.m² . m

µ

^g (kg/m.s)

= 23,94 x 0,0157311 kg/s.m² . m

4,407168 x 10^-5 (kg/m.s)

= 8.545,52

- Konduktansi rata2 dari masing2 fluida

a. Udara (pada suhu 160 ^oF atau 71,11 ^oC)

Sehingga

=

=

Pada Suhu T = 160 ^oF = 71,11 ^oC

didapat :

Ka = 0,0291 (W/m ^oC)

Pr = 0,698296

Re ud = 11.247

Dha (ud) = 0,013151 m

La = 0,1778 m

0,8 0,33 0,7

0,023 0,0291 (11.247) (0,698296) x 1 + 0,0132

0,01315 0,1778

0,023 2,2154 1.546 x 1,1616

=

91,5313 W/m². C

b. Gas (pada suhu 1500 ^oF atau 815,6 ^oC)

k

g

g

gas g gas

g

INTERPOLASI

Gas (1500 ^oF = 815,6^oC = 1088,6 ^oK) Suhu

c

pgas (kJ/Kg^oC) k (W/m ^oC) µ(kg/m.s) Pr Dari Tabel pada kondisi 1000 ^oK 1,14 0,06752 4,152 x 10^-5 0,72

1100 ^oK 1,16 0,0732 4,44 x 10^-5 0,74

Dengan cara interpelasi 0,018 0,00568 0,288 x 10^-5 0,02

per 1 ^oK 0,000183 0,0000568 0,0029 x 10^-5 0,0002 per 88,6 ^oK 0,016214 0,0050325 0,2552 x 10^-5 0,01772

Didapat Pada suhu gas 815,6 ^oC 1,15791 0,07255 4,4072 x 10^-6 0,738

1088,6^oK

Pada Suhu T = 1500 ^oF = 815,6 ^oC

didapat :

Kg = 0,0726 (W/m ^oC)

Pr = 0,738

Re gas = 8.546

Dhg (gas) = 0,016 m

Lg = 0,3391 m

Sehingga

0,8 0,33 _0,7

=

0,0726

1 + 0,0157

0,023 (8.546) (0,73772)

gas 0,01573 0,3391

=

0,023 4,6120 1.264 x 1,1165

=

149,72 W/m². C

h gas = (0,023) k

g

( Re

gas0,8

Pr

^0,33

) 1 + Dhg

^0,7

Dh_g

L

g

h

gas