alat penukar kalor
TRANSCRIPT
∆tLMTD
Flow Arrangement
There are two types parallel flow, counter flow
Paralel Flow
Counter Flow
∆tLMTD Paralel Flow
)()(
log303,2
)()(
11
22
1122
tTtTtTtT
tLMTD
∆tLMTD Counter Flow
)()(
log303,2
)()(
21
12
2112
tTtTtTtT
tLMTD
SOAL
Air dipanaskan di dalam alat penukar kalor dari 35 oC menjadi 75 oC menggunakan minyak panas. Minyak masuk pada suhu 110oC dan keluar pada 80 oC. Tentukan ∆tLMTD untuk paralel flow dan untuk counter flowPenyelesaian:Diketahui:T1 = 110 oC T2 = 80 oCt1 = 35 oC t2 = 75 oC
Penyelesaian:
Paralel Flow Counter Flow
26
755
2,303log
70-
)35110()7580(
log303,2
)35110()7580(
LMTDt
40
3545
2,303log
10
)75110()3580(
log303,2
)75110()3580(
LMTDt
Heat Exchangers
Heat Exchanger
Adalah sebuah alat dimana terjadi perpindahan panas antara dua fluid
Aplikasi dari Heat Exchangers
Heat Exchangers mencegah
overheating pada mesin mobil
Heat exchangers are used in AC and
furnaces
Heat exchangers are used in Industry for
heat transfer
MACAM-MACAM HE
DPHE Double Pipe Heat Exchanger atau
disebut hairpin
Shell and Tube
DPHE
Salah satu HE yang sering digunakan adalah Double pipe exchanger.
Diagram untuk DPHE adalah sbb:
Pada tipe HE ini, aliran fluida panas dan aliran fluida dingin tidak kontak secara langsung melainkan dipisahkan oleh dinding pipa atau bidang
Ukuran standard untuk DPHE
DPHE biasanya dijual dengan ukuran : 12, 15, atau 20 ft panjang efektif
Total permukaan area heat transfer adalah berkisar antara 100 sampai 200 ft2 atau kurang
Outer Pipe, IPS
Inner Pipe, IPS
2 1 ¼
2 ½ 1 ¼
3 2
4 3
Film Coefficient
hi = film koefisien pipa dalam ho = film koefisien pipa luar hio = hi ID/OD
Overall heat transfer koef. (U)
U adalah overall coefficient of heat transfer required guna memenuhi kondisi proses
LMTDtA
QU
.
Overall heat transfer koef. (U)
Jika surface area (A) tidak diketahui, maka U dapat diperoleh secara independen dengan persamaan di samping.
oio
oio
hh
hhU
oio hhU
111
Ketika U telah dihitung dari nilai hio dan ho ;
Serta Q dan tLMTD telah dihitung dari data proses.
Maka surface area (A) yang diperlukan dapat dihitung dg persamaan disamping
LMTDtU
QA
.
Design overall coefficient (UD) adalah sebuah koefisien yang mempertimbangkan faktor pengotor Rd
overall coefficient yang hanya mempertimbangkan 1/hio dan ho saja adalah disebut dengan clean overall coefficient UC
dodi
CD
RRUU
11
Contoh: Counter Flow DPHESebuah DPHE counter-flow digunakan untuk memanaskan air dari 20oC menjadi 80oC pada laju 1,2 kg/s. pemanas akan digunakan pemanas air geotermal pada 160oC pada mass flow rate 2 kg/s. inner tube mempunyai diamater 1,5 cm. jika Over all heat transfer coeff HE adalah 640 W/m2.oC, tentukan panjang HE yang diperlukan guna mencapai tujuan tersebut.
Penyelesaian:
Skema diagram proses adalah sbb:
Penyelesaian:
1. Menghitung Q = m.Cp.(Tout - Tin)water
2. Menghitung ∆t LMTD.
3. Menghitung A = Q/U. ∆t LMTD.
4. Menghitung Panjang; A = П.D.L
CONTOH: Overall Heat Transfer Coefficient dari sebuah HE (U)
Hot oil akan didinginkan di dalam DPHE counter-flow. Inner tube mempunyai diameter 2 cm (ketebalan diabaikan). Inner diameter dari pipa luar (shell) adalah 3 cm. Air mengalir melalui tube pada laju 0,5 kg/s dan oil mengalir melalui shell. Temperatur rata-rata untuk air dan oil berturut-turut adalah 45oCdan 80oC . Tentukan overall heat transfer coefficient (U) untuk HE ini.
Penyelesaian:
Diketahui, properties untuk air pada 45oC adalah:ρ = 990,1 kg/m3 Pr = 3,91k = 0,637 W/m. oC a = 0,602 x 10-6 m2/s
properties untuk hot oil pada 80oC adalah:ρ = 852 kg/m3 Pr = 499,3k = 0,138 W/m. oC a = 3,794 x 10-5 m2/s
Tahap Penyelesaian: asumsi pipa baru1. Overall heat transfer coeff akan
dihitung dengan persamaan:
Nilai hi dan ho adalah heat transfer koef untuk pipa inside dan pipa outside. (gunakan metode yang sudah diajarkan sebelumnya)
oi hhU
111
Tahap Penyelesaian:
2. Diagram untuk kasus di atas adalah:
Tahap Penyelesaian:Untuk air (tube inside)3. Menghitung NRe
maka:
Aliran turbulen
smD
/61,1)02,0)(1,990(
0,5
)(
m
A
m (V)Velocity
2412
41
c
490.53/10602,0
)02,0)(/61,1(.Re
26 smx
msm
a
DV
Tahap Penyelesaian:
4. Menghitung Nu
5. Menghitung hi:
6,240)91,3()490.53(023,0Pr.,023.Re0 Nu 4,08,04,00,8
CmWm
CmWNu
D
kh o
o
i ./7663)6,240(02,0
)/637,0( 2
Tahap Penyelesaian:Untuk hot oil (shell)3’. Menghitung NRe
Diameter hidrolik: Dh = Do – Di = 0,01 m
maka:
Laminar
smDD io
/39,2)]02,003,0()[852(
0,8
)]([
m
A
m V
224122
41
c
630/10794,03
)01,0)(/39,2(.Re
25 smx
msm
a
DV
Tahap Penyelesaian:
4’. Menghitung NuNusselt Number dapat ditentukan dari Tabel berikut ini:dengan Di/Do = 0,02/0,03 = 0,667
Tahap Penyelesaian:
4’. Menghitung Nu
Dengan interpolasi diperoleh Nu = 4,56
Tahap Penyelesaian:
5’. Menghitung ho:
Cmm
CmWNu
D
kh o
o
o ./928,62)56,4(01,0
)/138,0( 2
Tahap Penyelesaian:
6. Menghitung U: overall heat transfer coefficient
C
hh
U
o
oi
.W/m42,620,01602
1
0,0158910,0001305
1
928,621
76631
111
1
2
Diskusi: Perhatikan bahwa nilai U mendekati
hodalam hal ini karena nilai hi>>ho. Ini menjelaskan bahwa overall heat transfer koef di dalam HE dikontrol oleh koeff yang lebih kecil ketika beda antara keduanya sangat besar.
Untuk memperbaiki nilai U (dengan kata lain memperbaiki perpindahan panas di dalam HE), kita dapat memperbaiki teknik perpindahan panas pada sisi oil.
CONTOH 2: Efek Fouling pada U
DPHE terbuat dari stainless steel (k = 15,1 W/m.oC. Inner tube memiliki ID 1,5 dan OD 1,9, untuk outer tube (shell) mempunyai ID 3,2 cm. heat transfer coefficient untuk inner surface hi = 800 W/m2.oC, dan pada outer surface ho = 1200 W/m2. oC untuk fouling faktor Rti = 0,0004 m2.oC/W pada tube side dan Rto = 0,0001 m2.oC/W pada shell side, tentukan:a. Thermal resistantsi HE per satuan
panjangb. Overall heat transfer coeff Ui dan Uo
berdasarkan surface area inner dan outer.
Penyelesaian: Diberikan data untuk hi dan ho serta
fouling faktor untuk tube side dan shell side
Skema untuk kasus ini adalah:
Penyelesaian:
a. Resistansi
Dimana: Ai = П.Di.L = П(0,015 m)(1 m) =
0,0471 m2 .Ao = П.Do.L = П(0,019 m)(1 m) =
0,0597 m2 .
ooo
foio
i
fi
ii
ooiis
AhA
R
kL
DD
A
R
Ah
AUAUUAR
1
2
)/ln(1
111
a. Resistansi
0597,01200
1
0597,0
0001,0
11,152
)015,0/019,0ln(
0471,0
0004,0
0471,0800
1 R
x
xxx
b. Overall heat transfer coeff berdasarkan inner dan outer surface
./ 315)0597,0)(0532,0(
11
./ 399)0471,0)(0532,0(
11 U
2
2i
CmWRA
U
CmWRA
o
oo
o
i