BAB IV UKURAN-UKURAN UTAMA KONDENSOR
IV.1 Dalam perencanaan ini, kondensor yang dirancang adalah jenis shell and
tube dengan 2 laluan pass. Menurut [6] jumlah pass diusahakan sedikit mungkin dengan tujuan untuk mempermudah pemasangan head kondensor dan desain plat
pipa. Kondensor dengan satu laluan akan menyebabkan pemakaian ruangan yang lebih besar akibat panjangnya pipa-pipa kondensor.
Berdasarkan standar TEMA yang telah mengklasifikasikan alat penukar kalor maka penulis memilih kelas C dikarenakan pada umumnya banyak
digunakan untuk tujuan komersil dan untuk proses-proses umum. Jenis penukaran kalor yang dipilih pada rancangan kondensor ini adalah jenis AEP karena jenis ini
mudah untuk dibongkar guna pembersihan, perawatan, dan perbaikan pada pipa- pipa.
Adapun bahagian-bahagian kondensor yang direncanakan adalah:
Gambar 4.1 Kondensor
IV.1 Tube Pipa
IV.1.1 Standarisasi pipa Dalam perencanaan ini dipilih pipa dengan diameter luar 1 inchi 25,4
mm dengan BWG. No. 17. Menurut [7] diperoleh:
a. Diameter luar d
o
= 1 inchi = 25,4 mm
= 0,0254 m b.
Diameter dalam d
i
= 0,880 inchi = 22,4536 mm = 0,0224 m c.
Tebal t = 0,058 inchi = 1,4732 mm = 0,0014 m
Sedangkan menurut [7] seperti pada lampiran D-1 diperoleh bahwa: a.
Jarak Pitch PT susunan
∆
= 1
1 4
inchi = 31,75 mm = 0,03175 m
Universitas Sumatera Utara
b. Jumlah Tube
= n = 1879 buah
Material pipa yang dipilih adalah pipa baja carbon-manganese-silicon. Kecepatan air pendingin tiap tube dengan menggunakan rumus dari [8] yaitu:
Q
cool
= A
i
. n . u 4.1
Dimana: A
i
=
2
4 1
i
d π
A
i
=
2
0224 ,
14 ,
3 4
1
A
i
= 0,000393881 m
2
Q
cool
= Kapasitas air pendingin masuk Q
cool
=
airlaut c
m ρ
•
Maka: Q
cool
=
3
1000 1500
m kg
s kg
Q
cool
= 1,5 m
3
s Dengan:
U
i
=
n A
Q
i cool
.
Sehingga: U
i
= 1879
. 000393881
, 5
, 1
2 3
m s
m U
i
= 2,026746572 IV.1.2 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
Pada perencanaan kondensor ini, koefisien perpindahan panas menyeluruh menurut [6] dapat diketahui nilai nya melalui persamaan rumus dibawah ini :
i i
o o
i o
o i
o i
o o
d h
d h
d d
k d
d d
R R
U +
+
+
+ =
1 ln
2 1
Keterangan: h
o
= Koefisien Konveksi W m
2
.
o
K R
o
= Tahanan Pengotor Bahagian Luar Pipa m
2
.
o
K W
Universitas Sumatera Utara
K =Konduktivitas Material Pipa
W m.
o
K R
1
= Tahanan Pengotor Bahagian Dalam Pipa m
2
. K W
h
1
= Koefisien Konveksi Fluida Dingin W m
2
.
o
K
1. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Didalam Pipa
Sifat-sifat fluida didalam pipa ditinjau dari temperature rata-rata pendinginan :
−
=
c
T 2
, ,
o c
i c
T T
+
−
=
c
T K
C 3818694
, 309
3818694 ,
36 2
2637388 ,
41 5
, 31
= =
+
Dengan Interpolasi dari lampiran B-1 diperoleh:
695 769
769 310
305 3818694
, 309
305 −
− =
− −
i
µ
-704,1483329 =
i
µ −
2 6
10 .
1483329 ,
704 m
Ns
i −
=
µ
628 620
620 310
305 3818694
, 309
305 −
− =
− −
k
-627,010991 = -k k = 627,010991.10
-3
W m. K
62 ,
4 20
, 5
Pr 20
, 5
310 305
3818694 ,
309 305
− −
= −
−
-4,69170315 = -Pr Pr = 4,69170315
007 ,
1 005
, 1
005 ,
1 310
305 3818694
, 309
305 −
− =
− −
v -1,006752748 = -v
v = 1,006752748.10
-3
m
3
kg Dimana:
v 1
= ρ
3
10 .
006752748 ,
1 1
−
= ρ
Universitas Sumatera Utara
3
2925457 ,
993 m
kg =
ρ
Bilangan Reynold dirumuskan menurut [1] : Re
=
i i
d U
µ ρ .
.
2 6
3
10 .
1483329 ,
704 0224
, .
026746572 ,
2 .
2925457 ,
993 Re
m Ns
s m
m kg
−
= 35118
, 64041
Re =
Dikarenakan bilangan Reynold atau Re = 64041,35118 maka menurut [1] jenis alirannya adalah aliran turbulen.
Sehingga menurut [1], Dittus-Boelter merekomendasi bahwa: N
ui
= 0,023 . R
e 0,8
. P
r n
4.8 Dimana:
0,7
160 Pr
≤ ≤
10000 Re
≥ d
10 ≥
D L
n = 0,4 untuk pemanasan
n = 0,3 untuk pendinginan
Dikarenakan air mengalami pemanasan, maka n = 0,4 Sehingga:
N
ui
= 0,023 . 64041,35118
0,8
. 4,69170315
0,4
= 298,8329179 Dimana :
N
ui
= k
d h
i i
. Maka:
i Ui
i
d k
N h
. =
0224 ,
10 .
010991 ,
627 .
8329179 ,
298
3 −
=
i
h
K m
W h
i 2
. 808178
, 8364
=
Universitas Sumatera Utara
2. Konduktivitas Material Pipa k
pipa
Didalam perencanaan ini dipilih material pipa berupa Baja Carbon- Manganese-Silicon. Karena tahan terhadap korosi, pengotoran, dan
temperatur tinggi. Pada lampiran B-2 dengan menginterpolasi pada temperatur:
−
T =
2
, ,
o c
o h
T T
+
Sehingga:
−
T =
2 2637388
, 41
085 ,
50 C
C +
−
T = 45,6743694
C
−
T = 318,6743694
K Diperoleh konduktivitas Baja Carbon-Manganese-Silicon k
pipa
= 41,71204622 W m.
o
K. 2
, 42
, 41
, 41
400 200
6743694 ,
318 200
− −
= −
− k
-41,71204622 = -k k
pipa
= 41,71204622 W m. K
3. Tahan thermal pipa untuk setiap satuan panjang pipa R
s
: Dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan rumus berikut ini :
k d
d R
i o
s
π 2
ln
=
K m
W m
m R
s
. 71204622
, 41
14 ,
3 2
0224 ,
0254 ,
ln
=
K m
W K
m W
R
s 4
. 10
. 79814
, 4
. 000479814
,
−
= =
4. Tahanan pengotor dibahagian dalam per satuan panjang pipa R
i
: Dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut ini :
i i
i
A h
R 1
=
Dimana A
i
= 0,000393881 m
2
Maka,
Universitas Sumatera Utara
2 2
000393881 ,
. 808178
, 8364
1 m
K m
W R
i
= K
m W
R
i 4
. 303514177
, =
5. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Luar Pipa h
o
: Karena fluida mengalir di luar tube adalah uap yang akan mengalami
kondensasi, maka berlaku hubungan untuk koefisien perpindahan panas dengan tube horizontal menurut [2] sebagai berikut:
4 1
, 3
. .
. 725
,
−
− =
e s
sv c
fg h
c c
o
D N
T T
k h
g h
µ ρ
ρ ρ
Dimana:
c
ρ = Massa jenis fluida pendinginan kg m
3
h
ρ = Massa jenis fluida panas uap basah kg m
3
g = Gravitasi 9,81 m s
2
k = Konduktivitas Thermal Fluida Dingin
W m.
o
K N
= Jumlah Tube D
e
= Diameter eqiuvalen m
c
µ = Viskositas fluida dingin Ns m
2
, fg
h = Panas Latent Dari Kondensasi
Kj kg
, fg
h =
s sv
fg
T T
h −
+ 8
3
T
sv
= Temperatur Uap
o
K T
s
= Temperatur Pada Permukaan Tube
o
K Menurut [2] diameter equivalen untuk susunan tube segitiga dapat
diperoleh:
o o
e
d d
PT D
π π
2 2
. 44
, 3
− =
0254 ,
14 ,
3 0254
, 14
, 3
03175 ,
44 ,
3
2 2
− =
e
D D
e
= 0,018077264 m
Universitas Sumatera Utara
Untuk fluida pendingin dievaluasi pada temperatur rata-rata
− c
T
= 309,3818694
o
K. Dari lampiran B-1 sifat-sifat fluida air diperoleh: Tabel 4.1 Sifat-sifat fluida air pada temperatur 309,3818694
o
K T
o
K µ N
s
m
2
10
-6
V m
3
kg 10
-3
k W m.
o
K 10
-3
305 769
1,005 620
309,3818694 704,1483329
1,006752748 627,010991
310 695
1,007 628
Dimana:
v
c
1 =
ρ
3
10 .
006752748 ,
1 1
−
=
c
ρ =
c
ρ 993,2925457 m
3
kg Untuk fluida panas, dievaluasi pada temperatur rata-rata
− h
T
= 50,085 C =
323,085 K
Dari lampiran A-1 Tabel uap saturasi diperoleh: Tabel 4.2 sifat-sifat uap pada temperature 50,085
o
C T
o
C h
fg
Kj kg
g
v
m
3
kg 50
2382,7 12,032
50,085 2382,496
11,990112 55
2370,7 9,568
Dimana:
g h
v 1
= ρ
990112 ,
11 1
=
h
ρ =
h
ρ 0,083402056 kg m
3
Maka:
Universitas Sumatera Utara
, fg
h =
s sv
fg
T T
h −
+ 8
3
Dimana, T
s
=
C T
T
i h
o h
. ,
7925 ,
40 2
= +
, fg
h =
[ ]
C C
kg KJ
7925 ,
40 085
, 50
8 3
496 ,
2382 −
+
, fg
h = 2382,496 KJ kg + 3,4846875
C Sehingga :
4 1
3 ,
. .
. 725
,
−
− =
e s
sv c
fg h
c c
o
D N
T T
k h
g h
µ ρ
ρ ρ
Dimana : 2925457
, 993
=
c
ρ m
3
kg =
h
ρ 0,083402056 m
3
kg T
sv
= 50,085 C = 323,085
K T
s
= 40,7925 C = 313,7925
K g = 9,81 m s
2
N = 1879 jumlah tube =
, fg
h 2382,496 KJ kg + 3,4846875
C = 2382,496 KJ kg + 276,4846875 K
k = 627,010991.10
-3
W m. K
=
c
µ 704,1483329.10
-6
Ns m
2
D
e
= 0,018077264 m
018077264 ,
1879 7925
, 313
085 ,
323 10
. 1483329
, 704
10 .
010991 ,
627 4846875
, 276
496 ,
2382 81
, 9
083402056 ,
2925457 ,
993 2925457
, 993
725 ,
6 3
− +
− =
− −
o
h h
o
= 0,725 399,8960203 h
o
= 289,9246147 W m
2
. K
6. Tahanan pengotor luar persatuan panjang pipa R
o
:
o o
o
A h
R .
1 =
Universitas Sumatera Utara
Dimana: A
o
=
2
4 1
o
d
π
A
o
=
2
0254 ,
14 ,
3 4
1
A
o
= 0,00050645 m
2
Maka : Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat diperoleh U
o
:
=
o
U 1
6,810489633 Wm
4
. K + 0,303514177 W m
4
. K
m m
0224 ,
0254 ,
+ K
m W
m
3
10 .
010991 ,
627 2
0254 ,
−
.
ln
m
m 0224
, 0254
, +
K m
W
2
9246147 ,
289 1
+ m
K m
W m
0224 ,
808178 ,
8364 0254
,
2
=
o
U 1
0,075156719 W m
2
. K
U
o
= 13,30553027 W m
2
. K
IV.1.3 Beda temperatur rata-rata
LMTD
∆ :
Beda temperatur rata-rata logaritmik dapat diperoleh menurut [10]:
− −
− −
− =
∆
i c
o h
o c
i h
i c
o h
o c
i h
LMTD
T T
T T
T T
T T
, ,
, ,
, ,
, ,
ln
− −
− −
− =
∆ C
C C
C C
C C
C
LMTD
5 ,
31 085
, 50
2637388 ,
41 085
, 50
ln 5
, 31
085 ,
50 2637388
, 41
085 ,
50
= ∆
LMTD
13,10234901 C = 286,102349
K IV.1.4 Luas Permukaan Perpindahan Panas A :
Luas permukaan perpindahan panas dapat dihitung menurut persamaan rumus:
Universitas Sumatera Utara
A =
LMTD
UF Q
∆
Dimana : F = 1,0 harga faktor koreksi untuk proses pendidihan atau kondensasi
Q = 2953,949824 Kw = 2953,949824 . 10
3
W U = 13,30553027 W m
2
. K perpindahan panas menyeluruh
Maka : A =
102349 ,
286 ,
1 30553027
, 13
10 .
949824 ,
2953
3
A = 775,978169 m
2
IV.1.5 Panjang Tube Untuk menentukan panjang tube L digunakan rumus menurut [2]:
L =
n d
A
o
. π
Maka: L
= 1879
. 0254
, .
14 ,
3 978169
, 775
2
m m
L = 5,177967955 m
Panjang tube untuk setiap laluan adalah: L
laluan
=
2 L
=
2 177967955
, 5
m
L
laluan
= 2,588983978 m
IV.2 Baffle