Tube Pipa Diameter luar d

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