25
2.6 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
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 2.20 Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor tabung sepusat [10]
Sumber : Cengel Huruf kecil i dan o adalah permukaan dalam dan permukaan luar tabung. Untuk
alat penukar kalor tabung sepusat, A
i
= D
i
L dan A
o
= D
o
L, sehingga tahanan termal dinding tabung adalah
R
dinding
=
ln D
o
D
i
2 kL
2.7
Universitas Sumatera Utara
26 Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis
[10] Sumber : Cengel
D
i
≈D
o
dan A
i
≈A
o
2.8
k adalah konduktivitas termal dinding dan L adalah panjang tabung. Sehingga tahanan termal total menjadi
R = R
total
= R
i
+ R
dinding
+ R
o
=
1 h
i
A
i
+
ln D
o
D
i
2 kL
+
1 h
o
A
o
2.9 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 ΔT = U
i
A
i
ΔT = U
o
A
o
ΔT 2.10
U adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh Wm
2
°C. Rumus diatas menjadi :
1 UA
s
=
1 U
i
A
i
=
1 U
o
A
o
= R =
1 h
i
A
i
+ R
dinding
+
1 h
o
A
o
2.11
Sebagai catatan bahwa U
i
A
i
= U
o
A
o
tetapi U
i
≠ U
o
kecuali A
i
= A
o
Universitas Sumatera Utara
27
2.7 Aliran Tabung Sepusat
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 [DL Re Pr]
23
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 Re
0.8
Pr
13
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 D
h
.Dimana persamaan untuk mencari D
h
D
h
= D
o
- D
i
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.
� =
8
−1000 1+12,7
8 0,5
2 3
−1
2.15 Dan untuk menghitung f digunakan persamaan berikut
= 0,79 ln − 1,64
−2
2.16 Persamaan 2.14 dan 2.15 berlaku untuk rentang Re 2300Re5x10
6
dan bilangan prandalt 0,5≤Pr≤2000.
Adapun koreksi yang diajukan oleh Petukhov dan Roizen 1964 adalah sebagai berikut,
Universitas Sumatera Utara
28 � = 0,86
8
−1000 1+12,7
8 0,5
2 3
−1 −0,16
2.17
2.8 Faktor Kotoran
Kategori