3.2.5 Koefisien Perpindahan Panas Total
- Metode LMTD U =
Q A. F. LMTD
= 484793,53
J s
60,8 m
2
× 0,45 × 10,38
℃ = 1702,9 Wm2.
℃
- Metode Kern Untuk menghitung perpindahan panas total juga diperhitungkan tahanan
pengotoran pada sisi tabung, selongsong, dan dinding tahanan. Sisi tabung
Fluida: Air laut f
i
= 0,00035 m
2 .
o
C W lampiran G
h
i
= 5119,45 Wm
2
.
o
C
Sisi selongsong Fluida: gas hidrokarbon
f
o
= 0,0003 m
2 .
o
C W lampiran G
h
o
= 2273,64
Tahanan dinding Material tabung
: Tembaga Konduktivitas termal k
w
: 393 Wm.
o
C
Koefisien perpindahan panas total, 1
U =
1 h
o
+ f
o
+ d
o
× ln
�
d
o
d
i
� 2k
w
+ f
i
× d
o
d
i
+ d
o
h
i
× d
i
= 1
2273,64 + 3.10
−4
+ 0,0254 × ln
�
0,0254 0,02118
� 2 × 403
+ 3,5.10
−4
× 0,0254
0,02118 +
0,0254 5119,45 × 0,02118
U = 714,44
W m
2
. ℃
Universitas Sumatera Utara
- Metode Bell – Delaware Pada metode Bell – Delaware nilai koefisien perpindahan panas h
o
sebesar 642,13 Wm
2
.
o
C Koefisien perpindahan panas total,
1 U
= 1
h
o
+ f
o
+ d
o
× ln
�
d
o
d
i
� 2k
w
+ f
i
× d
o
d
i
+ d
o
h
i
× d
i
= 1
2439 + 3.10
−4
+ 0,0254 × ln
�
0,0254 0,02118
� 2 × 403
+ 3,5.10
−4
× 0,0254
0,02118 +
0,0254 5119,45 × 0,02118
U = 729,9
W m
2
. ℃
Tabel 3.8 merupakan rangkuman perbandingan koefisien perpindahan panas total alat penukar kalor berdasarkan hitungan
Tabel 3.8: Koefisien perpindahan panas total alat penukar kalor berdasarkan hitungan
Jumlah bafle LMTD
Kern Bell - Delaware
U U
U 46
1702,9 714,4 729,9
42 1702.9 714.4
714.32 38
1702.9 714.4 695.13
34 1702.9 714.4
673.34 .
3.2.6 Efektivitas Alat Penukar Kalor
c
c
= m
̇
s
× c
p,c
= 10,21 kgs x 4020 Jkg.
o
C = 41044,2 Js.
o
C c
h
= m
̇
t
× c
p,h
= 9,41 kgs x 3027,4 Jkg.
o
C = 28517,26 Js.
o
C c
c
c
h
, maka c
c,max
= 41044,2 Js.
o
C c =
C
min
C
max
= 28517,26
41044,2 = 0,694
- Metode LMTD NTU =
U × A C
min
= 1702,9
W m
2
. ℃
× 60,8 m
2
28517,26
J s.
℃
= 3,63
ϵ = 2 �1 + c + √1 + c
2 1+exp �−NTU √1+c
2
� 1
−exp �−NTU √1+c
2
�
�
−1
Universitas Sumatera Utara
= 2 �1 + 0,694 + �1 + 0,694
2
1 + exp �−3,63�1 + 0,694
2
� 1
− exp �−3,63�1 + 0,694
2
� �
−1
= 0,6797
- Metode Kern NTU =
U × A C
min
= 714,44
W m
2
. ℃
× 8,97 m
2
28517,26
J s.
℃
= 0,224
ϵ = 2 �1 + c + √1 + c
2 1+exp �−NTU √1+c
2
� 1
−exp �−NTU √1+c
2
�
�
−1
= 2 �1 + 0,694 + �1 + 0,694
2
1 + exp �−0,224�1 + 0,694
2
� 1
− exp �−0,224�1 + 0,694
2
� �
−1
= 0,187
- Metode Bell – Dellaware NTU =
U × A C
min
= 729,99
W m
2
. ℃
× 8,9708 m
2
28517,26
J s.
℃
= 0,229
ϵ = 2 �1 + c + √1 + c
2 1+exp �−NTU √1+c
2
� 1
−exp �−NTU √1+c
2
�
�
−1
= 2 �1 + 0,694 + �1 + 0,694
2
1 + exp �−0,229�1 + 0,694
2
� 1
− exp �−0,229�1 + 0,694
2
� �
−1
= 0,191
Tabel 3.9: Efektifitas alat penukar kalor berdasarkan hitungan Jumlah penyekat
LMTD Kern
Bell - Delaware Efektivitas Efektivitas
Efektivitas 46
0.6797 0.187
0.191 42
0.6797 0.187
0.187 38
0.6797 0.187
0.184 34
0.6797 0.187
0.178 .
Universitas Sumatera Utara
BAB IV Analisis Menggunakan SolidWorks
Flow Simulation 4.1
Prepocessor 4.1.1 Modeling
Perangkat lunak yang digunakan untuk membuat model geometri adalah Catia V5R19. Pembuatan model dilakukan dengan membuat tiap-tiap bagian alat
penukar kalor seperti sekat, tabung, penutup cover, pelat tabung dan selongsong berdasarkan hasil perhitungan dan pemilihan dari tabel yang sesuai menurut
standar TEMA. Tiap-tiap bagian digabungkan dengan perangkat lunak Catia Assembly Design sehingga hasilnya seperti pada gambar 3.9. Modeling yang telah
disusun disimpan dalam fomat stp.
Gambar 4.1: Modeling Alat Penukar Kalor yang digambar dengan perangkat lunak Catia V5R19
Hasil modeling yang telah digabungkan dengan perangkat lunak Catia, langkah selanjutnya modeling tersebut di-import ke perangkat lunak Solidworks
Flow Simulation sehingga hasilnya seperti pada gambar 3.10.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2: Hasil import modeling Catia ke Solidworks Flow Simulation
4.1.2 Meshing
Di tahap ini model dimeshing dengan tujuan untuk memecah lebih kecil setiap bagian dari yang dimodelkan dengan tujuan untuk hasil lebih baik. Sehingga
alirannya akan terlihat perbedaan pada tiap bagiannya. Jadi semakin kecil meshing akan semakin baik dimana elemen kecil ini nantinya berperan sebagai kontrol
permukaan atau volume data perhitungan yang kemudian tiap-tiap elemen ini akan menjadi input untuk elemen disebelahnya. Hal ini akan terjadi berulang-
ulang hingga domain terpenuhi.
Gambar 4.3 Penentuan hasil mesh mula-mula
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4: Hasil Mesh
4.1.3 Penentuan Kondisi batas
Selanjutnya perangkat simulasi akan mendefinisikan material, tekanan kerja acuan dan kondisi batas yang diterapkan pada model. Kemudian dilakukan
pengendalian solusi, inisialisasi, pemantauan proses dan iterasi. Kondisi batas yang ditentukan pada proses simulasi adalah sebagai berikut:
1. Laju aliran massa fluida pada sisi selongosong 9,42 kgs dan laju aliran massa pada sisi tabung 10,21 kgs.
2. Temperatur fluida hydrocarbon
T
hi
= 55 °C T
ho
= 38 °C Airlaut
T
ci
= 30 °C T
co
= 38°C
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 menunjukan parameter yang dimasukan dalam kondisi batas pada perangkat lunak SolidWorks Flow Simulation.
Gambar 4.5: Ilustrasi kondisi batas
3. Material benda padat Stainless steel 321
= penutup, selongsong, pelat tube, sekat Cooper
= tabung Insulator
= paking
Penentuan model penyelesaian dibagi menjadi dua yaitu penyelesaian tipe internal flow dan external flow. Dalam hal ini analisis dipilih internal flow karena
efek radiasi dan suhu udara luar lingkungan diabaikan. Analisa perhitungan konduksi pada benda padat, yang pendefenisian kondisi batasnya seperti pada
nomor 3 tiga diatas, tipe penyelesainnya diaktifkan lihat gambar 4.4 sehingga nantinya akan terlihat aliran termal yang terjadi.
P = 1641,63 kPa T
h,i
= 55
o
C Fluida : air laut
m ̇
s
= 10,21 kgs
P = 313,81 kPa T
c,i
= 30
o
C
Fluida : hydrocarbon m
̇
t
= 9,42 kgs
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6: Penentuan tipe analisis
4.2 Processor
Pada tahap ini dilakukan perhitungan sampai mencapai nilai yang konvergen yang memakan waktu cukup panjang. Perhitungan mencapai
konvergen sampai pada iterasi 493 lihat gambar 4.7.
a
Universitas Sumatera Utara
Kategori