BAB III ANALISIS KESETIMBANGAN ENERGI
3.1. Data-data Kondisi Operasi
Gambar 3.1 memperlihatkan diagram proses pada aftercooler kompresor. Sebagai input data dalam perancangan heat exchanger, data-data yang diketahui
adalah :
Gambar 3.1 Ilustrasi sederhana Proses pada Heat Exchanger
1. Fluida pada sisi tube : Udara bertekanan
i. Komposisi udara masuk
Laju aliran massa udara kering, m
u
= 8000 m
3
h = 58,13 kgs ii.
Temperatur udara masuk, Tu
,i
= 80 C
iii. Temperatur udara keluar, Tu
,o
= 37 C
iv. Tekanan udara masuk, p
1
= 2,65 MPa = 26,5 bar 2.
Fluida pada sisi shell : Air i.
Laju aliran massa air, m
a
= 50,2 kgs ii.
Temperatur air masuk, T
a,i
= 28 C
iii. Laju aliran massa uap air, m
a,i
= 1,04 kgs
Universitas Sumatera Utara
iv. Tekanan air masuk, p
w
= 0,35 MPa = 3,5 bar Kondisi berat jenis udara ρ pada saat masuk heat exchanger dapat dihitung
dengan menggunakan rumus gas ideal : RT
Pv =
atau
RT P
ρ
=
atau
RT P
=
ρ
Sifat-sifat udara didapat dari tabel heat transfer dengan data-data sebagai berikut : P = 26,5 bar = 2650 kPa
R = 0,287
K kg
m
kPa
⋅
⋅
3
T = 80 C = 353 K
3 3
16 ,
26 353
287 ,
2650
m kg
K kg
m
kPa kPa
RT P
= ⋅
⋅ =
=
⋅
ρ
Maka laju aliran massa udara :
s kg
hr kg
hr m
m kg
u
v m
13 ,
58 209280
8000 16
, 26
3 3
= =
⋅ =
⋅ =
ρ
3.2. Analisis Kesetimbangan Energi 3.2.1 Analisis pada Sisi
Tube 1. Perhitungan Laju Perpindahan Panas
1. Laju perpindahan panas aktual yang terjadi di dalam heat exchanger
adalah : .
.
, ,
. .
out h
in h
h h
T T
Cp m
Q −
= Panas spesifik udara kering diperoleh dari temperatur rata-rata udara :
Universitas Sumatera Utara
K C
C T
T T
out u
in u
5 ,
331 5
, 58
2 37
80 2
, ,
= =
+ =
+ =
Sehingga panas spesifik udara Cp
h
= 1,0078
K kg
kJ .
Jadi, laju perpindahan panas yang terjadi adalah : kW
K T
T Cp
m Q
K kg
kJ s
kg out
h in
h h
h
08 ,
2519 310
353 .
0078 ,
1 .
13 ,
58 .
.
. ,
, .
.
= −
= −
= Setelah laju perpindahan panas yang terjadi telah diketahui, maka laju
aliran massa air masuk dapat dicari dengan menggunakan hukum kesetimbangan energi :
udara air
Q Q
= Panas yang diepas udara =
out in
ud ud
ud
T T
Cp m
Q −
⋅ ⋅
= Panas yang diterima air pendingin =
in out
air air
ud
T T
Cp m
Q −
⋅ ⋅
= Maka laju aliran massa air adalah :
s kg
air s
kJ K
kg kJ
air udara
air
m K
m Q
Q 2
, 50
08 ,
2519 301
313 18
, 4
.
= =
− ⋅
⋅ =
2. Laju perpindahan panas maksimal rata-rata yang terjadi di dalam heat
exchanger adalah :
c c
c h
h
T Cp
m T
Cp m
Q ∆
= ∆
=
. .
. .
Panas spesifik Cp
h
udara pada temperatur rata-rata :
K kg
kJ h
out u
in u
Cp K
C C
T T
T
. ,
,
0078 ,
1 5
, 331
5 ,
58 2
37 80
2 =
= =
+ =
+ =
Panas spesifik air Cp
c
= 4,18
K kg
kJ .
Universitas Sumatera Utara
Maka :
K kW
K kg
kJ s
kg c
c c
K kW
K kg
kJ s
kg h
h h
Cp m
C Cp
m C
8 ,
209 18
, 4
. 2
, 50
. 58
, 58
0078 ,
1 .
13 ,
58 .
. .
. .
= =
= =
= =
Oleh karena itu C
min
= C
h
= 58,58
K kW
Jadi laju perpindahan panas maksimum rata-rata adalah : kW
K T
T C
Q
K kW
in c
in h
16 ,
3046 301
353 .
58 ,
58 .
, ,
min max
.
= −
= −
=
Efektivitas heat exchanger :
82 ,
16 ,
3046 08
, 2519
max
= =
= kW
kW Q
Q
ε
3. Analisis Psikometrik
Laju aliran massa uap air :
Analisis psikometrik digunakan untuk mengetahui rasio kelembaban udara yang digunakan untuk menghitung tekanan parsial uap air dan
titik embun uap air. Besaran-besaran tersebut dinyatakan melalui perhitungan-perhitungan sebagai berikut :
Entalpi spesifik uap air pada temperatur rata-rata :
kg kJ
fg out
a in
a
h C
T C
C T
T T
9 ,
2420 34
34 2
40 28
2
, ,
= ⇒
= =
+ =
+ =
− −
Maka, laju aliran massa uap air :
Universitas Sumatera Utara
s kg
kg kJ
s kJ
fg i
a
h Q
m 04
, 1
9 ,
2420 08
, 2519
. ,
.
= =
=
Rasio kelembaban udara pada saat masukhumidity ratio
i
ω
017 ,
13 ,
58 04
, 1
,
= =
= s
kg s
kg m
m
u i
a i
ω
Tekanan parsial uap air masuk
i v
p
,
bar p
p bar
p p
p p
i v
i v
i v
i v
i v
i
7 ,
5 ,
26 622
, 017
, 622
,
, ,
, ,
,
=
−
=
−
=
ω
Temperatur titik embun uap air diperoleh dari tabel termodinamika
pada
bar p
i v
7 ,
,
=
. Titik embun uap air T
d
= 89,9 C
Universitas Sumatera Utara
BAB IV PERANCANGAN
Kategori