Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
Pipa evaporator dalam hal ini direncanakan menggunakan pipa baja dengan diameter lebih besar dari pipa superheater. Diambil ukuran pipa dari ukuran standart pipa untuk baja schedule 40
dengan diameter nominal DN 2” lampiran ukuran pipa . Maka diambil ukuran –ukuran pipa evaporator sebagai berikut :
D
i
: Diameter dalam = 2,067 in = 0,0525 m
D
o
: Diameter luar = 2,375 in = 0,0603 m
t : tebal pipa
= 0,154 in = 0,0039 m Untuk menentukan banyaknya jumlah pipa yang dibutuhkan sesuai dengan laju aliran uap
dan diameter pipa yang direncanakan, maka diambil suatu batasan seperti yang ada pada superheater :
Panjang pipa uap aktif yang berhubungan dengan pipa-pipa = 7 m
Jarak antara dua buah pipa
Panjang pipa perbatang
Penentuan panjang pipa berdasarkan pemilihan dari panjang pipa yang sering digunakan dengan panjang 4,88 m Lit. 5 hal 142
Jumlah pipa dalam 1 baris direncanakan seperti perancangan pada superheater. Maka sket perancangan pipa superheater dapat dilihat pada gambar 4.8. berikut ini :
Gambar 4.8. Evaporator Yang Direncanakan
Sehingga jumlah pipa –pipa evaporator yang dibutuhkan adalah : n =
1 12065
, 7
+ = 59 batang pipa dalam 1 baris
4.2.1. Koefisien Perpindahan Panas di Dalam Pipa h
i
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
Koefisien pindahan panas dalam pipa h
i
seharusnya ditentukan pada temperature film. Dalam hal ini dapat juga ditentukan pada kondisi temperature uap rata-rata evaporator Tu =
519,646
o
C pada tekanan 37,594 bar. Dari tabel sifat –sifat air pada berbagai tekanan dan temperatur, Lampiran 12 setelah diinterpolasi diperoleh data-data sebagai berikut :
k = 0,3658 Wm
o
C = 1,31 . 10
-4
kgm.s = 1v = 18,7692 kgm
3
Pr = 1,0226
Cp = 3,904 kJkg.K
Kecepatan aliran uap pada pipa evaporator dihitung sebagai berikut :
i u
A n
V m
V .
.
2
= ………………………………. Lit. 3 hal 339
Dimana : V
u
= Kecepatan aliran uap dalam pipa ms m
u
= Laju aliran uap = 58,098 kgs n
= Jumlah pipa evaporator = 59 batang v
= Volume jenis uap, dihitung atas dasar volume jenis uap rata-rata pada evaporator dengan tekanan 37,594 bar
v =
2
5 6
v v
+
v =
2 05328795
, 0012438196
, +
v = 0,0273 m
3
kg Maka diperoleh harga kecepatan uap sebesar :
V
u 2
0525 ,
4 .
59 0273
, .
0986 ,
58 π
=
=
12,4 ms
Besarnya koefisien pindahan panas dianalisa berdasarkan harga bilangan Reynold, dihitung dari persamaan berikut :
R
e
= µ
ρ
i u
D V .
.
=
4
10 .
31 ,
1 0525
, .
4 ,
12 .
7962 ,
18
−
= 93426,036
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
Aliran yang terjadi adalah turbulen, R
e
4000 Lit. 11 hal 131 , maka h
i
Dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
i u
i
D k
N h
. =
Bilangan Nusselt dapat dihitung dengan :
N
u
= 0,023 R
e 0,8
.Pr
0,4
= 0,023 . 93426,036
0,8
. 1,0226
0,4
= 219,782 Dengan :
k = 0,3658 Wm
o
C D
i
= 0,0525 m Maka :
251 ,
1531 0525
, 365
, .
782 ,
219 =
=
i
h Wm
2o
C
4.2.2. Koefisien Pindahan Panas di Luar Pipa h
o
Susunan pipa evaporator yang dirancang adalah susunan selang-seling. Seperti pada gambar 4.9. berikut :
Gambar 4.9. Susunan Pipa Selang-Seling
Dimana : S
T
= Jarak transversal transverse pitch m
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
S
L
= Jarak longitudinal longitudinal pitch m S
D
= Jarak diagonal m A
1
= Jarak antara 2 buah pipa secara transversal m A
2
= Jarak antara 2 buah pipa secara diagonal m Direncanakan S
T
= S
L
= 2 . D
o
= 0,12065 m Sifat-sifat gas buang dievaluasi pada temperatur rata-rata :
g
T
=
2 646
, 276
432 ,
453 +
= 365,04
o
C = 638,19 K Dari tabel sifat-sifat udara lampiran 11 diperoleh :
k = 0,04853 Wm.K
= 3,139.10
-5
kgm.s = 0,554 kgm
3
Pr = 0,682
Cp = 1,0615 kJkg.K
Maka dapat dihitung kecepatan gas maksimum V
g maks
pada rangkuman pipa, dimana dari gambar dibawah ini, maka kecepatan maksimum dapat terjadi pada A
1
dan A
2
Gambar 4.9 o
Apabila pada A
1
, maka : V
g maks
=
g o
T T
V D
S S
. −
o Apabila pada A
2
, maka : V
g maks
=
g o
D T
V D
S S
. 2
− o
V
g maks
terjadi pada A
2
apabila : S
D
2
o T
D S
+
S
D
= 2
2
5 ,
2 2
o T
T L
D S
S S
−
+
S
D
=
2 060325
, 12065
, 2
12065 ,
12065 ,
5 ,
2 2
+
+
0,134890796 0,0904875 Maka dapat disimpulkan V
g maks
terjadi pada A
1
:
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
V
g maks
=
g o
T T
V D
S S
. −
dimana : V
g
= Kecepatan gas masuk pada rangkuman pipa diukur pada temperatur gas buang masuk rangkuman pipa
dimana :
g
m
.
: Laju aliran gas buang = 525 kgs
g
: Massa jenis gas buang pada T
gas masuk
= 453,435
o
C = 726,585 K yaitu, sebesar 0,486 kgm
3
S
T
: Jarak dua buah pipa = 0,12065 m n
: Banyak pipa 1 baris = 59 batang L
: Panjang pipa 1 batang = 14,64 batang Maka :
V
g
= 64
, 14
. 59
. 12065
, .
486 ,
525 = 10,37 ms
Maka dapat diperoleh kecepatan gas maksimum V
g maks
sebesar : V
g maks
= 37
, 10
. 060325
, 12065
, 12065
, −
= 20,73 ms Sehingga bilangan Reynold maksimum untuk gas buang, adalah :
µ ρ
h maks
e
D V
R .
. =
Dimana : R
e
: Bilangan Reynold : Massa jenis gas pada suhu rata-rata kgm
3
D
h
: Diameter hidrolik pipa m : Viskositas dinamik pada suhu rata-rata kgm.s
Dimana :
h a
f h
A A
D .
4 .
1 =
……………………………… Lit 10 hal 8 Dimana :
1
f
: Jarak dua buah pipa = 0,12065 m A
a
: Luas penampang aliran m
2
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
A
h
: Luas total permukaan yang menyerap panas m
2
Dan :
h o
D k
Nu h
. =
Dimana : N
u
= Bilangan Nusselt K
= Konduktivitas gas buang Wm
o
C Pada perancangan pipa-pipa evaporator ini, dirancang menggunakan sirip dengan profil
yang sama dengan superheater Gambar 4.4 untuk menyediakan luas permukaan pindahan panas yang dibutuhkan, ukuran sirip seperti dibawah ini.
r
o
: Jari-jari luar pipa = 0,03016 m 1
: Panjang sirip = 0,009 m r
e
: Jari-jari pipa bersirip = 0,03916 m : Tebal sirip = 0,00031 m
N
f
: Jumlah sirip = 275 siripm Penentuan panjang, tebal dan jumlah sirip diperoleh dari lampiran 2, maka dapat dicari :
o Luas permukaan sirip A
f
A
f
=
f e
o e
N D
D D
. .
. .
2
2 2
+ −
δ π
π
dimana : A
f
: Luas permukaan sirip m
2
D
e
: Diameter sirip = 0,0783 D
o
: Diameter luar pipa = 0,0603 m : Tebal sirip = 0,00031 m
N
f
: Jumlah sirip dalam 1 meter panjang pipa = 275 sirip Maka diperoleh luas permukaan sirip sebesar :
A
f
=
275 .
00031 ,
. 0783
, .
0603 ,
0783 ,
. .
2
2 2
+ −
π π
= 1,099 m
2
dalam 1 meter panjang pipa o
Luas permukaan primer A
p
t f
o P
N N
L D
A .
.
δ π
− =
Dimana : N
t
: 1, untuk 1 batang pipa.
[ ]
1 .
275 .
00031 ,
1 060325
, .
− =
π
P
A = 0,17336 m
2
untuk 1 meter panjang pipa
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
o Luas total permukaan pipa yang menyerap panas untuk 1 meter panjang pipa A
h
dan A
h
= A
f
+ A
P
Dimana : A
h
: Luas total permukaan pipa yang menyerap panas m
2
A
f
: Luas permukaan sirip = 1,099 m
2
A
P
: Luas primer = 0,17336 m
2
Maka luas total permukaan pipa yang menyerap panas diperoleh sebesar : A
h
= 1,099 + 0,17336 = 1,2724 m
2
Luas penampang area A
a
merupakan luas penampang tanpa sirip dalam 1 meter dikurangi luas sirip dalam 1 meter.
A
a
= S
T
- D
o
L – 21. .N
f
= 0,120 – 0,0603.1-2 0,009 . 0,00031.275 = 0,05879 m
2
Maka dapat diperoleh harga diameter hidrolik D
h
: D
h
= 0,12065.4.
2724
, 1
05879 ,
= 0,0223 m dalam 1 m panjang pipa
Sehingga Bilangan Reynold :
5
10 .
139446 ,
3 022298213
, .
734676 ,
20 .
553605 ,
−
=
e
R = 8403
2000 R
e
40.000
Maka rumus mencari bilangan Nusselt adalah : Nu = 0,13. C
1
. R
e m
.Pr
0,33
Dimana : Nu
= Bilangan Nusselt Re
= Bilangan Reynold Pr
= Bilangan Prandtl Harga konstanta C
1
dan m diperoleh dari tabel korelasi Grimson lampiran 1 yang bergantung pada harga S
L
Do dan S
T
Do dari susunan pipa yang direncanakan.
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
2 0603
, 12065
, =
=
o L
D S
dan 2
0603 ,
12065 ,
= =
o T
D S
Dari tabel korelasi Grimson lampiran 1 diperoleh : C
1
= 0,482 dan m = 0,556,maka diperoleh harga bilangan Nusselt :
Nu = 1,13.0,4828403
0,556
0,68
3 1
= 72,88
Maka dapat dicari koefisien pindahan panas di luar pipa h
o
Dh k
Nu h
o
. =
0223 ,
04853 ,
. 88
, 72
= = 158,615 Wm
2o
C
4.2.3. Pemilihan Pipa Evaporator
