2.2.4.2 Metode Bell –Delaware
Delaware menemukan metode perhitungan perpindahan panas dan penurunan tekanan untuk aliran fluida di dalam selongsong dengan menggunakan
beberapa faktor koreksi. Faktor-faktor tersebut meliputi: a. Kebocoran yang melalui celah antar tabung dan sekat serta celah antara sekat
dan selongsong b. Aliran yang melalui celah antar bundel tabung dan selongsong
c. Efek dari konfigurasi sekat
2.2.4.2.1 Koefisien Perpindahan Panas Sisi Selongsong
Koefisien perpindahan panas di sisi selongsong h
o
dapat dihitung yaitu: h
o
= h
id
× J
c
× J
l
× J
b
× J
s
Lit. 8 hal. 317 2.28
dimana: h
o
= koefisien perpindahan panas di sisi selongsong Wm
2
K h
i
= koefisien perpindahan panas ideal Wm
2
K J
c
= faktor koreksi sekat yang dipotong J
l
= faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat J
b
= faktor koreksi akibat aliran bypass J
s
= faktor koreksi pada jarak sekat
- Koefisien perpindahan panas ideal yang diperoleh dari persamaan h
id
=
N
u ,s
×k
s
d
o
Lit. 8 hal. 231 2.29
Zukauskas membuat rumus korelasi untuk perpindahan kalor konveksi aliran menyilang melintasi bendel tabung susuanan selang seling dan susunan
segitiga untuk jumlah baris tabung N
r,cc
lebih besar dari 16. Untuk susunan bundel tabung segaris in-line:
N
u,s
= 0,90 × R
e,s 0,4
× P
r 0,25
, untuk 1
≤ R
e,s
100 N
u,s
= 0,52 × R
e,s 0,5
× P
r 0,25
, untuk 100
≤ R
e,s
1000 N
u,s
= 0,27 × R
e,s 0,63
× P
r 0,25
, untuk 1000
≤ R
e,s
2.10
5
N
u,s
= 0,033 × R
e,s 0,8
× P
r 0,25
, untuk 2.10
5
≤ R
e,s
2.10
6
Lit. 2 hal. 833
2.30
Universitas Sumatera Utara
Untuk susunan bundel tabung selang-seling staggered: N
u,s
= 1,04 × R
e,s 0,4
× P
r 0,36
, untuk 1
≤ R
e,s
500 N
u,s
= 0,71 × R
e,s 0,5
× P
r 0,36
, untuk 500
≤ R
e,s
1000 N
u,s
= 0,35 × �
X
t
X
l
�
0,2
× R
e,s 0,63
× P
r 0,36
, untuk 1000
≤ R
e,s
2.10
5
N
u,s
= 0,031 × �
X
t
X
l
�
0,2
× R
e,s 0,8
× P
r 0,36
, untuk 2.10
5
≤ R
e,s
2.10
6
- Bilangan Reynolds pada sisi selongsong R
e,s
yang dinyatakan sebagai R
e,s
=
ρ×V
max
×d
o
μ
Lit. 16 hal. 443 2.32
dimana: V
max
= kecepatan maksimum antar tabung di sekitar garis tengah
Kecepatan maksimum antar tabung di sekitar garis tengah aliran yang dihitung dari persamaan:
V
max
=
m
s
̇ ρ×A
m
Lit. 3 hal. 71 2.33
dimana: A
m
= luas aliran melintang tabung m
2
Luas aliran melintang tabung Untuk susunan tabung selang-seling,
A
m
= L
b
�D
s
− D
otl
+
D
otl
−d
o
X
t
−d
o
X
t
� Lit. 16 hal. 592
2.34 dimana: D
otl
= diameter bundel tabung m Untuk susunan tabung segaris,
A
m
= L
b
�D
s
− D
otl
+
2D
otl
−d
o
X
t
−d
o
X
t
� Lit. 16 hal. 592
2.35
Sumber: lit. 16 hal. 588 Gambar 2.19: Hubungan geometri sekat terhadap
alat penukar kalor segmen tunggal Lit. 2
hal. 833 2.31
Universitas Sumatera Utara
- Faktor koreksi sekat yang dipotong Faktor koreksi ini termasuk pengaruh perpindahan panas pada jendela sekat
dan bundel tabung J
c
= 0,55 + 0,72 × F
c
= 0,55 + 0,72 × 1
− 2F
w
Lit. 16 hal. 648 2.36
dimana: F
c
= fraksi tabung pada aliran menyilang F
w
= fraksi jumlah tabung dalam ruang bebas
fraksi jumlah tabung dalam ruang bebas F
w
yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan,
F
w
=
θ
ctl
2 π
−
sin θ
ctl
2 π
Lit. 8 hal. 590 2.37
dimana: θ
ctl
= sudut lingkaran terluar tabung rad
- Faktor koreksi pada kebocoran aliran melalui tabung-sekat dan sekat- selongsong menyangkut aliran A dan E, lihat gambar 2.19.
J
L
= 0,441 − r
s
+ [1 − 0,441 − r
s
]e
−2,2r
lm
Lit. 16 hal. 648 2.38
dimana: r
lm
= rasio luasan kebocoran terhadap luasan aliran melintang r
s
= rasio luasan kebocroan terhadap selongsong dengan sekat terhadap luasan aliran melintang
Rasio luasan kebocoran terhadap luasan aliran melintang r
lm
=
A
sb
+A
tb
A
m
Lit. 16 hal. 648 2.39
dimana: A
sb
= luas aliran pada celah antara selongsong dan sekat m
2
A
tb
= luas aliran pada celah antara tabung dan sekat m
2
Rasio luasan kebocroan terhadap selongsong dengan sekat terhadap luasan aliran melintang,
r
s
=
A
sb
A
sb
+A
tb
Lit. 16 hal. 648 2.40
Universitas Sumatera Utara
Lihat gambar 2.20 daerah yang tebal adalah luas kebocoran antara selongsong dan sekat A
sb
adalah A
sb
= π × D
s
�
δ
sb
2
� �1 −
θ
b
2 π
� Lit. 16 hal. 593
2.41
dimana: θ
b
= sudut pusat bundel tabung rad δ
sb
= jarak ruang bebas diametral dari sekat dengan selongsong m
Gambar 2.20: Luas kebocoran antara selongsong dengan sekat daerah lingkaran yang tebal
Sudut pusat bundel tabung, dapat dilihat pada gambar 2.19. θ
b
= 2cos
−1
�1 −
2L
c
D
s
� Lit. 16 hal. 590
2.42
Luas kebocoran antara tabung dengan sekat A
tb
, lihat gambar 2.21, adalah: A
tb
=
π×d
o
×N
t
× δt
b
1 −F
w
2
Lit. 16 hal. 593 2.43
dimana: δ
tb
= jarak ruang bebas diametral dari sekat dengan tabung m
Gambar 2.21: Luas kebocoran antara tabung dengan sekat daerah lingkaran yang tebal
δ
sb
2
δ
sb
2 δ
sb
2
Universitas Sumatera Utara
- Faktor koreksi efek bypass, menyangkut aliran C dan F, lihat gambar 2.15. J
b
= exp �−C × r
b
�1 − �2r
ss
1 3
��� Lit. 16 hal. 648
2.44 dimana: C = 1,35 untuk R
e,s
≤ 100 = 1,25 untuk R
e,s
100 r
b
= faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat r
ss
= faktor koreksi untuk sealing strip
Faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat: r
b
=
A
bp
A
m
Lit. 16 hal. 648 2.45
Dimana: A
bp
= luas kebocoran melintang untuk by-pass m
2
luas kebocoran melintang untuk by-pass, A
bp
= L
b
�D
s
− D
otl
+ 0,5 × N
P
× w
p
� Lit. 2 hal. 835
2.46
Faktor koreksi untuk sealing strip, r
ss
=
N
ss
N
r ,cw
=
N
ss 0,8
X l
�L
c
−
1 2
D
s
−D
ctl
�
Lit. 16 hal. 648 2.47
dimana: N
r,cw
= jumlah baris tabung yang dilintasi aliran melintang N
ss
= banyaknya jumlah sealing strips yang dipasang untuk menahan aliran bypass pada aliran melintang
- Faktor koreksi terhadap jarak sekat pada sisi masuk dan sisi keluar alat penukar kalor,
J
s
=
N
b
−1+L
i 1
−n
+L
o 1
−n
N
b
−1+L
i
+L
o
Lit. 16 hal. 648 2.48
dimana: L
b,i
= jarak sekat di sisi masuk selongsong m L
b,o
= jarak sekat di sisi keluar selongsong m n = 0,6 untuk aliran turbulen
n = 0,33 untuk aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
Jarak sekat di sisi masuk selongsong, L
i
=
L
b ,i
L
b
Lit. 16 hal. 648 2.49
Jarak sekat di sisi keluar selongsong, L
o
=
L
b ,o
L
b
Lit. 16 hal. 648 2.50
2.2.4.2.2 Penuruan Tekanan Sisi Selongsong
Kategori