Tabel 2.2 : Bilangan Nusselt untuk aliran laminar berkembang penuh didalam annulus dengan salah satu permukaan pipa isotermal dan permukaan
lainnya adiabatik D
i
D
o
Nu
i
Nu
o
- 3,66
0,05 17,46
4,06 0,10
11,56 4,11
0,25 7,37
4,23 0,50
5,74 4,43
1,00 4,86
4,86 Sumber : Cengel
Jika bilangan Nusselt diketahui, koefisien perpindahan panas untuk permukaan pipa bagian dalam dan bagian luar dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan Nu
i
= h
i
D
h
k 2.15
Nu
o
= h
o
D
h
k 2.16
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
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
=
lnD
o
D
i
2kL
2.17
Gambar 2.21 : Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis D
i
≈ D
o
dan A
i
≈ A
o
Sumber : Cengel 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
+
lnD
o
D
i
2kL
+
1 h
o
A
o
2.18
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 =
Δ
T R
= UA ∆T = U
i
A
i
∆T = U
o
A
o
∆ T
2.19 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
2.20 Sebagai catatan bahwa U
i
A
i
= U
o
A
o
tetapi U
i
≠ U
o
kecuali A
i
= A
o
2.7 Faktor Kotoran Fouling Factor
Penumpukan kotoran pada permukaan alat penukar kalor biasanya mengakibatkan performansi alat penukar kalor semakin menurun seirinng dengan
bertambahnya waktu pemakaian sebagai akibat terjadinya. Lapisan kotoran tersebut menimbulkan hambatan tambahan pada proses perpindahan panas dan
mengakibatkan penurunan laju perpindahan panas pada alat penukar kalor. Penumpukan kotoran pada alat penukar kalor disebut faktor kotoran R
f
yang menjadi ukuran dalam tahanan termal.
Faktor kotoran adalah nol untuk alat penukar kalor yang baru dan meningkat dengan meningkatnya lama pemakaian sehingga kotoran menempel
pada permukaan alat penukar kalor. Faktor kotoran bergantung pada temperatur operasi dan kecepatan fluida, dan sebanding dengan panjang alat penukar kalor.
Kotoran akan meningkat dengan meningkatnya temperatur dan menurunnya kecepatan.
Persamaan koefisien perpindahan menyeluruh telah diberikan sebelumnya yang berlaku untuk permukaan alat penukar kalor yang bersih. Persamaan
sebelumnya perlu dimodifikasi sebagai efek dari kotoran pada permukaan dalam dan luar tabung. Untuk alat penukar kalor tabung cangkang yang tidak memiliki
sirip, persamaan sebelumnya menjadi :
1 UA
s
=
1 U
i
A
i
=
1 U
o
A
o
=
R =
1 h
i
A
i
+
R
f,i
A
i
+
lnD
o
D
i
2kL
+
R
f,o
A
o
+
1 h
o
A
o
2.21 A
i
= D
i
L dan A
o
= D
o
L adalah luas area permukaan dalam dan luar alat penukar kalor.
R
f,i
dan R
f,o
adalah faktor kotoran permukaan dalam dan luar alat penukar kalor.
Tabel 2.3 : Faktor kotoran untuk berbagai fluida [9]
Fluid R
r
, m
2
,
o
CW Distiled water, sea
water, river water, boiler feedwater:
Below 50
o
C Above 50
o
C 0,0001
0,0002
Fuel oil 0,0009
Steam oil free 0,0001
Refrigerants liquid
0,0002 Refrigerants
vapor 0,0004
Alcohol vapors 0,0001
Air 0,0004
Sumber : Cengel
2.8 Metode LMTD Evaluasi performansi thermal sebuah alat penukar kalor pada keadaan
