Bilangan Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan sifat aliran fluida, apakah aliran termasuk aliran laminar, transisi atau turbulen. Untuk
Re 2000 biasanya termasuk jenis aliran laminar sedangkan untuk 2000 Re 4000 adalah jenis aliran transisi dan untuk Re 4000 adalah jenis aliran turbulen.
Bilangan nusselt untuk aliran laminar biasanya ditentukan oleh bentuk penampang dari pipa nilainya dibuat dalam bentuk tabel, berikut ketetapan untuk
beberapa bilangan nusselt sesuai dengan besar bilangan Reynolds dan bentuk penamapang.
- Untuk konveksi aliran dalam perhitungan bilangan Nusselt adalah : ��
�
= 0,023 ��
0,8
���
1 3
�……………………………………………2.8 Dengan ketentuan 0,7
≤ Pr ≥ 160 - Untuk konveksi aliran luar perhitungan bilangan Nusselt aliran menyilang
yaitu : ��
�
= 0,683 ��
0,466
��
1 3
…………………………………….2.9
Sumber : Cengel, 1989
2.7 Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor
Pada dasarnya laju perpindahan kalor pada kondensor dalam hal ini kondensor dipengaruhi oleh adanya tiga 3 hal, yaitu :
1. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh U Koefisien perpindahan panas yang terjadi pada kondensor adalah konveksi
paksa yang terjadi di dalam dan di luar tube serta konduksi pada tubenya.koefisien perpindahan panas total yang terjadi merupakan kombinsi dari ketiganya. Harga
koefisien perpindahan panas menyeluruh ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
� =
1
�� ℎ′ � .��
+
�� 2.
�
.ln �
�� ��
�+
1 ℎ′ �
…………………………………………….2-10
Sumber : Cengel, 1989
Dengan: U
= Koefisien pepindahan panas menyeluruh Wm
2 o
hi = Koefisien perpindahan panas sisi refrijeran Wm
C
2 o
h C
o
= Koefisien perpindahan panas sisi udara Wm
2 o
C
Universitas Sumatera Utara
D
o
= D
Diameter luar pipa m
i
= l
= Tebal pipa m Diameter dalam pipa m
k = Konduktifitas termal pipa Wm
o
Rf C
o
= Faktor pengotoran sisi luar m
2 o
Rf CW
i
= Faktor pengotoran sisi dalam m
2 o
Koefisien perpindahan kalor pada masing masing proses perpindahan kalor dapat dijabarkan sebagai berikut :
CW
• Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam hi. Berdasarkan perhitungan perubahan fasa pada kondensasi digunakan
rumus persamaan Cato yaitu : ℎ� = 0,555 �
�.�
�
�
�
−�
�
�
� 3
µ �
���
− �
�
�ℎ
��
+
3 8
�
��
�
���
− �
�
��
0,25
.……..……2.11 Keterangan :
hi = Koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam
Wm
2
kl,r = Konduktifitas thermal cair refrijeran Wm
K
2
g = Gaya grafitasi ms
K
2
ρl,
r
= Massa jenis cair refrijeran kgm
3
ρv,
r
= Massa jenis uap refrijeran kgm
3
µ l,r = Viskositas dinamik cair refrijeran kgm.s
Tsat = Temperatur saturasi K
Ts = Temperatur dinding K
hfg = Kalor laten kJkg
Cpl,r = Spesifik thermal cair refrijeran
• Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar ho ℎ
�
=
� �
�
��
�
…………………………………………………….….2.12 Keterangan :
ho = koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar Wm
2
k = Kondukt ifitas thermal Wm K
2
Do= Diameter luar m C
Universitas Sumatera Utara
• Menghitung Faktor Pengotoran Koefisien Perpindahan Panas Setelah dipakai beberapa lama, permukaan perpindahan kolar penukar
kalor mungkin dilapisi oleh endapan yang biasa terdapat dalam aliran, atau permukaan itu mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi antara fluida
dengan bahan yang digunakan dalam kontruksi penukar kalor. Dari kedua hal tersebut, lapisan itu memberikan tahanan termal tambahan terhadap aliran kalor,
dan hal ini menyebabkan menurunnya kemampuan kerja alat itu. Pengaruh menyeluruh daripada hal tersebut diatas dinyatakan dengan faktor pengotoran,
tahanan pengotoran R
f
�
�
=
1 ℎ′
�
−
1 ℎ
�
…………………………………….. 2.13 . Beberapa besaran faktor pengotoran hasil pengujian dan
penelitian sebagai berikut
�
�
=
1 ℎ′ �
−
1 ℎ
�
……………………………………………2.14 Keterangan :
ℎ′
�
= Koefisien konveksi internal total Wm
2
ℎ′� = Koefisien konveksi eksternal total Wm K
2
Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida K
Fluida �
�
, �
2
, ⁰��
Air laut, air sungai, air mendidih, air suling
Dibawah 50
o
Diatas 50 C
o
C 0,0001
0,0002
Bahan bakar 0,0009
Uap air bebas minyak 0,0001
Refrijeran cair 0,0002
Refrijeran gas 0,0004
Alkohol gas 0,0001
Udara 0,0004
Sumber : Janna, 2000
2. Luas perpindahan panas A • Menghitung luas perpindahan panas A
Universitas Sumatera Utara
Luas permukaan perpindahan panas permukaan dalam pipa Ai �
�
=
π 4
�
� 2
………………………………………………………..….2.15 Luas permukaan perpindahan panas permukaan luar pipa Ao
�
�
= � . �
�
. � …………………………………………………….2.16
Luas permukaan penukar kalor total dapat juga dihitung berdasarkan persamaan :
• Luas permukaan penukar panas Atotal �� = � . �
�����
. ��
����
…………………….……………..……2.17 �
�����
=
�� �
�
. ��
����
………………….…………...……….2.18 Keterangan :
Ao = Luas permukaan total,dalam m
2
Ai = Luas permukaan total,luar m
2
L = Panjang pipa m
U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh Wm
2
ΔT LMTD = Beda suhu rata-rata log K
Sumber : Cengel, 1989
3. Beda suhu rata-rata log atau Logarithmic Mean Temperatur Difference ΔT LMTD
Di dalam kondensor, banyaknya perpindahan kalor dihitung berdasarkan perbedaan temperatur logaritmik. Hal tersebut dilukiskan pada gambar 2.10.
Makin besar perbedaan temperatur rata-rata, makin kecil ukuran penukar kalor luas bidang perpindahan kalor yang bersangkutan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Selisih perbedaan temperatur rata-rata logaritmik kondensor
��
1
= �
�,�
− �
�,�
……………………………………...……………..2.19 ��
2
= �
�,�
− �
�,�
………………………………….….……………..2.20 �
����
=
��
2
−��
1
��
�� 2 �� 1
………………………………………...…………..2.21 Keterangan :
Tr,i = Temperatur refrijeran masuk
o
Tr,o = Temperatur refrijeran keluar
C
o
Tu,i = Temperatur udara masuk
C
o
Tu,o = Temperatur udara keluar C
o
Dimana LMTD ini disebut beda suhu rata-rata log atau beda suhu pada satu ujung kalor dikurangi beda suhu pada ujung lainnya dibagi dengan logaritma
alamiah daripada perbandingan kedua beda suhu pada ujung lainnya. Konfigurasi aliran alternative adalah alat penukar panas dimana fluida bergerak dalam arah
aliran melintang cross flow atau dengan sudut tegak lurus satu sama lainya melalui alat penukar panas tersebut, jika suatu penukar kalor yang bukan jenis
pipa ganda digunakan, perpindahan kalor dihitung dengan menerapkan faktor koreksi terhadap LMTD untuk pipa susunan ganda aliran lawan arah dengan suhu
fluida panas dan dingin yang sama, maka persamaan perpindahan panas menjadi Q = U.A.ΔT
C
LMTD
2.8 Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor
