Gambar 4.2 Sketsa rancangan pipa – pipa superheater.
Sehingga jumlah pipa – pipa superheater yang dibutuhkan adalah : 1
096 ,
7 +
= n
= 74 batang dalam satu baris
4.1.1. Koefisien Perpindahan Panas di dalam Pipa h
i
Koefisien pindahan panas dalam pipa h
i
seharusnya ditentukan pada temperatur film. Dalam hal ini dapat juga ditentukan pada kondisi temperatur uap
rata – rata superheater =
u T
410,75
o
C pada tekanan 88,8842 bar. Dari tabel sifat- sifat air pada berbagai tekanan dan temperatur, Lampiran 11 setelah
diinterpolasi diperoleh data – data sebagai berikut : µ
= 2,4538 . 10
-5
kg m.s k
= 0,05991 Wm C
ρ = 1v = 21,41 kgm
3
Pr = 1,08167
Cp = 2,6326 Jkg.K
Kecepatan aliran uap pada superheater dihitung sebagai berikut :
i u
u
A n
m V
. .
.
ρ
= …………..…………..Lit. 12 hal 339
dimana: V
u
= Kecepatan aliran uap dalam pipa ms
u
m
= Laju aliran uap = 67,126 kg s
n = Jumlah pipa superheater = 74 batang
v = Volume jenis uap, dihitung atas dasar volume jenis uap rata- rata
pada superheater dengan tekanan 59,16 bar. ;
2
7 6
v v
v +
=
dimana : =
6
v 0,033028
kg m
3
056869 ,
7
= v
kg m
3
2 056869
, 033028
, +
= v
= 0,0449 kg
m
3
Maka diperoleh harga kecepatan uap sebesar :
2
0409 ,
4 74
056869 ,
. 126
, 67
π =
u
V = 31,016 ms
Diperoleh kecepatan uap dalam pipa sebesar 31,016 ms masih dalam batas kecepatan uap maksimum yang diijinkan untuk uap kenyang yaitu sebesar 50
ms.lit. MJ. Djokostyardjo “ Pembahasan lebih lanjut tentang ketel uap ‘1990, hal 186
Besarnya koefisien pindahan panas dianalisa berdasarkan harga bilangan Reynold:
e
R = µ
ρ
i u
D V .
. …………………….Lit. 1 hal 234
Dimana : ρ = Massa jenis uap pada superheater
3
m kg
µ = Viskositas dinamik uap kgm.s
i
D = Diameter dalam m Maka :
µ ρ
i u
e
D V
R .
. =
e
R =
5
10 .
4538 ,
2 0409
, .
016 ,
31 .
41 ,
21
−
= 1106844,474
Aliran yang terjadi adalah turbulen R
e
2300 , maka h
i
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
i u
i
D k
N h
. =
…….Lit. 1 hal 283
Bilangan Nussselt dapat dihitung dengan :
4 ,
8 ,
. 023
,
r e
u
P R
N =
……………………Lit. 7 hal 252 = 0,023 . 1106844,474
0,8
. 1,08167
0,4
= 1624,18 Dengan :
κ = 0,05991 Wm
o
C D
i
= 0,0409 m Maka :
0409 ,
05991 ,
. 18
, 1624
=
i
h h
i
= 2379,09 Wm
2 o
C
4.1.2 Koefisien Pindahan Panas di Luar Pipa h
o
Susunan pipa yang dirancang adalah susunan selang – seling. Seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.3 Susunan pipa selang – seling Dimana : S
T
= Jarak transversal transverse pitch m 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
= 0,096 m Dalam perencanaan ini susunan pipa direncanakan selang – seling. Untuk
mendapatkan besarnya koefisien konveksi terlebih dahulu ditentukan sipat – sipat
gas buang. Sipat – sipat gas buang seharusnya dievaluasi pada temperatur film, dapat juga dievaluasi pada temperatur rata – rata pendekatan gas buang, yaitu :
2 67
, 457
46 ,
516 +
=
g
T
= 487,065
o
C = 760,215
o
K Dari tabel sipat – sipat udara lampiran 11 diperoleh :
κ = 0,05564 Wm
K µ
= 3,510 .10
-5
kg m.s ρ = 0,4647 kgm
3
Pr = 0,6866
Cp = 1,0881 Jkg. 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 4.3
o Apabila pada A
1
, maka :
g O
T T
gmaks
V D
S S
V .
− =
…………………Lit. 8 hal 344
o Apabila pada A
2
, maka :
g O
D T
gmaks
V D
S S
V .
2 −
= ……………….Lit. 8 hal 344
V
gmaks
terjadi pada A
2
apabila:
2 2
5 ,
2 2
O T
T L
D
D S
S S
S −
+ =
…….Lit. 8 hal 344
2 048
, 096
, 2
096 ,
096 ,
5 ,
2 2
−
+
0,107912636 0,07239
Maka dapat disimpulkan V
g maks
terjadi pada A
1
: 2
O T
D
D S
S +
g O
T T
gmaks
V D
S S
V .
− =
……………………..Lit. 8 hal 344 dimana :
V
g
= Kecepatan gas masuk pada rangkuman pipa diukur pada temperatur gas buang masuk rangkuman pipa
L n
S m
V
T g
g g
. .
.
ρ
=
dimana :
g
m
: Laju aliran gas buang = 647,11kgs
g
ρ : Massa jenis gas buang pada T
gas buang masuk
= 516,46
o
C : = 789,61
o
K yaitu, sebesar 0,4468 kgm
3
S
T
: Jarak dua buah pipa = 0,096 m n
: Banyak pipa 1 baris = 74 batang L
: Panjang pipa 1 batang = 14,64 m Maka :
64 ,
14 .
74 .
096 ,
. 4468
, 11
, 647
=
g
V = 13,925 ms
Maka dapat diperoleh kecepatan gas maksimum V
g maks
sebesar : 925
, 13
. 048
, 096
, 096
, −
=
gmaks
V = 27,85 ms
Sehingga Bilangan Reynold maksimum untuk gas buang, adalah : µ
ρ
h gmaks
e
D V
R .
. =
Dimana : R
e
: Bilangan Reynold ρ
: Massa jenis gas pada suhu rata – rata kgm
3
D
h
: Diameter hidrolik pipa m µ : Viskositas dinamik pada suhu rata – rata kgm.s
Dimana :
D
h
=
h a
f
A A
. 4
. 1
……………………Lit. 9 hal 8 Dimana :
1
f
: Jarak dua buah pipa = 0,084 m A
a
: Luas penampang aliran m
2
A
h
: Luas total permukaan yang menyerap panas m
2
Dan : h
o
=
Dh k
Nu.
Dimana : N
U
= Bilangan Nusselt K = Konduktivitas gas buang Wm
o
C Pada perancangan pipa – pipa HPSuperheater ini, dirancang menggunakan
sirip untuk menyediakan luas permukaan pindahan panas yang dibutuhkan, ukuran sirip terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.4. Penampang pipa bersirip Dimana : r
o
: Jari – jari luar pipa = 0,024 m 1 : Panjang sirip = 0,009 m
r
e
: Jari –jari pipa bersirip =0,033 m δ : Tebal sirip = 0,00046 m
N
f
: Jumlah sirip = 289 siripm
i
r : Jari –jari dalam pipa = 0,0204 m.
Penentuan panjang, tebal dan jumlah sirip diperoleh dari lampiran 2, berdasarkan penelitian, maka dapat dicari :
o Luas permukaan sirip A
f f
e o
e f
N D
D D
A .
. .
4 .
2
2 2
+ −
= δ
π π
dimana : A
f
: Luas permukaan sirip m
2
D
e
: Diameter sirip = 0,066 m D
o
: Diameter luar pipa = 0,048 m δ
: Tebal sirip = 0,0046 m N
f
: jumlah sirip dalam 1 meter panjang pipa Maka diperoleh luas permukaan sirip sebesar :
289 .
0046 ,
. 066
, .
4 048
, 066
, .
. 2
2 2
+ −
=
π π
f
A
= 0,9586 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 .
289 .
00046 ,
1 048
, .
− =
π
p
A = 0,13068 m
2
untuk 1 meter panjang pipa 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 A
p
: Luas primer Maka luas total permukaan pipa yang menyerap panas diperoleh sebesar :
A
h
=0,9586 + 0,13068 = 1,0893 m
2
o Perhitungan Diameter hidraulik D
h
: Luas penampang area aliran gas buang gambar 4.5
1 m 0,00046 m
Gambar 4.5. Profil luas penampang area HPSuperheater
Dalam hal ini,
Luas penampang area A
a
merupakan luas penampang tanpa sirip dalam 1 meter dikurangi luas sirip dalam 1 meter.
f O
T a
N L
D S
A .
. 1
2
δ
− −
=
= 0,096 – 0,048 . 1 – 2 0,009.0,00046.289 = 0,0456 m
2
Maka dapat diperoleh harga diameter hidrolik D
h
: D
h
=
0893
, 0456
, .
4 .
096 ,
= 0,016 m dalam 1 m panjang pipa
Sehingga Bilangan Reynold :
5
10 .
510 ,
3 016
, .
85 ,
27 .
4647 ,
−
=
e
R = 5899,44
2000 R
e
40.000 Jumlah baris diasumsikan
≥
10
Maka rumus mencari bilangan Nusselt Lit. 8 hal 355 adalah: Nu = 1,13. C
1
. R
e m
. Pr
0,33
Dimana: Nu
= Bilangan Nusselt Re
= Bilangan Reynold Pr
= Bilangan Prandalt Harga konstanta C
1
dan m diperoleh dari tabel korelasi Grimson lampiran 1 yang bergantung pada harga S
L
D
o
dan S
T
D
o
dari susunan pipa yang direncanakan.
2 04826
, 09652
, =
=
o L
D S
2 04826
, 09652
, =
=
o T
D S
Dari tabel diperoleh : C
1
= 0,482 dan m = 0,556,
3 1
556 ,
6866 ,
44 ,
5899 482
, .
13 ,
1 =
Nu = 60,015
Maka dapat dicari koefisien pindahan panas di luar pipa h
o
Dh k
Nu h
o
. =
= 016
, 05564
, .
015 ,
60 = 208,702 Wm
2 o
C
4.1.3. Pemilihan Pipa HP Superheater
