23
2.6 Analisa Alat Penukar Kalor dengan Metode LMTD Log Mean Temperature Difference
Persamaan perpindahan panas lokal melalui elemen ds dari sebuah apk. Jika T
h
dan T
c
adalah suhu kedua fluida yang berada di elemen dan dari permukaan APK maka laju perpindahan panas diantara kedua fluida melalui
elemen ds dituliskan dengan rumus : dq = U dA T
h
– Tc 2.3
dimana, dq : Laju perpindahan panas kedua fluida, W
U : Koefisien perpindahan panas menyeluruh, Wm
2
.K dA
: luas penampang tabung, m
2
T
h
: Suhu fluida panas, ⁰C
T
c
: Suhu fluida dingin, ⁰C
Gambar 2.24. distribusi suhu APK aliran searah
Sumber : Yunus. A. Chengel, 2003
Dalam desain dan prediksi unjuk kerja suatu alat penukar kalor, sagt diperlukan mengetahui hubungan-hubungan antara laju perpindahan panas total
dengan temperatur fluida masukan atau keluaran, koefisien perpindahan panas keseluruhan, dan luas permukaan total untuk perpidahan panas. Dua hubungan
yang telah tersedia diperoleh dari penerapan neraca kesetimbangan keseluruhan pada fluida panas dan dingin seperti pada gambar 2.29. Intinya, jika q adalah laju
Universitas Sumatera Utara
24
perpindahan panas total antara fluida pnas dan dingin dan pengabaian perpindahan panas antara penukar kalor dan sekelilingnya, begitu juga perubahan energi
potensial dan kinetik, aplikasi dari neraca memberikan q =
ṁ
h
i
h,i
– i
h,o
2.4a q =
ṁ
c
i
c,i
– i
c,o
2.4b dimana : q
= Laju perpindahan panas, Watt
ṁ
h
=
laju aliran massa panas, kgs
ṁ
c
=
laju aliran massa dingin, kgs
i
h,i
, i
h,o
=
Entalpi aliran fluida panas
i
c,i
, i
c,o
=
Entalpi aliran fluida dingin Jika fluida tidak mengalami perubahan fasa dan mempunyai spesifikasi yang
konstan, persamaan di atas berubah menjadi : q =
ṁ
h
c
p,h
T
h,i
– T
h,o
2.5a q =
ṁ
c
c
p,c
T
c,i
– T
c,o
2.5b dimana temperature yang terlibat dalam persamaan di atas merupakan temperatur
rata-rata fluida dalam lokasi yang ditentukan. Persamaan-persamaan 2.4 dan 2.5 dapat digunakan untuk semua pola aliran dan tipe penukar kalor. Jika kita
ilustrasikan persamaan 2.4 dan 2.5 merupakan keseimbangan energi antara fluida panas dan dingin pada penukar panas seperti pada gambar berikut
Gambar 2.25. Keseimbangan energi keseluruhan antara fluida panas dan dingin
pada penukar panas Sumber : Franks.P.Incropera, 1996
Universitas Sumatera Utara
25
Pernyataan yang tepat diperoleh dari laju perpindahan panas q dengan beda temoperatur antara panas dan dingin dimana :
ΔT =T
h
- T
c
2.6 Pernyataan di atas dapat menjadi perluasan dari hukum Newton untuk
pendingin, dengan koefisien perpindahan panas keseluruhan digunakan sebagai pengganti koefisien perpindahan panas konveksi. Bagaimanapun
ΔT bervariasi dengan posisi dalam penukar panas, sehingga dibutuhkan suatu persamaan untuk
laju perpindahan panas dengan asumsi bahwa koefisien perpindahan panasnya konstan, sebagai berikut
Q = UA ΔT
m
2.7 Dimana : Q = Laju perpindahan panas, Watt
A = Luas penampang, m
2
ΔT
m
= Log mean temperature differance beda rata-rata temperatur, K Persamaan diatas mungkin dapat digunakan bersama-sama dengan persamaan-
persamaan sebelumnya untuk membuat suatu analisa terhadap penukar panas. Tapi sebelumnya kita harus menentukan nilai
ΔT
m.
Asumsi-asumsi di atas akan digunakan sebagi dasar untuk persamaan ΔT
m
dari sebuah penukar panas. Dengan menggunakan neraca energi untuk suatu elemen difrensial untuk aliran yang paralel, dan aliran berlawanan.
a. Metode LMTD Pada Aliran Paralel
Kategori