4.1.1. Koefisien Perpindahan Panas Bagian Dalam Pipa h
i
Dalam penentuan koefisien pindahan panas pipa bagian dalam h
i
digunakan dari tabel sifat – sifat air dengan temperatur rata – rata ��
u
383,03 °C pada tekanan 59,15 bar. Maka dari tabel diperoleh data sebagai berikut :
μ = 2,4538 . 10
-5
kgm.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 : V
u
=
�
�
. �
̇ � .�
�
……………… A. Harry Sorensen.1983. hal 339 dimana :
V
u
= kecepatan aliran uap dalam pipa ms n
= jumlah pipa superheater 74 batang �
�
̇ = laju aliran uap = 50,5 kgs
v = voleme uap dihitung berdasarkan volume jenis uap rata
– rata pada tekanan 59,15 bar �̅
=
�
6
+ �
7
2
; dimana : �
6
= 0,033028 m
3
kg �
7
= 0,056869 m
3
kg �̅
=
0,033028 +0,056869 2
= 0,0449 m
3
kg Maka, V
u
=
50,5 � 0,0449
74 .
� 4
0,040894
2
= 23,34 ms Dari hasil kecepatan uap dalam pipa yang diperoleh yaitu 23,34 ms, masih
dalam batas kecepatan uap yang diijinkan, dimana kecepatan uap maksimum yang diijinkan sebesar 50 ms MJ. Djokostyardjo. 1990, hal 186 .
Besarnya koefisien pindahan panas dianalisa berdasarkan harga bilangan Reynold R
e
dari persamaan berikut : R
e
=
�.�
�
. �
�
�
Universitas Sumatera Utara
Dimana : ρ
= Massa jenis uap pada superheater kgm
3
μ = Viskositas dinamik uap kgm.s
D
i
= Diameter bagian dalam m Maka, nilai R
e
dapat diperoleh yaitu : R
e
=
21,41 � 23,34 � 0,040894
2,4538 � 10
−5
= 823794,69
Aliran yang terjadi adalah turbulen dengan R
e
2300, maka nilai h
i
dapat dihitung dari persamaan berikut :
h
i
=
�
�
. �
�
�
…………………………. Yildiz Bayazitoglu. 1988, hal 283 Bilangan Nusselt N
u
dapat dihitung dari persamaan berikut : N
u
= 0,023 . R
e 0,8
. P
r 0,4
............................. J.P. Holman. 1998, hal 252 = 0,023 . 832794,69
0,8
. 1,08167
0,4
= 1282,39 Maka, nilai h
i
dapat diperoleh yaitu : h
i
=
1227 ,98 � 0,05991
0,040894
= 1878,71 Wm
2
.°C
4.1.2. Koefisien Perpindahan Panas Bagian Luar Pipa D
o
Dalam perancangan ini susunan pada pipa dirancang dengan susunan selang – seling. Seperti pada sketsa gambar berikut:
ALIRAN GAS
A
1
A
2
S
D
S
T
S
L
Gambar 4.3. Susunan pipa selang-seling
Universitas Sumatera Utara
Dimana : S
T
= Jarak transversal m S
L
= Jarak longitudinal m S
D
= Jarak diagonal m A
1
= Jarak antara dua buah pipa secara transversal m A
2
= Jarak antara dua buah pipa secara diagonal m Dalam perencanaan ini bahwa jarak S
T
= S
L
= 2 x D
o
= 0,096 m. Untuk mendapatkan besarnya koefisien konveksi terlebih dahulu
ditentukan temperatur rata – rata, yaitu : ��
g
=
516,46+406,73 2
= 461,6 = 734,75 °K Dari tabel sifat – sifat udara diperoleh :
k = 0,054 Wm .°K
μ = 3,435 . 10
-5
kgm.s P
r
= 0,685 ρ
= 0,48 kgm
3
Maka, dari data diatas dapat dihitung kecepatan gas maksimum V
g maks
yang terjadi :
V
g
=
�
�
̇ �
�
. �
�
. � . �
dimana: V
g
= kecepatan gas masuk pada pipa diukur pada temperatur gas buang.
�
�
̇ = laju aliran gas buang = 477,5 kgs ρ
g
= massa jenis gas buang = 0,4648 kgm
3
S
T
= jarak dua buah pipa = 0,096 m n = jumlah pipa 1 baris = 74 batang
L = panjang pipa = 14,64 m V
g
=
477 ,5 0,48 . 0,096. 74 . 14,64
= 9,56 ms Maka, diperoleh kecepatan maksimum gas V
g maks
adalah :
Universitas Sumatera Utara
V
g maks
=
�
�
�
�
−�
�
. V
g
………….Frank Incropera and David Dewit hal. 344 =
0,096 0,096
−0,04826
. 9,56 = 19,22 ms
Sehingga dapat dihitung bilangan Reynold R
e
, yaitu : R
e
=
� . �
� ����
. �
ℎ
�
Dimana : R
e
= Bilangan Reynold ρ
= Massa jenis gas kgm
3
D
h
= Diameter hidrolik pipa m μ
= Viskositas dinamik pada suhu rata – rata kgm.s Pada D
h
dapat diperoleh dengan rumus: D
h
= �
�
. 4 .
�
�
�
ℎ
… M. W. Kays and A. L. London. 1984. Hal 8 Dimana:
�
�
= Jarak antara dua buah pipa m A
a
= Luas penampang aliran m
2
A
h
= Luas total permukaan yang menyerap panas m
2
Dan : h
o
=
�
�
. �
�
ℎ
dimana: N
u
= Bilangan Nusselt k
= Konduktivitas gas buang Wm.°K Dalam hal perancangan ini, pipa –pipa pada superheater dirancang dengan
menggunakan sirip untuk menyediakan luas permukaan pindahan panas yang dibutuhkan. Ukuran sirip dapat terlihat pada gambar berikut
Universitas Sumatera Utara
l r
e
r
o
r
i
δ
Gambar 4.4 Penampang pipa bersirip
Dimana : r
o
= Jari – jari luar pipa = 0,02413 m
l = 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 r
i
= Jari – jari dalam pipa = 0,020447 m Berdasarkan data diatas, maka dapat dicari :
Luas permukaan sirip �
�
�
�
= �
2. �.��
� 2
− �
� 2
� 4
+ �. �
�
. ��.�
�
dimana : �
�
= Luas permukaan sirip m
2
D
e
= Diameter sirip = 0,066 m D
o
= Diameter luar pipa = 0,04826 m
Universitas Sumatera Utara
δ = Tebal sirip = 0,0046 m
maka, luas permukaan sirip adalah : �
�
= �
2. �.�0,066
2
− 0,04826
2
� 4
+ �. 0,066. 0,00046�.289
= 0,947 m
2
Luas permukaan primer �
�
A
p
= ��. �
�
. �� − �. �
�
��.�
�
dimana : �
�
= 1 untuk 1 batang pipa A
p
= [ 3,14.0,04826 1
− 0,00046. 289].1 = 0,131 m
2
Luas total pada permukaan pipa yang menyerap tiap 1 meter panjang pipa adalah :
A
h
= A
f
+ A
p
= 0,947 + 0,131 = 1,078 m
2
Perhitungan pada diameter hidrolik : Luas penampang area aliran gas buang pada gambar berikut :
1 m 0,00046 m
S
T -
D
O
S
T
Gambar 4.5. Profil luas penampang area Superheater
Universitas Sumatera Utara
Dalam hal ini luas penampang area A
a
merupakan luas penampang tanpa sirip dalam 1 meter dikurangi dengan luas sirip dalam 1 meter.
A
a
= �
�
− �
�
� − 2. ��. �. �
�
� = 0,096 – 0,04826 .1 – 2. 0,009.0,00046.289
= 0,045 m
2
• Maka, dapat diperoleh nilai D
h
yaitu : D
h
= 0,096 . 4 .
0,045 1,078
= 0,016 m tiap 1 meter panjang pipa • Sehingga diperoleh bilangan Reynold adalah :
R
e
=
0,48.19,22.0,016 3,435
� 10
−5
= 4297,22 2000 R
e
40.000 Untuk mencari nilai N
u
bilangan Nusselt digunakan rumus yaitu : N
u
= 1,13 . C
1
. R
e m
. P
r 0,33
dimana, N
u
= bilangan Nusselt R
e
= bilangan Reynold P
r
= bilangan Prandalt • Untuk nilai pada C
1
dan m dapat diperoleh dengan menggunakan tabel kolerasi Grimson yang bergantung pada harga S
L
D
o
atau S
T
D
o
dari susunan pipa yang direncanakan.
�
�
�
�
=
0,096 0,04826
= 2 • Maka, dari tabel kolerasi diperoleh :
C
1
= 0,482 m
= 0,556 • Jadi nilai untuk N
u
adalah: N
u
= 1,13 . 0,482 . 4297,22
0,556
. 0,685
0,33
= 50,34 • Maka dapat diperoleh koefisien panas diluar pipa h
o
h
o
=
�
�
. �
�
ℎ
=
50,34 .0,054 0,016
Universitas Sumatera Utara
= 169,89 Wm
2
. k
4.1.3. Pemilihan pipa Superheater
Kategori