Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
N
u
= 0,023
4 ,
8 ,
.
r e
P R
= 0,023 . 73653,096
8 ,
. 2,0105
4 ,
= 238,125 Dengan :
k = 0,692 Wm
o
C D
i
= 0,0409 m Maka :
h
i
= 0409
, 692
, .
125 ,
238 = 3436,134 Wm
2 o
C
4.1.2. Koefisien Pindahan Panas di Luar Pipa h
i
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
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
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 sifat-sifat gas buang. Sifat-sifat gas buang seharusnya dievaluasi pada temperatur film, dapat juga dievaluasi pada temperatur rata-rata
pendekatan gas buang, yaitu :
g
T =
2 435
, 457
31 ,
519 +
= 488,37
o
C = 761,52 K
Dari tabel sifat-sifat udara lampiran 11 diperoleh : k
= 0,0557 Wm.K = 3,514.10
5 −
kgm.s = 0,464 kgm
3
Pr = 0,687
Cp = 1,088 kJkg. K
Maka dapat dihitung kecepatan gas maksimum V
g maks
pada rangkaian 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 : V
gmaks
=
g o
T T
V D
S S
. −
……………………. Lit. 8 hal 344 o
Apabila pada A
2
, maka : V
gmaks
=
g o
D T
V D
S S
. 2
− …………………... Llit. 8 hal 344
o V
gmaks
terjadi pada A
2
apabila : S
D
2
o T
D S
+
S
D
=
5 ,
2 2
2
+
T L
S S
2
o T
D S
−
……………………. Lit.8, hal 344
5 ,
2 2
2 096
, 096
,
+
2 048
, 096
, −
0,107912636 0,07239 Maka dapat disimpulkan V
gmaks
terjadi pada A
1
:
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
V
gmaks
=
g o
T T
V D
S S
. −
……………………. Lit.8, hal 344 dimana :
V
g
= Kecepatan gas masuk pada rangkuman pipa diukur pada temperatur Gas buang masuk rangkuman pipa
V
g
= L
n S
m
T g
g
. .
.
.
ρ dimana :
g
m
.
: Laju aliran gas buang = 525 kgs
g
: Massa jenis gas buang pada T
gas buang masuk
= 519,31
o
C adalah sebesar 0,445083 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 :
V
g
= 64
, 14
. 74
. 096
, .
445 ,
525 = 11,281 ms
Sehingga Bilangan Reynold maksimum untuk gas buang adalah : R
e
= µ
ρ
h gmaks
D V
. .
Dimana : R
e
: Bilangan Reynold : Massa jenis gas pada suhu rata-rata kg m
3
D
h
: Diameter hidrolik pipa m : Viskositas dinamik pada suhu rata-rata kgm.s
Dimana : D
h
= 1
f
. 4 .
h a
A A
……………………………. Lit 10 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
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
Dan : h
o
=
h u
D k
N . ……………………………. Lit 8 hal 334
Dimana : N
u
= Bilangan Nusselt K
= Konduktivitas gas buang Wm
o
C Pada perancangan pipa-pipa superheater ini, dirancang menggunakan sirip untuk
menyediakan luas permukaan pindahan panas yang dibutuhkan, ukuran sirip terlihat pada gambar di bawah ini.
ri ro
re
Gambar 4.4. Penampang Pipa Bersirip Dimana :
r
i
: Jari-jari dalam pipa = 0,02 r
o
: Jari-jari luar pipa = 0,024
1 : Panjang sirip
= 0,009 m r
e
: Jari-jari pipa bersirip = 0,03 : Tebal sirip
= 0,00046 m N
f
: Jumlah sirip = 300 siripm
Penentuan panjang, tebal dan jumlah sirip diperoleh dari lampiran II, maka dapat dicari : o
Luas permukaan sirip A
f
A
f
=
f e
o e
N D
D D
. .
. 4
2
2 2
+ −
δ π
π
dimana : De
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
A
f
: Luas permukaan sirip m
2
D
e
: Diameter sirip = 0,06 m D
o
: Diameter luar pipa = 0,048 m : Tebal sirip = 0,00046 m
N
f
: Jumlah sirip dalam panjang pipa
Maka diperoleh luas permukaan sirip sebesar : A
f
=
300 .
00046 ,
. 06
, .
4 048
, 06
, .
. 2
2 2
+ −
π π
= 1,00012 m
2
dalam 1 meter panjang pipa o
Luas permukaan primer A
p
A
p
=
t f
o
N N
L D
. .
δ π
−
Dimana : N
t
: 1, untuk 1 batang pipa.
[ ]
1 .
300 .
00046 ,
1 048
, .
− =
π
P
A = 0,1307 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 m
2
A
p
: Luas primer m
2
Maka luas total permukaan pipa yang menyerap panas diperoleh sebesar : A
h
: 1,00012 + 0,1307 : 1,13082 m
2
o Perhitungan Diameter Hidraulik D
h
: Luas penampang area aliran gas buang Gambar 4.5.
1 m
0,00046 m
ST ST
- DO
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
Gambar 4.5. Profil Luas Penampang Area Superheater
Dalam hal ini,
Luas penampang area A
a
merupakan luas penampang tanda sirip dalam 1 meter dikurangi luas sirip dalam 1 meter.
A
a
=
f o
T
N L
D S
. .
1 2
δ
− −
= 0,096 – 0,048 .1 – 2 0,009.0,00046.300 = 0,046 m
2
Maka dapat diperoleh harga diameter hidrolik D
h
: D
h
= 0,096 . 4 .
13082
, 1
046 ,
= 0,0156 m dalam 1 m panjang pipa
Sehingga Bilangan Reynold : R
e
=
5
10 .
514 ,
3 562
, 22
. 464
,
−
= 4654,754 2000 R
e
40.000
Maka rumus mencari bilangan Nusselt adalah : N
u
= 1,13 . C
1 .
R
e m
. Pr
13
……………………. Lit. 8 hal 344 Dimana :
N
u
= Bilangan Nusselt R
e
= Bilangan Reynold Pr
= Bilangan Prandtl 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
048 ,
096 ,
= =
o L
D S
Parlindungan Simanjuntak : Perancangan Heat Recovery Steam Generator HRSG Kapasitas 209 Ton Uap Jam Dengan Memanfaatkan Gas Buang Dari Lima Unit Turbin Gas, 2010.
2 048
, 096
, =
=
o T
D S
Dari tabel diperoleh : C
1
= 0,482 dan m = 0,556. maka diperoleh harga bilangan Nusselt :
N
u
= 1,13.0,482 4654,754
0,556
0,687
13
= 52,61
Maka dapat dicari koefisien pindahan panas diluar pipa h
o
h
o
=
Dh k
Nu.
……………………………. Lit 8 hal 334 =
0156 ,
0557 ,
. 61
, 52
= 187,54 Wm
2o
C
4.1.3. Pemilihan Pipa Superheater
