Metode Bell-Delaware .1 Koefisien Perpindahan Panas Sisi Selongsong

- Besarnya koefisien perpindahan panas eksternal,

3.2.4.1.2 Penurunan Tekanan pada Bagian Selongsong Δp

s Faktor gesekan di dalam selongsong, = 0,432 Penurunan tekanan yang melintasi selongsong Δp s , = 68,65 Pa 3.2.4.2 Metode Bell-Delaware 3.2.4.2.1 Koefisien Perpindahan Panas Sisi Selongsong Sudut pusat bundel tabung, 127,21 = 2,22 rad Sudut pusat terhadap lingkaran terluar tabung, = 112,62 Universitas Sumatera Utara = 1,966 rad Luas kebocoran antara selongsong dengan sekat A sb , = 0,0005004 m 2 Luas kebocoran antara tabung dengan sekat A tb , = 0,000789 m 2 Luas kebocoran melintang untuk bypass, = 0,00091 m 2 Jumlah baris tabung efektif yang dilalui aliran melintang N r,cc , = 5 Jumlah baris tabung yang dilintasi aliran melintang N r,cw , = 1,48 Universitas Sumatera Utara - Koefisien perpindahan panas Luas aliran melintang tabung, = 0,00128 m 2 Kecepatan maksimum antar tabung di sekitar garis tengah aliran, Bilangan Reynolds R e,s pada sisi selongsong, Bilangan Nusselt pada sisi selongsong, 25,26 Koefisien perpindahan panas ideal, - Faktor koreksi untuk konfigurasi sekat Fraksi jumlah tabung dalam ruang bebas F w yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan, Fraksi tabung pada aliran menyilang, F c = 1 – F w = 1 – 2 x 0,166 = 0,668 Universitas Sumatera Utara Maka faktor koreksi untuk sekat, J c = 0,55 + 0,72 × F c = 0,55 + 0,72 × 0,668 = 1,03 - Faktor koreksi pada kebocoran aliran melalui tabung - sekat dan sekat - selongsong menyangkut aliran A dan E. Rasio luasan kebocoran terhadap luasan aliran melintang, = 0,574 Rasio luasan kebocoroan terhadap selongsong dengan sekat terhadap luasan aliran melintang, Faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat, = 0,476 - Faktor koreksi efek bypass, menyangkut aliran C dan F. Faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat, Faktor koreksi untuk efek sealing strip, Universitas Sumatera Utara Faktor koreksi akibat aliran bypass, = 1,14 - Faktor koreksi terhadap jarak sekat pada sisi masuk dan sisi keluar alat penukar kalor, = 0,987 Koefisien perpindahan panas di sisi selongsong, h o = h i × J c × J l × J b × J s = 1159,96 × 1,031 × 0,478 × 1,14× 0,987 = 630,29 Wm 2 .K 3.2.4.2.2 Penurunan Tekanan pada Bagian Selongsong Δp s - Faktor koreksi pada aliran efek bypass, - Faktor koreksi untuk efek kebocoran sekat, = 0,2646 - Penurunan tekanan aliran menyilang ideal Δp c , Universitas Sumatera Utara = 0,1568 - Penurunan tekanan untuk daerah jendela ideal Δp w . Luas aliran jendela sekat kotor, = 0,004225 m 2 Luas aliran jendela sekat yang ditempati oleh tabung, = 0,001345 m 2 Luas aliran jendela sekat bersih, Penurunan tekanan pada jendela sekat, Universitas Sumatera Utara = 2,73 Pa - Faktor koreksi terhadap jarak sekat pada sisi masuk dan sisi keluar alat penukar kalor, Maka, penurunan tekanan pada sisi selongsong = 72,96 Pa Untuk menentukan desain alat penukar kalor yang optimal maka dilakukan perhitungan menggunakan tiga alternatif yaitu 1 – 1 lintasan, 1 – 2 lintasan dan 1 – 4 lintasan. Rangkuman dari perhitungan-perhitungan dari ketiga alternatif tersebut dapat dilihat pada tabel 3.7, 3.8 dan tabel 3.9. Universitas Sumatera Utara Tabel 3.7 : Koefisien perpindahan panas dan Penurunan Tekanan di dalam tabung A t R e,t N u,t h i V t f t ∆p t 1 - 1 Pass 0.00367 341.47 5.71468 19.2452 9.22179 0.18743 11768.99 1 - 2 Pass 0.00140 894.31 7.85198 26.443 24.1523 0.01789 20899.36 1 - 4 Pass 0.00063 1976.90 10.2015 34.3553 53.3893 0.00809 62432.39 Tabel 3.8 : Koefisien perpindahan panas dan penurunan tekanan di luar tabung Metode Kern D e A s G s R e,s h o f s ∆p s 1 - 1 Pass 0.02549 0.00166 49.8779 1711.75 894.376 0.43231 68.6532 1 - 2 Pass 0.02549 0.00166 49.8779 1711.75 894.376 0.43231 68.6532 1 - 4 Pass 0.02549 0.00166 49.8779 1711.75 894.376 0.43231 68.6532 Tabel 3.9 : Koefisien perpindahan panas dan penurunan tekanan di luar tabung Metode Bell-Delaware A sb A tb A bp A m V max R e,s N u,s h id F c J c r lm r s J l r b r ss 1 - 1 Pass 0.0005 0.00079 0.00091 0.00225 0.03716 681.83 1142.58 1142.58 0.66799 1.031 0.574 0.388 0.476 0.406 1 1 - 2 Pass 0.0005 0.0006 0.00198 0.00225 0.03716 681.83 1142.58 1142.58 0.66799 1.031 0.491 0.454 0.498 0.881 1 1 - 4 Pass 0.0005 0.00055 0.00305 0.00225 0.03716 681.83 1142.58 1142.58 0.66799 1.031 0.466 0.479 0.506 1.356 1 J b J s h o N r,cw N r,cc R l R b R s A w,t A w,g A w ∆p id ∆p w ∆p s 1 - 1 Pass 1.13937 0.88413 564.623 1.48314 5 0.2646 1 1.44192 0.00423 0.001 0.003 6.679 2.725 72.98 1 - 2 Pass 1.32716 0.88413 688.573 1.48314 5 0.2785 1 1.44192 0.00423 0.001 0.003 6.679 2.454 73.99 1 - 4 Pass 1.54591 0.88413 814.765 1.48314 5 0.28252 1 1.44192 0.00423 9E-04 0.003 6.679 2.381 74.28 Universitas Sumatera Utara 3.2.5 Koefisien Perpindahan Panas Total - Metode LMTD - Metode Kern Untuk menghitung perpindahan panas total juga diperhitungkan tahanan pengotoran pada sisi tabung, selongsong, dan dinding tahanan. Sisi tabung f i = 0,0009 m 2 . o C W lampiran G h i = 64,82 Wm 2 . o C Sisi selongsong f o = 0,00053 m 2 . o C W lampiran G h o = 894,38 Tahanan dinding Material tabung : Tembaga Konduktivitas termal k w : 403 Wm. o C Koefisien perpindahan panas total, U = 247,42 - Metode Bell – Delaware Pada metode Bell – Delaware nilai koefisien perpindahan panas h o sebesar 642,13 Wm 2 . o C Universitas Sumatera Utara Koefisien perpindahan panas total, U = 213,01 Tabel 3.10 merupakan rangkuman perbandingan koefisien perpindahan panas total alat penukar kalor berdasarkan hitungan untuk tiga alternatif perancangan. Tabel 3.10 : Koefisien perpindahan panas total alat penukar kalor berdasarkan hitungan LMTD Kern Bell - Delaware 1 -1 Pass 15.75 105.59 103.06 1 -2 Pass 15.75 247.42 248.05 1- 4 Pass 15.75 164.62 169.70 3.2.6 Efektivitas Alat Penukar Kalor c c = s × c p,c = 0,083 kgs x 4179 Jkg. o C = 346,88 Js. o C c h = t × c p,h = 0,044 kgs x 1073 Jkg. o C = 47,212 Js. o C c c c h , maka c c,max = 346,88 Js. o C - Metode LMTD Universitas Sumatera Utara = 0,60367 - Metode Kern = 0,6096 - Metode Bell – Dellaware = 0,7347 Universitas Sumatera Utara Tabel 3.11 : Efektifitas alat penukar kalor berdasarkan hitungan LMTD Kern Bell - Delaware 1 -1 Pass 0.603671 0.7073 0.7347 1 -2 Pass 0.603671 0.7552 0.7926 1- 4 Pass 0.603671 0.8289 0.8355 Pemilihan alat penukar kalor yang paling optimum adalah alternatif tiga 1 – 4 lintasan karena pada alat penukar ini koefisien perpindahan panas total yang terjadi lebih tinggi daripada alternatif yang lain. Untuk biaya dalam pembuatannya dapat dilihat dari banyaknya material yang digunakan di alternatif tiga jumlah tabung yang digunakan jauh lebih sedikit sehingga harganya lebih murah. Universitas Sumatera Utara

BAB 4 ANALISIS MENGGUNAKAN SOLIDWORKS

FLOW SIMULATION

4.1 Proses Simulasi CFD

Simulasi adalah tiruan dari sebuah sistem dinamis dengan menggunakan model komputer yang digunakan untuk melakukan evaluasi dan meningkatkan kinerja sistem. Terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan proses simulasi CFD, yaitu : prepocessor, processor dan postprocessor.

4.1.1 Prepocessor

4.1.1.1 Modeling

Perangkat lunak yang digunakan untuk membuat model geometri adalah Catia V5R19. Pembuatan model dilakukan dengan membuat tiap-tiap bagian alat penukar kalor seperti sekat, tabung, penutup cover, pelat tabung dan selongsong berdasarkan hasil perhitungan dan pemilihan dari tabel yang sesuai menurut standar TEMA. Tiap-tiap bagian digabungkan dengan perangkat lunak Catia Assembly Design sehingga hasilnya seperti pada gambar 4.1. Modeling yang telah disusun disimpan dalam fomat stp. Gambar 4.1 : Modeling Alat Penukar Kalor yang digambar dengan perangkat lunak Catia V5R19 Universitas Sumatera Utara