34
1. Energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air
Energi untuk mengubah air menjadi uap steam dapat dihitung dengan persamaan berikut :
a. Qu = M
w
C
p
T
da
– T
w
b. Panas Laten uap: Q
S =
M
S
L
S
+ M
S
C
ps
T
s
– T
da
Panas yang dibutuhkan oleh boiler : Q
B
= Q
U
+ Q
S
atau Q
B
={[M
w
C
p
T
da
– T
w
+ M
S
L
S
+ M
S
C
ps
T
s
– T
da
]} 6
dimana : Qu
= energi untuk pemanasan air, kJ, kKal Q
S
= panas latent uap, kJ, kKal Q
B
= panas yang dibutuhkan oleh boiler untuk menguapkan air, KJ M
w
= massa air yang diuapkan, kg M
S
= masa uap yang dihasilkan, kg Cp
= panas jenis air, kJkg C
Cps = panas jenis uap, kJkg
C T
da
= titik didih air, C
T
S
= suhu uap, C
Tw = suhu air masuk,
C Ls
= panas laten penguapan, kJkg Panas yang dihasilkan oleh boiler tidak seluruhnya digunakan untuk
penyulingan, tetapi ada sebagian panas yang hilang ke lingkungan melalui pipa uap, dinding ketel suling, tutup ketel suling, tutup bawah ketel suling dan pipa
penghubung ke kondensor secara konveksi.
a. Permukaan pipa uap Bagian permukaan pipa uap diasumsikan sebagai pipa silider horisontal dan
vertikal.
Bagian pipa Vertikal
Kehilangan panas melaui pipa uap vertikal dapat dihitung menggunakan persamaan Newton sebagai berikut :
Q
L
pv = h Ap Top – T
∞
7 Dimana :
Q
L
pv = panas yang hilang melalui pipa vertikal, kJ h
= koefisien konveksi udara lingkungan, Wm
2
C Ap = Luas permukaan luar pipa,m
2
Top = suhu dinding luar pipa, C
T
∞
= suhu udara lingkungan, C
35 Nilai h dapat dicari dengan persamaan dibawah ini :
h = Nu
V
k Lpu
-1
8 Menurut McCabe 1999, Nu pada silinder vertikal dapat dicari dengan persamaan
Nu
V
= 0.59 GrPr
0.25
9 Untuk jangkauan 10
4
GrPr 10
9
atau Nu
V
= 0.13 GrPr
0.333
10 Untuk jangkauan 10
9
GrPr 10
12
dimana : k
= Konduktivitas panas lingkungan, Wm
2
C Lpu = panjang pipa uap,m
Bagian Horisontal
Kehilangan energi melalui pipa uap horisontal dapat dihitung dengan persamaan Newton :
Qh
pu
= h A
p
Top – T 11
dimana : Qh
pu
= panas yang hilang melalui pipa uap horisontal, kJ h
= koefisien konveksi udara lingkungan, Wm
2
C A
P
= Luas permukaan pipa uap horisontal, m
2
Top = suhu dinding luar pipa uap,
C T
= suhu udara lingkungan, C
Nilai h dapat dicari dengan persamaan dibawah ini : h
= Nu
D
k Du
-1
12 dimana :
k = Konduktivitas panas lingkungan, Wm
2
C Du
= Diameter luar pipa uap,m Menurut Mc. Adam dalam Kamil dan Pawito 1983 Nu silinder horisontal
Untuk 10
3
GrPr10
9
maka : Nu
H
= 0.53 GrPr
0,25
13 b. Dinding ketel suling
Bagian dinding ketel diasumsikan sebagai pipa silider vertikal yang besar. Kehilangan energi melalui dinding ketel suling dapat dihitung dengan persamaan
Newton Kamil dan Pawito, 1983 : Q
LD
= h A
D
Tod – T
∞
14 dimana :
Q
LD
= Panas yang hilang melalui dinding ketel suling, kJ
36 h
= koefisien konveksi udara lingkungan, Wm
2
C A
D
= Luas permukaan luar dinding ketel,m
2
Tod = suhu dinding luar ketel, C
T
∞
= suhu udara lingkungan, C
Nilai h dapat dicari dengan persamaan dibawah ini : h
=Nu
D
k L
D -1
15 dimana :
k = Konduktivitas panas lingkungan, Wm
2
C L
D
= tinggi dinding ketel suling,m Menurut McCabe 1999, Nu pada silinder vertikal dapat dicari dengan
persamaan 9 dan 10 : c. Tutup ketel suling
Tutup ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari bawah. Kehilangan energi melalui tutup ketel suling dapat
dihitung dengan persamaan Newton : Q
LT
= h A
T
Tot- T
∞
16 dimana :
Q
LT
= Panas yang hilang melalui bagian horizontal tutup ketel suling, KJ h
= koefisien konveksi udara lingkungan, Wm
2
C A
T
= Luas permukaan luar tutup ketel,m
2
Tot = suhu tutup ketel,
C T
∞
= suhu udara lingkungan, C
Nilai h dapat dicari dengan persamaan dibawah ini : h = Nu
T
k Dt
-1
17 dimana :
k = Konduktivitas panas lingkungan, Wm
2
C D
t
= diameter tutup ketel suling,m Menurut McCabe 1999, Nu pada plat horisontal yang dipanaskan dari bawah
dapat dicari dengan persamaan : Nu
B
= 0.27 GrPr
0.25
18 Untuk 10
5
GrPr 10
9
atau
37 d. Dasar ketel suling
Bagian dasar ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari atas. Kehilangan energi melalui dasar ketel suling dapat dihitung
dengan persamaan Newton Kamil dan Pawito, 1983 : Q
LB
= h A
B
Tob – T
∞
19 dimana :
Q
LB
= Panas yang hilang melalui dasar ketel suling, kJ H
= koefisien konveksi udara lingkungan, Wm
2
C A
B
= Luas permukaan luar dasar ketel,m
2
Tob = suhu luar dasar ketel,
C T
∞
= suhu udara lingkungan, C
Nilai h dapat dicari dengan persamaan dibawah ini : h = Nut k D
B -1
20 dimana :
k = Konduktivitas panas lingkungan, Wm
2
C D
B
= diameter dasar ketel suling,m Menurut McCabe 1999, Nu pada plat horisontal dapat dicari dengan persamaan :
Nu
B
= 0.54 GrPr
0.25
21 Untuk 3x10
5
GrPr 3x10
10
Nu
B
= 0.14 GrPr
0.333
22 Untuk 2x10
7
GrPr 3x10
12
Total panas yang hilang adalah : Q
L
total = Q
LP
+ Q
LD
+ Q
LT
+ Q
LB
2. Energi yang dimanfaatkan oleh ketel suling :
Kategori