2.2 Analisis Perpindahan Panas 2.2.1 Proses Perpindahan Panas pada Alat Penukar Kalor
Perpindahan panas secara thermodinamika: Besarnya panas yang diserap fluida dingin
Q
c
= × c
p,c
× T
co
-T
ci
Lit. 12 hal. 488 2.1
Dimana: Q
c
= kalornya yang diserap fluida dingin kW = laju aliran massa fluida dingin kgs
c
p,c
= kalor jenis fluida dingin Jkg.
o
C T
co
= temperatur fluida dingin keluar
o
C T
ci
= temperatur fluida dingin masuk
o
C
Sifat fluida dingin dievualusi pada temperatur dingin rata-rata, yaitu:
2 T
T T
ci co
c
− =
Lit. 6 hal. 302 2.2
Besarnya panas yang diserap fluida panas Q
c
= × c
p,h
× T
ho
-T
hi
Lit. 12 hal. 488 2.3
Dimana: Q
h
= kalornya yang diserap fluida panas W = laju aliran massa fluida panas kgs
c
p,h
= kalor jenis fluida panas Jkg.
o
C T
ho
= temperatur fluida panas keluar
o
C T
hi
= temperatur fluida panas masuk
o
C
Sifat fluida dingin dievualusi pada temperatur dingin rata-rata, yaitu:
2 T
T T
ho hi
h
− =
Lit. 6 hal. 302 2.4
2.2.2 Perpindahan Kalor dengan Menggunakan Metode LMTD
Besarnya laju perpindahan panas kalor dengan metode LMTD dapat dihitung, yaitu:
Q = U
o
× A
o
× F × LMTD Lit. 21 hal. 458
2.5 Dimana: Q
= parpindahan kalor W
Universitas Sumatera Utara
U
o
= koefisien perpindahan kalor menyeluruh Wm
2
.K F
= faktor koreksi LMTD = beda suhu rata-rata logaritma K
Beda suhu rata-rata logaritma LMTD,
Lit. 9 hal. 48 2.6
Untuk mencari F diperlukan parameter , Lit. 9 hal. 48
2.7
Lit. 9 hal. 48 2.8
Jika R = 1, maka diperoleh, 2.9
Jika R ≠ 1, maka diperoleh,
Lit. 21 hal. 483 2.10
Dimana: P = perbandingan efektivitas termal R = perbandingan kapasitas kalor
Luas perpindahan kalor adalah: A
o
= π × d
o
× L × N
t
Lit. 9 hal. 302 2.11
Dimana: A
o
= luas perpindahan kalor m
2
d
o
= diameter luar tabung m L = panjang tabung m
N
t
= jumlah tabung
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Aliran Internal Aliran Fluida dalam Tabung
Aliran internal adalah aliran yang mana fluida dibatasi oleh permukaan, lihat gambar 2.17. Oleh karena itu lapisan batas tak dapat berkembang tanpa
akhirnya dipaksa. Konfigurasi aliran internal menunjukan geometri mudah untuk memanaskan dan mendinginkan fluida yang dipakai di pengolahan kimia, kontrol
lingkungan, dan teknologi konversi energi.
Sumber: lit. 4 hal. 337
Gambar 2.17 : Aliran internal dari air dalam sebuah pipa dan aliran eksternal dari
udara di luar pipa pipa yang sama Penggambaran aliran fluida dalam pipa dapat dilihat kembali dari
penemuan bilangan Reynolds dimana pada kecepatan rendah aliran yang terjadi adalah laminar, yaitu fluida mengalir dalam aliran-aliran yang halus disertai
perpindahan momentum dan panas diantara aliran-aliran yang diatur oleh pergerakan molekul, serta penurunan tekanan dalam pipa berhubungan langsung
dengan konduktivitas termal yang dipengaruhi oleh viskositas dan perpindahan panas. Pada kecepatan yang lebih tinggi, aliran yang terjadi adalah turbulen
dimana proses transport dipercepat oleh komponen-komponen lateral kecepatan fluida sehubungan dengan adanya pusaran-pusaran yang terjadi.
Bilangan Reynolds pada sisi tabung dapat dihitung dengan persamaan: lit. 9 hal 325
2.12 Dimana: N
t
= jumlah tabung = laju aliran massa sisi tabung kgs
μ = viskositas dinamik kgm.s
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan bilangan Nusselt di dalam tabung dapat dihitung dengan persamaan:
1. Jika aliran laminar R
e,t
2300, bilangan Nusselt di dalam tabung diperoleh persamaan
Lit. 2 hal. 830 2.13
2. Jika aliran turbulen R
e,t
10.000, bilangan Nusselt di dalam tabung diperoleh persamaan
Lit. 2 hal. 830 2.14
Dimana: n = 0,4 jika fluida sebagai pemanas
n = 0,3 jika fluida sebagai pendigin
Penurunan tekanan di dalam tabung dapat dihitung yaitu: Lit. 9 hal. 311
2.15 Dimana:
∆p
t
= penurunan tekanan di dalam tabung Pa V
t
= kecepata fluida di dalam tabung ms f
t
= faktor gesekan di dalam tabung L
= panjang tabung m
Kecepatan aliran massa fluida di dalam tabung, Lit. 9 hal. 338
2.16 Dimana:
= luas aliran tabung m
2
Luas aliran tabung, Lit. 9 hal. 311
2.17 Dimana: N
p
= jumlah lintasan tabung
Faktor gesekan di dalam tabung Untuk aliran laminar
Universitas Sumatera Utara
Lit. 9 hal. 313 2.18
Untuk aliran turbulen Lit. 16 hal. 482
2.19
2.2.4 Aliran Eksternal Aliran Fluida Dalam Selongsong
