19
efisiensi perpindahan panas yang baik. Berikut gambar alat penukar kalor tipe gasket plate exchanger :
Gambar 2.21. Gasket plate exchanger
Sumber : http:www.kelvion.comtypo3temp_processed
2.5 Analisa Perpindahan Panas
Proses perpindahan panas yang terjadi pada alat perpindahan kalor heat exchanger terjadi dalam dua bentuk yaitu konveksi-konduksi, proses perpindahan
panas ini hanya terjadi bila terdapat perbedaan temperatur di dalam atau antara media.
2.5.1 Perpindahan Panas Konveksi pada Pipa Anulus
Gambar 2.22. Perpindahan panas pipa anulus
Sumber : Franks.P.Incropera, 1996
Universitas Sumatera Utara
20
Fluida melewati ruangan anulus yang dibentuk oleh beberapa tabung konsentrik, dan perpindahan panas yang mungkin terjadi ke atau dari kedua
permukaan dalam dan luar. Dalam perhitungan, analisa fluks panas atau temperatur dapat dilakukan secara terpisah pada masing-masing permukaan.
Dalam beberapa kasus, fluks panas dari masing-masing permukaan mungkin dihitung dengan pernyataan yang berbentuk sebagai berikut :
q
i
” = h
i
T
s,i
– T
m
2.1a q
o
” = h
o
T
s,o
– T
m
2.1b dimana :
q
i
” = fluks panas dinding dalam
q
o
” = fluks panas dinding luar
h
i
= koefisien perpindahan panas konveksi pada dinding dalam h
o
= koefisien perpindahan panas konveksi pada dinding luar T
s,i
= temperatur dinding dalam T
s,o
= temperatur dinding luar T
m
= temperatur rata-rata aliran sepanjang permukaan silang tabung
Sebagai catatan bahwa koefisien konveksi terpisah untuk masing-masing permukaan. Bilangan Nusselt berbentuk sebagai berikut :
Nu
i
=
hi Dh k
2.2a Nu
o
=
ho Dh k
2.2b dimana : k = koefisien konduksi fluida
D
h
= 4AP =
4 π.4D0
2
− Di
2
πDo +πDi
=
D
o
- D
i
A = Luas penampang tabung P
= Kelilig penampang tabung Do = Diameter luar
D
i
= Diameter dalam
Universitas Sumatera Utara
21
Untuk aliran laminar berkembang penuh dimana yang permukaannya di isolasi dan permukaan yang lain dengan temperatur konstan, maka Nu
i
, Nu
o
dapat dilihat tabel berikut :
Tabel 2.1. Bilangan Nusselt untuk aliran laminar berkembang penuh pada pipa
anulus yang tabung dimana yang permukaan diisolasi dan permukaan yang lain temperatur konstan
D
i
D
o
Nu
i
Nu
o
- 3,66
0,05 17,46
4,06 0,10
11,56 4,11
0,25 7,37
4,23 0,50
5,74 4,43
≈1,00 4,86
4,86
Sumber : W.M. Kays, 1964
Bilangan-bilangan Nusselt di atas dapat langsung digunakan jika salah satu permukaan dinding diisolasi, sehingga tidak ada perpindahan panas dari atau
ke permukaan tersebut. Sedangkan untuk salah satu permukaan yang mempunyai fluks panas yang konstan, bilangan Nusselt berubah menjadi :
Nui =
Nu ᵢᵢ
1 −q₀qᵢƟi
2.3a Nuo =
Nu ₀₀
1 −qᵢq₀Ɵo
2.3b Nilai Nu
ii
, Nu
oo
, Ɵ
i
dan Ɵ
o
diperoleh dari tabel 2.2 sebagai berikut :
Tabel 2.2. Koefisien pada aliran laminar berkembang penuh di dalam tabung
anulus dengan fluks panas konstan
D
i
D
o
Nu
ii
Nu
oo
Ɵ
i
Ɵ
o
- 4,364
a
∞ 0,05
17,81 4,792
2,18 0,0294
0,10 11,91
4,834 1,383
0,0562 0,20
8,499 4,833
0,905 0,1041
0,40 6,583
4,979 0,603
0,1823 0,60
5,912 5,099
0,473 0,2455
0,80 5,88
5,24 0,401
0,299 1,00
5,385 5,385
b
0,346 0,346
Sumber : W.M. Kays, 1964
Universitas Sumatera Utara
22
Dari tabel diatas adapun grafik hubungan bilangan nusselt dengan koefisien yang berpengaruh untuk aliran laminar didalam pipa anulus dengan
fluks konstan, dengan aliran dan profil temperatur telah berkembang penuh, gambar sebagai berikut :
Gambar 2.23. Bilangan Nusselt dan koefisien yang berpengaruh untuk aliran
laminar pada pipa anulus dengan fluks panas konstan, aliran dan profil temperatur telah berkembang penuh.
Sumber : W.M. Kays, 1964
Universitas Sumatera Utara
23
2.6 Analisa Alat Penukar Kalor dengan Metode LMTD Log Mean Temperature Difference
