Landasan Teori TINJAUAN PUSTAKA

Luas kebocoran cangkang dengan baffle, ds o sb s sb θ 360 L D 0,00436 S − × × × = 2.24 Dimana : D s = Diameter dalam cangkang m 2 Lsb = Ruang bebas secara diametri dari cangkang dengan diameter sekat m Luas kebocoran tabung ke lubang baffle, [ ] w tt 2 t 2 tb t tb F 1 N D L D 4 π S − × ×       − + = 2.25 Maka rasio perbandingan : tb sb sb s S S S r + = 2.26 m tb sb lm S S S r + = 2.27 Dimana : r s = Perbandingan antara luas by-pass shell dengan luas aliran melintang tabung S sb = Luas bocoran antara cangkang dan baffle m 2 S tb = Luas bocoran tabung dengan baffle m 2 S m = Luas aliran melintang tabung m 2 Diperoleh faktor koreksi kebocoran baffle: [ ] lm s s L 2,2r exp r 1 0,44 1 r 1 0,44 J − − − + − = 2.28 Faktor koreksi berdasarkan by pass bundle J B : Luas by pass, [ ] pl otl s bc b L D D L S + − = L pl = 0, karena tidak ada by pass lane 2.29 Dimana : bc L = Jarak sekat baffle Perbandingan luas by pass dan luas aliran-silang : m b sbp S S F = 2.30 Jika Re o laminar maka C bh = 1,35. dengan Bilangan Reynold ≤ 100 Jika Re o turbulen maka C bh = 1,25. dengan Bilangan Reynold 100 Diperoleh faktor koreksi by pass bundle, [ ] 3 ss sbp bh B 2r 1 F C exp J − − = , r ss = 0, karena tidak ada sealing strips 2.31 Faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle J S : L L 1 - N L L 1 - N J bc bi b n - l bc bi b S bc bo n l bc bo L L L L + + + + = − 2.32 , dimana: N b = jumlah baffle. L bi = panjang tubesheet ke baffle pada sisi inlet. m L bo = panjang tubesheet ke baffle pada sisi outlet. m n = 0,6 untuk aliran turbulen dan 13 untuk aliran laminar. J S 1,0 untuk jarak baffle yang lebih besar di sisi masuk dan keluar apk daripada jarak antar baffle yang berada di tengah. J s = 1 untuk jarak baffle yang sama pada sisi masuk dan keluar apk dengan jarak antar baffle yang berada di tengah. Faktor koreksi berdasarkan viskositas dinding J μ : Temperatur dinding tabung ditunjukkan dengan, i t o ideal s, t i t s o ideal s, w d h d h T d h T d h T + + = 2.33 Sehingga diperoleh faktor koreksi berdasarkan viskositas dinding, 0,14 w h μ μ μ J     = 2.34 Koefisien perpindahan panas sebenarnya pada sisi cangkang dapat ditentukan dengan: ideal h, μ S B L C h h J J J J J h = 2.35 Dengan demikian, koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat ditentukan dengan [28]: Gambar 2.14. Jaringan tahanan termal untuk perpindahan panas kalor menyeluruh. th 1 th R T T ermal tahanan t R ruh ΔTmenyelu Q ∑ − = ∑ = , dimana, R th , tahanan termal thermal resistances adalah: R o = tahanan termal konveksi bagian luar = h 2 h L r π 2 1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ R w = tahanan termal konduksi material = L k π 2 r r ln 1 2 ⋅ ⋅ ⋅ R i = tahanan termal konveksi bagian dalam = c 1 h L r π 2 1 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ , maka: c 1 1 2 h 2 th h L r π 2 1 L k π 2 r r ln h L r π 2 1 R ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ∑ th R A 1 ∑ ⋅ = U , dimana L r A o ⋅ ⋅ ⋅ = 2 2 π     ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = c 1 1 2 h 2 2 h L r π 2 1 L k π 2 r r ln h L r π 2 1 2 1 L r U π Sehingga, h 1 2 2 c 1 2 o h 1 2 2 c 1 2 o h 1 d d ln 2k d h 1 d d 1 U h 1 r r ln k r h 1 r r 1 U +     + = +     + = 2.36

2.4. Efektivitas Alat Penukar Kalor

Efektivitas alat penukar kalor merupakan salah satu hal yang sangat penting dalam mendesain penukar kalor. Hal ini disebabkan karena parameter efektivas tersebut merupakan suatu gambaran unjuk kerja sebuah penukar kalor . Panas yang dipindahkan ke fluida dingin harus sama dengan panas yang diserahkan dari fluida panas. Q = • m c . Cp c Tc o – Tc i = • m h . Cp h Th i – Th o 2.37 Holman [29] dalam bukunya mengemukakan bahwa efektivitas alat penukar perpindahan kalor maksimum ε maks nyata Q Q = = T - T C T - T C ci hi min ho hi h = T - T C T - T Cc ci hi min ci co 2.38 Dari persamaan 2.4 ,jika : 1. • m h . Cp h = C h = C min maka ε = T - T T - T ci hi ho hi 2.39 2. • m c . Cp c = C c = C min , maka ε = T - T T - T co hi co ci 2.40 Secara umum efektivitas dapat dinyatakan dengan : ε = kalor penukar dalam di maksimum suhu Beda minimum fluida T ∆ 2.41

2.5. Penurunan Tekanan Pressure Drop

Penurunan tekanan merupakan selisih tekanan fluida masuk dan keluar APK. Satu hal yang harus dipertimbangkan dalam perancangan APK adalah penurunan tekanan ini. Pada saat fluida mengalir dalam cangkang mulai dari sisi masuk sampai sisi keluar, maka molekul-molekul fluida akan bergesekan dengan dinding cangkang dan sekat baffle APK. Akibatnya, aliran fluida akan tertahan atau melambat. Dan untuk mempertahankan laju fluida, maka diperlukan tekanan dorong dari sisi masuk APK. Adapun hal yang dipertimbangkan dalam penurunan tekanan APK adalah: 1. Daya alat yang digunakan untuk mempertahankan laju aliran fluida dalam APK. 2. Pengaruh penurunan tekanan terhadap proses perpindahan panas yang terjadi dalam APK

2.6. Faktor Pengotoran

Setelah dipakai beberapa lama permukaan perpindahan kalor penukar kalor mungkin dilapisi oleh berbagai endapan yang biasa terdapat dalam sistem dalam sistem aliran; atau permukaan itu mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi antara fluida dengan bahan yang digunakan dalam konstruksi alat penukar kalor. Dalam kedua hal diatas, lapisan ini memberikan tahanan tambahan terhadap aliran kalor, dan hal ini menyebabkan menurunnya kemampuan kerja alat tersebut. Pengaruh menyeluruh dari hal tersebut di atas biasa dinyatakan dengan faktor pengotor fouling factor, atau tahanan pengotoran, R f , yang harus diperhitungkan bersama tahanan termal lainnya, dalam menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh.Faktor pengotoran harus didapatkan dari percobaan, yaitu dengan menentukan U untuk kondisi bersih dan kondisi kotor pada penukar kalor itu. Faktor pengotoran dapat didefinisikan sebagai [30]: bersih kotor f U 1 U 1 R − =

2.7. Kerangka Penelitian

Adapun kerangka penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Start Identifikasi Masalah : Dipilih Type APK cangkang dan tabung Susunan Segitiga dengan memanfaatkan air laut didalam tabung untuk mendinginkan air demineralisasi disisi cangkang Pemilihan Parameter Input perhitungan awal :  Variasi Jarak Baffle = 40, 44, 49,55,63,dan73 mm  Baffle Cut = 32,65  Type Baffle = Single Segment  Suhu air panasmasuk = 42,8 C  Suhu air dingin masuk= 28 C - Jenis fluida - Suhu - Data perencanaan konstruksi Parameter Output :  Suhu air laut masuk  Suhu air laut keluar  Suhu air demineralisasi masuk  Suhu air demineralisasi keluar  Penurunan Tekanan Selesai Hasil Pembahasan: Mendapatkan jarak Baffle optimal,Koefisien perpindahan panas menyeluruh,penurunan tekanan dan Efektivitas Analisis dan pengolahan data: Menentukan:  Koefisien perpindahan kalor menyeluruh U  Penurunan Tekanan ∆P  Efektivitas Kesimpulan

BAB III PERANCANGAN ALAT PENELITIAN

3.1. Perancangan Alat Penelitian

Untuk merancang alat penukar kalor yang diperlukan untuk pengujian, data-data yang diketahui, dipilih, dan diharapkan adalah : 1. Data-data yang diketahui • Temperatur fluida panas masuk alat penukar kalor T h,i = 42,8 o C • Temperatur fluida dingin masuk alat penukar kalor T c,i = 28 o C • Massa aliran fluida panas masuk alat penukar kalor m h = 0,2 kgs • Massa aliran fluida dingin masuk alat penukar kalor m c = 0,2 kgs 2. Data-data yang diharapkan • Temperatur air panas keluar alat penukar kalor T c,o = 38 o C Gambar 3.1. Distribusi temperatur alat penukar kalor. 3. Data-data yang dipilih • Diameter shell D s = 131,7 mm=0,1317 m • Jarak antar pusat pipa P t = 17,5 mm = 0,0175 m • Jumlah pipa N t = 37 • Jumlah sekatbaffle N b = 22 • Diameter luar pipa D p,o = 12,7mm = 0,0127 m • Tebal pipa t = 0,5 mm = 0,0005 m • Susunan pipa = segitiga • Baffle cut = 32,65 dipilih dengan alasan bahwa pemotongan baffle cut yang efektif antara 15-45 maka dipilih diantara nilai tersebut • Laluan = 1-laluan cangkang, 1-laluan tabung • Jumlah tabung N 31 8104 , 30 5 , 17 866 , 102 0,7854 L C D 0,7854 N 2 2 2 tp 1 2 ctl ≈ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = Jumlah tabung yang diambil adalah 37. Gambar 3.2. Baffle alat penukar kalor untuk susunan tabung segitiga.

3.2. Mencari Temperatur Air Laut Keluar Alat Penukar Kalor

Perpindahan panas secara termodinamika untuk fluida panas ho hi h h h h h h h T T cp m Q ΔT cp m Q − × × = × × = C T T T temperatur Pada o o h i h c 4 , 40 2 38 8 , 42 2 : , , = + = + = =313,4 K Dari tabel sifat-sifat air, diperoleh: T K c p Jkg.K λ Wm.K µ N.sm 2 Pr 310 4178 0,628 0,000695 4,62 313,4 c pc λ c µ c Pr c 315 4179 0,634 0,000631 4,16 K kg J ⋅ = 680 , 78 41 cp : Diperoleh h Sehingga, W 4011,533 K 8 3 8 , 2 4 kJkg.K 4178,680 kgs 0,2 = − ⋅ ⋅ = h h Q Q Perpindahan panas secara termodinamika untuk fluida dingin ci co c c c c c c c T T cp m Q ΔT cp m Q − × × = × × = Kalor yang diserap fluida dingin sama dengan kalor yang dilepas fluida panas 28 664 , 20057 664 , 20057 28 28 2 , W 4011,533 28 2 , W 4011,533 W 4011,533 , , , , , + = = − − × = − × × = − × × = = airlaut co airlaut o c o c airlaut o c airlaut i c o c airlaut c h Cp T Cp T T Cp T Cp T T Cp mc Q Q misal : c T = 30 o C, sifat fluida air laut dievaluasi pada temperatur c T = 30 o C, diperoleh : cp c = 4031,856 Jkg ⋅K maka : C o co co 32,975 T 28 4031,856 664 , 20057 T = + = Maka: C 30,487 2 28 32,975 2 T T T o ci co c = + = + = Karena nilai c T yang baru belum sama dengan nilai c T yang dimisalkan, maka perhitungan dilanjutkan ke iterasi berikutnya hingga nilainya sama. Dan hasilnya ditunjukkan pada tabel berikut: Tabel 3.1. Perhitungan iterasi temperatur air laut keluar. Iterasi c T misal Cpc Tco c T hasil 1 30 4031,856 32,97479672 30,48739836 2 30,48739836 4031,990327 32,97463098 30,48731549 3 30,48731549 4031,990304 32,97463101 30,48731551 4 30,48731551 4031,990304 32,97463101 30,48731551 Berdasarkan tabel diatas, maka diperoleh : T co = 32,975 o C ; cpc =4031,990 K kg J ⋅ ; c T = 30,487 o C

3.3. Mencari Panjang Alat Penukar Kalor

Perpindahan kalor secara perpindahan panas LMTD F A U Q i i × × × = Log Mean Temperature Difference C Ln o ci ho co hi ci ho co hi 9,912 LMTD 28 38 975 , 32 8 , 42 28 38 975 , 32 8 , 42 T T T T Ln T T T T LMTD = − − − − − = − − − − − = Untuk mencari F diperlukan parameter 336 , 28 8 , 42 28 975 , 32 T T T T P hi ci hi ho = − − = − − = P dan 0,965 28 32,975 38 8 , 42 T T T T R hi ho co ci = − − = − − = R