ST 7 m
7 m
1 4,
6 4
m
0,1206m 0,0603m
Gambar 4.8. Sketsa rancangan pipa-pipa evaporator
Sehingga jumlah pipa yang dibutuhkan untuk evaporator dalam tiap satu baris adalah :
n =
7 0,12065
+ 1 = 59 batang pipa dalam satu baris.
4.2.1. Koefisien Perpindahan Panas Bagian Dalam Pipa h
i
Koefisien pindahan panas dalam pipa seharusnya ditentukan pada temperatur film. Dalam hal ini dapat juga ditentukan pada kondisi uap rata – rata
pada evaporator �
�
��� = 274,61 °C pada tekanan 59,15 bar. Maka dari tabel sifat – sifat air pada berbagai tekanan dan temperatur diperoleh data sebagai berikut :
k = 0,58 Wm.°C
μ = 0,961 . 10
-4
kgm.s P
r
= 0,848 ρ
= 30,6 kgm
3
Kecepatan aliran uap pada evaporator dihitung : V
u
=
�
�
. �
̇ � .�
�
dimana: V
u
= Kecepatan aliran uap dalam pipa ms
Universitas Sumatera Utara
�
�
̇ = Laju aliran uap = 50,5 kgs
n = Jumlah pipa evaporator = 59 batang
v = Volume jenis uap, dimana dihitung berdasarkan volume
jenis uap rata – rata pada tekanan 59,15 bar = 0,03303 m
3
kg Maka, V
u
=
50,50,03303 59.
�4 0,052
2
= 13,31 ms Besarnya koefisien pindahan panas dianalisa berdasarkan harga bilangan
Reynold R
e
dari persamaan berikut : R
e
=
�.�
�
. �
�
�
R
e
=
30,6.13,31.0,052 0,961
� 10
−4
= 220383,68
Aliran yang terjadi adalah turbulen dengan R
e
2300, maka nilai h
i
dapat dihitung dari persamaan berikut :
h
i
=
�
�
. �
�
�
Bilangan Nusselt N
u
dapat dihitung dari persamaan berikut : N
u
= 0,023 . R
e 0,8
. P
r 0,4
= 0,023 . 220383,68
0,8
. 0,58
0,4
= 348,05 Maka, nilai h
i
dapat diperoleh yaitu : h
i
=
348,05 � 0,58
0,052
= 3882,09 Wm
2
.°C
4.2.2. Koefisien Perpindahan Panas Bagian Luar Pipa h
o
Dalam perancangan ini susunan pada pipa dirancang dengan susunan selang – seling. Seperti pada sketsa gambar berikut:
Universitas Sumatera Utara
ALIRAN GAS
A
1
A
2
S
D
S
T
S
L
Gambar 4.9. Susunan pipa selang-seling
Dimana : S
T
= Jarak transversal m S
L
= Jarak longitudinal m S
D
= Jarak diagonal m A
1
= Jarak antara dua buah pipa secara transversal m A
2
= Jarak antara dua buah pipa secara diagonal m Dalam perencanaan ini bahwa jarak S
T
= S
L
= 2 x D
o
= 0,12065 m. Untuk mendapatkan besarnya koefisien konveksi terlebih dahulu
ditentukan temperatur rata – rata, yaitu : ��
g
=
406,73+299,63 2
= 353,18°C = 626,33 °K Dari tabel sifat – sifat udara diperoleh :
k = 0,046 Wm .°K
μ = 3,101 . 10
-5
kgm.s P
r
= 0,681 ρ
= 0,564 kgm
3
Universitas Sumatera Utara
Maka, dari data diatas dapat dihitung kecepatan gas maksimum V
g maks
yang terjadi :
V
g
=
�
�
̇ �
�
. �
�
. � . �
dimana: V
g
= kecepatan gas masuk pada pipa diukur pada temperatur gas buang.
�
�
̇ = laju aliran gas buang = 477,5 kgs ρ
g
= massa jenis gas buang pada T
gas masuk
= 679,88 °K = 0,519 kgm
3
. S
T
= jarak dua buah pipa = 0,12605 m n = jumlah pipa 1 baris = 59 batang
L = panjang pipa = 14,64 m V
g
=
477,5 0,519 . 0,12605 . 59 . 14,64
= 8,45 ms Maka, diperoleh kecepatan maksimum gas V
g maks
adalah : V
g maks
=
�
�
�
�
−�
�
. V
g
=
0,12605 0,12605
−0,06
. 8,45 = 16,12 ms
Sehingga dapat dihitung bilangan Reynold R
e
, yaitu : R
e
=
� . �
� ����
. �
ℎ
�
Dimana : R
e
= Bilangan Reynold ρ
= Massa jenis gas kgm
3
D
h
= Diameter hidrolik pipa m μ
= Viskositas dinamik pada suhu rata – rata kgm.s Pada D
h
dapat diperoleh dengan rumus: D
h
= �
�
. 4 .
�
�
�
ℎ
Dimana:
Universitas Sumatera Utara
�
�
= Jarak antara dua buah pipa m A
a
= Luas penampang aliran m
2
A
h
= Luas total permukaan yang menyerap panas m
2
Dan : h
o
=
�
�
. �
�
ℎ
dimana: N
u
= Bilangan Nusselt k
= Konduktivitas gas buang Wm.°K Dalam hal perancangan ini, pipa –pipa pada evaporator dirancang dengan
menggunakan sirip yang sama dengan profil sirip superheater Gambar 4.4 untuk menyediakan luas permukaan pindahan panas yang dibutuhkan, ukuran
sirip seperti dibawah ini. r
o
= Jari – jari luar pipa = 0,03 m
l = panjang sirip = 0,009 m
r
e
= Jari – jari pipa bersirip = 0,039 m δ
= Tebal sirip = 0,00031 m N
f
= Jumlah sirip = 346 siripm r
i
= Jari – jari dalam pipa = 0,026 m Berdasarkan data diatas, maka dapat dicari :
Luas permukaan sirip �
�
�
�
= �
2. �.��
� 2
− �
� 2
� 4
+ �. �
�
. ��.�
�
dimana : �
�
= Luas permukaan sirip m
2
D
e
= Diameter sirip = 0,078 m D
o
= Diameter luar pipa = 0,06 m δ
= Tebal sirip = 0,00031 m maka, luas permukaan sirip adalah :
�
�
= �
2. �.�0,078
2
− 0,06
2
� 4
+ �. 0,078. 0,00031�.346
= 1,37 m
2
Luas permukaan primer �
�
Universitas Sumatera Utara
A
p
= ��. �
�
. �� − �. �
�
��.�
�
dimana : �
�
= 1 untuk 1 batang pipa A
p
= [ 3,14.0,06 1
− 0,00031. 346].1 = 0,16 m
2
Luas total pada permukaan pipa yang menyerap tiap 1 meter panjang pipa adalah :
A
h
= A
f
+ A
p
= 1,37+ 0,16 = 1,53 m
2
Perhitungan pada diameter hidrolik : D
h
= 0,12 . 4 .
0,058 1,53
= 0,018 m tiap 1 meter panjang pipa Dalam hal ini luas penampang area A
a
merupakan luas penampang tanpa sirip dalam 1 meter dikurangi dengan luas sirip dalam 1 meter.
A
a
= �
�
− �
�
� − 2. ��. �. �
�
� = 0,12 – 0,06 .1 – 2. 0,009.0,00031.346
= 0,058 m
2
S
T
S
T -
D
O
0,00031 m 1 m
Gambar 4.10. Profil luas penampang area evaporator
Universitas Sumatera Utara
Sehingga diperoleh bilangan Reynold adalah : R
e
=
0,564.16,12.0,018 3,101
� 10
−5
= 5277,33 2000 R
e
40.000 Untuk mencari nilai N
u
bilangan Nusselt digunakan rumus yaitu : N
u
= 1,13 . C
1
. R
e m
. P
r 0,33
dimana, N
u
= bilangan Nusselt R
e
= bilangan Reynold P
r
= bilangan Prandalt • Untuk nilai pada C
1
dan m dapat diperoleh dengan menggunakan tabel kolerasi Grimson yang bergantung pada harga S
L
D
o
atau S
T
D
o
dari susunan pipa yang direncanakan.
�
�
�
�
=
0,012 0,06
= 2 • Maka, dari tabel kolerasi diperoleh :
C
1
= 0,482 m
= 0,556 • Jadi nilai untuk N
u
adalah: N
u
= 1,13 . 0,482 . 5277,33
0,556
. 0,68
0,33
= 56,3 • Maka dapat diperoleh koefisien panas diluar pipa h
o
h
o
=
�
�
. �
�
ℎ
=
56,3 .0,048 0,018
= 150,13 Wm
2
. k
4.2.3 Pemilihan Pipa Pada Evaporator
