28
Juga temperatur keluaran fluida dingin T
c,o
dapat lebih tinggi dibandingkan temperatur keluaran fluida panas sedangkan untuk aliran searah tidak dapat.
b. Metode LMTD Pada Aliran Berlawanan
Variasi dari temperature fluida dingin dan fluida panas pada APK dengan arah aliran berlawanan ditunjukan pada gambar dibawah ini. Pada kasus ini fluida
dingin dan panas mengalir pada arah yang berlawanan. Temperatur keluaran fluida dingin dapat melebihi temperatur keluaran fluida panas, namun hal seperti
ini jarang dijumpai. Normalnya temperatur keluaran fluida dingin tidak melebihi temperatur keluaran fluida panas karena hal ini tidak sesuai dengan pernyataan
hukum kedua dari termodinamika.
Gambar 2.27. Distribusi temperatur untuk aliran berlawanan alat peukar kalor
Sumber : Franks.P.Incropera, 2003 Untuk temperatur masuk dan keluar fluida yang telah ditetapkan, harga
dari LMTD untuk APK aliran berlawanan lebih besar dibandingkan dengan APK
Universitas Sumatera Utara
29
aliran searah dan untuk luasan pun APK aliran berlawanan lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran searah. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan
terlebih dahulu dapat ditentukan dengan persamaan LMTD untuk aliran berlawanan berikut.
q= UA ΔT
lm
2.14 dimana, q
: laju perpindahan panas, Watt U
: koefisien perpindahan panas menyeluruh, Wm
2
K A
: Luas penampang pipa, m
2
ΔT
lm
: perbedaan temperatur rata-rata logaritma ΔT
lm
=
∆�₂− ��₁ ln
∆�₂ �� ₁
=
∆�₁− ��₂ ln
∆�₁ �� ₂
ΔT
1
= T
ho
- T
ci
ΔT
2
= T
hi
- T
co
Dimana, T
ho
: Suhu panas keluar, ⁰K
T
hi
: Suhu panas masuk, ⁰K
T
co
: Suhu dingin keluar, ⁰K
T
co
: Suhu dingin keluar, ⁰K
2.7 Analisa Penukar Kalor dengan Metode ε-NTU efectivines – Number
Transfer of Unit
Dalam kasus yang sederhana, dimana temperatur masukan fluida diketahui dan temperatur keluaran diketahui atau ditentukan dari persamaan
neraca energi persamaan 2.4b dan 2.5b maka analisa LMTD dapat digunakan. Nilai dari
ΔT
m
untuk penukar panas dapat ditentukan. Bagaimanapun jika hanya temperatur masukan yang diketahui, penggunaan analisa LMTD membutuhkan
prosedur iterasi. Dalam banyak kasus sangat mungkin untuk menggunakan sebuah pendekatan alternatif, yaitu metode analisa ε-NTU.
Dalam menjelaskan effektivitas dari sebuah penukar panas, pertama-tama harus ditentukan laju perpindahan panas maksimum yang mungkin pada penukar
panas, q
maks
. Perpindahan panas ini dapat dicapai oleh penukar panas berlawanan
Universitas Sumatera Utara
30
arah yang mempunyai panjang tak hingga. Dalam penukar panas, salah satu fluida akan mengalami perbedaan temperatur yang maksimum, T
h,i
- T
c,i
. Untuk menggambarkannya, kondisi yang dipilih untuk C
c
C
h
, pada persamaan 2.8 dan 2.9, dT
c
dT
h
. Fluida yang dingin akan mengalami perubahan temperatur yang besar, dan untuk L, akan dipanaskan hingga temperatur masukan fluida
panas T
c,o
= T
h,i
. Sehingga dari persamaan 2.5b. C
c
C
h
q
max
= C
c
T
h,i
– T
c,i
Begitu juga, jika C
h
C
c
, fluida panas akan mengalami perubahan temperatur yang besar dan akan didinginkan hingga temperatur masukan fluida
dingin T
h,o
= T
c,,i
. Dari persamaan 2.4b, diperoleh q
max
= C
min
T
h,i
– T
c,i
2.15 Rasio kapasitas aliran, C
min
yang mana bernilai lebih kecil antara C
c
atau C
h
. Persamaan 2.15 memberikan laju perpindahan panas maksimum yang mungkin
terjadi pada penukar panas. Dalam mendefinisikan efektifitas effektiveness
, ε sebagai rasio laju perpindahan panas aktual untuk sebuah penukar panas dengan laju perpindahan
panas maksimum yang mungkin terjadi :
ε =
� � ���
2.16 Dari persamaan 2.4b, 2.5b dan 2,15, persamaan diatas menjadi :
� =
�ℎ �ℎ,�−�ℎ,� ���� �ℎ,�−��,�
2.17 Atau
� =
�� ��,�−��,� ���� �ℎ,�−��,�
2.18 Dari definisi efektifitas, yang mana tdak berdimensi, harus berada dalam
jangkauan 0 ≤ ε ≤ 1. Hal ini sangat berguna, jika ε, T
h,i
, dan T
c,i
diketahui, laju perpindahan panas aktual dapat ditentukan sebagai berikut :
q = ε C
min
T
h,i
– T
c,i
2.19 Untuk sembarang penukar panas dapat ditunjukkan bahwa :
ε =
�
���,���� �����
2.20
Universitas Sumatera Utara
31
di mana C
min
C
maks
sama dengan C
c
C
h
atau C
h
C
c
, bergantung pada besaran kapasitas laju perpindahan panas dingin dan panas. Jumlah unit perpindahan panas
Numbers Transfer of Units adalah sebuah parameter tidak berdimensi yang digunakan secara luas dalam analisa penukar panas dan didefinisikan sebagai
berikut : NTU =
�� ����
2.21
2.8 Distribusi Temperatur Secara Aksial dan Hubungan ε-NTU pada
