Perhitungan Heat Exchanger Tipe Plate and Frame [PDF]

Citation preview

BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN No



Plate Properties



Simbol



1



Material plate



-



2



Ketebalan plate



t



3



Chevron Angle



-



Nt Np Ac D Lc Lv / Leff Lh Lw Kp



4 Total jumlah plate 5 Jumlah lintasan 6 Total luas permukaan 7 Port diameter 8 Panjang plate yang terpasang 9 Jarak vertikal port 10 Jarak horisontal port 11 Panjang saluran air 12



Konduktivitas termal plate



Value Stainless Steels (316) 0,0008 m 30 ° dan 60



Keterangan Name plate Pengukuran Pengukuran



° 97 1 71,3 m2 0,2 m 0,62 m 1,42 m 0,39 m 0,59 m



Name plate Name plate Name plate Pengukuran Name plate Pengukuran Pengukuran Pengukuran



21.9 W/m2 ℃



Tabel A-1



4.1 Plate Geometri Untuk dapat menghitung plate geometri kita harus memiliki data spesifikasi awal dari intercooler yang terdapat pada name plate dan hasil pengukuran. Data spesifikasi intercoller dapat kita lihat pada table dibawah : Table 4.1 Data Spesifikasi Intercooler Parameter yang akan dicari untuk plate geometri adalah plate pitch, saluran alir gap, luas permukaan saluran alir dalam satu plate, area perpindahan panas dalam satu plate, area perpindahan panas efektif dalam satu plate, enlargement factor, diameter saluran alir, jumlah saluran alir dalam satu lintasan. Table 4.2 Perhitungan Plate Geometri No



Plate Geometri



Simbol



Satua n



Hasil



p



m



0.0064



b



m



0.0056



Ach



m2



0.0033



Plate pitch 1



p=



LC Nt



2



Saluran alir gap b=p−t



3



Luas permukaan saluran alir Ach ¿ b . Lw



4



Area perpindahan panas dalam satu plate A A 1= c Nt



5



Area perpindahan panas efektif dalam satu plate L (¿¿ eff −D) . Lw A1 p A1 p=¿



6



Enlargement Factor A ∅= 1 A1 p



7



Diameter saluran alir 2b D h= ∅



8



Jumlah saluran alir dalam satu lintasan N −1 N cp = t 2N p



A1



m2



0.7350



m2



0.7198



∅



-



1.021



Dh



m



0.0109



N cp



-



48



Gambar 4.1 Plate Geometri (Sumber : PLTP Derajat)



4.2 Analisi Perpindahan Panas Data yang digunakan sebagai sempel adalah data pada tanggal 9 agustus 2014 jam 12 malam, kemudian dengan menggunakan table sifat-sifat fluida kita dapat mengetahui data spesifik lainnya dari fluida kerja yang terdapat pada intercooler. Akan tetapi untuk menentukan data spesifik dari fluida kerja selain dengan temperature kita



juga harus mengetahui tekanan didalam intercooler baik dalam sisi primer maupun sisi sekunder. 4.2.1 Tekanan Didalam Intercooler Untuk penjelasan tekanan pada intercooler dapat melihat gambar 4.2 dan tabel 4.3 dibawah :



Sekonda ri Pump



Intercoole r



Primeri Pump Cooling Tower Basin



Gambar 4.2 Seketsa Sistem Pendinginan Tabel 4.3 Data Tekanan Pompa



Tekana Masuk (bar)



Tekanan Keluar (bar)



Primer Sekunder



0.88



2.5 3.6



Penurunan Tekanan Didalam Intercooler (bar) 1.95 0.57



Dikarenakan pada sisi primer fluida kerja langsung dibuang pada basin sehingga bias diketahui bahwa tekanan akhir setelah melewati intercooler adalah tekanan lingkungan, perlu di ingat tekanan lingkungan di daerah Derajat adalah 0.83 bar. Sehingga dapat dihitung tekanan dalam intercooler pada sisi primer sebesar: Pp = (0.83 + 1.95) bar = 2.78 bar abs Untuk sisi sekunder karena merupakan siklus tertutup maka tekanan didalam intercooler sisi sekunder akan sama dengan tekanan sebelum masuk pompa sekunder ditambah dengan penurunan tekanan didalam intercooler, atau dapat ditulis: PS = (0.88 + 0.57) bar = 1.45 bar



Untuk menjadikannya satuan absolut maka ditambah dengan tekanan lingkungan sebesar 0.83 PS = (1.45 + 0.83) bar abs = 2.28 bar abs 4.2.2



Data Spesifik Fluida Kerja Setelah mendapatkan data tekanan intercooler baik pada sisi primer maupun



sekunder makan kita selanjutnya dapat mencari data spesifi fluida pada tabel sifatsifat fluida dengan parameter suhu dan tekanan fluida kerja.



1



Laju aliran



m ´



Kg/s



Fluida Panas (Secondar y) 96.6



2



Temperatur masuk Temperatur keluar Temperature rata-rata Kalor spesifik



Tin



℃



36,4



28,2



Tout



℃



34,5



31



Tr



℃



35,45



29,6



Cp



J/Kg



4178,9



4179,4



Tabel Fluida



No



3 4 5



Fluid Properties



Simbo l



Satuan



Fluida Dingin (Primary) 100



℃



Keteranga n Pengukura n Pengukura n Pengukura n Pengukura n



6



Viskositas



μ



Kg/m.s



0,000713



0,000804



Tabel Fluida



7



Konduktivitas termal



k



W/m.



0,6241



0,6149



Tabel Fluida



8



Massa Jenis



ρ



Kg/m3



993,93



995,85



9



Prandtl



Pr



-



4,77



5,46



Tabel Fluida Tabel Fluida



℃



Tabel 4.4 Data Spesifik Fluida Kerja Untuk laju aliran sisi primer dapat ditemukan pada manual book sistem pendinginan bagian diagram heat balance, sedangkan untuk sisi sekunder didapat melalui perhitungan antara kapasitas aliran pompa sekunder dikalikan dengan massa jenis fluida kerja didalam sisi sekunder, atau dapat ditulis: m3 1 h Kg Kg ´ m=350 . . 993.93 3 =96.6 h 3600 s s m



4.2.3



Perhitungan Perpindahan Panas Untuk menghitung besarnya perpindahan panas yang terjadi maka parameter



yang dibutuhkan adalah kecepatan massa didalam saluran, angka reynold, angka nusselt, koefisien perpindahan panas, koefisien perpindahan panas keseluruhan dan LMTD, semua parameter itu diperlukan untuk menghitung laju perpindahan secara keseluruhan dalam satu intercooler. Table 4.5 Perhitungan Perpindahan Panas No



1



Perhitungan Perpindahan Panas Laju aliran massa setiap saluran ´ m ´ m ´ cp= N cp



Simbo l



Satuan



Hasil



m ´ cph



kg /s



2.0125



m ´ cp c



kg /s



2.0833



2



Kecepatan massa didalam saluran m ´ G= cp A ch



Gh



kg /m2 s



609.84



Gc



kg /m2 s



631.30



ℜh



-



9322.34



ℜc



-



8558.67



Nuh



-



165.02



Nu c



-



154.64



Angka Reynold ℜ=



3



G . Dh μ



Angka Nusselt 4



5



6



Nu = 0.1 Re



0.76



Pr



0.33



Koefisien perpindahan panas Nu . k h= Dh Koefisien perpindahan panas keseluruhan 1 U= 1 t 1 + + hh K p hc



hh



W /m . ℃ 9448.53



hc



W /m2 . ℃ 8726.68



U



W /m . ℃ 3891.67



2



2



Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD) 7



8



∆ T LMTD =



( Th¿ −Tc ¿ )−( Thout −Tcout ) ln ⁡[ ( Th¿−Tc ¿ ) / ( Thout −Tc out ) ]



Laju perpindahan panas keseluruhan q=U . A c . ∆ T LMTD



∆ T LMTD



q



℃



5.52



kW



1531.66



4.3 Perhitungan Efektifitas Intercooler Untuk perhitungan efektifitasn intercooler menggunakan metode NTU sebagai berikut: Tabel 4.6 Perhitungan efektifitas intercooler No



Efektifitas menggunakan metode NTU Kapasitas panas Minimum



1



C=m. ´ Cp



2



Faktor koreksi Cmin R= Cmax



3



NTU minimum



Simbol



Satuan



Hasil



Ch



J /s ℃



403681



Cc



J /s ℃



417940



R



-



0.96



NTU =



U.A Cmin



NTU



-



0.69



4



Efektifitas intercooler 1−R exp [ ( 1−R ) NTUmin ]−1 ε= exp [ ( ¿ NTUmin ) ]−R