Bahan Ajar Pp(Penukar Kalor)

MEKANISME PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI

• NUSSELT NUMBER

Dimana : k = konduktivitas termal = Panjang karakteristikUntuk lebih jelasnya Nusselt Number ini pehatikan gambar 6-5. Dari gambar

terlihat bahwa laju perpindahan kalor per luas permukaan adalah :

cL

KLASIFIKASI ALIRAN FLUIDA1. ALIRAN VISCOUS DAN ALIRAN INVISCIDa. Aliran viscous adalah aliran fluida dimana alirannya

dipengaruhi oleh viscositas fluida.b. Viskositas adalah sifat fluida yang mendasari

diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut.

c. Viskositas disebabkan adanya kohesi antara partikel zat cair sehingga menyebabkan adanya tegangan geser antara molekul - molekul yang bergerak

kgm . s

2ms

2. ALIRAN LUAR DAN DALAM

3. ALIRAN COMPRESSIBLE DAN INCOMPRESSIBLECompressibility adalah perubahan volume karena

adanya perubahan (penambahan) tekanan, yang ditunjukkan oleh perbandingan antara perubahan tekanan dan perubahan volume terhadap volume awal.

4. ALIRAN LAMINAR DAN TURBULEN• Aliran laminer terjadi apabila partikel-partikel

zat cair bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan.

• Pada aliran turbulen , partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan garis lintasannya saling berpotongan.

5. ALIRAN ALAMI DAN PAKSA

6. ALIRAN STEADY DAN UNSTEADYa. Aliran steady adalah aliran fluida dimana sistim alirannya tidak berubah

terhadap waktub. Aliran unsteady adalah aliran fluida dimana sistim alirannya berubah

terhadap waktu

7. ALIRAN 1, 2 DAN 3 DIMENSI

LAPISAN BATAS KECEPATAN

TEGANGAN GESER PERMUKAAN

Perbandingan antara viskositas dinamis dengan densitas biasa disebut dengan viskositas kinematis ( ) atau : Dalam perhitungan persamaan 6-9 tidak praktis karena kita harus mengetahui profil kecepatan aliran fluida. Cara yang lebih praktis untuk menghitung tegangan geser permukaan untuk aliran luar adalah :

Dimana : = Koefisien gesekKoefisien gesek ini diperoleh dari :

sm2

fC

LAPISAN BATAS THERMAL

PRANDTL NUMBERKetebalan relatif dari lapisan batas kecepatan dan termal dapat dilihat pada bilangan Prandtl, yaitu :

BILANGAN REYNOLDS

Tipe – Tipe Alat Penukar Kalor1. Paralel Flow

2. Counter Flow

3. Cross Flow

4. Condenser

5. Boiler

PERHITUNGAN ALAT PENUKAR KALOR

1. Koefisien Perpindahan Panas Total Laju perpindahan panas secara umum dapat

dituliskan, yaitu : Q = U . A . ∆T = dimana : U = Koefisien Perpindahan panas total A = Luas permukaan perpindahan panas ∆T = Beda temperatur fluida kerja R = Tahanan termal total dari sistim R =

Misalkan perpindahan panas terjadi diantara dua buah pipa (lihat gambar).

Koefisien Perpindahan panas total yang terjadi pada proses diatas adalah :

Ri = Tahanan termal konveksi dari fluida panas ke dinding pipa bagian dalam

hi = Koefisien konveksi fluida panas

R0 = Tahanan termal konveksi dari dinding pipa ke fluida dingin

h0 = Koefisien konveksi fluida dingin

Rwall = Tahanan termal dinding pipa (perpindahan panan konduksi)

• Tahanan termal pada dinding pipa untuk alat penukar kalor double pipa adalah :

• Untuk membuktikan lihat perhitungan tahanan termal konduksi berikut.

Perhitungan tahanan termal konduksi

Dimana :T = Tebal dindingT = r0 - ri

= Luas rata – rata perpindahan panas konduksi.

Untuk yang berbentuk selinder, maka :

A0 = π . D0 . L

Ai = π . Di . L

Dimana :L = Panjang selinderJadi :

Jadi :

• Tahanan termal total dari kasus diatas adalah :

• Faktor pengotoran dinding pipa (Fouling Factor) : Jika terjadi pengotoran pada dinding pipa, maka

tahanan termal pipa akan bertambah, yaitu :

• Rf0 = Fouling factor dinding pipa bagian luar

• Rfi = Fouling factor dinding pipa bagian dalam

contoh

2. Menghitung laju aliran massa fluida digunakan :

Dimana : = Kapasitas panas fluida panas

= Kapasitas Panas Fluida dingin

• Spesial untuk alat penukar kalor, yaitu condensor dan Boiler karena pada kedua alat ini salah satu fluidanya hanya berubah fasa, jadi laju aliran panasnya adalah :

Dimana : = Entalphy fluida campuran

2. Menghitung Laju perpindahan kalor digunakan : Dimana adalah beda temperatur antara fluida panas dan fluida dingin. Karena beda temperaturnya tidak konstan disepanjang alat

penukar kalor melainkan berbentuk logaritma, maka untuk menghitung digunakan metode LMTD (Log Mean Temperature Difference).

LMTD ( ) = Untuk menghitung LMTD harus berdasarkan jenis

alat penukar kalornya.

A. Counterflow dan crossflow:

• Untuk Counterflow dan crossflow LMTD harus dikalikan dengan faktor koreksi (f), dimana f diperoleh dari grafik dibawah ini :

2. Parallel flow :

Contoh

• The effectiveness – NTU Method adalah metode

untuk menyederhanakan dalam menganalisis alat penukar kalor, yang didefenisikan, yaitu :

Contoh