Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
STUDI EKSPERIMEN ANALISA PERFORMANCE COMPACT HEAT EXCHANGER LOUVERED FIN FLAT TUBE UNTUK PEMANFAATAN
WASTE ENERGY
Oleh:
Taqwim Ismail 2111.105.007
Dosen Pembimbing:
Ary Bachtiar K. P, ST., MT., P.hD
Tugas AkhirKonversi energi
Latar Belakang
1. Kebutuhan Energi yang terus meningkat.2. Potensi Waste Energy yang melimpah di indonesia.3. Memanfaatkan waste energy misalnya dari pembangkit listrik tenaga
diesel.
Tugas AkhirKonversi energi
Heat Recovery for Waste Energy
Tugas AkhirKonversi energi
Rumusan Masalah
Tugas AkhirKonversi energi
1
• Bagaimana mendesain Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD.
• Bagaimana mendesain Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD.
2
• Bagaimana menganalisa secaraeksperimen performance dari Heat Exchanger yang telah di desain.
• Bagaimana menganalisa secaraeksperimen performance dari Heat Exchanger yang telah di desain.
Tujuan Penelitian
1
• Merancang Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD..
• Merancang Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD..
2
• Menganalisa secara eksperimenperformance dari Heat Exchanger yang telah di desain..
• Menganalisa secara eksperimenperformance dari Heat Exchanger yang telah di desain..
Tugas AkhirKonversi energi
Batasan Masalah
Kondisi operasi Heat Exchanger diasumsikan dalam kondisi Steady State.
Analisa Fouling tidak diperhitungkan.
Aliran dalam pipa diasumsikan aliran fully develop flow.
Diasumsikan tidak ada kebocoran dalam sistem.
Perubahan energi kinetik dan potensials angat kecil sehingga dapat diabaikan.
Perpindahan panas secara radiasi diabaikan.
Pengambilan data dilakukan dalam skala laboratorium
Tinjauan Pustaka
• Compact Heat Exchanger
Tugas AkhirKonversi energi
• Louvered Fin
Tinjauan Pustaka
• Louvered Fin Flat Tube, Surface 3/8-8.7
Tugas AkhirKonversi energi
����� � ���
�� ��Atube = ���(�����������
������� � �������������������
Luas Permukaan Tube EfektifLuas Permukaan Tube Efektif
Af = AHE x β
Luas Permukaan Fin EfektifLuas Permukaan Fin Efektif
• Dimensi Compact Heat Exchanger Tipe Louvered Fin Flat Tube
Tugas AkhirKonversi energi
�����AHE = �����
Luas Permukaan Efektif TotalLuas Permukaan Efektif Total
�����Aff = �����
Free Flow AreaFree Flow Area
• Effisiensi Fin
��� =ℎ
�. ��
�/�
����� =ℎ
�. ��
�/�
���/�
Efisiensi Fin TunggalEfisiensi Fin Tunggal
� = 1 −��
���1 − ��� = 1 −
��
���1 − ��
Efisiensi Overall FinEfisiensi Overall Fin
�� = Grafik�� = Grafik
• Overall Heat Transfer Coefficient
1
��=
1
��ℎ�������+
1
ℎ�����
1
��=
1
��ℎ�������+
1
ℎ�����
Overall Heat Transfer CoefficientOverall Heat Transfer Coefficient
Tugas AkhirKonversi energi
• Perancangan Compact Heat Exchanger
∆� =� − � − � − �
����.� − ��.�
∆�����=��.� − ��.� − ��.� − ��.�
����.� − ��.���.� − ��.�
Metode Long Mean Temperatur Difference (∆�����) Metode Long Mean Temperatur Difference (∆�����)
�������� =�������
∆�����. ��������� =
�������∆�����. �
• Analisa Performance Compact Heat Exchanger
�� =��������
�� =��������
Ratio Heat Capacity RateRatio Heat Capacity Rate
� =�
����� =
�
����
EffectivenessEffectiveness
��� = ��������� = ������
Number of Transfer UnitNumber of Transfer Unit
• Overall Heat Transfer Coefficient
� =���. ����
����� ��������� =
���. ��������� ��������
Overall Heat Transfer CoefficientOverall Heat Transfer Coefficient
Tugas AkhirKonversi energi
Penelitian Terdahulu
Hasil penelitian tentang “Studi Experimental Pengaruh Perubahan JenisRadiator terhadap Unjuk Kerja Mesin Sinjai” yang dilakukan oleh DwiCahyo Andrianto (2013)
Tugas AkhirKonversi energi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
ε
n(rpm)
effectiveness Radiator
straight
Louver
Penelitian Terdahulu
Shekh Nisar Hossain Rubaiyat, Saiful Bari (2010). Penelitian tentang “Waste heat recovery using shell and tube heat exchanger from the exhaust of an automotive engine”.
Tugas AkhirKonversi energi
Pada artikel George Thomas Hall dan James Edwin Marthinuss Jr yang berjudul Air Cooled Heat Exchanger Design meneliti tentang pengaruh beberapa parameter yang menjadi pertimbangan untuk design HE meliputi perpindahan panas, pressure drop, ukuran dan berat. Hasil penelitian sebagai berikut:
Penelitian Terdahulu
Tugas AkhirKonversi energi
Sistematika Penelitian
Tugas AkhirKonversi energi
Skema Instalasi Percobaan Compact Heat Exchanger
Tugas AkhirKonversi energi
Instalasi Percobaan Compact Heat Exchanger
Tugas AkhirKonversi energi
Diagram Perancangan Compact Heat Exchanger
� =�̇
���
�� =�. �ℎ
�
�� =�
��2/3
ℎ = �. ��. ��
�� =4. ṁ
�. �. �. ��
�� = 0.023��0.8��1/3
ℎ =��. �
�����
��� = �ℎ
����
1/2
��3/2
�� =�. �
2
�0� = ������
Dimensi HE :Panjang tube, Jumlah tube, Bentuk susunan
tube, Panjang Fin, Jumlah Fin, Tebal Fin
End
1
����=
1
�� ℎ� ��+
1
ℎ� ��
�������� − ����������������
≤ 0.1
A B
Diagram Alir Pengambilan Data
Diagram Alir Analisa DataStart
Kecepatan Putaran Fan, Th.i, Th.o, Tc.i, Tc.o, Flow Air, Pc.i, Pc.o,
Dimensi Existing Compact Heat Exchanger
Memilih data pada Vfan = 1 (Low)
Effectiveness, NTU, overall heat transfer
coefficient, Cr
End
Vfan = 3 (High)
Cc = ṁair.cpairCh = ṁudara.cpudara
Jika Cc > Ch maka Jika Cc < Ch maka
�� =�ℎ
�� �� =
��
�ℎ
� =�̇����� . ������� . (�ℎ.� − �ℎ.�)
���� . (�ℎ.� − ��.�)
��� = ������
Menghitung overall heat transfer coefficient
Vfan’ = Vfan - 1
� =���. ����
�ℎ��� ��������
Grafik Heat Transfer = f (Reynold Number Udara)
Grafik Effectiveness = f (Reynold Number Udara)
Grafik NTU = f (Reynold Number Udara)
Grafik NTU - Effectiveness
Grafik Overall Heat Transfer Coefficient = f (Reynold Number Udara)
Grafik ΔTLMTD= f (Reynold Number Udara)
Hasil Percobaan
Tugas AkhirKonversi energi
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
q ak
tual
(kW
)
Reudara
qaktual = f(Reudara)
q aktual udara
q aktual air
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Eff
ecti
ven
ess
Reudara
Effectiveness = f(Reudara)
Effectiveness
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
1
2
3
4
5
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
NT
U
Reudara
NTU = f(Reudara)
NTU
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5
ɛ
NTU
NTU = f(ɛ)
Cr = 1
Cr = 0.75
Cr = 0.5
Cr = 0.25
Cr = 0
High
Medium
Low
Desain
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
5
10
15
20
25
30
1500 2500 3500 4500
U (
W/m
2 .K
)
Reudara
U = f(Reudara)
Overall Heat TransferCoefficient
Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir
Konversi energi
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
ΔT
LM
TD
(K
)
Reudara
ΔTLMTD = f(Reudara)
ΔTLMTD
Kesimpulan
Flat Tube
Tebal tube 3.048 mm
Lebar tube 22.098 mm
Panjang tube 300 mm
Jumlah tube 34
Bentuk susunan tube Aligned
Jarak tube transversal ( ST) 8.0264 mm
Jarak tube arah longitudinal ( SL ) 6.35 mm
Fin
Jumlah fin 4000
Tebal fin 0.1016 mm
Lebar fin 8.0264 mm
Core Compact Heat Exchanger
Tinggi Compact Heat Exchanger 300 mm
Panjang Compact Heat Exchanger 400 mm
Lebar Compact Heat Exchanger 12 mm
Tugas AkhirKonversi energi
Kesimpulan
1.Heat transfer aktual pada Compact Heat Exchangeryang telah diuji memiliki nilai yang konstan pada sisiair yaitu 3.095 kW dan pada sisi udara memiliki nilaimaksimal pada Reudara = 2035.55 yaitu 3.786 kW
2.Nilai Effectiveness maksimal dari Compact Heat Exchanger yang telah diuji adalah ɛ = 0.549 padaputaran fan low
3.Nilai NTU maksimal dari Compact Heat Exchanger yang telah diuji adalah NTU = 1.004 pada putaranfan low
Kesimpulan
4.Nilai overall heat transfer coefficient maksimal dariCompact Heat Exchanger yang telah diuji adalah U= 10.30 W/m2K pada putaran fan high
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut denganmemvariasikan flow air agar diketahui performance maksimal lebih detail dari Compact Heat Exchanger untuk memanfaatkan Waste Energy.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut denganmenggunakan tipe Fin yang berbeda agar dapatdiketahui tipe Fin yang memiliki performance maksimal untuk memanfaatkan Waste Energy.
Saran
Tugas AkhirKonversi energi
Tugas AkhirKonversi energi