Kelompok Heat Exchangers Oleh : Ravenia Palit 03121403001 Dwi Mefa Septiani 03121403019 Cindy Putri Anggraeni 03121403039

Terminologi Heat Exchangers Penukar panas (heat exchanger) adalah suatu alat perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (superheated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

Prinsip Perancangan Dua fluida , suhu awal yang berbeda , mengalir melalui heat exchanger . Satu mengalir melalui tabung ( sisi tube ) dan aliran lain di luar tabung tapi di dalam shell ( sisi shell ) . Panas dipindahkan dari satu fluida ke yang lain melalui dinding tabung , baik dari sisi tube ke shell side atau sebaliknya . Fluida dapat berupa cairan atau gas baik pada shell atau sisi tabung . Dalam rangka untuk mentransfer panas secara efisien , area perpindahan panas yang besar harus digunakan yang mengarah ke penggunaan banyak tabung . Dengan cara ini , limbah panas dapat dimanfaatkan . Ini adalah cara yang efisien untuk menghemat energi . Penukar panas dengan hanya satu fase ( cair atau gas ) di setiap sisi bisa disebut one phase atau single phase heat exchanger . Two-phase heat exchanger dapat digunakan untuk memanaskan cairan mendidih menjadi gas ( uap ) , kadang-kadang disebut boiler , atau mendinginkan uap untuk mengembun menjadi cairan ( disebut kondensor ). Perubahan fasa biasanya terjadi pada shell side . Boiler di steam engine locomotives umumnya berbentuk cylindrically-shaped shell-and-tube heat exchangers. Dalam pembangkit listrik dengan steam-driven turbines, permukaan shell dan tube pada kondensor digunakan untuk mengkondensasikan exhaust steam yang keluar turbin menjadi air kondensat yang didaur ulang kembali untuk diubah menjadi uap dalam generator uap .

Faktor yang mempengaruhi Perancangan Koefisien overall perpindahan panas (U) Menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi. 2. Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas. Karena luas perpindahan panas tidak konstan, sehingga dalam praktek dipilih luas perpindahan panas berdasarkan luas dinding bagian luar. 3. Selisih temperatur rata-rata logaritmik (T LMTD) LMTD : perbedaan temperatur yang dipukul rata-rata setiap bagian HE. Karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama.

Tipe aliran pada exchanger dapat ditentukan dengan Reynolds number (NRe) Nre = 𝜌 x v x D / μ Dimana v = kecepatan D = Diameter pipa dimana fluida mengalir 𝜌 = masa jenis μ = viskosotas Jika Reynold number < 2.000 maka aliran fluida laminar jika Reynold number > 6.000 maka aliran fluida sepenuhnya turbulen

Finned Exchanger LMTD Lc = L+t/2 qf= ηfhAf(T0-T∞) Af = 2π[ (Lc+r1)2-r12]  untuk sirkular fin Af = 2π(Lcxw)  untuk longitudinal fin L= panjang fin (m) t= tebal fin (m) qf= transfer panas dari fin (W) ηf = efisiensi fin LMTD 𝐿𝑀𝑇𝐷= 𝑇 1 − 𝑡 2 −( 𝑇 2 − 𝑡 1 ) ln 𝑇 1 − 𝑡 2 ( 𝑇 2 − 𝑡 1 )

Keseimbangan Keseimbangan Panas yang dipindahkan ke fluida dingin harus sama dengan perpindahan panas dari fluida panas, menurut persamaan berikut : Dimana 𝑚 = laju aliran massa per satuan waktu waktu Jadi panas yang ditransfer per satuan waktu sama dengan produk dari massa aliran per satuan waktu, panas spesifik, dan suhu berubah

Persamaan Heat Exchanger  

Thermal Performance Thermal performance penukar panas diperkirakan dengan menghitung transfer panas secara keseluruhan koefisien U dan daerah A. Temperatur inlet dari dua aliran dapat ditentukan dengan 3 persamaan, yang mana delta T log menggunakan rata-rata aritmatik, dan keseimbangan energi panas dalam setiap aliran.

Efisiensi Fin dan Panas yang Hilang dari Fin Sebuah sirkular fin (k = 222 W/m.K) untuk pipa copper dengan jari-jari luar 0,04 m. Panjang fin adalah 0,04 m dan tebalnya 2 mm. Temperatur dinding luar pipa adalah 523,2 K dan temperatur udara lingkungan adalah 343,2 K dengan koefisien konveksi sebesar 30 W/m2.K. Hitung efisiensi fin dan panas yang hilang dari fin. Diketahui: T0 = 523,2 K T∞ = 343,2 K L = 0,04 m r1 = 0,04 m t = 2 mm = 0,002 m k = 222 W/m.K h = 30 W/m2.K Ditanya : ηf dan qf = …..? Dijawab : Lc = L+t/2 = 0,04m + 0,002m/2= 0,041m ηf = 0,89 qf= ηfhAf(T0-T∞) Af = 2π[ (Lc+r1)2-r12] = 2π[ (0,041m+0,04m)2 – (0,042)m] = 3,118 × 10-2 m-2 qf = (0,89)(30W2/m2K)(3,118 × 10-2 m-2)(523,2 K- 343,2 K) = 149,9W

Dari data yang ada q = m cp ΔP =(0.028 kg/s)(4.1868 kJ/kg°C)(51.8-28.1)°C = 2.778 kW menggunakan data yang ada (lihat grafik), cari LMTD 𝐿𝑀𝑇𝐷= 56.8−51.8 −(67.7−28.1) ln 56.8−51.8 67.7−28.1 =16.72℃ Maka, sesuai dengan teori Pindah panas q= U A ΔTm = U A (LMTD) 𝑈= 𝑞 𝐴(𝐿𝑀𝑇𝐷) = 2.778𝑘𝑊 (0.1226 𝑚 2 )(16.72℃) =1.355𝑘𝑊/ 𝑚 2 ℃