BAB IV PERHITUNGAN PERPINDAHAN KALOR

BAB IV PERHITUNGAN PERPINDAHAN KALOR 4. Data-Data yang Diperleh Dalam tugas akhir i, data data yang diperlukan adalah sebagai berikut : Spesifikasi alat : > Material Kndensr : ST 37 > Material Pipa pendg : u Zn 20 Al > Media Pendg : Air Laut Data Teknik : > Diameter luar pipa pendg : 23 mm > Diameter dalam pipa pendg : 2 mm > Tebal pipa : mm > Panjang pipa : 6660 mm > Jumlah pipa : 2 x 3840 buah > Temperatur uap masuk kndensr : 50 > Temperatur uap keluar kndensr : 40 > Temperatur air laut masuk kndensr : 28 > Temperatur air laut keluar kndensr : 35 > Temperatur permukaan pipa : 45 > Kecepatan media pendg (air laut) :,8 m/s > Kapasitas pengaliran uap bekas : 9 T/jam > Luas permukaan pendg bagian luar : 830 m 2 > Tekanan kndensr : 0,094 atm > Laju aliran air pendg : 8650 m 3 /jam Universitas Mercu Buana 22

Uap masuk T 50 Pipa Uap keluar T 40 T 28 Pmpa T 35 Air laut masuk Air laut keluar Universitas Mercu Buana 23

Penglahan Data Kefisien knveksi air laut dalam pipa Pada saat temperatur air laut masuk 28 maka sifat - sifat air yang diperleh dari tabel lampiran J.P Hlman hal 593 sebagai berikut : Massa jenis fluida () : 995,58 kg/m 3 Visksitas fluida () : 8,37 x 0-4 kg/m.s Kef. Knduktivitas panas (K) : 0,66 W/m Bilangan Prandtl (Pr) : 5,67. Aliran pendg yang terjadi dalam kndensr (Re) Diketahui : Kecepatan media pendg air laut (v),8 m/s Diameter dalam pipa pendg (d i ) 2 mm 0,02 m Massa jenis fluida () 995,58 kg/m 3 Visksitas fluida () 8,37 x 0-4 kg/m.s Ditanya : Re (aliran Turbulen)? Jawab : ν. d.ρ Re µ,8 m / s. 0,02 m. 995,58 kg / m 4 8,37 x 0 kg / ms 3 4496,677 2. Bilangan Nusselt (Nud) Untuk mencari nilai (Nud) maka digunakan rumus aliran turbulen di dalam pipa, maka untuk aliran turbulen rumusnya adalah : Nud 0,023. Re 0,8. Pr 0,4 0,023. (4496,677) 0,8. (5,67) 0,4 Universitas Mercu Buana 24

Nud 242,904 3. Kefisien knveksi air dalam pipa (hi) Dari data yang ada : Diameter dalam pipa (d i ) : 2 mm d i 2 mm d i 0,02 m Dit : hi...? Jawab : hi Nud. k di 242,904 x 0,66 W / m 0,02m 49,629 W / m 0,02m, hi 725,9 W/m 2 Kefisien knveksi air dalam pipa setelah adanya faktr pengtr Dari tabel 4.. G.F. Hewit, GL. Shires, T.R. Bt hal 644 didapatkan faktr pengtr untuk air < 50 adalah 0,0002 0,00 W/m 2 K, karena beberapa lembaga telah menetapkan standar faktr pengtr air yang digunakan untuk pendg kndensr sebesar 0,00076 W/m 2 K, supaya kerja kndensr mencapai kapasitas yang digkan, maka nilai faktr pengtr yang diambil adalah 0,0002 W/m 2 K. Representative fulg factrs [ ] Tabel 4. Faktr pengtr untuk fluida air FLUID Rf (m 2.K/W) Sea water and treated biler feed water (belw 50 ) 0,000 Sea water and treated biler feed water (abve 50 ) 0,0002 River water (belw 50 ) 0,0002-0,00 Universitas Mercu Buana 25

Fuel il 0,0009 Referigeratg liquids 0,0002 Steam (nn-il bearg) 0,000 Rf h ktr h bersih (Ref : J.P. Hlman Hal. 449) + 0,000m 2 K / W 2 h ktr 725,9 W / m K 0,000 + 0,000 2 0,0002 m K / W h ktr h ktr hi 2 0,0002 m K / W h ktr hi 5000 W/m 2 K Kefisien pengembunan uap ( h ) Pada saat temperatur 40 maka data data yang diperleh dari tabel lampiran JP. Hlman hal 593 dan tabel lampiran termdamika teknik hal 565 adalah sebagai berikut : Visksitas fluida () :,96 x 0-4 kg/m s Kalr penguapan (h fg ) : 244,49 kj/kg 244490 J/kg Kef. Knduktansi fluida (k) : 0,685 W/m. Vlume spesifik fluida (v) :,08 x 0-3 m 3 /kg Gravitasi (g) : 9,8 m/s 2 - Untuk mencari nilai massa jenis fluida ( ) ρ v Universitas Mercu Buana 26

3 3,08 x 0 m / kg 925,926 kg/m 3 2 3 g. ρ. h. fg k h 0,725... µ N d T 0,25 T Tg T dimana : Tg Temperatur uap masuk kndensr T Temperatur permukaan pipa 2 3 g. ρ. h. fg k h 0,725....( ) µ N d Tg T 0,25 0,725. 9,8 x 2 ( 925,926) x 244490 x ( 0,685) 4 (,96 x0 ) x 3840 x 0,023 x ( 50 45) 3 0,25 ( 857338,9) x 244490 x ( 0,324925) ( 0,073072) x ( 5) 0 9,8 x,725. 0,25 ( 857338,9) x 244490 x ( 0,324925) ( 0,0865536) 9,8 x 0,725. ( 857338,9) x 244490 x ( 0,324925) ( 0,0865536) 9,8 x 0,725. ( 84092,22) x 244490 x ( 0,324925) ( 0,0865536) 0,725. 0,25 0,25 0,25 Universitas Mercu Buana 27

2 ( 5,79277093 x0 ) 0,725. ( 0,0865536) h 0,725 (6,69097945 x 0 3 ) 0,25 h 0,725 x 2860,04 h 2073,53 W/m 2. 0,25 Keffesien pengembunan uap setelah adanya faktr pengtr (h) Dari tabel 4.2 JP.Hlman hal 486 faktr pengtr untuk uap Rf 0,00009 m 2. /W Tabel 4.2 Faktr pengtr untuk uap Jenis Fluida Faktr Pengtr R.ft 2.F/Btu m 2. /W Air laut, dibawah 25 F 0,0005 0,00009 Air laut, diatas 25 F 0,00 0,002 Air umpan ketel yang dilah 0,00 0,002 Myak Bakar 0,005 0,0009 Myak celup (quenchg il) 0,004 0,0007 Uap Alkhl 0,0005 0,00009 Uap, tidak mengandung myak 0,0005 0,00009 Udara dustri 0,002 0,0004 Zat cair pendg (refrigeratg) 0,00 0,0002 Rf 0,00009 m 2 / W h k h b 2 0,00009 m. / W 2 h 2073,53 W / m. 2 + 0,00009 m. 2 k 2073,53 W / m. h k / W Universitas Mercu Buana 28

2 2 h k 0,0004 W / m. + 0,00009 m. / W 2 h k 0,00049 m. / W h k 0,00049 m. / W 2 h k h 2040,86 W/m 2. Resistansi termal ddg (Rw) Dari data yang ada untuk d 0,023 m dan untuk d i 0,02 Untuk mencari nilai Rw didapat dari : d Rw. ln 2. k d d i 0,023 m 2.0,685 W / m. 0,023m.ln 0,02m 0,0678832 m 2. /W x ln,095238095,53 x 0-3 m 2. /W Kefisien perpdahan panas menyeluruh sebelum adanya faktr pengtr (U) d. U h d i i + Rw + h k 0,023 m 3 2. +,53.0 m. / W + 2 725,9 W / m. 0,02m 2073,53W / m. 2 (,4x0-4 m 2. /W x,095) + (,53x0-3 W/m 2 ) + (4,8x0-4 m 2. /W) Universitas Mercu Buana 29

U 4 2 3 2 4 (,53 x0 m. / W ) + (,53 x0 m. / W ) + ( 4,8 x0 m. / W ) 2 U 4 2 3 2 4 2 (,53 x0 m. / W ) + (,53 x0 m. / W ) + ( 4,8 x0 m. / W ) U 0,0026 m. / W 2 U 462,963 W/m 2 Kefisien perpdahan panas menyeluruh setelah adanya faktr pengtr (U) U d. h d i i + Rw + h 0,023m 3 2. +,53.0 m. / W + 2 5000 W / m. 0,02m 2040,86W / m. 2 U (2x0-4 m 2. /W x,095) + (,53x0-3 m 2. /W) + (4,9x0-4 m 2. /W) 4 2 3 2 4 ( 2,9 x0 m. / W ) + (,53 x0 m. / W ) + ( 4,9 x0 m. / W ) 2 U 4 2 3 2 4 2 ( 2,9 x0 m. / W ) + (,53 x0 m. / W ) + ( 4,9 x0 m. / W ) U 0,002239 m. / W 2 U 446,628 W/m 2. Universitas Mercu Buana 30

Luas permukaan perpdahan panas ( A ) Dari data yang ada : Jumlah pipa (N) 3840 buah Diameter luar pipa (d) Panjang pipa (L) 23 mm 0,023 m 6660 mm 6.66 m Luas permukaan perpdahan panas : A N. d. L A 3,4 x 3840 x 0,023 m x 6,66 m A 846,983 m 2 Beda temperatur rata rata differensial ( T LMTD ) Tm ( Th LMTD ut Th Ln Th ) ( Th ut ut ut ) Diketahui dari data yang ada : Th 50 Th ut Tc Tc ut 40 28 35 Tm ( Th LMTD ut Th Ln Th ) ( Th ut ut ut ) Tm (50 LMTD 35 50 Ln 40 ) (40 35 28 28 ) Universitas Mercu Buana 3

Tm (5 ) (2 ) LMTD 5 Ln 2 Tm LMTD (3 Ln ) (,026 ) Tm ( 3 ) LMTD 0,0256 Tm LMTD 7,87 - Untuk mencari nilai faktr kreksi didapat dari grafik 4. F. Keith hal 558. dengan cara mencari nilai P (efektivitas termal) dan R (kapasitas perbandgan panas) terlebih dahulu. > Efektivitas termal (P) Tc P Th ut (35 28 ) P (50 28 ) 7 P 22 P 0,057 > Kapasitas perbandgan panas (dalam grafik 4. RZ) Th R Tc ut Th ut (50 R (35 40 28 ) ) Universitas Mercu Buana 32

0 R 7 R,43 > Faktr kreksi didapatkan dari hubungan nilai P 0,057 dan nilai R,43 didapatkan nilaya adalah : F 0,98 > Beda temperatur differensial ( T LMTD ) T LMTD Tm x F 7,87 x 0,98 4,843 Perpdahan panas dalam kndensr sebelum adanya faktr pengtr (q) Dari data yang ada : U 462,963 W/m 2 A 846,983 m 2 T LMTD 4,843 Maka : q U x A x T LMTD 462,963 W/m 2 x 846,983 m 2 x 4,843 98200502,6 W 98200,5026 kw Universitas Mercu Buana 33

Perpdahan panas dalam kndensr setelah adanya faktr pengtr (q) Dari data yang ada : U 446,628 W/m 2 A 846,983 m 2 T LMTD 4,843 Maka : q U x A x T LMTD 446,628 W/m 2 x 846,983 m 2 x 4,843 94735635,63 W 94735,63563 kw Efisiensi kerja kndensr Pada saat temperatur air laut 28 maka sifat sifat air yang diperleh Tabel JP. Hlman hal 593 sebagai berikut : Massa jenis air () 995,58 kg/m 3 Panas jenis air (p) Laju liran air ( Q ) 4,77 kj/kg 8650 m 3 /jam 2,403 m 3 /s > Laju aliran massa air (m) m x Q 995,58 kg/m 3 x 2,403 m 3 /s 2392,378 kg/s > Perpdahan panas pada air pendg (q ap ) q ap m x p x T Universitas Mercu Buana 34

2392,378 kg/s x 4,77 kj/kg x (35 28) 69950,740 kj/s q ap 69950,740 kw > Efisiensi kerja kndensr () η q ap q x 00% 69950,740 x 98200,5026 00% 0,723 x 00 % 7,23 % Aliran yang terjadi pada saat air pendg keluar ( Re ) Pada saat temperatur air laut 35 maka sifat sifat air yang diperleh dari tabel lampiran JP. Hlman hal 593 sebagai berikut : 993,95 kg/m 3 7,2 x 0-4 kg/m s v. d.ρ Re µ dimana : v,8 m/s d 0,02 m maka, v. d.ρ Re µ Universitas Mercu Buana 35

Re,8 m / s x 0,02m x 993,95kg / m 7,2 x 0 4 kg / m. s 3 3 Re 37,573kg / m. m. m / s 7,2 x 0 4 kg / m. s Re 5282,375 ( Aliran Turbulen ) Faktr gesekan (f) Faktr gesekan (f) adalah suatu fungsi dari bilangan Reynlds dan kekasaran relatif permukaan pipa (/D), dengan adalah kekasaran abslut, bersatuan meter serta D adalah diameter dalam pipa..(lampiran Suparman Hara hal 97-98). Dimana, pipa 0,000005 m (tabel 6- lampiran Supraman hara hal 98) D 0,02 m (diameter dalam pipa) Jadi di dapat : /D 0,000005 m 0,02 m 0.00007 maka faktr gesekan dapat dicari dengan grafik bagan Mdy pada lampiran Supraman hara hal 99,didapat faktr gesekan (f) sebesar 0,02. Universitas Mercu Buana 36

Penurunan tekanan (P ) P L V f.. d 2 2.ρ Dimana : L 6,66 m d 0,02 m v,8 m/s 993,95 kg/m 3 maka, 2 6,66 m (,8 m / s) P 0,02 x. x 993,95 kg / m 0,02m 2 3 0,02 x 37,43 x,62 m 2 /s 2 x 993,95 kg/m 3 023,267 kg m/m 2. s 2 023,267 N/m 2 P 023,267 Pa Universitas Mercu Buana 37

4.2. PEMBAHASAN Dari hasil perhitungan dan penglahan data pada kndensr di PT. Krakatau Daya Listrik, telah diuraikan pada sub bab sebelumnya, didapat besarnya perpdahan panas maksimum yang mungk terjadi q 98200,5026 kw, sedangkan besarnya perpdahan panas aktual q 69950,740 kw, maka hasil analisanya sebagai berikut :. Semak besar kecepatan aliran fluida yang terjadi didalam kndensr maka semak besar pula perpdahan panas yang akan terjadi. 2. Semak besar luas bidang permukaan perpdahan panas yang digunakan maka semak besar pula perpdahan panas yang akan terjadi. 3. Semak besar faktr pengtr yang terjadi pada aliran fluida maka perpdahan panas yang akan terjadi akan semak kecil. Universitas Mercu Buana 38