BAB IV PERHITUNGAN BEBAN PENDINGIN 4. Dasar Perhitungan Perhitungan beban pendingin di sini adalah perhitungan jumlah panas yang harus diambil leh evapratr. Adapun jumlah panas yang diambil leh evapratr terdiri dari: a. Panas yang berasal dari tanah, dimana panas ini mengalir dari bagian dasar tangki pembeku. b. Panas yang berasal dari udara ruangan di sekeliling tangki pembeku, dinding tangki pembeku dan penutup tangki pembeku. c. Panas yang berasal dari air sampai menjadi es dan es itu sendiri di dalam tangki pembeku. 4. Beban Pendingin pada Tangki Pembeku 4.. Panas dari Tanah Melalui Dasar Tangki, Perencanaan untuk bahan lantai dari dasar tanah melalui dasar tangki menggunakan bahan betn-styrfam-pelat baja dengan mengasumsikan temperatur nrmal tanah sebesar 7 C. Sebelum memperhitungkan beban pendingin melalui tanah ke dasar tangki, akan diberikan gambaran aliran panas dan tahanan pada beban pendingin terlebih dahulu. Gambar beban pendingin melalui tanah ke dasar tangki dapat dilihat pada gambar 4. dan hambatan beban pendinginnya dapat dilihat pada gambar 4..
T - C T T T 4 b 50 mm b 0 mm b 6 mm T 7 C L 0 m Tanah Gambar 4.. Skematik beban panas dari tanah melalui dasar tangki pembeku Q T T T T 4 T b b b R R R R k.a k.a k.a h.a Gambar 4.. Resistansi gabungan pada beban pendingin dari tanah melalui dasar tangki pembeku Keterangan: T Temperatur tanah, 7 C T Temperatur brine, - C b Tebal betn, 50 mm 0,5 m b Tebal styrfam, 0 mm 0, m b Tebal pelat baja, 6 mm 0,006 m k Knduktifitas panas betn 0,76 W/m C (Hlman JP, Perpindahan Panas, Tabel A-, hal. 584) k Knduktifitas panas Styrfam 0,045 W/m. (Hlman JP, Perpindahan Panas, Tabel A-, hal. 585)
k Knduktifitas pelat baja,76 W/(m. (Kester Artn Raldi, Perpindahan Kalr, Hal. 409) k Knduktifitas brine 0,4 W/(m.K) (ASHRAE, Fundamental Handbk, 00, p..4) L Panjang penampang tangki pendingin, 0 m Lebar penampang tangki pendingin, 8,5 m A Luas penampang 0 m 8,5 m 70 m Panas yang mengalir pada dasar tangki: Ti T Q R ttal dimana: R ttal R + R + R + R R ttal b b b + + + k A k. A k. A h. A. Karena perhitungan brine tank dari dasar tangki memiliki temperatur dinding yang seragam, maka nilai Bilangan Nusselt rata-ratanya dikrelasikan leh Mc. Adam dengan persamaan berikut: Nu C ( Gr. Pr) n Sumber: Kester, Artn, Raldi, Perpindahan Kalr, Edisi Kesatu, Salemba Teknika, 00, Hal. 9. di mana knstanta C dan ekspnen n dapat dilihat pada tabel 4.. di bawah ini:
Tabel 4.. Knstanta C dan n untuk temperature dinding seragam pada plat datar Orientasi Plat Gr L Pr C n Aliran Permukaan plat atas panas, bawah dingin 0 5-0 7 0,59 0 7-0 0 0,4 /4 / Laminar Turbulen Permukaan plat bawah panas, atas dingin 0 5-0 0 0,7 /4 Laminar Panjang karakteristik L plat dapat diambil sebagai panjang sisi untuk plat bujur sangkar, rata-rata kedua sisi untuk plat persegi panjang, dan 0,9D untuk cakram lingkaran dengan diameter D. Untuk menghitung kefisien perpindahan panas pada brine tank dari dasar tangki diperlukan beberapa ketentuan-ketentuan sebagai berikut: a. Menentukan bilangan Grashf (G r ) Gr ( T T ) g s v L (Sumber: Incrpera and De Witt, Fundamental f Heat and Mass Transfer, Third Editin, p. 549) dimana: g percepatan gravitasi (m/s ) kefisien temperatur, /T f (/ T f Temperatur film, L panjang plat (m) T s + T visksitas kinematik (m /s) ( Karena temperatur dinding pada plat baja (T ) belum diketahui, maka nilai temperatur dinding tersebut dapat diasumsikan dan perhitungan menggunakan metde iterasi. Visksitas dinamik pada brine dapat ditentukan dari grafik visksitas dinamik brine dan grafik tersebut dapat dilihat pada gambar 4.. 4
Gambar 4.. Visksitas Sdium Chlride Brines Nilai visksitas kinematik brine dapat ditentukan dengan membagi nilai visksitas dinamik dengan densitas brine. Nilai densitas brine dapat ditentukan dari tabel sifat-sifat brine. Tabel sifat-sifat brine dapat ditentukan dapat dilihat pada tabel 4.. 5
NaCl Murni, % Massa 0 5 6 7 8 9 0 4 5 6 7 8 9 0 4 5 5, Panas Spesifik pada 5 C, J/(kg.K) 484 95 879 86 795 75 75 678 640 607 57 544 55 485 456 47 40 76 56 0 0 89 Tabel 4.. Sifat-sifat Sdium Chlride a Brine murni ) Awal Pengkristalan, C 0,0 -,9 -,6-4, -5,0-5,8-6,6-7, -8, -9, -0, -0,9 -,9 -,0-4, -5, -6,5-7,8-9, -0,6-5,7-8,8 0,0 Densitas pada Densitas pada Bermacam 6 C, kg/m Temperatur, kg/m NaCl Brine -0 C -0 C 0 C 0 C 0,0 5,7 6,5 7,4 84,6 95,9 07, 8,8 0, 4, 54, 66,5 78,9 9,4 04, 7,0 0,0 4, 56,6 70,0 8,7 97,5 000 05 04 049 057 065 07 080 086 094 0 0 8 6 4 4 50 58 66 74 8 90 9,4 7,6 5,8 44, 5,4 60,7 69, 77,6 86, 94,7 08, 045,8 05,7 06, 069,0 076,8 084,8 09,4 00, 08, 6, 4,, 40, 48,5 56,7 65,0 7, 8,7 90, 06,5 04,9 05,4 058,9 066,4 074,0 08,6 089,6 097,0 04,7,5 0,4 8, 6, 44, 54, 60,5 68,7 77,0 85, Catatan: a Massa NaCl yang diperlukan (massa NaCL murni yang diperlukan)/(% kemurnian). b Massa air per satuan vlume Massa brine dikurang massa NaCl. 04,0 04, 048,5 055,8 06, 070,6 078, 085,6 09, 00,8 08,5 6, 4,0,8 9,7 47,7 55,8 6,9 7,0 80, b. Menentukan bilangan Prandtl (P r ) ) 00 ASHRAE Fundamentals Handbk, SI Editin, 79 Tullie Circle, N. E., Atlanta, GA 09, Table, p.. 6
Karena knveksi yang terjadi pada brine tank tersebut terjadi di zat cair, maka nilai bilangan Prandtl disesuaikan leh Hlman sebesar,0 (sumber: Hlman JP, Perpindahan Kalr, Edisi Keenam, Hal. 0) c. Menentukan bilangan Rayleigh (R a ) Nilai Bilangan Rayleigh adalah hasil kali bilangan Grashf dengan bilangan Prandtl. Nilai kefisien perpindahan panas knveksi yang mengalir dari plat baja ke daerah brine dapat ditentukan dari nilai temperatur dinding pada pelat baja. Karena temperatur dinding pada plat baja belum diketahui maka dapat menggunakan beberapa asumsi untuk nilai temperatur dinding plat baja tersebut. Untuk menentukan beberapa parameter perhitungan panas yang mengalir dari dasar tangki ke daerah brine, maka perlu diketahui beberapa ketentuan.. Nilai densitas brine NaCl Murni, % Massa Nilai densitas brine dapat diketahui dari tabel sifat-sifat brine (lihat tabel 4.). Nilai tersebut dapat ditentukan dari temperatur brine dan % massa kemurnian brine. Temperatur brine yang diketahui adalah - C dan % massa kemurnian brine sebesar % (Sumber: Quality Cntrl. Karena nilai temperatur brine tersebut tidak diketahui di tabel, maka dengan menggunakan metde interplasi, nilai densitas brine tersebut dapat diketahui. Panas Spesifik pada 5 C, J/(kg.K) 76 56 Awal Pengkristalan, C -7,8-9, Densitas pada Densitas pada Bermacam 6 C, kg/m Temperatur, kg/m NaCl Brine -0 C -0 C 0 C 0 C 4, 56,6 58 66 69, 77,6 65,0 7, 60,5 68,7 55,8 6,9 Dari tabel tersebut, nilai densitas brine dapat diketahui. Diketahui: 7
T brine - C (data dari Quality Cntrl) % massa brine % (data dari Quality Cntrl) Maka nilai densitasnya: ( 0 ( 0 ( 0 ( ( ( ) ( 69, kg m 65,0 kg m ) ) 69, kg m ρ ( 0 4, kg m ( 8 ( 69, kg m ) ρ 69, kg/m - ρ 4, kg m,5 ( 69, kg m ) ρ 4, kg,5 m,8 kg/m ρ (69,,8) kg/m 65,8 kg/m. Nilai Visksitas kinematik Nilai visksitas kinematik brine, dapat ditentukan dengan membagi nilai visksitas dinamik terhadap densitasnya. Nilai visksitas dinamik dapat ditentukan dengan membaca grafik pada gambar 4.. Diketahui: T brine - C (data dari Quality Cntrl) % massa brine % (data dari Quality Cntrl) Dari data tersebut dapat ditentukan visksitas dinamiknya dengan menarik garik tegak lurus temperatur brine ke garis melingkar % massa brine. Setelah itu dapat ditarik garis lurus hrisntal untuk menentukan nilai visksitas dinamiknya. Nilai visksitas dinamik brine menurut hasil pengukuran sebesar 4,65 mpa. s Dari hasil tersebut dapat ditentukan nilai visksitas kinematiknya. µ υ ρ 8
4,65 mpa. s 65,8 kg m 0,00465 Pa. s 65,8 kg m N 0,00465. s m 65,8 kg m kg. m s 0,00465 m 65,8 kg m kg 0,00465 m. s 65,8 kg m. s ( m. s) 0,00465 kg 65,8 kg m,9886 0-6 m /s. s. Knduktivitas panas brine Nilai knduktivitas panas brine dapat ditentukan dengan mengetahui temperatur brine dan % massa brine. Nilai tersebut dapat ditentukan dengan membaca grafik pada gambar 4.4. 9
Gambar 4.4. Knduktivitas panas Sdium Chlride Brines Diketahui: T brine - C (data dari Quality Cntrl) % massa brine % (data dari Quality Cntrl) Dari data tersebut dapat ditentukan knduktivitas panas dengan menarik garis tegak lurus temperatur brine ke garis melingkar % massa brine. Setelah itu dapat ditarik garis lurus hrisntal untuk menentukan nilai knduktivitasnya. Nilai knduktivitas panas brine menurut hasil pengukuran sebesar 0,4 W/(m.K). 4. Panas spesifik brine Nilai panas spesifik brine dapat ditentukan dengan mengetahui temperatur brine dan % massa brine. Nilai tersebut dapat ditentukan dengan membaca grafik pada gambar 4.5. 40
Gambar 4.5. Panas spesifik Sdium Chlride Brines Diketahui: T brine - C (data dari Quality Cntrl) % massa brine % (data dari Quality Cntrl) Dari data tersebut dapat ditentukan nilai panas spesifik dengan menarik garis tegak lurus temperatur brine ke garis melingkar % massa brine. Setelah itu dapat ditarik garis lurus hrisntal untuk menentukan nilai panas spesifiknya. Nilai panas spesifik brine menurut hasil pengukuran sebesar,65 kj/(kg.k) 4
Dari hasil perhitungan didapatkan data-data hasil perhitungan sifat-sifat brine yaitu: Fluida Sdium Chlride X [mass %],00 T [ C] -,00 Density [kg/m ] 65,8 Specific heat [kj/(kg.k)],65 Cnductivity [W/(m.K)] 0,4 Dynamic visccity [mpa s] 4,65 mpa. s Kinematic visccity [m /s],9886 0-6 Freeze pint [ C] -7,95 Dari hasil perhitungan Micrsft Excel dengan menggunakan metde tryal errr, asumsi yang tepat untuk temperatur dinding plat baja (T 4 ) adalah -,74 C. Dengan ditentukan nilai temperatur dinding plat baja, maka dapat ditentukan beberapa parameter perhitungan. Bilangan Grashff: Gr ( T T ) g 4 v L dimana: g percepatan gravitasi (m/s ) kefisien temperatur, /T f (/ T f Temperatur film, L panjang plat (m) T 4 + T visksitas kinematik (m /s) ( 4
Gr ( T T ) g 4 v 9,8m s L. 4,905 0 5,74 + ( ) C -6 (,9886 0 ). (-,74 (-)) m 4 s C. 0 m Bilangan Prandtl: Karena knveksi yang terjadi pada brine tank tersebut terjadi di zat cair, maka nilai bilangan Prandtl disesuaikan leh Hlman sebesar,0 (sumber: Hlman JP, Perpindahan Kalr, Edisi Keenam, Hal. 0) Bilangan Rayleigh: Ra Gr.Pr 4,905 0 5. 4,905 0 5 Bilangan Nusselt: Nu C (Gr.Pr) n 0,7 (4,905 0 5. ) /4 6,78055 Kefisien perpindahan panas: h Nu. k L.6,78055 0,4W 0m ( m. K ) 0,4.6,78055 kcal,6 0 m ( h. m. 4
.6,78055 0,6998kcal 0 m ( h. m. 0,6998.6,78055 W 86 0m.6,78055 0,0040W 0 m ( cm. ( cm. 0,0040.6,78055 W 0,0 0m.6,78055 0,40W ( m. 0 m 48,6769 W/(m. ( m. Dari hasil perhitungan tersebut di atas, maka dapat diketahui nilai resistansi ttal pada brine tank dari dasar tangki. R b ( k. A) 0,5 m ( 0,76W ( m. 70m ) 0,006099 C/W R b ( k. A) 0, m ( 0,045W ( m. 70 m ) 0,0699464 C/W 44
R b ( k. A) 0,006 m (,76 W ( m. 70 m ),697 0-6 C/W R ( h.a) ( 48,6769W ( m. 70 m ),085 0-4 C/W Maka: R ttal (0,006099 + 0,0699464 + 0,0699464 +,085 0-4 ) C/W 0,08769 C/W Laju alir Perpindahan panas yang mengalir dari dasar tangki adalah: Q Ti T Rttal 0,08769 { 7 ( ) } C C W.,87606 Watt Untuk menentukan temperatur T, T dan T 4 dapat diketahui dengan mengunakan persamaan sebagai berikut: Q T T R T T R. Q 7 C (0,006099 C/W.,87606 W) 4,5644 C Q T T R T T R. Q 4,5644 C (0,0699464 C/W.,87606 W) -,78658 C 45
Q T T R 4 T 4 T R. Q -,78658 C (,697 0-6 C/W.4,7577 W) -,749 C Ketelitian: asumsi T4 T4 ε 00% perhitungan T 4,74 0,000006% perhitungan (,749),749 00% Hasil-hasil perhitungan beban pendingin brine tank dari dasar tangki dihitung menggunakan Micrsft Excel dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada gambar 4.6. www.perum prasarana perikanan.cm Gambar 4.6. Hasil perhitungan beban pendingin dari dasar tangki menggunakan Micrsft Excel 46
4.. Panas dari udara Ruangan Melalui Sisi Tangki kiri dan kanan Perencanaan melalui sisi kiri-kanan tanki: betn-styrfam-pelat baja T i C T L 0 m T T T 4 T - C b 50 mm b 0 mm b 6 mm Gambar 4.7. Skematik beban panas dari sisi kiri dan kanan tangki pembeku Q T i T T T T 4 T R i b b b h.a R R R R i k.a k.a k h.a.a Gambar 4.8. Resistansi gabungan pada beban pendingin dari sisi kiri dan kanan tangki pembeku Keterangan: T i Temperatur udara ruang, C T Temperatur brine, - C b Tebal betn, 50 mm 0,5 m b Tebal styrfam, 0 mm 0, m b Tebal pelat baja, 6 mm 0,006 m k Knduktifitas panas betn 0,76 W/m C (Hlman J.P. Perpindahan panas, table A- p,584) 47
k Knduktifitas panas Styrfam 0,045 W/m C (Hlman J.P. Perpindahan panas, table A- p,585) k Knduktifitas pelat baja,76 W/(m. (Kester Artn Raldi, Perpindahan Kalr, Hal. 409) k Knduktifitas brine 0,4 W/(m.K) (ASHRAE, Fundamental Handbk, 00, p..4) 0,6998 kcal/h.m. C 0,0040 W/cm. C 0,40 W/m. C L Panjang penampang tangki pendingin, 0 m Lebar penampang tangki pendingin,,05 m A Luas penampang 0 m,05 m m Karena perhitungan brine tank dari sisi kanan dan kiri memiliki temperatur dinding yang seragam, maka nilai Bilangan Nusselt rata-ratanya dikrelasikan leh Mc. Adam dengan persamaan berikut: Nu C ( Gr. Pr) n Sumber: Kester, Artn, Raldi, Perpindahan Kalr, Edisi Kesatu, Salemba Teknika, 00, Hal. 9. Karena beban pendingin pada sisi kanan dan kiri berbentuk plat vertikal, maka knstanta C dan ekspnen n dapat dilihat pada tabel 4.. di bawah ini: Tabel 4.. Knstanta C dan n untuk temperatur dinding seragam pada plat datar Jenis aliran Gr L Pr C N Laminar 0 4-0 9 0,59 ¼ Turbulen 0 9-0 0,0 / Dari hasil perhitungan Micrsft Excel dengan menggunakan metde trial errr, asumsi yang tepat untuk temperatur dinding betn (T ) dan plat baja (T 4 ) adalah 48
,575 C dan -,969487 C. Dengan ditentukan nilai temperatur dinding betn dan plat baja, maka dapat ditentukan beberapa parameter perhitungan. Bilangan Grashff: Gr ( T T ) g 4 v L dimana: g percepatan gravitasi (m/s ) kefisien temperatur, /T f (/ T f Temperatur film, L panjang plat (m) T 4 + T visksitas kinematik (m /s) ( Gr ( T T ) g 4 v L 9,8m s. 4,905 0-5,969487 + ( ) C -6 (,9886 0 ). (-,969487 (-)) m 4 s C. 0 m Bilangan Prandtl: Karena knveksi yang terjadi pada brine tank tersebut terjadi di zat cair, maka nilai bilangan Prandtl disesuaikan leh Hlman sebesar,0 (sumber: Hlman JP, Perpindahan Kalr, Edisi Keenam, Hal. 0) Bilangan Rayleigh: Ra Gr.Pr 49
4,905 0-5. 4,905 0-5 Bilangan Nusselt: Nu C (Gr.Pr) n 0,0 (4,905 0-5. ) / 7.0,09864 Kefisien perpindahan panas: h Nu. k L 7.0,09864 0,40W ( m. 0 m 66,757099 W/(m. Karena bagian luar brine tank berhubungan langsung dengan udara ruang, maka untuk menghitung kefisien perpindahan panasnya dapat menggunakan persamaan berikut. h i,4 [(T i T )/L] /4 { C 0 } 4,4 (,575) m,785 W/(m. Dari hasil perhitungan tersebut di atas, maka dapat diketahui nilai resistansi ttal pada brine tank dari sisi kanan dan kiri. R i ( h i.a) (,785 W ( m. m ) 50
0,04048 C/W R b ( k. A) 0,5 m ( 0,76W ( m. m ) 0,00998496 C/W R b ( k. A) 0, m ( 0,045W ( m. m ) 0,75668 C/W R b ( k. A) 0,006 m (,76W ( m. m ),0 0-5 C/W R ( h.a) ( 66,757099 W ( m. m ),0044 0-4 C/W Maka: R ttal (0,04048 + 0,00998496 + 0,75668 +,0 0-5 +,0044 0-4 ) C/W 0,875067 C/W Laju alir Perpindahan panas yang mengalir dari dasar tangki adalah: Q T T i R ttal { ( ) } 0,875067 C C W 4,64085 Watt 5
Untuk menentukan temperatur T, T, T dan T 4 dapat diketahui dengan mengunakan persamaan sebagai berikut: Q Ti T R i T T i R i. Q C (0,04048 C/W 4,64085 W),575065 C Q T T R T T R. Q,575 C (0,00998496 C/W 4,64085 W) 0,88 C Q T T R T T R. Q 0,88 C (0,75668 C/W 4,64085 W) -,96640706 C Q T T R Ketelitian: Untuk T : 4 T 4 T R. Q -,96640706 C (,0 0-5 C/W 4,64085 W) -,9674674 C asumsi T T ε 00% perhitungan T perhitungan,575,575065 00%,575065 0,000007% 5
Untuk T 4 : asumsi T4 T4 ε 00% perhitungan T 4,969487 0,000008% perhitungan (,96948795 ),96948795 00% Hasil-hasil perhitungan beban pendingin brine tank dari sisi kanan dan kiri dihitung menggunakan Micrsft Excel dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada gambar 4.9. www.perum prasarana perikanan.cm Gambar 4.9. Hasil perhitungan beban pendingin dari sisi kanan dan kiri menggunakan Micrsft Excel 4.. Panas dari udara Ruangan Melalui Sisi Tangki depan dan belakang Perencanaan sisi depan-belakang tanki betn-styrfam-pelat baja 5
T i C T 4,9 C L 8,5 m T T T 4-4,9 C T - C b 50 mm b 0 mm b 6 mm Gambar 4.0. Skematik beban panas dari sisi depan dan belakang tangki pembeku Q T i T T T T 4 T R i h i.a R b k.a R b k.a R b k.a R h.a Gambar 4.. Resistansi gabungan pada beban pendingin dari sisi depan dan belakang tangki Keterangan: pembeku. T i Temperatur udara ruang, C T Temperatur brine, - C b Tebal betn, 50 mm 0,5 m b Tebal styrfam, 0 mm 0, m b Tebal pelat baja, 6 mm 0,006 m k Knduktifitas panas betn 0,76 W/m C (Hlman J.P. Perpindahan panas, table A- p,584) k Knduktifitas panas Styrfam 0,045 W/m C (Hlman J.P. Perpindahan panas, table A- p,585) k Knduktifitas pelat baja,76 W/(m. (Kester Artn Raldi, Perpindahan Kalr, Hal. 409) 54
k Knduktifitas brine 0,4 W/(m.K) (ASHRAE, Fundamental Handbk, 00, p..4) 0,6998 kcal/h.m. C 0,0040 W/cm. C 0,40 W/m. C L Panjang penampang tangki pendingin, 8,5 m Lebar penampang tangki pendingin,,05 m A Luas penampang 8,5 m,05 m 8,95 m Karena perhitungan brine tank dari sisi depan dan belakang memiliki temperatur dinding yang seragam, maka nilai Bilangan Nusselt rata-ratanya dikrelasikan leh Mc. Adam dengan persamaan berikut: Nu C ( Gr. Pr) n Sumber: Kester, Artn, Raldi, Perpindahan Kalr, Edisi Kesatu, Salemba Teknika, 00, Hal. 9. Karena beban pendingin pada sisi kanan dan kiri berbentuk plat vertikal, maka knstanta C dan ekspnen n dapat dilihat pada tabel 4.. (lihat halaman IV-6). Tabel 4.. Knstanta C dan n untuk temperatur dinding seragam pada plat datar Jenis aliran Gr L Pr C N Laminar 0 4-0 9 0,59 ¼ Turbulen 0 9-0 0,0 / Dari hasil perhitungan Micrsft Excel dengan menggunakan metde trial errr, asumsi yang tepat untuk temperatur dinding betn (T ) dan plat baja (T 4 ) adalah,776649 C dan -,96875 C. Dengan ditentukan nilai temperatur dinding betn dan plat baja, maka dapat ditentukan beberapa parameter perhitungan. Bilangan Grashff: 55
Gr ( T T ) g 4 v L dimana: g percepatan gravitasi (m/s ) kefisien temperatur, /T f (/ T f Temperatur film, L panjang plat (m) T 4 + T visksitas kinematik (m /s) ( Gr ( T T ) g 4 v L 9,8m s.,78689 0-4,96875 + ( ) C -6 (,9886 0 ). (-,96875 (-)) m 4 s C. 8,5 m Bilangan Prandtl: Karena knveksi yang terjadi pada brine tank tersebut terjadi di zat cair, maka nilai bilangan Prandtl disesuaikan leh Hlman sebesar,0 (sumber: Hlman JP, Perpindahan Kalr, Edisi Keenam, Hal. 0) Bilangan Rayleigh: Ra Gr.Pr,78689 0-4.,78689 0-4 Bilangan Nusselt: Nu C (Gr.Pr) n 0,0 (,78689 0-4. ) /4 7.4,869 Kefisien perpindahan panas: 56
h Nu. k L 7.4,869 0,40W ( m. 8,5 m 66,757099 W/(m. Karena bagian luar brine tank berhubungan langsung dengan udara ruang, maka untuk menghitung kefisien perpindahan panasnya dapat menggunakan persamaan berikut. h i,4 [(T i T )/L] /4 { C 8,5 } 4,4 (,776649) m,4080077 W/(m. Dari hasil perhitungan tersebut di atas, maka dapat diketahui nilai resistansi ttal pada brine tank dari sisi kanan dan kiri. R i ( h i.a) (,4080077 W ( m. 8,95 m ) 0,0795606 C/W R b ( k. A) 0,5 m ( 0,76W ( m. 8,95 m ) 0,0409 C/W R b ( k. A) 0, m ( 0,045W ( m. 8,95 m ) 0,6850 C/W R b ( k. A) 0,006 m (,76 W ( m. 8,95 m ),08947 0-5 C/W R ( h.a) 57
( 66,757099 W ( m. 8,95 m ),05986 0-4 C/W Maka: R ttal (0,0795606 + 0,0409 + 0,6850 +,08947 0-5 +,05986 0-4 ) C/W 0,456966 C/W Laju alir Perpindahan panas yang mengalir dari sisi depan dan belakang adalah: Q Ti T R ttal { ( ) } 0,456966 C C W 0,60087 Watt Untuk menentukan temperatur T, T, T dan T 4 dapat diketahui dengan mengunakan persamaan sebagai berikut: Q Ti T R i T T i R i. Q C (0,0795606 C/W 0,60087 W),776649 C Q T T R T T R. Q,776649 C (0,0409 C/W 0,60087 W),490979 C Q T T R T T R. Q,490979 C (0,6850 C/W 0,60087 W) 58
-,9658004 C Q T T R Ketelitian: Untuk T : 4 T 4 T R. Q -,9658004 C (,08947 0-5 C/W 0,60087 W) -,9687 C asumsi T T ε 00% perhitungan T perhitungan,776649,776649 00%,776649 0,0000005% Untuk T 4 : asumsi T4 T4 ε 00% perhitungan T 4,96875 0,00004% perhitungan (,9687 ),9687 00% Hasil-hasil perhitungan beban pendingin brine tank dari sisi kanan dan kiri dihitung menggunakan Micrsft Excel dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada gambar 4.. 59
www.perum prasarana perikanan.cm Gambar 4.. Hasil perhitungan beban pendingin dari sisi depan dan belakang menggunakan Micrsft Excel 4..4 Panas dari Udara Ruangan Melalui Tutup Tanki, Perencanaan tutup tanki terbuat dari bahan kayu jenis Mapel. T i C T b 0,05 m T L 0 m T 5 C Gambar 4.. Skematik beban panas dari tanah melalui tutup tangki pembeku 60
Q T i T R i h.a R i k b. A T R T h.a Gambar 4.4. Resistansi gabungan pada beban pendingin dari tanah melalui tutup tangki pembeku Keterangan: T i temperatur udara ruang, C T temperatur udara di dalam tangki, 5 C b tebal kayu, 50 mm 0,05 m k knduktivitas panas kayu jenis Mapel 0,66 W/m C (Hlman J.P, Perpindahan panas, table A- p,584) L Panjang penampang tutup tangki pendingin, 0m Lebar penampang tutup tangki pendingin, 8,5m A Luas penampang 0m 8,5m 70 m Karena fluida yang berhubungan dengan dinding atas dan bawah tutup tangki adalah udara, maka untuk menghitung kefisien perpindahan panasnya menggunakan persamaan berikut: / 4 T h,4 (Khanna, Heat and Mass Transfer, p. 0) L Dari hasil perhitungan Micrsft Excel dengan menggunakan metde trial errr, asumsi yang tepat untuk temperatur dinding kayu (T ) dan dinding kayu bagian dalam (T ) adalah 0,65 C dan 6,85 C. Dengan ditentukan nilai temperatur dinding kayu (T ) dan dinding kayu bagian dalam (T ), maka dapat ditentukan beberapa parameter perhitungan. 6
Kefisien perpindahan panas antara tutup tangki dengan udara ruang: h i,4 [(T i T )/L] /4 { C 0 } 4,4 ( 0,65) m,48855 W/(m. h,4 [(T T )/L] /4 { C 0 } 4,4 ( 6,85 5) m,48855w/(m. Dari hasil perhitungan tersebut di atas, maka dapat diketahui nilai resistansi ttal pada brine tank dari sisi kanan dan kiri. R i ( h i.a) (,4885W ( m. 70 m ) 0,004769 C/W R b ( k. A) 0,05 m ( 0,66 W ( m. 70m ) 0,007779 C/W R ( h.a) (,48855W ( m. 70 m ) 0,00476906 C/W Maka: R ttal (0,004769 + 0,007779 + 0,00476906) C/W 0,00005 C/W 6
Laju alir Perpindahan panas yang mengalir dari tutup tangki adalah: Q Ti T Rttal 0,00 { 5} C C W 87,668Watt Untuk menentukan temperatur T dan T dapat diketahui dengan mengunakan persamaan sebagai berikut: Q Ti T R i T T i R i. Q C (0,004769 C/W 87,668 W) 0,64874 C Q T T R Ketelitian: Untuk T : T T R. Q,64874 C (0,007779 C/W 87,668 W) 6,85 C asumsi T T ε 00% perhitungan T perhitungan 0,65,64874 00%,64874 0,00064% Untuk T : asumsi T T ε 00% perhitungan T perhitungan 6
6,85 6,85 00% 6,85 0,000785% Hasil-hasil perhitungan beban pendingin brine tank dari tutup tangki dihitung menggunakan Micrsft Excel dan hasil perhitungannya dapat dilihat pada gambar 4.5. www.perum prasarana perikanan.cm Gambar 4.5. Hasil perhitungan beban pendingin dari tutup tangki menggunakan Micrsft Excel 4. Panas yang Diambil Evapratr Dari beban prduksi (prduct lad) yang harus diambil evapratr untuk mengubah air menjadi es: Q m C.( T T ) + C.( T T ) e [ ] p in e p e 64
Keterangan: m kapasitas prduksi per jam (freezing time 4 jam) 50.000 kg/hari.08, kg/jam C p panas jenis air, 4,84 kj/kg C (Cengel & Bles, Thermdynamics and engineering Apprach, table A p.766) T in temperatur air masuk, 8 C (data perasi pabrik) T e temperatur titik beku air (es), 0 C T temperatur brine, - C C f panas jenis es,, kj/kg C (Cengel & Bles, Thermdynamics and engineering Apprach, table A p.767) Karena panas yang diambil dari air ke evapratr digunakan untuk pembuatan es, maka nilai panas laten pembentukan diperlukan untuk perhitungan panas evapratr. Sehingga: Q m C.( T T ) + h + C.( T T ) e [ ] p in e ie p e di mana: h if panas laten pembentukan, 5, kj/kg (Ashrae 998, p.8) Maka: Q m C.( T T ) + h + C.( T T ) e [ ] p in e ie p e.08, kg/jam. [4,84 kj/(kg. (8-0) + 5, kj/kg +, kj/(kg. (0-(-) C] 995.50 kj/jam 76,405556 kj/s 76,405556 kw 76.40,5556 Watt Dari hasil perhitungan tiap-tiap beban pendingin pada freeze tank, maka ttal beban pendingin adalah: 65
Q ttal Q dari dasar tangki + ( Qdari sisi kanan kiri Q dari tutup tangki + yang diambil evapratr Q ) + ( Q dari sisi depan ) + belakang (,87606 + ( 4,64085) + ( 0,60087) + 87,6684 + 76.40,5556) Watt 8.89,6609 Watt 8,896609 kw Karena menggunakan tiga buah unit brine tank, maka ttal beban pendinginnya adalah: Q ttal 8,896609 kw 84,868988 kw Untuk menanggulangi beban akibat kebcran-kebcran, maka beban keseluruhan harus ditambah 0% dari beban keseluruhan. Sehingga: Q ttal 84,868988 kw + (0% 84,868988) kw 98,558 kw Kmpresr yang terpasang pada sistem refrigerasi ini adalah kmpresr dengan spesifikasi data sebagai berikut: Merk Jenis Mdel Jumlah silinder Diameter silinder Panjang langkah trak Putaran Jumlah tingkat tekanan : Surely : Reciprcating Cmpressr Multi Cylinder : VZ 6A x 4 set : 8 silinder : mm : 06 mm : 000 rpm : Satu tingkat Refrigeran : Amnia (NH ) Kapasitas refrigerasi : 57.00 kcal/jam/set 57.00 4,84.075.706,4 kj/jam 98,807 kj/s 98,807 kw 66
Minyak pelumas : Clavus Oil 46 Pabrik pembuat : Hasegawa Refrigerating Industries, LTD Osaka Japan Maka kmpresr yang dibutuhkan adalah sebanyak : n Q P ttal cmp 98,5588kW 98,807 kw,065 Maka kmpresr yang digunakan adalah sebanyak 4 buah. Hasil-hasil perhitungan panas yang diambil evapratr dan ttal beban pendingin dihitung dengan menggunakan Micrsft Excel dan perhitungannya dapat dilihat pada gambar 4.6. www.perum prasarana perikanan.cm Gambar 4.6. Hasil perhitungan panas yang diambil evapratr dan ttal beban pendingin menggunakan Micrsft Excel 67