HEAT EXCHANGER PRESENTATION SUMMARY PERANCANGAN ALAT PROSES 2016
STHE vs PFHE
R E G N A H C X E T A E H
(hal 1)
Shell & Tube (ST)
Jenis & Spesifikasi STHE (hal 2 ) Cara kerja STHE (hal
8 )
Soal Aldi-Elin (hal 15)
Case Study Jenis & Spesifikasi PFHE (hal 6) Plate & Frame (PF)
Material
(hal 11)
Cara kerja PFHE
Soal Onel-Julianto (hal 17 )
(hal
10)
Soal Fitria-Hani (hal 22)
Case Study
Soal Adin-Imas (hal 27) Sprial & Rotary
Case Study (hal 32)
Jadwal UAS PAP-01 2016 (Sumber: SIAK NG) Kelas Per Per anc Alat Pr o-01
U AS
24 M ei 2016
13.00 - 15.00
S.502 S.502
Mohon maaf jika ada kekurangan dan kesalahan dalam rangkuman ini. Jika ada informasi yang salah dalam rangkuman ini ataupun tambahan informasi mengenai materi ini, mohon disampaikan ke grup WhatsApp PAP 01. Semoga Semoga ki ta semu semu a suks suk ses! es!
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
13. HE ST/PF
e b u T & l l e h S Jenis HE
Tekanan
>30 bar
Temperatur
>260 oC
Luas Permukaan
>200 ft 2
Keunggulan Sangat umum digunakan pada industri dan mudah digunakan Mudah dalam perawatan
Konstruksi mekanik dapat lebih menahan masalah proses dan fisik dan dapat dibuat dari berbagai material digunakan Heat exchanger ini dapat digunakan untuk pemanasan/penguapan dan pendinginan atau kondensasi segala macam fluida. Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien. Mudah dirawat dan dibersihkan Waktu tinggal media sangat pendek
e m a r F & e t a l P
Tekanan
<30 bar
Temperatur
<260 oC
Luas Permukaan
0.03-1.5 m 2
Kelemahan 1. Efisiensi thermal yang kecil dibandingkan dengan plate & frame 2. Terdapat dead zone di sisi shell yang dapat menyebabkan masalah korosi
Shell & Tube
3. Initial cost tinggi karena plate titanium mahal
4. Berpotensi mengalami kebocoran 5. Kinerja kurang baik jika perbedaan temperatur antara 2 fluida sangat besar
Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos) Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless Steel,Titanium, dan logam lainnya) Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi Pendekatan temperatur terendah yang
Plate & Frame
1
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
⁰
masih bisa digunakan hingga 1 C dibandingkan dengan Heat Exchanger Shell and Tube yang sebesar 5 – 5 – 10 10 C. Koefisien perpindahan panas yang besar memungkinkan alat ini dioperasikan dengan beda suhu yang kecil.
⁰
14. Jenis & Spesifikasi STHE 1. Externally Sealed Tubesheets Exchangers (Type W) Bundle tubesheet dengan floating tubesheet tersegel dapat dilepas untuk menghindari pencampuran fluida Keuntungan Kekurangan Aplikasi Tube dapat dilepas tanpa Memungkinkan Intercooler mengganggu pipa shell terjadi kebocoran Jaket Air pada sisi tube dan Pendingin shell Pendingin Pembersihan Tube dan Suhu maksimum dengan air o o Shell dapat dilakukan 375 F/190 C didalam tube dengan cara mekanik Dapat menggunakan Tekanan maksimum multi-tube-pass 300 psi Dengan Floating Fluida pada shell dan tubesheet perbedan suhu tube harus tidak yang tinggi antara shell volatile dan beracun dan tube dapat diatasi
2. Outside Packed Floating Head (Type P) Skirt terkait pada floating tubesheet melewati bagian belakang shell. Ruang antara skirt dan shell dilapisi oleh beberapa lapisan packing gland. Kelebihan: Batasan: Tube dapat menahan Material yang berbahaya tidak boleh tekanan cukup tinggi digunakan karena dapat menyebabkan kebocoran Tube bundle dapat dilepas Temperatur fluida pada shell harus o Pembersihan secara dibawah 300 F dan tekanan di mekanis dapat dilakukan bawah 150 psi Kegagalan pada packing dapat dilihat selama operasi Tipe ini direkomendasikan untuk menangani fluida bertekanan rendah, temperature rendah, dan tidak berbahaya
•
•
•
•
•
•
2
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
3. Pull-through Head (Type T) Kelebihan: Bundle dapat dilepas Pembersihan secara mekanis dapat dilakukan Pressure loss kecil
Kekurangan: Kebocoran sulit untuk dideteksi Mempunyai harga yang lebih mahal Efisiensi thermal rendah karena besarnya annulus antara OTL dengan sheel ID Tekanan : 75-300 psi Dapat digunakan untuk pemanas bertekanan rendah (LP Steam) pada shell. Digunakan pada single dan double shell compressor intercooler pada refinery •
•
•
•
•
•
•
4. Floating Head with Backing Device (Type S) Pada floating head with backing device (Tipe S), penutup shell di atasfloating head memiliki diameter lebih besar dari shell. Akibatnya, sealing strip umumnya tidak diperlukan. Tabung bundel tidak dapat dilepas. Jenis ini dianjurkan untuk HP, proses cairan tidak berbahaya. Kelebihan: Batasan: Memungkinkan adanya tekanan tinggi Kegagalan pada gasket tidak dapat dilihat dari Memungkinkan adanya pembersihan shell dan tube secara mekanis luar, sehingga kebocoran Efisisensi lebih tinggi dibandingkan terkadang sulit untuk dideteksi tipe T karena annulus lebih kecil dan jumlah tube lebih banyak pada shell Kedua ujung penukar panas harus dibongkar untuk pembersihan dan pemeliharaan. Tekanan : 75-600 psi Tipe ini direkomendasikan untuk menangani tekanan tinggi dan fluida yang tak berbahaya. Sering digunakan pada refinery.
•
•
•
•
•
•
5. Fixed Tubesheet Exchangers (eg. Type BEM, AEM, NEN) Tubesheet dilas pada shell dan heads dipasang dengan baut di tubesheet Cover plate dapat dilepas dengan tujuan untuk memudahkan pembersihan tube
Keuntungan Lebih murah dibandingkan dengan heat exchanger yang
Kekurangan Sisi shell hanya dapat dibersihkan dnegan menggunakan bahan
Aplikasi Pendingin Minyak Kondensor uap
•
•
3
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
dapat dibongkar pasang
kimia
• • •
Memberikan area pepindahan panas yang maksimal pada ukuran shell dan tube yang sama Dapat menggunakan multi-tube-pass
Tube tidak bisa di lepas •
Tidak dapat untuk tekanan tinggi
Reboiler Pendingin gas Secara umum fluida yang lebih viskos dan panas ada di shell Fluida korosif dialirkan pada tube
6. U-Tube Exchangers (eg. Type BEU, AEU) Keuntungan Kekurangan Aplikasi Pendinginan Minyak Jenis tube ini dapat Dibutuhkan cairan Pendinginan Gas dibongkar pasang kimia untuk Sangat baik untuk sehingga membersihkan sisi aplikasi merubah memudahkan proses pipa yang berbentuk uap menadi cair pembersihan pada U bagian shell U-tube heat exchanger HE jenis ini cocok untuk tekanan yang sebaiknya tidak tinggi digunakan untuk tube dengan fluida Tidak mudah bocor yang kotor Lebih murah dibandingkan dengan floating head • • •
4
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Jenis Heat Konstruksi dari Jenis Heat Exchanger Exchanger
Tube Dapat Dilepas
Tube Dapat Dibersihkan Secara Mekanik
Liquid dan Gas Tidak Liquid dan Gas Berbahaya dibawah Tidak Berbahaya 40 Barg diatas 40 Barg o
Liquid dan Gas Berbahaya
Dapat Menahan Thermal Shock
o
< 190 C
>190 C
AEW, BEW BEW
Externally Externally Sealed, Sea led, Floating Tube Sheet
Yes
Yes
Yes
No
No
No
No
AEP, BEP
Outside Packed Floating Head
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
No
No
AEL, BEM BEM
Fixed Tube Sheet
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
No
NEN
Fixed Tube Sheet, Channel No Integral with Tube Sheet
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
No
AEU, BEU BEU
U- Tube
Yes
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
AET, BET Pu Pull- Through Floating Head Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Floating Head With Backing Yes Device
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
AES, BET
5
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
15. Jenis & Spesifikasi PFHE
1. Gasketed Plate Heat Exchanger Kelebihan Mempunyai koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U) yang lebih baik dari S&T H.E dan spiral H.E. Compact , mempunyai ukuran yang lebih kecil dibanding H.E. lain untuk kapasitas termal yang sama Perawatan dan pembersihan mudah Bekerja baik pada fluida dengan selisih temperature yang kecil
Kekurangan Rawan terhadap kebocoran Pressure Drop tinggi Kurang efektif untuk fluida dengan selisih temperature fluida yang besar apabila dibandingkan dengan S&T H.E. Tidak dapat digunakan untuk temperature dan tekanan tinggi Tidak cocok untuk fluida gas
Aplikasi Industri makanan dan minuman (spesifik untuk pasteurisasi suhu). Pabrik petrokimia dan pembangkit listrik sebagai Process Heater, Cooler, dan Closed-Circuit Cooling system. Industri untuk cairan fluida dengan viskositas di bawah 10 Pa.s.
2. Brazed Plate Heat Exchanger Keunggulan Aplikasi Tahan terhadap tekanan Heat pump lebih tinggi dari District heating aplikasi G.PFHE Chiller Tebal plat yang lebih Oil cooling tipis dibanding G.PFHE untuk menghadapi tekanan yang sama Mengurangi kemungkinan kebocoran Tekanan operasi besar, yaitu 90 bar. Sebagai perbandingan, G.PFHE tertingi hanya 30 bar.
6
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
3. Spiral Plate Heat Exchanger Keunggulan Punya kemampuan untuk menangani fluida viskos, slurries, viskos, slurries, dan fluida yang rawan membentuk fouling. Fouling rate rendah karena fouling dapat diatasi dengan pengaliran fluida dengan kecepatan tinggi dan tidak ada dead spot
Aplikasi 1. Spiral – Spiral – Spiral Spiral Flow Untuk perpindahan kalor cair-cair. 2. Spiral – Spiral – Cross Cross Flow Untuk kondensor dan evaporator, atau berperan pada sistem dua fasa. 3. Combined Spiral – Spiral – Cross Flow Umum digunakan sebagai steam sebagai steam heater .
4. Welded Plate Heat Exchanger Kelebihan Harga lebih murah. Cocok untuk aplikasi dengan suhu tinggi dan/atau tekanan tinggi dengan media relatif bersih. Dapat menghandle media korosif (asam, NaOH, dll). Suhu yang didapat lebih dekat dibanding Shell & Tube Heat Exchanger. Tipe ini lebih aman jika digunakan pada fluida kerja dengan temperatur maupun tekanan kerja tinggi dibandingkan HE dengan gasket karena tipe gasket hanya dapat menghandle fluida-fluida jenus tertentu.
Kekurangan Kurang fleksibel atau agak sulit dalam bongkar-pasang dan perawatan.
Aplikasi Oil and Gas Industry Refinery Applications Pharmaceutical Industry Chemical/Petroch emical Industry Automotive Pulp and Paper Industry Steel Industry •
•
•
•
• •
•
7
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
5. Semi-welded Plate Heat Exchanger Keunggulan Aplikasi Sistem yang Fleksibel Oil and Gas Industry untuk Mudah memebersihkan Refinery gasket Applications Tidak mudah kotor Pharmaceutical Industry Pemasangan Cepat Chemical/Petroc Sangat Anti Korosi hemical Industry Koefisien Automotive Perpindahan Panas tinggi Pulp and Paper Industry Perawatan Biaya Lebih rendah Steel Industry
16. Cara Kerja STHE Shell and tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor tubular yang terdiri atas dua bagian besar yaitu cangkang (shell) dan buluh (tube). Perpindahan kalor terjadi antara dua fluida, dimana fluida pertama mengalir diluar tube sedangkan fluida kedua mengalir di dalam tube. Fluida ini dapat berfasa satu atau dua dan dapat mengalir secara paralel atau berlawanan arah (counter). Komponen Shell
Fungsi media mengalirnya fluida yang akan dipertukarkan panasnya dengan fluida yang
mengalir di dalam tube, konstruksi shell ini sangat ditentukan oleh keadaan tube yang akan ditempatkan didalamnya. Tubes
komponen dasar pada STHE sebagai penyedia permukaan pertukaran panas antara fluida yang mengalir melalui bagian dalam tube dan tube dan melalui bagian luar tube. tube.
Tubesheets
tempat terpasangnya pipa. Susunan pipa yang terpasang bisa berbentuk triangular, rotated triangular, square, maupun rotated square.
Buffles
Nozzles
mempercepat laju alir fluida yang mengalir melalui shell
turbulensi yang akan meningkatkan laju perpindahan panas dan menjaga tube
Pada titik masuk fluida ke dalam heat exchanger, baik pada sisi shell ataupun sisi tube, dibutuhkan sebuah nozzle agar fluida kerja dapat didistribusikan merata di 8
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
semua titik.. Nozzle pada inlet heat exchanger ini akan membuat aliran fluida yang masuk menjadi lebih merata, sehingga didapatkan efisiensi perpindahan panas yang tinggi.
Tabel Kelebihan dan kekurangan STHE Jenis STHE
Fixed Tube
Kelebihan
Kekurangan
Maksimum area untuk diameter sama Terdapat single/multiple passes untuk menyesuaikan kecepatan alir Paling murah Menyediakan ekspansi termal turunan yang dikembangkan antara T&S Tube bundle dan bundle dan shell shell bisa bisa dibersihkan secara mekanik
U-tube
Lebih murah dari floating dari floating head
Menyediakan ekspansi termal turunan yang dikembangkan antara T&S Floating head Tube bundle dan bundle dan shell shell bisa bisa dibersihkan secara mekanik
9
Tidak dapat dibersihkan Tidak menyediakan ekspansi termal turunan yang dikembangkan antara T&S Karena U, beberapa tube hilang di tengah Karena U, tube hanya dapat dibersihkandengan metode kimia Karena U, tidak bias mengganti satuan tube Tidak dapat single dapat single pass/counter-current Susah mengeringkan tube dengan posisi vertical Ketebalan U-bend lebih kecil dari yang lurus Untuk menyediakan tutup floating head dibutuhkan penguncian tube sheet yang yang membutuhkan ruang besar di mana dapat digunakan untuk memasang banyak tube Perbedaan suhu yang tibatiba harus dihindari karena tube tidak dapat ekspan indepen Material packing harus memperhatikan batasan P,T
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
17. Cara Kerja PFHE Mekanisme PFHE secara garis besar: Transfer panas terjadi dari fluida pada satu sisi plat ke fluida dingin di sisi pat lain. Plat yang disekat oleh gasket membentuk saluran-saluran yang dilewati fluida panas dan fluida dingin secara selang-selang. Plat tipis yang berlekuk membuat aliran fluida trubulen serta menyediakan luas transfer panas yang besar. Komponen Plat
Frame Gasket
Baut pengencang
Fungsi Permukaan perpindahan panas. Plat dibuat berkelok untuk membuat aliran turbulen dan memberi permukaan yang luas Menyatukan plat
Penyekat untuk mengarahkan aliran fluida melalui saluran pada lubang plat dan saluran antar plat Mencegah kebocoran Mencegah fluida yang beda tercampur Memperkuat rangkaian plat dan frame
Tipe aliran PFHE:
One-way flow pattern.
Multi-way flow pattern. 10
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Kelebihan dan kekurang PFHE secara umum: Kelebihan Kekurangan permukaan Berpotensi Luas transfer panas besar terjadinya dengan peralatan kebocoran. kecli Pressure drop yang mudah tinggi. Tidak terbentuk pengotor Kurang baik untuk fluida yang mentransfer Dapat panas fluida yang pernedaan suhunya perbedaan suhunya besar. kecil Kurang cocok untuk fluida untuk fluida Baik dengan laju alir dengan suhu rendah tinggi. Hemat biaya untuk pompa dan operasional
1. 2. 3.
4.
20. Kriteria Pemilihan Bahan/Material HE Prosedur umum pemilihan bahan HE: Mengetahui seluruh kebutuhan HE (jenis fluida pada tube dan shell , laju alir, temperatur, tekanan, kondisi startup, kondisi startup, shutdown, upset, kemurnian fluida, hazardous fluida). Membuat list material yang berpotensi untuk dijadikan HE sesuai spesifikasi diinginkan (diutamakan yang memiliki harga murah dan banyak tersedia di pasaran) Mengidentifikasi material yang telah dipilih: a) Karakteristik fisik Koefisien transfer panas (membutuhkan konduktivitas panas yang tinggi untuk material tube) tube) Koefisien ekspansi panas harus rendah dan sesuai dengan material yang digunakan pada tubesheet. tubesheet. b) Karakteristik mekanik Memiliki kekuatan tarik yang baik dengan kemampuan menjalarkan panas yang baik Memiliki kemungkinan yang kecil pada patahan c) Korosi Laju korosi rendah Toleransi material terhadap fluida yang bekerja Memilih material dengan kondisi yang paling optimum
11
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Fluida HE (Warren, Seider)
Pemilihan Material HE dengan Berbagai Jenis Fluida
12
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Pemilihan Material Gasket pada Plate HE Gasket pada plate HE dirancang untuk membagi aliran fluida agar dapat mengalir ke plat plat secara selang seling. Material gasket tebuat dari rubber dan dirancang hingga dapat terkompres hingga 25% dari ketebalan. Material gasket yang umum digunakan adalah butyl dan nitrile rubber. Table dibawah merupakan kriteria pemilihan material gasket pada plate.
13
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Other information
(T, Kuppan, HE Design Handbook)
14
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
18. Case Study STHE (Aldi-Elin) 0 A heat exchanger is to be designed to heat raw water by the use of condensed water at 67 C and 0.2 bar (Cp = 4179 J/kg.K), which will flow in the shell side with a mass flow rate of 50000 0 kg/hr. The heat will be transferred to 30000 kg/hr of city water coming from supply at 17 C (Cp = 4184 J/kg.K). A single shell and a single tube pass is preferable. A fouling resistance of 2 0.000176 m .K/W is suggested and the surface over design should not be over 35%. A maximum tube length of 5 m is required because of space limitations. The tube material is carbon steel (k = 60 W/m.K). Raw water will flow inside of ¾ in.straight tubes (19 mm OD with 16 mm ID). Tubes are laid out on a square pitch with a pitch ratio of 1.25. The baffle spacing is approximated by 0.6 of shell diameter and the baffle cut is set to 25%. The permissible maximum pressure drop 0 on the shell side is 5.0 psi. The water outlet temperature should not be less than 40 C. Perform the estimation of HE specs. We can assume the shell side heat transfer coefficient and the tube side heat transfer coefficient 2 2 as 5000 W/m .K and 4000 W/m .K. Dik :
mm ̇̇c == 30000 kg/hr kg /hr 50000 kg/hr Cpc = 4179 kg.JJ K Cp = 4184 kg.K
15
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
TTcc == 1740 CC == 290313 KK C = 340 K TRft ==0.67000176 .K/W m hhi ==4000 5000W/m W/m DDio ==1619mmmm kPR==601.W/m K 25 / F=1 CL = 1.0 CTP = 0.93
h1=340 c
Skema S&T Heat Exchanger (one pass shell and one pass tube)
h2
(
Asumsi
Dit : Estimasi spesifikasi HE? Jawab :
Q ̇ Cp)c(Tc TcJ) Q 30000= (mkg/hr T = T (ṁ Cp) Q = 3600 s .4179 kg.K . 313 T J 290 290 K 800975 J s = 34 3 4 0 K K Q = 800975 s = 801 kW kg 50000 J hr . 4 184 3600 s kg. K Q = (ṁ Cp)(T T) T = 326.2 K = 53.2 C Uf = h1o + rroi h1i + Rft − U=f 1 + 19 1 +0.000176 5000 16 4000 l n r /r o i − + ro k 0.+ 02019 ln19/16 60 W Uf = 1428.4 m. K
Menghitung Overall heat transfer coefficient:
16
c2=290 K
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
∆, = ln 2 = 2736, l= 31,n27/36, 2 4℃ ∆= =1 ∆ ∆, , = 1×1 × 31,31,4 = 31,31,4℃4℃
− 1 r 1 l n r /r o o i Uc = ho + ri hi + ro k Uc 1 19 1 = 5000 + 16 4000 − 19/16 + 0.02019 ln19/16 60 W Uc = 1908.09 m. K
Menghitung luas permukaan (A) dengan asumsi ada faktor pengotor dan asumsi bersih:
8 01, 9 3×10 = ∆ = 1428,4×31,4 = 17,88 801,01,93× 9309×28 × 10 = 13,38 = ∆ = 1908, / = 1,336 / = 0,637 = 0,785 / 0 , 7 85×0, 9 3×0, 2 62 1 17, 8 8× 8× 1, 2 5 5 × 0, 019 0 1 9 = = 0,637 0,93 3 1,0×1,2≈589 × 0,019019 = 88,84 = 0,262
Luas permukaan berlebih adalah sebesar (33,6%) cukup kecil, sehingga bisa diterima. Kemudian diasumsikan panjang dari tube adalah L = 3 m. Menghitung diameter shell Menghitung jumlah tube:
Jadi, estimasi ukuran dari HE adalah sebagai b erikut: Diameter shell ( ) = 0,262 m Panjang tube (L) = 3 m Diameter tube OD = 19 mm ; ID = 16 mm Baffle spacing B = 0,20 m ; baffle cut 25% Pitch ratio (PR) = 1,25, square pitch Jumlah tube ( = 89
21. Case Study STHE dengan Bahan Sesuai Fluida yang dihandle (Onel-Julianto) Aliran Minyak Bumi mentah ingin dinaikan suhunya dengan panas yang dihasilkan oleh produk kerosene pada kolom distilasi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan meng gunakan sebuah heat-exchanger S&T. S &T. Data-data untuk desain HE disediakan sebagai berikut
17
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Kerosene Crude Oil Flowrate 0.037 0.103 Temperature Awal 200 35 Temperature Akhir 95 75 Densitas 730 830 Heat Capacity 2470 2050 Viscosity 4.0 x 10 3.6 x 10 Konduktivitas Termal 0.132 0.133 Fouling Coefficient 5000 2000 Persyaratan yang diperlukan untuk Kecepatan keluaran Shell dan Tubenya memiliki spesifikasi sebagai berikut vt 1.5 m/s dan vs 1.0 m/s. Perusahaan ini sebelumnya telah memesan sebuah Pipa yang dipergunakan untuk tube HE yaitu
Outside D Inside D Material
Tube Pipe 20 mm 16 mm Stell
JAWABAN
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Outline Menjawab Menentukan Letak Aliran Fluida Menentukan Koefisien RPW Menghitung Jumlah shell Mencari Correction Factor Mencari Koefisien Perpindahan Panas dan Luas Perpindahan panas Mencari Diameter Shell MENENTUKAN LETAK ALIRAN FLUIDA
1. 2. 3.
4.
5.
Untuk menentukan Letak ALiran Fluida, dengan mengikuti Rule Of Thumb. Beberapa Kriteria yang menjadi dasar dalam Tata-peletakan Fluida adalah: (Teori Fluida Allocation) Material of Construction. Untuk menjaga material HE, maka fluida dengan sifat corrosive diletakan didalam untuk mengurangi biaya dari material yang mahal (tube lebih murah daripada shell) Fouling. Fluida dengan kemungkinan besar untuk menghasilkan fouling, diletakan didalam agar lebih mudah dikontrol, dan kecepatan tube lebih besar sehingga mengurangi kemungkinan fouling. Tekanan Operasi. Fluida tekanan tinggi diletakan di tube. Karena dengan diameter yang kecil, dengan tebal yang tipis dapat menahan tekanan yang tinggi. Sehingga lebih efektif untuk menampung fluida tekanan tinggi di tube. Pressure Drop. Untuk pressure drop yang sama, koefisien perpindahan panas akan lebih besar ditube daripada di shell. Dan untuk fluida yang dijaga tekanannya (pressure drop kecil) lebih baik diletakan di tube. Viskositas. Untuk mendapatkan nilai transfer panas yang lebih ebsar, diletakan material yang lebih viskos di bagian shell.
18
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
6. Laju alir. Untuk laju alir kecil diletakan di shell, sehingga nilai transfer panasnya lebih besar, karena kontak dengan HE lebih lama pada laju alir kecil. 7. Temperatur Fluida. Untuk fluida lebih panas dapat diletakan di bagian tube. Agar pada bagian shell suhunya lebih rendah karena diisi fluida dingin. Dengan teori diatas, maka peletakan fluida ini didasari dengan Fouling Factornya Besar Fouling factor dapat dicari dengan Data diatas, semakin besar Fouling Coefficient maka akan menghasilkan Fouling factor yang kecil. Semakin kecil Fouling factor, maka semakin diperlukan maintenance yang sedikit. Untuk maintenance yang sedikit fluida lebih baik diletakan di shell, dan yang lebih besar fouling factornya akan diletakan ditube untuk mempermudah maintenance dari HE. Maka dari penyampaian diatas, maka ma ka Kerosene diletakan di bagian Shell dan Crude Oil diletakan pada bagian Tube. MENENTUKAN KOEFISIEN RPW Persamaan untuk mencari RPW
075035 3595 = 2.625 = 2 7535 = 20035 = 0.24 2 . 6 2 5 + 1 + 2. 2 . 6 25 + 1 2 ∗ 2 . 6 2 5 ∗ 0 . 9 1 . 7 09 √ = 2.625+1+√ = 25+1+ √ 2.2.625 + 11 2∗0 2∗ 0.9 4.634 = 0.3688
Dengan persamaan diatas maka didapatkan nilai
R 2.625 P 0.24 W 0.3688
19
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
MENGHITUNG JUMLAH SHELL
12. 1 2. 6 25∗0. 2 4 l n = 0.10.368824 = 0.74
Sehingga, jumlah shell yang digunakan adalah 0.74 atau dibulatkan keatas menjadi 1 MENCARI CORRECTION FACTOR
= ..
Memasukan nilai R = 2.625 dan P = 0.24 Setelah itu akan didapatkan nilai
MENCARI KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS DAN LUAS PERPINDAHAN PANAS
Asumsi : Desain dirancang dengan kondisi bersih sehingga dapat digunakan koefisie 1 0.8 1 0.8 0.8 0.5
MENCARI KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS
Mencari komponen tiap variabel
∗ 0.132 . 0 . 2 4 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 0 . 8 ∗ 0 . 8 ∗ 7 3 0 ∗ 2470 24 70 = 410−. ∗ 0.02. = 1653 ℎ = 1653 1653 ∗1∗ 1. = 1653 1653 . −− 20
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
= 0. 0 21 2 1 , 0. 0 . 0 23 ,,0. 0. 0 27 . − 0. 1 33 2050∗3. 6 10 0. 0 16∗830 = 0.0.023 ∗ 0.016 0.133 ∗ 3.610− = 520.4 −− ℎ = 520. 520.4 ∗ 1.5. = 719.8 .−−
ℎ = 20.200 .−−
ℎ 1 = 16531 + 50001 + 202001 + 0.00.0162 20001 + 719.1 8 = 310. 310.94 . −− 9535 2007520075 9535 = 88.6 ∆ = 20075 ln 9535 37∗730∗2470∗ 20095 20095 ) = (0.037∗730∗2470∗ = 282. 5 310.94∗88.6∗0.9 Kerosene 5000
Crude Oil 2000
MENCARI LUAS KONTAK
MENCARI DIAMETER SHELL
Nilai pc adalah factor konfigurasi tube, digunakan 1 adalah Susunan Persegi
21
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Nilai pt adalah jarak antar tube (center to center) yang digunakan adalah 30 mm (jarak antar dinding tube 10mm)
/ 4∗1∗0. 0 3 ∗ 282. 28 2. 5 = ∗ 0.02 ∗ 7 = 0.903 MENCARI JUMLAH TUBE
0. 9 03 4 = 0.03 = 711.58 ℎ
19. Case Study PFHE (Fitria-Hani) Permasalahan Pada proses pengolahan susu dibutuhkan proses pasteurisasi, yaitu proses yang bertujuan untuk membunuh semua mikroba pathogen yang dapat merusak susu serta menyebabkan penyakit pada bayi. Pasteurisasi dilakukan secara kontinyu menggunakan men ggunakan suhu tinggi. Susu dialirkan ke bagian o o pasteurisasi untuk mengalami pemanasan dari suhu 27 C hingga suhu 80 C dengan medium o pemanas air bersuhu 90 C dengan laju alir 150.000 liter/jam. Diketahui bahwa kapasitas produksi susu per hari adalah 80.000 Liter Tentukan desain heat exchanger yang digunakan. Jawaban ger Pemilihan Konsep H eat Exchan ger Untuk pemilihan jenis material yang digunakan dalam PFHE ini, kami akan mengevaluasi sifat fluida yang digunakan. Susu mengandung senyawa asam lemak tak jenuh sehingga bersifat korosif. Oleh karena itu, kita memerlukan material yang tahan terhadap korosi. Dalam hal ini, kami menggunakan jenis material SS304 yang biasa digunakan untuk menangani (bahan o pangan) senyawa asam lemak pada suhu < 150 C. Penentuan Spesifikasi PFHE Pertama, ditentukan spesifikasi mengenai dimensi plate untuk PFHE. Spesifikasi dimensi plate yang dirancang dalam kasus ini ditunjukkan pada tabel dibawah ini.
22
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Spesifikasi plate pada PFHE Dimensi Plate Rentang Nilai
Panjang Efektif (m) Lebar Efektif (m) Area Efektif Efektif (m ) Plate Spacing (m) Ketebalan Plat (m) Hydraulic Mean Diameter (m) Konduktivitas termal (k) SS 304
Rasio L/P : 2 sampai 3 Rasio L/P : 2 sampai 3 0,03-1,5 0,03-1,5 0,0015 – 0,0015 – 0,005 0,005
Laju alir massa T awal T akhir Viskositas Cp k
0,5 1,5 0,75 0,003
0,0005 - 0,003 2 x plate spacing 21Wm C
0,0075 0,006
°
Sifat fisik fluida Fluida Susu Kapasitas / Volume 80
ρ
Nilai Rancangan
1020 81600 22.67 27 80 0.002 3.95 0.56
Air 150 1000 150000 41.67 95 Belum diketahui 0.0003145 4.18 0.6753
Unit m3/h kg/m3 kg/jam kg/s C C Pa.s kJ/kg C W/m.K ° °
°
Untuk menentukan spesifikasi PFHE mengenai overall heat transfer coeficient (U), luas area perpindahan panas(A), number of channel per pass (N), pass (N), dan pressure dan pressure drop (ΔP), berikut adalah algoritma pengerjaan spesifikasi PFHE :
̇ (, ,) = ̇ , , ∆ = (, ,,) ,, , , , ∆ = 25,77 = ∆ = 1,06
a) Menentukan suhu keluaran pemanas
o
Sehingga, didapatkan suhu keluaran pemanas adalah 67,75 C. b) Menghitung LMTD
c)
Menentukan NTU berdasarkan perbedaan suhu maksimum dan faktor koreksi LMTD
23
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
bn Dari grafik diatas, faktor koreksi yang didapatkan adalah 0,98.
∆′∆′ = =25,∆25
d) Menghitung nilai LMTD yang sudah terkoreksi
e) Menentukan rentang menggunakan Tabel.
koefisien
perpindahan
menyeluruh
yang
sesuai
dengan 2 o
Berdasarkan literatur, koefisien plate heat exchanger berada pada rentang 3500-7500 W/m . C. 2 o Dalam hal ini, kami mengambil U = 3500 W/m . C untuk perhitungan selanjutnya. f)
= ∆′ ∆ ′ = ,~ , ~ ℎ ℎ = ℎ = 0,5475 = 72
Menghitung luas area yang dibutuhkan
g) Menentukan jumlah plate yang dibutuhkan Jumlah plate yang dibutuhkan dihitung dengan rumus berikut:
h) Menentukan banyak pass Asumsi jumlah pass ini berarti terdapat satu aliran pendingin dan satu aliran aliran 1:1. Dalam hal ini pemanas. i) Menghitung koefisien perpindahan panas untuk setiap aliran Number of channels per pass = (72 - 1)/2 = 33 channels
24
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
-3
2
Channel cross-sectional area = area = (3x 10 m) x 0,5 m = 0,0015 m Tinjauan Susu Channel velocity =
= = , , = 0,26 . = Re
Pr
Nu
hf
j) Menghitung koefisien foul in g factor factor (Coeff (Coeff icient)
perpindahan
panas
Water
0.42
0.79
1284.44
15015.00
14.11
1.94
78.60
175.96
7335.85
19805.25
keseluruhan,
dengan
unit m/s W/m2.C
memasukkan
Tabel Fouling factor coeficient for PFHE
+ 1 1 = ℎ 1 + ℎ1ℎ + 304 + 1 = .
Nilai ini selanjutnya dibandingkan dengan nilai U yang kita asumsikan sebelumnya. Apabila hasil tidak sesuai, ulangi dari langkah dan naikkan atau turunkan jumlah plat. Karena, tidak sesuai, maka perhitungan diulang dengan mengubah jumlah plat hingga U mencapai 3500
.
Mengulang Langkah k) Menentukan jumlah plate yang dibutuhkan Setelah diubah, ternyata jumlah plate yang dibutuhkan adalah 35 plate. l) Menentukan banyak pass 1:1. Dalam hal ini berarti terdapat satu aliran pendingin dan satu alitan Asumsi jumlah pass pemanas.
25
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
m) Menghitung koefisien perpindahan panas untuk setiap aliran Number of channels per pass = (35 - 1)/2 = 17 channels -3 2 Channel cross-sectional area = area = (3x 10 m) x 0,5 m = 0,0015 m Tinjauan Susu
Channel velocity =
= = , , = 0,266 . = Re
Pr
Nu
hf
Water
unit
0.87
1.63
m/s
2666.67
31173.04
14.11
1.95
126.37
282.91
11794.12
31841.64
2
W/m .C
n) Cek pr essur e drop untuk masing-masing aliran. Untuk menghitung pressure menghitung pressure drop diperlukan drop diperlukan parameter-parameter sebagai berikut: - Friction factor :
ℎ ℎ ℎ = = 0,6ℎ−, ∆ = 8 = ∆∆=∆∆ += ∆1,3
-
Plate pressure drop, ( ΔP ΔP p) :
-
velocity through port,
-
Port pressure drop (
-
Total pressure drop ,
:
Di mana : = the path length (m) length (m)
= velocity through the ports
/4
, m/s
= mass flow through the ports, ports, kg/s 2 = area of port = ( ,m = port diameter , , m = number of passes
26
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Tinjauan
Susu
Air
Unit
Jf = Friction factor
0.056280848
0.026916432
-
Path length
0.5
M
Port diameter
0.1
M
Luas Port
7.85E-03
m2
Gp
2887.47
5307.86
kg/m2.s
Up
2.83
5.31
m/s
Plate pressure drop
1.53E+05
7.19E+04
Pa
Port pressure drop
5.31E+03
1.83E+04
Pa
1.59E+05
9.02E+04
Pa
1.59
0.902
Bar
Total pressure drop
ger Berdasarkan Fluida yang Di22. Case Study PFHE Pemilihan Bahan H eat Exchan ger handle (Adin-Imas) SOAL: Pada suatu pabrik dibutuhkan Heat Excahanger jenis Gasket Plate and Frame Frame untuk mendinginkan Palm mendinginkan Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) Distillate (PFAD) menggunakan air. Data yang diketahui adalah sebagai berikut:
Data Plat Lebar= 0,58 m Tinggi= 1,3 m Δx= 0,005 m Plate spacing = 0,003 m Channel cross sectional area= area= 2 0,001753 m Hydrolic mean diameter = 0,006 m Channel per pass= pass= 45 k p=16,5
Data PFAD μ= 8,087 mNm s o k L= 0,1668 W/m C o F coefficient =1990 =1990 W/m C ρ =835,1 kg/m =10,43875 kg/s
̇
o
Cp= 2,049 kJ/kg C o
Tih= 90 C o Toh= 70 C
Data Air μ= 0,8 mNm s o k L= 0,6 W/m C o F coefficient =3000 =3000 W/m C ρ =995 kg/m =16,5833 kg/s
̇
o
Cp= 4,178 kJ/kg C o
Tic= 32 C o Toc= 50 C
JAWAB: 1. Jenis Fluida Material Plate: Berikut adalah tipe material plate yang sering digunakan dalam plate HE: Material Stainless Steel
Fluid Water, cooling tower water, dilute chloride solutions (<200ppm), copper sulfate solutions, food products , pharmaceutical media, brews, etc. 27
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324) Caustic (50-70%) solutions Hydrogen gas/water vapour with mercury carryovers, and acids o ( C) Sulfuric and nitric acids Sea or brackish water, dilute acids o ( C), chloride solutions (>200 ppm), chlorinated brines, and food products. Dilute nitric and sulfuric acids (10% o concentration and C)
Nickel Incoloy
< 70 < 70
Hastelloy Titanium
< 70
Titanium-palladium alloy
Untuk kasus fluida air dan palm oil , bahan Stainless Steel dan Titanium dapat digunakan karena:
Kedua bahan tersebut baik digunakan untuk produk-produk makanan
Kedua bahan tersebut merupakan bahan dengan anti korosif yang paling baik.
Material Gasket: o
Material
Batas Suhu ( C)
Natural Rubber
70
Styrene-Butadiene (SBR)
80
Neoprene
70
AcrylonitrileButadiene Buna-N (NBR)
100-140
Ethylene/Propylene (EPDM)
140
Silicon Rubber
140
Aplikasi Oxygenated solvents, asam, alcohol General-purpose aqueous, alkali, asam, and ovygenated solvents Alkohol, alkali. Asam. Pelarut hidrogen alifatik Susu, sari buah, minuman, farmasi dan aplikasi biokimia, minyak, gas, minyak hewan dan sayur, alkali, pelarut organic alifatik Alkali, ovygenated solvents Penggunaan suhu rendah, alcohol, sodium hypochlorite
Keterangan
Memiliki ketahanan yang lemah terhadap lemak
Tahan terhadap material lemak, sangat sesuai untuk krim
Tidak sesuai untuk cairan berlemak
28
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Fluorinated
Resin-cured Butyl
Compressed Asbetos
175
Larutan bersuhu tinggi, minyak mineral dan gas, pelarut organic, dan minyak sayur dan hewani.
120-150
Alkali, asam, minyak sayur dan hewan, aldehida, keton, fenol, dan beberapa ester.
200-260
Pelarut organic, penggunaan pada suhu tinggi
Memiliki ketahanan yang lemah terhadap lemak, sesuai untuk susu UHT, tahan terhadap larutan kimia inorganic o hingga 150 C.
1 = ℎ 1 + 1 + ∆ + ℎ1 + 1 1 = ̇ × ℎ 1 × ℎ ̇ 1 × 0,001753 1 × 451 = 10,835,43875 = 0,15846 5846 / = 15846×0,− 006 = 835,18,×0,087×10 = 98,12 = − = 2,049 × 100, 1×6688,087 × 10 = 99,34 = 0,26,,
2. Koefisien perpindahan panas keseluruhan
Menghitung koefisien konveksi PFAD Channel velocity
Bilangan Reynold
Bilangan Prandlt
Bilangan Nusselt
29
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Koefisien konveksi
= 0,0,26× 98,98=,132,2,25 × 99,99,34, = ℎ ℎ = 250,×0060,1668 1668 ℎ = 32,25× ℎ = 896,55 /℃
Menghitung koefisien konveksi Air Channel velocity
1 = ̇ × ℎ 1 × ℎ 1 6, 5 1 × 451 = 995̇833 × 0,001753 = 0,21133 1133 / = 281×101333−× 0,006006 = 995 ×0,0,2113 = 1577,05 = − = 4,178 × 100, ×6 0,8 × 10 = 5,57 ,, = 0, 2 6 , × 5,5757, = 0,26×1577, 0 5 = 61,93 = ℎ ℎ =
Bilangan Reynold
Bilangan Prandlt
Bilangan Nusselt
Koefisien konveksi
30
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
ℎ = 61,1,0,93006×0,6 ℎ = 6193 / ℃ 1 = ℎ 1 + 1 + ∆ + ℎ1 + 1 1 = 896,155 + 19901 + 0,16005 + 61931 + 30001 1 = 0,002425 = 412,336 /℃ 1 = 896,155 + 19901 + 0,19005 + 61931 + 30001 1 = 0,002376 = 420,899 /℃
Koefisien perpindahan panas keseluruhan Bahan Stainless Steel
Bahan Titanium
3. Harga bahan
Sumber : GEA Hydronic List Prices Plate Heat Exchangers
1 = $8.652 401 = $216,3 = 2.883.927,00
Harga 1 plate titanium GF 13x27H-40 13x27H-40 (2”MPT) 0,5 mm
Harga 1 plate stainless steel GF 13x27V-40 13x27V-40 (2”MPT) 0,5 mm 31
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
1 = $5.671 401 = $141,775 = 1.890.286,00 Kesimpulan Dengan ketebalan yang sama yaitu 5 mm, maka dapat disimpulkan: o
No Material U (W/m C) Harga (Rupiah) 1 Stainless Steel 412,336 1.890.286,00 2 Titanium 420,899 2.883.927,00 Kriteria Pemilihan Bahan: 1. Jenis Fluida yang digunakan 2. Koefisien perpindahan panas keseluruhan mempengaruhi performa heat exchanger. Semakin besar koefisien perpindahan panas menyeluruh(U), maka laju perpindahan panas yang terjadi antara dua fluida juga semakin besar sehingga panas yang dipindahkan semakin besar. 3. Harga bahan plate 23. Case Study HE Spiral dan Rotary (Prita-Pangiastika) HE Spiral Cara kerja dan aplikasi Terdiri dari pelat-pelat yang digulung sehingga membentuk spiral. Pengelasan dilakukan untuk mengisi jarak di antara pelat. Fluida panas masuk dari bagian tengah HE. Fluida dingin masuk dari bagian atas HE. Ideal untuk mendinginkan slurry dan fluida yang viskos. Banyak digunakan pada industri kertas, petrokimia, makanan dan gula. HE ini digunakan pada proses evaporasi dan kondensasi. Bentuk spiralnya membuat fluida akan terus berherak sehingga tidak stagnan dan tidak ada dead zone.
32
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324) Rumus yang digunakan pada HE Spiral 1. Menghitung bil. Reynolds untuk mengetahui pressure drop.
= 10
dengan F: laju alir (kg/s) H: lebar pelat (m) µ: viskositas (kg/m s) 2. Menghitung bil. Re kritis
. = 20000 =
dengan
keterangan: ReC : bil. Re kritis De : diameter ekuivalen (m) Ph : π x Dh Dh : diameter hidraulik (m) 3. Membandingkan bil. Re dengan ReC Re > ReC, single phase
100 < Re < ReC, without phase change
5. Mencari bil. Pr
Keterangan Cp : kapasitas panas (kJ/kg K) k : konduktivitas termal fluida 6. Menghitung koefisien transfer panas Liquid no phase change, Re > ReC
Liquid no phase change, Re < ReC
7. Menghitung koefisien transfer panas menyeluruh
Keterangan U : koefisien transfer panas menyeluruh kw : konduktivitas termal bahan A p : luas permukaan pelat yang digulung
, , = (, ,) , ,
8. Menghitung LMTD
Re < 100, without phase change
, ,
keterangan ∆P : pressure drop L : panjang pelat (m) s : specific gravity ds : jarak antar pelat (m) 4. Mencari kecepatan fluida
Keterangan Th,i : suhu aliran panas masuk Tc,o : suhu aliran dingin keluar Th,o : suhu aliran panas keluar Tc,i : suhu aliran dingin masuk
9. Menghitung heat transfer area
33
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324) 10. Menghitung lebar pelat
Keterangan: p : ketebalan pelat (m) C : core diameter (m)
11. Menghitung outer diameter spiral
Case Study HE Spiral Diketahui: Re Hot stream 3839 Re Cold stream 1530 Hot : 2824 (kg/hr) 0.784444 (kg/s) F Cold : 2688 (kg/hr) 0.746 (kg/s) Th in 473.15 (K) Th out 393.15 (K)
p (thickness) Di
Tc in Tc out Cp k s delta P viskositas
-3
3.18x10 (m) 0.203 (m) -3
333.15 (K) 273.15 (K) 2.973 (kJ/kg K) 0.348 (W/m K) 0.058123 6.894757 (bar) Hot :3.35E-03 (kg/m s) Cold : 8E-03 (kg/m.s)
ds (Spacing) 6.35x10 (m) Dh 0.3 (m) 2 U 220.31 W/m K 5 q 1,865 x 10 W Jawab 1. Menghitung nilai H pada hot stream
Ditanya: a) Apakah terjadi perubahan fasa? b) Berapakah nilai panjang pelat? c) Berapakah besar heat transfer area? d) Berapakah outer diameter HE Spiral?
= 1010 100. = 784444 = 38393.3510− = 0.609957 . = 20000 = 200000.3 0.203203 = 20000 = 7608.40.943
2. Menghitung bil. Re kritis
34
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324) Karena Re < ReC maka tidak ada perubahan fasa. 3. Menghitung L hot stream
6.3 5100.7−84444 6.894757 = 0.001 0.058123 / 1.6.03355103.−3510 + 0.−125125 10.0.6709957 16 +1. 5 + 84444 L = 7.379 m = 10100. 7=4610 = 1530810− = 0.60948 0.609957
4. Menghitung H pada cold stream
5. Menghitung L pada cold stream
0, 7 46 6.894757 = 0.001 0. 058123 6.3510/− − 1 948 +1. 5 + 16 1.6.3510 035810 − + 0.125 125 = 46 = = 7.01452+6.65 , , = (, ,) ,, ,, 1473.51393. 1 5333. 1 5 = 473.15273. 1 5 393.= 116.15273. 5333. 1 5 282 0.60948
0.60
0.7
6.65 m
6. Menghitung L average.
7.379
7.
Menghitung LMTD
8.
Menghitung heat transfer area
35
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
9.
1. 8 6510 = 220. =37.128116. 282 = [15.3667.0145 145(6.3510− + 6.3510 510− + 23.1810−)+0.1]// = 1.437 Menghitung Ds
HE Rotary Cara kerja dan aplikasi The matrix (disk atau rotor) berputar secara kontinyu Temperatur fluida yang keluar bervariasi berdasarkan flow area dan tidak dipengaruhi waktu Aliran 2 fluida yang digunakan biasanya berlawanan arah Aliran dipisahkan dengan adanya ductwork dan rubbing seals pada disk atau rotor.
Case Study HE Rotary Diketahui: A gas turbine rotary generator Beroperasi pada aliran dengan Re = 1000 Pressure drop pada tekanan udara = 10 kPa • •
. = =.0.7 = ℎ = ℎ
•
•
Flow split = 50 : 50
Ditanya: Tentukan perubahan disk radius atau diameter beroperasi pada Re = 500.
pada rotary regenerator yang
Asumsi: Laju alir massa udara tidak berubah ketika Re menurun. L dan Dh dijaga konstan Aliran berkembang secara laminar (akan berubah secara termal) Wall thermal resistance dan fouling resistance diabaikan Sifat fluida tidak berubah saat Re berubah. Dengan flow split 50:50, dianggap efek yang terjadi akan sama pada udara dan gas. 36
Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) – (1306409362) – Zulfahmi Zulfahmi Ferdiansyah (1306409324)
Jawab Karena aliran berkembang secara laminar maka Nu akan konstan.
== 3. ∙0∙0.∙ 7⁄⁄ = 2.66 = ℎℎ = 1
Dengan menggunakan persamaan Nu = h. Dh/k, dan Dh konstan maka :
Subscript 1 saat Re=1000, subscript 2 saat Re=500 Menunjukkan bahwa heat transfer coefficient tidak berubah karena Re, maka UA dan laju perpindahan panas (q) tidak akan berubah. Saat Re berubah dari 1000 menjadi 500 tanpa perubahan laju aliran massa dan geometri regenerator (L dan Dh).
∙ = = = 1000 500 = 12
Evaluasi pressure drop, dimana L , Dh, dan f . Re konstan:
∆∆∝ ∙ 1 ∆∆ == 0.5 =∆2 ∆ = 0.5∙ 10 = 5
Maka Pressure drop akan berkurang sebanyak 50% dengan penurunan Re sebesar 50%. Perubahan Re dapat disebabkan karena berhubungan dengan G, dimana laju alir massa . Flow are a Ao menjadi 2 kali kondisi awal untuk menurunkan G sebanyak 50%.
̇ = = ,, = ,,// = 2 = √ 2 = 1.41
Sehingga :
adalah rasio dari free-flow area dengan frontal area. Jadi, disk radius atau diameter yang dibutuhkan untuk menurunkan Re dari 1000 menjadi 500 harus ditingkatkan sebesar 41%.
37