Alat penukar kalor (HEXS) digunakan untuk mentransfer panas antara dua fluida tanpa mencampurkannya. HEXS dapat berupa double pipe, shell dan tube, atau jenis lainnya dan memiliki berbagai aplikasi seperti pemanasan, pendinginan, dan proses industri. Perhitungan desain HEXS melibatkan penentuan laju transfer panas, luas permukaan, dan faktor-faktor lainnya seperti LMTD dan efektivitas.
obat aborsi Pangkal pinang Wa 082223109953 Jual obat aborsi Cytotec asli Di P...
04 hexs
1. 17/12/2014
1
HEAT EXCHANGER (HEXS)
Alat penukar kalor
alat penukar kalor antara dua fluida yang mempunyai perbedaan
temperatur dan fluidanya tidak bercampur. Berbeda dengan mixing
chamber yang memungkinkan kedua fluida untuk bercampur.
FUNGSI/Aplikasi :
sistem pemanasan dan pengkondisian udara
proses kimia
sistem pembangkit daya
4. 17/12/2014
4
The simplest
double pipe
- counter flow
- parallel flow
TYPE HEXS :
Compact HEXS
shell and tube
- paling banyak digunakan pada
proses industri kimia &
biotechnology
cross flow
- one fluid mixed
- one fluid unmixed
cross flow
-both fluid unmixed
(keduanya tdk bercampur)
6. 17/12/2014
6
OVERALL HEAT TRANSFER
COEFFICIENT
Total thermal resistance
R = Rtotal = Ri + Rwall + Ro =
dimana : Ai = DiL
Ao= DoL
dimana :U = overall coefficient heat transfer,
oo
wall
iiooii Ah
R
Ah
R
AUAUUA
11111
++====
( )
oo
io
ii AhkL
DD
Ah
1
2
1
++
ln
kL
DiD
R o
wall
2
)ln(
=
7. 17/12/2014
7
FOULING FACTOR (Rf)
sebuah ukuran dari thermal resistance yang diakibatkan oleh deposit/
kotoran pd permukaan HEXS (soot, calcium, magnesium sulfat & rust ).
Fouling factor akan berharga nol
untuk HEXS yang baru dan akan
meningkat ketika mulai terjadi
pembentukan deposit. Rf akan
meningkat dgn meningkatnya
temperatur dan menurunnya
kecepatan.
Jika fouling factor diikutkan
dalam perhitungan,
( )
ooo
ofio
i
if
iiooii AhA
R
kL
DD
A
R
Ah
R
AUAUUA
1
2
1111
++++==== ,, ln
8. 17/12/2014
8
ANALYSIS of HEAT EXCHANGER
Hukum termodinamika I :
dimana : subskrip c dan h menunjukkan fluida
pda kondisi dingin dan panas.
= laju aliran massa
= panas jenis
= temperatur outlet
= temperatur inlet
hc m,m &&
phpc CC ,
ou
t
,hout,c T,T
in,hin,c T,T
pada analisa HEXS lebih disukai menggunakan gabungan antara laju aliran massa
dengan kapasitas panas, C = Cp, sehingga :
( )inhouthphh TTCmQ ,,
-= &&
( )incoutcpcc TTCmQ ,,
-= &&
m&
( )incoutcc TTCQ ,, -=& ( )inhouthh TTCQ ,, -=&dan
dan
Kesetimbangan energi dalam HEXS dalam bentuk differential
hphh d
T
CmQ && -=d
cpcc
dTCmQ && -=d
phh
h
Cm
Q
dT
&
&d
-=
pcc
c
Cm
Q
dT
&
&d
-=
( )
+-=-=-
pccphh
chch
CmCm
QTTddTdT
&&
& 11
( )dATTUQ ch
-=&d
9. 17/12/2014
9
Logarithmic mean temperature difference (LMTD)
D
D
D-D
=D
2
1
21
T
T
TT
Tlm
ln
( )
+-=
-
-
pccphhCh
Ch
CmCm
dAU
TT
TTd
&&
11
( )
+-=
-
-
pccphhincinh
outcouth
CmCm
UA
TT
TTd
&&
11
,,
,,
ln
lmTUAQ D=&
average temperature difference
arithmetic mean temperature difference
10. 17/12/2014
10
Perumusan LMTD sebenarnya dibangun dengan dasar HEXS aliran
paralel. Tetapi hal tersebut dengan metode yang sama, dapat
diterapkan untuk counter flow dengan DT1 dan DT2 seperti gambar
dibawah ini :
Untuk temperatur inlet dan outlet tertentu, LMTD dari counter flow
HEXS selalu lebih besar dari pada paralel flow.
DTlm, CF > D Tlm, PF ACF < A PF Uk. HEXS CF < uk. HEXS PF
Oleh karena itu pada umumnya HEXS menerapkan COUNTER
FLOW. Perbedaan temperatur pada counter flow HEXS biasanya
konstan sepanjang HEXS, ketika laju kapasitas panas dari kedua aliran
sama.
11. 17/12/2014
11
LMTD pada bahasan sebelumnya adalah diperuntukkan untuk
paralel dan counter flow. Hubungan yang sama sebenarnya dapat
diterapkan untuk cross flow & multipass shell and tube HEXS, tetapi
perumusan akan menjadi lebih komplek karena kondisi aliran yang
komplek.
Untuk kasus tersebut, akan lebih mudah menggunakan perumusan
LMTD counter flow tetapi dengan menggunakan faktor koreksi.
Dimana F adalah faktor koreksi yang tergantung pada bentuk
geometri dan temperatur inlet dan oulet fluida dingin dan panas
Faktor koreksi bernilai kurang dari/sama dengan satu untuk
aliran cross flow & multipass shell and tube HEXS. F 1 ,
sehingga F digunakan sebagai sebuah ukuran deviasi terhadap
LMTD Counter flow.
F ditabelkan dan dikonfigurasikan dalam hubungan temperatur
ratio P dan R sebagai berikut :
Nilai P antara 0 dan 1, sedangkan nilai R berkisar antara 0 dan .
R = 0 terjadi pada kasus perubahan fasa di shell, dan R =
terjadi pada kasus perubahan fasa di bagian tube. Sehingga pada
kasus boiler dan kondenser, F akan sama dengan 1, apapun
bentuk geometrinya.
t kecil = ditube T besar = dishell
14. 17/12/2014
14
Methode LMTD pada bahasan sebelumnya akan dengan mudah
digunakan jika temperatur inlet dan outlet dari fluida panas dan dingin
diketahui. Dengan diketahuinya Tlm, laju aliran massa, koefisien
perpindahan panas menyeluruh dan luas permukaan heat transfer,
maka laju perpindahan panas dapat ditentukan dengan :
Dengan metode LMTD, prosedur penentuan pemilihan ukuran HEXs
dapat dilakukan sebagai berikut :
• pilih jenis HEXs yang sesuai u/ aplikasi
• tentukan temp. inlet & outlet yg tdk diketahui dgn menggunakan
ketimbangan energi
• Hitung LMTD & faktor koreksi bila diperlukan
• Pilih atau hitung nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh U
• Hitung luas permukaan heat transfer As
Heat transfer effectiveness , didefinisikan :
transferheatpossibleMaximum
ratetransferheatActual
==
maxQ
Q
&
&
Aktual perpindahan panas,
( ) ( )inhouthhincoutcc TTCTTCQ ,,,, -=-=&
dimana : Cc = dan Ch =pccCm& phhCm&
Maksimum perbedaan temperatur,
in,cin,hmax TTT -=D
Jika luas permukaan As diketahui, tetapi temp. out let tidak, maka akan lebih
efektif menggunakan metode selain LMTD, karena dengan metode LMTD akan
menggunakan prosedur iterasi yang tidak praktis. Metode yang efektif adalah
metode EFECTIVENESS - NTU:
15. 17/12/2014
15
( )incinh TTCQ ,,minmax
-=&
( )incinh TTCQQ ,,minmax
-== &&
( )
+-=
-
-
h
c
cincinh
outcouth
C
C
C
UA
TT
TT
1
,,
,,
ln
( )incoutc
h
c
inhouth TT
C
C
TT ,,,,
--=
( )
+-=
-
-----
h
c
cincinh
incoutc
h
c
outcincincinh
C
C
C
UA
TT
TT
C
C
TTTT
1
,,
,,,,,,
ln
+-=
-
-
+-
h
c
cin,cin,h
in,cout,h
h
c
C
C
C
UA
TT
TT
C
C
ln 111
( )
( ) cincinh
incoutc
incinh
incoutcc
C
C
TT
TT
TTC
TTC
Q
Q min
,,
,,
,,min
,,
max
=
-
-
-
-
==
&
&
= function ( NTU, C)
c
min
h
c
h
c
c
C
C
C
C
C
C
C
UA
+
+--
=
1
1exp1
flowparallel
max
min
max
min
min
C
C
C
C
C
UA
+
+--
=
1
1exp1
flowparallel
( )minmin pCm
UA
C
UA
&
==NTU
max
min
C
C
C =
( )maxminmin C/C,UA/Cfunction=
18. 17/12/2014
18
Pemilihan HEXS didasarkan pada beberapa faktor dibawah
ini :
• Heat Transfer Rate
• Cost
• Power Pumping
• Size & Weight
• Type
• Material
• Other consideration ( toxic, expenses fluid )
