STUDI KASUS

Studi kasus 1

Metoda LMTD

Sebuah concentric tube heat exchanger digunakan untuk memanaskan air sebanyak 0,89 kg/s dari 25oC menjadi 45oC. Sebagai media pemanas digunakanair limbah industri dengan laju aliran massa 0,59 kg/s pada temperatur 85oC. Air limbah dialirkan melalui tube sebelah dalam (inner tube) yang terbuat dari SS dengan konduktivitas termal 45W/moC, dan mempunyai diameter dalam 32 mm dengan ketebalan 1,5 mm. Air dingin dialirkan melalui annulus antara inner tubedan outer tube. Diameter dalam dari outer tube 48 mm. Sifat-sifat fisik dari fluidapada suhu rata-rata ditunjukkan pada tabel 1.Pertanyaan: Bila diasumsikan HE dlm keadaan bersih, tentukan panjang tube yang diperlukan jika:a.Aliran dibuat counter flowb.Aliran dibuat parallel flow

STUDI KASUS 1, CONCENTRIC TUBE HEATER

Fluida Massa Jenis (kg/m3)

Panas JenisCp(J/kgoC)

Visk. Dinamis (kg/m.s)

KonduktivitasTerm. k(W/moC)

PrandtlPr= .Cp/k

Air dingin 979 4190 4,14x10-4 0,665 2,61

Air limbah 973 4190 3,56x10-4 0,669 2,23

Tabel 1

di do D

L

m1T1i

T1o

m2 T2i

T2o

A. Penyelesaian: kasus aliran counter flow

A.a. Kebutuhan Panas, Q

( )i22022 TTCpmQ =( )( )C2545

CkgJ4190

skg89,0Q oo

=

( )W582.74Q =

A.b. Temperatur, T1o

( )o1i111 TTCpmQ =

11i1o1 Cpm

QTT =

( ) ( )

=

CkgJ4190

skg59,0

W582.74C85T

o

oo1

( )C8,54T oo1 =

A.c. Koef. Perpindahan panas menyeluruh UoHE dalam kondisi bersih

( )ii

o

w

ioo

o

o

dhd

k2d/dlnd

h1

1U++

=

A.c1. Menentukan hi Bilangan Reynolds aliran panas

1

1h111

dvRe =

2i

111

d4

mv =

( ) ( )

=

=

sm754,0

m032,04

mkg973

skg59.0

v22

31

( )m032,0dd

d4

x4d i

i

2i

1h ==

=

( )

2300945.65s.m

kg10x56,3

m032,0sm754,0

mkg973

Re4

31

>=

=

Aliran turbulen

Menurut Dittus and Boelter

3,08,011 PrRe023,0Nu =

( ) ( ) 3,08,01 23,2945.65023,0Nu =68,209Nu1 =

( )

=

==

CmW384.4

m032,0Cm

W669,0x68,209

dkNuh o2

o

i

11i

A.c2. Menentukan ho Bilangan Reynolds aliran panas

2

2h222

dvRe =

( )2o222

2dD

4

mv= ( )( )

=

=

sm447,1

m035,0045,04

mkg979

skg89.0

v222

31

( )( ) ( ) ( )m01,0dDdD

dD4

x4d o

o

20

2

2h ==+

=

( )

218.34s.m

kg10x14,4

m01,0sm447,1

mkg979

Re4

32

=

=

Aliran turbulen

Menurut Dittus and Boelter

4,02

8,022 PrRe023,0Nu =

( ) ( ) 4,08,02 61.2218.34023,0Nu =15,143Nu2 =

( )

=

=

=

CmW720.2

m035,0Cm

W665,0x15,143

dkNuh

o2

o

o

22o

( )ii

o

w

ioo

o

o

dhd

k2d/dlnd

h1

1U++

=

( )032,0x384.4

035,045x2

032,0/035,0ln035,02720

11Uo

++=

=Cm

W78,533.1U o2o

A.d. Menentukan LMTD

Kasus Counter flow

T1,o

T2,i

T2,o

T1,i

T

TbTa

L

C404585TTT o20i1a ===

C8,29258,54TTT oi2o1b ===

( )C65.34)

408.29ln(

408.29

)TTln(

TTLMTD o

a

b

ab ===

A.e. Menentukan Luas permukaan perpindahan panas Ao( )

( ) ( )2oo2moo m4034,1C65,34CmW78,533.1W582.74

T.UQA =

==

Aliran murni counter flow, F=1, Tm = LMTDc

A.f. Menentukan Panjang Tube L

( )( ) ( )m763,12m035,0x

m4034,1d

AL2

o

o ===

A.g. Jumlah segmen

Jika panjang setiap segmen ditentukan 2,6 m, jumlah segmen = 5

di do D

L

m1T1i

T1o

m2 T2i

T2o

B. Penyelesaian: kasus aliran parallel flow

B.d. Menentukan LMTD

T1,o

T2,iT2,o

T1,i

T

TbTa

L

C602585TTT oi2i1a ===

C8,9458,54TTT o20o1b ===

( )C65,27)

608.9ln(

608.9

)TTln(

TTLMTD o

a

b

ab ===

B.e. Menentukan Luas permukaan perpindahan panas Ao( )

( ) ( )2oo2moo m759,1C65,27CmW78,533.1W582.74

T.UQA =

==

Aliran murni counter flow, F=1, Tm = LMTDp

B.f. Menentukan Panjang Tube L

( )( ) ( )m16m035,0x

m759,1d

AL2

o

o ===

B.g. Jumlah segmen

Jika panjang setiap segmen ditentukan 2 m, jumlah segmen = 8

Studi kasus 2

Metoda - NTU

Dengan data-data yang sama diperoleh :

443.02585

4,5885T

Tmax

11 =

==

3333,025852545

TTmax

22 =

==

443.0=

Dari diagram diperoleh :

1,24724190x59,0CpmC 111 ===1,37294190x89,0CpmC 222 ===

1,2472CC 1min ==1,3729CC 2max ==

663,01,37291,2472

CC

max

min ==

NTU = 0,75

( )2o2

o

o

mino m21,1

CmW78,533.1

CW75,0x1.2472

UNTUCA =

==

( )( ) ( )m11m035,0x

m21,1d

AL2

o

o ===

STUDI KASUSStudi kasus 1Studi kasus 2