8 penukar kalor handout
TRANSCRIPT
63
MATERI/BAHAN MATA KULIAH
Fakultas : Teknologi Industri Pertemuan ke : 13,14 Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin Modul ke : VIII Kode Mata Kuliah : Jumlah Halaman : Nama Mata Kuliah : Perpindahan Panas Dasar Semester : I Dosen : Agung Nugroho Adi, ST, MT Thn Akademik : 2009/2010 Judul Modul Penukar Kalor Kompetensi Dasar Mahasiswa mempunyai tentang dasar-dasar pengetahuan tentang penukar kalor
Materi • Jenis-jenis penukar kalor • Koefisien perpindahan kalor keseluruhan • Metode LMTD • Metode Effectiveness-NTU Standar Kompetensi Setelah mempelajari modul ini mahasiswa diharapkan dapat :
• Menjelaskan pengertian penukar kalor beserta jenis-jenisnya. • Melakukan analisis penukar kalor menggunakan metode LMTD dan metode effectiveness-NTU. Referensi • Cengel (1998), Incropera & DeWitt (1981), Holman (1976)
64
8 Penukar Kalor Penukar kalor adalah perangkat yang menjadi tempat terjadinya pertukaran kalor antara dua fluida yang mempunyai temperatur berbeda. Pada penukar kalor fluida panas melepaskan kalor dan diterima oleh fluida dingin. Fungsi dari suatu penukar kalor hampir sama dengan mixing chamber, namun bedanya adalah pada penukar kalor kedua fluida tidak bercampur, sedangkan pada mixing chamber kedua fluida bercampur. Penukar kalor mempunyai banyak aplikasi. Beberapa contoh perangkat penukar kalor antara lain kondenser dan evaporator pada sistem pengkondisi udara, radiator pada kendaraan, serta penukar kalor pada industri proses dan pembangkitan tenaga.
8.1 Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan Pada suatu penukar kalor umumnya terdapat dua aliran fluida yang dipisahkan oleh suatu dinding. Kalor berpindah dari fluida panas ke dinding melalui konveksi, melintasi dinding dengan cara konduksi dan dari dinding ke fluida dingin kembali melalui konveksi. Efek radiasi biasanya sudah tercakup pada koefisien perpindahan kalor konveksi.
Gambar 8-1 Jaringan resistansi termal pada dinding pipa
Jika kedua fluida dipisahkan oleh dinding berbentuk pipa/tube (Gambar 8-1) maka resistansi termal dinding pipa adalah
( )0 i
wall
ln D / DR
k2 L=
π (8.1)
Sehingga resistansi termal total adalah
( )o i
total i wall oo oi i
ln D / D1 1R R R R R
h kLA 2 h A+ ++ =
π= = + (8.2)
Dengan i iA LD= π adalah luas permukaan dalam pipa dan o oA LD= π adalah luas permukaan luar
pipa.
Dalam pembahasan penukar kalor persamaan laju aliran kalor lebih sering dituliskan sebagai
Q UA T= ∆ɺ (8.3) Dengan U adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan dengan satuan W/m2.°C. Hubungan antara U dengan R adalah
( )o i
i i o o i i o o
ln D / D1 1 1 1 1
UA U A U A h A 2R
kL h A= = = = + +
π (8.4)
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 65
Dengan Ui dan Uo masing-masing adalah koefisien perpindahan kalor pada sisi permukaan dalam dan luar.
Jika dinding pipa cukup tipis dan nilai konduktivitas termal material pipa tinggi, maka resistansi termal pipa menjadi sangat kecil (wallR 0≈ ) dan serta luas permukaan dalam dan luar pipa hampir sama
( i oA A A≈ ≈ ) maka persamaan (8.4) dapat disederhanakan menjadi
i o i o
1 1 1 1 1
U U U h h= = = + (8.5)
Unjuk kerja suatu penukar kalor lama kelamaan akan menurun seiring dengan terjadinya lapisan kerak (fouling) pada permukaan dalam dan luar pipa. Lapisan kerak ini menambah resistansi termal pada perpindahan kalor. Kerak dapat disebabkan antara lain oleh pengendapan zat padat yang terdapat pada fluida, karat, dan lumut. Parameter yang digunakan untuk menyatakan pengaruh kerak pada perpindahan kalor di suatu penukar kalor disebut faktor kerak (fouling factor). Faktor kerak tergantung pada banyak hal, di antaranya temperatur operasi dan kecepatan aliran fluida. Semakin tinggi temperatur operasi dan semakin rendah kecepatan aliran fluida, maka semakin besar nilai faktor kerak. Dengan memasukkan faktor kerak maka persamaan koefisien perpindahan kalor keseluruhan menjadi
( )f ,i f ,oo i
i i o o i i i o o o
R Rln D / D1 1 1 1 1
UA U A U A h A A 2 A hR
kL A= = = = + + + +
π (8.6)
Dengan Rf,i dan Rf,o adalah faktor kerak pada permukaan dalam dan luar pipa.
8.2 Metode LMTD (Log Mean Temperatur Difference) Perbedaan temperatur antara fluida panas dan dingin bervariasi sepanjang penukar kalor.Untuk itu digunakan perbedaan temperatur rata-rata untuk menghitung laju aliran kalor sesuai persamaan
lmQ UA T= ∆ɺ (8.7)
Error! Objects cannot be created from editing field codes. adalah perbedaan temperatur rata-rata logaritmik (log mean temperature difference = LMTD) yang merupakan bentuk perbedaan temperatur rata-rata yang digunakan dalam perhitungan laju aliran kalor pada penukar kalor dan dinyatakan sebagai
( )1 2
lm1 2
T T
lT
T Tn /
∆ ∆∆∆ ∆
−= (8.8)
dengan Error! Objects cannot be created from editing field codes. dan Error! Objects cannot be created from editing field codes. adalah perbedaan temperatur antara kedua fluida pada kedua ujung (inlet dan outlet) dari suatu penukar kalor. Gambar 8-2 menunjukkan Error! Objects cannot be created from editing field codes. dan Error! Objects cannot be created from editing field codes. masing-masing untuk penukar kalor aliran paralel dan aliran berlawanan.
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 66
Gambar 8-2 Penukar kalor pipa ganda
Untuk temperatur inlet dan outlet tertentu LMTD untuk penukar kalor aliran berlawanan selalu lebih besar dibandingkan dengan LMTD penukar kalor aliran paralel, sehingga luas permukaan perpindahan kalor pada penukar kalor aliran berlawanan selalu lebih kecil dibanding penukar aliran kalor paralel untuk laju aliran kalor tertentu. Hal inilah yang menyebabkan penukar kalor aliran berlawanan lebih sering digunakan. Suatu kondenser atau boiler dapat menerapkan penukar kalor aliran berlawanan maupun paralel, karena keduanya memberikan hasil yang sama.
LMTD yang telah dipelajari sebelumnya hanya dapat diterapkan pada penukar kalor jenis pipa ganda. Untuk penukar kalor aliran silang dan jenis shell and tube digunakan persamaan
lm lm,CFFT T∆ ∆= (8.9)
Dengan F adalah faktor koreksi yang tergantung pada geometri penukar kalor serta temperatur inlet dan outlet fluida. lm,CFT∆ adalah LMTD untuk penukar kalor aliran berlawanan sehingga
( )1 2
lm,CF1 2
T
T T/
TT
ln
∆ ∆∆∆ ∆
−=
Dengan
1 h,in c,out
1 h,out c,in
T
T
T T
T T
∆∆
= −= −
Nilai faktor koreksi dapat dicari menggunakan Gambar 8-5 hingga Gambar 8-6. Pada gambar-gambar tersebut tertera nilai F adalah fungsi dari P dan R yaitu
2 1
1 1
t tP
T t
−=−
(8.10)
Dan
( )( )
P tubeside1 2
2 1 P shellside
T TR
t mCt
mC=−=
−ɺ
ɺ (8.11)
Subskrip 1 dan 2 masing-masing menunjukkan kondisi inlet dan outlet. Pada jenis shell and tube, T dan t masing-masing menunjukkan temperatur pada sisi shell dan tube. Nilai P mempunyai rentang antara 0 dan 1, sedangkan nilai R bervariasi antara 0 dan tak-hingga. R = 0 menunjukkan perubahan fase
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 67
(kondensasi atau pendidihan) pada sisi shell dan R bernilai tak-hingga menunjukkan perubahan fase pada sisi tube. Faktor koreksi F pada kondenser dan boiler adalah selalu bernilai 1.
Gambar 8-3 Faktor koreksi untuk 1 laluan shell dan kelipatan 2 laluan tube
Gambar 8-4 Faktor koreksi untuk 2 laluan shell dan kelipatan 4 laluan tube
Gambar 8-5 Faktor koreksi untuk penukar kalor aliran silang, kedua fluida tak bercampur
Gambar 8-6 Faktor koreksi untuk penukar kalor aliran silang, salah satu fluida bercampur, lainnya tak bercampur.
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 68
Contoh 8-1 Kondensasi uap dalam kondenser
Uap air dalam suatu kondenser dikondensasikan pada temperatur 30°C menggunakan air pendingin yang masuk pipa kondenser pada 14°C dan keluar pada 22°C. Luas permukaan pipa dalah 45m2 dan koefisien perpindahan kalor keseluruhan adalah 2100 W/m2. Hitung (a) laju aliran massa air pendingin yang diperlukan (b) laju kondensasi uap pada kondenser
Gambar 8-7 Skema untuk Contoh 8-1
Penyelesaian Kalor penguapan air pada 30°C
fgh 2431kJ / kg=
Kalor spesifik air pada temperatur 18°C adalah
0PC 4184J / kg. C=
Selisih temperatur uap dengan air pendingin
( )( )
1 h,in c,out
h,out c,in2
T T 30 22 C 8 C
T T 30 14 C 1T 6
T
C
∆
∆
= − = − ° = °
= − = − ° = °
LMTD
( ) ( )1 2
lm1 2
T TT 11.5 C
T T
8 16
ln / ln 8 /16
∆ ∆∆ = = °∆ ∆
− −=
Laju perpindahan kalor pada kondenser
( )( )( )2 2lmQ UA T . C2100W / m 45m 11.5 C 1086750W= ∆ = =° °ɺ
Pada sisi air pendingin
( )out inQ mC T T= −ɺ ɺ
Sehingga laju aliran air pendingin adalah
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 69
( ) ( )( )cooling waterP out in
1086.75Qm 32.5kg / s
C T 4.184kJ /
kJ / s
T 22 14kg. C C= =
°=
− − °
ɺ
ɺ
Pada sisi uap air
fgQ mh=ɺ ɺ
Sehingga laju kondensasi uap adalah
steamfg
1086.75kJ / s
h 2431kJ / kg
Qm 0.45kg / s== =
ɺ
ɺ
Contoh 8-2 Penukar kalor pipa ganda
Suatu pipa ganda aliran berlawanan digunakan untuk memanaskan air dari 20°C menjadi 80°C dengan laju aliran 1.2kg/s. Pemanasan dilakukan menggunakan air geotermal yang bertemperatur 160°C dengan laju aliran massa 2 kg/s. Pipa bagian dalam berdinding tipis dan berdiameter 1.5 cm. Jika koefisien perpindahan kalor keseluruhan dari penukar kalor adalah 640 W/m2.°C, hitung (a) temperatur air geotermal keluar penukar kalor (b) panjang penukar kalor yang diperlukan.
Gambar 8-8 Skema untuk Contoh 8-2
Penyelesaian Kalor spesifik air dan air geotermal masing-masing 4.18 dan 4.31 kJ/kg.°C
Laju perpindahan kalor yang terjadi pada penukar kalor
( ) ( ) ( )( )P out in waterT T 1.2kg / s 4.18kJ / kg. C 80Q 20 C 301.0 WC km − = ° − == °
ɺ ɺ
Pada sisi air geotermal
( )P out in geothermalT TQ mC= −ɺ ɺ
sehingga temperatur air geotermal keluar penukar kalor adalah
( )( )out inP
301.0kWT
2kg / s 4.31kJ
QT 160 C 125.1 C
CmC / kg.= − =
°= ° − °
ɺ
ɺ
Selisih temperatur uap dengan air pendingin
( )( )2
1 h,in c,out
h,out c,in
T T 160 80 C 80 C
T T 125.1 20 C 105.1T C
T = − = − ° = °
= − = − ° =
∆
°∆
LMTD
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 70
( ) ( )1 2
lm1 2
80 105.1
ln / ln 80
T TT 92.0 C
T T /105.1
−∆ ∆ =∆
=∆
−∆ = °
Luas permukaan perpindahan kalor pada kondenser
( )( )
lm
2
2lm
301000WA
640W /
Q UA T
Q5.11m
U m . CT 92.0 C=
° °
= ∆
= =∆
ɺ
ɺ
Sehingga panjang pipa adalah
( )2
A
5.11m
DL
AL 108.4m
D 0.015m
π
= = =π π
=
Contoh 8-3 Penukar kalor 2-4
Suatu penukar kalor jenis 2 shell pass and 4 tube pass digunakan untuk memanaskan gliserin dari 20°C menjadi 50°C menggunakan air panas yang masuk pada 80°C dan keluar pada 40°C dalam pipa berdiameter 2 cm. Panjang total pipa adlaah 60 m.Koefisien konveksi pada sisi gliserin dan air panas masing-masing adalah 25 W/m2.°C dan 160W/m2.°C. Hitung laju perpindahan kalor pada penukar kalor tersebut (a) sebelum ada kerak yang terjadi (b) setelah terdapat kerak dengan faktor kerak 0.0006m2.°C/W pada luar permukaan pipa.
Gambar 8-9 Skema untuk Contoh 8-3
Penyelesaian Luas permukaan perpindahan kalor pada kondenser
( )( ) 2DL 0.02m 60m .77mA 3π = π ==
Laju perpindahan kalorpada penukar kalor dihitung menggunakan persamaan
lm,CFQ UAF T= ∆ɺ
Selisih temperatur gliserin dengan air pemanas
( )( )
1 h,in c,out
h,out c,in2
T T 80 50 C 30 C
T T 40 2T 0 C 20
T
C
∆
∆
= − = − ° = °
= − = − ° = °
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 71
LMTD
( ) ( )1 2
lm,CF1 2
T TT 24.7 C
T T
30 20
ln / ln 30 / 20
∆ ∆∆ = = °∆ ∆
− −=
Untuk menentukan F maka dihitung terlebih dahulu P dan R sesuai gambar
2 1
1 1
1 2
2 1
t t 40 80P
T t 20 80
T 20 50R
t t
0.67
F 0.87T
0.7540 80
− −=− −
−=−
= = =− = =−
Koefisien perpindahan kalor tanpa adanya kerak
2
2 2i 0
21.6W / m
.
1 1U . C
1 1 1 1h h 160W / m C 25W / m C.
= =+ +
= °
° °
Sehingga laju perpindahan kalor tanpa ada kerak adalah
( ) ( )( )( )2 2lm,CF 21.6W / m C 3.77mQ 0.87 24.6 C 1743WUAF T .= ° ° == ∆ɺ
Koefisien perpindahan kalor setelah terdapat kerak adalah
2
2f 2 2
i 0
1 1U . C
1 1 1 1. C / W
h h 160W / m C 25W /
21.3W / mR 0.0006m
. m C.
= °°
° °
= =+ + + +
Sehingga laju perpindahan kalor setelah terdapat kerak adalah
( )( )( )( )2 2lm,CF 21.3W / m C 3.77mQ 0.87 24.6 C 1719WUAF T .= ° ° == ∆ɺ
Contoh 8-4 Penukar kalor aliran silang, fluida tak bercampur
Pada suatu radiator mobil terdapat 40 tube yang berdiameter 0.5cm dan panjang 65 cm. Air masuk pada 90°C dengan laju 0.6 kg/s serta keluar pada 65°C. Udara melintasi tube dan dipanaskan dari 20°C menjadi 40°C. Keduanya, air dan udara, tidak bercampur. Hitung laju perpindahan kalor keseluruhan berdasarkan luas permukaan dalam tube.
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 72
Gambar 8-10 Skema untuk Contoh 8-4
Penyelesaian Kalor spesifik air pada temperatur rata-rata (90+65)/2=77.5°C adalah 4.195°C
Laju perpindahan kalor dari air ke udara adalah
( ) ( ) ( ) ( )P out in waterT T 0.6kg / s 4.195kJ / kg. C 90Q 65 C 62.93kWmC − = ° − == °
ɺ ɺ
Luas permukaan perpindahan kalor
( ) ( ) 2iD L 40 0.005m 0.65m 0.4 mn 8A 0π = π ==
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan dihitung melalui persamaan berikut
i lm,CF
i lm,CF
U
Q UA F T
Q
A F T
= ∆
∆=
ɺ
ɺ
Selisih temperatur air panas dengan udara
( )( )
1 h,in c,out
h,out c,in2
T T 90 40 C 50 C
T T 65 2T 0 C 45
T
C
∆
∆
= − = − ° = °
= − = − ° = °
LMTD
( ) ( )1 2
lm,CF1 2
T TT 24.7 C
T T
50 45
ln / ln 50 / 45
∆ ∆∆ = = °∆ ∆
− −=
Untuk menentukan F maka dihitung terlebih dahulu P dan R sesuai gambar
2 1
1 1
1 2
2 1
t t 65 90P
T t 20 90
T 20 40R
t t
0.36
F 0.97T
0.8065 90
− −=− −
−=−
= = =− = =−
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan dihitung melalui persamaan berikut
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 73
( )( )( )2
2i lm,CF
62930WU . C
0.408m 0.97 47.6 C
Q3341W / m
A F T= °
°= =
∆
ɺ
Metode LMTD ini mudah digunakan dalam analisis penukar kalor jika temperatur inlet dan outlet fluida panas dan dingin pada suatu penukar kalor telah diketahui. Sehingga metode ini cocok untuk digunakan menentukan ukuran penukar kalor atau laju aliran kalor jika laju aliran massa dan temperatur pada semua kondisi telah diketahui.
8.3 Metode Effectiveness-NTU Pada analisis penukar kalor sering dijumpai problem penentuan laju aliran kalor atau temperatur outlet fluida panas dan dingin jika laju aliran massa, temperatur inlet, serta ukuran penukar kalor telah diketahui. Dalam penyelesaian problem ini metode LMTD dapat digunakan, namun memerlukan proses iterasi. Metode yang lebih praktis untuk penyelesaian problem ini adalah menggunakan metode effectiveness-NTU seperti yang diusulkan oleh Kayes dan London pada tahun 1955.
Pada metode ini digunakan parameter tak-berdimensi, yaitu effectiveness
max
Laju aliran kalor aktual
Laju aliran kalor maksimum yang mungkin t
Q
eQ rjadiε = =
ɺ
ɺ (8.12)
Untuk menghitung laju aliran aktual digunakan persamaan
( ) ( )c c,out c,in h,in h,outhT T T TQ C C− = −=ɺ (8.13)
Dengan c c pcmC C= ɺ dan h h hcmC C= ɺ adalah laju kapasitas kalor dari fluida panas dan dingin.
Untuk menghitung laju aliran kalor maksimum yang mungkin terjadi digunakan persamaan
( )max min h,in c,inC T TQ = −ɺ (8.14)
Dengan Cmin adalah nilai terkecil dari c c pcmC C= ɺ atau h h hcmC C= ɺ .
Untuk menghitung nilai maxQɺ perlu diketahui terlebih dahulu temperatur inlet fluida panas dan dingin
serta laju aliran massanya. Jika effectiveness telah dapat diketahui maka laju aliran kalor aktual dapat diperoleh menggunakan
( )max min h,in c,inTQ TQ C= −= ε εɺ ɺ (8.15)
Sehingga laju perpindahan kalor dapat diperoleh tanpa perlu mengetahui temperatur outlet fluida.
Nilai effectiveness dapat dicari dengan dua cara, yaitu mengunakan persamaan pada tabel ataupun melihat pada gambar. Untuk menentukan nilai effectiveness perlu dihitung terlebih dahulu NTU dan rasio kapasitas. NTU (Number of Transfer Unit) dihitung menggunakan persamaan
( )min p min
UA UANTU
mCC==ɺ
(8.16)
Dengan U adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan dan A adalah luas permukaan penukar kalor. Nilai NTU menentukan ukuran penukar kalor, semakin besar nilai NTU maka semakin besar pula ukuran penukar kalor.
Rasio kapasitas adalah
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 74
min
max
CC
C= (8.17)
Khusus untuk penukar kalor yang melibatkan perubahan fase (kondenser dan boiler) maka nilai effectiveness adalah
NTUmax 1 e−ε = ε = − (8.18)
Tabel 8-1 Persamaan untuk menentukan nilai effectiveness
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 75
Tabel 8-2 Persamaan untuk menentukan nilai NTU
Gambar 8-11 Effectiveness untuk penukar kalor jenis pipa ganda
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 76
Gambar 8-12 Effectiveness untuk penukar kalor jenis shell and tube
Gambar 8-13 Effectiveness untuk penukar kalor jenis aliran silang
Contoh 8-5 Metode NTU untuk penukar kalor pipa ganda
Suatu pipa ganda aliran berlawanan digunakan untuk memanaskan air dari 20°C menjadi 80°C dengan laju aliran 1.2kg/s. Pemanasan dilakukan menggunakan air geotermal yang bertemperatur 160°C dengan laju aliran massa 2 kg/s. Pipa bagian dalam berdinding tipis dan berdiameter 1.5 cm. Jika koefisien perpindahan kalor keseluruhan dari penukar kalor adalah 640 W/m2.°C, hitung (a) temperatur air geotermal keluar penukar kalor (b) panjang penukar kalor yang diperlukan.
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 77
Gambar 8-14 Skema untuk Contoh 8-5
Penyelesaian Laju kapasitas kalor
( ) ( )( )( )c
h
c c
h hC m
m
C 2kg / s 4.31kJ / kg. C 8.62kW / C
C C 1.2kg / s 4.18kJ / kg. C 5.02kW / C
= = ° = °
= = ° = °
ɺ
ɺ
Diambil nilai yang lebih rendah
min CC C 5.02kW / C= = °
Perbandingan laju kapasitas kalor
min
max
C 5.02C
C 8.60 5
2. 83= ==
Laju perpindahan kalor maksimum adalah
( ) ( ) ( )max min h,in c,inC T T 5.02kW / C 160 20 C 702.8kWQ = − = ° − ° =ɺ
Laju perpindahan kalor aktual
( ) ( ) ( )( )P out in waterT T 1.2kg / s 4.18kJ / kg. C 80Q 20 C 301.0 WC km − = ° − == °
ɺ ɺ
Effectiveness penukar kalor
max
301.0kW
702.8kW
Q0.428
Q= =ε =
ɺ
ɺ
Nilai NTU
ln ln1 1 1 0.428 1
NTUC 1 C 1 0.583 1 0.428 0
0.65.583
11
ε − − = =
=− ε − − × −
Luas permukaan perpindahan kalor
( ) ( )
min
2min2
UANTU
C
0.651 5020W / CNTU C
U 64A 5.1
0W / m .m
C1
=
°°
= = =
Sehingga panjang pipa adalah
( )2
A
5.11m
DL
AL 108.4m
D 0.015m
π
= = =π π
=
Materi Kuliah Perpindahan Panas Dasar
Jurusan Teknik Mesin 78
Contoh 8-6 Metode NTU untuk penukar kalor 1-8
Oli panas didinginkan dengan air pada suatu penukar kalor berjenis 1 shell pass and 8 tube pass. Tube terbuat dari tembaga dengan diameter internal 1.4 cm. Panjang 1 laluan tube adalah 5 m serta koefisien perpindahan kalor keseluruhan adalah 310 W/m2. Air mengalir pada tube dengan laju aliran 0.2 kg/s sedangkan oli pada shell dengan laju aliran 0.3 kg/s. Air dan oli masuk masing-masing pada temperatur 20°C dan 150°C. Hitung (a) laju aliran kalor pada penukar kalor (b) temperatur air dan oli keluar penukar kalor.
Gambar 8-15 Skema untuk Contoh 8-6
Penyelesaian Laju kapasitas kalor
( )( )( )( )
h h
c c c
hC C 0.3kg / s 2.13kJ / kg. C 0.639kW / C
C C 0.2kg / s 4.18kJ / kg. C 0.836kW /m C
m= = ° = °
= = ° = °
ɺ
ɺ
Diambil nilai yang lebih rendah
hminC C 0.639kW / C= = °
Perbandingan laju kapasitas kalor
min
max
C 0.639C
C 0.80 7
36. 64= = =
Laju perpindahan kalor maksimum adalah
( ) ( ) ( )max min h,in c,inC T T 0.639kW / C 150 20 CQ 83.1kW= − = ° − ° =ɺ
Luas permukaan perpindahan kalor
( ) ( ) 2iD L 8 0.014m 5mA n 1.76mπ = π ==
Nilai NTU
( )( )2 2
min
310W / m C 1.76mUANTU
C 639W / C
.0.853= =
°=
°
Maka dari diperoleh nilai effectiveness
Penukar Kalor
Universitas Islam Indonesia Yogyakarta 79
0.59ε = Laju perpindahan kalor aktual
( )( )max 0.59 83.1kWQ Q 49.0kW= == εɺ ɺ
Temperatur air keluar
( )c,out c,in
c,out c,in
c
c
Q C
Q
T T
49.0kWT T
C 0.836k20 C 78.
/ C6 C
W
=
= ° +°
=
−
= + °
ɺ
ɺ
Temperatur oli keluar
( )h,in h,out
h,ou ,ih
t n
h
h
T T
49.0kWT T
C 0.
Q C
Q
615
390 C 73.3 C
kW / C
=
= ° +°
=− °
−
=
ɺ
ɺ