tugas besar heat exchanger
Post on 17-Jul-2016
55 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
TUGAS BESAR HEAT EXCHANGERHEAT EXCHANGER TIPE SHELL & TUBEOleh Dwi Novriadi 1015021028
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik
Universitas Lampung
soalA shell-and-tube heat excharger is to heat 10.000 kg/h of water from 16 to 84oC by hot engine oil following through the shell. The oil makes a single shell pass, entering at 160oC and leaving at 94oC with an average flows through coefficient of 400W/m2.K. the water flows througt 11 brass tubes of 22.9 mm inside diameter and 25.4 mm outside diameter, with each tube making four passes through the shell.a. Assuming fully developed flow for the water, determine the required tube length per
pass.b. For the tube length found in part (a), plot the effectiveness, fluid outlet temperatures,
and water-side convection coefficient as a function of water flow rate for kg/h, with all other conditions remaining the same.
DiketahuiSebuah Heat Exchanger Tipe Shell and Tube dengan oli berada didalam shell dan air yang akan dipanaskan berada didalam pipa.
Skema
Asumsi
Properties
1. Panas yang hilang diabaikan2. Perubahan energi potensial dan
kinetik diabaikan3. Constant properties
A1
A5
Material Kuningan (Brass)(400 K): k = 137 W/m.K
Air (323 K)ρ = 998.1 kg/m3
µ = 548 x 10-6 N.s/m2 Pr = 3.56k = 0.643 W/m.KCp = 4182 J/Kg.K
Analisis
PropertiesA1
A5
Material Kuningan (Brass)(400 K): k = 137 W/m.K
Air (323 K)ρ = 998.1 kg/m3
µ = 548 x 10-6 N.s/m2 Pr = 3.56k = 0.643 W/m.KCp = 4182 J/Kg.K
𝑞=�̇�𝑐𝐶𝑐 (𝑇 𝑐, 𝑖−𝑇 𝑐 ,𝑜 )
¿ 100003600 (𝑘𝑔𝑠 )×4182( 𝐽
𝐾𝑔 .𝐾 ) (84−16 )𝑜𝐶
¿789933.3𝑤𝑎𝑡𝑡
𝑞=𝑈 0 𝐴0𝐹 ∆𝑇 𝑙𝑚 ,𝐶𝐹
∆ 𝑇 𝑙𝑚 ,𝐶𝐹=[ (160−84 )𝑜𝐶− (94−16 )𝑜𝐶 ]
𝑙𝑛(160− 8494−16)
¿−2
𝑙𝑛( 7678 )
¿76.99𝑜𝐶 ≈77𝑜𝐶
Analisis
PropertiesA1
A5
Material Kuningan (Brass)(400 K): k = 137 W/m.K
Air (323 K)ρ = 998.1 kg/m3
µ = 548 x 10-6 N.s/m2 Pr = 3.56k = 0.643 W/m.KCp = 4182 J/Kg.K
𝑈=[ 1h0
+𝑟 0
𝑘 𝑙𝑛𝑟0
𝑟 𝑖+𝑟 0
𝑟 𝑖
1h𝑖 ]
− 1Persamaan 11.5FUNDAMENTAL OF HEAT AND MASS
TRANSFER
Skemaho = 400 W/m2.K ro = 25.4x10-3mri = 22.9x10-3m
𝑅𝑒𝐷=˙4𝑚 /𝑁
𝜋𝐷𝜇 & 𝑁𝑢𝐷=0.023𝑅𝑒𝐷0.8 𝑃𝑟 0.4
𝑅𝑒𝐷=˙4𝑚 /𝑁
𝜋𝐷𝜇
¿¿¿¿25621.1661
128,584
Analisis
PropertiesA1
A5
Material Kuningan (Brass)(400 K): k = 137 W/m.K
Air (323 K)ρ = 998.1 kg/m3
µ = 548 x 10-6 N.s/m2 Pr = 3.56k = 0.643 W/m.KCp = 4182 J/Kg.K
𝑈=[ 1h0
+𝑟 0
𝑘 𝑙𝑛𝑟0
𝑟 𝑖+𝑟 0
𝑟 𝑖
1h𝑖 ]
− 1Persamaan 11.5FUNDAMENTAL OF HEAT AND MASS
TRANSFER
Skemaho = 400 W/m2.K ro = 25.4x10-3mri = 22.9x10-3m
h 𝑖=𝑁𝑢𝐷×𝐾
𝐷 =128.584×0.643𝑊 /𝑚.𝐾22.9×10−3𝑚
=3610.459𝑊 /𝑚2𝐾
𝑈=[ 1400𝑊 /𝑚2𝐾
+25.4×10−3𝑚
2×137𝑊 /𝑚 .𝐾 𝑙𝑛 25.422.9
+25.4×10− 3𝑚22.9×10−3𝑚
× 13610.459𝑊 /𝑚2 𝐾 ]
− 1
¿355.01𝑊 /𝑚2𝐾
Analisis
PropertiesA1
A5
Material Kuningan (Brass)(400 K): k = 137 W/m.K
Air (323 K)ρ = 998.1 kg/m3
µ = 548 x 10-6 N.s/m2 Pr = 3.56k = 0.643 W/m.KCp = 4182 J/Kg.K
𝑈=[ 1h0
+𝑟 0
𝑘 𝑙𝑛𝑟0
𝑟 𝑖+𝑟 0
𝑟 𝑖
1h𝑖 ]
− 1Persamaan 11.5FUNDAMENTAL OF HEAT AND MASS
TRANSFER
Skemaho = 400 W/m2.K ro = 25.4x10-3mri = 22.9x10-3m
Model 3DDAN SIMULASI
PipaMaterial Kuningan (Brass)Fluida didalam pipa yaitu Air
11 Pipa dengan masing-masing 4 laluan
SHELLMaterial ditentukan kemudianFluida didalam shell yaitu Oli
1 laluan
TURBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION (TEMA)STANDARDS 9TH EDITION2007
Model 3DDAN SIMULASI
PipaMaterial Kuningan (Brass)Fluida didalam pipa yaitu Air
Panjang pipa 9,6 m11 Pipa dengan masing-masing 4 laluan
SHELLMaterial ditentukan kemudianFluida didalam shell yaitu Oli
1 laluan
TURBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION (TEMA)STANDARDS 9TH EDITION2007
HASIL SIMULASISUMMARY
Goal Name Unit Value Averaged Value Min Value Max Value
Kecepatan Aliran Fluida [m/s] 0,039028519 0,038573945 0,0382743
27 0,040449277Temperatur Maks Oli [°C] 90,89470682 91,02141147 90,578659
5 91,64408374Temperatur Maks Air [°C] 85,23406369 83,97075056 82,718119
23 85,23406369
Temperatur Maks shell [°C] 156,9488608 156,7708332 156,53931
6 156,9488608
Temperatur Maks Pipa [°C] 147,936386 147,8871072 147,51169
61 148,1141652
HASIL SIMULASIKECEPATAN ALIRAN FLUIDA
0 100 200 300 400 500 600-0.00999999999999999
1.21430643318377E-17
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
GG Av Velocity 1
Iterations
Velo
city
[m
/s]
HASIL SIMULASITEMPERATUR ALIRAN FLUIDA
0 100 200 300 400 500 600-20
3.5527136788005E-15
20
40
60
80
100
120
OliAir
Iterations
Tem
pera
ture
(Fl
uid)
[°C
]
HASIL SIMULASITEMPERATUR ALIRAN FLUIDA
0 100 200 300 400 500 600-20
30
80
130
180
ShellPipa
Iterations
Tem
pera
ture
(So
lid)
[°C
]
KESIMPULAN1. Dapat dilihat pada gambar hasil simulasi kecepatan aliran
bahwa kecepatan yang masuk kedalam pipa mengalami peningkatan berbeda dengan fluida didalam shell yang mengalami penurunan saat memasuki shell. Kecepatan fluida didalam shell tergolong turbulen sehingga panas yang dihasilkan juga merata.
2. Terjadinya peningkatan temperatur air yang berada dalam pipa dari 16oC menjadi 85,23oC, sedangkan temperatur oli turun dari 160oC menjadi 91,64oC. Hal ini berbeda dengan hasil output yang terdapat pada soal. Perbedaan temperatur ini disebabkan karena pada soal jenis material shell, baffle, dan komponen yang berkontak langsung dengan fluida diabaikan sehingga panas yang hilang pada komponen-komponen tersebut juga diabaikan, berbeda dengan simulasi yang dalam pengerjaannya harus mendetail, termasuk material komponen.
TERIMA KASIH
top related