Analisa Perhitunan

1. Analisa Perhitungan Temperatur dan Entalpi jenis udara bakar.

Untuk mendesain economizer dan air heater, kita harus mengetahui data temperatur dan entalpi dari aliran fluida kerja (air), udara bakar, dan udara dingin, serta data temperatur dan entalpi hasil pembakaran. Data-data tersebut dapat diperoleh dengan mengolah data-data yang tersedia, antara lain debit udara dingin, nilai kalor batubara, dan lain-lain.

Berdasarkan referensi dari buku “Steam: Its generation and Use”, pada tabel 7 disebutkan bahwa laju massa udara hasil pembakaran dapat diestimasi dengan rumus berikut ini:

mfg=mcoal+mhot air=13.8 g8 mcoal

sehingga didapatkan hubungan antara laju massa batu bara dengan laju massa suplai udara dingin.

mhot air=12.8 g8 mcoal

Setelah mendapatkan data laju massa batu bara, udara dingin, dan udara hasil pembakaran, kita bisa mendapatkan data entalpi jenis udara hasil pembakaran dengan menggunakan persamaan berikut ini:

h fg, 1=mcoalLHV coal+mhot airhhot air

mfg

Dengan menggunakan data entalpi jenis udara bakar, dan mengasumsikan nilai kalor jenis udara bakar sekitar 1.1g5 kJ/kgK,

T fg ,1=hfg ,1c p , fg

2. Analisa Perhitungan Temperatur udara bakar dan fluida kerja melalui economizer dan air

heater.

Temperatur udara bakar dan fluida kerja yang melalui economizer dan air heater adalah data yang dibutuhkan untuk dapat merancang heat exchanger pada economizer dan air heater sesuai kebutuhan. Data temperatur dan entalpi spesifik fluida kerja didapatkan dari data yang telah diolah oleh pihak kelompok satu yang menganalisa diagram rankine sistem pembangkit terkait.

Dengan data entalpi spesifik fluida kerja, didapatkan informasi perubahan entalpi dari setiap proses seperti yang dijabarkan pada persamaan berikut:

∆ H w , proses=mw (hw ,n+ 1−hw , n)

Besarnya perubahan entalpi fluida kerja pada suatu proses tertentu akan sama besar dengan besarnya negatif perubahan entalpi udara bakar pada proses yang sama.

∆ H fg , proses=−∆H w , proses

Setelah dilakukan pengolahan data dengan menggunakan konsep persamaan tersebut, didapatkan data-data nilai temperatur dan entalpi jenis udara bakar pada setiap proses (tabel 4.3). Hal tersebut dapat dijabarkan dengan persamaan-persamaan berikut ini:

h fg, n+1=mfg hfg , n+1−mw (hw , n+1−hw ,n )

mfg

T fg ,n+1=hfg ,n+1

c p , fg

3. Analisa Perancangan Economizer.

Perancangan economizer dapat digambarkan dalam diagram flowchart seperti pada gambar 4. .

Tujuan dalam perancangan economizer ini adalah mendapatkan nilai seberapa panjang dimensi tube yang

dibutuhkan agar memenuhi spesifikasi kebutuhan perpindahan kalor pada proses economizer.

Berdasarkan tinjauan pustaka, tube yang digunakan biasanya memiliki diameter luar berkisar antara 44,5

mm – 63,5 mm Pada perancangan kali ini, dipilih tube dengan ukuran standar diameter luar 51 mm dan

diameter dalam 44,5 mm.

Selain data dimensi tube, pengolahan data untuk merancang economizer juga membutuhkan data

sifat-sifat udara bakar dan fluida kerja pada suhunya saat di economizer (lihat gambar 4.1 dan gambar

4.2). Data-data ini dibutuhkan untuk mendapatkan nilai bilangan Reynolds, Prandtl, dan Nusselt.

Bilangan Nusselt merupakan fungsi dari bilangan Reynolds dan bilangan Prandtl yang dijabarkan dalam

suatu persamaan korelasi bilangan nusselt yang berbeda-beda tergantung karakteristik interaksi aliran

fluidanya. Heat exchanger pada economizer rancangan kali ini menggunakan orientasi aliran tube cross-

flow. Persamaan korelasi bilangan Nusselt untuk orientasi aliran eksternal tube cross-flow adalah sebagai

berikut:

Nufg=0.3+0.62 ℜfg

1 /2 Pr fg1/3

[1+(0.4 /Pr fg)2/3 ]1/4 [1+( ℜfg

282000 )5 /8]

4 /5

=33.713

Data-data tersebut lalu diolah untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor universal

pada aliran melalui tube tersebut. Nilai koefisien perpindahan kalor dapat dihitung dengan menggunakan

data bilangan Nusselt yang diperoleh.

Setelah mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor dan laju kalor yang dipindahkan,

didapatkan besar luas penampang tube. Alur pengolahan data ini dapat digambarkan dalam flowchart

pada gambar 4. .

Figure 1 Flowchart pengolahan data luas permukaan tube economizer

4. Analisa Perancangan Air Heater.

Perancangan Air Heater dapat digambarkan dalam diagram flowchart seperti pada gambar 4. .

Tujuan dalam perancangan Air Heater ini adalah mendapatkan nilai seberapa banyak tube yang

dibutuhkan agar memenuhi spesifikasi kebutuhan perpindahan kalor pada proses Air Heater. Berdasarkan

tinjauan pustaka, tube yang digunakan biasanya memiliki diameter luar berkisar antara 38 mm – 102 mm

Pada perancangan kali ini, dipilih tube dengan ukuran standar diameter luar 102 mm dan diameter dalam

8g mm.

Selain data dimensi tube, pengolahan data untuk merancang Air Heater juga membutuhkan data

sifat-sifat udara bakar dan fluida kerja pada suhunya saat di Air Heater (lihat gambar 4.1 dan gambar 4.2).

Data-data ini dibutuhkan untuk mendapatkan nilai bilangan Reynolds, Prandtl, dan Nusselt. Bilangan

Nusselt merupakan fungsi dari bilangan Reynolds dan bilangan Prandtl yang dijabarkan dalam suatu

persamaan korelasi bilangan nusselt yang berbeda-beda tergantung karakteristik interaksi aliran fluidanya.

Heat exchanger pada Air Heater rancangan kali ini menggunakan orientasi aliran tube cross-flow.

Persamaan korelasi bilangan Nusselt untuk orientasi aliran eksternal tube cross-flow adalah sebagai

berikut:

Nufg=0.3+0.62 ℜfg

1 /2 Pr fg1/3

[1+(0.4 /Pr fg)2/3 ]1/4 [1+( ℜfg

282000 )5 /8]

4 /5

=33.713

Data-data tersebut lalu diolah untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor universal

pada aliran melalui tube tersebut. Nilai koefisien perpindahan kalor dapat dihitung dengan menggunakan

data bilangan Nusselt yang diperoleh.

Setelah mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor dan laju kalor yang dipindahkan,

didapatkan besar jumlah tube. Alur pengolahan data ini dapat digambarkan dalam flowchart pada gambar

4. .

Figure 2 Flowchart pengolahan data jumlah tube air heater