TUGAS MATA KULIAH

PENUKAR KALOR

Disusun Oleh :

Pritadhi Handoko

(09510030)

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2012

*****************************

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANGJl. Raya Tlogomas No.246 telp.(0341) 464318-21 Psw.127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

LEMBAR ASISTENSI

NAMA : PRITADHI HANDOKONIM : 09510030MATA KULIAH : PENUKAR KALOR

TANGGAL CATATAN ASISTENSI PARAF

Malang,Dosen Pembimbing,

(Ir. Hery Supriyanto, MT)

I. PERHITUNGAN

I.1. Data-data dan spesifikasi ketel uap yoshimine

Kapasitas Air : 20 ton/jam

Tekanan air : 10 kg/m2

Temperature air masuk : 30 oc

Temperatur air keluar : 90 oC

Temperature gas asap keluar : 200 oC

Temperature gas asap Masuk : 350 oC

I.2. Perhitungan Kalor

Panas yang dibutuhkan Economizer (Qek)

Qek = ma x Cpa x (Tak - Tam)

Dimana :

m air = 20.000 kg/jam

T am = 30OC

T ak = 90OC

Cp air = panas jenis air pengisi ketel pada temp. rata-rata (Tr)

Tr = 90−30

2=60OC

Cp = 4,179 kj/kg OC

Qek = 20.000kg/jm x 4,179 kj/ kg OC x (90-30) OC

= 5.014.800 kj/jam

= 1.393 kj/second

I.3. Perencanaan Economizer

Bahan pipa : Baja Karbon STPG 42

Diameter luar pipa(Do) : 44,50 mm

Tebal pipa (t) : 4,51 mm

Diameter dalam pipa(Di) : Do-2t = 44,50 – (2 x 4,51)

= 35,48 mm

Panjang Pipa sebelum penekukan tiap kolom: 3000 mm

Direncanakan banyaknya pipa dalam 1 garis (n) : 40

Dari harga konstanta c dan eksponen n pada tabel maka di ambil :

SLD

= StD

= 2

Maka :

SLD

= StD

= 2

SL = D0 x 2

= 44,5 x2

= 89 mm

Jarak antara baris (SL) : 89 mm

Jarak antara kolom (ST) : 89 mm

SL = 89 mm

- Beda Temperatur rata-rata log (LMTD)

Beda temperatu rata-rata untuk penukaran kalor aliran counter flow

dapat dihitung dengan persamaan :

∆T LMTD=(T gam−Tak )−(T gak−T am)

ln(T gam−T ak )(T gak−Tam )

¿

(350−90 )−(200−30 )

ln(350−90 )(200−30 )

=211,8oC

I.4. Perhitungan Aliran Pada Economizer

I.4.1. Aliran Gas Asap Diluar Pipa

- Sifat sifat gas asap pada temperatur rata rata :

∆TF =ho+hi

2

=350+200

2

= 275 oc

Dari tabel sifat sifat udara di dapat :

- Cp = 1,0392 kj/kg OC

ST

= 8

9

mm

- K = 0,0436 w/m OK

- Pr = 0,680

- ρ = 0,6423 kg/m3

- μ = 2,848 x 10-5 kg/m.s

maka kecepatan gas asap maksimal adalah :

Qgas = q ek yaitu 1462,65 kj/s

Qgas =mg x cpg x (Tgm – Tgs )

1462,65 = mg x 1,0392 x150

mg = 1462,65

1,0392x 150 = 9,383 kg/s

- Kecepatan gas asap maksimal (Vmaks)

Vmax=v∞SL

SL−Do

Dimana :

v∞=mg

Pg. ST .n .L

¿ 9,3830,6044. 0,089.40.3

¿1,454m /dtk

V max = 1,4540,089

0,089−0,0445

= 2,908 m/s

- Harga Reynold Number (Re)

ℜ=ρga x V max x DO

μga

¿ 0,6423kg /m3 X 2,908m /dtk X 0,0445m(2,848 x10−5 )kg/m .s

¿2918,45

Dan angka Nusselt Nuo dihitung dengan menentukan faktor korelasi C = 0,229

dan n’ = 0,632

dalam jangkauan angka reynolds 2000< Re <40000

N uo=C .ℜn . pr1 /3

¿0,254 x 2918,450,632 x 0,6801 /3

¿34,59

Maka koefisien perpindahan panas konveksi h yang terjadi di luar pipa dapat

dihitung dengan persamaan berikut:

ho=Nuo x K

Do

¿34,59x (0 ,0436 )

0,0445

¿33,89w /mo k

I.4.2. Aliran Air Dalam Pipa

Didalam pipa Economizer mengalir fluida kerja berupa air, yang mempunyai

sifat-sifat:

Tw=T am+Tak

2=30+90

2=60OC

Sifat-sifat air jenuh pada suhu 60OC

- Cp = 4,179 kj/kg OC

- K = 0,654 w/m OK

- Pr = 3,01

- ρ = 983,3 kg/m3

- μ = 4,71 x 10-4 kg/m.s

- Luas aliran dalam pipa (Aa)

Luas aliran dalam pipa adalah luas dari pada pipa Economizer dikalikan

dengan jumlah pipa yang direncanakan

Aa=π .d ².n4

¿ 3.14 .0 ,03548².404

¿0,0395m2

- kecepatan Air Dalam Pipa (Va)

Va=ma

ρa x Aa

maka : 20000

983,3 x0,0395

¿514,92m / jam

¿0,143m /dtk

- Harga Reynold Number (Re)

ℜ=ρa x V a x Di

μa

¿ 983,3kg /m3 X 0,143m /dtk X 0,03548m(4,71 x10−4 )kg /m.s

¿10592,16

Dari harga bilangan reynold diketahui bahwa aliran air didalam pipa adalah

aliran turbulent, maka angka Nusselt dapat dihitung:

Nu=0,023 x (10592,16 )0,8 x ( Pr air )0,4

¿0,023 x (10592,16 )0,8x (3,01 )0,4

¿59,31

Dari persamaan diatas, maka harga konveksi didalam pipa adalah :

hi= Nu X KDi

¿ 59,31X 0,654 w /mo k0,03548m

¿1093,25w /mok

I.4.3. Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan

Koefisien perpindahan panas keseluruhan pada Economizer dapat

dihitung dengan mengunakan persamaan berikut:

U o=1

DoDi

x1hi

+Do

2 xkx ln+

Do

Di

+ 1h0

❑

Dimana :

- K = konduktivitas pipa = 34 w/m OK

¿ 10,04450,03548

x1

1093,25+

0,04452 x34

x ln0.0445

0,03548+

133,89

= 32,46 w/m2 oc

- Luas Permukaan Perpindahan Panas (A)

A= qU .∆Tm

¿ 5.014 .800(32,46 ) .211,8

¿729,4m2

- Koefisien perpindahan panas menyeluruh (A)

N= Aπ .Do . L

¿ 729,43,14 x0,0445 x 3

¿1740,022=1760 Buah

Jadi untuk susunan pipa yang direncanakan

SL = 44 baris

ST = 40 kolom

I.5. Perhitungan Tegangan

Perencanaan Pipa Economizer

Data bahan :

- bahan direncanakan STB 35

- tegangan ijin 5,87 kg/mm2

Tegangan-tegangan yang terjadi dalam pipa Economizer

tegangan akibat fluida terjadi tegangan tangensial dan tegangan radial yang

besarnya masing-masing

- Tegangan Tangensial

σ t=P .D i

2

t . (2. Di+t )

Dimana :

P = Tekanan fluida kerja 10 kg/cm2

Di = Diameter dalam pipa 35,48 mm = 3,548 cm

t = tebal pipa 4,51 mm = 0,451 cm

¿10kg /cm2 . (3,5482)cm

0,451cm (2 x3,548cm+0,451cm )

¿36,98kg /cm2

- Tegangan radial

σ n=P . Di2

t

¿10kg /cm2 (3,548¿¿2)cm0,451

¿

¿279,11kg /cm2

Beban akibat kenaikan temperature karena adanya perubahan suhu adalah:

σ d=E . λ .∆T

Dimana :

E = modulus elastisitas = 2 x 106kg/cm2

λ = koefisien pemuaian bahan = 11,1 x 10-8oC

∆T = kenaikan suhu 60oC

σ d=2 x106 kg/cm2 .11,1 x 10−8oC .60oC=13,32kg /cm2

Jenis tegangan :

- σ d dan σ t = tegangan tarik

- σ d tegangan tekan

tegangan tarik yang terjadi :

σ=σ d+σ t

¿13,32kg /cm2+36,98kgcm

2

¿50,3kg /cm2