STUDI EKSPERIMEN ANALISA PERFORMANCE COMPACT HEAT EXCHANGER LOUVERED FIN FLAT TUBE UNTUK PEMANFAATAN

WASTE ENERGY

Oleh:

Taqwim Ismail 2111.105.007

Dosen Pembimbing:

Ary Bachtiar K. P, ST., MT., P.hD

Tugas AkhirKonversi energi

Latar Belakang

1. Kebutuhan Energi yang terus meningkat.2. Potensi Waste Energy yang melimpah di indonesia.3. Memanfaatkan waste energy misalnya dari pembangkit listrik tenaga

diesel.

Tugas AkhirKonversi energi

Heat Recovery for Waste Energy

Tugas AkhirKonversi energi

Rumusan Masalah

Tugas AkhirKonversi energi

1

• Bagaimana mendesain Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD.

• Bagaimana mendesain Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD.

2

• Bagaimana menganalisa secaraeksperimen performance dari Heat Exchanger yang telah di desain.

• Bagaimana menganalisa secaraeksperimen performance dari Heat Exchanger yang telah di desain.

Tujuan Penelitian

1

• Merancang Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD..

• Merancang Heat Exchanger yang sesuai untuk memanfaatkan waste energy misalnya pada PLTD..

2

• Menganalisa secara eksperimenperformance dari Heat Exchanger yang telah di desain..

• Menganalisa secara eksperimenperformance dari Heat Exchanger yang telah di desain..

Tugas AkhirKonversi energi

Batasan Masalah

Kondisi operasi Heat Exchanger diasumsikan dalam kondisi Steady State.

Analisa Fouling tidak diperhitungkan.

Aliran dalam pipa diasumsikan aliran fully develop flow.

Diasumsikan tidak ada kebocoran dalam sistem.

Perubahan energi kinetik dan potensials angat kecil sehingga dapat diabaikan.

Perpindahan panas secara radiasi diabaikan.

Pengambilan data dilakukan dalam skala laboratorium

Tinjauan Pustaka

• Compact Heat Exchanger

Tugas AkhirKonversi energi

• Louvered Fin

Tinjauan Pustaka

• Louvered Fin Flat Tube, Surface 3/8-8.7

Tugas AkhirKonversi energi

����� � ���

�� ��Atube = ���(�����������

������� � �������������������

Luas Permukaan Tube EfektifLuas Permukaan Tube Efektif

Af = AHE x β

Luas Permukaan Fin EfektifLuas Permukaan Fin Efektif

• Dimensi Compact Heat Exchanger Tipe Louvered Fin Flat Tube

Tugas AkhirKonversi energi

�����AHE = �����

Luas Permukaan Efektif TotalLuas Permukaan Efektif Total

�����Aff = �����

Free Flow AreaFree Flow Area

• Effisiensi Fin

��� =ℎ

�. ��

�/�

����� =ℎ

�. ��

�/�

���/�

Efisiensi Fin TunggalEfisiensi Fin Tunggal

� = 1 −��

���1 − ��� = 1 −

��

���1 − ��

Efisiensi Overall FinEfisiensi Overall Fin

�� = Grafik�� = Grafik

• Overall Heat Transfer Coefficient

1

��=

1

��ℎ�������+

1

ℎ�����

1

��=

1

��ℎ�������+

1

ℎ�����

Overall Heat Transfer CoefficientOverall Heat Transfer Coefficient

Tugas AkhirKonversi energi

• Perancangan Compact Heat Exchanger

∆� =� − � − � − �

����.� − ��.�

∆�����=��.� − ��.� − ��.� − ��.�

����.� − ��.���.� − ��.�

Metode Long Mean Temperatur Difference (∆�����) Metode Long Mean Temperatur Difference (∆�����)

�������� =�������

∆�����. ��������� =

�������∆�����. �

• Analisa Performance Compact Heat Exchanger

�� =��������

�� =��������

Ratio Heat Capacity RateRatio Heat Capacity Rate

� =�

����� =

�

����

EffectivenessEffectiveness

��� = ��������� = ������

Number of Transfer UnitNumber of Transfer Unit

• Overall Heat Transfer Coefficient

� =���. ����

����� ��������� =

���. ��������� ��������

Overall Heat Transfer CoefficientOverall Heat Transfer Coefficient

Tugas AkhirKonversi energi

Penelitian Terdahulu

Hasil penelitian tentang “Studi Experimental Pengaruh Perubahan JenisRadiator terhadap Unjuk Kerja Mesin Sinjai” yang dilakukan oleh DwiCahyo Andrianto (2013)

Tugas AkhirKonversi energi

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

ε

n(rpm)

effectiveness Radiator

straight

Louver

Penelitian Terdahulu

Shekh Nisar Hossain Rubaiyat, Saiful Bari (2010). Penelitian tentang “Waste heat recovery using shell and tube heat exchanger from the exhaust of an automotive engine”.

Tugas AkhirKonversi energi

Pada artikel George Thomas Hall dan James Edwin Marthinuss Jr yang berjudul Air Cooled Heat Exchanger Design meneliti tentang pengaruh beberapa parameter yang menjadi pertimbangan untuk design HE meliputi perpindahan panas, pressure drop, ukuran dan berat. Hasil penelitian sebagai berikut:

Penelitian Terdahulu

Tugas AkhirKonversi energi

Sistematika Penelitian

Tugas AkhirKonversi energi

Skema Instalasi Percobaan Compact Heat Exchanger

Tugas AkhirKonversi energi

Instalasi Percobaan Compact Heat Exchanger

Tugas AkhirKonversi energi

Diagram Perancangan Compact Heat Exchanger

� =�̇

���

�� =�. �ℎ

�

�� =�

��2/3

ℎ = �. ��. ��

�� =4. ṁ

�. �. �. ��

�� = 0.023��0.8��1/3

ℎ =��. �

�����

��� = �ℎ

����

1/2

��3/2

�� =�. �

2

�0� = ������

Dimensi HE :Panjang tube, Jumlah tube, Bentuk susunan

tube, Panjang Fin, Jumlah Fin, Tebal Fin

End

1

����=

1

�� ℎ� ��+

1

ℎ� ��

�������� − ����������������

≤ 0.1

A B

Diagram Alir Pengambilan Data

Diagram Alir Analisa DataStart

Kecepatan Putaran Fan, Th.i, Th.o, Tc.i, Tc.o, Flow Air, Pc.i, Pc.o,

Dimensi Existing Compact Heat Exchanger

Memilih data pada Vfan = 1 (Low)

Effectiveness, NTU, overall heat transfer

coefficient, Cr

End

Vfan = 3 (High)

Cc = ṁair.cpairCh = ṁudara.cpudara

Jika Cc > Ch maka Jika Cc < Ch maka

�� =�ℎ

�� �� =

��

�ℎ

� =�̇����� . ������� . (�ℎ.� − �ℎ.�)

���� . (�ℎ.� − ��.�)

��� = ������

Menghitung overall heat transfer coefficient

Vfan’ = Vfan - 1

� =���. ����

�ℎ��� ��������

Grafik Heat Transfer = f (Reynold Number Udara)

Grafik Effectiveness = f (Reynold Number Udara)

Grafik NTU = f (Reynold Number Udara)

Grafik NTU - Effectiveness

Grafik Overall Heat Transfer Coefficient = f (Reynold Number Udara)

Grafik ΔTLMTD= f (Reynold Number Udara)

Hasil Percobaan

Tugas AkhirKonversi energi

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

q ak

tual

(kW

)

Reudara

qaktual = f(Reudara)

q aktual udara

q aktual air

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Eff

ecti

ven

ess

Reudara

Effectiveness = f(Reudara)

Effectiveness

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

1

2

3

4

5

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

NT

U

Reudara

NTU = f(Reudara)

NTU

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 1 2 3 4 5

ɛ

NTU

NTU = f(ɛ)

Cr = 1

Cr = 0.75

Cr = 0.5

Cr = 0.25

Cr = 0

High

Medium

Low

Desain

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

5

10

15

20

25

30

1500 2500 3500 4500

U (

W/m

2 .K

)

Reudara

U = f(Reudara)

Overall Heat TransferCoefficient

Grafik Hasil PercobaanTugas Akhir

Konversi energi

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

ΔT

LM

TD

(K

)

Reudara

ΔTLMTD = f(Reudara)

ΔTLMTD

Kesimpulan

Flat Tube

Tebal tube 3.048 mm

Lebar tube 22.098 mm

Panjang tube 300 mm

Jumlah tube 34

Bentuk susunan tube Aligned

Jarak tube transversal ( ST) 8.0264 mm

Jarak tube arah longitudinal ( SL ) 6.35 mm

Fin

Jumlah fin 4000

Tebal fin 0.1016 mm

Lebar fin 8.0264 mm

Core Compact Heat Exchanger

Tinggi Compact Heat Exchanger 300 mm

Panjang Compact Heat Exchanger 400 mm

Lebar Compact Heat Exchanger 12 mm

Tugas AkhirKonversi energi

Kesimpulan

1.Heat transfer aktual pada Compact Heat Exchangeryang telah diuji memiliki nilai yang konstan pada sisiair yaitu 3.095 kW dan pada sisi udara memiliki nilaimaksimal pada Reudara = 2035.55 yaitu 3.786 kW

2.Nilai Effectiveness maksimal dari Compact Heat Exchanger yang telah diuji adalah ɛ = 0.549 padaputaran fan low

3.Nilai NTU maksimal dari Compact Heat Exchanger yang telah diuji adalah NTU = 1.004 pada putaranfan low

Kesimpulan

4.Nilai overall heat transfer coefficient maksimal dariCompact Heat Exchanger yang telah diuji adalah U= 10.30 W/m2K pada putaran fan high

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut denganmemvariasikan flow air agar diketahui performance maksimal lebih detail dari Compact Heat Exchanger untuk memanfaatkan Waste Energy.

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut denganmenggunakan tipe Fin yang berbeda agar dapatdiketahui tipe Fin yang memiliki performance maksimal untuk memanfaatkan Waste Energy.

Saran

Tugas AkhirKonversi energi

Tugas AkhirKonversi energi