BAB II LANDASAN TEORI

LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Pengertian Kalor Pengertian kalor yaitu bentuk energi yang berpindah dari benda yang

suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan. 1 kalori = 4,2 joule ; 1 joule = 0,24 kalori 1 kkal (kilokalori) = 1000 kal (kalori) = 4200 joule = 4,2 kj (kilojoule) Kalor dapat menaikan atau menurunkan suhu. Semakin besar kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin kecil. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

5

LAPORAN TUGAS AKHIR

atau sebanding dengan kenaikan suhu (ΔT) jika massa (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin

banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (ΔT) dan kalor jenis zat (c) tetap. Semakin besar kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kalor jenis zat (c) jika kenaikan suhu (ΔT) dan massa zat (m) tetap.

Kalor jenis zat (c) yaitu banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg zat sebesar 1 °C. Persamaan energi kalor yaitu : Q = m c ΔT

Keterangan : Q = m.c.(t2 – t1)

Q = banyaknya kalor satuan joule (J)

c = kalor jenis zat satuan J / kg °C

m = massa zat satuan kg ΔT = perubahan suhu satuan °C

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis :

1. Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu


6

LAPORAN TUGAS AKHIR

2. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten nada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua konsep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c).

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter. c = Q/(t2 – t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.


7

LAPORAN TUGAS AKHIR

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

2.2 Perpindahan kalor

Perpindahan panas adalah proses berpindahnya energi dari suatu tempat ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat –


8

LAPORAN TUGAS AKHIR

tempat tersebut. Perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa cara seperti :

1. Perpindahan Panas Konduksi Merupakan proses perpindahan panas dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah di dalam medium (padat, cair, dan gas) atau antara medium yang bersinggungan langsung. Jika terdapat suatu gradien suhu, maka menurut pengalama akan terjadi perpindahan dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi akan berpindah secara konduksi atau hantaran, laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai : 𝑞 = −𝑘. 𝐴. 𝑇 𝑥 Dimana : 𝑞

1

= laju perpindahan kalor

𝑇 𝑥 = gradien suhu kearah perpindahan kalor

𝑘

= konduktivitas thermal bahan

𝐴

= luas bidang perpindahan kalor

2. Perpindahan Panas Konveksi Merupakan proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan proses mencampur. Proses ini terjadi pada permukaan padat, cair dan gas.


9

LAPORAN TUGAS AKHIR

Aliran

Arus bebas U∞ T∞ U

q

Dinding

Gambar 2.1 perpindahan kalor konveksi dari suatu plat

Pada gambar 2.1 diatas Tw adalah suhu plat dan T∞ adalah suhu fluida. Apabila kecepatan di atas plat adalah nol, maka kalor hanya dapat perpindah dengan cara konduksi. Akan tetapi apabila fluida diatas plat bergerak dengan kecepatan tertentu, maka kalor perpindah dengan cara konveksi, yang dimana gradien suhu bergantung dari laju fluida membawa kalor. Sedangkan laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh luas permukaan perpindahan kalor (A) dan beda suhu menyeluruh antara permukan bidang dengan fluida yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑞 = ℎ. 𝐴. (𝑇𝑤 − 𝑇∞ ) ................................................................ 2

Dimana h merupakan koefisian perpindahan panas konveksi. Untuk keadaan yang sederhana, koefisien perpindahan panas konveksi (h) dapat diperhitungkan secara analisis, sedangkan untuk keadan yang


10

LAPORAN TUGAS AKHIR

rumit, harus diperhitungkan dengan cara eksperiman atau percobaan. Perpindahan panas konveksi tergantung pada vikositas fluida, disamping ketergantunganya terhadap sifat – sifat termal fluida, seperti: konduktivitas termal, kalor spesifik, dan densitas. Hal ini disebabkan karena viskositas mempengaruhi laju perpindahan energi di daerah dinding. Ada dua jenis perpandahan panas konveksi, yaitu : a. Perpindahan panas konveksi alami Fenomena ini tejadi karena fluida yang terjadi karena pemanasan, berubah densitasnya, sehingga fluidanya bergerak. b. Perpindahan panas konveksi paksa Fenomena ini terjadi apabila sistim dimana fluida didorong oleh permukaan perpindahan kalor, atau melaluinya, fluida bergerak adanya faktor pemaksa. Sebagai gambaran adalah fenomena perpindahan panas aliran atau di dalam pipa yang dinyatakan sebagai :

𝑑𝑞 = 𝑚. 𝐶𝑝 . 𝑑𝑇𝑏 𝑑𝑞 = ℎ. 2𝜋. 𝑟 𝑇𝑤 − 𝑇𝑏 𝑑𝑥 .............................................. 3 q

m.Cp Aliran 1

dx

Tb1

2 Tb2

L


11

LAPORAN TUGAS AKHIR

Gambar 2.2 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak

Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah :

𝑁𝑢𝑑 = 0,023𝑅𝑒𝑑 0,8 𝑃𝑟 𝑛 ....................................................... 4

Dimana : n = nilai eksponen = 0,4 untuk pemanasan = 0,3 untuk pendinginan Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah :

0,0668 (𝑑 𝐿)𝑅𝑒 𝑑 𝑃𝑟

𝑁𝑢𝑑 = 3,66 + 1+0,04[ 𝑑

𝐿 𝑅𝑒 𝑑 𝑃𝑟 ]2 3

..................................... 5

Dimana : d = diameter pipa L = panjang pipa Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh :

ℎ𝑑 =

𝑁𝑢 𝑑 .𝑘 𝑑

............................................................................. 6

3. Perpindahan Panas Radiasi Merupakan proses perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda – benda itu terpisah di dalam suatu ruangan bahkan bila terdapat suatu ruang hampa diantara benda – benda tersebut. Untuk radiasi diantara dua benda dapat dirumuskan :


12

LAPORAN TUGAS AKHIR

𝑞 = 𝐹𝑥 . 𝐹g . 𝐴. 𝜎(𝑇1 4 − 𝑇2 4 ) ..................................................... 7

Dimana : Fx = fungsi emisivitas Fg = fungsi geometeri A = luas permukaan bidang σ = konstanta Stefan Boltzman (5,669 x 10-8 W / m2 K4)

4. Perpindahan Panas Gabungan Dinding datar seperti pada gambar 2.2 dimana pada suatu sisinya te rdapat luida panas A, dan pada sisi alinnya terdapat fluida B yang lebih dingin. Perpindahan kalor dinyatakan oleh :

𝑞 = ℎ1 . 𝐴 𝑇𝐴 − 𝑇1 = 𝑘. 𝐴 ∆𝑥(𝑇2 − 𝑇𝐵 ) 𝑞 = ℎ2 . 𝐴(𝑇2 − 𝑇𝐵 ) ...................................................................... 8

Proses perpindahan kalor dapat di gambarkan dengan jaringan tahanan seperti pada gambar 2.2. Perpindahan kalor gabungan dihitung dengan jalan membagi beda suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan thermal :

𝑞=1

𝑇𝐴 −𝑇𝐵 ................................................................ ∆𝑥 1 ℎ 1 .𝐴+ 𝑘.𝐴+ ℎ 2 .𝐴


9

13

LAPORAN TUGAS AKHIR

TA Fluida A q

Fluida B T1

T2

h1

h2

TB Gambar 2.3 Perpindahan kalor gabungan melalui dinding datar

Nilai 1/h. A digunakan untuk menunjukan tahanan konveksi. Aliran kalor menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi bisa dinyatakan dengan koevisien perpindahan kalor menyeluruh U, yang dirumuskan dengan hubungan :

𝑞 = 𝑈. 𝐴. ∆𝑇 (menyeluruh) .......................................................... 10

Dimana A adalah luas bidang aliran kalor, koofisien perpindahan kalor menyeluruh adalah :

𝑈=1

1 ∆𝑥 +1 + ℎ1 𝑘 ℎ2

....................................................................... 11

Sedangkan pada penukar kalor aliran silang, fluida yang mengalami pertukara panas berjalan secara menyilang satu sama lain. Dalam penerapannya penukar kalor air silang, banyak dipakai untuk pemanasan


14

LAPORAN TUGAS AKHIR

dan pendinginan udara, gas atau air. Sebagai contoh adalah radiator yang konstruksinya menggunakan saluran diantara sirip–sirip. Dengan luas permukaan yang sangat besar persatuan volume yang diwujudkan dalam bentuk konstruksi pipa dan sirip, maka akan memungkinkan terjadinya kontak langsung dengan udara secara lebih luas.

Gambar 2.4 Contoh – contoh konvigurasi penukar kalor kompak

Keterangan : a. Penukar kalor tabung bersirip dengan tabung – tabung rata. b. Penukar kalor bersirip bundar dalam satuan konfigurasi. c dan d.

Menggambarkan

cara

lain

untuk

mendapatkan

luas

permukaan yang sangat besar pada kedua sisi penukar kalor.

2.3 Alat Penukar kalor

Alat penukar panas atau Heat Exchanger adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

15

LAPORAN TUGAS AKHIR

fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil dimana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar. Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran, yaitu : 1. Counter current flow (aliran berlawanan arah) 2. Paralel flow/co current flow (aliran searah) 3. Cross flow (aliran silang) 4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan) Jenis – jenis penukar panas antara lain : 1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger) Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa.

Gambar 2.5 Penukar panas jenis pipa rangkap


16

LAPORAN TUGAS AKHIR

2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger ) Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan.

Gambar 2.6 Penukar panas jenis cangkang dan buluh

3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger ) Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ) terdapat lubang pengalir fluida.

Gambar 2.7 Penukar panas jenis pelat and Frame


17

LAPORAN TUGAS AKHIR

4. Adiabatic wheel heat exchanger Jenis penukar panas ini menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. 5. Pillow plate heat exchanger Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam. Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam. 6. Dynamic scraped surface heat exchanger Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. 7. Phase – change heat exchanger Selain pemanasan atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan


18

LAPORAN TUGAS AKHIR

menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas . Distilasi set – up biasanya menggunakan kondensor untuk mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan. Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk mendidihkan air menjadi uap.

Gambar 2.8 Penukar panas jenis Phase – change heat exchanger

2.4 Water heater

Gambar 2.9 Sistem pendingin mobil


19

LAPORAN TUGAS AKHIR

Pada umumnya water heater tebagi menjadi beberapa jenis, yaitu : 1)

Water Heater Gas Prinsip kerja water heater gas hampir sama dengan proses memasak air

menggunakan kompor gas. Yang membedakan adalah air tidak ditempatkan ke dalam panci atau ceret, tetapi dilewatkan ke dalam pipa-pipa kemudian pada bagian bawahnya dibakar dengan gas. Kapasitas water heater gas dipasaran bermacam-macam, mulai dari 5,8 hingga 10liter/menit. Biasanya 1 buah water heater gas digunakan untuk 1 kamar mandi saja. Sistim kerja water heater gas : Mengingat water heater jenis ini menggunakan gas sebagai energi pemanasnya, seringkali menimbulkan ketakutan pada pengguna akan terjadinya kebocoran. Namun kita tidak perlu takut menggunakannya karena ada beberapa cara untuk mengantisipasinya. - Usahakan rutin memeriksa kondisi sambungan, apakah baik atau tidak -Jika terjadi kebocoran (biasanya ditandai dengan bau gas yang menyengat) jangan langsung menyalakan water heater. Bukalah jendela dan ventilasi lain lebar-lebar agar gas bsa langsung dikeluarkan dari ruangan. -Beberapa produk water heater yang baik sudah delengkapi dengan pengaman (safety device) untuk mengantisipasi bila terjadi kebocoran.


20

LAPORAN TUGAS AKHIR

Sistem pengaman ini dilengkapi dengan sensor yang secara otomatis menutup saluran gas bila api (pemanas air) tiba-tiba mati. Selain permasalahan gas beserta perlengkapan water heater nya, kita perlu memperhatikan tekanan airnya. Usahakan tekanan air tidak di bawah 0,3 bar agar water heater dapat digunakan. Permasalahan lain yang sering muncul adalah aliran air yang tidak lancar bahkan terkadang macet. Kondisi ini terjadi karena air yang mengalir ke dalam water heater tidak bersih dan banyak mengandung partikel kecil seperti pasir debu serta tingginya kadar kapur di dalamnya. Untuk mengantisipasi resiko kemacetan, ada baiknya kita memasang filter serta tidak lupa untuk membersihkan saluran airnya secara berkala. 2)

Water heater listrik Sesuai namanya, water heater listrik menggunakan listrik sebagai sumber

energi pemanasnya. Water heater listrik yang tersedia di pasaran terbagi menjadi 2 macam, sistem tangki dan instan. Prinsip kerja water heater listrik sistem tangki hampir sama dengan memasak air menggunakan listrik (thermos listrik). Air ditampung dalam sebuah tangki berisolasi yang dilengkapi pipa ber elemen pemanas listrik yang melingkar. Perpindahan kalor/panas yang terjadi akan diserap oleh air di dalam tangki tersebut. Di dalam tangki sendiri terdapat 3 elemen utama, yaitu: - Heating elemen, berfungsi untuk memanaskan air, biasanya terbuat dari bahan kuningan. - Thermostat, berfungsi untuk menjaga kondisi air dalam tangki tetap panas pada suhu tertentu.


21

LAPORAN TUGAS AKHIR

- Magnesium anode, berfungsi untuk menetralkan ion-ion positif dalam air sehingga membantu mencegah karat pada elemen-elemen dalam tangki. Penggunaan water heater listrik seringkali menimbulkan kekhawatiran timbulnya masalah dari pemakaian alatnya. Momok yang kerap muncul adalah bahaya tersengat aliran listrik. Namun kita tidak perlu takut karena mayoritas water heater listrik sudah dilengkapi dengan pengaman berupa anti kontak, sehingga secara otomatis akan memutus aliran listrik jika terjadi kebocoran atau muncul masalah-masalah lain. Tangki water heater listrik masalah lain yang sering ditemui yaitu volume air yang didapatkan sedikit serta panasnya tidak bisa bertahan lama. Permasalahan ini biasanya muncul pada water heater listrik dengan sitem tangki. Untuk mengatasinya pastikan aliran air yang keluar cukup kencang, sehingga volume air yang keluar dan masuk kran berimbang. 3)

Water Heater tenaga surya Water heater tenaga surya (solar water heater) merupakan water heater

yang menggunakan energi matahari sebagai sumber energi penghasil panasnya. Jenis yang satu ini memang paling hemat listrik karena menggunakan tenaga matahri sebagai sumber panas, tetapi harga jenis ini jauh lebih mahal dibandingkan dengan tipe lainnya. Solar water heater sangat cocok untuk daerah tropis yang dilimpahi sinar matahri sepanjang tahun. Tipe ini memerlukan biaya operasional yang besar karena menggunakan tenaga surya yang tersedia secara gratis. Water heater tenaga surya ini memiliki beberapa komponen penting diantaranya :


22

LAPORAN TUGAS AKHIR

-

Tangki penampung air, berfungsi menyimpan air

-

Panel kolektor penyerap sinar matahari, terdiri dari plat alumunium yang dilindungi pabel kaca setebal 5mm dan terpasang di atap

-

Pipa air panas, berfungsi untuk mengalirkan air panas dari tangki ke kran air yang terpasang di rumah

Panel kolektor water heater tenaga surya selain menggunakan sinar matahari, water heater tenaga surya masih memerlukan energi listrik untuk menyalakan pompa yang mengalirkan air ke kran serta menyalakan pemanas cadangan (electric heater) saat sinar matahari tidak memadai untuk memanaskan air (karena cuaca mendung atau hujan). Untuk menggunakan water heater tenaga surya, diperlukan ruang di atas atap yang cukup luas. Kemiringan atap harus sesuai dengan spesifikasi produknya. Apabila kemiringan atap tidak memenuhi syarat harus dipasang rangka tambahan untuk peletakan panel kolektornya.

2.5 Metode Perhitungan NTU Dan MLTD 1. Number of Transfer Unit atau NTU Metode

efektivitas

mempunyai

beberapa

keuntungan

untuk

menganalisis perbendingan berbagai jenis penukar kalor dalam memilih jenis

yang

terbaik

untuk melaksanakan pemindahan kalor tertentu.

Efektifitas penukar kalor (heat exchanger effectiveness) didefinisikan sebagai berikut :

𝜀=

∆𝑇(𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 ) 𝐵𝑒𝑑𝑎 𝑠𝑢 ℎ𝑢 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑑𝑖 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑝𝑒𝑛𝑢𝑘𝑎𝑟 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟


.......................... 12

23

LAPORAN TUGAS AKHIR

Perpindahan kalor yang sebenarnya (actual) dapat dihitung dari energi yang dilepaskan oleh fluida panas atau energi yang diterima oleh fluida dingin untuk penukar kalor aliran lawan arah :

𝑞 = 𝑚ℎ 𝐶ℎ 𝑇ℎ1 − 𝑇ℎ2 𝑞 = 𝑚𝑐 𝐶𝑐 (𝑇𝑐1 − 𝑇𝑐2 ) ............................................................... 13

Dimana : q = perpindahan panas m = laju aliran massa Ch = kalor spesifik fluida panas Cc = Kalor spesifik fluida dingin Th1 = suhu masuk fluida panas Th2 = suhu keluar fluida panas Tc1 = suhu masuk fluida dingin Tc2 = suhu keluar fluida dingin

Untuk menentukan perpindahan kalor maksimum bagi penukar kalor itu harus dipahami bahwa nilai maksimum akan didapat bila salah satu fluida mengalami perubahan suhu sebesar beda suhu maksimum yang terdapat dalam penukar kalor itu, yaitu selisih antara suhu masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami beda suhu maksimum ini ialah yang nilai mc – nya minimum, karena neraca energi mensyaratkan bahwa energi yang diterima oleh fluida yang satu mesti sama


24

LAPORAN TUGAS AKHIR

dengan energi yang dilepas oleh fluida yang satu lagi. Jika fluida yang mempunyai nilai mc yang lebih besar yang dibuat mangalmi beda suhu maksimum, maka tentu fluida yang satu lagi akan harus mengalami suhu yang lebih besar dari maksimum, dan ini tidak dimungkinkan. Jadi perpindahan kalor maksimum yang mungkin dinyatakan sebagai :

𝑞𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑚𝑐

𝑚𝑖𝑛

(𝑇ℎ 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 − 𝑇𝑐 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 ) ...................................... 14

Jika fluida dingin adalah fluida minimum, maka :

𝑇 −𝑇

𝜀 = 𝑇 𝑐2 −𝑇𝑐1 ..................................................................................................... 15 ℎ1

ℎ2

2. Log Mean Temperature difference atau LMTD Fluida dapat mengalir dalam aliran sejajar maupun aliran lawan arah, dan profil suhu. Perpindahan kalor dalam susunan pipa ganda dapat dihitung memakai rumus :

𝑞 = 𝑈. 𝐴. ∆𝑇𝑚 .................................................................................. 16

Dimana : U = koefisien perpindahan kalor menyeluruh A = luar permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U Tm = beda suhu rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam penukar kalor


25

LAPORAN TUGAS AKHIR

Jadi rumus perhitungan Log Mean Temperature difference atau LMTD, yaitu :

𝑞 = 𝑈. 𝐴. 𝐿𝑀𝑇𝐷 ........................................................................................... 17

Dimana nilai LMTD didapat dari rumus sebagai berikut :

𝐿𝑀𝑇𝐷 =

∆𝑇𝐴 − ∆𝑇𝐵 ∆𝑇 ln⁡(∆𝑇𝐴 ) 𝐵

𝑇

−𝑇𝑐2 −(𝑇ℎ 1 −𝑇𝑐1 ) ................................................... 18 ℎ 2 −𝑇𝑐2 ) (𝑇ℎ 1 −𝑇𝑐1 )

𝐿𝑀𝑇𝐷 = ∆𝑇𝑚 = ln ⁡(𝑇ℎ 2


26

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents