TUGAS AKHIR (Konversi Energi ) – RM1542
ANALISA PERPINDAHAN PANAS PENGARUH TUBES PLUGGING TERHADAP PERFORMANSI HEAT EXCHANGER PROPANE DESUPERHEATER 4E-1 A/B (STUDI KASUS DI PT BADAK NGL BONTANG)
WIDITAMA PRABANU NRP 2104 100 022
Dosen Pembimbing DR.Eng Prabowo, M.Eng
JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
FINAL PROJECT (Energy Conversion) – RM1542
HEAT TRANSFER ANALYIS ABOUT TUBES PLUGGING EFFECT FOR PERFORMANCES OF HEAT EXCHANGER PROPANE DESUPERHEATER 4E-1 A/B (CASE STUDY AT PT BADAK NGL BONTANG)
WIDITAMA PRABANU NRP 2104 100 022
Supervisor DR.Eng Prabowo, M.Eng
MECHANICAL ENGINEERING Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009
ANALISA PERPINDAHAN PANAS PENGARUH TUBES PLUGGING TERHADAP PERFORMANSI HEAT EXCHANGER PROPANE DESUPERHEATER 4E-1 A/B (STUDI KASUS DI PT BADAK NGL BONTANG)
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuji Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Konversi Energi Program Studi S-1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : WIDITAMA PRABANU NRP. 2104.100.022 Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. DR.Eng.Prabowo, M.Eng ……. (Pembimbing) NIP. 131 902 444 2. Ir.Budi Utomo KW, ME. ...………. (Penguji) NIP. 130 936 833 3. Wawan Aries Widodo, ST, MT ………… (Penguji) NIP. 132 169 251 4. Ary Bachtiar KP, ST, MT, Ph.D ………… (Penguji) NIP. 132 169 250 SURABAYA AGUSTUS, 2009
ANALISA PERPINDAHAN PANAS PENGARUH TUBES PLUGGING TERHADAP PERFOMANSI HEAT EXCHANGER PROPANE DESUPERHEATER 4E-1 A/B (STUDI KASUS DI PT BADAK NGL BONTANG)
Oleh NRP Bidang Studi Pembimbing
: : : :
Widitama Prabanu 2104.100.022 Konversi Energi Dr.Eng Prabowo, M.Eng
ABSTRAK Heat exchanger (HE) merupakan peralatan yang menerapkan hukum-hukum termodinamika dan perpindahan panas dalam aplikasi di dunia industri. Di PT Badak NGL Bontang, salah satu aplikasinya adalah sebagai Propane Desuperheater, dengan menggunakan fluida pendingin air laut. Kelemahan air laut adalah sifat korosif yang dapat menyebabkan kebocoran tube. Untuk mengatasi dampak akibat kebocoran tube, solusi yang langsung diterapkan adalah dengan membuntu (plugging) tube yang bocor. Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan re-desain peralatan heat exchanger propane desuperheater 4E-1 dengan menggganti jenis baffle yang digunakan yaitu dengan menggunakan baffle tipe single segmental, serta untuk analisa pengaruh pemasangan plug pada tube terhadap performansi heat exchanger.
i
Proses re-desain akan dilakukan dengan pembuatan perangkat lunak dengan bahasa pemrogaman Borland Deplhi 6, dimana input dari perangkat lunak tersebut adalah temperatur inlet dan outlet masingmasing fluida dingin dan panas, laju alir massa masingmasing fluida dingin dan panas, serta persentase jumlah tube yang di-plug. Formulasi dalam perangkat lunak tersebut terdiri dari formulasi secara termodinamik untuk menghitung energi panas yang dilepas/diterima masing-masing fluida, menghitung beda temperatur logaritmik, kemudian formulasi dengan metode Delaware untuk menghitung koefisien perpindahan panas dan pressure drop pada sisi shell dan formulasi perpindahan panas pada aliran internal di dalam silinder untuk perhitungan koefisien perpindahan panas dan pressure drop pada sisi tube. Output dari perangkat lunak tersebut antara lain, dimensi tube, dimensi shell, serta performansi HE. Setelah re-desain dilakukan, kemudian dilakukan perhitungan performansi HE yang diwakili di antaranya oleh effectiveness HE, koefisien perpindahan panas, dan pressure drop untuk setiap penambahan persentase pemasangan plug. Dari re-desain HE Propane Desuperheater, didapatkan bahwa baffle spacing optimum adalah sebesar 45% dari diameter shell dan baffle cut optimum adalah sebesar 25% dari diameter shell. Dari perhitungan performansi didapatkan pada kondisi desain, nilai NTU = 0.781 dan ε =0.51. Perhitungan pada kondisi plugging menunjukkan bahwa pada jumlah tube yang di-plug sebesar 20% dari jumlah tube total, pressure drop bertambah 50% lebih besar dari pressure drop pada kondisi tanpa plug. Kemudian, nilai Qact berkurang sebesar 10 % lebih kecil dari Qact
ii
pada kondisi tanpa plug, dan temperatur outlet fluida panas (Tho)bertambah 3% dan temperatur outlet fluida dingin (Tco) berkurang 1%, dibandingkan dengan kondisi tanpa plug. Kata Kunci : re-desain, single segmental baffle, Delaware Method, performasi alat penukar panas, persentase plugging.
iii
HEAT TRANSFER ANALYSIS ABOUT EFFECT OF TUBES PLUGGING TO PERFORMANCES OF HEAT EXCHANGER PROPANE DESUPERHEATER 4E-1 A/B (CASE STUDY AT PT BADAK NGL BONTANG)
By Student Reg.No Majoring Supervisor
: Widitama Prabanu :2104.100.022 :Energy Conversion :Dr.Eng Prabowo, M.Eng
ABSTRACT
Heat exchanger is an equipment which implements laws of thermodynamics and heat transfer in its applications in any industrial fields. One of the HE’s application at PT Badak NGL Bontang is as a propane desuperheater, which use seawater as coolant water. Seawater has a harm effect for a heat exchanger due to its corrosive behaviour which may cause leakage on tube’s surface. To overcome the impact , tube plugging may applied to the leak tubes. Objectives of this research are redesigning the heat exchanger by changing baffle type and analyzing effects of tubes plugging to the performances of the heat exchanger. Redesign of the heat exchanger is done by building a software with Borland Delphi 6 Programming Language. Where inputs are inlet and outlet temperature for each hot and cold fluid, mass flow rate for each hot and cold fluid, and percentage of tubes being plugged.
iv
There are several formulations which used at the software, such as thermodynamic formulation to calculate heat balance between hot and cold fluid ; Delaware method to calculate heat transfer coefficient and pressure drop at shell side ; and then internal flow heat transfer formulation to calculate heat transfer coefficient and pressure drop at tube side. Tube dimensions, shell dimensions, and heat exchanger’s performance are the output of redesigning HE After redesigning the heat exchanger, then the performance of heat exchanger such as effectiveness, heat transfer coefficient, and pressure drop, will be calculated for each increment of plug percentage. Optimum design of baffle spacing is 45% of shell diameter and optimum design of baffle cut is 25% of shell diameter. From performances calculation, design condition has NTU = 0.781 and ε = 0.51. From tubes plugging calculation, it is obvious that for 20% of tubes plugging, pressure drop increases about 50% from noplug-condition. Qact decreases 10%, hot fluid outlet temperature (Tho) increase 3% and cold fluid outlet temperature (Tco) decrease 1%, refer to no-plugcondition. Keywords : redesign, single segmental baffle, Delaware Method, heat exchanger performance, percentage of plugging.
v
KATA PENGANTAR Pujian dan syukur penulis naikkan di hadapan Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala kemurahan dan penyertaanNYA selama proses berlangsung sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dan penulis memperoleh banyak manfaat dari proses yang telah dijalani. Kiranya segala sesuatu yang penulis lakukan dan kerjakan adalah bagi kemuliaan Tuhan dan seturut rancangan-NYA yang terbaik. Dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini, perkenankan penulis menyampaikan apresiasi setinggi-tingginya bagi semua pihak yang telah mendukung dan memberikan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini : 1. Bapak DR.Eng.Prabowo, M.Eng, sebagai dosen pembimbing, yang telah memberikan banyak nasehat, arahan ,kritikan, dan masukan bagi penulis. 2. Kedua orangtuaku, Bapak/Ibu Bambang Nugroho, atas segala dukungan dalam segala hal, atas segala doa dan “cambukan” agar Tugas Akhir ini dapat segera diselesaikan untuk memasuki tahap kehidupan yang selanjutnya. Serta adik-adikku, Webi dan Trini ,dan keluarga besar atas segala doa dan dukungan kalian. 3. Yang terkasih, Sdri. Made Ayu Isabelle Sardjana, atas kesabaran dan dukungan dalam banyak hal. Terima kasih atas kepercayaan, kasih, dan ketulusan yang telah diberikan, serta keluarga Bapak Dr.drh I Komang Wiarsa Sardjana, DEA atas dukungannya. 4. Rekan-rekan Lab.Perpan, atas kebersamaan dan keceriaan yang kita jalani walaupun sedang suntuk : Ucup Kohar, Agus PamPam, Faree, Niko, Retno’, Arin, Billy, Rai, Fahmi, Validita, Mas Imron, Mas Giri, Mas Maman, Mas
vii
Kontab, Torar, Huda, Durajad, dan lainnya. Tetaplah setia “memancal becak”. 5. Rekan seperjuanganku : Satria, Rusli, Zhie, dan Dian. Sukses buat kalian semua. 6. Bapak-bapak penguji sidang : Bpk. Ir Budi Utomo KW, ME ; Bpk. Ary Bachtiar KP, ST, MT, Ph.D ; Bpk Wawan Aries Widodo, ST, MT, atas segala masukan untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini. 7. Para Engineer di PT Badak NGL Bontang : Bpk. Ahmad Farouk Riza, Bpk Ranto Manullang, Bpk Ronggo AW, Bpk Parmudji, Kak Grace Intan, atas bantuan dan informasi yang telah diberikan sejak Kerja Praktek pada tahun 2007 hingga pengambilan data pada tahun 2008. Serta Bu Yanti dan Bpk Finny Langitan di Training Section HRD yang telah memfasilitasi penulis. 8. Sehabatku : Niluh Gede Sri, dan rekan-rekan angkatan M47, baik yang telah lulus maupun yang belum lulus. Terima kasih atas kebersamaan dengan kalian sejak Poros Mesin 2004 hingga detik ini. 9. Bpk. Pdt. Wahyu Pramudya atas segala nasihat bagi penulis, sehingga dalam proses Tugas Akhir ini penulis dapat melihat karya Allah yang luar biasa dalam pembentukan karakter, serta rekan-rekan di GKI Ngagel dan GKI Jemursari atas dukungan dan doanya. Atas segala kekurangan penulis mengucapkan permohonan maaf yang diiringi oleh komitmen untuk senantiasa belajar dari kesalahan serta mengembangkan diri di masa mendatang. Tuhan memberkati kita semua. Surabaya, Agustus 2009 Penulis
viii
DAFTAR ISI
Hal ABSTRAK ………………………………………………...
i
KATA PENGANTAR …………………………………….
vii
DAFTAR ISI …………………………………………......
ix
DAFTAR GAMBAR …………………………………….
xiii
DAFTAR TABEL ……………………………………….
xix
DAFTAR SIMBOL ………………………………………
xxi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Proses Pengolahan Gas Alam Cair ……………...
1
1.2 Latar Belakang ………………………………….
5
1.3 Perumusan Masalah ……………………………..
10
1.4 Batasan Masalah ………………………………...
11
1.5 Tujuan Penelitian ………………………………..
12
1.6 Manfaat Penelitian ………………………………
13
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu …………………………….
15
2.1.1 Pemrogaman Terdahulu …………………...
15
2.1.2 Analisa Tube Plugging ………………….
18
2.2 Dasar Teori Perpindahan Panas …………………
20
2.2.1 Overall Heat Transfer Coefficient …………
20
ix
2.2.2 Metode Log Mean Temperature Difference
23
2.2.3 Metode Number of Tranfer Unit …………
25
2.3 Re-Desain Shell and Tube Heat Exchanger ……
27
2.3.1 Parameter Geometri Shell and Tube Heat Exchanger ……………………………….
27
2.3.2 Koefisien Perpindahan Panas dan Pressure Drop pada Sisi Shell ………………………
34
2.3.2.1 Tipe Aliran di Sisi Shell ………….
34
2.3.2.2 Koefisien Perpindahan Panas pada Sisi Shell …………………………............
38
2.3.2.3 Penurunan Tekanan pada Sisi Shell
47
2.3.3 Koefisien Perpindahan Panas dan Pressure Drop pada Sisi Tube ……………………..
49
2.3.3.1 Koefisien Perpindahan Panas pada Sisi Tube …………………………
49
2.3.3.2 Penurunan Tekanan pada Sisi Tube
51
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Struktur Pengerjaan Tugas Akhir ……………….
55
3.2 Diagram Alir Penelitian …………………………
56
3.3 Diagram Alir Pemrogaman ……………………...
57
3.4 Diagram Alir Perhitungan Performansi Untuk Kondisi Tersumbat …………………………… 3.5 Contoh Front Page Program ……………………
x
59 62
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1
Re-Desain
Heat
Exchanger
Propane
Desuperheater ………………………………
63
4.1.1 Asumsi-Asumsi ……………………………
63
4.1.2 Pemrogaman Heat Exchanger Design …….
63
4.1.3 Perhitungan ∆T LMTD dan Balans Energi
68
4.1.4 Menentukan Dimensi Tube dan Material Tube …………………………..…………. 4.1.5
Perhitungan
Koefisien
Konveksi
71
dan
Pressure Drop ……………………………
95
4.1.6 Iterasi Overall Heat Transfer Coefficient …
107
4.1.7 Hasil Iterasi Re-Desain ……………………
108
4.2 Analisa Performansi ……………………………
116
4.2.1
Analisa
Performansi
Untuk
Setiap
Perubahan Laju Alir Massa ……………..
116
4.2.2 Analisa Performansi pada Kondisi Sumbat Terpasang …………………………………
124
a. Pengaruh Terhadap Pressure Drop …….
125
b. Pengaruh Terhadap Heat Transfer …….
127
c. Pengaruh Terhadap Temperatur Outlet ...
131
xi
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ……………………………..……….
139
5.2 Saran-Saran …………………………….………..
142
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………..
143
LAMPIRAN Lampiran 1 TEMA Sheet Propane Desuperheater 4E-1 Train G …………………………
145
Lampiran 2 Gambar Konstruksi existing
Propane Desuperheater 4E-1 ……
146
Lampiran 3 LMTD Correction Factor untuk 1 Shell Pass and Even Number of Tube Passes
148
Hasil Perhitungan NTU-ε untuk Cr = 0.233 ……..
149
Hasil Perhitungan NTU-ε untuk Cr = 0.50 ………
151
Hasil Perhitungan NTU-ε untuk Cr = 0.75 ………
153
Hasil Perhitungan NTU-ε untuk Cr = 1.0 ………
155
xii
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 1.1 Proses Pengolahan Gas Alam Cair …………...
2
Gambar 1.2 Proses Refrigerasi Propane pada Plant 4 …….
4
Gambar 1.3 Aliran di Dalam Propane Desuperheater 4E-1
6
Gambar 1.4 Sumbat yang Digunakan Untuk Menyumbat Tube yang Bocor …………………………… Gambar
2.1Halaman
Awal
Perangkat
Lunak
9
yang
Dikembangkan oleh K.C Leong dan K.C Toh
16
Gambar 2.2 Perangkat Lunak yang Dikembangkan Oleh Dimas Edward Abraham (2004) …………….
17
Gambar 2.3 Grafik Hasil Penelitian Irfan Saif Hussaini …..
19
Gambar 2.4 Rangkaian Tahanan Termal pada Tube untuk Persamaan 2.1 ………………………………..
22
Gambar 2.5 Tube Pitch untuk Masing-Masing Susunan Tube ………………………………………….
28
Gambar 2.6 Dimensi Shell dan Tube Bundle ……………...
29
Gambar 2.7 Ilustrasi Efek Baffle Cut Terhadap Aliran di Sisi Shell …………………………………….
31
Gambar 2.8 Baffle Spacing dan Baffle Cut ………………..
33
Gambar 2.9 Tipe-Tipe Aliran di Sisi Shell ………………..
34
Gambar 2.10 Aliran yang Melalui Celah di Antara Baffle Hole dan Tube …………………………..….. Gambar 2.11 Aliran Bypass di Area di Antara Tube Bundle
xiii
35
dan Dinding Dalam Shell (Aliran C) …….…..
36
Gambar 2.12 Ilustrasi Aliran Tipe E……………………….
37
Gambar 2.13 Jenis-Jenis Konfigurasi Tube ……………….
39
Gambar 2.14 Celah Antara Dinding Dalam Shell dan Baffle
42
Gambar 2.15 Celah Antara Dinding Luar Tube dan Lubang Baffle …………………………………………
43
Gambar 2.16 Pembagian Daerah pada Sisi Shell …………
48
Gambar 2.17 Penurunan Tekanan yang Terjadi di Sisi Tube
52
Gambar 3.1 Diagram Alir Garis Besar Penelitian …………
56
Gambar 3.2 Diagram Alir Pemrogaman untuk Re-Desain ..
59
Gambar 3.3 Diagram Alir Perhitungan Performansi Untuk Kondisi Tersumbat …………………………
61
Gambar 3.4 Front Page dari Program yang Akan Digunakan untuk Re-Desain …………………
62
Gambar 4.1 Diagram Alir Input Data dan Perhitungan LMTD ……………………………..…………
65
Gambar 4.2 Input Data Proses Pada Program HED ……….
66
Gambar 4.3 Data Properti Fluida pada Program HED …….
66
Gambar 4.4 Pilihan Posisi Nozzle pada Program HED ……
67
Gambar 4.5 Pilihan Jumlah Laluan dan Jumlah Shell/Unit
68
Gambar 4.6 Hubungan T= f (% Length of HE) pada Program HED ……………………………….
69
Gambar 4.7 Diagram Alir Perhitungan Heat Capacity, Heat Transfer Area, dan Jumlah Tube……….
xiv
70
Gambar 4.8 Hasil Perhitungan ∆T LMTD dan Energi Balans pada Program HED …………………..
71
Gambar 4.9 Input Data Tube pada Program HED ………...
72
Gambar 4.10 Diagram Alir Perhitungan Diameter Shell ….
73
Gambar 4.11 Diagram Alir Perhitungan Panjang Shell dan Diameter Nozzle ……………………………
75
Gambar 4.12 Aliran Melalui Nozzle ………………………
76
Gambar 4.13 Diagram Alir Perhitungan Panjang Tube Efektif dan Jumlah Baffle……………….……
78
Gambar 4.14 Perhitungan Fraksi Aliran di Sisi Shell pada Program HED …………………..…………..
80
Gambar 4.15 Besarnya Pressure Drop Untuk Setiap Penambahan Baffle Cut …………….….…….
85
Gambar 4.16 Besarnya Overall Heat Transfer Coefficient untuk Setiap Penambahan Baffle Cut ………
85
Gambar 4.17 Besarnya Pressure Drop untuk Setiap Penambahan Baffle Spacing …………………
86
Gambar 4.18 Besarnya Overall Heat Transfer Coefficient untuk Setiap Penambahan Baffle Spacing ….
87
Gambar 4.19 Menu Input Nilai Baffle Spacing dan Baffle Cut pada Program HED …………………….. Gambar 4.20 Diagram Alir Perhitungan Sudut Baffle Cut
87 88
Gambar 4.21 Diagram Alir Perhitungan Luas Aliran dan Luas Area Window …………………………
xv
89
Gambar 4.22 Luasan Aliran Melintang di Sisi Shell ………
90
Gambar 4.23 Diagram Alir Perhitungan Luasan Clearance Bundle-to-Shell Area …………………..…..
92
Gambar 4.24 Diagram Alir Perhitungan Clearance Area, Kecepatan di Sisi Shell, dan Reynolds Number di Sisi Shell …………………………
94
Gambar 4.25 Diagram Alir Perhitungan Faktor Koreksi ….
96
Gambar
4.26 Diagram Alir
Perhitungan Koefisien
Konveksi dan Pressure Drop di Sisi Shell ….. Gambar 4.27 Resistansi Termal pada Aliran di Sisi Tube Gambar
4.28 Diagram Alir Konveksi
dan
102 104
Perhitungan Koefisien
Pressure
Drop
di
Sisi
Tube……………………………………..……
105
Gambar 4.29 Diagram Alir Perhitungan U ………………..
109
Gambar 4.30 Hasil Iterasi Re-Desain Heat Exchanger pada Program HED ……………….………………
110
Gambar 4.31 Hasil Perhitungan Dimensi Heat Exchanger pada Program HED …………………..……..
112
Gambar 4.32 TEMA Sheet Hasil Re-Desain pada Program HED ………………………………..……….
114
Gambar 4.33 Luasan Aliran pada Celah di Antara Tube dan Baffle Hole …………………….…………….
115
Gambar 4.34 Luasan Baffle-to-Shell Area ………………...
115
Gambar 4.35 Hubungan NTU-ε Untuk Heat Exchanger
xvi
Hasil Re-Desain ………………………..……
117
Gambar 4.36 Rasio Perubahan Chot, U, dan ∆TH untuk Cr = 0.233 ……………………………….……..
118
Gambar 4.37 Hubungan Qactual dan Perubahan Laju Alir Massa ……………………….…….…………
120
Gambar 4.38 Pengaruh Laju Alir Massa Temperatur Outlet Fluida Panas ………………………….………
121
Gambar 4.39 Pengaruh Laju Alir Massa Terhadap ∆T Fluida Panas …………………….……………
122
Gambar 4.40 Pengaruh Perubahan Laju Alir Massa Fluida Panas Terhadap Temperatur Outlet Fluida Dingin ……………………………………….
123
Gambar 4.41 Pengaruh Laju Alir Massa Terhadap ∆T Fluida Dingin ……………………………….. Gambar
4.42
Fasilitas
Perhitungan
123
Pengaruh
Penyumbatan Pada Program HED ………….
125
Gambar 4.43 Pengaruh Penyumbatan Terhadap Pressure Drop ……………………………………………… Gambar
4.44
Pengaruh
Penyumbatan
126
Terhadap
Performansi HE ………………….………… Gambar 4.45 Pengaruh Penyumbatan Terhadap Qactual …
128 129
Gambar 4.46 Pengaruh Penyumbatan Terhadap Heat Transfer Ratio ……………………………… Gambar 4.47 Rasio (Q/∆P) Sebagai Fungsi Persentase
xvii
130
Penyumbatan ……………………………….
131
Gambar 4.48 Pengaruh Tube Penyumbatan Terhadap Temperatur Outlet Fluida Panas ……………..
133
Gambar 4.49 Pengaruh Penyumbatan Terhadap Rasio Temperatur Outlet Fluida Panas …………….. Gambar
4.50
Pengaruh
Penyumbatan
134
Terhadap
Temperatur Outlet Fluida Dingin …………
135
Gambar 4.51 Pengaruh Penyumbatan Terhadap Rasio Temperatur Outlet Fluida Dingin ……………
136
Gambar 4.52 Pemetaan Tube Bundle dan Lokasi Pemasangan Sumbat (hasil inspeksi tanggal 17 April 2000) ………………………………
137
Gambar 4.53 Pemetaan Tube Bundle dan Lokasi Pemasangan Sumbat (hasil inspeksi April 2006) ………………………………………..
xviii
138
DAFTAR TABEL Hal Tabel
1.1
Hasil
Inspection
Report
pada
Propane
Desuperheater 4E-1 Train G ............................
7
Tabel 2.1 Perbandingan Pemrogaman Sebelumnya dengan Pemrogaman yang akan dikembangkan ………...
18
Tabel 2.2 Nilai U pada Beberapa Aplikasi Alat Penukar Panas ……………………………………………
21
Tabel 2.3 Nilai Fouling Factor pada Beberapa Aplikasi Alat Penukar Panas ………………………….....
23
Tabel 2.4 Ukuran Maksimum Tube yang Tidak Disangga Oleh Baffle Berdasarkan standar TEMA ……….
32
Tabel 2.5 Kecepatan Maksimum Yang Direkomendasikan Untuk Desain Aliran di Dalam Tube ……………
50
Tabel 3.1 Struktur Pengerjaan Penelitian Tugas Akhir ……
55
Tabel 4.1 Efek Variasi Baffle Cut pada Baffle Spacing Konstan 45% ……………………….………
80
Tabel 4.2 Efek Variasi Baffle Cut pada Baffle Spacing Konstan 50% ……………………...….………
81
Tabel 4.3 Efek Variasi Baffle Cut pada Baffle Spacing Konstan 55% ………………………..………..
81
Tabel 4.4 Efek Variasi Baffle Spacing pada Baffle Cut Konstan 20% ………………….…………… Tabel 4.5 Efek Variasi Baffle Spacing pada Baffle Cut
xix
82
Konstan 25% ……………………….………
83
Tabel 4.6 Efek Variasi Baffle Spacing pada Baffle Cut Konstan 30% ………………………………..
84
Tabel 4.7 Perhitungan Luasan Area Window ……………….
91
Tabel 4.8 Faktor Koreksi Terhadap Koefisien Perpindahan Panas di Sisi Shell …………………………..
97
Tabel 4.9 Faktor Koreksi Terhadap Pressure Drop di Sisi Shell ……………………………………….…
98
Tabel 4.10 Pressure Drop di Sisi Shell ……………………
103
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Koefisien Konveksi di Sisi Tube …………………………………………
106
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Pressure Drop di Sisi Tube ..
107
Tabel 4.13 Hasil Iterasi Program ………………………….
111
xx
DAFTAR SIMBOL A
: luasan perpindahan panas, m²
Ab
: luasan bypass di antara shell dan tube bundle, m²
Anozzle
: luas penampang nozzle, m²
As
: luasan melintang aliran sisi shell di antara 2 baffle, m²
Asb
: luasan celah di antara shell dan baffle, m²
At
: luas penampang total tube, m²
Atb
: luasan celah di antara dinding luar tube dan lubang baffle, m²
Aw
: luas netto area window, m²
Awg
: luas total area window, m²
Awt
: luas tube di area window, m²
B
: baffle spacing, % of Ds
Bc
: baffle cut, % of Ds
C1
: tube layout constant
Cc
: kapasitas panas fluida dingin, kJ/kg.hr
Ch
: kapasitas panas fluida panas, kJ/kg.hr
Cmin
: kapasitas panas minimal, kJ/kg.hr
Cp,s
: spesific heat fluida di sisi shell, kJ/kg.K
cp,h
: spesific heat fluida panas, kJ/kg.K
Dctl
: centerline tube limit diameter, m
Dnoz
: diameter nozzle, m²
Dotl
: outer tube limit diameter, m
xxi
Ds
: Diameter shell, m
Dti
: diameter dalam tube, mm
Dto
: Diameter luar tube, mm
F
: LMTD correction factor, nondimensional
f
: friction factor di sisi tube
Fc
: fraksi jumlah tube yang berada di area interior
fs
: faktor gesekan aliran di sisi shell
Fsbp
: Rasio bypass area terhadap luasan crossflow
Fw
: fraksi jumlah tube yang berada di area window
g
: percepatan gravitasi, 9.8 m/s²
hl,v
: head kecepatan, kg/cm²
hshell
: koefisien perpindahan panas di sisi shell, W/m²K
hshell,i
: koefisien perpindahan panas ideal di sisi shell, W/m²K
htube
: koefisien konveksi di sisi tube, W/m²K
Jb
: faktor koreksi akibat adanya aliran bypass pada tube bundle
Jc
: faktor koreksi yang besarnya bergantung pada besarnya diameter shell, baffle cut dan baffle spacing
Jr
: faktor koreksi akibat adanya peningkatan temperatur yang terjadi pada Bilangan Reynold (Re) yang rendah (<100)
ji
: Colburn j-factor
xxii
Jl
: koreksi akibat adanya efek dari kebocoran pada baffle
Js
: faktor koreksi akibat adanya nosel pada bagian inlet dan outlet
ktubewall
: konduktivitas thermal dinding tube, W/m.K
kc
: konduktivitas thermal fluida dingin, W/m.K
kh
: konduktivitas thermal fluida panas, W/m.K
Lbb
: celah antara tube bundle dan dinding shell, mm
Lbc
: central baffle spacing, m
Lbi
: inlet baffle spacing, m
Lbo
: outlet baffle spacing, m
Leff,b
: panjang baffle efektif, m
Lp
: Lebar tube partition pass, mm
Lsb
: clearance antara dinding shell dan baffle
Ltb
: celah antara dinding luar tube dan lubang baffle, mm
Ltube
: panjang tube, m
Mc
: laju alir massa fluida dingin, kg/hr
Mh
: laju alir massa fluida panas, kg/hr
Nb
: jumlah baffle
Np
: jumlah laluan tube
NT
: jumlah tube
Ntcc
: Jumlah lajur tube efektif di area window
Ntcw
: Jumlah lajur tube efektif di area interior
xxiii
NTU
: number of transfer unit, nondimensional
Ntw
: jumlah tube di area window
NuDtube : Nusselt number aliran di sisi tube PP
: tube pitch longitudinal terhadap aliran, mm
Prc
: Prandtl number di sisi tube
Prh
: Prandtl number di sisi shell.
PT
: tube pitch, mm
Qc
: perpindahan panas menuju fluida dingin, kW
Qh
: perpindahan panas dari fluida panas, kW
Qmax
: perpindahan panas maksimum heat exchanger, kW
Rb
: faktor koreksi terhadap besarnya pressure drop akibat adanya aliran bypass pada tube bundle
Res
: Reynolds number di sisi shell
Ret
: Reynolds number di sisi tube
Rftube
: fouling factor di sisi tube, W/m²K
Rl
: faktor koreksi terhadap besarnya pressure drop akibat efek kebocoran pada baffle
Rs
: faktor koreksi terhadap pressure drop akibat perbedaan baffle spacing di area inlet dan outlet sisi shell
U
: overall heat transfer coefficient, W/m²K
vh
: kecepatan aliran fluida panas. m/s
vs
: kecepatan aliran melintang di sisi shell, m/s
xxiv
vtube
: kecepatan aliran di sisi tube, untuk 1 tube, m/s
∆P bi
: Penurunan tekanan pada tube bank ideal pada bagian interior di antara dua baffle
∆P c
: Penurunan tekanan di bagian interior , kg/cm²
∆P e
: Penurunan tekanan pada area shell entrance dan exit , kg/cm²
∆P f
: major losses di sisi tube, kg/m²
∆P m
: minor losses di sisi tube, kg/m²
∆P shell
: Penurunan tekanan total di sisi shell , kg/cm²
∆P tube
: pressure drop total di sisi tube, kg/m²
∆P w
: Penurunan tekanan pada bagian window, kg/cm²
∆P wi
: Penurunan tekanan tube bank ideal pada bagian window, kg/cm²
∆Th
: perbedaan temperatur fluida panas, ºC
∆Tlm
: beda temperatur logaritmik, ºC
ε
: efektivitas heat exchanger, %
θctl
: upper centriangle of bafflecut, rad
θds
: centriangle of bafflecut, rad
µc
: viskositas fluida dingin, kg/m.s
µh
: viskositas fluida panas, kg/m.s
ρc
: massa jenis fluida dingin, kg/m³
ρh
: massa jenis fluida panas, kg/m³
xxv
