SIDANG HASIL TUGAS AKHIR “DESAIN COMPACT HEAT EXCHANGER TIPE FIN AND TUBE SEBAGAI ALAT PENDINGIN MOTOR PADA BOILER FEED PUMP” STUDI KASUS PLTU PAITON, PJB
Disusun Oleh : LUKI APRILIASARI
NRP. 2109100073
Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir. Djatmiko Ichsani, M.Eng
Latar Belakang
Perumusan Masalah MENDESAIN HEAT EXCHANGER UNTUK MENDINGINKAN MOTOR
MEMBUAT ANALISA PERFORMANSI HEAT EXCHANGER TERSEBUT TERHADAP PERUBAHAN BEBAN
TUJUAN Mendapatkan Konstruksi Compact Heat Exchanger tipe Fin and Tube , untuk Mengurangi Over Heating Motor
Mengetahui Performansi dari Heat Exchanger terhadap Perubahan Beban
Batasan Masalah Perancangan berdasarkan data operasi motor listrik dan boiler feed pump milik PLTU Paiton, PJB Kondisi Operasi diasumsikan steady state Perpindahan panas terjadi secara konveksi dan konduksi
Perancangan mengabaikan analisa material dan ekonomi
PERANCANGAN HEAT EXCHANGER
q = U.A.F.ΔTLM
Kondisi eksisting pendinginan pada Motor BFP
MODEL PERMASALAHAN
METODOLOGI Mengetahui Beban yang Didinginkan (q)
METODOLOGI fluida panas (air)
fluida dingin (water)
ṁh (kg/s)
Th,i(°C)
ṁc (kg/s)
Tc,i(°C)
5.1
34
71.85
32
METODOLOGI Alur Perancangan Heat Exchanger Menghitung beban (q)
Menghitung nilai UAperancangan
Mendapatkan Kontruksi HE
Menghitung ∆TLMTD
Menghitung nilai UA dari ∆TLMTD
Analisa Performansi (variasi beban)
HASIL DAN PEMBAHASAN
LOSES MOTOR Q = Wout motor – Power Input Motor Q = 335 kW
Model sistem pendinginan tertutup
Beban untuk satu Heat Exchanger
167,5 kW
DATA FLUIDA
∆TLMTD=
=11,31 °C
NILAI UA
UA =q/ ∆TLMTD UA = 14.816,1891 W/°C
DIMENSI HEAT EXCHANGER No 1
Parameter Bahan tube
Besar Aluminium Alloy
2 3 4 4 5 6 7
Diamter tube (DT) Jarak fin(Pf) Jumlah Fin (Nf) Dh (4rh) Fin thicknes(Tf) Free flow /frontal (σ) Heat transfer /total volume (α)
0,0169m 0,003289m 305 0,003m 0,0003m 0,481 55,44 m2/m3
8 9 10 11 12
Fin /total ST SL SD Jumlah tube (Nt)
0,913 0,0381m 0,04m 0,01381m 196
DIMENSI HEAT EXCHANGER Panjang fin (Lf)= 1m Lebar Fin ( Wf=0,3 m Panjang Tube= 1m
= 6.100,00
MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI Sisi Dingin (Air)
=
= 6100
W/m2K
MENGHITUNG KOEFISIEN KONVEKSI
Sisi Panas (Udara)
=
Sehingga nilai h=120,86 W/m2K
LUAS PERPINDAHAN PANAS SISI DINGIN = 10,4 m2 SISI PANAS
NILAI UA PERANCANGAN
NILAI UA PERANCANGAN
= 14.880,00 Watt/ K
NILAI UA dari ∆TLMTD
= 14.816, 1891 Watt/K
PRESSURE DROP
Diameter pipa (D) Panjang pipa (L) Debit (Q) Kecepatan (V)
= 0,2 m = 22 m = 0,072 m3/s = 2,3 m/s
HL=
HLM = ∑K
Headloss Total=1,465m
Pressure Drop Air pada Pipa = ρ HLT =1.457,7 kg/m2
Perhitungan Pressure Drop Fluida Panas (udara)
DUCTING Dimensi duct: Panjang = 1m Lebar = 0,6m Luas = 0,6 m2 Kecepatan udara melalui duct (V) HL = HL= 0,1777 m2/s2
∆P = ρ HL = 0,22 kg/ms2
= 6,9 m/s
Perhitungan Pressure Drop Fluida Panas (air) Pada Fin
∆P = 55,2 kg/ms2
∆Ptotal = 55,42 kg/ms2
Daya Blower Debit udara melalui ducting (Q) = 4,14 m3/s ∆Ptotal = 55,42 kg/ms2 Sehingga, Pblower = Q ∆Ptotal Pblower = 229 Watt
PERFORMANSI =5.137,128 J/sK
=300.189,3 J/sK
Nilai Effectiveness terhadap perubahan beban (%)
beban (W)
UA (W/K)
NTU
ε
50
83.750,00
14.603,05
2,842649
0,938498
75
125.625,00
14.739,33
2,869177
0,940054
100
167.500,00
14.874,98
2,895583
0,941564
105
175.875,00
15.007,61
2,921401
0,943003
grafik temperatur=f(beban) 80
temperatur (°C)
70 60 50 40 Temperatur hot in
30
temperatur cold out
20 10 0
0
50000
100000
150000
beban (watt)
qc=ṁc Cpc (Tc,o-Tc,i)
qh=ṁhCph (Th,i-Th,o)
200000
ε
grafik ε=f(beban) 0.9435 0.9430 0.9425 0.9420 0.9415 0.9410 0.9405 0.9400 0.9395 0.9390 0.9385 0.9380 0
100000
beban (watt)
200000
KESIMPULAN 1. Didapatkan dimensi HE dengan panjang fin 1m, lebar fin 0,3 m, dan panjang tube 1 m dengan konfigurasi sesuai spesifikasi surface 7.75-5/8T , yaitu sebagai berikut: -Material tube adalah aluminium alloy = Diameter tube (DT) = 0,0169 meter, dengan ST=0,0381 meter, SL=0,04 meter, dan SD= 0,01381 meter -Jumlah tube (NT) sebanyak 196 -Jarak fin(Pf)=0,003289 meter, tebal fin (Tf)=0,0003 meter -Jumlah fin(Nf) sebanyak 305 2. Performansi heat exchanger dapat ditinjau dari nilai effectiveness. Nilai effectiveness berbanding lurus dengan pembebanan. Semakin tinggi beban pada heat exchanger maka nilai effectiveness juga semakin tinggi.
TERIMAKASIH
START Input: Q, Tcold in, Tcold out Thot in Thot out Menghitung nilai ∆TLMTD ∆TLMTD = ∆T1-∆T2/ln(∆T1/∆T2) ∆TLMTD={(Thi-Tco)-(Tho-Tci)}/ln {(Thi-Tco)/(Tho,Tci)
Menghitung nilai UA UA= Q/∆TLMTD
Nilai UA
END
START
A INPUT DATA: Diameter Tube, Picth Fin (Pf), Jumlah Fin (Nf), Dh, Tebal Fin (Tf), ST, SL, SD, Jumlah Tube (Nt), Panjang Tube (Lt), Panjang Fin (Lf), Lebar Fin (Wf)
B
Menghitung luas perpindahan panas sisi Cold
Mendapatkan Re Cold:
Menghitung perpindahan panas total Atotal = A hot + A cold Menghitung nilai UA desain
No
Re ≤ 10.000
Yes
No
Nu = 4,36
UA desain = UA LMTD
Yes Mendapatkan Re Hot
Didapat desain HE, Dtube, Pf, Tf, ST, SL, SD, Jumlah tube (Nt), Panjang tube (Lt), Panjang Fin (Lf), Lebar Fin (Wf) Menghitung h Hot
END Menghitung Effisiensi Fin
Menghitung luas perpindahan panas sisi hot
A
B
START
Input data: ṁ hot, ṁ cold, UA, Cp hot, Cp cold Menghitung Heat Capacity Ch = ṁ x Cp hot Cc = ṁ x Cp cold
Menghitung Ratio Heat Capacity Cr =
C min C max
Menghitung Nilai NTU NTU =
UA C min
Menghitung Effectivenes
Effectiveness
END
START
Dpipa, Lpipa, Debit (Q), V
Menghitung Re pipa
Menghitung Headloss
HLT = HLMayor + HLMinor
Menghitung Pressure Drop pada Pipa
Menghitung Pressure Drop pada tube
Δ Ptotal = Δ Ppipa + Δ Ptube
END
START L duct, W duct, V, Re, μ udara, ρ udara, V1, V0 (volume spesifik), σ, F (friction factor), G (laju alir massa per luas aliran), A Aff
Menghitung Re
Menghitung Headloss
Menghitung Pressure Drop Pada Duct
Menghitung Pressure Drop pada Fin
Menghitung Δ Ptotal Δ Ptotal = Δ Pduct + Δ Pfin
Menghitung Daya Blower P = Q Δ Ptotal
Δ Pduct,Δ Pfin, daya blower
END
Spesifikasi dari kays n london
winding
