1

1. Uap Saturasi pada tekanan 1 atm dikondensasikan pada Alat Penukar Kalor (APK) tabung

cangkang dengan satu laluan cangkang dan 2 laluan tabung. Air pendingin masuk tabung

pada suhu 15°C dengan kecepatan rata rata 3.5 m/s. Tabung berdinding tipis terbuat dari

tembaga dengan diameter 14 mm dan panjang 0.5 m. Diameter dalam cangkang adalah

75 mm, jarak antar sekat 50 mm, dan jarak antar 2 sumbu tabung adalah 15 mm.

Diketahui juga faktor pengotoran Uap (Rcc) adalah 0.00009 m2K/W, dan faktor

pengotoran Air (Rcf) adalah 0.00018 m2

K/W. Tentukan:

a. Koefisien pindahan panas pada fluida panas untuk kondensasi pada bagian luar tabung.

b. Jumlah tabung yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan uap dengan laju aliran

massa 2.3 kg/s

c. Temperatur keluar air.

d. Besar laju aliran massa maksimum dari uap yang dapat dikondensasikan oleh APK

dengan laju aliran air dan temperatur masuk yang sama.

Diketahui :

Saturated steam (Uap Saturasi): Air :

Pc = 1 atm

Di = 75 mm D = 14 mm = 0.014 m

l = 50 mm

p = 15 mm

do = 14 mm

L = 0.5 m

Ditanya : a.

b. N

c.

d.

S

Tce

Tcs

Tce

Tfs

Tcs

Tfs

Tfe Tfe = 15

◦C

��𝑐 𝑘𝑔 𝑠

��𝑓

0 𝑊 𝑚 𝐾

T

2

Penyelesaian :

Analisa Data

Untuk fluida saturated steam, gunakan tabel saturated water pada P = 1atm:

Maka didapatkan parameter berikut :

hfg = 2257 KJ/kg

Mencari

Untuk mencari pada aliran uap saturasi melalui cangkang maka :

1. Mencari

2. Mencari

3. Mencari Bilangan Reynold (Re)

Karena ReD >10000, maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Oleh

karena itu, kita dapat menggunakan korelasi berikut :

Nu = 0.36 .ReD0.55

.Pr1/3

3

0

0

Untuk fluida air (saturated water) digunakan table saturated water pada :

Asumsi I :

T V.103

Cp

µ.106 λ.10

3 Pr

295 1.002 4181 959 606 6.62

Tabel 1. Analisa Data

Mencari laju perpindahan panas :

Mencari Tfs dengan metode NTU

1. Mencari koefisien panas menyeluruh (k)

Karena ReD >10000, maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Oleh karena itu,

dapat kita gunakan korelasi Colburn yaitu :

Nu = 0.023 .ReD0.8

.Pr1/3

0

4

0

Mencari nilai k

Setelah mendapatkan faktor pengotoran menyeluruh maka dicari nilai k :

2. Relasi efektifitas : Dengan Cmin = Cf dan

Maka :

Menghitung nilai NTU

(As = πDLNP)

29

5

Dari persamaaan Flow Arrangement: (Cr = 0) , maka :

E = 1 – exp(-NTU)

E = 1 – exp(-0.0381)

E = 0.412

Maka dapat kita hitung jumlah tabung (N) :

Jadi :

Mencari Suhu keluar air :

Kita dapatkan nilai Tfs hasil iterasi pertama tidak sama dengan nilai Tfs dari asumsi, oleh

karena itu, perhitungan dilanjutkan ke iterasi kedua dengan menggunakan Tfs yang

didapatkan pada iterasi pertama.

Iterasi II

Analisa Data

Asumsi :

Maka :

T V.103

Cp

µ.106 λ.10

3 Pr

285 1.000 4189 1225 590 8.81

289.5928 Vf Cpf µf λf Prf

290 1.001 4184 1080 598 7.56

Tabel 2. Analisa Data Iterasi II

6

18

Mencari Tfs dengan metode NTU

1. Mencari koefisien panas menyeluruh (k)

Karena ReD >10000, maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Oleh karena

itu, dapat kita gunakan korelasi Colburn yaitu :

Nu = 0.023 .ReD0.8

.Pr1/3

0

0

7

Mencari nilai k

Setelah mendapatkan faktor pengotoran menyeluruh maka dicari nilai k :

Relasi efektifitas : Dengan Cmin = Cf dan

Maka :

Menghitung Nilai NTU

As = πDLNP

8

Dari persamaaan Flow Arrangement: (Cr = 0), maka:

E = 1 – exp(-NTU)

E = 1 – exp(- )

E = 0.036883

Sehingga didapatkan jumlah tabung (N)

Jadi :

Mencari Suhu keluar air :

Kita dapatkan nilai Tfs hasil iterasi kedua tidak sama dengan nilai dari Tfs hasil iterasi

pertama, oleh karena itu, perhitungan dilanjutkan ke iterasi ketiga dengan menggunakan Tfs

yang didapatkan pada iterasi kedua.

Iterasi III

Analisa Data

Asumsi :

Maka :

0

T V.103

Cp

µ.106 λ.10

3 Pr

285 1.000 4189 1225 590 8.81

289.5702 Vf Cpf µf λf Prf

290 1.001 4184 1080 598 7.56

Tabel 2. Analisa Data Iterasi II

9

Mencari Tfs dengan metode NTU

1. Mencari koefisien panas menyeluruh (k)

Karena ReD >10000, maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Oleh karena

itu, dapat kita gunakan korelasi Colburn yaitu :

Nu = 0.023 .ReD0.8

.Pr1/3

0

0

10

Mencari nilai k

Setelah mendapatkan faktor pengotoran menyeluruh maka dicari nilai k :

Relasi efektifitas : Dengan Cmin = Cf dan

Maka :

Menghitung Nilai NTU

As = πDLNP

11

Dari persamaaan Flow Arrangement: (Cr = 0), maka:

E = 1 – exp(-NTU)

E = 1 – exp(- )

E = 0.036881

Sehingga didapatkan jumlah tabung (N)

Jadi :

Mencari Suhu keluar air :

Kita dapatkan suhu Tfs hasil iterasi ketiga sama dengan Tfs hasil iterasi kedua, oleh

karena itu asumsi pada iterasi ketiga adalah benar.

Dengan itu, dapat kita simpulkan:

a. Koefisien perpindahan panas pada fluida panas adalah sebesar :

b. Jumlah tabung yang diperlukan untuk mengkondensasikan Uap Saturasi dengan

laju aliran massa 2.3kg/s dengan pengaruh faktor pengotoran (Fouling Factor)

adalah sebanyak :

N = 733.8709= 734 tabung

12

c. Maka, kita dapatkan suhu keluar fluida dingin sebesar:

d. Maka, kita dapatkan nilai laju aliran massa maksimum uap adalah sebesar: