Materi Condensation ( Pengembunan)Boiling (Pendidihan)Heat Exchanger (Penukar Kalor)Perpindahan kalor RadiasiPerpindahan Massa

Referensi:

Yunus A. Cengel, Heat Transfer: Mc. Graw HillJhon H. Lienhard IV, A Heat Transfer Textbook: Phlogiston Press Cambridge UniversityDll

Kontrak KuliahKomponen Penilaian:1. Kehadiran : 10%2. Tugas :20%3. UTS : 30%4. UAS : 40% TOTAL : 100%Jika kehadiran < 75%, tdk boleh ikut UASJika Keterlambatan > 30 menit, tidak diperkenankan mengikuti perkuliahan.Dispensasi ketidakhadiran harus melampirkan surat keterangan sakit dari dokter (jika sakit)/Surat Tugas dari Kantor/Perusahaan (Jika ada tugas keluar kota)

Kondensasi

1. Proses Kondensasi

Jika terjadi kontak uap dgn permukaan yg temperaturnya lebih rendah dari pada temperatur jenuh sesuai dengan tekanan uap tersebut, maka akan terjadi proses kondensasi. Embun yg terbentuk akan didinginkan lebih lanjut oleh permukaan, dan makin banyak uap yg mengembun, dan aliran kondensat menjadi turbulen

Faktor yg mempengaruhi KondensasiGeometri PermukaanPelat atau pipa vertikal/horizontalPermukaan dalam atau luar pipa

b. Kondisi Uap dan KondensatUap Jenuh atau panas lanjutKondensat Jenuh atau mengalami pendinginan lanjutKomposisi Uap tunggal Multi komponen:- mengembun semua - Ada gas/uap yg tidak mengembun.

2. Pola KondensasiKondensasi Film:Kondensat membentuk lapisan film yg kontinyu pada permukaan, yg sebenarnya menimbulkan hambatan perpindahan kalor.Desain kondensor biasanya menggunakan asumsi kondensasi film

2. Kondensasi tetes

Hanya sedikit permukaan yg diselimuti oleh tetesan kondensat. Tetesan kondensat pada mulanya diam pada permukaan, tetapi setelah tumbuh membesar, tetesan mulai bergerak akibat pengaruh gravitasi atau tegangan geser. Permukaan yg ditinggalkan oleh tetesan segera ditempati oleh tetesan baru.Karena hanya sebagian permukaan yg diselimuti oleh lapisan kondensat, maka laju kondensasi akan lebih besar daripada kondensasi film.Kondensasi tetes dapat dihasilkan dgn cara antara lain:Dgn menambah zat promotor pada uap yg dapat mengendap pada permukaan.Memberi lapisan pada permukaan (teflon atau logam mulia)

3. Kondensasi HomogenKondensasi dapat terjadi di dalam uap jika terjadi kenaikan tekanan atau penurunan temperatur uap. Jika terjadi kenaikan tekanan uap maka akan terbentuk inti-inti uap.Pembentukan inti-inti uap ini memerlukan pendinginan lanjut uapFenomena ini dapat terjadi pada turbin tekanan rendah, dan cenderung menghasilkan tetesan kondensat.Jika ukuran tetesan ini cukup besar dapat mengakibatkan erosi pada sudu-sudu turbin. Fenomena ini dapat juga terjadi pada proses-proses dlm industri (fogging) dan sangat sulit utk dilakukan pemisahan. Tetesan tersebut dapat keluar melalui saluran ventilasi kondensor ke atmosfir, dan mungkin menimbulkan persoalan polusi.

4. Kondensasi cairan yang tdk campur (immicible condensate)Dalam beberapa kasus pada proses, uap yg mengembun menghasilkan 2 fasa cairan, misalnya: kondensasi campuran hidrocarbon dan uap air. Permukaan cenderung diselimuti oleh salah satu kondensat dan pengembun pada lapisan kondensat tersebut. Ada pula pada permukaan terbentuk pita-pita aliran kondensat dan komponen yg berbeda.

Kondensasi Film

Dalam kondisi normal, cairan terus menerus terbentuk pada permukaan dan mengalir ke bawah akibat pengaruh gravitasi. Jika kecepatan aliran rendah dan lapisan film hanya tipis, gerakan fluida dianggap laminer dan kalor yg dipindahkan dianggap secara konduksi. Kecepatan perpindahan kalor kondensasi ditentukan oleh:Tebal lapisan Film Kecepatan pertumbuhan kondensat Kecepatan aliran kondensat

Analisis kondensadi film dalam daerah laminer pada permukaan verikal mengikuti teori klasik Nusselt, yaitu dengan kondisi yang hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Jika aliran kondensat semakin meningkat maka pengaruh tegangan antarmuka antara kondensat dan uap perlu dipertimbangkan. Kondensasi juga dipengaruhi oleh kondisi uap ketika masuk kondensor, apakah sudah dalam keadaan jenuh atau uap dalam keadaan panas lanjut.

Perpindahan kalor kondensasi sangat tergantung pada aliran kondensasi (laminer, transisi, atau turbulen), yg dinyatakan dengan bilangan reynold (Re):

Contoh beberapa rumusan diameter hidrolik untuk berbagai geometri benda:

Korelasi perpindahan Kalor untuk Kondensasi Film permukaan plat vertikal (by Nusselt Analysis)Asumsi:Temperatur Permukaan (Ts) uniform dan lebih rendah dari temperatur uap jenuh (Tsat).Uap tidak bergerak atau bergerak lambat sehingga tdk ada hambatan gerakan kondensat pada permukaan.Kondensat bergerak turun akibat gravitasi.Kecepatan aliran kondensat lambat sehingga percepatan diabaikan.Sifat-sifat fluida dianggap konstan.Perpindahan kalor melalui lapisan kondensat dianggap secara konduksi dan distribusi temperatur dianggap linier.

Distribusi kecepatan u(y) pada jarak x ditentukan berdasarkan keseimbangan gaya pada volume atur. Berat kondensat pada elemen dx diimbangi oleh gaya geser/viscos dan gaya ke atas oleh uap.

laju perpindahan kalor yg berkaitan dengan laju kondensasi pada lokasi x adalah:

tKoefisien Perpindahan kalor untuk kondensasi aliran laminer pada plat vertikal setinggi L adaalah:

Temperatur kondensat dievaluasi berdasarkan temperatur :Persamaan diatas berlaku juga untuk permukaan dalam dan luar silinder vertikal jika jari-jari silinder/pipa cukup besar dibandingkan dengan tebal lapisan film kondensat.

Jika kondensat mengalami pendinginan hingga mencapai temperatur rata-rata cairan yg lebih rendah daripada Temperatur saturasi (pendinginan lanjut), maka kalor laten dimodifikasi menjadi:

Jika uap yang mengembun adalah uap panas lanjut (superheated) yg temperaturnya Tv, maka kalor laten dimodifikasi menjadi:

Dengan laju perpindahan kalor:

Dan Bilangan Reynold:

Daerah laminer bergelombang (wavy lamiar/transisi)Menurut eksperimen, pada bilangan reynold 30 40 mulai terjadi gelombang pada aliran kondensat. Selain itu koefisien perpindahan kalor 20% lebih besar dari nilai teoritis, dan jika densitas uap diabaikan terhadap densitas kondensat maka persamaan koefisien perpindahan kalor menjadi:

Atau menggunakan korelasi yg sederhana:

Dengan bilangan Reynold:

Aliran turbulen pada plat vertikalSifat fisik kondensat dievaluasi pada temperatur film, Dimana Bilangan Reynold (Re)

Kondensasi pada plat miringPersamaan koefisien perpindahan kalor pada plat vertikal dapat diterapkan pada permukaan miring dgn memberikan koreksi cos , shg:

Kondensasi diluar pipa pipa horizontalKoeefisien perpindahan kalor untuk kondensasi film dipermukaan luar pipa horizontal:

Hubungan koeefisien perpindahan kalor antara panjang dan diameter pipa horizontal:

Kondensasi di dalam pipa horizontalDalam sistem refrigerasi dengan kondensor yg menggunakan pendingin udar, uap refrigeran mengembun di dalam pipa. Kecepatan aliran uap dan akumulasi kondensat sangat menentukan koefisien perpindahan kalor, demikian pula susunan pipa kondensornya.Untuk kecepatan aliran uap yang rendah pada pipa horizontal, koefisien perpindahan kalornya adalah:

Dan berlaku untuk: pada sisi masuk pipa

Kondensasi pada pipa vertikalPersamaan plat vertikal dapat juga digunakan untuk permukaan dalam dan luar silinder vertikal jika jari-jari silinder/pipa relatif lebih besar dibandingkan dengan tebal lapisan film kondensat.

Kondensasi pada susunan pipa horizontal

Jika terdapat N buah pipa yg tersusun vertikal, kondensat pada pipa di bagian bawah akan lebih tebal daipada pipa bagian atas sehingga koefisien perpindahan kalor rata-rata menjadi lebih kecil daripada kondensasi pada sebuah pipa, yg dinyatakan dengan: