Optimisasi Desain Heat Exchanger Shell and Tube Menggunakan Teknologi Helical Baffle dan Twisted Tape

Utami, Intan Tri (2018) Optimisasi Desain Heat Exchanger Shell and Tube Menggunakan Teknologi Helical Baffle dan Twisted Tape. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
02311650012001_Master_Thesis.pdf - Accepted Version

Download (3MB) | Preview

Abstract

Heat exchanger adalah suatu alat yang digunakan untuk pertukaran panas antara dua cairan yang berada pada temperatur yang berbeda. Penukar panas digunakan untuk tujuan menghilangkan panas pada fluida dan sekaligus memberikan panas pada fluida lain. Di antara berbagai jenis heat exchanger yang sering digunakan dalam suatu pabrik yaitu jenis shell and tube. Performansi sebuah heat exchanger ditunjukkan dengan tingginya koefisien perpindahan panas (overall heat transfer coefficient) dan rendahnya penurunan tekanan (pressure drop). Peningkatan koefisien perpindahan panas (overall heat transfer coefficient) dan penurunan tekanan (pressure drop) pada sisi shell dan sisi tube berbeda. Pada sisi shell menggunakan teknologi helical baffle sebagai pengganti segmental baffle dan dilakukan dengan cara mengatur tube pitch dan jarak antar baffle. Tetapi pada sisi tube menggunakan teknologi twisted tape dan dilakukan dengan meningkatkan turbulensi aliran fluida, sehingga membutuhkan optimisasi yang digunakan untuk mengatasi permasalahan penurunan tekanan (pressure drop). Penyelesaian permasalahan ini merupakan optimisasi multi objektif dan nonlinier, sehingga teknik optimisasi yang bisa menyelesaikan permasalahan yang komplek dan nonlinier diperlukan salah satu cara adalah memanfaatkan teknik optimisasi stokastik, seperti Genetic Algorithm (GA). Fungsi tujuan (objective function) optimisasi pada sisi shell dan sisi tube yaitu koefisien perpindahan panas (overrall heat transfer coefficient) yang maksimal dan constraint pada optimisasi ini yaitu jumlah panas yang ditransfer dari fluida panas ke fluida dingin yang disebut laju perpindahan panas pada shell and tube heat exchanger atau nilai heat duty (Q) harus sesuai dengan data desain heat exchanger, dan penurunan tekanan (pressure drop) yang nilainya tidak boleh melebihi nilai data desain. Variabel yang digunakan untuk optimisasi pada sisi shell yaitu sudut helical baffle (ß), jarak antar helical baffle (Lbc) dan sisi tube adalah sudut helical baffle (ß), jarak antar helical baffle (Lbc), thickness of twisted tape (δ), dan half pitch of twisted tape (H). Tujuan dari penelitian ini untuk: (a) mendesain shell and tube yang efisien dengan menggunakan kedua teknologi peningkatan heat transfer coefficient pada sisi shell and tube secara bersama-sama, (b) menentukan variabel yang dioptimisasi agar diperoleh heat transfer coefficient yang maksimal dan pressure drop yang minimal, dan (c) menganalisis pengaruh dari penerepan helical baffle dan twisted tape terhadap heat transfer dan pressure drop. Hasil optimisasi pada heat exchanger telah dilakukan dan didapatkan nilai overall heat transfer coefficient yang meningkat dengan rata-rata sebesar 0.02 W/m2K. Sedangkan hasil shell pressure drop pada bagian sisi shell berkurang sebesar -0.02 kPa, dengan nilai rata-rata shell heat transfer coefficient (hs) sebesar -0.01 W/m2K. Sedangkan sisi tube, hasil tube pressure drop berkurang sebesar -0.29 kPa dengan nilai rata-rata tube heat transfer coefficient (ht) sebesar -0.05 W/m2K.=====================================================================================Heat exchangers are a tool used for heat exchange between two liquids located at different temperatures. The heat exchanger is used for the purpose of removing heat on the fluid and simultaneously providing heat to other fluids. Among the various types of heat exchangers are often used in a factory that is shell and tube type. The performance of a heat exchanger is shown by the high heat transfer coefficient and the low pressure drop. Increased overall heat transfer coefficient and pressure drop on shell side and tube side are different. On the shell side uses helical baffle technology instead of segmental baffles and is done by arranging tube pitch and spacing between baffles. But on the side of the tube uses twisted tape technology and is done by increasing the fluid flow turbulence, thus requiring the optimization used to overcome the pressure drop (pressure drop) problem. Solving this problem is a multi objective and nonlinier optimization, so optimization techniques that can solve complex and nonlinier problems one way is required to utilized stochastic optimization techniques, such as Genetic Algorithm (GA). Optimization function on the shell side and tube side is the maximal overrall heat transfer coefficient and the constraint on this optimization is the amount of heat transferred from the hot fluid to the cold fluid called heat transfer rate in the shell and tube heat exchanger or the heat duty (Q) value must fit with heat exchanger design data, and pressure drop (pressure drop) whose value should not exceed the design data value. Variables used for optimization on the shell side are helical baffle angle (ß), helical baffle spacing (Lbc) and tube side are helical baffle angle (ß), helical baffle spacing (Lbc), thickness of twisted tape (δ), and half pitch of twisted tape (H). The purpose of this study was to: (a) design efficient shell and tube by using both heat transfer coefficient technology on the shell and tube side simultaneously, (b) determining the optimized variables to obtain maximum heat transfer coefficient and pressure drop which is minimal, and (c) analyzes the influence of helical baffle and twisted tape forwarding on heat transfer and pressure drop. The optimized result of heat exchanger has been done and the overall heat transfer coefficient value increased by an average of 0.02 W/m2K while the shell pressure drop on the side of the shell decreased by -0.02 kPa with the average value of shell heat transfer coefficient (hs) of -0.01 W/m2K. While the tube side, tube pressure drop results decreased by -0.29 kPa with the average value of tube heat transfer coefficient (ht) of -0.05 W/m2K.

Item Type: Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords: Heat exchanger, helical baffle, twisted tape, overall heat transfer coefficient, pressure drop.
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Physics Engineering > 30101-(S2) Master Thesis
Depositing User: Intan Tri Utami
Date Deposited: 24 Jun 2021 01:09
Last Modified: 24 Jun 2021 01:09
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/54861

Actions (login required)

View Item View Item