Isolasi merupakan bahan yang digunakan untuk menahan hilangnya panas dari suatu sistem, misalkan sepertu di reaktor dengan sisitem adiabatis. Pada reaktor adiabatis tidak dipernolehkan adanya laju perpindahan panas dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.
Untuk contoh perhingannya saya menggunakan reaktor adibatis dengan spesifikasi sebagai berikut:
Spesifikasi :
bahan : Stainless Steel
ID : 1,3 m atau 54 in
L : 2,54 m atau 100,11 in
Kondisi operasi:
Suhu opasi : 350C atau 623 K
Tekanan : 25 atm
Asumsi yang digunakan adalah :
a. Suhu didalam reaktor = suhu di permukaan dinding dalam shell
b. Perpindahan panas steady state, sehingga q1 = q2 = q3 = q4
Bahan dinding kolom adalah baja (stainless steel) dengan spesifikasi :
Keterangan :
R1 = jari-jari dalam shell
R2 = jari-jari luar shell
R3 = jari-jari luar setelah diisolasi
Xs = tebal dinding
Xis = tebal isolasi
Tu = suhu udara luar
T1 = suhu dinding dalam shell
T2 = suhu dinding luar shell
T3 = suhu dinding isolator
Bahan konstruksi shell reaktor adalah Stainless Steel, sifat-sifat fisiknya sebaga berikut :
Konduktivitas termal (k) = 25 Btu/jam.ft.oF
Konduktivitas termal (k) = 43,2683 W/m.K
Emisivitas (ε) = 0,54
Densitas (ρ) = 489 lb/ft3
Bahan isolasi yang dipakai adalah magnesia adalah sebagai berikut:
Densitas bahan, ris = 271 kg/m3
Konduktivitas panas, kis = 0,071 W/m.K
Emisivitas, e = 0,6
Bila suhu udara luar diasumsikan 35oC dan diinginkan suhu permukaan luar isolasi adalah :
Keterangan :
(Q/A) = fluks radiasi matahari = 500 W/m2
αsun = radiasi matahari = 0,18
αlowtemp = radiasi pada low temperatur = 0,8
σ = Konstanta Boltzman, 5,676E108
T3 = suhu dindng isolasi
Tu = suhu udara
Maka : (500)x 0,18=0,8 x 5,676E108 x (T3^4 -308,15^4)
Dengan menggunakan metode goal seek di program microsoft excel, maka didapatkan suhu dinding isolasi reaktor yaitu 50oC atau 323,844 K
r1=(IDin)/2= 1,371/2=0,6558 m = 27 in
r2=(IDout)/2= 1,372/2=0,686 m = 27,18 in
L = 2,54 m = 100,11 in
Menghitung panas yang yang hilang krena radiasi Q3 yaitu antara dinding isolasi dengan udara lingkungan. Menghitug koefisisen perpindahan panas radiasi hr yaitu dengan menggunakan permsaan sebagai berikut :
Keterangan :
hr = Koefisien perpindan panas secara radiasi (W/m2 oK)
σ = Konstanta Boltzman, 5,676.10 8
ε =Emisivitas bahan isolator
T3 = Temperatur dinding isolator (K)
Tu = Temperatur udara (oK)
Menghitung keofisien perpindahan panas konveksi dihitung dengan persamaan berikut :
Sifat sifat udara pada suhu 315,99 K (Geankoplis,Tabel.A3-3,1979) yaitu :
Ρf = 1,1300 kg/m3
Cpf = 1,0050 kJ/kg K
uf = 1,9070E-05 kg/m.s
Kf = 0,0272 W/m K
kf = 2,7200E-05 kj/m.s.K β = 1/Tf
Persamaan umum perpindahan panas konveksi (hc) (Tabel 4.7-2 Geankoplis,1993):
untuk NRa = 104 – 109
untuk NRa > 109
Keterangan :
hc = Koeffisien transfer panas konveksi, Btu/jam.ft2.oF
Nra = Gr × Pr
NRa = Bilangan Rayleigh
Gr = Bilangan Grasshoff Pr = Bilangan Prandtl
Karena NRa lebih dari 109 maka untuk mencari menghitung koefisien panas konvesi yaitu :
Q3 = (hc + hr) 2 Π r3 L. (T3 – Tu)
Q3 = (3,104 + 4,301) x 2 x 3,14 x r3 x (323,84 – 308,15)
Q3 = 1855,9996 r3 J/s
Menghitung tebal isolasi reaktor (x3)
Pada kondisi steady state Q1 = Q2 = Q3 = Q4 dengan Q adalah panas yang ditransfer dari tiap lapisan. Perpindahan panas keseluruhan dari dinding bagian dalam reaktor hingga udara (Q) persamaannya adalah :
Dengan menggunakan motode goal seek pada microsoft excel, maka didapat nilai r3 yaitu 0,850 m atau 2,791 ft.
Sehingga tebal isolasi reaktor (x3) adalah :
= 0,164 m atau 6,477 in
Panas yang hilang dari permukaan isolasi ke udara :
Qloss = Q3
Qloss = 1855,9996 r3 = 1855,999 x 0,164
Qloss = 1579,06 J/s atau 5684,65 kJ/jam
Panas yang hilang dari head :
Asumsi tebal isolasi head sama dengan tebal isolasi dinding. (hc + hr) head sama dengan (hc + hr) dinding silinder
Q3 = (hc + hr) 2 Π r3 L. (T3 – Tu)
Dimana :
A = 0,842D2 (Wallas, 1990)
A = 0,842 (2,791 x 2)2
A = 26,240 ft2 , 2,437 m2
Maka :
Q3 = (3,104 + 4,301) x 2,437 x (323,84 – 308,15)
Q3 = 283,3420 J/s atau 1020,031 kJ/jam
Panas total yang hilang ke lingkungan :
Qtotal = panas hilang dari dinding + (2 x panas hilang dari head)
Qtotal = (1579,06 J/s) +( 2 x 283,3420 J/)
Qtotal = 2145,753 J/s atau 7724,713 kJ/jam
demikian contoh menghitung tebal isoalsotr untuk reaktor adiabatis. perhitungan ini tidak hanya diigunakan di dalam merancang reaktor tetapi juga daat digunakan untuk menghitung alat-alat lain.
Demikian dari saya, jika ada yang didiskusikan silahkan tanya di komentar. terimakasih
0 Komentar