Optimisasi Desain Heat Exchanger Shell dan Tube Menggunakan Helical Baffles dan Twisted Tape Inserts Sebagai Teknologi untuk Meningkatkan Heat Transfer Coefficient

Ahmad Syafi'i, Muhammad Jaka WimbangWicaksono, Aditya Gautama Darmoyono, Eka Mutia Lubis, Dessy Oktani, Kamarudin Kamarudin, Rahmi Mahdaliza, Mu'thiana Gusnam, Totok Ruki Biyanto, Intan Tri Utami

Abstract


Heat exchanger adalah perangkat yang digunakan untuk menyalurkan energi termal antara dua atau lebih fluida pada suhu yang berbeda-beda. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan desain heat exchanger shell dan tube yang efesien yang disertai dengan peningkatan koefisien perpindahan kalor secara keseluruhan pada sisi shell dan tube secara bersamaan. Penelitian ini berfokus pada dampak penggunaan teknologi helical baffles dan twisted tape insert pada koefisien perpindahan kalor total (U) dan penurunan tekanan/ Pressure drop (ΔP). Pada awalnya heat exchanger ini menggunakan teknologi segmental baffle pada sisi shell dan plain tube pada sisi tube, kemudian desainnya dimodifikasi dengan teknologi yang berbeda, desain pada sisi shell digunakan teknologi helical baffle sedangkan pada sisi tube digunakan teknologi twisted tape. Metode optimisasi yang digunakan adalah Genetic Algoritm (GA). Variabel bebas yang digunakan untuk melakukan optimisasi pada sisi shell adalah sudut helical baffle (ß) dan jarak antar baffle (Lbc) yang ada dalam heat exchanger. Sedangkan variabel bebas yang digunakan pada sisi tube adalah thickness of twisted tape (𝛿), dan half pitch of twisted tape (H). Fungsi tujuan (objective function) optimisasi pada sisi shell dan sisi tube yaitu koefisien perpindahan panas secara keseluruhan (overrall heat transfer coefficient) yang maksimal dan constraint pada optimisasi ini yaitu penurunan tekanan (pressure drop) yang besar nilainya tidak boleh melampaui nilai dari data awal design. Pada penelitian ini heat exchanger E-1-06 berhasil dimodelkan. Data permodelan menunjukkan hanya sedikit perbedaan antara hasil permodelan dengan data sheet awal. Nilai deviasi overrall heat transfer coefficient (U) = 0.06%, ∆Ps=0.00%, dan ∆Pt= 0.06%. Optimisasi Heat exchanger E-1-06 juga berhasil dilakukan. Optimisasi pada penelitian ini mampu menaikan nilai U sebesar 3.97%, sementara nilai ∆Ps mengalami penurunan sebesar -2.01% dan ∆Pt sebesar -19.11%.


Keywords


Heat exchangers; optimization; helical baffles; twisted tape.

Full Text:

PDF

References


Alenazi, M. (2015). Genetic Algorithm by using MATLAB Program. Ijarcce, 4(11), 326–329. https://doi.org/10.17148/IJARCCE.2015.41170

Biyanto, T. R. (2013). Optimal cleaning schedule for crude preheat train affected by fouling using genetic algorithm. Universiti Teknologi Petronas.

Biyanto, T. R., Gonawan, E. K., Nugroho, G., Hantoro, R., Cordova, H., & Indrawati, K. (2016). Heat exchanger network retrofit throughout overall heat transfer coefficient by using genetic algorithm. Applied Thermal Engineering, 94, 274–281. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.10.146

Duan, L., Ling, X., & Peng, H. (2018). Flow and heat transfer characteristics of a double-tube structure internal finned tube with blossom shape internal fins. Applied Thermal Engineering, 128, 1102–1115. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.026

Gosselin, L., Tye-Gingras, M., & Mathieu-Potvin, F. (2009). Review of utilization of genetic algorithms in heat transfer problems. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(9–10), 2169–2188. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.11.015

Manglik, R. M., & Bergles, A. E. (1993). Heat Transfer and Pressure Drop Correlations for Twisted-Tape Inserts in Isothermal Tubes: Part II—Transition and Turbulent Flows. Journal of Heat Transfer, 115(4), 890. https://doi.org/10.1115/1.2911384

Peng, B., Wang, Q. W., Zhang, C., Xie, G. N., Luo, L. Q., Chen, Q. Y., & Zeng, M. (2007). An Experimental Study of Shell-and-Tube Heat Exchangers With Continuous Helical Baffles. Journal of Heat Transfer, 129(10), 1425. https://doi.org/10.1115/1.2754878

Peters, M., Timmerhaus, K., & West, R. (2002). Heat-Transfer Equipment—Design and Costs. Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 716–724.

Ranjith, & Shaji, K. (2016). Numerical Analysis on a Double Pipe Heat Exchanger with Twisted Tape Induced Swirl Flow on Both Sides. Procedia Technology, 24, 436–443. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.05.060

Saffar-Avval, M., & Damangir, E. (1995). A general correlation for determining optimum baffle spacing for all types of shell and tube exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 38(13), 2501–2506. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)00358-3

Samanta, S. (2014). Genetic Algorithm : An Approach for Optimization ( Using MATLAB ). 3(3), 261–267.

Sanjoyo. (2006). Aplikasi Algoritma Genetika. Aplikasi Algoritma Genetika. http://sanjoyo55.files.wordpress.com/2008/11/non-linier-gen-algol.pdf

Savekar, A., Jangid, D., Gurjar, M., Patil, V., & Sewatkar, C. M. (2015).

Analysis of Heat Transfer in Pipe with Twisted Tape Inserts. Proceedings of the 2nd International Conference on Fluid Flow, Heat and Mass Transfer, 143, 1–8.

Selbaş, R., Kizilkan, Ö., & Reppich, M. (2006). A new design approach for shell-and-tube heat exchangers using genetic algorithms from economic point of view. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 45(4), 268–275. https://doi.org/10.1016/j.cep.2005.07.004

Shah, R. K., & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. In Fundamentals of Heat Exchanger Design. Wiley India Exclusive. https://doi.org/10.1002/9780470172605.ch10

Syafi’i, A. (2019). Optimisasi Desain Heat Exchanger Shell and Tube Menggunakan Advance Teknologi Heat Transfer [Institut Teknologi Sepuluh Nopember]. https://repository.its.ac.id/60409/

Syafii, A., & Biyanto, T. R. (2019). Optimization of heat exchanger shell and tube design using helical baffle and coiled wire insert technology. AIP Conference Proceedings, 2088(1). https://doi.org/10.1063/1.5095294

Tayal, M. C., Fu, Y., & Diwekar, U. M. (1999). Optimal Design of Heat Exchangers: A Genetic Algorithm Framework. Industrial & Engineering Chemistry Research, 38(2), 456–467. https://doi.org/10.1021/ie980308n

Thulukkanam, K. (2013). Heat Exchanger Design Handbook, Second Edition (Vol. 20135140). https://doi.org/10.1201/b14877




DOI: https://doi.org/10.38038/vocatech.v7i1.217

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


VOCATECH : Vocational and Technology Journal
Unit Penelitian dan Pengabdian Masyarakat & Penjaminan Mutu
Akademi Komunitas Negeri Aceh Barat
Komplek STTU Alue Peunyareng, Ujong Tanoh Darat, Meureubo, Kabupaten Aceh Barat, Aceh 23615
Telp. (0655) 7110271
Email: vocatech@aknacehbarat.ac.id

VOCATECH: Vocational Education and Technology Journal Published by:
Unit Penelitian dan Pengabdian Masyarakat & Penjaminan Mutu
Akademi Komunitas Negeri Aceh Barat

Indexed by:

GS2 logoCrossref logoGaruda logosinta-5 logosinta-5 logo
Creative Commons License logo

VOCATECH: Vocational Education and Technology Journal Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.