F = correction factor (1.0 untuk pure counter-current)
U = overall heat transfer coefficient
LMTD adalah rata-rata logaritmik perbedaan temperatur antara hot dan cold stream sepanjang heat exchanger. Makin besar LMTD, makin kecil area yang dibutuhkan.
Counter-current flow selalu menghasilkan LMTD lebih besar (F=1.0) dibanding co-current untuk kondisi temperatur yang sama, sehingga lebih efisien.
Counter-Current
F = 1.0. LMTD maksimum. Paling efisien. Standard untuk hampir semua HX industri.
Co-Current
F < 1.0. LMTD lebih kecil. Digunakan untuk kontrol T_out yang ketat pada fluida sensitif.
Min. Approach ΔT
≥ 5°C (minimum). ≥ 10°C (design aman). Lebih kecil = HX sangat besar dan mahal.
Fouling Margin
Selalu tambahkan 15–25% margin area untuk fouling deposit selama operasi.
| Service | W/m²·K |
|---|---|
| Water-to-water | 1000–2500 |
| Steam condenser | 1000–6000 |
| Gas-to-liquid | 20–300 |
| Gas-to-gas | 10–50 |
| Oil cooler (light) | 300–900 |
| Oil cooler (heavy) | 50–300 |
| Reboiler (kettle) | 500–2000 |
| Air cooler (fin-fan) | 30–100 |
LMTD: semua 4 temperatur diketahui → cari area atau U.
NTU: temperatur outlet tidak diketahui → cari efektivitas, atau rating HX yang sudah ada.
C = ṁ × Cp
Heat capacity rate [W/K atau BTU/(hr·°F)]. Contoh: air 1 kg/s × 4186 J/kg·K = 4186 W/K.
C* = 0
Terjadi saat condensing/evaporating. ε = 1−exp(−NTU). Kasus paling ideal.
Target ε
Praktis: 70–85%. ε > 90% → NTU sangat besar, tidak ekonomis. Pertimbangkan multi-stage.
NTU Tipikal
1–3 untuk kebanyakan HX industri. NTU > 5 biasanya tidak ekonomis — tambah stage.
Rf = fouling resistance (TEMA standard)
t_w = wall thickness · k_w = conductivity
U-value adalah kebalikan dari total thermal resistance. Resistansi disusun seri, sehingga yang terbesar mendominasi (bottleneck).
Film Resistance
Lapisan batas fluida di dinding. Tingkatkan kecepatan aliran untuk menurunkan R_film.
Wall Resistance
Biasanya kecil untuk logam tipis. Signifikan untuk dinding tebal atau material k rendah.
Fouling
Deposit skala/korosi. TEMA menetapkan nilai standar. Makin tinggi Rf, makin besar penalty U.
Controlling R
R terbesar = bottleneck. Meningkatkan h yang sudah tinggi tidak membantu; tingkatkan yang paling kecil.
| Fluida | m²·K/W |
|---|---|
| Demineralized water | 0.0001 |
| Cooling tower water | 0.0002 |
| River water | 0.0005 |
| Steam (clean) | 0.0001 |
| Light hydrocarbon | 0.0002 |
| Heavy hydrocarbon | 0.0009 |
| Crude oil | 0.0005 |