LAPORAN PRAKTIKUM PILOT PLANT Double Pipe Heat Exchanger dan Shell and Tube Heat Exchanger Dosen Pembimbing : Harita Nurwahyu Chamidy, LRSC., MT
Kelompok/Kelas : I / 3A-TKPB Anggota
: 1. Abdul Faza M
(151424001)
2. Afifah Nur Aiman (151424002) (151424002) 3. Agus Hermawan (151424003)
Tanggal Praktikum
: 11 Oktober 2017
Tanggal Pengumpulan Praktikum
: 18 Oktober 2017
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TAHUN 2017
DAFTAR ISI
.................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ........................... .... 3 BAB I ............................................ ................................................................... ............................................ ............................................. ........................... .... 3 PENDAHULUAN ............................................. 1.1
Latar Belakang .......................................... ................................................................. ............................................. ......................................... ................... 3
1.2
Tujuan Praktikum ............................................ .................................................................. ............................................ .................................. ............4
................................................................ ............................................ ............................................ ............................................. ........................... .... 5 BAB II .......................................... .................................................................. ............................................ ............................................. .......................5 LANDASAN TEORI ............................................ BAB III ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................................... ..................... 18 METODOLOGI PERCOBAAN............................................ .................................................................. ............................................ ......................... ... 18 3.1
................................................................. ............................................. ....................................... ................. 18 Alat dan Bahan ..........................................
3.2
................................................................. ............................................. ....................................... ................. 18 Prosedur Kerja ..........................................
................................................................... ............................................ ............................................ ........................................... ..................... 20 BAB IV ............................................. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN ........................................... .................................................................. ......................... .. 20 4.1
Data Pengamatan .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 20
4.2
............................................................... ............................................. ........................................ ................. 21 Hasil Percobaan .........................................
4.3
.................................................................. ............................................ ........................................... ..................... 29 Pembahasan ............................................
BAB V .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ............................................. ......................... .. 34 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................ .................................................................. ............................................ ............................ ...... 34 5.1
Kesimpulan ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... 34
5.2
................................................................... ............................................ ............................................ ................................ .......... 34 Saran .............................................
.................................................................. ............................................ ........................................... ..................... 35 DAFTAR PUSTAKA ............................................ LAMPIRAN............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ .................................... .............. 36
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Di era modern saat ini energi merupakan salah satu kebutuhan pokok yang berpengaruh penting dalam kehidupan manusia. Dimana hampir seluruh aktifitas manusia berhubungan dengan energi. Seiring dengan berjalannya waktu kebutuhan akan energi semakin lama semakin meningkat. Dengan meningkatnya harga energi yang dibutuhkan, maka butuhnya suatu usaha untuk melakukan efesiensi pada energi tersebut. Salah satu cara meningkatkan efesiensi dengan mengambil energi dari sumber yang berbeda untuk digunakan. Energi yang dapat digunakan tersebut adalah energi panas. Sumber energi panas yang tersedia tercermin pada propertis propertis fisika seperti massa aliran, temperatur, viskositas, panas spesifik, densitas, dan konduktivitas termal. Maka dibutuhkan sebuah alat untuk mengambil sumber panas tersebut yaitu dengan menggunakan heat exchanger. HE (heat exchanger) adalah suatu alat digunakan dalam proses perpindahan panas fluida dengan fluida yang lain tanpa terjadi perpindahan massa didalamnya dan dapat dipergunakan sebagai pemanas maupun pendingin. HE pada lapangan memiliki tipe yang beragam. HE yang sering digunakan ialah HE dengan tipe shell-and-tube dengan segmental baffle. Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di dalam tube bundle berbeda berbeda dengan di luar tube (di dalam dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida di dalam tube dan di luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side. Pemilihan yang tepat suatu alat penukar kalor akan menghemat biaya operasional harian dan perawatan. Bila alat penukar kalor dalam keadaan baru, maka permukaan logam dari pipa-pipa pemanas masih dalam keadaan bersih setelah alat beroperasi beberapa lama maka terbentuklah lapisan kotoran atau kerak pada permukaan pipa tersebut. Tebal tipisnya lapisan kotoran tergantung dari fluidanya. Adanya lapisan tersebut akan mengurangi koefisien perpindahan panasnya. Harga koefisien perpindahan panas untuk suatu alat penukar kalor selalu mengalami
3
perubahan selama pemakaian. Batas terakhir alat dapat berfungsi sesuai dengan perencanaan adalah saat harga koefisien perpindahan panas mencapai harga minimum
1.2
Tujuan Praktikum
Memahami fungsi alat penukar kalor jenis Double jenis Double Pipe dan Pipe dan jenis Shell & Tube
Memahami mekanisme operasi alat penukar kalor jenis Double jenis Double Pipe dan Pipe dan jenis Shell & Tube
Mengetahui komponen-komponen utama alat penukar kalor jenis jenis Double Pipe dan Pipe dan jenis Shell & Tube
Mengetahui cara menghitung total heat transfer coefficient alat penukar kalor jenis Double jenis Double Pipe dan Pipe dan jenis Shell & Tube yang ada di laboratorium Pilot Plant.
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Heat Exchanger
Sesuai dengan namanya, maka alat penukar kalor (heat exchanger ) berfungsi mempertukarkan suhu antara dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada alat penukar kalor ini berupa pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam sesuai dengan penggunaan dari alat tersebut. Pada percobaan ini akan dilakukan pengamatan unjuk kerja alat penukar kalor pipa ganda (double pipe heat exchanger ) yang terdiri dari dua pipa konsentris. Pipa yang berada di luar dikenal sebagai annulus ( shell ), sedangkan bagian dalam dikenal sebagai pipa (tube).
2.2 Prinsip Kerja Heat Exchanger
Heat exchanger adalah heat exchanger antara dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada heat exchanger adalah dinding pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam. Pada heat exchanger ini, terdapat dari dua pipa konsentris, yaitu: annullus/shell (pipa yang berada di luar) dan tube (pipa yang berada di dalam). Berdasarkan jenis alirannya heat exchanger dibagi menjadi tiga, yaitu: A.
Pararel Flow
Kedua fluida ,mengalir dalam heat exchanger dengan aliran yang searah. Kedua fluida memasuki HE dengan perbedaan suhu yang besar. Perbedaan temperatur yang besar akan berkurang seiring dengan semakin besarnya x, jarak pada HE. Temperatur keluaran dari fluida dingin tidak akan melebihi temperatur fluida panas. B.
Counter F low Berlawanan dengan paralel flow, kedua aliran fluida yang mengalir dalam HE masuk dari arah yang berlawanan. Aliran keluaran yang fluida dingin ini suhunya mendekati suhu dari masukan fluida panas sehingga hasil suhu yang didapat lebih efekrif dari paralel flow. Mekanisme perpindahan kalor jenis ini hampir sama dengan paralel flow, dimana aplikasi dari bentuk diferensial dari persamaan steady-state:
dQ U T t a dL "
(1)
dQ
wcdt
(2)
WCdT
5
C.
Cross flow H eat exchanger Dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain. Biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya sistem kondensor uap ( tube and shell heat exchanger ), di mana uap memasuki shell , air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap menjadi cair.
2.3
Komponen Penyusun Heat Exchanger
Komponen-komponen dari penyusun Heat Exchanger , terdiri dari: A.
Shell dan Tube Suatu sillinder yang dilengkapi dengan inlet dan outlet nozzle sebagai tempat keluar masuknya fluida. Ada 2 jenis tube dalam shell , yaitu finned tube (tube yang mempunyai sirip ( fin) pada bagian luar tube) dan bare tube (tube dengan permukaan yang rata)
B.
Tube Sheet Tempat untuk merangkai ujung-ujung tube sehingga menjadi satu yang disebut tube bundle. HE dengan tube lurus pada umumnya menggunakan 2 buah tube sheet. Sedangkan pada tube tipe U menggunakan satu buah tube sheet yang berfungsi untuk menyatukan tube-tube menjadi tube bundle dan sebagai pemisah antara tube side dengan shell side.
C.
Baffle Berfungsi sebagai penyangga tube, menjaga jarak antar tube, menahan vibrasi yang disebabkan oleh aliran fluida, dan mengatur aliran turbulen sehingga perpindahan panas lebih sempurna. Jenis baffle yaitu battle melintang (segmental, dish and doughnut) dan baffle memanjang.
D.
Ti e Rods Batangan besi yang dipasang sejajar dengan tube dan ditempatkan di bagian paling luar dari baffle yang berfungsi sebagai penyangga agar ja rak antara baffle yang satu dengan lainnya tetap.
6
2.4
Jenis-Jenis Heat Exchanger A. Berdasarkan Fungsinya 1)
H eat exchanger Heat exchanger mengontrol kalor antara dua proses aliran: aliran fluida panas yang membutuhkan pendinginan ke aliran fluida temperatur rendah yang membutuhkan pemanasan. Kedua fluida biasanya satu fasa atau suatu fluida yang berbentuk gas dan lainnya berbentuk cairan.
2)
Condenser Condenser adalah tipe lain dimana hidrokarbon atau gas lainnya yang mencair sebagian atau seluruhnya dengan pemindahan panas.
3)
Cooler – Chiller Berfungsi memindahkan panas, baik panas sensibel maupun panas laten fluida yang berbentuk uap kepada media pendingin, sehingga terjadi perubahan fasa uap menjadi cair. Media pendingin biasanya digunakan air atau udara. Condensor biasanya dipasang pada top kolom fraksinasi. Pada beberapa kasus refrijeran biasa digunakan ketika temperatur rendah dibutuhkan. Pendinginan itu sering disebut ‘chiller’.
4)
Reboiler Digunakan untuk menguapkan kembali sebagian cairan pada dasar kolom (bottom) distilasi, sehingga fraksi ringan yang masih ada masih teruapkan. Media pemanas yang digunakan adalah uap ( steam). Reboiler bisa dipanaskan melalui media pemanas atau dipanaskan langsung. Yang terakhir reboilernya adalah furnace atau fire tube
5)
H eater – Superheater Heater digunakan untuk memanaskan fluida yang memiliki viskosit as tinggi baik bahan baku ataupun fluida proses dan biasanya menggunakan steam sebagai pemanas. Superheater memanaskan gas dibawah temperatur jenuh.
7
B. Berdasarkan Konstruksinya 1) Tubular E xchanger
-
Double-pipe Heat exchanger Terdiri dari satu buah pipa yang diletakkan di dalam sebuah pipa lainnya yang berdiameter lebih besar secara konsentris. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa kecil sedangkan fluida yang lain mengalir di bagian luarnya. Pada bagian luar pipa kecil biasanya dipasang fin atau sirip memanjang, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan permukaan perpindahan panas yang lebih l uas. Double pipe ini dapat digunakan untuk memanaskan atau mendinginkan fluida hasil proses yang membutuhkan area perpindahan panas yang kecil (biasanya hanya mencapai 50 m2). Double-pipe Heat exchanger ini juga dapat digunakan untuk mendidihkan atau mengkondensasikan fluida proses tapi dalam jumlah yang sedikit. Kerugian yang ditimbulkan jika memakai Heat exchanger ini adalah kesulitan untuk memindahkan panas dan mahalnya biaya per unit permukaan transfer. Tetapi, double pipe Heat exchanger ini juga memiliki keuntungan yaitu Heat exchanger ini dapat dipasang dengan berbagai macam fitting (ukuran). Pada alat ini, mekanisme perpindahan kalor terjadi secara tidak langsung (indirect contact type), karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida sehingga kedua fluida tidak bercampur. Fluida yang memiliki suhu lebih rendah (fluida pendingin) mengalir melalui pipa kecil, sedangkan fluida dengan suhu yang lebih tinggi mengalir pada pipa yang lebih besar (pipa annulus). Penukar kalor demikian mungkin terdiri dari beberapa lintasan yang disusun dalam susunan vertikal. Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida adalah proses konveksi, sedang proses konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah.
Kelebihan Double-pipe H eat exchanger :
Dapat digunakan untuk fluida yang memiliki tekanan ti nggi.
Mudah dibersihkan pada bagian fitting
Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa
Dapat dipasang secara seri ataupun parallel
Dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan
8
Mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya
Kalkulasi design mudah dibuat dan akurat
Kekurangan Double-pipe H eat exchanger :
Relatif mahal
Terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (<50 m 2)
Biasanya hanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau dikondensasikan.
-
Shell and tube Jenis ini terdiri dari shell yang didalamnya terdapat rangkaian pipa kecil yang disebut tube bundle. Perpindahan panas terjadi antara fluida yang mengalir di dalam tube dan fluida yang mengalir di luar tube (pada shell side). Shell and tube ini merupakan Heat exchanger yang paling banyak digunakan dalam proses-proses industri. Keuntungan Shell and Tube Heat exchanger merupakan Heat exchanger yang paling banyak digunakan di proses-proses industri karena mampu memberikan ratio area perpindahan panas dengan volume dan massa fluida yang cukup kecil. Selain itu juga dapat mengakomodasi ekspansi termal, mudah untuk dibersihkan, dan konstruksinya juga paling murah di antara yang lain. Untuk menjamin bahwa fluida pada shell -side mengalir melintasi tabung dan dengan demikian menyebabkan perpindahan kalor yang lebih tinggi, maka di dalam shell tersebut dipasangkan sekat/penghalang (baffles). Shell and tube ini dibagi lagi sesuai dengan penggunaannya yaitu class R (untuk keperluan proses dengan tekanan tinggi), class C (untuk keperluan proses dengan tekanan dan temperatur menengah dan fluida yang tidak korosif, serta class B (untuk keperluan fluida yang korosif). Proses pertukaran panas pada kedua fluida ini terjadi pada dinding tube dimana terdapat dua proses perpindahan yaitu secara konduksi dan konveksi. Dilihat dari konstruksinya, Heat exchanger tipe Shell and Tube dibedakan atas:
Fixed Tube Sheet Fixed Tube Sheet merupakan jenis shell and tube Heat exchanger yang terdiri dari tube-bundle yang dipasang sejajar dengan shell dan kedua tube sheet
9
menyatu dengan shell . Kelemahan pada tipe ini adalah kesulitan pada penggantian tube dan pembersihan shell .
Floating Tube Sheet Floating Tube Sheet merupakan Heat exchanger yang dirancang dengan salah satu tipe tube sheetnya mengambang, sehingga tube-bundle dapat bergerak di dalam shell jika terjadi pemuaian atau penyusutan karena perubahan suhu. Tipe ini banyak digunakan dalam industri migas karena pemeliharaannya lebih mudah dibandingkan fix tube sheet, karena tube-bundlenya dapat dikeluarkan, dan dapat digunakan pada operasi dengan perbedaan te mperatur antara shell dan tube side di atas 200oF.
U tube/U bundle U tube/U bundle merupakan jenis HE yang hanya mempunyai 1 buah tube sheet , dimana tube dibuat berbentuk U yang ujung-ujungnya disatukan pada tube sheet sehingga biaya yang dibutuhkan paling murah di antara Shell and Tube Heat exchanger yang lain. Tube bundle dapat dikeluarkan dari shell nya setelah channel headnya dilepas. Tipe ini juga dapat digunakan pada tekanan tinggi dan beda temperatur yang tinggi. Masalah yang sering terjadi pada Heat exchanger ini adalah terjadinya erosi pada bagian dalam bengkokan tube yang disebabkan oleh kecepatan aliran dan tekanan di dalam tube, untuk itu fluida yang mengalir dalam tube side haruslah fluida yang tidak mengandung partikel-partikel padat.
2) Spiral tube -
Plate H eat exchanger Kedua aliran masuk dari sudut dan melewati bagian atas dan bawah plat-plat parallel
dengan fluida
panas melewati jalan-jalan (ruang antar plat) genap dan fluida dingin melewati jalan-jalan ganjil. Plat plat
dapat
dipasang
secara
melingkar agar dapat memberikan perpindahan panas yang besar dan
Gambar 3. Plate Heat Exchanger
mencegah terjadinya fouling (deposit yang tidak diinginkan). Plate Heat 10
exchanger juga mudah untuk dilepas dan dipasang kembali sehingga mudah untuk dibersihkan. Heat exchanger ini dibagi atas 3 macam : -
Plate and frame or gasketed plate exchanger Jenis ini terdiri dari bingkai-bingkai dan plat-plat yang disusun rapat, permukaan plat mempunyai alur-alur yang berpasangan sehingga jika dirangkai mempunyai dua aliran. Heat exchanger ini digunakan untuk temperatur dan tekanan rendah seperti mendinginkan cooling water.
-
-
Spir al plate heat exchanger Lamella (ramen) heat exchanger
C. Berdasarkan F low arrangements
Terdapat dua jenis Heat Exchanger berdasarkan flow arrangements yakni single pass dan multiple pass. Pada single pass, kedua fluida melewati sistem hanya satu kali, sedangkan pada multiple pass, salah satu atau kedua fluida mengalir bolak-balik secara zigzag. Pada single pass aliran fluida bisa parallel ataupun berlawanan, sedangkan pada multiple pass merupakan kombinasai keduanya. Fluida juga dapat mengalir secara crossflow. Yang pertama, kedua fluida tidak bercampur, mereka melewati jalan masing-masing tanpa bercampur. Yang kedua, kedua fliuda bercampur tanpa terjadi reaksi kimia. Jika luas shell besar, cross flow akan menghasilkan koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi daripada aliran aksial yang terjadi di dalam tabung double-pipe. D. Berdasarkan Arah Aliran
-
Paralel F low Kedua fluida ,mengalir dalam heat exchanger dengan aliran yang searah. Kedua fluida memasuki HE dengan perbedaan suhu yang besar. Perbedaan temperatur yang besar akan berkurang seiring dengan semakin besarnya x, jarak pada HE. Temperatur keluaran dari fluida dingin tidak akan melebihi temperatur fluida panas.
-
Counter F low Berlawanan dengan paralel flow, kedua aliran fluida yang mengalir dalam HE masuk dari arah yang berlawanan. Aliran keluaran yang fluida dingin ini suhunya mendekati suhu dari masukan fluida panas sehingga hasil suhu yang didapat lebih efekrif dari paralel flow.
-
Cross F low H eat exchanger
11
Dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain. Biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya sistem kondensor uap ( tube and shell Heat exchanger ), di mana uap memasuki shell , air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap menjadi cair. Dari ketiga tipe Heat exchanger tersebut tipe counter flow yang paling efisien ketika kita membandingkan laju perpindahan kalor per unit area. Dengan beda temperatur fluida yang paling maksimal di antara kedua tipe Heat exchanger lainnya, maka beda temperatur rata-rata (log mean temperature difference) akan maksimal dan pada akhirnya laju perpindahan kalor akan maksimal pula.
2.5
Parameter Heat Exchanger A.
Logaritmic Mean Temperature Difference (LMTD) Pada awalnya kita mengandaikan U (bisa juga digantikan oleh
h ) sebagai nilai konstan
(nilai U dapat dilihat pada tabel pada lampiran). U sendiri merupakan koefisien heat transfer overall . Aturan untuk nilai U adalah sebagai berikut : 1. Fluida dengan konduktivitas termal rendah seperti tar, minyak atau gas, biasanya menghasilkan h yang rendah. Ketika fluida tersebut melewati heat exchanger , U akan cenderung untuk turun 2. Kondensasi dan Pemanasan merupakan proses perpindahan kalor yang efektif. Proses ini dapat meningkatkan nilai U. 3. Untuk U yang tinggi, tahanan dalam exchanger pasti rendah 4. Untuk fluida dengan konduktivitas yang tinggi , mempunyai nilai U dan h yang tinggi. Untuk U pada suhu yang hampir konstan, variasi temperatur dari aliran fluida dapat dihitung secara overall heat transfer dalam bentuk perbedaan temperatur rata-rata dari aliran dua fluida, yang dapat dibuat persamaan sebagai berikut : Q UAT mean
(3)
Yang menjadi masalah kali ini adalah bagaimana membuat persama an tersebut menjadi benar. Kita harus dapat menghitung nilai dari ΔT yang diinginkan. Hal ini disebabkan karena terlihat pada grafik mengenai kecenderungan perubahan temperatur fluida akan lebih cepat sejalan dengan posisinya (grafik bisa dilihat dari lampiran). Selain itu pada counterflow dan pararel flow, perhitungan tersebut bisa berbeda. Oleh karena itu perlu dicari suatu persamaan yang dapat menyelesaikan masalah ini. Dengan menurunkan rumus awal sebagai berikut : 12
dQ U (dA)T (mc p ) h dT h
(mc p ) c dT c
(4)
Keterangan : h untuk aliran panas dan c untuk aliran dingin Setelah itu kita menyamakan persamaan antara persamaan untuk counterflow dan persamaan untuk pararel flow dan didapat :
T a T b T T ln( / a b
Q UA
(5)
Dimana ΔTa adalah selisih antara suhu keluaran shell dengan suhu fluida pendingin awal dan ΔTb adalah selisih antara suhu keluaran shell dengan suhu fluida pendingin akhir. Δt mean yang dimaksud dalam persamaan tersebut adalah LMTD, yaitu :
T a T b T mean LMTD ln( / T T a b
(6)
Namun demikian penggunaan LMTD juga cukup terbatas. Kita harus menggunakan faktor koreksi F yang dapat dilihat dalam grafik pada lampiran. Sehingga rumusnya menjadi : Q
C.
UAF ( LMTD)
(7)
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan U ( overall coefficient of heat transfer ),
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U), terdiri dari dua macam yaitu: 1) UC adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor masih baru 2)UD adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor sudah kotor. Secara umum kedua koefisien itu dirumuskan sebagai:
(8)
D.
F ouling R esistance Jika sebuah pipa baru saja digunakan, maka keadaannya masih normal dan bersih
sehingga tidak mengganggu proses perpindahan kalor. Namun pada suatu saat fluida yang 13
terus menerus mengalir dalam pipa akan membentuk seperti sebuah lapisan yang akan mengganggu aliran kalor. Hal inilah yang disebut dengan fouling resistance. Untuk menghitung fouling resistance dapat digunakan rumus berikut ini : R d
1
U D
1
U C
Dimana U pipa yang sudah tua tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : U
1
hi
r i ln( r 0 / r p ) k insulator
1 r j ln( r p / r i )
k pipe
r i r 0 h0
(9)
Rd
Untuk U<<10000 W/m 2 °C fouling mungkin tidak begitu penting, karena hanya menghasilkan resistan yang kecil. Namun pada water to water heat exchanger dimana nilai U disekitar 2000 maka fouling factor akan menjadi penting. Pada finned tube heat exchanger dimana gas panas mengalir di dalam tube dan gas yang dingin mengalir melewatinya, nilai U mungkin sekitar 200, fouling factor akan menjadi signifikan.
Gambar 4. Kekotoran Pipa
E.
Efektivitas H eat exchanger
Efektivitas heat exchanger dapat dirumuskan sebagai berikut : C h T h
in
C min T h
in
T h
ou t
T c
min
C c T c
out
C min T h
in
T c
in
T c
in
(10)
actual heat transferred
max
imum heat that could possibly be transferred from one stream to another
Maka untuk mencari efektifitas untuk paralel single pass HE adalah sebagai berikut :
1 exp (1 C min / C max ) NTU 1 C min / C max
(11)
Sedangkan untuk counterflow adalah sebagai berikut :
14
1 exp (1
C min
1 (C min / C max ) exp (1
/ C max ) NTU
C min
/ C max ) NTU
(12)
Keterangan : NTU (Number of Transfer Unit) bisa didapatkan dari rumus : NTU
UA
C min
(13)
Cmin merupakan nilai C tekecil antara C h dan Cc, sedangkan C max merupakan nilai yang terbesar.
F. Perpindahan Kalor pada Alat Penukar Kalor
(14) Δtm merupakan suhu rata-rata log atau Log Mean Temperature Difference (LMTD). Untuk shell and tube heat exchanger , nilai LMTD harus dikoreksi dengan faktor yang dicari dari grafik yang sesuai (Fig 18 s/d Fig 23 Kern). Caranya adalah dengan menggunakan parameter R dan S.
(15-16) Nilai LMTD dihitung dengan persamaan sbb: Bila UD konstan
Untuk aliran searah (co-current )
Atau
15
Untuk aliran berlawanan arah (Counter Current )
(17) Nilai LMTD yang diperoleh ini harus dikoreksi dengan faktor FT yang dicari dari grafik yang sesuai. Caranya yaitu dengan menggunakan parameter R dan S:
(18-19) Dan harga Δ tm =FT.LMTD
16
Bila UD tidak konstan (berubah) terhadap suhu
Untuk aliran searah atau aliran berlawanan arah, maka persamaan LMTD berupa persamaan implisit:
(20)
17
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1
Alat dan Bahan Seperangkat alat heat exchanger Shell and Tube & Double Pipe
3.2 -
-
Fluida (air)
-
Steam
Prosedur Kerja Proses pertukaran panas pada STHE
Mengalirkan air dingin hingga HE terisi
Mengalirkan steam
Mengatur laju alir steam hingga suhu air panas tidak lebih dari 600C
Mengatur laju alir fluida panas tetap pada 4 LPM
Mengalirkan fluida dingin dengan variasi laju alir dingin 4 LPM, 6 LPM, dan 8 LPM
Mencatat suhu masuk dan keluar tiap aliran fluida
Mengulangi langkah 1-6 pada laju alir fluida dingin tetap 4 LPM degan variasi laju alir fluida panas
18
-
Pengoperasian pada alat STHE Membuka V2 dan menutup V1
Membuka V8 dan V6
Membuka dan mengatur V14
Mengamati temperatur indikator
Mengamati perubahan suhu tiap 2 menit
Melakukan variasi laju alir
-
Proses pertukaran panas DPHE
Menutup valve pembuangan DPHE dan membuka valve sirkulasi
Membuka valve V13 yang merupakan aliran masukan steam sehingga steam mengalir menuju heater
Mengatur V13 agar steam dapat memanaskan air dingin dari V4
Mengamati temperatur indikator baik masukan ataupun keluaran sampai stabil
Mengamai perubahan suhu yang terjadi setiap 2 menit
Melakukan bariasi laju alir
19
BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Data Pengamatan
Tabel 4.1 Data Pengamatan Double Pipe Heat Excharger II Laju Alir Air Panas (L/m)
8,92
8,92
8,92
1,68
1,68
1,68
Laju Alir Air Dingin (L/m)
3
5
7
3
5
7
Air Panas
Air Dingin
Waktu (menit)
T in (oC)
T out (oC)
T in (oC)
T out(oC)
0
50
45
33
41
2
55
49
40
52.5
4
56
50
41
54
6
57
51
42
56
8
57
50
38
56
0
46
40
30
33
2
42
37
30
34
4
41
36
29
35
6
40
35
29
32
8
40
35
26
34
0
46
42
26
29
2
45
41
26
28
4
50
45
26
30
6
54
48
26
30
8
50
45
26
30
0
40
37
28
29
2
38
36
28
29
4
38
36
28
29
6
36
34
28
29
0
36
30
24
26
2
40
30
24
26
4
41
29
21
24
6
41
30
23
26
0
42
32
26
27
2
42
31
26
27
4
44
30
26
27
6
42
30
26
27
20
Tabel 4.2 Data Pengamatan Shell & Tube Heat Excharger (Tipe 1-2) Laju Alir Air Panas (L/m)
Laju Alir Air Dingin (L/m)
3
Air Panas
Air Dingin
T in (oC)
T out (oC)
T in (oC)
T out(oC)
0
46
29
22
28
2
50
34
29
33
4
56
35
29
34
6
58
33
26
32
0
48
35
26
31
2
47
33
26
32
4
48
35
26
31
6
51
36
26
32
0
40
36
27
29
2
40
36
27
28
4
40
36
27
29
6
39
34
27
28
0
42
32
27
29
2
39
32
27
30
4
39
32
27
31
6
37
32
27
30
3
3
6
6
3
6
4.2
Waktu (menit)
6
Hasil Percobaan A. Double Pipe Heat Exchanger
Tabel 4.3 Efisiensi dan Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan pada Double Pipe Heat Excharger II Laju Alir Air Panas (L/m)
8,92
Laju Alir Air Dingin (L/m)
3
Waktu (menit)
Qlepas (kJ)
Qterima (kJ)
η (%)
U (W/m2K)
0
50
45
33
14.6474
2
55
49
40
46.9226
4
56
50
41
53.1875
21
8,92
8,92
1,68
1,68
1,68
5
7
3
5
7
6
57
51
42
73.1514
8
57
50
38
77.5058
0
46
40
30
8.3435
2
42
37
30
17.0131
4
41
36
29
29.4698
6
40
35
29
13.7494
8
40
35
26
34.4870
0
46
42
26
8.1214
2
45
41
26
5.5890
4
50
45
26
9.1618
6
54
48
26
7.7708
8
50
45
26
9.1618
0
40
37
28
1.9191
2
38
36
28
2.2528
4
38
36
28
2.2528
6
36
34
28
2.9484
0
36
30
24
8.1517
2
40
30
24
6.7605
4
41
29
21
8.0280
6
41
30
23
9.1252
0
42
32
26
4.5462
2
42
31
26
4.9058
4
44
30
26
4.9701
6
42
30
26
5.3656
22
-
Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas Tetap
Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
100.00
100.00
80.00
80.00
i s n e i s i f E
i s n e i s i f E
60.00 40.00 20.00
60.00 40.00 20.00
0.00
0.00 0
2
4
6
8
10
0
2
4
Waktu(menit) Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit
Kurva 4.2
Pengaruh Laju Alir Air Panas terhadap Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin Tetap
Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
100.00
100.00
80.00
80.00
i s n e i s i f E
8
Waktu(menit)
Kurva 4.1 -
6
i s n e i s i f E
60.00 40.00
60.00 40.00
20.00
20.00
0.00
0.00 0
2
4
6
8
Waktu(menit)
10
0
2
4
6
8
Waktu(menit)
Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Kurva 4.3
Kurva 4.4
23
10
Efisiensi Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit 80.00 i 60.00 s n e i s 40.00 i f E
20.00 0.00 0
2
4
6
8
Waktu(menit) Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Kurva 4.5 Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas Tetap
-
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
100.0000
10.0000
80.0000
8.0000
60.0000 U
U
40.0000
6.0000 4.0000 2.0000
20.0000
0.0000
0.0000 0
2
4
6
Waktu(menit)
8
10
0
2
4
6
Waktu(menit)
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit
Kurva 4.6
8
Kurva 4.7
24
-
Pengaruh Laju Alir Air Panas terhadap Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin Tetap Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 5 liter/menit
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit 100.0000
40.0000
80.0000 i s n e i s i f E
30.0000
i s n e i s 20.0000 i f E
60.0000 40.0000
10.0000
20.0000 0.0000
0.0000 0
2
4
6
8
10
0
2
4
Waktu(menit)
6
8
10
Waktu(menit)
Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Kurva 4.8
Kurva 4.9 Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Double Pipe Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin 7 liter/menit 10.0000 8.0000 i s n e i s i f E
6.0000 4.0000 2.0000 0.0000 0
2
4
6
8
10
Waktu(menit) Laju Alir Air Panas 8.92 liter/menit Laju Alir Air Panas 1.68 liter/menit
Kurva 4.10
25
Shell and Tube Heat Exchanger Tabel 4.4 Efisiensi dan Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan pada Shell & Tube Heat Excharger (Tipe 1-2) Laju Alir Air Panas (L/m)
3
3
6
6
Laju Alir Air Dingin (L/m)
Waktu (menit)
Qlepas (kJ)
Qterima (kJ)
η (%)
U (W/m2K)
0
210.909
75.0831
35.5998
13.37141
2
198.239
49.9314
25.1875
13.42065
4
259.646
62.4143
24.0382
12.80523
6
308.84
74.9788
24.2775
13.69911
0
161.176
124.965
77.533
31.59387
2
173.702
149.958
86.3302
31.64706
4
161.176
124.965
77.533
31.2265
6
186.539
149.958
80.3893
34.12204
0
99.4588
24.9861
25.1221
10.57628
2
99.4588
12.4931
12.561
11.17534
4
99.4588
24.9861
25.1221
10.79212
6
124.468
12.4931
10.0372
9.961957
0
247.78
49.9722
20.168
19.26852
2
174.255
74.9584
43.0164
23.81151
4
174.255
99.9445
57.3553
24.8571
6
124.503
74.9584
60.2063
18.07911
3
6
3
6
26
-
Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Efisiensi Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas Tetap
Efisiensi Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Efisiensi Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
100 90 80 70 i s 60 n e i s 50 i f E 40 30 20 10 0
70 60 50 i s n 40 e i s i f 30 E
20 10 0 0
2
4
6
8
0
2
4
Waktu (menit)
6
8
Waktu(menit)
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
Kurva 4.11 Kurva 4.12 - Pengaruh Laju Alir Air Panas terhadap Efisiensi Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin Tetap
Efisiensi HE pada Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Efisiensi HE pada Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
40
100 90 80 70 i s 60 n e i s 50 i f E 40 30 20 10 0
35 30 i 25 s n e i s 20 i f E15
10 5 0 0
2
4
6
Waktu (menit)
8
0
2
4
6
Waktu (menit)
Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
Kurva 4.13
8
Kurva 4.14
27
-
Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Panas Tetap
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) pada Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) pada Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
40.000
30.000
35.000
25.000
30.000 20.000
25.000 U20.000
U15.000
15.000
10.000
10.000 5.000
5.000 0.000
0.000 0
2
4
6
8
0
2
Waktu (menit)
6
8
Waktu(menit)
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
Kurva 4.15 -
4
Kurva 4.16
Pengaruh Laju Alir Air Panas terhadap Koefisien Perpindahan Panas Total (U) Shell & Tube Heat Exchanger pada Laju Alir Air Dingin Tetap
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) pada Laju Alir Air Dingin 3 liter/menit
Koefisien Perpindahan Panas Total (U) pada Laju Alir Air Dingin 6 liter/menit
16.000 14.000 12.000 10.000 U 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000
40.000 35.000 30.000 25.000 U20.000 15.000 10.000 5.000 0.000 0
2
4
6
Waktu(menit)
8
0
2
4
6
Waktu (menit)
Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
Laju Alir Air Panas 3 liter/menit
Laju Alir Air Panas 6 liter/menit
Kurva 4.17
8
Kurva 4.18
28
4.3
Pembahasan A. Pembahasan oleh Abdul Faza Mahran o
Double Pipe Heat Exchanger Berdasarkan tabel A yaitu pengaruh lajur alir air dingin terhadap efisiensi
double pipe heat exchanger pada lajur alir air panas tetap dapat disimpulkan bahwa efisiensi lebih besar pada laju alir air dingin yang rendah. Hal tersebut dikarenakan pada laju alir air dingin yang rendah, panas yang diterima oleh air dingin per laju alir akan lebih banyak dibandingkan dengan laju alir air dingin yang lebih besar. Namun, pada laju alir yang rendah nilai total koefisien perpindahan yang dimiliki cenderung kecil karena hambatan panas untuk berpindah lebih kecil. Pada laju alir air dingin yang lebih besar (7 liter/menit) memiliki nilai efisiensi yang lebih kecil dan cenderung fluktuatif. Hal ini dikarenakan perpindahan panas yang akan diserap oleh air dingin akan lebih sedikit, sedangkan beban pemanasan/medium untuk berpindah lebih besar sehingga panas yang dipindahkan/diserap akan lebih sedikit dan effisiensi dihasilkan kecil Berdasarkan tabel B, pada laju air dingin tetap air terlihat bahwa effisiensi memiliki nilai lebih besar pada laju air panas besar (8.92 liter/menit). Pada laju alir tersebut kurva yang dihasilkan pun stabil dalam mengalami penaikkan effisiensi. Hal tersebut karena semakin lama waktu kontak, media perpindahan panas telah mengalami pemanasan pada waktu tertentu sehingga perpindahan yang terjadi akan lebih maksimal dan tidak terdapat hambatan. Selain itu pada lajur alir air panas besar, kalor lepas yang dilepas oleh air akan lebih besar karena tidak akan terjadi akumulasi panas pada titik tertentu karena air terus mengalir dengan laju tinggi. yang lebih kecil memiliki nilai efisiensi yang lebih besar. Walaupun pada laju air panas sempat menyentuh effisiensi yang tinggi namun data tidak stabil dan cenderung fluktuatif. Namun pada alir panas yang kecil ini koefisien perpindahan panas lebih besar. Hal tersebut karena kalor yang dilepas dan diterima untuk menaikkan suhu air dingin per satuan luas lebih banyak. Selain itu pada double pipe heat exhanger 1 dimana memiliki nilai total heat transfer koefisien lebih besar dibanding double pipe heat exchanger 2. Hal tersebut karena double pipe heat exchanger 1 memiliki diameter lebih besar karena mengecilnya luas permukaan mengakibatkan menaiknya nilai reynold dan pressure drop. o
Shell & Tube Heat Exhanger
29
Berdasarkan grafik, pada laju alir dingin lebih besar menunjukkan nilai total heat transfer koefisien perpindahan panas yang lebih besar. Hal tersebut karena kalor yang dipindahkan lebih banyak dan tidak ada akumulasi panas pada titik tertentu karena laju alir besar. Selain itu hambatan panas untuk berpindah lebih kecil. Sedangkan pada laju alir panas lebih besar menunjukkan nilai total heat transfer koefisien yang cenderung kecil. Ketika laju alir air panas dan dingin sebanding yaitu pada laju alir air dingin dan air panas 6 liter/menit menunjukkan nilai total heat transfer yang lebih besar. Hal ini karena pada laju alir panas yang sebanding dengan air dingin, ketika air panas melepas kalor , air dingin akan lebih banyak menyerap kalor pada laju alir besar. B. Pembahasan oleh Afifah Nur Aiman Kurva 4.1 dan 4.2 menunjukkan perubahan efisiensi heat exchanger saat laju alir air dingin beruubah dan laju alir air panas tetap dan kurva 4.3-4.5 menunjukkan pengaruh perubahan laju alir air panas terhadap efisiensi DPHE dengan laju alir air dingin tetap. Dari kurva tersebut, dapat diketahui bahwa selama perubahan waktu, perpindahan panas yang terjadi tidak stabil dikarenakan adanya perubahan debit air panas maupun air dingin yang tidak terkendali selama berjalannya waktu. Sehingga untuk mengetahui pengaruh debit terhapa perpindahan panas, nilai efisiensi dan koefisien perpindahan panas total dirata-ratakan dan dibuat kurva seperti dibawah ini. Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Rata-rata pada DPHE
Pengaruh Laju Alir Air Dingin terhadap Efisiensi Rata-rata pada DPHE 50
60
a t 40 a r a t a 30 R i s n 20 e i s i f 10 E
a 50 t a r a 40 t a R30 i s n e 20 i s i f E10
0
0 0
2
4
6
8
0
2
4
6
Laju Alir Air Dingin
Laju Alir Air Panas
Laju Alir Air Panas 8.92 l/menit
Laju Alir Air Panas 8.92 l/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 l/menit
Laju Alir Air Panas 1.68 l/menit
8
Kurva diatas menunjukkan efisiensi dan koefisien perpindahan panas keseluruhan rata-rata pada double pipe heat exchanger semakin besar jika laju alir 30
air panas lebih besar. Akan tetapi pada laju alir panas yang sama, efisiensi rata-rata akan menurun saat laju alir air dingin dinaikkan. Pada hasil praktikum ini, jika laju alir air panas dinaikkan, perpindahan panas semakin tinggi. Hal ini sesuai dengan teori dimana, semakin tinggi laju alir air maka perpindahan panas akan semakin besar. Hal ini disebabkan jika laju alir air tinggi, nilai Nre juga akan tinggi (turbulen). Jika aliran turbulen maka perpindahan panas akan semakin besar (Geankoplis, 1978). Pada penambahan laju alir air dingin, pada beberapa titik perpindahan panas akan berkurang. Contoh saat laju alir air dingin dinaikkan menjadi 7 l/menit, koefisien perpidahan panas berkurang. Hal ini disebabkan oleh penambahan laju aliran sangat tinggi yang mengakibatkan waktu tinggal semakin berkurang sehingga waktu untuk proses perpindahan panas menjadi lebih pendek. Jadi akan ada titik dimana ketika laju alir air ditambahkan akan terjadi penurunan efisiensi maupun koefisien perpindahan panasnya. Sama seperti pada kurva DPHE, efisiensi dan koefisien perpindahan panas pada kurva 4.11-4.18 tidak konstan selama perubahan waktu sehingga dibuat kurva efisiensi dan koefisien perpindahan panas total rata-rata seperti dibawah ini. Pengaruh Laju Alir Air terhadap Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Rata-rata pada STHE
Pengaruh Laju Alir Air terhadap Efisiensi rata-rata pada STHE 90 80 70 i 60 s n 50 e i s i f 40 E 30 20 10 0
35 30 25
i s n 20 e i s i f 15 E
10 5 0
0
2
4
6
Laju alir air dingin
8
0
2
4
6
8
Laju alir air dingin
Laju alir air panas 3 l/menit
Laju alir air panas 3 l/menit
Laju alir air panas 6 l/menit
Laju alir air panas 6 l/menit
Pada saat laju alir air panas 3 l/menit efisiensi dan koefisien perpindahan panas saat laju alir air dingin 3 l/menit lebih rendah daripada saat 6 l/menit begitu pula saat laju alir air panas dinaikkan menjadi 6 l/menit. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin tinggi laju alir air dingin, perpindahan panas akan semakin tinggi. Akan tetapi pada laju alir air dingin 3 l/menit, perpindahan panas saat laju air panas
31
tinggi lebih kecil. Seperti yang telah dijelaskan pada kurva DPHE, perpindahan panas akan berkurang pada saat laju alir air dinaikkan karena waktu tinggal yang lebih singkat.
C. Pembahasan oleh Agus Hermawan - Double Pipe Heat Exchanger Berdasarkan kurva 4.1 dan 4.2, nilai efisiensi rata-rata yang tertinggi adalah pada laju alir panas tetap 1,68 liter/menit(laju alir panas tetap yang terendah) dan laju alir dingin terendah(3 liter/menit). Hal ini dikarenaka pada laju alir air dingin & laju alir air panas yang rendah dapat memberikan waktu kontak yang relatif lebih lama. Waktu kontak yang lebih lama ini pun dapat mengakibatkan panas yang terserap akan lebih banyak, sehingga efisiensi perpindahan panas pada DPHE akan lebih tinggi. Begitupun yang terjadi pada kurva 4.3, 4.4 dan 4.5 (variasi laju alir air dingin tetap dan laju alir air panas berubah-ubah). Efisiensi rata-rata yang tertinggi adalah pada kurva laju air dingin tetap 3 liter/menit dan laju alir air panas 1,68 liter/menit. Seperti pada kurva 4.1 dan 4.2, efisiensi tertinggi terjadi pada saat pengoperasian laju alir air dingin & laju alir air panas yang terendah, karena pada laju alir air panas yang lebih rendah, panas yang dilepas akan lebih banyak karena terjadi kontak yang efektif. Pada kurva 4.6 dan 4.7 didapat, nilai koefisien perpindahan panas total (U) yang tertinggi adalah pada kurva 4.7 (laju alir panas tetap yang terendah). Hal ini dikarenakan kalor yang dilepas untuk menaikkan suhu air yang lebih dingin lebih banyak. Pada kurva 4.8, 4.9, 4.10, U yang tertinggi adalah pada kurva 4.10 (laju alir air dingin tetap 7 liter/menit & laju alir air panas 8,92 liter/menit), hal ini dikarenakan pada laju alir air dingin yang lebih tinggi memiliki efisiensi yang rendah, sehingga panas yang diserap akan lebih sedikit. Hal ini berkebalikan dengan kurva 4.3, 4.4, dan 4.5 yang mempunyai efisiensi terbesar pada laju alir air panas terendah & laju alir air dingin terendah. 32
-
Shell and Tube Heat Exchanger Pada kurva 4.11 dan 4.12, efisiensi rata-rata terbesar adalah pada kurva 4.11
(laju alir air panas tetap terendah & laju alir air dingin tertinggi), seharusnya efisiensi rata-rata tertinggi terdapat pada laju alir air dingin yang terendah. Hal ini dikarenakan ketergantungan dari kodisi suhu masuk dan keluaran heat exchanger. Hal yang serupa juga terjadi pada kurva 4.14, efisiensi teringgi pada laju alir air dingin tetap tertinggi dan laju alir air panas terendah (seharusnya terjadi pada laju alir air dingin tetap terendah). Konstanta perpindahan panas total (U) rata-rata tertinggi adalah pada kurva 4.17 (pada laju alir air panas tertinggi). Menurut teori pada STHE 1-2 semakin besar laju alir fluida panas, maka nilai LMTD mengalami peningkatan. Nilai LMTD memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap efisiensi.
33
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa 1) Efisiensi dan koefisien perpindahan panas total rata-rata pada DPHE sebagai berikut
Laju Alir Air Panas (L/m)
Laju Alir Air Dingin (L/m)
η rata-rata (%)
U rata-rata (W/m2K)
8,92 3 8.8 53.08294 8,92 5 28.8 20.61256 8,92 7 26 7.96096 1,68 3 28 2.343275 1,68 5 23 8.01635 1,68 7 26 4.946925 2) Efisiensi dan koefisien perpindahan panas total rata -rata pada STHE sebagai berikut Laju Alir Air Laju Alir Air η rata-rata U rata-rata Panas (L/m) Dingin (L/m) (%) (W/m2K) 8,92 3 38.8 53.08294 8,92 5 28.8 20.61256 8,92 7 26 7.96096 1,68 3 28 2.343275 1,68 5 23 8.01635 1,68 7 26 4.946925 3) Pada percobaan ini semakin tinggi laju alir air maka perpindahan panas semakin besar. Akan tetapi pada laju alir air yang sangat tinggi, perpindahan panas berkurang karena waktu tinggal yang lebih pendek. 5.2
Saran
Selama praktikum disarankan untuk selalu melihat rotameter karena laju alir dapat berubah secara tiba-tiba. Selain itu, valve untuk mengalirkan alir ke cooling tower harus selalu dibuka agar air dapat disirkulasi sehingga air untuk proses tidak habis.
34
DAFTAR PUSTAKA
Bizzy, I. Setiadi, R. 2013. Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube Dengan Programheat Transfer Research INC.( HTRI ). Palembang: Universitas Sriwijaya Chemipul. 2015. Heat Exchanger : Alat Penukar Panas. http://chemicalengineeringnow.blogspot.co.id/2015/03/heat-exchanger-alat-penukar panas.html (Diakses 16 Oktober 2017). Geankoplis, Christie J. 1978. Transport Procss and Unit Operations 3 rd ed . London: PrenticeHall International Inc Incopera, Frank P and de Witt. 1990. Fundamentals of Heat Mass Transfer . Michigan University-Wiley. Mc Cabe. W L Smith. JC, Harriot P. Unit operation of Chemical Engineering 6 th ed . Mc GrawHill. New York. 1985. Chapter 11, 12, 15 Veriyawan, Rifnaldi dkk.2014. Optimasi Desain Heat Exchanger Shell-And- Tube Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November _____. 2016. Double Pipe Heat Exchanger . https://www.scribd.com/doc/314600136/DoublePipe-Heat-Exchanger (Diakese 16 Oktober 2017)
35
LAMPIRAN
1. Perhitungan A. Doble Pipe Heat Exchanger - Massa air berdasarkan suhu menggunakan interpolasi nilai ρ Laju Alir Air Panas (L/menit)
8.92
8.92
8.92
1.68
1.68
1.68
ρ (kg/l)
Laju Alir m Air (kg/menit) Dingin (L/menit)
Air Panas ρ (kg/l)
m Waktu (kg/menit) (menit)
Air Dingin
T in Tout T in Tout (oC) (oC) (oC) (oC)
0.9877
8.8103
0.9947
2.9841
0
50
45
33
41
0.9856
8.7916
0.9922
2.9766
2
55
49
40
52.5
0.9851
8.7871
0.9918
2.9754
4
56
50
41
54
0.9846
8.7826
0.9909
2.9727
6
57
51
42
56
0.9873
8.8067
0.9929
2.9787
8
57
50
38
56
0.9885
8.8174
0.994
4.9700
0
46
40
30
33
0.9909
8.8388
0.9956
4.9780
2
42
37
30
34
0.9913
8.8424
0.9958
4.9790
4
41
36
29
35
0.9917
8.8460
0.9958
4.9790
6
40
35
29
32
0.9917
8.8460
0.9966
4.9830
8
40
35
26
34
0.9893
8.8246
0.9966
6.9762
0
46
42
26
29
0.9897
8.8281
0.9966
6.9762
2
45
41
26
28
0.9877
8.8103
0.9966
6.9762
4
50
45
26
30
0.9861
8.7960
0.9966
6.9762
6
54
48
26
30
0.9877
8.8103
0.9966
6.9762
8
50
45
26
30
0.9917
1.6661
0.9961
2.9883
0
40
37
28
29
0.9929
1.6681
0.9961
2.9883
2
38
36
28
29
0.9929
1.6681
0.9961
2.9883
4
38
36
28
29
0.9936
1.6692
0.9961
2.9883
6
36
34
28
29
0.9936
1.6692
0.9971
4.9855
0
36
30
24
26
0.9877
1.6593
0.9971
4.9855
2
40
30
24
26
0.9913
1.6654
0.998
4.9900
4
41
29
21
24
0.9913
1.6654
0.9974
4.9870
6
41
30
23
26
0.9909
1.6647
0.9966
6.9762
0
42
32
26
27
0.9909
1.6647
0.9966
6.9762
2
42
31
26
27
0.9901
1.6634
0.9966
6.9762
4
44
30
26
27
0.9909
1.6647
0.9966
6.9762
6
42
30
26
27
3
5
7
3
5
7
36
-
Efisiensi DPHE Air Panas
Waktu (menit )
Laju Alir
Mass a
Cp
.
Air Dingin ∆T (K)
Qlepas kJ
Laju Alir
Massa
Cp
.
∆T (K)
Qterim a kJ
Efisien si (%)
0
8.810
3.560
5
156.84
2.984
4.1781
8
99.74
63.60
2
8.792
4.183
6
220.66
2.977
4.1788
12.5
155.48
70.46
8.787
4.184
6
220.57
2.975
4.1789
13
161.64
73.28
6
8.783
4.184
6
220.48
2.973
4.179
14
173.92
78.88
8
8.807
4.184
7
257.93
2.979
4.1786
18
224.04
86.86
0
8.817
3.864
6
204.42
4.970
4.1783
3
62.30
30.48
2
8.839
4.178
5
184.65
4.978
4.1783
4
83.20
45.06
8.842
4.244
5
187.61
4.979
4.1788
6
124.84
66.54
6
8.846
4.319
5
191.05
4.979
4.1788
3
62.42
32.67
8
8.846
4.319
5
191.05
4.983
4.1798
8
166.62
87.22
0
8.825
3.864
4
136.39
6.976
4.1798
3
87.48
64.14
2
8.828
3.940
4
139.13
6.976
4.1798
2
58.32
41.92
8.810
3.560
5
156.84
6.976
4.1798
4
116.64
74.37
6
8.796
3.257
6
171.88
6.976
4.1798
4
116.64
67.86
8
8.810
3.560
5
156.84
6.976
4.1798
4
116.64
74.37
0
1.666
4.319
3
21.59
2.988
4.1796
1
12.49
57.85
1.668
4.471
2
14.92
2.988
4.1796
1
12.49
83.73
1.668
4.471
2
14.92
2.988
4.1796
1
12.49
83.73
4
4
4
2 4
8.92
8.92
8.92
1.68
3
5
7
3
37
6
1.669
4.623
2
15.43
2.988
4.1796
1
12.49
80.93
0
1.669
4.623
6
46.30
4.986
4.1803
2
41.68
90.02
2
1.659
4.319
10
71.67
4.986
4.1803
2
41.68
58.16
1.68
5
4
1.665
4.319
12
86.32
4.990
4.1812
3
62.59
72.51
6
1.665
4.244
11
77.74
4.987
4.1807
3
62.55
80.46
0
1.665
4.178
10
69.55
6.976
4.1798
1
29.16
41.92
2
1.665
4.178
11
76.51
6.976
4.1798
1
29.16
38.11
1.68
7
4
1.663
4.016
14
93.52
6.976
4.1798
1
29.16
31.18
6
1.665
4.168
12
83.25
6.976
4.1798
1
29.16
35.02
-
Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Air Panas
Laju Alir Air Panas (L/menit)
8.92
8.92
8.92
Laju Alir Air Dingin (L/menit)
3
5
7
Waktu (menit)
Air Dingin LMTD (oC)
U
(
)
T in (oC)
Tout (oC)
T in (oC)
Tout (oC)
0
50
45
50
45
10.43
14.6474
2
55
49
55
49
5.07
46.9226
4
56
50
56
50
4.65
53.1875
6
57
51
57
51
3.64
73.1514
8
57
50
57
50
4.43
77.5058
0
46
40
46
40
11.43
8.3435
2
42
37
42
37
7.49
17.0131
4
41
36
41
36
6.49
29.4698
6
40
35
40
35
6.95
13.7494
8
40
35
40
35
7.40
34.4870
0
46
42
46
42
16.49
8.1214
2
45
41
45
41
15.98
5.5890
4
50
45
50
45
19.50
9.1618
6
54
48
54
48
22.99
7.7708
2.
38
1.68
3
1.68
5
1.68
7
8
50
45
50
45
19.50
9.1618
0
40
37
40
37
9.97
1.9191
2
38
36
38
36
8.49
2.2528
4
38
36
38
36
8.49
2.2528
6
36
34
36
34
6.49
2.9484
0
36
30
36
30
7.83
8.1517
2
40
30
40
30
9.44
6.7605
4
41
29
41
29
11.94
8.0280
6
41
30
41
30
10.50
9.1252
0
42
32
42
32
9.82
4.5462
2
42
31
42
31
9.10
4.9058
4
44
30
44
30
8.98
4.9701
6
42
30
42
30
8.32
5.3656
B. Shell And Tube Heat Exchanger - Massa Air Laju Alir Air Panas (L/menit)
ρ (kg/l)
Laju Alir m Air (kg/menit) Dingin (L/menit)
m Waktu (kg/menit) (menit)
Air Panas T in (oC)
Air Dingin
Tout T in (oC) (oC)
Tout (oC)
0.9893
2.9679
0.9977
2.9931
0
46
29
22
28
0.9877
2.9631
0.9958
2.9874
2
50
34
29
33
3
3 0.9851
2.9553
0.9958
2.9874
4
56
35
29
34
0.9841
2.9523
0.9966
2.9898
6
58
33
26
32
0.9885
2.9655
0.9966
5.9796
0
48
35
26
31
0.9893
2.9679
0.9966
5.9796
2
47
33
26
32
3
6
ρ (kg/l)
6 0.9885
2.9655
0.9966
5.9796
4
48
35
26
31
0.9913
2.9739
0.9966
5.9796
6
51
36
26
32
0.9917
5.9502
0.9964
2.9892
0
40
36
27
29
0.9917
5.9502
0.9964
2.9892
2
40
36
27
28
0.9917
5.9502
0.9964
2.9892
4
40
36
27
29
3
39
0.9929
5.9574
0.9964
2.9892
6
39
34
27
28
0.9909
5.9454
0.9964
5.9784
0
42
32
27
29
0.9929
5.9574
0.9964
5.9784
2
39
32
27
30
0.9929
5.9574
0.9964
5.9784
4
39
32
27
31
0.9932
5.9592
0.9964
5.9784
6
37
32
27
30
6
6
-
Efisiensi HE Air Panas
Waktu (menit )
Laju Alir
Mass a
Cp
.
Air Dingin ∆T (K)
Qlepa s kJ
Laju Alir
Massa
Cp
.
∆T (K)
Qterim a kJ
Efisiens i (%)
0
2.967
4.180
17
210.9
2.9931
4.181
6
75.08
35.5998
2
2.963
4.181
16
198.2
2.9874
4.179
4
49.93
25.1875
3
3
4
2.955
4.184
21
259.6
2.9874
4.179
5
62.41
24.0382
6
2.952
4.184
25
308.8
2.9898
4.180
6
74.98
24.2775
0
2.965
4.181
13
161.2
5.9796
4.180
5
124.96
77.533
2
2.967
4.181
14
173.7
5.9796
4.180
6
149.96
86.3302
3
6
4
2.965
4.181
13
161.2
5.9796
4.180
5
124.96
77.533
6
2.973
4.182
15
186.5
5.9796
4.180
6
149.96
80.3893
0
5.950
4.179
4
99.5
2.9892
4.179
2
24.99
25.1221
2
5.950
4.179
4
99.5
2.9892
4.179
1
12.49
12.561
6
3
4
5.950
4.179
4
99.5
2.9892
4.179
2
24.99
25.1221
6
5.957
4.179
5
124.5
2.9892
4.179
1
12.49
10.0372
0
5.945
4.168
10
247.8
5.9784
4.179
2
49.97
20.168
5.957
4.179
7
174.3
5.9784
4.179
3
74.96
43.0164
5.957
4.179
7
174.3
5.9784
4.179
4
99.94
57.3553
2 4
6
6
40
6
5.959
Laju Alir Air Panas (L/menit)
8.92
8.92
8.92
1.68
1.68
1.68
4.179
5
124.5
5.9784
4.179
3
74.96
60.2063
Koefisien Perpundahan Panas Keseluruhan (U) Laju Alir Air Dingin (L/menit)
3
5
7
3
5
7
U
Waktu (menit)
LMTD (oC)
Y
0
4.587
0.25
2.83
0.92
4.220
13.371
2
4.829
0.19
4.00
0.76
3.670
13.421
4
5.771
0.19
4.20
0.86
4.946
12.805
6
6.453
0.19
4.17
0.85
5.485
13.699
8
3.847
0.23
2.60
0.85
3.270
31.594
0
3.847
0.29
2.33
0.81
3.116
31.647
2
3.847
0.23
2.60
0.86
3.309
31.227
4
4.096
0.24
2.50
0.84
3.441
34.122
6
2.885
0.15
2.00
1.00
2.885
10.576
8
2.731
0.08
4.00
1.00
2.731
11.175
0
2.885
0.15
2.00
0.98
2.828
10.792
2
2.885
0.08
5.00
0.98
2.828
9.962
4
3.847
0.13
5.00
0.95
3.655
19.269
6
2.885
0.25
2.33
0.82
2.366
23.812
8
2.731
0.33
1.75
0.83
2.266
24.857
0
2.885
0.30
1.67
0.90
2.597
18.079
2
4.587
0.25
2.83
0.92
4.220
13.371
4
4.829
0.19
4.00
0.76
3.670
13.421
6
5.771
0.19
4.20
0.86
4.946
12.805
0
6.453
0.19
4.17
0.85
5.485
13.699
2
3.847
0.23
2.60
0.85
3.270
31.594
4
3.847
0.29
2.33
0.81
3.116
31.647
6
3.847
0.23
2.60
0.86
3.309
31.227
0
4.096
0.24
2.50
0.84
3.441
34.122
2
2.885
0.15
2.00
1.00
2.885
10.576
Z
Ft
∆Tm
(
)
.
41
4
2.731
0.08
4.00
1.00
2.731
11.175
6
2.885
0.15
2.00
0.98
2.828
10.792
2. Skema Alat
42
