LABORATORIUM LABORATORIUM PILOT PLANT SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2017/2018
MODUL
: Shell & Tube dan Double Pipe Heat Exchanger
PEMBIMBING
: Ir. Umar Chayam
Oleh
Nabila Fatin Kamilasari
Kelompok
: VIII (delapan)
Kelas
: 3A D3 Teknik Kimia
:
(151411021)
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
BAB IV DATA PENGAMATAN & PERHITUNGAN
4.1 Shell and Tube H eat E xchanger 4.1.1 Kalibrasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Air Pemanas (liter/menit)
8
Laju Alir Air Pendingin pada Flow meter (liter/menit) 4 6 8 10 12
Ember kosong (kg)
Berat laju alir air pendingin + ember (kg/s)
Densitas Air Pendingin (kg/m3)
Laju Alir Air Pendingin Aktual (liter/menit)
0,00052 0,00052 0,00052 0,00052 0,00052
0,111948 0,161948 0,173948 0,215948 0,277948
1000 1000 1000 1000 1000
6,71688 9,71688 10,43688 12,95688 16,67688
4.1.2 Kalor Pada Air Panas dan Dingin Suhu Fluida Panas (oC)
Suhu Fluida Dingin (oC)
Laju Alir Air Pemanas (kg/s)
Laju Alir Air Pendingin (kg/s)
Thi
Tho
Tci
0,15748
0,111948 0,161948 0,173948 0,215948 0,277948
44 38 44 46 31
34 34 33 32 30
22 22 22 22 22
Tco
Cp Air Panas (Kj/Kg)
Cp Air Dingin (Kj/Kg)
Panas Dilepas Air Panas (Qhot) (kJ/menit)
Panas Diterima Air Dingin (kJ/menit)
30 31 30 24 26
4,1810 4,1810 4,1810 4,1810 4,1830
4,1778 4,1778 4,1778 4,1778 4,1778
6,5842 2,6337 7,2427 9,2179 0,6587
3,7416 6,0893 5,8138 1,8044 4,6448
4.1.3 Koefisien Pindah Panas (U) Pada Variasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Air Pemanas (l/menit)
8
Laju Alir Air Pendingin (l/menit)
Suhu Fluida Panas (oC)
Suhu Fluida Dingin (oC)
Thi
Tho
Tci
Tco
6,71688
44
34
22
9,71688
38
34
22
U (W/m2. K)
ΔT1
ΔT2
ΔTlmd
z
y
Ft
ΔTm
A (m3)
30
14
12
12,974 32
1,25
0,36 363 6
0,96
12,45 535
29
0,0103 81
31
7
12
9,2764 98
0,44 444 4
0,56 25
0,94
8,719 908
29
0,0241 32
1,37 5
0,91
11,32 019
29
0,0177 47
0,5
7,609 796
29
0,0081 94
0,99
6,319 1
29
0,0253 46
10,43688
44
33
22
30
14
11
12,439 77
12,95688
46
32
22
24
22
10
15,219 59
7
16,67688
31
30
22
26
5
8
6,3829 29
0,25
0,36 363 6 0,08 333 3 0,44 444 4
4.1.4 Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Air Pendingin (l/menit) 6,71688 9,71688 10,43688 12,95688 16,67688
Laju Alir Air Pemanas (l/menit)
8
Panas Dilepas Air Panas (Qhot) (kJ/menit) 6,5842 2,6337 7,2427 9,2179 0,6587
Panas Diterima Air Dingin (kJ/menit) 3,7416 6,0893 5,8138 1,8044 4,6448
Efisiensi Panas Efisiensi Panas (η) (%) 43,17382846 -131,2065743 19,72897411 80,42538549 -605,1049466
4.1.5 Grafik Kalibrasi Laju Alir Pendingin
Grafik Kalibrasi Laju Alir Air Pendingin ) t i 18 n e 16 m / l ( 14 l a u t 12 k A 10 n i g 8 n i d n 6 e P r i 4 A r i 2 l A 0 u j a 0 L
y = 1.158x + 2.0369 R² = 0.9593
2
4
6
8
10
12
14
Laju Alir Air Pendingin Pada Flowmeter (l/menit) Gambar 1. Kalibrasi Laju Ali Air Pendingin
4.1.6 Grafik Energi Dalam (U) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
0.03
Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Koefisien Pindah Panas(U)
) K .0.025 2 m / W0.02 ( ) U ( s0.015 a n a P 0.01 h a d n i0.005 P n e i s 0 i f e 0 o K
y = 0.0007x + 0.0116 R² = 0.0808
2 4 6 8 10 12 Laju Alir Air Pendingin Pada Flowmeter (l/menit)
Gambar 2. Koefisien Pindah Panas pada Variasi Laju Alir Pendingin
14
4.1.7 Grafik Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Efisiensi Panas
y = -54.246x + 315.37 R² = 0.3658
200 ) η ( s a n a P i s n e i s i f E
100 0 -100 0
2
4
6
8
10
12
-200 -300 -400 -500 -600 -700
Laju Alir Air Pendingin Pada Flowmeter (l/menit) Gambar 3. Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
4.2 Double Pipe H eat E xchanger 4.2.1 Kalibrasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Pada Flowmeter
Aktual
(LPM)
(kg/s)
(LPM)
3
0.09948
5.989734121
6
0.13148
7.916468056
9
0.19948
12.01077767
12
0.25948
15.6234038
15
0.31948
19.23602992
4.2.2 Kalibrasi Laju Alir Pemanas Laju Alir Pada Flowmeter
Aktual
(LPM)
(kg/s)
(LPM)
3
0.36148
21.82279194
6
0.34948
21.09834383
9
0.33148
20.01167166
12
0.32948
19.89093031
15
0.30748
18.56277544
14
4.2.3 Kalor Pada Air Panas dan Dingin Suhu Fluida Panas (oC)
Suhu Fluida Dingin (oC)
Laju Alir Air Pemanas (kg/s)
Laju Alir Air Pendingin (kg/s)
Thi
Tho
Tci
Tco
0.36148 0.34948 0.33148 0.32948 0.30748
0.09948 0.13148 0.19948 0.25948 0.31948
38 30 30 25 28
37 30 30 26 29
22 23 23 23 23
23 24 24 23 24
Cp Air Panas (Kj/Kg)
Cp Air Dingin (Kj/Kg)
4.1800 4.1800 4.1810 4.1797 4.1797
Panas Dilepas Air Panas (Qhot) (kJ/menit)
Panas Diterima Air Dingin (kJ/menit)
21.1538 8.7650 8.3155 4.1314 6.4259
6.6497 3.8451 5.8337 2.1681 6.6736
4.1778 4.1778 4.1778 4.1778 4.1778
4.2.4 Koefisien Pindah Panas (U) Pada Variasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Air Pemanas (l/menit) 21.82279194 21.09834383 20.01167166 19.89093031 18.56277544
Laju Alir Air Pendingin (l/menit) 5.989734121 7.916468056 12.01077767 15.6234038 19.23602992
Suhu Fluida Panas (oC) Thi Tho 38 37 30 30 30 30 25 26 28 29
Suhu Fluida Dingin (oC) Tci Tco 22 23 23 24 23 24 23 23 23 24
ΔT1
ΔT2
ΔTlmd
A (m3)
U (W/m2.K)
14 6 6 3 5
16 7 7 2 5
14.9778 6.48716 6.48716 2.4663 -
0.1934 0.1934 0.1934 0.1934 0.1934
0,010381 0,024132 0,017747 0,008194 -
4.2.5 Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin Laju Alir Air Pemanas (l/menit)
21.82279194 21.09834383 20.01167166 19.89093031 18.56277544
Laju Alir Air Pendingin (l/menit) 5.989734121 7.916468056 12.01077767 15.6234038 19.23602992
Panas Dilepas Air Panas (Qhot) (kJ/menit) 21.1538 8.7650 8.3155 4.1314 6.4259
Panas Diterima Air Dingin (kJ/menit) 6.6497 3.8451 5.8337 2.1681 6.6736
4.2.6 Grafik Kalibrasi Laju Alir Pendingin & Laju Alir Pemanas
Efisiensi Panas (η) (%)
31.4351 43.8688 70.1546 52.4791 103.855
Grafik Kalibrasi Laju Alir Air Pendingin 25 ) M P L 20 ( n i g n i d15 n e P r 10 i A r i k A 5 u j a L 0
y = 1.14x + 1.8954 R² = 0.9898
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Laju Alir Air Pendingin Flowmeter (LPM) Gambar 4. Kalibrasi Laju Alir Pendingin
Grafik Kalibrasi Laju Alir Air Pemanas ) 22 M P L 21 ( s a n a 20 m e P r i 19 A r i l A u18 j a 0 L
y = -0.2576x + 22.596 R² = 0.9597
2
4
6
8
10
12
14
16
Laju Alir Air Pemanas (LPM) Gambar 5. Kalibrasi Laju Alir Pemanas
4.2.7 Grafik Koefisien Pindah Panas (U) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Koefisien Pindah Panas (U)
) K . 2 0.03 m / W0.025 ( ) U ( s 0.02 a n a 0.015 P h a d 0.01 n i P 0.005 n e i s i 0 f e 0 o K
y = -0.0004x + 0.0184 R² = 0.0529 Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Koefisien Pindah Panas (U)
5
10
15
Linear (Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Koefisien Pindah Panas (U) )
Laju Alir Pendingin (l/min) Gambar 6. Koefisienb Pindah Panas (U) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
4.2.8 Grafik Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
Pengaruh Laju Alir Air Pendingin Terhadap Efisiensi Panas
120 100
y = 4.4638x + 6.1 R² = 0.7455
( s 80 a n a P 60 i s n e i s i 40 f E 20
0 0
5
10
15
20
Laju Alir Air Pendingin Flowmeter (LPM) Gambar 7. Efisiensi Panas (η) Pada Variasi Laju Alir Pendingin
25
BAB V PEMBAHASAN
Pembahasan Oleh Nabila Fatin Kamilasari (151411021)
Pada praktikum Heat Exchanger yang digunakan adalah tipe Shell and Tube 2-1 dengan aliran counter current dan tipe Double Pipe dengan aliran co current . Air panas (Hot) dialirkan pada shell, sedangkan air dingin (Cold) dialirkan pada tube. Perpindahan panas pada heat exchanger dapat terjadi akibat adanya driving force berupa perbedaan suhu antara fluida panas dan fluida dingin. Semakin besarnya perbedaan suhu (driving force) maka semakin besar pula kalor yang diberikan/diterima. Fluida yang digunakan adalah air dingin dan air panas (air dingin yang dipanaskan oleh steam). Perpindahan panas akan menyebabkan penurunan suhu pada air panas (Hot) dan kenaikan suhu pada air dingin (Cold). Sebelum melakukan proses pertukaran panas, hal yang paling penting dilakukan adalah mengkalibrasi variabel yang akan kita variasikan. Tujuannya yaitu untuk mengetahui nilai aktual dari variabel tersebut.Variabel yang dikalibrasi pada tipe Shell and Tube yaitu laju alir air pendingin. Variabel yang dikalibrasi pada ti pe Double Pipe yaitu laju alir air pendingin, namun kita tetap melakukan pengukuran laju alir aktual air pemanas. Hasil kalibrasi pada tipe Shell and Tube dapat dilihat dari gambar 1. Sedangkan hasil kalibrasi pada tipe Double Pipe daoat dilihat dari gambar 4 dan gambar 5. Salah satu faktor yang mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi adalah nilai laju alir dari setiap fluida, Laju alir fluida akan mempengaruhi besar waktu kontak fluida panas dan dingin dalam Heat Exchangers yang artinya juga berpengaruh pada nilai Q yang dilepaskan dan yang diterima fluida. Untuk mengetahui pengaruh tersebut, maka pada tipe Shell and Tube dilakukan variasi terhadap laju aliran masuk air dingin sebesar 4 l/min, 6 l/min, 8 l/min, 10 l/min, dan 12 l/min. Sedangkan pada double pipe variasi laju alir dingin sebesar 3 l/min, 6 l/min, 9 l/min, 12 l/min, dan 15 l/min.
Effisiensi Pindah Panas Effisiensi pindah panas menyatakan perbandingan antara kalor yang dilepaskan oleh air panas dengan kalor yang diterima oleh air dingin. Menurut teori, jika nilai pindah panas konveksi dari alat sempurna atau diasumsikan tidak mempengaruhi perpindahan panas maka panas yang diterima air dingin harus sama dengan panas yang dilepaskan oleh air panas.
Berdasarkan data pengamatan, pada tipe Shell and Tube efisiensi panas terbesar yaitu pada laju alir air pendingin 10 l/menit dengan efisiensi 80%. Sedangkan pada tipe Double Pipe efisiensi panas terbesar yaitu 9 l/menit yaitu sebesar 70%. Namun baik tipe Shell and Tube maupun tipe Double Pipe memiliki nilai efisiensi yang lebih dari 100% dan kurang dari 0% pada variasi tertentu. Nilai ini dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 7. Menurut literatur efisiensi tidak mungkin melebihi 100% dan kurang dari 0%. Hal ini menandakan adanya ketidaksesuaian pada alat heat exchanger, apabila di analisis hal tersebut dapat terjadi karena pada kenyataannya, untuk membuat sistem terisolasi dari lingkungan tidak lah mudah, sehingga terdapat kalor yang dilepas ke lingkungan ataupun kalor yang diterima dari lingkungan. Selain itu, karena air umpan tidak diolah terlebih dahulu, kemungkinan telah terjadi kerak maupun karat dalam shell ataupun tube sangatlah besar sehingga menyebabkan proses perpindahan panas nya tidak optimum.
Pengaruh nilai U terhadap Laju Alir Berdasarkan data didapatkan bahwa koefisien perpindahan panas (U) berhubungan dengan laju alir fluida. Dimana semakin besar laju alir fluida maka akan semakin besar pula koefisien perpindahan panasnya (U). Hal ini dikarenakan besarnya aliran akan menambahkan beban panas terhadap Heat exchanger. Nilai koefisien perpindahan panas (U) terbesar pada tipe Shell and Tube yaitu 0,025346 W/m 2.K pada laju alir air pendingin sebesar 12 l/min. Sedangkan Nilai koefisie n perpindahan panas (U) terbesar pada tipe Double Pipe yaitu 0,024132 W/m2.K pada laju alir air pendingin sebesar 6 l/min
Jika dibandingkan nilai koefisien pindah panas (U) dan efisiensi pada tipe Shell and Tube dengan tipe Double Pipe, nilai terbesar yaitu ada pada tipe Shell and Tube. Hal ini dapat disebabkan karena aliran pada tipe Shell and Tube yaitu counter current sedangkan tipe Double Pipe adalah co current. Secara teoritis perpindahan panas akan lebih optimal jika aliran yang digunakan adalah aliran counter current.
Kesimpulan Oleh Nabila Fatin Kamilasari (151411021)
1. Nilai koefisien pindah panas (U) terbesar pada tipe Shell and Tube yaitu sebesar 0,025346 W/m 2.K pada laju alir air pendingin sebesar 12 l/min, sedangkan nilai koefisien pindah panas (U) terbeser pada tipe Shell and Tube yaitu 0,024132 W/m2.K pada laju alir air pendingin sebesar 6 l/min. 2. Nilai efisiensi panas terbesar pada tipe Shell and Tube yaitu sebesar 80% pada laju alir air pendingin 10 l/menit, Nilai efisiensi panas terbesar pada tipe Shell and Tube yaitu sebesar 70% pada laju alir air pendingin 9 l/menit. 3. Nilai efisiensi dan koefisien pindah panas (U) pada Shell and Tube counter current menunjukkan lebih baik dibandingkan nilai nilai efisiensi dan koefisien pindah panas (U) pada Double Pipe co current.
