Laporan HE (Eka,Gefin,Krisna,Laili)Final

Laporan Praktikum Heat Exchanger BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Salah satu cara yang ditempuh untuk meningkatkan efisiensi thermal adalah dengan mengunakan Alat Penukar Kalor. Adapun beberapa jenis alat penukar kalor yang digunakan adalah superheater, ekonomizer, feed water heater, kondensor, heat exchanger dan lain sebagainya. Untuk menguasai teknik tentang heat exchanger baik dalam pengoperasian maupun perakitan, maka harus memahami prinsip-prinsip dasar cara kerja heat exchanger. Pertukaran kalor terjadi melalui bidang-bidang perpindahan panasnya yang umumnya berupa dinding-dinding pipa atau sirip-sirip (fin) yang dipasang pada pipa. Secara umum perpindahan panas didominasi oleh konveksi dan konduksi dari fluida panas ke fluida dingin, dimana keduanya dipisahkan oleh dinding. Perpindahan panas secara konveksi sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri heat exchanger dan tiga bilangan tak berdimensi, yaitu bilangan Reynold, bilangan Nusselt dan bilangan Prandtl fluida. Besar konveksi yang terjadi dalam tiap jenis heat exchanger untuk beda temperatur yang sama harganya berbeda. Sedang besar ketiga bilangan tak berdimensi tersebut tergantung pada kecepatan aliran serta properti fluida yang meliputi massa jenis, viskositas absolut, panas jenis dan konduktivitas panas. Besar kecepatan aliran menentukan jenis aliran, yaitu aliran laminer atau turbulen. Berangkat dari kondisi ini, disusun hipotesa bahwa kenaikan kecepatan aliran akan meningkatkan efektivitas suatu heat exchanger hingga pada suatu harga tertentu, dan kemudian efektivitas tidak naik lagi melainkan turun.

1.2 Tujuan Praktikum Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja dari alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe Heat Exchanger) yang diperoleh dengan menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi, dan perbandingan untuk aliran searah (cocurrent) dan berlawanan arah (counter current).

1.3 Batasan Masalah Pada praktikum kali ini, membahas tentang alat penukar panas jenis shell and tube heat exchanger, dimana, akan dilihat bagaimana pengaruh kenaikan kecepatan aliran terhadap

efektivitas heat exchanger.

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 1

Laporan Praktikum Heat Exchanger Bab II Teori Dasar

2.1 Pengertian Heat Exchanger Menurut Incropera dan Dewitt (1981), efektivitas suatu heat exchanger didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata) dengan perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. Secara umum pengertian alat penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti

kilang

minyak,

pabrik

kimia

maupun

petrokimia,

industri

gas

alam,

refrigerasi,pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

2. 2 Prinsip Kerja Heat Exchanger

Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger

Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida pada temperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 2

Laporan Praktikum Heat Exchanger a. Secara kontak langsung, panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida. b. Secara kontak tak langsung, perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir. 2.3 Jenis – jenis Heat Exchanger Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminology yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tublar Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperature dan tekanan yang tinggi. Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas heat Exchanger, yaitu : 1. Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya untuk industri minyak dan kimia berat. 2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri. Jenis-jenis Heat Exchanger dapat dibedakan atas : Jenis Shell and Tube Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana didalamnya terdapat suatu bandle (berkas) pipa dengan diameter yang relative kecil. Satu jenis fluida mengalir didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. 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).

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 3

Laporan Praktikum Heat Exchanger

Gambar 2. Konstruksi alat penukar kalor jenis shell and tube Berdasarkan konstruksinya, Heat exchanger tipe Shell and Tube dibedakan atas:



Fixed Tube Sheet Merupakan jenis shell and tube Heat exchanger yang terdiri dari tube-bundle yang

dipasang sejajar dengan shell dan kedua tube sheet menyatu dengan shell. Kelemahan pada tipe ini adalah kesulitan pada penggantian tube dan pembersihan shell.  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 temperatur antara shell dan tube side di atas 200oF. 

U tube/U bundle Jenis ini 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 shellnya 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

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 4

Laporan Praktikum Heat Exchanger Jenis Double Pipe (Pipa Ganda) Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendiri-sendiri. Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini dibentuk menjadi U. pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan memindahkan panas, bagian diluar pipa diberi srip. Bentuk siripnya ada yang memanjang, melingkar dan sebagainya.

Gambar 3. Alat penukar kalor jenis double pipa

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. Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil, mudah dibersihkan pada bagian fitting, Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 5

Laporan Praktikum Heat Exchanger membutuhkan area perpindahan kalor kecil ( 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. h0 = 0,023.Re0,8.Pr0,3.

k De

h0 = 0,023.( 24813,69)0,8.(5,41)0,3.

0, 619 0, 03064

h0 = 2528,38 W/m.0C

ii) Menghitung hi untuk steam Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 610C , didapat properti untuk steam: Cp (kJ/kg.0C)

ρ (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,179

982,76

4,63.10-4

0,659

2,96

W =  .Q = 982,76 kg/m3 . 2,3 x 10-6 m3/s = 2,26.10-3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W   2,26.10-3 kg/s (4,179)(90  32)  (2,26.10-3 kg/s)(334,994)  1,305 kJ / s

Reynold number, Re = De Ge/ = De Ge/ =

De 

  4W  2 2    ( D 2  D1 ) 

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 19

Laporan Praktikum Heat Exchanger Re =

0, 03064  4(2,26.10-3 )    = 444,108 4,63 x 10-4   (0, 0252  0, 0142 ) 

Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR.

Re.Pr .

D D1 0, 014  444,108  2,96   11,36 . ( Re . Pr . 1  10 ). Dengan demikian: L L 1, 62

1 D1  3 k  hi  1,86   Re.Pr .    L  D  1 0,659  1,86 11,361/3  0, 014

hi= 331,533 W/m2.0C

iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni( T = 200C) = 386 W/m0C UC 

1 1 A1 ln r0 / r1  A1 1   hi 2 K L A0 h0

UC 

1 0, 0712ln  0, 0125 / 0, 007  0, 0712 1 1    331,533 2 (3,14 . 386 . 1, 62) 0,1272 2528,38

Uc = 307,86 W/m2.0C q 1,305   1, 251 W / m2 C A  LMTD 0, 0712  (14, 65) 1 1 1 1 Rd      0, 796 m 2oC / W Ud Uc 1, 251 307,86

UD 

B. Aliran dengan Qair = 315 ml/s Qair = 315 ml/s = 3,15.10-4 m3/s Qsteam = jumlah kondensat yang terbentuk/waktu = 2,3 ml/s x 10-6m3/ml = 2,3.10-6 m3/s Tavg water liquid =

Tavg steam

=

Tin  To ut 29  31 = = 30 0C 2 2

Tin  Tout 2

=

91  32 = 61, 50C 2

D = De = (D22 – D12)/2 = (0,0252- 0,0142)/2 = 0,03064 m

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 20

Laporan Praktikum Heat Exchanger LMTD 

LMTD 

(T1  t1 )  (T2  t2 )  (T1  t1 )   ln    (T2  t2 ) 

(91  29)  (32  31)  14, 78o C ln 62 1

 

i) Menghitung ho untuk saturated water: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 31,5 0C , didapat properti untuk water liquid: Cp (kJ/kg.0C)

ρ (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,176

995,26

8,03x10-4

0,619

5,41

W =  .Q = 995,26 kg/m3. 3,15.10-4 m3/s = 0,314 kg/s Reynold number, Re = De Ge/ =

Re =

0, 03064 8, 03.10 4

De 

  4W  2 2    ( D 2  D1 ) 

  4.(0,314)   (0,0252  0,0142 )  = 35577,54  

Karena Reynold number > 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. maka; h0 = 0,023.Re0,8.Pr0,3.

k De

h0= 0,023.(35577,52)0,8.(5,41)0,3.

0, 619 0, 03064

h0= 3373,10 W/m2. 0C

ii) Menghitung hi untuk steam: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 61,5 0C , didapat properti untuk steam: Cp (kJ/kg.0C)

ρ (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,179

982,5

4,6.10-4

0,655

2,93

W =  .Q = 982,5 kg/m3 . 2,3.10-6 m3/s = 2,259.10-3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W   2,259.10-3 . (4,179) . (91  32)  (2,259.10-3 )(334,994)  1,314 J / s

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 21

Laporan Praktikum Heat Exchanger Reynold number, Re = De Ge/ = De Ge/ = 0, 03064 Re = 4, 6.104

 4W De   2 2     ( D 2  D1 ) 

 4(2,259.103 )  = 446,816  2 2    (0, 025  0, 014 ) 

Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR. Re.Pr .

D D1 0, 014  446,816  2,93   11,314 . ( Re . Pr . 1  10 ).Dengan demikian: L L 1, 62 1

D 3 k  hi  1,86   Re.Pr . 1   L  D1  0, 655  1,86 11,3141/ 3  0, 014

hi= 328,187 W/m2.0C

iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni( T = 200C) = 386 W/m0C UC 

1 1 A1 ln r0 / r1  A1 1   hi 2 K L A0 h0

UC 

1 0, 0712ln  0, 0125 / 0, 007  0, 0712 1 1    328,187 2 (3,14 .386.1, 62) 0,1272 3373,10

Uc= 310,25W/m2.0C q 1,314   1, 248 W / m2 C A  LMTD 0, 0712  (14, 78) 1 1 1 1 Rd      0, 798 m 2oC / W Ud Uc 1, 248 310, 25

UD 

C. Aliran dengan Qair = 337.53 ml/s λ = 80 cal/kg(asumsi saat steam masuk, berada pada keadaan steam jenuh seluruhnya) Qair

= 337,53 ml/s = 3,33753x10-4 m3/s

Qsteam = jumlah kondensat yang terbentuk = 2,30 ml/s = 2,30 ml/s x 10-6 m3/ml= 2,30x10-6 m3/s

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 22

Laporan Praktikum Heat Exchanger Tavg water liquid =

Tin T out 30  32 = = 31 0C 2 2

Tavg steam

91 42 Tin  Tout = = 62,5 0C 2 2

=

D = De = (D22 – D12)/D1 = (0,0252- 0,0142)/0,014 = 0,03064 m

LMTD 

LMTD 

(T1  t1 )  (T2  t2 )  (T1  t1 )   ln    (T2  t2 ) 

(91  30)  (42  32)



ln 61 10)



 28, 20o C

i) Menghitung ho untuk saturated water Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 31 0C , didapat properti untuk water liquid: Cp (kJ/kg.0C) 4.175

ρ (kg/m3) 995.09

 (kg/m.s) 7.86x10

-4

k (W/m.0C) 0.621

Pr 5.28

W saturated water=  .Q = 995,09 kg/m3. 3,33753.10-4 m3/s s = 0,33 kg/s Reynold number, Re = De Ge/ =

De 

  4W  2 2    ( D 2  D1 ) 

 4(0.33kg / s)  Re= 0.03064 = 38179.74 2 2  4  7.86.10   (0.025  0.014 )   Karena Reynold number > 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. maka : h0 = 0,023.Re0,8.Pr0,3.

k De

h0 = 0,023.(38179.74)0,8.(5.28)0,3.

0, 621 0, 03064

h0 = 3554.571 W/m.0C ii) Menghitung hi untuk steam Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 62,5 0C , didapat 23roperty untuk steam: Cp (kJ/kg.0C) 4,180

ρ (kg/m3)

 (kg/m.s)

983

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

4,52.10

-4

k (W/m.0C)

Pr

0,656

2,88

Page 23

Laporan Praktikum Heat Exchanger Wsteam =  .Q = 983 kg/m3 . 2,30x10-6 m3/s = 2,26.10-3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W   2,26.10-3 (4,180)(91  42)  (2,26.10-3 )(334,994)  1, 219 kJ / s

Reynold number, Re = De Ge/ = De Ge/ =

Re =

 4W De   2 2     ( D 2  D1 ) 

0, 03064  4(2, 26.103 )  = 454,68 4, 52.10 4   (0, 0252  0, 0142 ) 

 Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR. maka: Re.Pr .

D1 0, 014  454, 68  2,88   11,316 . L 1, 62

( Re . Pr .

D1  10 ). Dengan demikian: L 1

D 3 k  hi  1,86   Re.Pr. 1   L  D1  0, 656 hi  1,86 11,3161/ 3  0, 014

hi= 195,667 W/m2°C

iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni( T = 200C) = 386 W/m0C UC 

1 1 A1 ln r0 / r1  A1 1   hi 2 K L A0 h0

UC 

1 0, 0712 ln  0, 0125 / 0, 007  0, 0712 1 1    195, 667 2 (3,14 .386.1, 62) 0,1272 3554,571

UC= 189.440 W/m2.0C UD 

q 1, 219   0, 6071 W / m2 C A  LMTD 0, 0712  (28, 20)

Rd 

1 1 1 1     1.642 m 2 oC / W Ud Uc 0, 6071 189, 440

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 24

Laporan Praktikum Heat Exchanger COUNTER-CURRENT FLOW

Gambar 8. Counter current flow

A. Aliran dengan Qair =240 ml/s Qair

= 240 ml/s = 2,4.10-4 m3/s

Q steam = jumlah kondensat yang terjadi = 2,3 ml/s x 10-6 m3/ml = 2,3.10-6 m3/s Tavg water liquid = Tavg steam =

Tin  Tout 28  39 = = 33,5 0C 2 2

99  30 Tin  Tout = = 64,5 0C 2 2

D = De = (D22 – D12)/2 = (0,0252- 0,0142)/2 = 0,03064 m

(T1  t 2 )  (T2  t1 )  (T  t )  ln  1 2   (T2  t1 ) 

LMTD 

LMTD 

(99  39)  (30  28)  17, 05o C ln 60 2

 

i) Menghitung ho untuk saturated water: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 33,5 0C , didapat properti untuk water liquid: Cp (kJ/kg.0C)

 (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,174

994,46

7,46.10-4

0,625

4,98

Wsaturated water =  .Q saturated water = 994,46 kg/m3. 2,4.10-4 m3/s = 0,24 kg/s

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 25

Laporan Praktikum Heat Exchanger Reynold number, Re = De Ge/ =

Re =

0, 03064 7, 46.10 4

 4W De   2 2     ( D 2  D1 ) 

  4.0, 24   (0,0252  0,0142 )  = 29255,94  

 Karena Reynold number > 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. sehingga : k De

h0 = 0,023.Re0,8.Pr0,3.

h0= 0,023.( 29255,94)0,8 .(4,98)0,3.

0, 625 0, 03064

h0= 2840,920 W/m.0C

ii) Menghitung hi untuk steam: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 64,50C , didapat properti untuk steam: Cp (kJ/kg.0C)

 (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,182

980,86

4,38.10-4

0,658

2,783

Wsteam =  .Qsteam = 980,86 kg/m3. 2,3.10-6 m3/s = 2,256.10-3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W   2, 256.103.(4,182)(99  30)  (2, 256.103 )(334,994)  1, 407 kJ / s

Reynold number, Re = De Ge/ =

Re =

0, 03064 4,38.10 4

De 

  4W  2 2    ( D 2  D1 ) 

 4.2, 256.103    (0, 0252  0, 0142 )  = 467,766  

 Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR. Re.Pr .

D1 0, 014 D  467, 766  2, 783   11, 25 ( Re . Pr . 1 10 ). Dengan demikian: L 1, 62 L 1

D 3 k  hi  1,86   Re.Pr . 1   L  D1  0, 658 hi  1,86 11, 251/ 3  0, 014 hi = 195,882 W

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 26

Laporan Praktikum Heat Exchanger iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni ( T = 200C) = 386 W/m0C Uc 

1 1 A1 ln r0 / r1  A1 1   hi 2 K L A0 h0

Uc 

1 0, 0712 ln  0, 0125 / 0, 007  0, 0712 1 1    195,882 2  (386)( 1, 62) 0,1272 2840,920

UC= 188,229 W/m2.0C UD 

q 1, 407   1.159 W / m 2 C A  LMTD 0, 0712  (17, 05)

Rd 

1 1 1 1     0,858 m2 oC / W Ud Uc 1,159 188, 229

B. Aliran dengan Qair = 306,67 ml/s Qair

= 306,67 ml/s = 3,0667 .10-4 m3/s

Q steam = jumlah kondensat yang terjadi = 2,3 ml/s x 10-6 m3/ml = 2,3.10-6 m3/s Tavg water liquid =

Tin T out 29  38 = = 33,50C 2 2

Tavg steam

98  31 Tin  Tout = = 64,50C 2 2

=

D = De = (D22 – D12)/2 = (0,0252- 0,0142)/2 = 0,03064 m

LMTD 

LMTD 

(T1  t 2 )  (T2  t1 )  (T  t )  ln  1 2   (T2  t1 ) 

(98  38)  (31  29)  17.05o C 60 ln( ) 2

i) Menghitung ho untuk saturated water: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 33,5 0C, didapat properti untuk water liquid: Cp (kJ/kg.0C)

 (kg/m3)

4,174

994,5

 (kg/m.s) 7,46.10-4

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

k (W/m.0C)

Pr

0,625

4,984

Page 27

Laporan Praktikum Heat Exchanger W =  .Q = 994,5 kg/m3 . 3,0667 .10-4 m3/s = 0,30 kg/s Reynold number, Re = De Ge/ =

Re =

De 

  4W  2 2    ( D 2  D1 ) 

 4.0,30 0,03064  = 37196,24 4  2 2  7,46 .10   (0,025  0,014 ) 

Karena Reynold number > 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. maka: h0 = 0,023.Re0,8.Pr0,3.

k De

h0= 0,023.( 37196,24)0,8’(4,984)0,3.

0,625 0,03064

h0= 3243,72 W/m.0C

ii) Menghitung hi untuk steam: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 64,50C, didapat properti untuk steam: Cp (kJ/kg0C)

 (kg/m3)

 (kg/ms)

k (W/m0C)

Pr

4,181

980,87

4,378.10-4

0,658

2,783

W =  .Q = 980,87 kg/m3. 2,3.10-6 m3/s= 2,26 .10 -3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W  2,26 .10 3 (4,181)(98  31)  (2,2610 3 )(334 ,994 )  1,3902 J / s

Reynold number, Re = De Ge/ =

Re=

 4W De  2 2    ( D2  D1 

0,03064  4 x2.26.103    = 469,457 4,38 .10  4   (0,0252  0,0142 ) 

Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR. Re . Pr .

D D1 0,014  469 .457  2,783   11,291 . ( Re . Pr . 1  10 ).Dengan demikian: L L 1,62

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 28

Laporan Praktikum Heat Exchanger 1

D 3 k  hi  1.86   Re.Pr . 1   L  D1  0.658 hi  1.86 11, 2911/ 3  0, 014 hi = 194.54 W/m2.0C

iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni (T = 200C) = 386 W/m0C Uc 

1 1 A1 ln r0 / r1  A1 1   hi 2 K L A0 h0

Uc 

1 1 0,0712 ln 0,0125 / 0,007  0,0712 1    194 ,54 2  (386 )( 162 ) 0,1272 3243,72

Uc= 188,22 W/m2.0C UD 

Rd 

q 1.3902   1,145 W / m 2 C A  LMTD 0.0712  (17 ,05 ) o 1 1 1 1     0,868 m 2 C / W Ud Uc 1,145 188 ,22

C. Aliran dengan Qair =340 ml/s Qair

= 340 ml/s = 3,40.10-4 m3/s

Q steam = jumlah kondensat yang terjadi = 2,3 ml/s x 10-6 m3/ml = 2,3.10-6 m3/s Tavg water liquid =

Tin  Tout 28  39 =  33,5C 2 2

Tavg steam

99  30 Tin  Tout =  64,5C 2 2

=

D = De = (D22 – D12)/2 = (0,0252- 0,0142)/2 = 0,03064 m

LMTD 

LMTD 

(T1  t 2 )  (T2  t1 )  (T  t )  ln  1 2   (T2  t1 ) 

(99  39)  (30  28)  17, 05o C 60 ln 2

 

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 29

Laporan Praktikum Heat Exchanger i) Menghitung ho untuk saturated water: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 33,5 0C , didapat properti untuk water liquid: Cp (kJ/kg.0C)

 (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,174

994.46

7.46.10-4

0.625

4.98

W =  .Q = 994,46 kg/m3 . 3,40.10-4 m3/s = 0,3381 kg/s Reynold number,  4W De   2 2     ( D 2  D1 ) 

Re = De Ge/ =

Re=

0, 03064 7, 46.104

  4.0,3381   (0, 0252  0, 0142 )   41235, 20  

Karena Reynold number > 10000 , maka alirannya ialah aliran TURBULEN. h 0 = 0,023.Re0,8 .Pr 0,3 h 0 =0,023.(41235,20)0,8 .(4,98) 0,3

0, 625 0, 03064

h 0  3738,54 W/m.C

ii) Menghitung hi untuk steam: Dari tabel A-9 (buku Holman) pada Tavg = 64,50C , didapat properti untuk steam: Cp (kJ/kg.0C)

 (kg/m3)

 (kg/m.s)

k (W/m.0C)

Pr

4,182

980,868

4,38.10-4

0,658

2,783

W =  .Q = 980,868 kg/m3. 2,3.10-6 m3/s = 2,26. 10-3 kg/s q  W .Cp.(T1  T2 )  W   2, 26.103 (4,182)(99  30)  (2, 26.103 )(334,994)  1, 41 J / s

Reynold number, Re = De Ge/ =

Re =

0, 03064 4,38.10 4

 4W De   2 2     ( D 2  D1 )    4.2, 26 x10 3  469, 457  2 2    (0, 025  0, 014 ) 

Karena Reynold number < 2100 , maka alirannya ialah aliran LAMINAR.

Re.Pr .

D1 D 0, 014  469, 457 x2,783x  11, 29 (Re.Pr . 1  10) Dengan demikian: L 1, 62 L

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 30

Laporan Praktikum Heat Exchanger 1

D 3 k  hi  1,86   Re.Pr . 1   L  D1  1/ 3

0, 014  0, 658  hi  1,86   469, 457.2,783.   1, 62  0, 014  2 hi  194,54 W / m C

iii) Menentukan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan (U) Dari tabel A-2 (buku Holman), didapatkan bahwa KCu murni ( T = 200C) = 386 W/m0C

Uc 

1 1 A1 ln  r0 / r1  A1 1   hi 2  K L A0 h0

Uc 

1 0, 0712 ln  0, 0125 / 0, 007  0, 0712 1 1    194,54 2  (386)( 1, 62) 0,1272 3738,54

U c  188, 659 W / m 2 .C UD 

q 1, 41   1,161 W / m2 C A  LMTD 0, 0712  (17, 05)

Rd 

1 1 1 1     0.856 W/m2oC Ud Uc 1,161 188, 659

Sehingga dari perhitungan-perhitungan di atas, jika dirangkum didapatkan tabel hasil sebagai berikut : Aliran

co-current

countercurrent

Data ke-

Q air Q (ml/s) kondensat (ml/s)

LMTD

ho (W/m.0C)

hi (W/m. 0C)

Uc Ud 2 (W/m . (W/m2. 0C) 0C)

Rd

1

220

2,3

14,65

2528,38

331,533

307,86

1, 251

0,796

2

315

2,3

14,78

3373,10

328,187

310,250

1,248

0,798

3

337,53

2,3

28,20

3554,571

195,882

189,440

0,6071

1,642

1

240

2,3

17,05

2840,920

195,882

188,229

1,159

0,858

2

306,67

2,3

17,05

3243,72

194,54

188,22

1,145

0,868

3

340

2.3

17,05

3738,54

194,54

188,659

1,161

0,856

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 31

Laporan Praktikum Heat Exchanger 4. 1.2 Penentuan Nilai Keefektifan (ε) dan NTU Secara Perhitungan CO-CURRENT FLOW A. Aliran dengan Qair = 220 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water

Steam

Temperatur

Cp(kJ/kg0C)

C(kJ/0C)

Cp(kJ/kg0C)

C(kJ/0C)

Inlet

4,177

0,9147

4,201

9,49.10-3

Outlet

4,175

0,9143

4,174

9,43.10-3

Dimana :

Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin = 9,43.10-3 dan Cmax = 0.9147 C* =

C min 9, 43.10 3 = = 0,0103 0,9147 C max

co-current = NTU =

Th1  Th 2 90  32 = = 0,716 x100% = 71,6% Th1  Tc1 90  29

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  0, 0103)0, 716] = = 1,272 1  0, 0103 1 C *

B. Aliran dengan Qair = 315 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water 0

Steam 0

0

Temperatur

Cp (kJ/kg C)

C (kJ/ C)

Cp (kJ/kg C)

C (kJ/0C)

Inlet

4,177

1,311

4,202

9,49.10-3

Outlet

4,174

1,310

4,174

9,43.10-3

Dimana :

Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin = 9,43.10-3 C* =

dan Cmax = 1,311

C min 9, 43.10 3 = = 7,19.10-3 1,311 C max

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 32

Laporan Praktikum Heat Exchanger co-current =

NTU =

Th1  Th 2 91  32 = = 0,9516 x100% = 95,16 % Th1  Tc1 91  29

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  7,19.10 3 )0,9516] = = 3.16 1  7,19.10 3 1 C *

C. Aliran dengan Qair = 337,53 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water 0

Steam 0

0

Temperatur

Cp(kJ/kg C)

C(kJ/ C)

Cp(kJ/kg C)

C(kJ/0C)

Inlet

4,176

1,378

4,201

9,492.10-3

Outlet

4,174

1,377

4,174

9,433.10-3

Dimana :

W saturated water =  .Q = 995.09 kg/m3. 3,33753.10-4 m3/s s = 0.33 kg/s Wsteam=  .Q = 983 kg/m3 . 2,30x10-6 m3/s = 2,26.10-3 kg/s Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin = 9,433.10-3 dan Cmax =1,378 C min 9, 433.10 3 C* = = = 6,845.10-3 1,378 C max

co-current =

NTU =

Th1  Th 2 91  42 x100% = x100% = 80,33% Th1  Tc1 91  30

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  6,845.10 3 )0,8033] = = 1,64 1  6,845.10 3 1 C *

COUNTER-CURRENT FLOW A. Aliran dengan Qair =240 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water

Steam

Temperatur

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Inlet

4,178

1,003

4,210

9,498.10-3

Outlet

4,174

1,002

4,176

9,421.10-3

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 33

Laporan Praktikum Heat Exchanger Dimana :

Wsaturated water =  .Q = 994,46 kg/m3. 2,4.10-4 m3/s = 0,24 kg/s Wsteam =  .Q = 980,86 kg/m3. 2,3.10-6 m3/s = 2,256.10-3 kg/s Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin =9,421.10-3dan Cmax =1,003 C* =

9,421.10 -3 C min = = 9,393.10-3 1, 003 C max

counter =

NTU =

Th1  Th 2 99  30 100% = x100% = 97,18 % Th1  Tc1 99  28

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  9,393.10 3 )0,9718] = = 3,923 1  9,393.10 3 1 C *

B. Aliran dengan Qair = 166,67 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water

Steam

Temperatur

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Inlet

4,231

1.2693

4,174

0,009433

Outlet

4,212

1.2636

4,227

0,009553

Dimana :

Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin = 0,00943 dan Cmax = 1.2693 C* =

C min 0,00943 = = 0,00743 C max 1.2693

counter = NTU =

Th1  Th 2 98  31 = = 0,971 x100% = 97,10% Th1  Tc1 98  29

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  0,00743 )0,9710 ] = = 3,79 1  0,00743 1 C *

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 34

Laporan Praktikum Heat Exchanger C. Aliran dengan Qair = 340 ml/s Dari tabel A-9 (buku Holman) , didapat: Saturated Water

Steam

Temperatur

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Cp (kJ/kg0C)

C (kJ/0C)

Inlet

4,178

1,413

4,210

9,515.10-3

Outlet

4,174

1,411

4,178

9,442.10-3

Dimana :

Terlihat di atas bahwa yang merupakan fluida minimum adalah steam, sehingga: Cmin = 9,442x10-3dan Cmax = 1,413 C* =

C min 9,442.10-3   6, 68.103 C max 1, 413

 counter = NTU 

Th1  Th 2 99  30   0,972 x100%  97, 2% Th1  Tc1 99  28

 ln[1  (1  C*) ]  ln[1  (1  6, 68.103 )0,972]   3,814 1 C * 1  6, 68.103

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 35

Laporan Praktikum Heat Exchanger 4.2 ANALISIS 4.2.1 Analisis Percobaan Pada praktikum Heat exchanger kali bertujuan Untuk mengetahui unjuk kerja dari alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe Heat Exchanger) yang diperoleh dengan menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi, dan perbandingan untuk aliran searah (cocurrent) dan berlawanan arah (counter current). Dalam melakukan praktikum ini ada beberpa analisa yang dilakukan yaitu : analisis percobaan

analisis perhitungan

analisis data

analisis kesalahan.

analisis alat Analisis ini dilakukan selama percobaan yang dilakukan berdasarkan pengamatan terhadap analisis percobaan, analisis data, analisis alat, analisis perhitungan, dan analisis kesalahan. Hal-hal yang kami analisa seperti : Mengetahui prinsip kerja double pipe Membandingkan aliran searah dan berlawanan arah Adapun dibawah ini akan kami jelaskan mengenai : 1. Prinsip kerja double pipe 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. Keistimewaan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi, dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil, mudah dibersihkan pada bagian fitting, Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang

Ekstensi Teknik Kimia Universitas Indonesia

Page 36

Laporan Praktikum Heat Exchanger membutuhkan area perpindahan kalor kecil (