Laporan Resmi Praktikum Simulasi Proses

 

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM SIMULASI PROSES

SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER 1

Disusun oleh :

Kelompok : III/3C D4 TKI

DOSEN PEMBIMBING Profiyanti Hermien Suharti, ST.,MT

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI MALANG 2019

 

1.  Tujuan Percobaan : a.  Mengetahui pengaruh perubahan flowrate perubahan flowrate dari fluida panas dan dingin terhadap ΔThot,  ΔTcold, Qe, Qa dan efisiensi overall   ((η).  b.  Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Overall  pada STHE dengan menggunakan  perhitungan ΔTlm.  2.  Dasar Teori Shell and Tube Heat Exchanger umumnya digunakan pada industri kimia dan makanan. Alat penukar panas ini terdiri dari sejumlah tube yang disusun secara parallel dan dikelilingi oleh shell yang silindris. Transfer panas terjadi antara fluida yang mengalir dalam tube dengan fluida lain yang mengalir melewati cylindrical shell di bagian luar tube. Selain shell dan tube, alat penukar panas (STHE) ini juga dilengkapi dengan baffle di dalam shell yang berfungsi untuk meningkatkan kecepatan alir fluida dan laju transfer panas. STHE yang digunakan dalam praktikum ini terdiri dari 1 shell; 7 tube; 2 baffle yang melintang dalam shell.

Perpindahan Panas pada Shell and Tube Heat Exchanger Pada alat penukar panas (STHE) terdapat dua aliran yang dapat dilakukan, yaitu counter-current dan co-current. Untuk aliran countercurrent, fluida panas dan dingin mengalir ke arah yang berlawanan melintasi permukaan perpindahan panas (dua aliran fluida masuk ke heat exchanger pada ujung yang berlawanan). Fluida panas melewati tujuh tube secara paralel, fluida dingin melewati tabung sebanyak tiga kali melalui baffle di dalam shell. Untuk aliran cocurrent, fluida panas mengalir dengan arah yang y ang sama dengan fuida dingin melintasi permukaan perpindahan panas (dua aliran fluida masuk ke heat exchanger pada ujung yang searah)

 

  3.  Hasil Praktikum

 

4.  Pembahasan

Pada praktikum ini dilakukan percobaan Shell and Tube Heat Exchanger 1  1  dengan menggunakan alat  HT30XC Heat Exchanger Armfield dimana praktikum ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh antara perubahan flowrate perubahan flowrate  dari fluida panas dan fluida dingin terhadap ΔT hot, ΔTcold, Qe, Qa dan efisiensi overall dan menentukan koefisien perpindahan overall  pada   pada sistem Shell and Tube Heat Exchanger dengan menggunakan perhitungan ΔTlm. Dalam suatu shell and tube heat exchanger, fluida yang satu mengalir dalam pipa-pipa kecil (tube) dan fluida yang lain mengalir melalui selongsong (shell). Perpindahan panas dapat terjadi di antara kedua fluida, dimana panas akan mengalir dari d ari fluida bersuhu lebih tinggi ke fluida bersuhu lebih rendah. Pada percobaan ini diberi 2 variabel dan dilakukan 5 kali running   untuk variabel Fhot konstan dan 3 kali running untuk variabel Fcold konstan.Untuk percobaan dengan variabel Fhot konstan, digunakan set digunakan  set point  berupa   berupa suhu sebesar 50°C dengan tipe aliran countercurrent flow, flow, diberikan juga 5 variabel untuk running  yaitu  yaitu dengan mengatur manual output  sebesar  sebesar 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, dan 100%. Dari data yang didapatkan, berikut grafik yang dihasilkan :

Grafik ΔThot terhadap flowrate hot  (F cold=konstan) 2.5 2    t    o     h 1.5    T    a    t     l 1    e     d

Series1

0.5 0 4.54

4.56

4.58

4.6

4.62

4.64

4.66

Laju Alir hot

Grafik 1. Perbandingan ΔThot terhadap flowrate terhadap flowrate hot  

 

Grafik ΔTcold terhadap flowrate hot  (F cold=konstan) 10 8     d     l    o    c    T    a    t     l    e     d

6 4

Series1

2 0 4.54

4.56

4.58

4.6

4.62

4.64

4.66

Laju Alir hot

  Grafik 2. Perbandingan ΔTcold terhadap flowrate terhadap flowrate hot Berdasarkan grafik yang kelompok kami dapatkan, dapat dilihat bahwa terdapat hubungan antara ΔT dengan flowrate dengan flowrate hot. Pada grafik 1, ΔThot semakin lama semakin naik, dan pada grafik 2, ΔTcold terdapat penurunan walaupun di akhir grafik terdapat kenaikan. Perbedaan ini dikarenakan ketika fluida dialirkan melewati heater akan merubah suhu fluida tersebut. Fluida yang telah memiliki suhu rendah akan memiliki suhu yang lebih tinggi sehingga grafik pada ΔThot akan semakin naik, kebalikannya apabila fluida yang mengalir memiliki suhu rendah maka grafik yang dihasilkan akan semakin turun.

Grafik Qa terhadap flowrate hot  (F cold=konstan) 0.025 0.02 0.015

   e    Q

0.01

Series1

0.005

0 4.54

4.56

4.58

4.6

4.62

4.64

4.66

Laju Alir hot

Grafik 3. Perbandingan Qa terhadap  terhadap flowrate  flowrate hot  

 

Grafik Qe terhadap flowrate hot  (F cold=konstan) 0.077 0.0765    a    Q

0.076

0.0755

Series1

0.075 0.0745 4.54

4.56

4.58

4.6

4.62

4.64

4.66

Laju Alir hot

  Grafik 4. Perbandingan Qe terhadap  terhadap flowrate  flowrate hot Pada grafik diatas adalah perbandingan nilai Qa dan Qe terhadap flowrate terhadap  flowrate hot . Qa adalah panas yang terserap oleh fluida dingin, dan Qe adalah panas yang dikeluarkan dari fluida panas.Terjadi kenaikan pada kedua grafik, sehingga seiring besarnya nilai  flowrate hot  yang  yang diberikan maka semakin besar pula nilai Qa dan Qe yang dihasilkan. Namun dapat dilihat bahwa nilai Qe yang dihasilkan lebih besar dibanding nilai Qa. Hal ini dikarenakan  peningkatan flowrate  peningkatan  flowrate cold  maka   maka panas yang dikeluarkan oleh fluida panas semakin lama semakin besar, sedangkan panas yang diserap oleh fluida akan semakin kecil. Hubungan laju alir massa fluida yang besar akan menaikkan menaikk an laju perpindahan panas.

Grafik Efisiensi Overall terhadap  flowrate hot  (F cold=konstan) 100     )    %     (    i    s    n    e    i    s    i     f    E

80 60 40 Series1

20 0 4.54

4.56

4.58

4.6

4.62

4.64

4.66

Laju Alir hot

Grafik 5. Perbandingan efisiensi terhadap flowrate terhadap flowrate hot  

 

Berdasarkan percobaan dan perhitungan yang telah kami lakukan, didapat efisiensi keseluruhan. Semakin tinggi  flowrate hot   maka semakin tinggi juga efisiensi yang didapatkan. Pada titik pertama dan kedua yaitu pada variabel manual output  50%  50% 60%, dan 70% didapat hanya sedikit perbedaan, namun ketika diberikan manual output  sebesar  sebesar 80% terdapat perbedaan yang cukup tinggi sehingga grafik efisiensi yang dihasilkan memiliki kenaikan yang cukup tinggi. Pada praktikum ke 2 diberi 2 variabel dan dilakukan 3 kali running  untuk   untuk variabel Fcold konstan dan 5 kali running untuk variabel Fhot konstan.Untuk percobaan dengan variabel Fcold konstan, digunakan set digunakan  set point  berupa   berupa suhu sebesar 40°C dengan tipe aliran countercurrent flow, flow, diberikan juga 5 variabel untuk running  yaitu  yaitu dengan mengatur manual output  sebesar  sebesar 25%, 30% dan 35%. Dari data yang didapatkan, berikut grafik yang dihasilkan :

Grafik ΔTcold Vs Flowrate Hot (Fcold = Konstan) 7.6 7.4 7.2 7 6.8 6.6 6.4 6.2 6 0.03

0.032

0.034

0.036

0.038

0.04

0.042

0.044

0.046

0.048

0.05

Gambar 6. Kurva ΔThot terhadap flowrate terhadap flowrate hot saat saat flowrate  flowrate cold  cold  konstan  konstan

 

Grafik ΔThot Vs Flowrate Hot (Fcold = Konstan) 2.95 2.9 2.85 2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2.55 2.5 2.45 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

 

Gambar 7. Kurva ΔTcold terhadap flowrate terhadap flowrate hot saat saat flowrate  konstan  flowrate cold  cold  konstan Berdasarkan gambar 6 dan 7 dapat dilihat bahwa hubungan antara ΔT  dengan flowrate  hot terdapat perbedaan garis pada kurva. Untuk gambar gambar 6 Nilai dari ΔT

terhadap f lowrate   semakin lama semakin lowrate hot  semakin cold

naik namun terjadi penurun yang tidak tidak banyak dangambar 7 menunjukkan nilai nilai ΔTcold terhadap f lowrate  lowrate  hot  semakin  semakin lama semakin naik. Hal ini dikarenakan suhu pada T3 dan T4 yang berlaku sebagai Tcold yang mengalami kenaikan suhu. suhu.

Grafik Qe Vs Flowrate Hot (Fcold = Konstan) 0.52 0.5 0.48 0.46 0.44 0.42 0.4 0.38 0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

Gambar 8. Kurva Qe terhadap flowrate terhadap flowrate hot  saat flowrate  saat flowrate cold   konstan cold  konstan

 

Grafik Qa Vs Flowrate Hot (Fcold = Konstan) 0.46 0.44 0.42 0.4 0.38 0.36 0.34 0.32 0.3 0.28 0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

 

Gambar 9. Kurva Qa terhadap flowrate terhadap flowrate hot  saat flowrate  saat flowrate cold  cold  konstan  konstan Berdasarkan gambar 8 dan 9 dapat dilihat bahwa nilai dari Qe dan Qa terhadap f lowrate  lowrate hot  semakin  semakin lama semakin naik. Seiring besarnya nilai flowrate hot yang diberikan, semakin besar pula nilai Qe dan Qa yang dihasilkan. Namun dari grafik dapat dilihat jika nilai Qe lebih besar daripada nilai Qa. Hal ini dikarenakan oleh peningkatan peningkatan flowrate  flowrate cold, maka panas yang dilepaskan oleh fluida panas semakin lama semakin besar, sedangkan panas yang diterima fluida semakin kecil. Hal ini bisa dikatakan sudah sesuai dengan literatur bahwa “Kenaikan  flowrate  flowrate   air panas mengakibatkan kenaikan laju perpindahan kalor. Hal ini disebabkan oleh semakin meningkatnya kuantitas partikel air panas yang mengalami kontak dengan dinding pipa sebelah dalam, sehingga semakin banyak energi kalor yang ditransferkan oleh partikelpartikel air panas ke dinding pipa” (Mufid,2011). Hubungan laju alir massa fluida dengan laju alir perpindahan panas adalah bahwa laju alir massa fluida yang besar akan menaikkan laju perpindahan panas.

 

Grafik Efficiency Vs Flowrate Hot (Fcold = Konstan) 0.88 0.86 0.84 0.82 0.8 0.78 0.76 0.74 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

 

Gambar 10. Kurva efisiensi terhadap flowrate terhadap flowrate hot  saat flowrate  saat flowrate cold  konstan  konstan Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa nilai dari efisiensi terhadap terhadap flowrate  flowrate cold menunjukkan garis yang semakin naik, hal ini ini berarti bahwa semakin besar flowrate besar  flowrate hot yang terjadi maka semakin besar nilai efisiensinya. Dari pernyataan diatas dapat dikatakan bahwa dengan dengan flowrate  flowrate hot yang besar dapat dihasilkan nilai efisiensi yang kecil. 4. Daftar Pustaka

Tim Dosen Teknik Kimia POLINEMA. 2018. Modul Ajar Praktikum Simulasi Proses. Malang: POLINEMA Coughanowr, Donald R., dan Steven E. LeBlanc. 2009.  Process Systems Analysis and Control: Third Edition. Edition. New York: McGraw-Hill