![Laporan Praktikum Heat Exchanger [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/laporan-praktikum-heat-exchanger.jpg)
26 0 1 MB
Laporan Praktikum Instruksional I HEAT EXCHANGER
Oleh 1. Kintan Adisthy Putri
(1915041005)
2. M. Rafli Akbar
(1915041029)
3. Amelia Oktaviani
(1915041032)
4. Hamdani Firmansyah
(1915041041)
5. Desra Nursaputri
(1915041052)
6. Mutia Sulha
(1915041064)
Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung Bandar Lampung 2021
i
DAFTAR ISI
COVER .................................................................................................................................i DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................... 4 BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ....................................................................... 9 BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ......................................... 11 BAB V KESIMPULAN ................................................................................................. 16 DAFTA PUSTAKA ........................................................................................................... 17 LAMPIRAN ....................................................................................................................... 18
ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Heat exchanger adalah alat yang digunakan untuk menukarkan energi dalam bentuk panas antar fluida yang berbeda temperature, yang dapat terjadi kontak langsung maupun kontak secara tak langsung. Fluida yang bertukar energi dapat berupa fluida yang sama fasanya (cair kecair atau gas ke gas ) atau fluida yang berbeda fasanya. Alat penukar panas ini biasanya dirancang agar proses perpindahan panas antar fluida dapat berjalan seefisien mungkin. Heat Exchanger memindahkan panas dari suatu sistem ke sistem lainnya tanpa terjadi perpindahan massa dari sistem ke sistem lainnya. Karena merupakan perpindahan panas, maka selalu dipengaruhi oleh temperatur. Dengan adanya perubahan temperatur pada fluida panas atau dingin, menunjukkan adanya transfer panas pada sistem. Jenis yang paling sederhana dan umum dari Heat Exchanger adalah tipe pipa ganda (double pipe exchanger) dan pada praktikum kali ini kita juga menggunakan tipe double pipe exchanger.
1.2 Tujuan Percobaan Adapun tujuan percobaan Heat Exchanger ini adalah : 1. Mempelajari laju perpindahan panas 2. Mempelajari koefisien over all transfer panas 3. Mempelajari efektifitas HE
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah Ilmu termodinamika yang membahas tentang transisi kuantitatif dan penyusunan ulang energi panas dalam suatu tubuh materi. perpindahan panas adalah ilmu yang berkaitan dengan nilai perubahan panas antara tubuh panas dan dingin yang berasal dari sumber dan penerima. Ketika satu pon air menguap atau kondensasi, energi akan mengalami perubahan baik proses identik. Nilai dimana baik proses dapat dibuat untuk kemajuan dengan sumber independen atau penerima namun, secara inheren sangat berbeda. Penguapan umumnya merupakan fenomena yang jauh lebih cepat dibandingkan kondensasi. (Kern, Donald. Q.,1965)
2.2 Mekanisme Pepindahan Panas Transfer energi dalam bentuk panas banyak terjadi dalam proses kimia. Perpindahan panas terjadi karena perbedaan temperatur dan aliran panas dari daerah yang tinggi ke daerahyang rendah. Perpindahan panas mungkin dapat terjadi oleh satu atau lebih dari mekanismedasar dari perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. a. Konduksi Panas dapat dikonduksi melalui zat padat, liquid dan gas. Contohnya adalah perpindahan panas melalui dinding exchangers atau alat pendingin, pengolahan besi danlain-lain.
b. Konveksi Perpindahan panas melalui konveksi melibatkan perpindahan panas dan pencampuran dari element mikroskopis dari bagian hangat
4
dan bagian
dingin
dari
gas atauliquid. Contohnya
adalah
kehilangan panas dari radiator mobil, pendinginan darisecangkir kopi dan lain-lain.
c. Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi melalui suatu ruangan karena adanyagelombang elektromagnet. Contohnya adalah pemindahan panas ke bumi pemanasan fluida pada koil dari tabung furnace dan lain-lain. ( Geankoplis, 2003) Pada proses industri perpindahan panas diantara dua fluida secara umum dikerjakanoleh alat perpindahan panas (heat exchanger).
Pemindahan panas
terjadi dari fluida panas kedinding tabung oleh konveksi, melalui dinding tabung atau plate dengan konduksi laludengan konveksi ke fluida dingin. ( Geankoplis, 2003)
2.3 Alat penukar panas (Heat Exchanger) Alat penukar panas (Heat Exchanger) dibedakan menjadi: a. Penukar panas pipa ganda (double pipe heat exchanger) Penukar paling sederhana adalah pipa ganda atau pipa penukar konsentris. Dimana arus satu cairan di dalam satu pipa dan cairan lainnya dalam ruang anular antara dua pipa. Cairan dapat searah atau aliran berlawanan. Exchanger dapat dibuat dari sepasang panjang tunggal pipa dengan fitting di ujung atau dari sejumlah pipa yang saling berhubungan secara seri. Jenis alat penukar ini berguna terutama untuk laju aliran kecil.
b. Penukar panas tipe shell dan tube (shell and tube heat exchanger)
5
Jika arus yang lebih besar yang terlibat, penukar panas shell dan tube digunakan, yang merupakan jenis yang paling penting dari penukar panas yang digunakan di industri. Penukar panas ini menggunakan arus yang kontinyu. Banyak tabung secara paralel digunakan di mana satu cairan mengalir di dalam tabung tersebut. Tabung diatur dalam sebuah kemasan, yang menyertakan di shell tunggal dan aliran fluida lain di luar tabung di sisi shell. (Geankoplis, 1993).
2.4 Kemampuan Menerima Panas Kemampuan untuk menerima panas dipengaruhi oleh 3 hal a. Koefisien overall perpindahan panas (U) Koefisien overall perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi. b. Luas bidang yang tegak lurus terhadap arah perpindahan panas Karena luas perpindahan panas tidak konstan, sehingga dalam praktek dipilih luas perpindahan panas berdasarkan luas dinding bagian luar. c. Selisih temperatur rata-rata logaritmik (ΔT LMTD) LMTD : perbedaan temperatur yang dipukul rata-rata setiap bagian HE. Karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama. (Indra Wibawa Dwi)
2.5 Tipe Heat Exchanger Salah satu jenis alat penukar panas telah disebutkan, bahwa dari pengaturan double pipa seperti yang ditunjukkan pada. Kontra flow atau paralel flow dapat digunakan dalam jenis alat penukar panas, dengan fluida panas atau
6
dingin menempati ruang annular dan fluida lainnya menempati bagian dalam pipa. Suatu jenis alat penukar panas yang banyak digunakan dalam proses industri kimiaadalah Shell and Tube Heat Exchanger. satu fluida mengalir di bagian dalam tabung, sedangkan fluida lainnya melalui shell di luar tabung. Untuk memastikan bahwa bagian shell cairan akan mengalir di tabung sehingga mendorong perpindahan panas yang lebih tinggi, baffles ditempatkan di shell seperti yang ditunjukkan dalam angka. Tergantung pada pengaturan ujung kepala heat exchanger, satu atau lebih melewati tabung dapat dimanfaatkan. (J.P. Holman, 2002)
2.6 Keuntungan shell & tube exchanger a. Memiliki permukaan perpindahan panas persatuan volume yang lebih
besar. b. Mempunyai susunan mekanik yang baik dengan bentuk yang cukup
baik untuk operasi bertekanan. c. Tersedia dalam berbagai bahan konstruksi.
d. Prosedur pengopersian lebih mudah. e. Metode perancangan yang lebih baik telah tersedia. f. Pembersihan dapat dilakukan dengan mudah (Indra Wibawa Dwi)
2.7 Penentuan fluida dalam shell atau tube a. Fluida bertekanan tinggi dialirkan di dalam tube karena tube standar
cukup kuat menahan tekanan yang tinggi. b. Fluida berpotensi fouling dialirkan di dalam tube agar pembersihan
lebih mudah dilakukan. c. Fluida korosif dialirkan di dalam tube karena pengaliran di dalam
shell membutuhkan bahan konstruksi yang mahal yang lebih banyak.
7
d. Fluida bertemperature tinggi dan diinginkan untuk memanfaatkan
panasnya dialirkan di dalam tube karena dengan ini kehilangan panas dapat dihindarkan. e. Fluida dengan viscositas yang lebih rendah dialirkan di dalam tube
karena pengaliran fluida dengan viscositas tinggi di dalam penampang alir yang kecil membutuhkan energi yang lebih besar. Fluida dengan viskositas tinggi ditempatkan di shell karena dapat digunakan baffle untuk menambah laju perpindahan. f.
Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam tube. Diameter tube yang kecil menyebabkan kecepatan linier fluida (velocity) masih cukup tinggi, sehingga menghambat fouling dan mempercepat perpindahan panas.
g. Fluida yang mempunyai volume besar dilewatkan melalui tube, karena adanya cukup ruangan. (Indra Wibawa Dwi)
8
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan antara lain : 1. Double pipe Heat Exchangers 2. Termometer 3. Manometer 4. Stopwatch 5. Penggaris 6. Gelas Ukur 1000 ml 7. Kompor gas dan lpg
Bahan-bahan yang digunakan antara lain : 1. Air
3.2 Prosedur Percobaan 1. Pelaksanaan Percobaan Periksa Setiap Bagian Pada Alat yang akan digunakan
Temperature fluida panas dan fluida dingin diatur sesuai dengan yang ditugaskan
Laju alir fluida panas dan fluida dingin diatur sehingga didapatkan nilai laju alir tertentu
9
Fluida panas dan fluida dingin dialirkan secara counter current dengan tetap menjaga temperature masuk fluida panas.
Perubahan temperature masing-masing fluida dicatat
Ukur nilai delta h fluida panas dan fluida dingin pada manometer U
Setelah praktikum selesai, bersihkan dan rapikan kembali alatalat yang digunakan
10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengamatan
Fluida Dingin
∆H (CM)
t (s) V
Q(ml/s)
Fluida Panas
V (ml)
Q(ml/s)
15
500
33,33
(ml/s) t (s)
(ml) 0,6
15
220
14,667
10,89
0,6
15
120
8
15
510
34
0,6
15
150
10
15
510
34
0,4
4
190
47,5
15
410
27,33
0,4
4
180
45
15
380
25,33
0,4
4
125
31,25
15
370
24,67
0,2
4
185
46,25
15
260
17,33
0,2
4
175
43,75
15
260
17,33
0,2
4
170
42,5
15
240
16
41,25
44,167
(ml/s)
33,78
25,78
16,89
Berdasarkan data pengamatan , ditemukan hasil ∆H terbaik yaitu pada ∆H= 0,4
11
Counter Current
Fluida Dingin
Waktu (menit) ∆H (cm)
Q(ml/s)
0,4
32,102
0
TCi n (ºC) 25
Fluida Panas TCou t (ºC) 29
∆H (cm)
Q(ml/s)
0,4
44,166
4 3
0,4
32,102
0,4
32,102
26
29
0,4
0,4
32,102
28
29
0,4
0,4
32,102
28
30
0,4
0,4
32,102 4
44
44,166
50
42
44,166
49
42
49
42
48
42
2 29
31
0,4
4 15
50
2
4 12
44,166 2
4 9
THou t (ºC) 44
2
4 6
THi n (ºC) 50
44,166 2
30
32
0,4
44,166 2
4.2 Pembahasan Heat Exchanger adalah alat yang berfungsi untuk menukarkan panas dari suatu fluida ke fluida lain dengan driving force berupa perbedaan temperatur yaitu dari fluida yang bersuhu lebih tinggi ke fluida yang bersuhu lebih rendah. Dalam praktikum ini digunakan jenis heat exchanger berupa Double Pipe Heat Exchanger (DPHE) dengan panjang 2 meter. Prinsip alat ini adalah memindahkan panas dari fluida yang bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu rendah tanpa adanya kontak langsung antar kedua fluida dimaksudkan agar kedua fluida tidak
12
bercampur. fluida mengalir secara counter current, yaitu tipe aliran dimana kedua fluida mengalir berlawanan arah. Fluida yang digunakan dalam percobaan ini yaitu air. Suhu fluida yang panas yaitu 50°C sedangkan suhu fluida yang dingin yang digunakan yaitu 25°C . Fluida panas dialirkan pada bagian annulus (pipa bagian luar) dan fluida dingin dialirkan di dalam pipa bagian dalam. Penempatan fluida panas di bagian annulus dikarenakan air panas bersifat korosif dan dapat menyebabkan fouling atau scaling (pembentukan kerak) bila ditempatkan di pipa bagian dalam. Untuk fluida yang memiliki laju alir yang lebih besar sebaiknya diletakkan di dalam annulus karena bila ditempatkan di pipa bagian dalam akan menimbulkan pressure drop (∆P) yang semakin besar. Pada praktikum HE yang kami lakukan kami menggunakan alat HE yang memiliki aliran counter-current dan laju alir rata-rata fluida yang keluar dari HE adalah 32,1024 ml/s untuk fluida panas dan 44,1662 ml/s untuk fluida dingin. Selanjutnya adalah mengukur Tho (Temperatur fluida panas keluar) dan Tco (Temperatur fluida dingin keluar). Untuk Thi (Temperatur fluida panas masuk) adalah sebesar 50oC dan Tci (Temperatur fluida dingin masuk) adalah sebesar 25oC yang dijaga konstan. Kemudian dilakukan pengambilan data untuk melihat perubahan temperatur yang terjadi. Setelah didapatkan data Tco dan Tho, selanjutnya dilakukan pengolahan data. Dari data pengamatan terlihat adanya perbedaan suhu pada masing-masing fluida dari suhu awal ke suhu akhirnya. Fluida dingin yang awalnya 25°C dengan laju alir dan ΔH tetap, suhunya berubah menjadi 32°C . Demikian pula pada fluida panas dengan suhu awal 50°C berubah menjadi 42°C. perbedaan suhu inilah yang menandakan terjadinya peristiwa transfer panas di dalam Heat Exchanger double pipe, yaitu panas berpindah dari fluida satu ke fluida lain. Secara teoritis, jumlah panas yang diterima oleh fluida dingin seharusnya sama dengan panas yang dilepaskan oleh fluida panas. Akan tetapi pada hasil praktikum yang kami lakukan perubahan temperatur pada fluida pans tidak terlalu signifikan seperti pada fluida dingin, hal tersebut dikarenakan pada saat melakukan proses transfer panas didalam double pipe kompor untuk
13
memanaskan fluida panas masih hidup, yang menyebabkan temperatur air fluida panas cenderung semakin tinggi. Peristiwa transfer panas pada double pipe terjadi secara konveksi dan konduksi. Proses Konveksi terjadi antara fluida itu sendiri sampai ke dinding pipa, konveksi ini memindahkan panas dengan molekulnya ikut berpindah. Sedangkan proses konduksi, transfer panasnya terjadi antara dinding pipa bagian dalam ke dinding pipa bagian luar di sepanjang pipa tersebut, tetapi molekulnya tidak ikut berpindah. Perpindahan panas juga dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida, seperti densitas, viskositas, kapasitas panas, dan konduktifitas panas dari fluida. Sifatsifat tersebut bergantung pada suhu fluida (fungsi temperatur). Perpindahan panas yang terjadi di sepanjang Double Pipe Heat Exchanger memberikan perbedaan suhu disetiap titik. Perbedaan temperatur di setiap bagian tidak sama, sehingga dalam menentukan besarnya transfer panas digunakan ∆TLMTD yaitu Logaritmic Mean Temperature Difference (Temperatur Rata-rata Logaritmik). Sedangkan panas yang dikandung oleh fluida bergantung pada temperatur awal dan temperatur akhir. Nilai bilangin Reynold (NRe) yang diperoleh dari perhitungan seluruhnya lebih dari 4000. Dengan demikian, aliran yang dihasilkan fluida tersebut adalah aliran turbulen. Nilai NRe ini dapat mempengaruhi koefisien perpindahan panas overall. Dimana semakin besar NRe, semakin besar koefisien perpindahan panas overall. Perpindahan panas juga dipengaruhi oleh nilai dari bilangan Prandl (NPr).
14
Berikut adalah grafik dari fluida dingin dan fluida panas
Grafik Fluida Dingin 90 y = 66,675x + 42,217 R² = 0,9231
Q rata-rata (mL/s)
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,6
0,7
∆H (cm)
Grafik Fluida Panas 40
Q rata-rata (mL/s)
35
y = 19,44x + 19,259 R² = 0,2888
30 25 20 15 10 5 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
∆H (cm)
Grafik di atas diperoleh dengan mamasukkan nilai ∆H sebesar 0,2 cm, 0,4 cm, dan 0,6 cm dengan Q rata-rata pada masing-masing ∆H. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin besar ∆H maka Q rata-rata akan semakin besar.
15
BAB V KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan antara lain: 1. Semakin besar H yang digunakan maka laju alirnya semakin meningkat. 2. Semakin besar nilai ∆h maka semakin besar laju alir volumetrik (Q) 3. Proses transfer panas sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida, seperti densitas, viskositas, kapasitas panas, dan konduktifitas panas dari fluida. Sifat-sifat tersebut bergantung pada suhu fluida (fungsi temperatur). 4. Dari hasil perhitungan diperoleh bilangan Reynold lebih dari 4000 sehingga kecepatan aliran fluida dikategorikan sebagai aliran turbulen. 5. Nilai koefisien perpindahan panas overall mengalami kenaikan dan penurunan yang cukup signifikan dalam rentang waktu 0-15 menit 6. Nilai Fouling factor mempengaruhi laju perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, serta efektivitas heat exchanger 7. Semakin kecil nilai fouling factor maka laju perpindahan panas, efisiensi, dan efektivitas heat exchanger semakin besar 8. Efesiensi dan efektivitas heat exchanger dapat meningkat dengan cara membersihkan heat exchanger tersebut.
16
DAFTAR PUSTAKA Geankoplis, C.J., 2003, Transport Processes and Separation Process Principles, 4 ed., Pearson Education Intrnationl, Boston Kern, Donald. Q.,1965, "Process Heat Transfer", New York : Mc Graw-Hi Book Company. Geankoplis,C.J. 1993. Transport Process and Unit Operations 3nd edition. Singapore : Allyn and Bacon inc. J.P. Holman., 2002,"Heat Transfer, 9th edition",New York : Mc Graw-Hill Companies. Wibawa,
I.
D.
S.,
2012.
Heat
Exchanger.
https://indrawibawads.files.wordpress.com/2012/01/heat-exchanger.pdf.
Diakses
tanggal 18 Januari 2021
.
17
LAMPIRAN
18
DATA HASIL PENGAMATAN
Modul Praktikum
: Heat Exchanger
Anggota Kelompok
: Kintan Adhisty Putri
(1915041005)
M. Rafli Akbar
(1915041029)
Amelia Oktaviani
(1915041032)
Hamndani Firmansyah
(1915041041)
Desra Nursaputri
(1915041052)
Mutia Sulha
(1915041064)
T aliran panas
: 290C
T aliran dingin
: 290C
q aliran panas
: 44,1662 ml/s
q aliran dingin
: 32,1024 ml/s
Tabel Hasil Pengamatan Fluida Dingin
∆H (CM)
t (s)
V (ml)
Q(ml/s)
0,6
15
220
14,667
0,6
15
120
0,6
15
0,4
Fluida Panas
(ml/s) t (s) 10,89
V (ml)
Q(ml/s)
15
500
33,33
8
15
510
34
150
10
15
510
34
4
190
47,5
15
410
27,33
0,4
4
180
45
15
380
25,33
0,4
4
125
31,25
15
370
24,67
41,25
(ml/s) 33,78
25,78
19
0,2
4
185
46,25
0,2
4
175
0,2
4
170
T in cold T in hot
44,167
15
260
17,33
43,75
15
260
17,33
42,5
15
240
16
16,89
: 250C : 500C
Counter current
Fluida Dingin
Waktu (menit)
0
∆H (cm)
Q(ml/s)
0,4
32,102
TCin (ºC) 25
Fluida Panas
TCout (ºC) 29
∆H (cm)
Q(ml/s)
0,4
44,166
4 3
0,4
32,102
0,4
32,102
26
29
0,4
0,4
32,102 4
44,166
50
44
50
42
49
42
2 28
29
0,4
4 9
THout (ºC) 44
2
4 6
THin (ºC) 50
44,166 2
28
30
0,4
44,166 2
20
12
0,4
32,102
29
31
0,4
4 15
0,4
32,102
44,166
49
42
48
42
2 30
32
4
0,4
44,166 2
Bandar Lampung, 4 Januari 2021
Mengetahui,
Laboran
Rahmawaty
Asisten
Isyaeboni Rakaseri NPM. 1615041007
21
PERHITUNGAN
1.
Kalibrasi fluida dingin dan panas dengan aliran counter current Menghitung ∆H Orificemeter pada fluida dingin dan fluida panas laju alir. a.) Laju alir fluida dingin ∆h= 0,6 ;
(ml/s)= 10,89
∆h= 0,4 ;
(ml/s)= 41,25
∆h= 0,2 ;
(ml/s)= 44,1
=w = =
= 32,08 ml/s
Untuk t=0 Tci = 25°C Tco= 29°C ThAV=
=
= 27°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 25°C ; ρ=0,99708 T= 30°C ; ρ=0,99568 ρ= ρ=
0,99568
ρ = 0,59868 + 0,398272= 0,996952 Wh
= Q rata-rata x ρh = 32,08 mL/s x 0,996952 g/cm3 = 31,98222016 mL g/cm3s
22
Untuk t= 3 Tci = 26°C Tco= 29°C ThAV=
=
= 27,5°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 25°C ; ρ=0,99708 T= 30°C ; ρ=0,99568 M= M=
0,99568
M= 0,4989 + 0,49784= 0,99674 Wh
= Q rata-rata x ρh = 32,08 mL/s x 0,99674g/cm3 = 31,9754192 mL g/cm3s
Untuk t= 6 Tci = 28°C Tco= 29°C ThAV=
=
= 28,5°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 25°C ; ρ=0,99708 T= 30°C ; ρ=0,99568 M= M=
0,99568
M= 0,29934 + 0,696976= 0,99631 Wh
= Q rata-rata x ρh
23
= 32,08 mL/s x 0,99631g/cm3 = 31,9616248 mL g/cm3s
Untuk t= 9 Tci = 28°C Tco= 30°C ThAV=
=
= 29°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 25°C ; ρ=0,99708 T= 30°C ; ρ=0,99568 M= M=
0,99568
M= 0,19956 + 0,796544= 0,996104 Wh
= Q rata-rata x ρh = 32,08 mL/s x 0,996104g/cm3 = 31,95501632 mL g/cm3s
Untuk t= 12 Tci = 29°C Tco= 31°C ThAV=
=
= 30°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 30°C ; ρ=0,99568 Wh
= Q rata-rata x ρh = 32,08 mL/s x 0,99568g/cm3 24
= 31,9414144 mL g/cm3s b.) Laju alir fluida panas ∆h= 0,6 ;
(ml/s)= 33,78
∆h= 0,4 ;
(ml/s)= 25,78
∆h= 0,2 ;
(ml/s)= 16,89
=w = =
= 25,483 ml/s
Untuk t=0 Tci = 50°C Tco= 44°C ThAV=
=
= 47°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,297675 + 0,691649= 0,989324 Wh
= Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,989324 g/cm3 = 25,21094349 mL g/cm3s
Untuk t= 3 Tci = 50°C Tco= 44°C ThAV=
=
= 47°C
25
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,297675 + 0,691649= 0,989324 Wh
= Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,989324 g/cm3 = 25,21094349 mL g/cm3s
Untuk t= 6 Tci = 50°C Tco= 42°C ThAV=
=
= 46°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,3969 + 0,592842= 0,989742 Wh
= Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,989742 g/cm3 = 25,22159 mL g/cm3s
Untuk t= 9
26
Tci = 49°C Tco= 42°C ThAV=
=
= 45,5°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,4465125 + 0,5434385= 0,989951 Wh = Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,989951g/cm3 = 25,226921 mL g/cm3s
Untuk t= 12 Tci = 49°C Tco= 42°C ThAV=
=
= 45,5°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,4465125 + 0,5434385= 0,989951 Wh
= Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,989951g/cm3
27
= 25,226921 mL g/cm3s Untuk t= 15 Tci = 48°C Tco= 42°C ThAV=
=
= 45°C
Pada buku Geankoplis, tabel appendix A.2-3 diketahui: T= 40°C ; ρ=0,99225 T= 50°C ; ρ=0,98807 ρ= ρ=
0,98807
ρ = 0,496125 + 0,494035= 0,99016 Wh
= Q rata-rata x ρh = 25,483 mL/s x 0,99016g/cm3 = 25,23224728 mL g/cm3s
2. Menghitung ∆TLMTD ∆TLMTD dapat dihitung dengan persamaan: ∆TLMTD = Di mana: ∆T1 = Tho – Tci ∆T2 = Thi – Tco
Untuk menit ke 0 ∆T1 = (44-25)°C = 19°C = 292°K ∆T2 = (50-29)°C = 21°C = 294°K Maka ∆TLMTD =
(
)
= 292,998°K
Untuk menit ke 3 ∆T1 = (44-26)°C = 18°C = 291°K
28
∆T2 = (50-29)°C = 21°C = 294°K Maka ∆TLMTD =
(
)
= 290,485°K
(
)
= 289,492°K
Untuk menit ke 12 ∆T1 = (42-29)°C = 14°C = 286°K ∆T2 = (49-31)°C = 18°C = 291°K Maka ∆TLMTD =
= 292,497°K
Untuk menit ke 9 ∆T1 = (42-28)°C = 14°C = 287°K ∆T2 = (49-30)°C = 19°C = 292°K Maka ∆TLMTD =
)
Untuk menit ke 6 ∆T1 = (42-28)°C = °C = 287°K ∆T2 = (50-29)°C = 21°C = 294°K Maka ∆TLMTD =
(
(
)
= 288,492°K
Untuk menit ke 15 ∆T1 = (42-30)°C = 12°C = 285°K ∆T2 = (48-32)°C = 16°C = 289°K Maka ∆TLMTD =
(
)
= 286,995°K
3. Menghitung Laju Pepindahan Panas Laju perpindahan panas untuk fluida dingin qc = mcCpc (TCo – TCi)
Pada menit ke 0 TC∆V =
=
= 27°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 dan A.2-6 di buku Geankoplis: Cp = 4,181 kJ/kg ρ = 995,588 kg/m3 μ = 0,3567 x 103 Pa k = 0,99999 W/m.K
Pada menit ke 3 TC∆V =
=
= 27,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,183 kJ/kg
29
ρ = 995,435 kg/m3 μ = 0,7589 x 103 Pa k = 0,62077 W/m.K
Pada menit ke 6 TC∆V =
=
= 28,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,183 kJ/kg ρ = 995,358 kg/m3 μ = 0,7509 x 103 Pa k = 0,62155 W/m.K
Pada menit ke 9 TC∆V =
=
= 29°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,183 kJ/kg ρ = 995,2819 kg/m3 μ = 0,7429 x 103 Pa k = 0,6223 W/m.K
Pada menit ke 12 TC∆V =
=
= 30°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,183 kJ/kg ρ = 995,2054 kg/m3 μ = 0,734918 x 103 Pa k = 0,62312 W/m.K
Pada menit ke 15 TC∆V =
=
= 31°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,183 kJ/kg ρ = 995,2054 kg/m3 μ = 0,734918 x 103 Pa k = 0,62312 W/m.K Laju perpindahan panas pada fluida panas Pada menit ke 0
30
Th∆V =
=
= 47,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,193671 kJ/kg K ρ = 978,8501 kg/m3 μ = 0,412080 x 103 Pa k = 0,66656 W/m.K
Pada menit ke 3 Th∆V =
=
= 47,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,187606 kJ/kg K ρ = 981,6227 kg/m3 μ = 0,412080 x 103 Pa k = 0,663149 W/m.K
Pada menit ke 6 Th∆V =
=
= 46°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,19084 kJ/kg K ρ = 982,40647 kg/m3 μ = 0,44189 x 103 Pa k = 0,663149 W/m.K
Pada menit ke 9 Th∆V =
=
= 45,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,18662 kJ/kg K ρ = 983,09712 kg/m3 μ = 0,45538 x 103 Pa k = 0,65966 W/m.K
Pada menit ke 12 Th∆V =
=
= 45,5°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,18641 kJ/kg K ρ = 983,7877 kg/m3 μ = 0,468870 x 103 Pa k = 0,6577 W/m.K 31
Pada menit ke 15 Th∆V =
=
= 45°C
Data Cp dapat diperoleh dari Appendix A-2.5 di buku Geankoplis: Cp = 4,18612 kJ/kg K ρ = 984,7086 kg/m3 μ = 0,4868 x 103 Pa k = 0,6553 W/m.K
qh = Mh Cph (Tho – Thi) = Qh ρh Ch (Tho – Thi)
t (menit)
Qh
0
26,4350
3
26,49381
6
26,5158
9
26,5378
12
26,559
15
26,5892
1. Menghitung Nilai Koefisien Perpindahan Panas Overall (Vexp) Uo(exp) = Ui(exp) = Di mana: di = 1,,049 in = 0,0266 m do = 1,325 in = 0,0334 m Di = 3,068 in = 0,0779 m Do = 3,500 in = 0,0889 m
32
L=2m dL = diameter rata-rata logaritmik dL =
=
= 0,02981 m
Ai = πdiL = (3,14) (0,0266) (2) = 0,167048 m2 Ao =πdoL = (3,14) (0,0334) (2) = 0,20975 m2
maka,
Sehingga, t (menit) ∆TLMTD (°C)
Ui
Uo
U(exp) total
0
0
0
0
0
3
32,9597
1,0103635
0,094518
0,198153
6
31,007
0,055080
0,050355
0,105435
9
0
0
0
0
12
0
0
0
0
15
0
0
0
0
2. Menghitung Nilai Nrei dan Nreo Dapat dihitung menggunakan persamaan: Nrei =
=
Nreo =
=
Di mana: Deq =
=
ao = ai =
= 0,1482889 m = 0,0038879 m2
= =
sehingga, t (menit)
= 0,00055543 m2NRei
NReo
0
23493,83481
2392,4661
3
23975,7142
2301,9346
6
24222,7948
2248,4525
33
9
24475,1625
2181,84521
12
24732,4891
2122,4681
15
24732,5058
1948,1091
3. Menghitung Niali Npri dan Npro NPr (Bilangan Prandl) dapat dihitung menggunakan persamaan: NPri = NPro = t (menit)
NPro
NPri
0
5,235505
2,1963460
5
5,1143526
2,71652681
10
5,053925
2,7995324
15
4,993653
2,890392
20
4,9334991
2,984464
25
4,9334991
3,1097256
4. Menghitung Nilai hi dan ho hi = 0,23 (NRei)0,8 (NPri L)0,33 (Kc/di) ho = 0,023 (NReo)0,8 (NPro L)0,33 (Kh/Deq) t (menit)
ho
hi
0
36478,4595
89,74053
3
36879,58066
87,99788
6
36548,459327
87,002980
9
37294,46331
85,58830
12
37507,0710
84,36590
15
37507,0904
79,85017
34
5. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Overall Ui(Theo) Dan Uo(Theo) Persamaan yang digunakan yaitu: Ui (Theo) =
(
)
(
)
Uo (Theo) =
Xw = do – di = 0,0334 – 0,0266 = 0,0068 m dL =
=
= 0,02987 m
U(Theo) = Ui(Theo) + Uo(Theo) Untuk mencari nilai Ui(theo) dan Uo(Theo) dicari terlebih dahulu nilai k steel 1% karbon menggunakan table appendix A.3-16 di buku Geankoplis dengan menggunakan data Thav dan Tcav t (menit)
Tcav (°C)
Kc (W/m K)
Thav (°C)
Kh (W/m K)
0
32
45,1858
70
44,8758
3
33
45,1776
66
44,9085
6
33,5
45,17358
64,5
44,9207
9
34
45,16950
63
44,9329
12
34,5
45,1654
61,5
44,9452
15
34,5
45,1654
59,5
44,96152
t (menit)
Ui(Theo)
Uo(Theo)
Utotal
0
110,46724
88,128280
198,5956
3
108,56049
86,45081
195,0113
6
107,35137
85,4884
192,8398
9
105,64156
84,127427
189,76899
12
104,15955
80,92527
185,08482
15
98,34441
78,608053
176,9524
6. Menghitung Efisiensi dan Efektivitas Panas 35
μ=
x100%
E= t (menit)
Ϟ (%)
Ϟ rata-rata
0
0
3
0,101611
6
0,0546
9
0
12
0
15
0
∑
∑ rata-rata
0
7. Menghitung Rd ( Fouling Factor) Rd = Untuk menghitung Uc: Uc = Uo = Utot(exp) t (menit)
Uc
Uo
Rd
0
89,52030
198,5956
-0,006135
3
87,78840
195,0113
-0,00626
6
86,79636
192,8398
-0,00633
9
85,392330
189,76899
-0,006441
12
84,17655
185,08482
-0,00647
15
77,61557
176,9524
-0,00723
36
