Upload
karazov
View
1.196
Download
90
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Laporan praktikum Heat exchanger double pipe. faktor pengotor, LMTD, NTU.
Citation preview
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
November, 2012
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan Percobaan
Percobaan Double pipe Heat exchanger ini bertujuan untuk mengetahui unjuk
kerja alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe HE) dengan menghitung
koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efektivitas dan perbandingan untuk
aliran searah (co-current) dan berlawanan arah (counter current).
1.2. Prosedur Percobaan
A. Percobaan Aliran Searah (co-current)
1. Aliran uap air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 1, 8, 10, 12,
13.
2. Aliran air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 4, 6 dan buka
kran 14 sebanyak 1/5 putaran.
3. Amati dan catat T3, T4, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.
4. Amati dan catat kecepatan alir air pada flow meter.
5. Dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch ukurlah laju uap air, dengan
mengukur kondensat yang terjadi.
6. Lakukan percobaan ini untuk 3 macam bukaan kran 14.
B. Percobaan Aliran Berlawanan (counter-current)
1. Aliran uap air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 1, 8, 11, 9,
13.
2. Aliran air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 4, 6 dan buka
kran 14 sebanyak 1/5 putaran.
3. Amati dan catat T3, T5, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.
4. Amati dan catat kecepatan alir air pada flow meter.
5. Dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch ukurlah laju uap air, dengan
mengukur kondensat yang terjadi.
2 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
6. Lakukan percobaan ini untuk 3 macam bukaan kran 14.
1.3. Instumentasi
Double pipe Heat exchanger merupakan suatu alat yang didisain untuk
mempelajari dan mengevaluasi pengaruh perbedaan laju alir dan material teknik pada
laju transfer panas melalui dinding tipis.
● Pengaturan Pipa (Pipe Arrangement)
Alat ini terdiri atas dua pipa logam berdinding tipis yang tersusun dalam suatu panel
vertikal. Pipa dapat beroperasi dengan baik pada aliran searah maupun berlawanan.
Setiap pipa terdiri dari sebuah pipa tembaga luar dan dalam. Fluida panas mengalir
melalui pipa bagian dalam, sedangkan fluida dingin mengalir melalui anulus antara
pipa luar dan dalam. Pengaturan terhadap valve dalam rangkaian ini akan
menghasilkan aliran yang sesuai dengan tujuan percobaan yaitu searah dan
berlawanan arah.
● Sambungan (Fitting)
Heat exchanger mempunyai sambungan pipa standar yang terletak sepanjang siku
yang paling rendah dari panel. Tiga sambungan masuk dialokasikan di sebelah
kanan panel.
● Valves
Valve digunakan untuk mengatur kondisi aliran yang diinginkan dan untuk mengatur
laju alir dari fluida. Unit ini memiliki empat needle type metering valve. Dua valve
pada masukan tangkin pencampuran dan dua lainnya pada keluaran. Semua valve
yang lain berjenis global type gate valve. Valve yang menangani fluida panas di cat
berwarna merah sedangkan yang menangani fluida dingin di cat bewarna biru.
3 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
● Flowmeter
Aliran dari suatu fluida diregulasikan dengan needle valve. Laju alir untuk fluida
panas dan fluida dingin dengan specific gravity yang sama diukur dengan
menggunakan single-pass-tube-type flowmeter. Flowmeter dilengkapi dengan
sebuah skala logam yang dapat dipindahkan dan sudah dikalibrasi.
4 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
1.1. 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).
1.2. 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:
1. 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.
2. Counter Flow
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
5 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
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 ital dL } {¿ (1)
dQ=WCdT=wcdt (2)
3. Cross flow Heat 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.
1.3. Komponen Penyusun Heat Exchanger
Komponen-komponen dari penyusun Heat Exchanger, terdiri dari:
1. 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)
2. 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.
3. 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.
4. Tie Rods
6 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Batangan besi yang dipasang sejajar dengan tube dan ditempatkan di bagian paling
luar dari baffle yang berfungsi sebagai penyangga agar jarak antara baffle yang satu
dengan lainnya tetap.
1.4. Jenis-Jenis Heat Exchanger
A. Berdasarkan Fungsinya
1. Heat 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. Heater – Superheater
Heater digunakan untuk memanaskan fluida yang memiliki viskositas tinggi baik
bahan baku ataupun fluida proses dan biasanya menggunakan steam sebagai
pemanas. Superheater memanaskan gas dibawah temperatur jenuh.
7 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Gambar 1. Double pipe
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
B. Berdasarkan Konstruksinya
1. Tubular Exchanger
a. 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 luas. 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 Heat exchanger:
o Dapat digunakan untuk fluida yang memiliki tekanan tinggi.
o Mudah dibersihkan pada bagian fitting
8 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
o Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa
o Dapat dipasang secara seri ataupun paralel
o Dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD
sesuai dengan keperluan
o Mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannya
o Kalkulasi design mudah dibuat dan akurat
Kekurangan Double-pipe Heat exchanger:
o Relatif mahal
o Terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil (<50 m2)
o Biasanya hanya digunakan untuk sejumlah kecil fluida yang akan dipanaskan atau
dikondensasikan.
b. 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).
9 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Gambar 2. Shell and Tube HE
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
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 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 temperatur 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 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.
10 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Gambar 3. Plate Heat
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
2. Spiral tube
Plate Heat 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 mencegah
terjadinya fouling (deposit yang tidak
diinginkan). Plate Heat 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.
Spiral plate heat exchanger
Lamella (ramen) heat exchanger
C. Berdasarkan Flow 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
11 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
koefisien perpindahan kalor yang lebih tinggi daripada aliran aksial yang terjadi di
dalam tabung double-pipe.
D. Berdasarkan Arah Aliran
1. Paralel 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.
2. Counter Flow
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.
3. Cross Flow Heat 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.
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.
1.5. 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 :
12 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
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=UA ΔT mean (3)
Yang menjadi masalah kali ini adalah bagaimana membuat persamaan 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 :
dQ=U (dA )ΔT=−(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 :
Q=UA ( ΔT a−ΔT b
ln( ΔT a /ΔT b)
(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 :
13 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
ΔT mean=LMTD=( ΔT a−ΔT b
ln(ΔT a /ΔT 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=UAF (LMTD ) (7)
B. 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)
C. Fouling Resistance
Jika sebuah pipa baru saja digunakan, maka keadaannya masih normal dan bersih
sehingga tidak mengganggu proses perpindahan kalor. Namun pada suatu saat fluida
yang 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 :
14 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Rd≡1
U D
− 1UC
Dimana U pipa yang sudah tua tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus
sebagai berikut :
U= 1
1hi
+ri ln (r0 /r p )
k insulator
+r j ln (r p /ri)
k pipe
+ri
r0h0
+Rd(9)
Untuk U<<10000 W/m2 °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.
D. Efektivitas Heat exchanger
Efektivitas heat exchanger dapat dirumuskan sebagai berikut :
ε≡Ch (Th in
−T hout )
Cmin (T hin−T cmin )
=Cc (T cout
−T c in)Cmin (Thin
−T c in) (10)
15 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Gambar 4. Kekotoran
ε= actual heat transferredmax imum heat that could possibly be transferred from one stream to another
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Maka untuk mencari efektifitas untuk paralel single pass HE adalah sebagai berikut :
ε=1−exp [−(1−Cmin /Cmax )NTU ]
1+Cmin /Cmax (11)
Sedangkan untuk counterflow adalah sebagai berikut :
ε=1−exp [−(1−Cmin /Cmax)NTU ]
1−(Cmin /Cmax)exp [−(1−Cmin /Cmax )NTU ] (12)
Keterangan : NTU (Number of Transfer Unit) bisa didapatkan dari rumus :
NTU= UACmin (13)
Cmin merupakan nilai C tekecil antara Ch dan Cc, sedangkan Cmax merupakan nilai yang
terbesar.
E. 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
16 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Untuk aliran searah (co-current)
Atau
Untuk aliran berlawanan arah (Counter Current)
17 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
(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
Bila UD tidak konstan (berubah) terhadap suhu
Untuk aliran searah atau aliran berlawanan arah, maka persamaan LMTD berupa
persamaan implisit:
(20)
18 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
F. Penurunan Tekanan pada Alat Penukar Kalor
Pada setiap aliran akan terjadi penurunan tekanan (pressure drop) karena gaya gesek
yang terjadi antara fluida dan tempatnya.
19 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
BAB III
PERHITUNGAN
1.6. Aliran Berlawanan Arah
1.6.1. Data Percobaan
Valve T3 T4 T5 T6 VAIR VSTEAM
1/5 28 35 96 62 62 2.42/5 27 32 97 52 142 33/5 27 31 97 45 168 3.34/5 27 30 97 43 228 3.45/5 27 30 97 40 236 3.6
1.6.2. Identifikasi Data
D=D e=( D2
2−D12)
D1
=0,0252−0,0142
D 1
=0,03064 m
Dh=D 2−D1=0.025−0.014=0.011
Valve T ave Steam
.0 C
T ave air
.0 C
Qsteam
m3/sQair
m3/s∆ T LMTD
.0 C1/5 65.5 45 2.4E-06 6.2E-05 17.083742/5 64.5 39.5 3.0E-06 1.4E-04 18.204783/5 64 36 3.3E-06 1.7E-04 18.713824/5 63.5 35 3.4E-06 2.3E-04 17.644795/5 63.5 33.5 3.6E-06 2.4E-04 18.33966
Dimana : Suhu rata-rata Steam
T ave Steam=T 5+T 4
2 Suhu rata-rata air
T ave air=T 3+T6
2 ∆ T LMTD
∆ T LMTD=(T ¿¿5−T 6)−(T ¿¿4−T 3)
ln(T ¿¿5−T 6)(T¿¿4−T3)
¿¿¿¿
Dari identifikasi di atas selanjutnya dianalisa karakteristik dari setiap aliran dengan
merujuk pada “buku Holman Apendix Tabel A-9” yang diadaptasi dariA.I.Browndan S.M.
20 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Marco, “Introduction to Heat Transfer”, 3rd ed., McGraw-Hill Book Company, New York,
1958.
VALVE(bukaankran)
SUHU(0C)
Cp(kJ/kg.0C)
ρ(kg/m3)
μ(kg/m.s)
k(W/m0C)
Pr
1/5 Tavg air = 45 4,174 989.52 5.94.10-4 0,646 3,76Tavg steam = 65.5 4.183 980.6 4,33.10-4 0.659 2,73
2/5 Tavg air = 39.5 4.174 991.5 6.35.10-4 0,635 4.24Tavg steam = 64.5 4.182 982.06 4,4.10-4 0,657 2,81
3/5 Tavg air = 36 4.174 993.5 7.04.10-4 0,628 4.72Tavg steam = 64 4.182 982.66 4,45.10-4 0,650 2,87
4/5 Tavg air = 35 4.174 994.1 7.25.10-4 0,625 4,81Tavg steam = 63.5 4.180 981.6 4,53.10-4 0.657 2,85
5/5 Tavg air = 33.5 4.174 994.5 7.51. 10-4 0,624 4.95Tavg steam = 63.5 4.182 981.4 4,45.10-4 0,658 2,83
1.6.3. Perhitungan
a. Menghitungh0(aliran air diantara pipa annulus)
i. Aliran dengan valve 1/5 bukaan
w=ρ .Q=989.52kgm3 .6.2 .10−5 m3
s=0,06135
kgs
ℜ=Dh¿μ=
Dh
μ [ 4 w
π ( D22−D1
2 ) ]= 0.0115.94 . 10−4 [ 4 . 0,06135
π (0.0252−0.0142 ) ]=3373.8
Re < 10.000 maka aliran LAMINER
h0=1,86 .[ℜ .Pr .De
L ]13.
kDe
=1,86 . [9397.434 .3,76 .0,0141,62 ]
13 .
0,6460,014
=410.76W
m2.℃
ii. Aliran dengan valve 2/5 bukaan
w=ρ .Q=991.5kgm3 . 1.4 . 10−4 m3
s=0.1387
kgs
ℜ=Dh¿μ=
Dh
μ [ 4 w
π ( D22−D1
2 ) ]= 0.0116.35 .10−4 [ 4 .0,0726
π (0.0252−0.0142 ) ]=7134.9
Re < 10.000 maka aliran LAMINER
h0=1,86 .[ℜ .Pr .De
L ]13.
kDe
=454.5W
m2 .℃
21 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
iii. Aliran dengan valve 3/5 bukaan
w=ρ .Q=993.5kgm3 . 1,7.10−4 m3
s=0,169
kgs
ℜ=Dh¿μ=
Dh
μ [ 4 w
π ( D22−D1
2 ) ]= 0.0117.04 . 10−4 [ 4 . 0,1016
π (0.0252−0.0142 ) ]=7841.5
Re < 10.000 maka aliran LAMINER
h0=1,86 .[ℜ .Pr .De
L ]13.
kDe
=570.6W
m2.℃
iv. Aliran dengan valve 4/5 bukaan
w=ρ .Q=994.1kgm3 .2.3 .10−4 m3
s=0,2286
kgs
ℜ=Dh¿μ=
Dh
μ [ 4 w
π ( D22−D1
2 ) ]= 0.0117.25 .10−4 [ 4 . 0,1159
π (0.0252−0.0142 ) ]=10159.5
Re > 10.000 maka aliran TURBULEN
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De=0,023 .28298.930,8. 4.810,3.
0.6250.03064
=1206.32W
m2 .℃
v. Aliran dengan valve 5/5 bukaan
w=ρ .Q=994.5kgm3 . 2.4 . 10−4 m3
s=0,2386
kgs
ℜ=Dh¿μ=
Dh
μ [ 4 w
π ( D22−D1
2 ) ]= 0.0117.51 .10−4 [ 4 .0,1341
π (0.0252−0.0142 ) ]=10378.05
Re > 10.000 maka aliran TURBULEN
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De=0,023 .28907.570,8 .4.950,3 .
0,6240.03064
=1235.66W
m2 .℃
b. Menghitunghi(aliran steam pada pipa dalam)
i. Alirandengan valve 1/5 bukaan
w=ρ .Q=980.6kgm3 . 2,4.10−6 m3
s=0,00235
kgs
ℜ=Di¿μ=
Di
μ [ 4 w
π ( Di2) ]= 0.014
4,33. 10−4 [ 4 . 0,00235
π (0.0142) ]=493.8114
22 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ . Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[493.8114 .2,73 .0,0141,62 ]
13 .
0,6590,014
=198.5W
m2 .℃
ii. Alirandengan valve 2/5 bukaan
w=ρ .Q=982,06kgm3 . 3.10−6 m3
s=0,00304
kgs
ℜ=Di¿μ=
Di
μ [ 4 w
π ( Di2) ]= 0.014
4,33. 10−4 [ 4 x 0,00304
π (0.0142 ) ]=628.64
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ . Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[628.64 . 2,81.0,0141,62 ]
13 .
0,6570,014
=216.53W
m2 .℃
iii. Alirandengan valve 3/5 bukaan
w=ρ .Q=982.66kgm3 . 3.3 .10−6 m3
s=0,00324
kgs
ℜ=Di¿μ=
Di
μ [ 4 w
π ( Di2) ]= 0.014
4,33. 10−4 [ 4 x 0,00324
π (0.0142 ) ]=662.47
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ . Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[662.47 .2,87 .0,0141,62 ]
13 .
0,650,014
=219.54W
m2 .℃
iv. Alirandengan valve 4/5 bukaan
w=ρ .Q=981,6kgm3 . 3,4.10−6 m3
s=0,00334
kgs
ℜ=Di¿μ=
Di
μ [ 4 w
π ( Di2) ]= 0.014
4,33. 10−4 [ 4 x 0,00334
π (0.0142 ) ]=670.85
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ . Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[608,72. 2,85 .0,0141,62 ]
13 .
0,6570,014
=222,32W
m2 .℃
v. Alirandengan valve 5/5 bukaan
23 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
w=ρ .Q=981,4kgm3 . 3.6 . 10−6 m3
s=0,00353
kgs
ℜ=Di¿μ=
Di
μ [ 4 w
π ( Di2) ]= 0.014
4,33. 10−4 [ 4 x 0,00304
π (0.0142 ) ]=721,74
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ .Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[721,74 .2,83 .0,0141,62 ]
13 .
0,6580,014
=227.62W
m2.℃
c. Menghitung nilaiU c
Dari tabel A-2 buku Holman, diperoleh bahwa nilai KCumurni (T = 20oC) =
386 W/moC
U c=1
1hi
+
Ai ln( r o
r i)
2 πKL+
Ai
Ao
1ho
dimana :
r i=0,007 m
r o=0,01465 m
Ai=π D i L=3,14 (0,014 )(1.62)=0,0712 m2
A o=π D o L=3,14(0,0293)(1.62)=0,1272m2
Untuk perhitungan aliran valve 1/5
U c=1
1hi
+
A1 ln( r0
r1)
2 πKL+
A1
A0
.1h0
= 1
1198.48
+0,0712 ln( 0.0125
0.007 )2 π (386 )(1,62)
+ 0,07120,1272
.1
577.945
=166.18W
m2.℃
Dengan cara yang sama didapatkan :
ho (W/m2.oC) hi (W/m2.oC) Uc (W/m2.oC)
198.4795 410.76 155.9688
216.5328 454.4926 170.6383
219.5423 570.5956 180.2958
222.3202 1206.318 201.104
24 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
227.6192 1235.656 205.896
d. Menentukan nilaiU d
Menghitung Nilai Ud (koefisien perindahan panas total dalam keadaan
kotor)
U d=q
A (LMTD)
dimana :
A = 0,0712m2
q=W . Cp . ∆ T ¿+Wλ
dimana λ adalah panas laten (asumsi saturated steam) = 334,994 dan Cp
= Cpsteam dari tabel A-9 Holman.
Untuk perhitungan q pad aaliran dengan bukaan valve 1/5 adalah sebagai
berikut :
q=W . Cp . ∆ T ¿+Wλ
q=0,00235 . 4,183 . (96−35 )+0,00235 (334,994 )
q=1,38 J / s
Selanjutnya dengan cara yang sama didapatkan :
Perhitungan qValve T
outT in
w Steam(kg/s)
Lambda(J/kg)
Cp(kJ/kgoC)
q
(J/s)1/5 35 96 0.00235 335 4.183 1.3868832/ 5 32 97 0.00304 335 4.182 1.8447633/5 31 97 0.00324 335 4.182 1.9796794/ 5 30 97 0.00334 335 4.18 2.05435/ 5 30 97 0.00353 335 4.182 2.171635
Setelah mengetahui nilai LMTD, A dan q, maka dapat dilakukan
perhitungan mencari nilai Ud.Berikut ialah perhitungan untuk valve 1/5 :
U d=q
A . LMTD
U d=1,38
0,0712 .17,83
25 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
U d=1,201W
m2 .℃
Dengan cara yang sama untuk aliran lain diperoleh :
PerhitunganU d
Valve q A LMTD U d
1/5 1.386883 0.0712 17.08374 1.1401892/ 5 1.844763 0.0712 18.20478 1.423233/5 1.979679 0.0712 18.71382 1.4857724/ 5 2.0543 0.0712 17.64479 1.6351875/ 5 2.171635 0.0712 18.33966 1.663089
e. MenentukanNilaiRd
Untuk menghitung factor pengotor digunakanpersamaan :
Rd=1
U d
− 1U c
Berikut ialah tabulasi hasil perhitungan yang menggunakan persamaan diatas :
PerhitunganRd
Ud Uc 1/Ud 1/Uc Rd1.14018
9
155.968
8
0.87704
7
0.00641
2
0.87063
6
1.42323
170.638
3
0.70262
7 0.00586
0.69676
7
1.48577
2
180.295
8
0.67305
1
0.00554
6
0.66750
4
1.63518
7 201.104
0.61155
1
0.00497
3
0.60657
8
1.66308
9 205.896
0.60129
1
0.00485
7
0.59643
4
f. Menentukanɛ (nilai keefektifan)dan NTU
i. Alirandengan valve 1/5 bukaan
Penentuanfluida minimum
C=Cp ×w
26 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Fluida Min = C terkecil
FluidaMaks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBe da Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
fluida C ket C* Tin Tout ε NTUSteam 0.00983 Fluida Min 0.03838 96 35 0.89705
92.58173
6Air 0.256075
FluidaMaks
28 62
ii. Alirandengan valve 2/5 bukaan
Penentuanfluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
FluidaMaks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
fluida C ket C* Tin Tout e NTUSteam 0.01271
3Fluida Min 0.02196 97 32 0.92857
12.91126
7
27 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Air 0.578934
FluidaMaks
27 52
iii.Alirandengan valve 3/5 bukaan
Penentuanfluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
fluida C ket C* Tin Tout e NTUSteam 0.01355 Fluida Min 0.01920
897 31 0.94285
73.18224
4Air 0.705406
FluidaMaks
27 45
iv. Alirandengan valve 4/5 bukaan
Penentuan fluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
28 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
fluida C ket C* Tin Tout e NTUSteam 0.01396
1Fluida Min 0.01463
297 30 0.95714
33.49442
8Air 0.95417
6FluidaMak
s27 43
v. Alirandengan valve 5/5 bukaan
Penentuanfluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
FluidaMaks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
fluida C ket C* Tin Tout e NTUSteam 0.01476
2Fluida Min 0.01482
397 30 0.95714
33.50004
3Air 0.99591
6FluidaMak
s27 40
Ringkasan Hasil Perhitungan
Tabel. Ringkasan HasilOlah data
Aliran Fluida Q(m3/s)
hW/m2.oC
Uc
W/m2.oCUd
W/m2.oCRd
m2.oC/We NTU
1/5 Steam 2.40E-06 198.47946155.9688 1.1402 0.8706 0.8971 2.5817
Air 6.20E-05 410.75996
29 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
2/5 Steam 3.00E-06 216.5328170.6383 1.4232 0.6968 0.9286 2.9113
Air 1.42E-04 454.492563/5 Steam 3.30E-06 219.5423
180.2958 1.4858 0.6675 0.9429 3.1822Air 1.68E-04 570.59562
4/5 Steam 3.40E-06 222.3202 201.1040 1.6352 0.6066 0.9571 3.4944Air 2.28E-04 1206.3179
5/5 Steam 3.60E-06 227.6192205.8960 1.6631 0.5964 0.9571 3.5000
Air 2.36E-04 1235.6563
1.7. Aliran Searah
1.7.1. Data Percobaan
Valve T1 T2 T3 T4 VSTEAM VAIR
1/5 80 41 36 93 3.26 812/5 56 38 34 94 4.2 1403/5 44 35 33 93 2.8 2124/5 42.5 34 33 93 3.2 2565/5 39 23 32 93 3.4 274
1.7.2. Identifikasi Data
D=D e=( D2
2−D12)
D1
=0,0252−0,0142
D 1
=0,03064 m
Valve T ave Steam
.0 C
T ave air
.0 C
Qsteam
m3/sQair
m3/s∆ T LMTD
.0 C1/5 38.5 86.5 3.3E-06 8.1E-05 47.892/5 36 75 4.2E-06 1.4E-04 36.393/5 34 68.5 2.8E-06 2.1E-04 28.274/5 33.5 67.75 3.2E-06 2.6E-04 27.1045/5 27.5 66 3.4E-06 2.7E-04 27.36
Dimana : Suhu rata-rata Steam
T ave Steam=T 1+T4
2 Suhu rata-rata air
T ave air=T 3+T2
2 ∆ T LMTD
30 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
∆ T LMTD=(T ¿¿4−T 2)−(T ¿¿1−T 3)
ln(T¿¿ 4−T2)(T ¿¿1−T 3)
¿¿¿¿
Dari identifikasi di atas selanjutnya dianalisa karakteristik dari setiap aliran
dengan merujuk pada “buku Holman Apendix Tabel A-9” yang diadaptasi
dariA.I.Browndan S.M. Marco, “Introduction to Heat Transfer”, 3rd ed.,
McGraw-Hill Book Company,New York, 1958.
VALVE(bukaankran)
SUHU(0C)
Cp(kJ/kg.0C)
ρ(kg/m3)
μ(kg/m.s)
k(W/m0C)
Pr
1/5 Tavgair = 86.5 4.198 967.503 3.32.10-4 0.674 2.059Tavg steam = 38.5 4.174 992.690 6.73.10-4 0.631 4.467
2/5 Tavg air= 75 4.189 974.787 3.81.10-4 0.667 2.390Tavg steam = 36 4.174 993.609 7.08.10-4 0.627 4.719
3/5 Tavg air= 68.5 4.185 978.707 4.15.10-4 0.662 2.634Tavg steam = 34 4.174 994.292 7.38.10-4 0.625 4.931
4/5 Tavg air= 67.75 4.184 979.112 4.19.10-4 0.661 2.651Tavg steam = 33.5 4.174 994.463 7.46.10-4 0.625 4.984
5/5 Tavg air= 66 4.183 980.057 4.28.10-4 0.659 2.714Tavg steam = 27.5 4.178 995.666 8.46.10-4 0.615 5.741
1.7.3. Perhitungan
a. Menghitungh0(aliran air diantarapipa annulus)
i. Aliran valve 1/5 bukaan
Oleh karena aliran annulus merupakan aliran fluida inkompressibel, maka
untuk menentukan nilai Reh dibutuhka nnilai Rh = S/Z (luas area /keliling
terbasahi). Dalam pipa, luas penampangnya adalah lingkaran. Jadi
mencari nilai Rh dengan membagi antara luas lingkaran dengan keliling
terbasahi (Buku Transport Phenomena Bird Edisi 1)
D2 = 0.025 m ; D1 = 0.014 m
Rh=SZ=1
2(R2−R1 )
Rh=12
(0.0125−0.007 ) m=2.75× 10−3 m
31 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
⟨ v ⟩=QA=
Qair
A2−A1
⟨ v ⟩=8.1× 10−5 m3
sπ4(0.0252−0.0142)m2
=0.241ms
ℜh=4 Rh ⟨ v ⟩ ρ
μ=
4× 2.75×10−3 m× 0.241ms
× 989.52kg
m3
3.32× 10−4 kgms
=7710.1884
Re < 10.000 makaaliran LAMINER
D=D e=( D2
2−D12)
D1
=0.0252−0.0142
D 1
=0.03064 m
h0=1,86 .[ℜ .Pr .De
L ]13.
kDe
=1,86×[7710.1884×2.059 .0.03064
0.81 ]13 .
0,6740.03064
=345.19W
m2.℃
ii. Aliran dengan valve 2/5 bukaan
Rh=SZ=1
2(R2−R1 )
Rh=12
(0.0125−0.007 ) m=2.75× 10−3 m
⟨ v ⟩=QA=
Qair
A2−A1
⟨ v ⟩=1.4 × 10−4 m3
sπ4(0.0252−0.0142)m2
=0.241ms
ℜh=4 Rh ⟨ v ⟩ ρ
μ=
4 × 2.75×10−3 m× 0.415ms
×974.787kg
m3
3.81×10−4 kgms
=11699.8024
Re > 10.000 makaaliran TURBULEN
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De=0,023 .11699.80240,8 .2.390,3 .
0,6670.03064
=8 08.8125W
m2 .℃
32 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Jikaaliranturbulen:
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De
Jikaaliran laminar:
h0=1,86 .[ℜ . Pr .De
L ]13.
kDe
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Selanjutnya dengan cara yang sama, akan diperoleh hasil sebagai berikut
ini:
WaterValve Rh miu v Reh Jenisaliran Pr k ho
1 per 5 0.003 0.000332 0.241 7710.188 Laminer 2.059 0.674 345.1902 per 5 0.003 0.000381 0.416 11699.802 Turbulen 2.390 0.667 808.8133 per 5 0.003 0.000415 0.630 16330.752 Turbulen 2.634 0.662 1168.4964 per 5 0.003 0.000419 0.760 19539.977 Turbulen 2.651 0.661 1559.1465 per 5 0.003 0.000428 0.814 20493.865 Turbulen 2.714 0.659 1800.540
b. Menghitunghi(aliran steam pada pipa dalam)
Dalam perhitungan ini, pipa yang terlibat hanyalah pipa steam (bagian dalam). Jadi, praktikan menghitung nilai Re di dalam pipa tersebut kemudian mengkategorikant ermasuk jenis aliran manakah, apakah laminar atau turbulen.
i. Alirandengan valve 1/5 bukaan
⟨ v ⟩= Q steamA pipa kecil
=3.26 × 10−6
1.54 ×10−4=0.0212 m /s
33 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Jikaaliranturbulen:
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De
Jikaaliran laminar:
h0=1,86 .[ℜ . Pr .De
L ]13.
kDe
Jikaaliranturbulen:
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De
Jikaaliran laminar:
h0=1,86 .[ℜ . Pr .De
L ]13.
kDe
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
ℜ=ρ ⟨v ⟩ D
μ=992.69 × 0.0212× 0.014
0.000673=437.54073
Re < 10.000 maka aliran LAMINAR
hi=1,86 .[ℜ .Pr .Di
L ]13.
kDi
=1,86 .[437.54073 .4.467 .0,0140.81 ]
13 .
0,6310,014
=271.0023W
m2.℃
Dengan langkah yang sama, akan diperoleh hasil sebagai berikut:
SteamValve D miu v Re Jenisaliran Pr k h1
1 per 5 0.014 0.000673 0.0211881 437.5407334 Laminer 4.467 0.631 271.00232 per 5 0.014 0.000708 0.0272975 536.3321818 Laminer 4.719 0.627 293.51313 per 5 0.014 0.000738 0.0181984 343.25583 Laminer 4.931 0.625 255.85654 per 5 0.014 0.000746 0.0207981 388.152232 Laminer 4.984 0.625 267.50925 per 5 0.014 0.000846 0.022098 364.1032359 Laminer 5.741 0.615 270.1124
c. Menghitung nilaiU c
Dari tabel A-2 buku Holman, diperoleh bahwa nilai KCumurni (T = 20oC) =
386 W/moC
U c=1
1hi
+
Ai ln( r o
r i)
2 πKL+
Ai
Ao
1ho
dimana :
r i=0,007 m
r o=0,0125 m
Ai=π D i L=3,14 (0,014 )(0.81)=0.0356 m2
A o=π D o L=3,14(0,025)(0.81)=0.0635 m2
Untuk perhitungan aliran valve 1/5
U c=1
1hi
+
A1 ln( r0
r1)
2 πKL+
A1
A0
.1h0
= 1
1198.48
+0.0356 ln( 0.0125
0.007 )2 π (386 )(0.81)
+ 0.03560.0635
.1
345.19
=187.8705W
m2 .℃
Dengan cara yang sama didapatkan :
34 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
HitungUc1/hi 1/h0 Ai Ai/A0 ro/ri Uc
0.004 0.003 0.036 0.560 1.786 187.8700.003 0.001 0.036 0.560 1.786 243.3150.004 0.001 0.036 0.560 1.786 227.3650.004 0.001 0.036 0.560 1.786 243.4350.004 0.001 0.036 0.560 1.786 248.528
d. Menentukan nilaiU d
Menghitung Nilai Ud (koefisien perindahan panas total dalam keadaan
kotor)
U d=q
A (LMTD)
dimana :
A = 0,0712m2
q=W . Cp . ∆ T i n+Wλ
dimana λ adalah panas laten (asumsisaturated steam) = 334,994 dan Cp =
Cpsteam dari tabel A-9 Holman
Untuk perhitungan q pada aliran dengan bukaan valve 1/5 ialah sebagai
berikut :
q=W . Cp . ∆ T ¿+Wλ
q=0,003 .4.174 . (93−80 )+0,003 (335.00 )
q=0.909 J / s
Selanjutnya dengan cara yang sama didapatkan :
Hitung qValve T1 (out) T2 (in) w steam lambda Cp q
1 per 5 80 93 0.003 335.000 4.174 0.9092 per 5 56 94 0.004 335.000 4.174 0.7363 per 5 44 93 0.003 335.000 4.174 0.3634 per 5 42.5 93 0.003 335.000 4.174 0.3955 per 5 39 93 0.003 335.000 4.178 0.370
Setelah mengetahui nilai LMTD, A dan q, maka dapat dilakukan
perhitungan mencari nilai Ud. Berikut ialah perhitungan untuk valve 1/5 :
U d=q
A . LMTD
35 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
U d=0.909
0.036 . 47.889
U d=0.533W
m2.℃
Dengan cara yang sama untuk aliran lain diperoleh :
UdValve q A steam LMTD Ud
1 per 5 0.909 0.036 47.889 0.5332 per 5 0.736 0.036 36.391 0.5683 per 5 0.363 0.036 28.270 0.3614 per 5 0.395 0.036 27.105 0.4105 per 5 0.370 0.036 27.361 0.380
e. MenentukanNilaiRd
Untuk menghitung faktor pengotor digunakan persamaan :
Rd=1
U d
− 1U c
Berikut ialah tabulasi hasil perhitungan yang menggunakan persamaan
diatas :
RdUd Uc 1/Ud 1/Uc Rd
0.533 187.870 1.877 0.005 1.8720.568 243.315 1.760 0.004 1.7560.361 227.365 2.771 0.004 2.7670.410 243.435 2.442 0.004 2.4380.380 248.528 2.631 0.004 2.627
f. Menentukanɛ (nilai keefektifan)dan NTU
i. Alirandengan valve 1/5 bukaan
Penentuan fluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
36 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
Perhitungan e dan NTUValve fluida w Cp C ket C* Tin Tout e NTU
1 per 5 Steam 0.00324 4.174 0.0135 fluida min
0.041059 93 80 0.22807 0.260376
Air 0.07837 4.198 0.3290 fluida max
36 41
ii. Alirandengan valve 2/5 bukaan
Penentuan fluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
Perhitungan e dan NTUValve fluida w Cp C ket C* Tin Tout e NTU
2 per 5 Steam 0.00417 4.174 0.0174 fluida min
0.03047 94 56 0.633333 1.026102
Air 0.13647 4.189 0.5717 fluida max
34 38
iii.Alirandengan valve 3/5 bukaan
Penentuan fluida minimum
C=Cp ×w
37 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
Perhitungan e dan NTUValve fluida w Cp C ket C* Tin Tout e NTU
3 per 5 Steam 0.0028 4.174 0.0116 fluida min
0.013383 93 44 0.816667 1.734699
Air 0.2075 4.185 0.8683 fluida max
33 35
iv. Alirandengan valve 4/5 bukaan
Penentuanfluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
FluidaMaks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
Perhitungan e dan NTU
38 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Valve fluida w Cp C ket C* Tin Tout e NTU4 per 5 Steam 0.0032 4.174 0.013
3fluida min
0.012666 93 42.5 0.841667 1.888831
Air 0.2507 4.184 1.0487
fluida max
33 34
v. Alirandengan valve 5/5 bukaan
Penentuan fluida minimum
C=Cp ×w
Fluida Min = C terkecil
Fluida Maks = C terbesar
ε (nilai kefektifan)
ε= ∆ Fluida minBeda Suhu Terbesar
NTU
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
Berikut ialah hasil perhitungan yang ditabulasikan :
Perhitungan e dan NTUValve fluida w Cp C ket C* Tin Tout e NTU
5 per 5 Steam 0.0034 4.178 0.0141 fluida min 0.01259 93 39 0.77143 1.50044Air 0.2685 4.183 1.1233 fluida max 32 23
Ringkasan Hasil Perhitungan
Aliran FluidaQ h Uc Ud Rd
e NTU(m3/s) (W/m2.oC) (W/m2.oC) (W/m2.oC) (m2.oC/W)
1/5 Steam 3.26E-06 345.1900 187.8705 0.5328 1.8716 0.2281 0.2604Air 8.10E-05 271.0023
2/5 Steam 4.20E-06 808.8125 243.3155 0.5681 1.7562 0.6333 1.0261Air 1.40E-04 293.5131
3/5 Steam 2.80E-06 1168.4956 227.3655 0.3609 2.7668 0.8167 1.7347Air 2.12E-04 255.8565
4/5 Steam 3.20E-06 1559.1459 243.4349 0.4096 2.4375 0.8417 1.8888
39 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Air 2.56E-04 267.50925/5 Steam 3.40E-06 1800.5397 248.5278 0.3801 2.6269 0.7714 1.5004
Air 2.74E-04 270.1124
BAB IV
ANALISIS
1.8. Analisis Percobaan
Dalam percobaan ini, praktikan melakukan prosedur terkait dengan heat
exchanger (alat penukar kalor) dengan variasi arah aliran (searah dan berlawanan) dan
laju alir air sebagai fluida dingin melalui variasi bukaan valve (1/5, 2/5, 3/5, 4/5,1
putaran). Selain itu, praktikan juga menghitung laju alir keluaran berupa kondensat
sebagai fluida panas. Dengan variasi laju alir yang masuk (sebagai fluida dingin), maka
dapat diketahui efektivitas atau efisiensi suatu alat penukar kalor.
Dalam percobaan ini digunakan HE jenis pipa ganda tubular. Jenis pipa ganda
tubular digunakan karena lebih efektif mempertukarkan kalor pada skala kecil
dibanding jenis HE lain seperti jenis shell and tube. HE tipe ini hanya membutuhkan
area perpindahan kalor yang kecil dan mudah diamati suhu masukan dan keluarannya.
Untuk aliran searah, praktikan mengatur bukaan valve dan menutup valve tertentu agar
aliran fluida menjadi searah. Ketika kedua aliran dimasukkan secara searah,
perpindahan kalor mulai terjadi. Data yang diambil berupa suhu yang terbaca pada
sensor dan juga laju alir fluida dingin dan kondensat didapatkan saat perubahan suhu
fluida dingin dan kondensat yang keluar sudah konstan. Hal yang sama juga dilakukan
untuk aliran berlawanan arah sehingga praktikan juga mengambil data suhu serta laju
alir air dan kondensat setelah suhu fluida telah konstan. Pengambilan data setelah suhu
40 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
konstan ini dimaksudkan agar data lebih akurat. Adapun suhu fluida di awal dianggap
konstan karena belum dialirkan kalor.
Fluida yang dialirkan terlebih dahulu dalam alat penukar kalor adalah air agar
kalor dari steam dapat diserap oleh air. Hal ini dikarenakan kalor cenderung bersifat
menuju arah lingkungan sehingga pemakaian steam diatur agar aliran kalor tidak
menuju langsung ke dinding pipa karena selain akan merusak dinding pipa juga akan
meningkatkan pemakaian steam sehingga pemakaian steam menjadi lebih boros dan
mahal karena steam harus dibuat terlebih dahulu dengan steam generator.
Saat steam panas baru melewati pipa-pipa HE (sebelum bertemu dengan air),
pipa tersebut terasa panas. Hal ini dikarenakan adanya proses perpindahan kalor dari
steam menuju lingkungan juga terjadi pressure drop sepanjang aliran pipa yang
mengakibatkan proses perubahan fasa steam menjadi embun meskipun suhu belum
mencapai 100oC. Adapun steam dialirkan di dalam pipa yang lebih kecil agar tidak
merusak alat karena tekanan steam yang sangat tinggi juga untuk menghindari transfer
panas ke pipa bagian luar yang dapat membahayakan praktikan apabila tersentuh.
Selain itu, steam dialirkan ke dalam pipa yang lebih kecil untuk menghemat
penggunaannya karena harga steam lebih mahal.
1.9. Analisis Hasil dan Perhitungan
Aliran Berlawanan Arah
Valve T ave Steam
.0 C
T ave air
.0 C
Qsteam
m3/sQair
m3/s∆ T LMTD
.0 C1/5 65.5 45 2.4E-06 6.2E-05 17.083742/5 64.5 39.5 3.0E-06 1.4E-04 18.204783/5 64 36 3.3E-06 1.7E-04 18.713824/5 63.5 35 3.4E-06 2.3E-04 17.644795/5 63.5 33.5 3.6E-06 2.4E-04 18.33966
Aliran Searah
Valve T ave Steam
.0 C
T ave air
.0 C
Qsteam
m3/sQair
m3/s∆ T LMTD
.0 C1/5 38.5 86.5 3.3E-06 8.1E-05 47.892/5 36 75 4.2E-06 1.4E-04 36.393/5 34 68.5 2.8E-06 2.1E-04 28.27
41 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
4/5 33.5 67.75 3.2E-06 2.6E-04 27.1045/5 27.5 66 3.4E-06 2.7E-04 27.36
Berdasarkan data di atas, ditunjukkan bahwa laju alir steam meningkat seiring dengan
laju alir air. Hal ini dikarenakan semakin tingginya kalor yang terpakai untuk
mengubah air menjadi steam. Karena besarnya laju alir air yang mengalir, maka bisa
dikatakan fluida pendingin (air) yang digunakan banyak sehingga kemampuan
mendinginkan fluida panas (steam) lebih besar. Dampaknya, suhu steam yang keluar
semakin rendah. Pada aliran berlawanan arah, suhu keluaran steam lebih rendah
dibandingkan pada aliran searah, hal ini dikarenakan perbedaan suhu awal pada titik-
titik tertentu akan lebih besar sehingga menghasilkan driving force yang mendorong
steam dan air untuk saling bertukar panas.
Analisis h0 dan hi
Aliran Berlawanan Arah
ho
(W/
m2.oC
)
hi
(W/
m2.oC
)
Uc
(W/
m2.oC
)
198.4
795
577.9
452
166.1
864
216.5
328
1700.
708
201.6
989
219.5
423
2223.
399
207.5
893
222.3
202
2737.
655
212.1
791
227.6
192
2804.
236
217.2
292
Aliran Searah
42 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
WaterValve Rh miu v Re Jenisaliran Pr k ho
1 per 5 0.003 0.000332 0.241 7710.188 Laminer 2.059 0.674 345.1902 per 5 0.003 0.000381 0.416 11699.802 Turbulen 2.390 0.667 808.8133 per 5 0.003 0.000415 0.630 16330.752 Turbulen 2.634 0.662 1168.4964 per 5 0.003 0.000419 0.760 19539.977 Turbulen 2.651 0.661 1559.1465 per 5 0.003 0.000428 0.814 20493.865 Turbulen 2.714 0.659 1800.540
SteamValve D miu v Re Jenisaliran Pr k h1
1 per 5 0.014 0.000673 0.0211881 437.5407334 Laminer 4.467 0.631 271.00232 per 5 0.014 0.000708 0.0272975 536.3321818 Laminer 4.719 0.627 293.51313 per 5 0.014 0.000738 0.0181984 343.25583 Laminer 4.931 0.625 255.85654 per 5 0.014 0.000746 0.0207981 388.152232 Laminer 4.984 0.625 267.50925 per 5 0.014 0.000846 0.022098 364.1032359 Laminer 5.741 0.615 270.1124
Untuk persamaan h0 karena alirannya cenderung turbulen, persamaannya adalah :
h0=0,023 .ℜ0,8 . Pr0,3 .k
De
Untuk persamaan hi (koefisien panas dari steam) adalah sebagai berikut:
hi = NuD . k/D
Karena aliran steam dalam alat penukar kalor bersifat laminar ditinjau dari bilangan
Reynold, maka persamaan yang dipakai untuk bilangan Nusselt adalah :
hi=1,86 .[ℜ . Pr .Di
L ]13.
kDi
Persamaan Bilangan Reynold adalah :
ℜ=De ¿μ= De
μ [ 4w
π ( D22−D1
2 ) ]43 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Nilai hi dan h0 banyak dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain Bilangan Reynold,
bilangan Prandtl, serta termal konduktivitas. Bilangan Prandtl dan termal konduktivitas
didasarkan oleh kondisi steam sedangkan bilangan Reynold adalah didasarkan jenis
aliran dari fluida. Jika dilihat berdasarkan persamaan, bilangan Reynold sangat
dipengaruhi oleh laju alir. Semakin besar laju alirnya maka semakin besar nilai
bilangan Reynoldnya sehingga h0 dan hi dan laju alir berbanding lurus.
Analisis Uc,Ud, dan Rd
Aliran Berlawanan Arah
ho
(W/
m2.oC)
hi
(W/
m2.oC)
Uc
(W/
m2.oC)
198.4795 577.9452 166.1864
216.5328 1700.708 201.6989
219.5423 2223.399 207.5893
222.3202 2737.655 212.1791
227.6192 2804.236 217.2292
PerhitunganU d
V q A L U d
1 1. 0 17 1.
2 1. 0 18 1.
3 1. 0 18 1.
4 2. 0 17 1.
5 2. 0 18 1.
Aliran Searah
Uc1 1 A A r Uc
44 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
/hi
/h0
i i/A0
o/ri
0 0 0 0 1 187.870
0 0 0 0 1 243.315
0 0 0 0 1 227.365
0 0 0 0 1 243.435
0 0 0 0 1 248.528
Adapun persamaan Uc (koefisien perpindahan panas dalam keadaan bersih) adalah
sebagai berikut :
45 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
UdValve q A steam LMTD Ud
1 per 5 0.909 0.036 47.889 0.5332 per 5 0.736 0.036 36.391 0.5683 per 5 0.363 0.036 28.270 0.3614 per 5 0.395 0.036 27.105 0.4105 per 5 0.370 0.036 27.361 0.380
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
U c=1
1hi
+
A1 ln( r0
r1)
2 πKL+
A1
A0
.1h0
Sedangkan persamaan Ud (koefisien perpindahan panas dalam keadaan kotor)
adalah sebagai berikut :
U d=q
A (LMTD)
Dengan q merupakan panas yang dapat dipindahkan oleh alat penukar kalor dan A
adalah luas luas bidang perpindahan panas atau dalam hal ini adalah luas pipa dalam
(Ai).
q=W . Cp . ∆Tin+W . λ
Dengan W = ρ.Q , dan λ adalah panas laten.
Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa nilai Uc berbanding lurus dengan
nilai hi dan h0. Semakin besar hi dan ho, maka semakin besar juga Uc. Hal ini
dikarenakan adanya kaitan erat bilangan Re dengan nilai h.
Lain hal nya dengan nilai Ud. Nilai Ud berbanding terbalik dengan LMTD
(logarithmic mean temperature difference). LMTD ini mempunyai suatu faktor
koreksi, yaitu FT. Nilai FT didapat dari fig. 18 buku Kern. Dan nilai FT ini didapatkan
dari titik temu antara R dan S
Nilai LMTD sendiri dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
46 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
LMTD=¿¿¿
Di samping itu, praktikan juga menghitung faktor pengotor (Rd) alat penukar kalor
melalui persamaan berikut:
Rd=1
U d
− 1U c
Penyebab yang
memengaruhi
faktor kekotoran secara
langsung adalah Uc dan
Ud. Secara teoritis,
nilai Uc > Ud sehingga
nilai dari Rd selalu positif.
Analisis Efektifitas dan
NTU
Aliran Berlawanan Arah
Aliran Fluida Q(m3/s)
hW/m2.oC
Uc
W/m2.oCUd
W/m2.oCRd
m2.oC/We NTU
1/5 Steam 2.40E-06 198.4795 166.1864 1.1402 0.8710 0.8971 2.5817Air 6.20E-05 577.9452
2/5 Steam 3.00E-06 216.5328 201.6989 1.4232 0.6977 0.9286 2.9113Air 1.42E-04 1700.7079
3/5 Steam 3.30E-06 219.5423 207.5893 1.4858 0.6682 0.9429 3.1822Air 1.68E-04 2223.3994
47 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
PerhitunganRd (berlawanan arah)Ud Uc 1/ 1/ Rd
1. 16 0. 0. 0.
1. 20 0. 0. 0.
1. 20 0. 0. 0.
1. 21 0. 0. 0.
1. 21 0. 0. 0.
Rd (searah)U Uc 1/ 1/ R
0. 187.870
1. 0. 1.
0. 243.315
1. 0. 1.
0. 227.365
2. 0. 2.
0. 243.435
2. 0. 2.
0. 248.528
2. 0. 2.
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
4/5 Steam 3.40E-06 222.3202 212.1791 1.6352 0.6068 0.9571 3.4944Air 2.28E-04 2737.6546
5/5 Steam 3.60E-06 227.6192 217.2292 1.6631 0.5967 0.9571 3.5000Air 2.36E-04 2804.2359
Aliran Searah
Aliran Fluida Q h Uc Ud Rd e NTU
(m3/s) (W/m2.oC) (W/m2.oC) (W/m2.oC) (m2.oC/W)
1/5 Steam 3.26E-06 345.1900 187.8705 0.5328 1.8716 0.2281 0.2604Air 8.10E-05 271.0023
2/5 Steam 4.20E-06 808.8125 243.3155 0.5681 1.7562 0.6333 1.0261Air 1.40E-04 293.5131
3/5 Steam 2.80E-06 1168.4956 227.3655 0.3609 2.7668 0.8167 1.7347Air 2.12E-04 255.8565
4/5 Steam 3.20E-06 1559.1459 243.4349 0.4096 2.4375 0.8417 1.8888Air 2.56E-04 267.5092
5/5 Steam 3.40E-06 1800.5397 248.5278 0.3801 2.6269 0.7714 1.5004Air 2.74E-04 270.1124
Persamaan untuk mendapatkan nilai efektifitas adalah :
ε≡Ch (Th in
−T hout )
Cmin (T hin−T cmin )
=Cc (T cout
−T c in)Cmin (Thin
−T c in)
Sedangkan persamaan untuk mendapatkan nilai NTU adalah :
NTU=−ln [1−(1+C¿)ε ]
1+C ¿
Dengan :
C ¿=Cmin
Cmax
C=Cp ×w
Dengan :
Fluida Min = C terkecil
FluidaMaks = C terbesar
48 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
Dari hasil perhitungan di atas, dapat diketahui bahwa nilai efisiensi dari aliran
berlawanan arah lebih besar dikarenakan suhu keluaran air dari aliran berlawanan
arah lebih besar. Dengan kata lain, nilai efisiensi ini tergantung dari suhu masukan
serta keluaran dari fluida dingin dan steam. Sesuai dengan hasil perhitungan yang
ada, nilai NTU memiliki hubungan berbanding lurus dengan efektifitas.
1.10. Analisis Kesalahan
Adanya kesalahan paralaks yang mengakibatkan kesalahan pencatatan volume air
dan kondensat.
Terjadinya kemacetan pada keluaran dari pipa dan valve yang memungkinkan
terjadinya perubahan nilai pada suhu sehingga suhu yang tercatat tidak sesuai
dengan yang seharusnya.
Proses pembukaan valve yang kurang sesuai sehingga volume air dan steam serta
suhu tidak optimal.
49 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
BAB V
KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat ditarik kesimpulan :
1. Double Pipe 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.
2. Beberapa faktor yang menjadi parameter unjuk kerja dari alat Double Pipe Heat
Exchanger adalah faktor kekotoran (dirt factor), luas permukaan perpindahan kalor,
koefisien perpindahan kalor, beda temperatur rata-rata, jenis aliran (bilangan reynold) dan
arah aliran (co-current atau counter current).
3. Faktor pengotoran akan memperkecil efisiensi HE. Parameter faktor kekotoran pada alat
ini sangat mempengaruhi unjuk kerja alat tersebut. Hal ini terlihat dari koefisien
perpindahan panas menyeluruh antara alat saat bersih (UC) dan saat kotor (UD) yang akan
berpengaruh pada temperatur akhir yang diperoleh.
4. Aliran fluida berlawanan akan mempunyai selisih suhu uap dan air awal yang relatif
sama dengan selisih suhu uap dan air pada kondisi akhir.
5. Aliran fluida searah akan memberikan selisih suhu uap dan air awal jauh lebih besar
daripada selisih suhu uap dan air pada kondisi akhir.
6. Aliran counter current lebih efektif daripada aliran co current. Perpindahan panas yang
terjadi pada aliran berlawanan lebih menyeluruh, fluida panas dan fluida dingin saling
bertukar panas pada titik-titik yang memiliki perbedaan suhu yang besar sehingga jarak
suhu steam dan air keluar cukup dekat.
7. Untuk kedua aliran, laju air meningkat Re meningkat h0 dan hi meningkat Uc
meningkat Rd meningkat UD menurun LMTD meningkat ɛ meningkat
NTU meningkat.
50 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia
Laporan Praktikum UOP : Heat Exchanger 2012
DAFTAR PUSTAKA
Buku Panduan Praktikum Proses Operasi Teknik I, Teknik Gas dan Petrokimia UI.
Holman,J.P. 1997. Perpindahan Kalor. Jakarta:Erlangga.
Kern,D.Q. 1981. Process Heat Transfer. Mc-Graw Hill International Company Book,
51 Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia