ALAT PENUKAR PANAS
-
Upload
veranixoen-hasugian -
Category
Documents
-
view
288 -
download
4
Transcript of ALAT PENUKAR PANAS
BAB I
PENDAHULUAN
A. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN
1. Maksud
Adapun maksud dari percobaan ini adalah untuk mengenal dan
melihat perbedaan antara dua jenis aliran yaitu Aliran Searah dan
Berlawanan Arah pada alat penukar panas, serta pengaruhnya pada suhu
yang dihasilkan pada fluida.
2. Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
Untuk mempelajari dasar –dasar penukar panas.
Untuk menghitung neraca panas dari alat penukar panas.
Untuk menghitung koefisien pemindahan panas keseluruhan dari
alat penukar panas.
Untuk menghitung efisiensi penukar panas.
Untuk mempelajari hubungan antara bilangan reynold dengan
karakteristik penukar panas.
B. LATAR BELAKANG
Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa
Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan
perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai
pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated
steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas
dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung
secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida
terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung
begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang
minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi,
pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah
radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara
sekitar.
Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi
tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya
disusun suatu anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas
permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus
sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai
perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.
Alat penukar panas (heat exchanger) merupakan suatu alat yang sangat
penting dalam proses pertukaran panas. Alat tersebut berfungsi untuk
memindahkan panas antara dua fluida yang berbeda temperatur dan dipisahkan
oleh suatu sekat pemisah.
Jenis Unit Heat Exchanger
Once Through System, air pendingin mengalir melalui unit heat exchanger dan
langsung dibuang.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. DEFENISI PERCOBAN
Penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang
memungkinkan perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas
maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat
panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling
water).
Alat penukar panas
Alat penukar panas konvensional seperti penukar panas pipa rangkap
(double pipe heat exchanger ) dan penukar panas cangkang buluh ( shell and tube
heat exchanger ) selama beberapa dekade mendominasi fungsi sebagai penukar
panas di industri. Perkembangan kemudian, karena tuntutan effisiensi energi,
biaya, serta tuntutan terhadap beban perpindahan panas yang lebih tinggi dengan
ukuran penukar panas yang kompak menjadi penting. Menanggapi hal itu, maka
dibuat suatu penukar panas kompak. Salah satu jenis penukar panas kompak
tersebuat adalah penukar panas Plate and frame Heat Exchanger.
1. Penukar panas pipa rangkap ( double pipe heat exchanger )
Satu jenis penukar kalor ialah susunan pipa ganda. Dalam penukar kalor
jenis ini dapat digunakan aliran searah atau aliran lawan arah, baik dengan zat cair
panas maupun zat cair dingin terdapat dalam ruang annulus dan zat cair yang lain
di dalam pipa dalam. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam
standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan
kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua
mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar
panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan
operasi yang
tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis
selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).
2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger )
Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang
dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel
(cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida
yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau
bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel
pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat
penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( baffle ). Ini bertujuan untuk
membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ),
namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan
menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan
panasnya harus diatur.
3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )
Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak
lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang
penyekat lunak (biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan
oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat( kebanyakan segi
empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida
dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain
mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.
B. PERKEMBANGAN SERTA PENGGUNAANNYA DALAM DUNIA
INDUSTRI
Penukar Panas, khususnya jenis shell-and-tube, merupakan peralatan yang
banyak dipergunakan di berbagai bidang industri, seperti perminyakan,
petrokimia, energi dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas,
sebagaimana namanya, adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke
fluida yang lainnya.
Salah satu parameter yang menentukan pemilihan suatu jenis penukar
panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas, yang pada umumnya
disebut efektivitas. Untuk satu ukuran penukar panas tertentu, efektivitas yang
tinggi menunjukkan semakin banyaknya fluks panas yang dapat dipindahkan
per satuan massa fluida. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu
rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas
tinggi senantiasa menjadi topik litbang di berbagai lembaga riset, universitas
ataupun industri di dunia.
BAB III
MATERI DAN METODA
A. MATERI
Adapun materi yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai
berikut:
1. Alat
Alat penukar panas dengan pipa ganda.
Thermometer
2. Bahan
Air
B. METODE
Adapun prosedur kerja dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Alat penukar panas dihubungkan dengan sumber listrik dengan saklar pada
posisi “ON”.
2. Pompa air dihidupkan dan air dimasukkan kedalam tangki air panas dan
tangki air dingin hingga melimpah.
3. Pompa sirkulasi air panas dijalankan, dan diatur sirkulasinya, pastikan
tidak ada udara didalam pipa.
4. Kemudian, aliran dari air panas dan dingin dibuat menjadi aliran searah,
dengan laju air panas 90 kg/jam dan laju air dingin dibiarkan tetap pada
200 kg/jam.
5. Setelah suhu konstan, suhu dari thermometer dicatat pada data pengamatan
untuk T1 dan T2 thermometer air dingin dan t1 dan t2 untuk air panas.
6. Ganti laju alir air panas menjadi 180 kg/jam dengan laju air dingin 200
kg/jam. Catat kembali suhu pada thermometer untuk air panas dan air
dingin.
BAB V
ANALISA DATA
Untuk pararel flow
1. Menghitung (W) panas
Dik: w = 60 l/j ( robah jadi kg/jam)
Maka density air pada suhu 630C
Density (untuk panas 630C)
X−X1
X2−X 1
= Y −Y 1
Y 2−Y 1
6 3−626 4−62 =
Y−0,982170 ,98110−0,93321
12=
Y−0,98217−0,00107
-0,00107 = 2y – 1,96434
- 2Y = -1,96434 + 0,00107
= -1,96327
Y = −1,96327
−2
Y = 0,981635 gr/ml
Maka w = 60g x 0,981635 gr/ml
= 58,8981 kg/jam
2. Menghitung suhu rata-rata
a) t 1+t 2
2 = 63+51
2 = 570C
b)t 1+t 2
2 = 28+34
2 = 310C
3. Menghitung harga Vh (dari table kinematika air) = 570C
X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
57−5560−55 =
Y −0,005180,00480−0,00518
25=
Y −0,005180,00480−0,00518
25 =
Y−0,005180,00038
5Y – 0,0259 = - 0,00076
5Y = - 0,00076 + 0,0259
= 0,02514
Y = 0,02514
5
Y = 0,005028
Vh = 0,005028 x 10-4 m3/dtk
= 5,028 x 10-7 m3/dtk
4. Maka harga V ( dari table kinematika air) = 310C
X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
31−3035−30 =
Y −0,007960,00724−0,00796
15 =
Y−0,00796−0,00072
5Y – 0,0398 = - 0,00072
5Y = - 0,00072 + 0,0398
= 0,03908
Y = 0,03908
5
Y = 0,007816
V = 0,007816 x 10-4 m3/dtk
= 7,816 x 10-7 m3/dtk
5. Menghitung ∆t1, ∆t2 dan ∆tm
a. ∆t1 = T1 - t1 = 63 – 28 = 350C
b. ∆t2 = T2 - t2 = 51 – 34 = 170C
c. ∆tm = ∆ t 1−∆ t 2
¿∆ t 1∆ t 2
= 35−1 7
¿3 517
= 24,92720C
6. Menghitung ( Qw dan qw (kkal/jam))
a. Qw = w x cp x (T1 –t2)……………..( cp interpolasi)
Cp = X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
63−626 4−62 =
Y −0,45500,4418−0,4550
12 =
Y−0 ,4550−0,013 2
2Y – 0,91 = - 0,0132
2Y = - 0,0132 + 0,91
= 0,8968
Y = 0 ,8968
2 = 0,4484 L/kg 0C
Qw = 58,8981 x 0,4484 x (57-31)
= 209,2083 kkal/jam
qw = w x cp x (t1 – t2)
= 209,2083 x 0,8360 x (34-28)
= 1049,3886kkal/jam
7. Menghitung Rew dan rew
a. Rew = 7,584x 10-6 WV h
= 7,584 x 209,2083
7,816 .10−7
= 7,584 x 209,2083
7,816.10−7
= 24,3651.10−7
b. rew = 7,584 x 10-6 WV 1
= 7,584 x 10-6 209,2083 kg/ jam
7,816 X 10−7 m3/dtk
= 7,584 x 209,2083
0,7816
= 7,584 x 267,666
= 2029,9789
8. menghitung efisiensi (η¿
(η¿ = T 1−T 2T 1−t 1 x 100%
= 63−5 16 3−28 x 100%
= 1235 x 100%
= 34,28%
9. menghitung q, A dan U
a. q = Qw+qw
2
= 686,6575+1049,3886
2
= 868,0231 kkal/jam
b. A = 3,14 . 0,017+0,019
2
= 3,14 . 0,036
2
= 0,11304
2
= 0,05652 m2
c. U = q
A . ∆ tm
= −59,8743
0,05652 .8,1127
= −59,8743
0,4585
= 130,5873 kkal/m2 . jam 0C
Untuk counter flow
1. Menghitung (W) panas
Dik: w = 60 l/j ( robah jadi kg/jam)
Maka density air pada suhu 630C
Density (untuk panas 630C)
T−T 1
T 2−T 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
6 3−626 4−62 =
Y−0,982170,98110−0,98217
12=
Y−0,982170,98110−0,98217
12 =
Y−0,98217−0,00107
-0,00107 = 2y-1,96434
-2Y = -1,96434+0,00107
Y = −1,96327
−2
Y = 0,9816gr/ml
Maka w = 60 x 0,9816 kg/l
= 58,8981kg/jam
2. Menghitung suhu rata-rata
c) t 1+t 2
2 = 63+52,5
2 = 57,50C
d)t 1+t 2
2 = 28+34
2 = 310C
3. Menghitung harga Vh (dari table kinematika air) =
56,750C
X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
56,75−55
60−55 = Y −0,00518
0,00480−0,00518
1,75
5 = Y −0,00518
0,00480−0,00518
1,75
5 = Y−0,00518−0,00038
5Y – 0,0259 = - 0,000665
5Y = - 0,000665 + 0,0259
= 0,0252
Y = 0,0252
5
Y = 0,00504
Vh = 0,00504 x 10-4 m3/dtk
= 5,04 x 10-7 m3/dtk
4. Maka harga V1 ( dari table kinematika air) = 310C
X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
31−3035−30 =
Y −0,007960,00724−0,00796
15 =
y−0,00796−0,00072
5Y – 0,0398 = - 0,00072
5Y = - 0,00072 + 0,0398
= 0,03908
Y = 0,03908
5
Y = 0,007816
V = 0,007816 x 10-4 m3/dtk
= 7,816 x 10-7 m3/dtk
5. Menghitung ∆t1, ∆t2 dan ∆tm
a. ∆t1 = T1 - t1 = 61 – 34 = 270C
b. ∆t2 = T2 - t2 = 52,5 – 28 = 24,50C
c. ∆tm = ∆ t 1−∆ t 2
¿∆ t 1∆ t 2
= 27−24 ,5
¿27
24 , 5
= 2,5
1,1020
= 2,26860C
6. Menghitung ( Qw dan qw (kkal/jam))
Qw = w x cp x (T1 –t2)……………..( cp interpolasi)
Cp = X−X 1
X 2−X 1 = Y −Y 1
Y 2−Y 1
61−6062−60 =
Y −0,46880,4550−0,4688
12 =
Y−0,4688−0,0138
2Y – 0,9376 = - 0,0138
2Y = - 0,0138 + 0,9376
= 0,9238
Y = 0,9238
2 = 0,4619 L/kg 0C
Qw = 124,4997 x 0,4619 x (61-52,5)
= 124,4997 x 0,4619 x 8,5
= 488,8044 kkal/jam
qw = w x cp x (t1 – t2)
= 209,2083 x 0,4619 x (28-34)
= - 579,7998 kkal/jam
7. Menghitung Rew dan rew
a. Rew = 2,080 x 10-5 WV h
= 2,080 x 10-5 124,4997
5,0 4 .10−2
= 2,080 x 124,4997
5,0 4 .10−2
= 2,080 x 124,49970,050 4
= 2,080 x 2470,2321
= 5138,8827
b. rew = 7,584 x 10-6 w
V 1
= 7,584 x 10-6 209,2083
7,816 X 10−7
= 7,584 x 209,2083
0,7816
= 7,584 x 267,667
= 2029,9865
8. menghitung efisiensi (ɳ ¿
(ɳ ¿ = T 1−T 2T 1−T 1 x 100%
= 61−52,561−28 x 100%
= 8 ,533 x 100%
= 25,75%
9. menghitung q, A dan U
d. q = Qw+qw
2
= 488,804+−579,7998
2
= - 45,4977 kkal/jam
e. A = 3,14 . 0,017+0,019
2
= 3,14 . 0,036
2
= 0,11304
2
= 0,05652 m2
f. U = q
A . ∆ tm
= −45,4977
0,05652 .2,2686
= −45,4997
0 , 1282
= - 354,9118 kkal/m2 . jam 0C
ANALISA DATA
BAB VII
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan hasil praktikum ini
adalah sebagai berikut:
Bilangan Reynold pada air panas (REW) lebih besar dibandingkan
air dingin (rew).
Dalam aplikasi maka arus yang paling efisiensi di gunakan adalah
arus berlawanan
DAFTAR PUSTAKA
- Paranita, Darni.”Penuntun Praktikum – Operasi Teknik Kimia I”. Medan:
Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI).2011
- .”Operasi Teknik Kimia – 1”.Medan:Pendidikan Teknologi Kimia Industri
(PTKI).2011
Situs WEB :
http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-s2-tk-2000-Rudi-
alir
http://id.wikipedia.org/wiki/Penukar_panas