Laporan STHE

LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2014

MODUL : Shell and Tube Heat Exchanger

PEMBIMBING : Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT

Oleh :

Kelompok : V

Nama : 1. Haryadi Wibowo ,121424016

2. Izza Dwianti Ananta S ,121424018

3. M Iqbal Aulia A ,121424019

4. Nabilah Hasna P ,121424020

5. Naura Agustina ,121424021

Kelas : 3A

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014

Praktikum : 2 Oktober 2014

Penyerahan : 16 Oktober 2014

(Laporan)

I. TUJUAN PERCOBAAN

a. Memahami cara kerja peralatan shell and tube heat exchanger

b. Menentukan efisiensi berdasarkan perpindahan panas yang terjadi dalam alat

c. Menentukan koefisien perpindahan panas keseluruhan (U)

d. Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas

keseluruhan

II. DASAR TEORI

Jenis penukar panas shell and tube yang digunakan adalah 1 shell pass dan 2 tube pass (1-2 Exchanger) seperti gambar dibawah ini.

Alat yang digunakan dalam praktikum mempunyai ukuran :Panjang pipa dan shell 1200 mmDiameter shell 375 mmDiameter pipa luar 32 mmDiameter pipa dalam 27,8 mmJumlah sekat 13Jumlah pipa 24 buahSusunan pipa dalam shell dapat berbentuk in-line (a) dan staggered (b)

Sedangkan susunan pipa yang ada didalam alat yang digunakan adalah in-line (a) dan ratio antara Sn/D = Sp/D = 1,25Gambar profil temperatur dari penukar panas ini adalah : (Co-Current)

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

Q=U . A .△ T m

U = QA .△T m△Tm = FT . △Tlm

Harga Q dapat dihitung dari :Q = (M.Cp.△T)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas

= (M.Cp.△T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

η=( M .Cp .△T ) 2( M .Cp.△T ) 1

x100 %

Q = Laju Alir Kalor (Watt)A = Luas Permukaan (m2)U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)△Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△T lm=△ T 1−△T 2

ln△ T1

△ T2

Untuk Aliran Counter-current△T1 = Thi – Tco△T2 = Tho – TciUntuk Aliran Co-current△T1 = Tho – Tco△T2 = Thi – Tci

Harga FT dapat diperoleh dari kurva dibawah :

III. ALAT DAN BAHAN

a. Seperangkat alat shell and tube

b. Sumber Steam

c. Fluida (air)

IV. PROSEDUR/LANGKAH KERJA

a. Mengutamakan laju alir dingin dahulu sebelum pengaturan air panas

menggunakan steam.

b. Pastikan semua kerangan sudah siap.c. Ambil data untuk variasi aliran panas tetap dan aliran air dingin tetap

V. DATA PENGAMATAN

Jenis aliran yang digunakan ilaah counter-current

Data ukuran shell and tube

Panjang pipa dan shell 1200 mmDiameter shell 375 mmDiameter pipa luar 32 mmDiameter pipa dalam 27,8 mmJumlah sekat 13Jumlah pipa 24 buah

a. Untuk laju alir air panas konstan Q = 6 L/menit

b. Untuk laju alir air dingin konstan Q = 13 L/menit

VI. PENGOLAHAN DATA

a. Untuk laju alir air panas konstan

Perhitungan ∆T1 dan ∆T2

No

Laju air dingin SuhuL

(L/menit)

Waktu (menit)

Thi (iqbal

)Tho

(nabil)

Tci (izza

)Tco

(bowo)1 6 10 46 26,5 21 262 6 10 42 33 21 303 7 10 44 32 22 304 8 10 40 31 22 295 9 10 38 30 22 286 10 10 38 29 23 287 11 10 37 28 23 278 12 10 40 27 23 269 13 10 39 28 23 26

No

Laju air panas SuhuL

(L/menit)

Waktu (menit)

Thi (iqbal

)

Tho (nabil)

Tci (izza

)

Tco (bowo)

1 8 10 38 28 23 272 8 10 36 28 23 273 9 10 38 29 23 264 10 10 35 30 23 265 11 10 34 28 23 266 12 5 32 28 23 267 13 5 30 27 22 268 14 5 29 28 22 269 15 5 32 27 22 26

∆T1 (Thi-Tco) ∆T2 (Tho-Tci)20 5,512 1214 1011 910 810 610 514 413 5

Perhitungan ∆Tlm

∆T1-∆T2 ln(∆T1/∆T2) ∆Tlm14,50 1,29 11,23

1,00 0,09 11,49

4,00 0,34 11,89

2,00 0,20 9,97

2,00 0,22 8,96

4,00 0,51 7,83

5,00 0,69 7,21

10,00 1,25 7,98

8,00 0,96 8,37

Pencarian harga Ft

Tco-Tci

Thi-TciY = (Tco-Tci/Thi-

Tci)Thi-Tho

Tco-Tci

Z = (Thi-Tho/Tco-Tci)

FT (kurva)

5,00 25,00 0,20 19,50 5,00 3,90 0,71

9,00 21,00 0,43 9,00 9,00 1,00 0,91

8,00 22,00 0,36 12,00 8,00 1,50 0,93

7,00 18,00 0,39 9,00 7,00 1,29 0,97

6,00 16,00 0,38 8,00 6,00 1,33 0,95

5,00 15,00 0,33 9,00 5,00 1,80 0,94

4,00 14,00 0,29 9,00 4,00 2,25 0,93

3,00 17,00 0,18 13,00 3,00 4,33 0,92

3,00 16,00 0,19 11,00 3,00 3,67 0,89

Perhitungan Cp

Perhitungan Cp

T ho (K) T hi (K) T co (K) T ci (K)T rata rata di tube

T rata rata di shell

Cp di tube (J/mol K)

Cp di shell (J/mol K)

299,5 319 299 294 309,25 296,5 4053,977 4456,208305 315 303 294 310 298,5 4029 4395,908305 317 303 295 311 299 3995,47 4380,67304 313 302 295 308,5 298,5 4078,808 4395,908303 311 301 295 307 298 4128,03 4411,08302 311 301 296 306,5 298,5 4144,308 4395,908301 310 300 296 305,5 298 4176,668 4411,08300 313 299 296 306,5 297,5 4144,308 4426,188301 312 299 296 306,5 297,5 4144,308 4426,188

Perhitungan ∆Tm

FT ∆Tlm ∆Tm0,71 11,23 7,97

0,91 11,49 10,46

0,93 11,89 11,06

0,97 9,97 9,67

0,95 8,96 8,51

0,94 7,83 7,36

0,93 7,21 6,71

0,92 7,98 7,34

0,89 8,37 7,45

Perhitungan Q

Perhitungan U

U (kg/K s3)410198151594098517944802157123521604895720968268231861253035705625315342

Efisiensi

Q fluida dingin

Q fluida panas

Efisiensi (%)

1336862,25474315

3 28,19

2373790,05241740

0 98,20

2453175,2287673

8 85,28

2461708,2220255

6 111,77

2381983,2198145

4 120,21

2197953,75223792

6 98,21

Menghitung Q

Massa air

panas

Massa air dingi

n

∆T fluida panas

∆T fluida dingin

Q air dingin Q air panas

60 60 19,5 5 1336862,25 474315360 60 10 9 2373790,05 241740060 70 12 8 2453175,2 287673860 80 9 7 2461708,2 220255660 90 8 6 2381983,2 198145460 100 9 5 2197953,75 223792660 110 9 4 1940875,2 225540060 120 13 3 1593427,5 323256060 130 11 3 1726213,125 2735243

1940875,2225540

0 86,05

1593427,5323256

0 49,291726213,12

5273524

3 63,11

Kurva U terhadap laju alir

5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

50000001000000015000000200000002500000030000000350000004000000045000000


Kurva U terhadap laju alir alir

laju alir (L/menit)

U (K

g K-

1 s-

3)

Kurva Efisiensi terhadap laju alir

5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

20

40

60

80

100

120

140

Kurva efisiensi terhadap laju alir

efisiensi

laju alir (L/menit)

Efisie

nsi (

%)

b. Untuk laju alir air dingin konstan

Perhitungan ∆T1 dan ∆T2

∆T1 (Thi-Tco) ∆T2 (Tho-Tci)11 59 512 69 78 56 54 53 66 5

Perhitungan ∆Tlm

Menghitung ∆Tlm∆T1-∆T2 ln(∆T1/∆T2) ∆Tlm

6,00 0,79 7,614,00 0,59 6,816,00 0,69 8,662,00 0,25 7,963,00 0,47 6,381,00 0,18 5,48-1,00 -0,22 4,48-3,00 -0,69 4,331,00 0,18 5,48

Pencarian harga Ft

Mencari FTTco-Tci

Thi-Tci

Y = (Tco-Tci/Thi-Tci)Thi-Tho

Tco-Tci

Z = (Thi-Tho/Tco-Tci)FT

(kurva)4,00 15,00 0,27 10,00 4,00 2,50 0,974,00 13,00 0,31 8,00 4,00 2,00 0,953,00 15,00 0,20 9,00 3,00 3,00 0,903,00 12,00 0,25 5,00 3,00 1,67 0,943,00 11,00 0,27 6,00 3,00 2,00 0,883,00 9,00 0,33 4,00 3,00 1,33 0,924,00 8,00 0,50 3,00 4,00 0,75 0,904,00 7,00 0,57 1,00 4,00 0,25 0,974,00 10,00 0,40 5,00 4,00 1,25 0,90

Perhitungan Cp

Perhitungan CpT ho (K) T hi (K) T co (K) T ci (K) T rata

rata di T rata rata di

Cp di tube (J/mol K)

Cp di shell (J/mol K)

tube shell301 311 300 296 306 298 4160,52 4411,08301 309 300 296 305 298 4192,75 4411,08302 311 299 296 306,5 297,5 4144,308 4426,188303 308 299 296 305,5 297,5 4176,668 4426,188301 307 299 296 304 297,5 4224,72 4426,188301 305 299 296 303 297,5 4256,43 4426,188300 303 299 295 301,5 297 4303,508 4441,23301 302 299 295 301,5 297 4303,508 4441,23300 305 299 295 302,5 297 4272,188 4441,23

Perhitungan ∆Tm

Menghitung ∆TmFT ∆Tlm ∆Tm

0,97 7,61 7,380,95 6,81 6,460,90 8,66 7,790,94 7,96 7,480,88 6,38 5,620,92 5,48 5,050,90 4,48 4,030,97 4,33 4,200,90 5,48 4,94

Perhitungan Q

Menghitung QMassa

air din(kg)g

in

Massa air pana

s (kg)

∆T air panas (K)

∆T air dingin

(K)

Q air panas (J)

Q air dingin (J)

130 80 10 4 3328416 2293761,6130 80 8 4 2683360 2293761,6130 90 9 3 3356889,075 1726213,125130 100 5 3 2088333,75 1726213,125130 110 6 3 2788315,2 1726213,125130 60 4 3 1021543,2 863106,5625130 65 3 4 839183,9625 1154719,8130 70 1 4 301245,525 1154719,8130 75 5 4 1602070,313 1154719,8

Perhitungan U

U (kg/K s3)31097453286251042971670819252693342350641396172014349310494863122382525

Efisiensi

Q fluida dingin (J)

Q fluida panas (J)

Efisiensi (%)

2293761,6 3328416 68,91

2293761,6 2683360 85,48

1726213,125

3356889,075 51,42

1726213,125

2088333,75 82,66

1726213,125

2788315,2 61,91

863106,5625

1021543,2 84,49

1154719,8 839183,9625 137,60

1154719,8 301245,525 383,32

1154719,8 1602070,313 72,08


7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

35000000

40000000


Series2

laju alir (L/menit)

U (K

g K-

1 s-

3)


7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

50100150200250300350400450


efisiensi

laju alir (L/menit)

Efisie

nsi (

%)

VII. KESELAMATAN KERJA

Hati-hati pada saat menjalankan operasi, pemanasan airr menggunakan steam,

perhatikan apabila ada kebocoran steam

VIII. PEMBAHASAN

Pembahasan oleh haryadi wibowo(121424016)

Praktikum kali ini kami melakukan cara kerja shell and tube heat exchanger

metoda kerja alat yaitu menukar panas secara tidak langsung yaitu melalui perantara

dinding tube yang dapat mengalirkan panas dari shell yang diisi dengan steam,

sehingga cairan yang ada didalam tube suhunyaa meningkat sedangkan yang diluar

tube ataau yang berada pada shell suhunya berkurang karena suhunya telah berpindah

ke cairan yang ada di dalam tube,sehingga terjadi pertukaran panas dari yang suhu

tinggi ke suhu rendah.

Praktikum ini kami melakukan beberapa variasi yaitu dengan cara mengubah

laju alir masuk baik air panas maupun air dingin, kami melakukan sembilan variasi

yaitu dengan laju air dingin awal 6 L/menit pada air panas sedangkan suhu air dingin

berubah-rubah sebanyak 4 kali dengan rentan waktu 10 menit dan kami melakukan

hal yang sebaliknya dengan 6L/menit pada air dingin dan 4 kali perubahan pada air

panas, Dari hasil perhitungan nilai ketetapan perpindahan suhu U dan nilai efisiensi

didapatkan hasil sebagai berikut:

Q fluida dingin

Q fluida panas

Efisiensi (%)

Q fluida dingin (J)

Q fluida panas (J)

Efisiensi (%)

1336862,25 4743153 28,19 2293761,6 3328416 68,91

2373790,05 2417400 98,20 2293761,6 2683360 85,48

2453175,2 2876738 85,28 1726213,125 3356889,075 51,42

2461708,2 2202556 111,77 1726213,125 2088333,75 82,66

2381983,2 1981454 120,21 1726213,125 2788315,2 61,91

2197953,75 2237926 98,21 863106,5625 1021543,2 84,49

1940875,2 2255400 86,05 1154719,8 839183,9625 137,60

1593427,5 3232560 49,29 1154719,8 301245,525 383,32

1726213,125 2735243 63,11 1154719,8 1602070,313 72,08

Perhitungan U

U (kg/K s3)31097453286251042971670819252693342350641396172014349310494863122382525

Dari hasil perhitungan di atas didapat hasil bahwa nilai koefisien perpindahan tidak

dipengaruhi oleh laju alir akan tetapi karena nilai efisiensi yang tidak rasional maka

pengaruh laju alir terhadap koefisien juga tidak dapat dibandingkan karena adanya

kesalahan, kesalahan tersebut diakibatkan karena membaca alat ukurnya tidak tegak

lurus sehingga tidak sesuai dengan nilai yang aslinya.sehingga sebaiknya akan lebih

baik apabila temperature meter yang digunakan digital sehingga pada saat pembacaan

bisa sesuai dengan hasil bacanya.

Pembahasan oleh M. Iqbal Aulia A. (121424019)

Praktikum kali ini kami mendapatkan bahwa cara kerja peralatan heat exchanger jenis shell and tube ini adalah menukarkan panas dengan menggunakan panas dari steam untuk memanaskan air dingin. Proses penukaran panas tersebut terjadi dengan kontak secara langsung antara steam dan air. Kontak tersebut terjadi di sepanjang tube yang berada di dalam shell. Steam tersebut melewati shell untuk kemudian memanaskan dinding tube, sehingga panas berpindah dan dapat berkontak dengan air dingin yang ada di dalam tube, dan kemudian air dingin tersebut akan menerima panasnya dan meningkat suhunya.

Kami melakukan 9 kali variasi laju alir untuk setiap laju alir air panas konstan dan laju alir air dingin konstani. Pengamatan yang dilakukan ada pada suhu air panas masuk dan keluar serta suhu air dingin masuk dan keluar. Setiap pengamatan dilakukan dalam selang 10 menit. Untuk laju alir air panas konstan yang digunakan adalah 6 L/menit, sedangkan laju alir air dingin konstan yang digunakan adalah 13 L/menit. Setelah kami mendapatkan data dan melakukan perhitungan, efisiensi yang kami dapatkan yaitu sebagai berikut :

Q fluida dingin

Q fluida panas

Efisiensi (%)

Q fluida dingin (J)

Q fluida panas (J)

Efisiensi (%)

1336862,25 4743153 28,19 2293761,6 3328416 68,91

2373790,05 2417400 98,20 2293761,6 2683360 85,48

2453175,2 2876738 85,28 1726213,125 3356889,075 51,42

2461708,2 2202556 111,77 1726213,125 2088333,75 82,66

2381983,2 1981454 120,21 1726213,125 2788315,2 61,91

2197953,75 2237926 98,21 863106,5625 1021543,2 84,49

1940875,2 2255400 86,05 1154719,8 839183,9625 137,60

1593427,5 3232560 49,29 1154719,8 301245,525 383,32

1726213,125 2735243 63,11 1154719,8 1602070,313 72,08

Dari data diatas didapatkan efisiensi sangat fluktuatif. Bahkan didapatkan ada data yang tidak masuk akal. Hal ini dapat disebabkan karena perbedaan suhu (∆T) yang terlalu kecil sehingga mempengaruhi saat perhitungan nilai efisiensi. Perbedaan tersebut bisa disebabkan karena suhu air dingin atau steam yang tidak konstan saat memasuki alat sehingga perpindahan panasnya pun tidak berjalan efektif. Namun bila dirata-ratakan nilai efisiensi yang didapat untuk kedua laju alir adalah sebesar 98,23 %. Kemudian untuk koefisien perpindahan panas untuk setiap laju alir, dari kurva didapatkan bahwa koefisien tersebut juga fluktuatif. Kurva tersebut bisa dilihat sebagai berikut:

5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

50000001000000015000000200000002500000030000000350000004000000045000000


Kurva U terhadap laju alir alir

laju alir (L/menit)

U (K

g K-

1 s-

3)

7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

35000000

40000000


Series2

laju alir (L/menit)

U (K

g K-

1 s-

3)

Hal ini disebabkan karena laju alir tersebut tidak berpengaruh banyak terhadap suhu, melainkan dari berbagai hal selain dari alat dan menyebabkan suhu tidak mempunyai tren yang mengikuti perubahan laju alir, melainkan suhu air dipengaruhi dari luar alat seperti suhu air yang berasal dari cooling tower, sehingga koefisien perpindahan yang didapatkan fluktuatif.

Pembahasan oleh Naura Agustina (121424021)

Heat exchanger merupakan peralatan yang digunakan untuk perpindahan panas antara

dua atau lebih fluida. Salah satu tipe heat exchanger adalah Shell and Tube Heat

Exchanger (STHE). Tipe STHE ini melibatkan tube sebagai komponen utamanya. Salah

satu fluida mengalir di dalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di luar tube. Pipa-

pipa tube didesain berada di dalam sebuah ruang berbentuk silinder yang disebut

dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tube tersebut berada sejajar dengan

sumbu shell. Fluida dengan suhu tinggi dialirkan pada shell, maka aliran dengan suhu

dingin mengalir pada tube. Kemudian akan terjadi perpindahan panas secara konduksi

melalui dinding pipa dan secara konveksi pada fluida itu sendiri. Fluida yang bersuhu

tinggi akan memindahkan panas ke fluida dengan suhu rendah.

Pengamatan dilakukan dengan menggunakan dua variabel kontrol yakni aliran air

panas tetap (6 L/menit) dan air dingin tetap (13 L/menit). Untuk setiap variabel kontrol

dilakukan sembilan kali variasi laju alir (variasi laju alir air dingin ketika menggunakan

aliran panas tetap, dan sebaliknya) yang dilakukan dalam rentang 10 menit.

Efisiensi merupakan perbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata)

dengan perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger

tersebut. Berdasarkan pengamatan, efisiensi alat ini terjadi secara fluktuatif. Secara

teoritis, semakin besar laju alir, maka semakin meningkat pula efisiensi. Namun hal ini

berimbas pada lama kontak antara fluida panas dan fluida dingin pada pipa yang semakin

menyingkat. Hal ini menyebabkan pengubahan suhu semakin kecil yang menyebabkan

terjadinya fluktuasi pada kurva efisiensi.

Koefisien pindah panas keseluruhan juga merupakan salah satu variabel terikat yang

terjadi pada pengamatan ini. Berdasarkan penghitungan, kurva pengaruh laju alir terhadap

koefisien pindah panas keseluruhan pun berbentuk fluktuasi. Hal ini bisa disebabkan

karena kontak yang terjadi antara fluida dengan pipa sangat sebentar (akibat laju alir yang

tinggi).

IX. SIMPULAN

X. DAFTAR PUSTAKA

Laporan STHE

Documents

Transcript of Laporan STHE