laporan otk 2laporan otk 2 institut teknologi nasional malang kel. 3

LAPORAN

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II

Disusun oleh :

Kelompok : III (Tiga)

1. Muhammad Yahya NIM : 0814001

2. Maria Mustika Ningrum NIM : 0814004

3. Maria Drira Wea Siga NIM : 0814005

4. Catur Pratiwi S. NIM : 0814012

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

2011

1

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang

telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan

laporan praktikum Operasi Teknik Kimia II dalam percobaan Heat Exchanger,

Wetted Wall Column, Rotary Dryer ini.

Tersusunnya laporan ini karena adanya dorongan dan bimbingan yang telah

diberikan oleh banyak pihak, oleh karena itu kami mengucapkan banyak terima

kasih kepada :

1. Ibu Ir. Muyassaroh, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia ITN Malang, dan

dosen pembimbing percobaan ”Wetted Wall Column”.

2. Bapak Ir. Bambang Susila Hadi, selaku Kepala Laboratorium Operasi Teknik

Kimia ITN Malang.

3. Serta para asisten pembimbing praktikum Operasi Teknik Kimia II pada

percobaan Heat Exchanger, Wetted Wall Column, Rotary Dryer.

Kami menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak

kekurangan, oleh karena itu kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun

dari para pembaca.

Malang, Januari 2011

Penyusun

2

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............................................................................................2

DAFTAR ISI...........................................................................................................3

BAB I . HEAT EXCHANGER..............................................................................5

BAB II . WETTED WALL COLUMN...............................................................56

BAB III . ROTARY DRYER.............................................................................100

3

BAB I

HEAT EXCHANGER

1.1. Tujuan Percobaan

Mempelajari salah satu jenis alat Heat Exchanger yang beroperasi secara

co-current dan counter current flow dimana alat tersebut ingin diketahui individual

heat transfer coefficient (hi) serta overall heat transfer coefficient (Ud) berdasarkan

hukum Nusselt. Dengan demikian kita dapat mengetahui harga faktor kekotoran atau

fouling factor (Rd) dari alat tersebut.

1.2. Tinjauan Pustaka

Alat penukar panas (heat exchanger) adalah merupakan suatu alat pertukaran

panas tak langsung yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari satu

cairan (atau gas) ke cairan (atau gas) yang lain melalui sebuah dinding pemisah.

Alat penukar panas (heat exchanger) dibedakan menjadi:

1. Penukar panas pipa ganda (double pipe heat exchanger)

Alat penukar panas pipa ganda terdiri dari dua pipa yang konsentris yang ujung

ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak-kotak penyekat.

Alat penukar panas jenis ini digunakan sebagai alat pemanas atau pendingin bila

diinginkan laju alir yang kecil dan tekanan tinggi. [3]

2. Penukar panas tipe shell dan tube (shell and tube heat exchanger)

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. [10]

Berdasarkan arah aliran fluida dingin dan panas yang mengalir dapat kita

kenal dua macam pola aliran, antara lain :

a. Aliran searah (co-current)

4

http://id.wikipedia.org/wiki/Tekanan

Bahan panas dan bahan dingin mengalir pararel dalama arah yang sama.

Setelah bahan panas kontak dengan bahan dingin, bahan panas bahan panas

mengalami penurunan tempratur yang besar, sehingga media pendingin hanya

mengalami pemanasan yang kecil. [3]

Rumus yang digunakan :

Dengan berbagai anggapan dapat dibuktikan bahwa harga temperatur rata-rata

(t), yaitu merupakan beda suhu rata-rata logaritmik (t LMTD ).

tLMTD = = [4]

Dimana :

T1 = suhu pada air panas yang masuk

T2 = suhu pada air panas yang keluar

t1 = suhu pada air dingin yang masuk

t2 = suhu pada air dingin yang keluar

∆TLMTD = logaritma perubahan suhu

Grafik 1.2.1. Aliran co – current [7]

b. Aliran berlawanan arah (counter current)

Aliran berlawanan arah adalah suatu aliran dimana fluida yang satu

masuk pada satu ujung penukar panas, sedangkan fluida yang lain masuk

5

pada ujung yang lain dan masing-masing fluida mengalir dengan arah

yang berlawanan. [5]

Rumus yang digunakan :

Dengan berbagai anggapan dapat dibuktikan bahwa harga temperatur rata-

rata (t), yaitu merupakan beda suhu rata-rata logaritmik (t LMTD ). [4]

tLMTD = =

Dimana :

T1 = suhu pada air panas yang masuk

T2 = suhu pada air panas yang keluar

t1 = suhu pada air dingin yang masuk

t2 = suhu pada air dingin yang keluar

∆TLMTD = logaritma perubahan suhu

Grafik 1.2.2. Aliran counter – current [7]

6

Gambar 1.2.3. Gambar aliran co-current dan counter current [10]

Berdasarkan bilangan Reynold nya, aliran dibagi menjadi tiga, yaitu :

1. Aliran Laminar

Aliran Laminar adalah jenis aliran dengan bilangan Reynold kurang dari

2100.

2. Aliran Transisi

Aliran transisi adalah jenis aliran yang memiliki bilangan Reynold antara

2100 sampai 6000.

3. Aliran Turbulent

Aliran turbulent adalah jenis aliran yang memiliki bilangan Reynold lebih

dari 6000. [2]

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu

daerah ke daerah lainnya sebagai akibat adanya perbedaan suhu antara

daerah-daerah tersebut. Sifat-sifat perpindahan panas adalah apabila dua buah

benda yang suhunya berbeda berada dalam kontak termal, maka panas tersebut

akan mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya

lebih rendah. Peristiwa perpindahan panas tersebut dapat berlangsung dengan

tiga mekanisme, antara lain : [5] [6]

1. Konduksi

Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu

lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat,

7

cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan

secara langsung. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi

karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul

yang cukup besar. Konduksi merupakan satu-satunya mekanisme dimana panas

dapat mengalir dalam zat padat yang tidak tembus cahaya.

2. Konveksi

Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari

konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi

merupakan mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat

dan cairan atau gas.

3. Radiasi

Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bersuhu

tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di dalam

ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut.

Pada radiasi, panas diubah menjadi gelombang elektromagnetik yang

dirambatkan melalui ruang tanpa media penghantar. [3] [6]

Faktor Pengotoran (Fouling Factor)

Dalam operasi sesungguhnya, permukaan perpindahan panas tidak selalu

bersih. Kerak dan kotoran dapat terbentuk pada salah satu atau kedua tabung,

sehingga menyebabkan hambatan pada laju alir panas dan akibatnya koefisien

menyeluruh akan bertambah kecil. [5]

Aplikasi alat penukar penukar panas yang biasa digunakan di industri adalah :

a. Koil

Koil merupakan perangkat penukar panas berbentuk pipa atau pelat yang

dipasang di dalam tangki, digunakan bila dinding tangki tidak cukup luas

untuk dapat memindahkan panas yang diperlukan atau bila koefisien

perpindahan panas dinding tangki sangat rendah sehingga perpindahan panas

melalui dinding hampir tidak mungkin (misalnya pada baja berlapis ebonit

atau berlapis keramik).

8

Gambar 1.2.4. Gambar Koil [3]

b. Jaket

Tangki diselubungi oleh sebuah mantel atau jaket besar yang dipasang

dipasangi pada bejana reaksi dengan cara dilas atau dikeling. Di dalam ruang

antara seringkali terdapat lempengan. Di dalam ruang antara seringkali

terdapat lempengan pengatur arah aliran.

Gambar 1.2.5. Gambar Jaket [3]

Apabila luas perpindahan panasnya kecil, maka jenis Heat Exchangernya

ialah :

a. Double Pipe Heat Exchanger

Double Pipe Heat Exchanger sangat baik digunakan apabila luas

perpindahan panasnya kecil yaitu 100 sampai 200 ft2. Pada tipe ini dapat

dibagi menjadi dua yaitu:

- Double pipe exchanger Seri

9

Aliran berlawanan arah adalah suatu aliran dimana fluida yang satu

masuk pada satu ujung penukar panas, sedangkan fluida yang lain masuk

pada ujung yang lain dan masing-masing fluida mengalir dengan arah

yang berlawanan. Pada Temperatur outlet sisi dingin, T2, bisa mendekati

sisi suhu panas masuk, T, yang lebih tinggi daripada temperatur outlet sisi

panas, T2. Oleh karena itu shell and tube yang lebih efisien adalah shell

and tube yang jenis aliranya seri atau (counter-current) karena suhu dingin

sisi outlet t2 lebih tinggi dari temperatur outlet sisi panas T2.

Gambar 1.2.6. Double pipe exchanger Seri [4]

- Double pipe exchanger Parallel

Dalam aliran paralel-penukar panas, kedua cairan penukar masukan

pada akhir yang sama, dan perjalanan di sejajar satu sama lain ke sisi lain.

Fluida dingin masuk ke dalam shell pada pipa tingkat pertama, dimana

keluarnya fluida dingin tersebut mengalir ke tingkat pipa ke tiga dan

seterusnya itu terjadi berselang seling. Fluida dingin yang keluar melalui

pipa ke dua di alirkan kembali menuju pipa ke lima. Proses tersebut di

lakukan secara terus menerus. Sedangkan fluida panas masuk menuju tube

Akhir. Dimana proses ini aliran fluida panas dan fluida dingin mengalir

sejajar. Bahan panas dan bahan dingin mengalir pararel dalama arah yang

sama. Setelah bahan panas kontak dengan bahan dingin, bahan panas

bahan panas mengalami penurunan tempratur yang besar, sehingga media

pendingin hanya mengalami pemanasan yang kecil.

10

Gambar 1.2.7. Double pipe exchanger parallel [4]

Alat penukar panas pipa ganda terdiri atas dua pipa konsentris yang

ujung-ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak-kotak

penyekat (stuffing box). Tidak seperti pada konstruksi pipa lurus yang pada

panjang-panjang tertentu harus dipasangi elemen kompensasi pemuaian,

sedangkan pada konstruksi yang berbentuk kumpuran hal itu sudah ada

dengan sendirinya. Alat penukar panas pipa ganda seringkali digunakan

sebagai saluran penghubung antar alat yaitu bila cairan panas tidak boleh

terdinginkan pada waktu transportasi. [3]

Gambar 1.2.8. Gambar Double Pipe Heat Exchanger [9]

Apabila luas perpindahan panas besar maka jenis Heat Exchangernya ada 2

macam antara lain :

11

a. Shell and Tube paling banyak digunakan di industri karena disebabkan

oleh lebarnya rentang suhu dan tekanan media pemanas yang pada

hakekatnya dibatasi oleh ketahanan bahan dasar alat. Selain itu, tipe ini

dapat dimodifikasi untuk pengoperasian khusus yaitu dengan mengubah

konstruksi secara sederhana. Dan juga biaya pembuatannya lebih murah

dibandingkan dengan jenis lain. Kekurangan dari jenis ini adalah seringnya

terjadi kebocoran pada saat digunakan fluida yang sangat panas atau sangat

dingin. [2]

Gambar 1.2.9. Shell and Tube [8]

b. Plate frame

Heat Exchanger jenis ini tersusun dari sejumlah plat yang dua-duanya

merupakan kotak pipih seperti lempengan tipis yang besar. Zat yang satu

mengalir biasanya melalui rusuk-rusuk dan yang dipasang di dalam plat atau

antara kedua plat. Jadi di sisi yang sebelah lain mengalir fluida yang lain.

Keuntungan dari aparat jenis ini adalah koefisien menyeluruh aparat jenis ini

biasanya lebih tinggi daripada aparat jenis pipa. [3]

12

Gambar 1.2.10. Plate frame [12]

Untuk mencari tahanan panas digunakan persamaan sebagi berikut :

[4]

Dimana :

Rd = faktor kekotoran

Uc = koefisien perpindahan panas total dalam keadaan bersih

Ud = koefisien perpindahan panas total dalam keadaan kotor

hio = koefisien perpindahan panas dalam pipa berdasarkan diameter luar dari pipa

ho = koefisien perpindahan panas individual dalam tube

A = luas perpindahan panas

∆t = perbedaan temperatur yang sebenarnya

BAB II

13

PERCOBAAN

2.1. Variabel Percobaan

A. Variabel tetap

- Suhu air panas : 60°C

B. Variabel berubah

- Arah aliran : co - current dan counter - courrent.

- Waktu operasi : 30, 60, 90, 120 detik.

2.2. Alat dan Bahan

A. Alat yang digunakan

- Seperangkat alat shell and tube exchanger

- Stopwatch

B. Bahan – bahan yang digunakan

- Air panas

- Air dingin

2.3. Prosedur Percobaan

A. Tahap kalibrasi

- Mengalirkan pompa aliran air dingin dengan jalan membuka valve

no 9 dan 11 selama 30 detik sehingga diperoleh laju alir yang diinginkan.

- Mencatat volume pada flowmeter.

- Mengulangi langkah percobaan di atas sesuai dengan run yang telah

ditentukan yaitu 30, 60, 90, 120 detik.

B. Tahap Persiapan

- Mengisi tangki pemanas dengan air.

- Menyalakan heater guna memanaskan air hingga suhunya mencapai

60 °C.

- Menyalakan pompa aliran air panas untuk mengalirkan air panas ke

seluruh rangkaian Heat exchanger.

14

- Apabila suhu yang sudah ditentukan telah tercapai selanjutnya

percobaan dapat dilaksanakan.

C. Tahap percobaan

- Secara co – current

- Mengalirkan air panas ke dalam tube dengan cara membuka valve 13.

- Mengalirkan air dingin dari tangki supply dalam shell dengan jalan

membuka valve 9 dan 11.

- Menjalankan pompa air panas dan air dingin secara bersamaan

selama 30 detik.

- Mencatat suhu yang masuk dan suhu yang keluar pada fluida panas

dan fluida dingin.

- Mengulangi langkah di atas sesuai dengan run yang telah ditentukan

yaitu 30, 60, 90, 120 detik.

- Secara counter – current

- Mengalirkan air panas ke dalam tube dengan cara membuka valve 13.

- Mengalirkan air dingin dari tangki supply dalam shell dengan jalan

membuka valve 11 dan 16.

- Menjalankan pompa air panas dan air dingin secara bersamaan selama 30

detik.

- Mencatat suhu yang masuk dan suhu yang keluar pada fluida panas dan

fluida dingin.

- Mengulangi langkah di atas sesuai dengan run yang telah ditentukan yaitu

30, 60, 90, 120 detik.

15

2.4. Gambar Peralatan

Gambar 2 4.1. Instrument Heat Exchanger Shell and Tube

Keterangan Gambar :

1 : Shell and tube heat Exchanger

2 : Tangki pemanas (heater)

3 : Tangki supply

4 : Tangki penampung air dingin

5 : Pompa air dingin

6 : Pompa air panas

7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16 : Globe Valve

11 : Gate Valve

17, 18, 19, 20, 23 : Termometer

21, 22 : Flowmeter

16

Gambar 2.4.2. Foto Instrument Heat Exchanger

2.5. Hasil Pengamatan

Tabel 2.5.1. Data pengamatan hasil kalibrasi air dingin.

Waktu (detik) Volume (L) Vrata – rata (L)

30

1,3

1,26671,3

1,2

60

2,5

2,52,5

2,5

90

3,7

3,76673,8

3,8

120

5,1

5,1335,3

5

17

Tabel 2.5.2. Data pengamatan air dingin melalui shell dan air panas melalui tube

pada aliran co – current pada suhu 60 oC.

Run Waktu (detik) T1 (oC) T2 (oC) t1 (oC) t2 (oC)

1

30

60 43 26 28

2 60 42 26 30

1

6060 48 26 30

2 60 46 26 31

1

90

60 47 26 31

2 60 47 26 32

1

12060 45 26 31

2 60 45 26 32

Tabel 2.5.3. Data pengamatan air dingin melalui shell dan air panas melalui tube

pada aliran counter-current pada suhu 60 oC.

Run Waktu (detik) T1 (oC) T2 (oC) t1 (oC) t2 (oC)

1

30

60 43 26 32

2 60 42 26 32

1

6060 42 26 33

2 60 41 26 34

1

90

60 42 26 34

2 60 42 26 34

1

12060 41 26 34

2 60 40 26 35

18

2.6. Tabel Perhitungan

2.6.1. Hasil perhitungan suhu rata-rata pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube pada aliran secara co-current.

RunWaktu (detik)

T1 T2 t1 t2 T1 T2 t1 t2 T rata-rata t rata-rata ΔT LMTD ΔT

(oC) (oC) (oF) (oF) (oF) (oF)

130

60 43 26 28 140 109,4 78,8 82,4 124,7 80,6 41,7934 41,3755

2 60 42 26 30 140 107,6 78,8 86 123,8 82,4 38,0238 37,2633

160

60 48 26 30 140 118,4 78,8 86 129,2 82,4 45,2838 43,9253

2 60 46 26 31 140 114,8 78,8 87,8 127,4 83,3 41,7934 40,9576

190

60 47 26 31 140 116,6 78,8 87,8 128,3 83,3 42,9838 42,1242

2 60 47 26 32 140 116,6 78,8 89,6 128,3 84,2 41,7934 41,3755

1120

60 45 26 31 140 113 78,8 87,8 126,5 83,3 40,5724 40,1667

2 60 45 26 32 140 113 78,8 89,6 126,5 84,2 39,3172 38,924

19

2.6.2. Hasil perhitungan laju alir pada air dingin (νc) melalui shell dan air panas (νh) melalui tube pada aliran co-current.

RunWaktu

(detik)

Volume ρ (lbm/ft3) cp (Btu/lbm.oF) k(Btu/jam.lbm.oF) μ (lbm/jam.ft) v(ft3/jam)

(L) Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube

130

1,309 62,1970 61,7048 0,9990 0,9995 0,3533 0,3729 2,0678 1,3500 5,5472 0,6575

2 1,309 62,1880 61,7192 0,9990 0,9995 0,3542 0,3725 2,0290 1,3609 5,5472 1,2415

160

2,569 62,1880 61,6328 0,9990 0,9996 0,3542 0,3747 2,0290 1,2956 10,8867 3,6595

2 2,569 62,1835 61,6616 0,9990 0,9995 0,3547 0,3740 2,0095 1,3174 10,8867 3,9189

190

3,829 62,1835 61,6472 0,9990 0,9996 0,3547 0,3743 2,0095 1,3065 16,2263 6,2916

2 3,829 62,1790 61,6472 0,9990 0,9996 0,3551 0,3743 1,9901 1,3065 16,2263 7,5494

1120

5,089 62,1835 61,6760 0,9990 0,9995 0,3547 0,3736 2,0095 1,3283 21,5658 7,2439

2 5,089 62,1790 61,6760 0,9990 0,9995 0,3551 0,3736 1,9901 1,3283 21,5658 8,6921

20

2.6.3. Hasil perhitungan G, NRe, NPr, NNu, dan JH pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube secara co-current.

RunWaktu

(detik)

v(ft3/jam) G (lbm/jam.ft3) NRe NPr NNu

JH

Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube

130

5,5472 0,6575 1709,3691 7789,5199 235,6930 144,2473 1,6242 3,6187 405,0917 2,2123 344,6206

2 5,5472 1,2415 1709,1218 14711,6734 235,6589 270,2533 1,6568 3,6514 413,1756 3,6666 349,1734

160

10,8867 3,6595 3354,2657 43304,2843 462,4962 835,6050 1,6568 3,4564 810,8848 8,8819 685,2762

2 10,8867 3,9189 3354,0230 46395,7611 462,4628 880,4621 1,6547 3,5212 809,7973 9,3188 684,6469

190

16,2263 6,2916 4999,0479 74469,1553 689,2838 1424,9926 1,6547 3,4888 1206,9730 13,6554 1020,4410

2 16,2263 7,5494 4998,6861 89356,5195 689,2339 1709,8674 1,6526 3,4888 1205,3562 15,7988 1019,5049

1120

21,5658 7,2439 6644,0728 85781,0282 916,1047 1614,5425 1,6547 3,5536 1604,1488 15,1831 1356,2351

2 21,5658 8,6921 6643,5920 102929,7846 916,0384 1937,3107 1,6526 3,5536 1602,0000 17,5663 1354,9910

21

2.6.4 Hasil perhitungan ho, hi, hio, Uc, Ud, dan Rd pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube secara co-current.

RunWaktu (detik)

v(ft3/jam)ho hi hio Uc Ud Rd

Shell Tube(Btu/h.ft2.oF) (Btu/h.ft2.oF) (Btu/h.ft2.oF) (Btu/h.ft2.oF) (Btu/h.ft2.oF) (h.ft2.oF/Btu)

130

5,5472 0,65749 2769,5294 32,9962 21,9975 21,8241 2,4247 0,3666

2 5,5472 1,24148 2793,1529 54,6355 36,4237 35,9548 5,3837 0,1579

160

10,8867 3,65947 5481,7492 133,1153 88,7435 87,3298 8,9634 0,1001

2 10,8867 3,91888 5463,7903 139,3947 92,9298 91,3756 12,0152 0,0723

190

16,2263 6,29161 8143,5784 204,4597 136,3064 134,0625 17,4123 0,0500

2 16,2263 7,54939 8116,6457 236,5525 157,7016 154,6960 21,2712 0,0405

1120

21,5658 7,24392 10823,3666 226,8961 151,2641 149,1792 24,2699 0,0345

2 21,5658 8,69208 10787,5711 262,5107 175,0071 172,2133 30,0514 0,0275

22

2.6.5. Hasil perhitungan rata-rata NNu, hi, Ud, dan Rd secara co-current.

RunWaktu (detik)

NNu Rata-rata NNu hi

(Btu/h.ft2.oF)Rata-rata hi (Btu/h.ft2.oF)

Ud(Btu/h.ft2.oF)

Rata-rata Ud(Btu/h.ft2.oF)

Rd(h.ft2.oF/Btu)

Rata-rata Rd (h.ft2.oF/Btu)

Shell Tube Shell Tube

130

405,0917 2,2123409,1337 2,9394

32,996243,8158

2,42473,9042

0,36660,2623

2 413,1756 3,6666 54,6355 5,3837 0,1579

160

810,8848 8,8819810,3410 9,1004

133,1153136,2550

8,963410,4893

0,10010,0862

2 809,7973 9,3188 139,3947 12,0152 0,0723

190

1206,9730 13,65541206,1646 14,7271

204,4597220,5061

17,412319,3417

0,05000,0453

2 1205,3562 15,7988 236,5525 21,2712 0,0405

1120

1604,1488 15,18311603,0744 16,3747

226,8961244,7034

24,269927,1607

0,03450,0310

2 1602,0000 17,5663 262,5107 30,0514 0,0275

23

2.6.6. Hasil perhitungan suhu rata-rata pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube pada aliran secara counter-current.

RunWaktu (detik)

T1 T2 t1 t2 T1 T2 t1 t2 T rata-rata t rata-rata ΔT LMTD ΔT

(oC) (oC) (oF) (oF) (oF) (oF)

130

60 43 26 32 140 109,4 78,8 89,6 124,7 84,2 39,6801 38,8865

2 60 42 26 32 140 107,6 78,8 89,6 123,8 84,2 38,5979 37,8260

160

60 42 26 33 140 107,6 78,8 91,4 123,8 85,1 37,8406 37,0837

2 60 41 26 34 140 105,8 78,8 93,2 122,9 86 35,9970 35,2770

190

60 42 26 34 140 107,6 78,8 93,2 123,8 86 37,0746 36,3331

2 60 42 26 34 140 107,6 78,8 93,2 123,8 86 37,0746 36,3331

1120

60 41 26 34 140 105,8 78,8 93,2 122,9 86 35,9970 35,2770

2 60 40 26 35 140 104 78,8 95 122 86,9 34,1486 33,4656

24

2.6.7. Hasil perhitungan laju alir pada air dingin (νc) melalui shell dan air panas (νh) melalui tube pada aliran counter-current.

RunWaktu (detik)

Volume ρ (lbm/ft3) cp (Btu/lbm.oF) k(Btu/jam.lbm.oF)μ (lbm/jam.ft)

v(ft3/jam)

(L) Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube

1

30

1,30962,1790 61,9765 0,9990 0,9995 0,3551 0,3729 1,9901 1,3500 5,5472 1,9633

2 1,30962,1790 61,981 0,9990 0,9995 0,3551 0,3725 1,9901 1,3609 5,5472 1,8541

1

60

2,56962,1745 61,981 0,9990 0,9995 0,35555 0,3725 1,9706 1,3609 10,8867 4,2449

2 2,56962,1700 61,9855 0,9990 0,9995 0,356 0,3722 1,9512 1,3718 10,8867 4,5954

1

90

3,82962,1700 61,981 0,9990 0,9995 0,356 0,3725 1,9512 1,3609 16,2263 7,2302

2 3,82962,1700 61,981 0,9990 0,9995 0,356 0,3725 1,9512 1,3609 16,2263 7,2302

1

120

5,08962,1700 61,9855 0,9990 0,9995 0,356 0,3722 1,9512 1,3718 21,5658 9,1032

2 5,08962,1655 61,99 0,9990 0,9994 0,35645 0,3718 1,9318 1,3827 21,5658 9,7278

2.6.8. Hasil perhitungan G, NRe, NPr, NNu, dan JH pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube secara counter-current.

25

RunWaktu (detik)

v(ft3/jam) G (lbm/jam.ft3) NRe NPr NNu

JH

Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube Shell Tube

1

30

5,5472 1,9633 1708,8744 23361,7967 244,8315 1557,4531 1,5552 1,0052 402,9217 9,6837 347,7707

2 5,5472 1,8541 1708,8744 22064,3164 244,8315 1470,9544 1,5552 1,0061 402,9217 9,2540 347,7707

1

60

10,8867 4,2449 3353,5375 50516,1556 480,4634 3367,7437 1,5532 1,0061 789,7027 17,9523 681,8979

2 10,8867 4,5954 3353,2948 54691,2099 480,4286 3646,0807 1,5513 1,0071 788,6474 19,1358 681,2738

1

90

16,2263 7,2302 4997,9626 86042,3112 716,0612 5736,1541 1,5513 1,0061 1175,4500 27,4881 1015,4136

2 16,2263 7,2302 193687,4438 86042,3112 27749,7206 5736,1541 1,5513 1,0061 45552,5417 27,4881 39350,6073

1

120

21,5658 9,1032 257423,7142 108339,2632 36881,2557 7222,6175 1,5513 1,0071 60542,4092 33,0629 52299,6189

2 21,5658 9,7278 257405,0813 115781,2918 36878,5862 7718,7528 1,5493 1,0080 60461,6008 34,8788 52251,8102

2.6.9. Hasil perhitungan ho, hi, hio, Uc, Ud, dan Rd pada air dingin melalui shell dan air panas melalui tube secara counter-current.

26

RunWaktu

(detik)

v(ft3/jam) ho

(Btu/h.ft2.oF)

hi

(Btu/h.ft2.oF)

hio

(Btu/h.ft2.oF)

Uc

(Btu/h.ft2.oF)

Ud

(Btu/h.ft2.oF)

Rd

(h.ft2.oF/Btu)Shell Tube

130

5,5472 1,9633 2768,7279 144,4349 96,2900 93,0538 7,7373 0,1185

2 5,5472 1,8541 2768,7279 137,8915 91,9276 88,9735 7,9543 0,1145

160

10,8867 4,2449 5415,6704 267,5034 178,3356 172,6503 18,5758 0,0480

2 10,8867 4,5954 5397,4126 284,8633 189,9089 183,4540 22,3151 0,0394

190

16,2263 7,2302 8044,6450 409,5950 273,0634 264,0989 32,2931 0,0272

2 16,2263 7,2302 311756,3788 409,5950 273,0634 272,8244 32,2931 0,0273

1120

21,5658 9,1032 414345,3152 492,1882 328,1255 327,8658 44,2046 0,0196

2 21,5658 9,7278 412934,7740 518,7169 345,8113 345,5219 52,4181 0,0162

2.6.10. Hasil perhitungan rata-rata NNu, hi, Ud, dan Rd secara counter-current.

27

RunWaktu (detik)

NNu Rata-rata NNu hi

(Btu/h.ft2.oF)

Rata-rata hi

(Btu/h.ft2.oF)

Ud

(Btu/h.ft2.oF)

Rata-rata Ud

(Btu/h.ft2.oF)

Rd

(h.ft2.oF/Btu)

Rata-rata Rd

(h.ft2.oF/Btu)Shell Tube Shell Tube

130

402,922 9,6837402,9217 9,4689

144,4349141,1632

7,73737,8458

0,11850,1165

2 402,922 9,2540 137,8915 7,9543 0,1145

160

789,703 17,9523789,1751 18,5440

267,5034276,1833

18,575820,4454

0,04800,0437

2 788,647 19,1358 284,8633 22,3151 0,0394

190

1175,45 27,488123363,9958 27,4881

409,5950409,5950

32,293132,2931

0,02720,0272

2 45552,5 27,4881 409,5950 32,2931 0,0273

1120

60542,4 33,062960502,0050 33,9708

492,1882505,4525

44,204648,3113

0,01960,0179

2 60461,6 34,8788 518,7169 52,4181 0,0162

28

2.7. Grafik

Grafik 2.7.1. Grafik hubungan antara volume fluida dingin dengan waktu kalibrasi

Grafik 2.7.2. Grafik Hubungan koefisien perpindahan panas dalam pipa (hi) dan

bilangan Nusselt (NNu) NNu pada aliran air dingin lewat shell dan

aliran air panas lewat tube secara co-current.

29

Grafik 2.7.3. Grafik Hubungan antara koefisien perpindahan panas dalam pipa (h i)

dengan bilangan Nusselt (NNu) pada aliran air dingin lewat shell dan

aliran air panas lewat tube secara counter current.

Grafik 2.7.4. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas (Ud) dan faktor

kekotoran (Rd) pada aliran air dingin lewat shell dan aliran air

panas lewat tube secara co-current.

30

Grafik 2.7.5. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas (Ud) dan faktor

kekotoran (Rd) pada aliran air dingin lewat shell dan aliran air

panas lewat tube secara counter current.

31

BAB III

PEMBAHASAN

1. Hubungan antara NNu dengan hi

Hubungan antara bilangan Nusselt (NNu) dengan koefisien perpindahan

panas individual dalam tube (hi) secara teori adalah berbanding lurus. Hal ini

sesuai dengan rumus :

[2]

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, hasil yang didapatkan sesuai

dengan teori di atas, seperti yang terlihat pada grafik 2.7.2, dan grafik 2.7.3,

dimana semakin besar harga NNu maka semakin besar pula harga hi, baik

untuk fluida dingin yang melalui shell dan aliran fliuda panas yang melalui

tube secara co-current maupun secara counter-current.

2. Hubungan antara Ud dengan Rd

Hubungan antara koefisien pepindahan panas total (Ud) dengan faktor

kekotoran (Rd) secara teori adalah berbanding terbalik. Hal ini sesuai dengan

rumus :

[3]

Berdasarkan pada percobaan yang telah dilakukan, hasil yang didapatkan

sesuai dengan teori diatas, yaitu terlihat pada grafik 2.7.4 secara co-current

dan grafik 2.7.5 secara counter current, dimana semakin besar harga Ud maka

semakin kecil harga Rd.

3. Faktor Kekotoran dari Heat Exchanger

Rd ketetapan untuk air adalah 0,001 Btu/h.ft2.oF

Dari percobaan co-current didapatkan data sebagai berikut :

Rd hitung pada 30 detik sebesar : 0,2623 hour.ft2.oF/Btu



32


Dari percobaan counter current didapatkan data sebagai berikut :





Berdasarkan teori harga Rd hitung harus sama dengan Rd ketetapan yang

besarnya adalah 0,001 Btu/h.ft2.oF. Dari percobaan co-current, didapatkan

hasil yang tidak sesuai dengan teori, yaitu harga Rd hitung lebih besar

daripada Rd ketetapan, sehingga rancangan tidak dapat diterima karena Rd

hitung lebih besar daripada Rd ketetapan.

Sedangkan dari percobaan counter-current, didapatkan hasil yang tidak

sesuai dengan teori, yaitu harga Rd hitung lebih besar daripada Rd ketetapan

sehingga rancangan tidak dapat diterima.

Hal ini disebabkan karena :

- Perpindahan panas yang kurang sempurna karena tangki yang digunakan

memiliki tingkat korosi yang cukup tinggi.

- Isolasi panas yang kurang sempurna pada shell.

33

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut :

1. Hubungan antara koefisien perpindahan panas individual dalam tube (hi)

dengan bilangan Nusselt (NNu) adalah berbanding lurus, yaitu semakin besar

bilangan Nusselt (NNu) maka koefisien perpindahan panas individual dalam

tube (hi) semakin besar pula.

2. Hubungan antara koefisien pepindahan panas total (Ud) dengan faktor

kekotoran (Rd) adalah berbanding terbalik, yaitu semakin besar koefisien

pepindahan panas total (Ud) maka faktor kekotoran (Rd) semakin kecil.

4.2. Saran

1. Heater pada alat Heat Exchanger Shell and Tube sebaiknya dilakukan

pengecekkan secara berkala, karena dapat menimbulkan konsleting

(menyetrum) sehingga perlu dipikirkan tentang keselamatan praktikan dalam

praktikum.

2. Sebaiknya isolasi pada alat harus sempurna, karena dapat berpengaruh pada

perpindahan panas yang terjadi.

3. Memperbaiki dan membersihkan alat Heat Exchanger secara berkala, karena

efisiensi kerja alat akan mempengaruhi aktivitas, dan daya kerja alat yang

kurang maksimal. Fouling factor atau faktor kekotoran pada permukaan

tabung akan berpengaruh pada perpindahan panas yang tidak selalu bersih

sehingga menyebabkan laju alir panas menjadi terhambat atau tidak merata.

APPENDIKS

34

A. Menentukan volume fluida dingin pada percobaan dengan waktu yang

ditentukan.

Data kalibrasi yang didapat :

Waktu (detik) Volume (L) Vrata – rata (L)

30

1,3

1,26671,3

1,2

60

2,5

2,52,5

2,5

90

3,7

3,76673,8

3,8

120

5,1

5,13335,3

5

Grafik kalibrasi antara volume fluida dingin dan waktu kalibrasi :

35

Sehingga didapatkan persamaan sebagai berikut :

y = a + bx

= 0,049 + 0,042x

Contoh perhitungan pada t = 30 detik :

y = 0,049 + 0,042 (30)

= 1,309

Kemudian dari persamaan di atas akan didapatkan volume fluida dingin pada

waktu 30; 60; 90; dan 120 detik, sebagai berikut :

Waktu (detik) Volume (L)

30

60

90

120

1,309

2,569

3,829

5,089

36

B. Aliran air dingin melalui shell dan air panas melalui tube pada waktu 30

detik untuk aliran co-current.

t1

T1 T2

t2

1. Menentukan Temperatur Rata-rataoF = 1,8 (oC) + 32

(Geankoplis, pers. 1.3-1, hal : 5)

Untuk Air Dingin :

t1 = 26 oC = (1,8 × 26) + 32 = 78,8 oF

t2 = 28 oC = (1,8 × 28) + 32 = 82,4 oF

trata-rata =

= = 80,6oF

Pada suhu 80,6 oF didapatkan data-data dari Appendiks A.2-11 Geankoplis

hal : 862, sebagai berikut :

ρc = 62,1970 lbm/ft3

Cpc = 0,9990 Btu/lbm.oF

kc = 0,3533 Btu/jam.ft.oF

μc = 0,5744.10-3 lbm/s.ft ×

= 2,0678 lbm/jam.ft

Untuk Air Panas :

T1 = 60 oC = (1,8 × 60) + 32 = 140 oF

T2 = 43 oC = (1,8 × 43) + 32 = 109,4 oF

37

Trata-rata =

= = 124,7 oF

Pada suhu 124,7 oF didapatkan data-data dari Appendiks A.2-11

Geankoplis hal : 862, sebagai berikut :

ρh = 61,7048 lbm/ft3

Cph = 0,9995 Btu/lbm.oF

kh = 0,3729 Btu/jam.ft.oF

μh = 0,3750.10-3 lbm/s.ft ×

= 1,3500 lbm/jam.ft

2. Menghitung Laju Alir

Untuk Air Dingin :

Volume air pendingin = 1,309 L ×

= 0,04623 ft3

Waktu = 30 detik ×

= 8,3333×10-3 jam

=

(Donald Q. Kern, hal : 31)

= 5,5472 ft3/jam

Untuk Air Panas ( ) :

=


38

=

= 0,6575 ft3/jam

3. Menghitung ∆TLMTD

Untuk aliran co-current :

∆TLMTD = =

(Donald Q. Kern, pers. 5.15, hal : 90)

dimana :

T1 = 60oC = (1,8 × 60) + 32 = 140 oF

T2 = 43oC = (1,8 × 43) + 32 = 109,4 oF

t1 = 26oC = (1,8 × 26) + 32 = 78,8 oF

t2 = 28oC = (1,8 × 28) + 32 = 82,4 oF

Sehingga :

∆TLMTD = = 41,7934 oF

Mencari Ft dengan rumus :

R =

S =


R =

= 8,5

S =

= 0,0588

Maka diperoleh : Ft = 0,99

39

(Donald Q. Kern, gambar 18, hal : 828)

∆Tm = ∆TLMTD × Ft


= 41,7934 oF × 0,99

= 41,3755 oF

4. Menghitung Suhu Caloric (Tc dan tc)

Tc =

=

= 124,7 oF

tc =

=

= 80,6 oF

5. Evaluasi Perpindahan Panas

Shell and Tube

Type 1-2

L = 120 cm = 3,937 ft

Bagian Shell (Air Dingin) Bagian Tube (Air Panas)

IDs = 8,7 in = 0,725 ft

c’ = 0,8 in

PT = 1,25 in

de = 0,95 in = 0,0792 ft

n’ = 1

× IDs = × 8,7 in = 5,22 in

N + 1 =

(Donald Q. Kern, pers. 7.43, hal. 131)

di = 0,3 in =0,025 ft

do = 0,45 in = 0,0375 ft

a’ = 0,0625 in

a” = 0,1309 ft2/ft

n = 2

Nt = 24

40

= = 9

Flow Area

as =


as =

as = 0,2018 ft2

Gs =


Gs =

Gs = 1709,3691 lbm/jam.ft2

Bilangan Reynold (Nre)

NRes =

(Donald Q. Kern, hal. 150)

NRes =

NRes = 235,6930

Menghitung NNut

NPrs =

(Geankoplis, pers. 4.5.6, hal. 238)

NPrs =

NPrs = 1,6242

NNus = 1,86 ×


Flow Area

at =


at =

at = 0,0052

Gt =


Gt =

Gt = 7789,5199 lbm/jam.ft2

Bilangan Reynold (Nre)

NRet =


NRet =

NRet = 144,2473

Mencari JH

JH tidak perlu dicari karena

fluidanya air

Menghitung NNut

NPrt =


41

NNus =1,86 ×

NNus = 405,0917

Mencari JH

JH =


JH =

JH = 344,6206

Menghitung ho

ho = JH (Donald Q. Kern, hal. 112)

ho = 344,6206 ×

ho = 2769,5294 Btu/jam.ft2.oF

NPrt =

NPrt = 3,6187

NNut= 0,027 × NRe0,8 × NPr

1/3


NNut= 0,027 × 144,2473 0,8 ×

3,6187 1/3

NNut = 2,2123

Menghitung hi & hio

hi = NNut ×


hi = 2,2123 ×

hi = 32,9962 Btu/jam.ft2.oF

hio = hi ×


hio = 32,9962×

hio = 21,9975 Btu/jam.ft2.oF

6. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh

a. Menghitung Uc

Uc =


Uc =

Uc = 21,8241 Btu/jam.ft2.oF

b. Menghitung Ud

42

Ud =


Dimana :

Ao = a’’× L × Nt


Ao = 0,1309 ft2/ft × 3,9370 ft × 24

= 12,3685 ft2

Ud =

(Donald Q.Kern, pers. 6.11, hal : 107)

Ud =

Ud = 2,4247 Btu/jam.ft2.oF

c. Menghitung Faktor Kekotoran (Rd)

Rd =


Rd =

Rd = 0,3666 jam.ft2.oF/Btu

C. Aliran air dingin melalui shell dan air panas melalui tube pada volume

4,56 L pada aliran counter-current.

t2

T1 T2

t1

1. Menentukan Temperatur Rata-rata

Untuk Air Dingin :

t1 = 26 oC = (1,8 × 26) + 32 = 78,8 oF

43

t2 = 32 oC = (1,8 × 32) + 32 = 89,6 oF

trata-rata =

= = 84,2 oF

Pada suhu 84,2 oF didapatkan data-data dari Appendiks A.2-11 Geankoplis

hal : 862, sebagai berikut :

ρc = 62,1790 lbm/ft3

Cpc = 0,9990 Btu/lbm.oF

kc = 0,3551 Btu/jam.ft.oF

μc = 0,5528.10-3 lbm/s.ft ×

= 1,9901 lbm/jam.ft

Untuk Air Panas :

T1 = 60 oC = (1,8 × 60) + 32 = 140 oF

T2 = 43 oC = (1,8 × 43) + 32 = 109,4 oF

Trata-rata =

= = 124,7 oF

Pada suhu 124,7 oF didapatkan data-data dari Appendiks A.2-11

Geankoplis hal : 862, sebagai berikut :

ρh = 61,9765 lbm/ft3

Cph = 0,9995 Btu/lbm.0F

kh = 0,3729 Btu/jam.ft.0F

μh = 0,3750.10-3 lbm/s.ft ×

= 1,3500 lbm/jam.ft

2. Menghitung Laju Alir

Untuk Air Dingin

44

Volume air pendingin = 1,309 L ×

= 0,0462 ft3

Waktu = 30 detik ×

= 8,3333×10-3 jam

=

(Geankoplis, hal : 899)

= 5,5440 ft3/jam

Untuk Air Panas

=


=

= 1,9633 ft3/jam

3. Menghitung ∆TLMTD

Untuk counter – current :

∆TLMTD =


dimana :

T1 = 60 oC = (1,8 × 60) + 32 = 140 oF

45

T2 = 43 oC = (1,8 × 43) + 32 = 109,4 oF

t1 = 26 oC = (1,8 × 26) + 32 = 78,8 oF

t2 = 32 oC = (1,8 × 32) + 32 = 89,6 oF

Sehingga,

∆TLMTD = = 39,6801 oF

Mencari Ft dengan rumus :

R =

S =


R =

= 2,8333

S =

= 0,1765

Maka diperoleh : Ft = 0,98


∆Tm = ∆TLMTD × Ft


= 39,6801 oF × 0,98 = 38,8865 oF

4. Menghitung Suhu Caloric (Tc dan tc)

Tc =

=

= 124,7 oF

tc =

46

=

= 84,2 oF

5. Evaluasi Perpindahan Panas

Shell and Tube

Type 1-2

L = 120 cm = 3,9370 ft

Bagian Shell (Air Dingin) Bagian Tube (Air Panas)

IDs = 8,7 in

c’ = 0,8 in

PT = 1,25 in

de = 0,95 in


n’ = 1

B = × IDs = 0,6 × 8,7 in = 5,22 in

N + 1 =


= = 9

di = 0,3 in =0,025 ft

do = 0,45 in = 0,0375 ft

a’ = 0,0625 in

a” = 0,1309 ft2/ft

(Donald Q. Kern, tabel 10, hal : 843)

n’ = 2

Nt = 24

Menghitung Flow Area

As =


As =

As = 0,20184 ft2

Gs =


Menghitung Flow Area

At =


At =

At = 0,005208333 ft2

Gt =


47

Gs =

Gs = 1708,8744 lbm/jam.ft2

Menghitung Bilangan Reynold (NRe)

NRes =

(Donald Q. Kern, tabel 3.2, hal : 150)

NRes =

NRes = 244,8315

Menghitung Bilangan

Prandtl (NPr)

NPrs =

(Geankoplis, pers. 4.5.6, hal : 238)

NPrs =

NPrs = 1,5552

Menghitung Bilangan Nusselt (NNu)

NNus = 1,86 ×


NNus=1,86×

NNus = 402,9217

Menghitung JH (NNu)

JH =


Gt =

Gt = 23361,7967 lbm/jam.ft2

Menghitung Bilangan

Reynold (NRe)

NRet =

(Donald Q. Kern, tabel 3.2, hal : 150)

NRet =

NRet = 1557,4531

Menghitung Bilangan

Prandtl (NPr)

NPrt =


NPrt =

NPrt = 1,0052

Menghitung Bilangan Nusselt (NNu)

NNut= 0,027 × NRe0,8 × NPr

1/3


NNut = 0,027 × 1557,45310,8 × 1,00521/3

NNut = 9,6837

Menghitung JH

JH tidak perlu dicari karena fluidanya

air

48

JH =

JH = 347,7707

Menghitung ho

ho =

(Donald Q. Kern, pers. 6.15b, hal : 112)

ho = 347,7707 ×

ho = 2768,7279 Btu/jam.ft2.oF

Menghitung hi & hio

hi = NNut ×


hi = 9,6837 ×

hi = 144,4349 Btu/jam.ft2.oF

hio = hi ×


hio = 144,4349 ×

hio = 96,2900 Btu/jam.ft2.oF

6. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh

a. Menghitung Uc

Uc =


Uc =

Uc = 93,0538 Btu/jam.ft2.oF

b. Menghitung Ud

Ud =


Dimana :

Ao = a’’× L ×Nt


49

Ao = 0,1309 ft2/ft × 3,9370 ft × 24

= 12,3685 ft2

Ud =


Ud =

Ud = 7,7373 Btu/jam.ft2.oF

c. Menghitung Faktor Kekotoran (Rd)

Rd =


Rd =

Rd = 0,1185 jam.ft2.oF/Btu

DAFTAR PUSTAKA

[1] Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Processes and Unit Operations.

University of Minnesota: New Delhi.[2] Handojo, Lienda. 1995. Teknologi Kimia Bagian 2. PT Pradnya Paramita:

Jakarta.

50

[3] Kern, Donald Q.1950. Process Heat Transfer. Mc Graw Hill Book Company :

New York.[4] Mc Cabe, Warren L, dkk. 1999. Operasi Teknik Kimia Jilid 1. Erlangga:

Jakarta.[5] Prijono, Arko. 1997. Prinsip _ Prinsip Perpindahan Panas Edisi Ketiga.

Erlangga : Jakarta.[6] http://gambar+heat+exchanger+tipe+shell+and+tube.com[7] http://gambar+heat+exchanger+tipe+double+pipe.com

DAFTAR NOTASI

A = luas perpindahan panas (ft2)

a’ = luas aliran (ft2)

51

a” = luas permukaan pemanas (ft2/ft)

B = baffle spacing (in)

Cpc = kapasitas panas air dingin (Btu/jam.0F)

Cph = kapasitas panas air panas (Btu/jam.0F)

c’ = jarak antar pipa (in)

de = diameter shell (ft)

di = diameter dalam pipa (ft)

do = diameter luar pipa (ft)

Ft = facktor perbedaan temperatur

G = kecepatan massa (lb/jam.ft2)

hi = koefisien perpindahan panas individual dalam shell (Btu/jam.ft2.0F)

hio = koefisien perpindahan panas dalam pipa berdasarkan diameter luar

dari pipa (Btu/jam.ft2.0F)

ho = koefisien perpindahan panas individual dalam tube (Btu/jam.ft2.0F)

JH = faktor heat transfer

kc = konduktifitas panas air dingin (Btu/jam.ft2.0F)

kh = konduktifitas panas air panas (Btu/jam.ft2.0F)

L = panjang alat penukar panas (ft)

N+1 = jmlah crosses

n’ = jumlah shell

n = jumlah pipa

NNu = bilangan Nusselt

Nre = bilangan Reynold

Npr = bilangan Prandtl

PT = tube pitch (in)

Rd = faktor kekotoran (jam.ft2.0F/Btu)

T1 = temperatur air panas masuk (0F)

T2 = temperatur air panas keluar (0F)

t1 = temperatur air dingin masuk (0F)

t2 = temperatur air dingin keluar (0F)

52

Uc = koefisien perpindahan panas total dalam keadaan bersih

(Btu/jam.ft2.0F)

Ud = koefisien perpindahan panas total dalam keadaan kotor

(Btu/jam.ft2.0F)

υh = laju alir air panas (ft3/jam)

υc = laju alir air dingin (ft3/jam)

∆TLMTD = temperatur rata-rata logaritmik (0F)

∆T = perbedaan temperatur yang sebenarnya (0F)

ρh = densitas air panas (lbm/ft3)

ρc = densitas air dingin (lbm/ft3)

μh = viskositas air panas (lbm/jam.ft)

μc = viskositas air dingin (lbm/jam.ft)

BAB II

WETTED WALL COLUMN

53


1. Menentukan koefisien perpindahan massa dan

koefisien perpindahan panas pada fase gas.

2. Mempelajari pengaruh variabel-variabel operasi

seperti laju alir terhadap koefisien perpindahan massa dan panas dalam

Wetted Wall Column.

1.2. Tinjauan Pustaka

Koefisien perpindahan massa adalah besaran empiris yang diciptakan untuk

memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar fase, yang akan

dibahas disini adalah koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair

atau sebaliknya dari sifat sifat zat untuk menekan. Bila terjadi perpindahan

massa dari fase cair ke fase gas pada bidang selang film, gas–cair dalam hal ini

adalah penguapan dari permukaan cairan ke permukaan atau aliran udara.

Gambar 1.2.1. Pengaruh koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair

Kelembaban adalah massa uap yang dibawa oleh satu satuan massa gas

bebas-uap konsentrasi uap air di udara. Angka konsentrasi ini dapat diekspresikan

dalam kelembapan absolut, kelembapan spesifik atau kelembapan relatif. Alat

untuk mengukur kelembapan disebut higrometer.

Istilah-istilah yang berhubungan dengan proses humidifikasi antara lain :

1. Gas jenuh (saturated gas) adalah gas dimana uap jenuh berada dalam

keseimbangan dengan zat cair pada satuan gas. Tekanan-tekanan uap di

54

http://id.wikipedia.org/wiki/Higrometer

http://id.wikipedia.org/wiki/Udara

http://id.wikipedia.org/wiki/Uap_air

dalam gas jenuh sama dengan tekanan uap zat cair pada suhu gas. Jika Hs

adalah kelembaban jenuh, dan P’A tekan uap zat cair.

Hs =

2. Kelembaban relatif (relative humidity) HR didefinisikan sebagai rasio antara

tekanan bagian uap dan tekanan uap zat cair pada suhu gas. Untuk besaran ini

biasanya dinyatakan atas dasar persen , sehingga kelembaban 100 % berarti gas

jenuh, sedang kelembaban 0 % berarti gas bebas uap.

Sesuai definisi,

HR = 100

3. Persentase kelembaban (percentage humidity) HA adalah rasio kelembaban

nyata (actual) terhadap kelembaban jenuh Hs pada suhu gas, juga atas dasar

persen, atau :

HA = 100

4. Kalor lembab ( humid heat ) cs adalah energi kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu 1 lb atau 1 g gas, beserta segala uap yang dikandungnya,

sebesar 1 °F atau 1°C, Jadi: cs = cpB + cpA H

5. Titik embun (dew point) adalah suhu pendinginan campuran uap-gas (pada

kelembaban tetap) agar menjadi jenuh. Titik embun fase gas jenuh sama

dengan suhu gas itu.

6. Volume lembab (humid volume) ialah energi kalor yang diperlukan untuk

menaikan suhu 1 lb atau 1 gas, beserta segala uap yang dikandungnya, sebesar

1oF atau 1oC.[3]

Ada tiga macam metode untuk mengukur kelembaban :

1. Me tode titik embun.

Jika sebuah piring mengkilap yang dingin dimasukkan ke dalam gas yang

kelembabannya tidak diketahui dan suhu piring itu berangsur-angsur

diturunkan, piring itu akan mencapai suatu suhu dimana terjadi kondensasi

kabut pada permukaan mengkilap itu. Pada waktu kabut itu pertama kali

55

terbentuk, suhu adalah keseimbangan antara uap didalam gas dan fase zat cair.

Karena itu, titik itu adalah titik embun. Bacaan diperiksa sambil menaikkan

suhu piring itu dengan perlahan-lahan dan mencatat suhu dimana kabut itu

menghilang. Kelembaban lalu dibaca dari grafik kelembaban pada suhu rata-

rata dari suhu dimana kabut itu mulai terbentuk dan suhu dimana kabut itu

menghilang.

2. Metode Psikrometrik

Suatu cara yang lazim digunakan untuk mengukur kelembaban ialah dengan

menentukan suhu cembul basah dan suhu cembul kering secara serentak. Dari

kedua bacaan itu, kelembaban lalu didapatkan dengan menentukan garis

psikrometrik dengan memotong garis jenuh pada suhu cembul basah sesuai

dengan pengamatan, dan mengikuti garis itu sampai memotong ordinat pada

suhu cembul kering.

3. Metode langsung

Kandungan uap didalam gas dapat ditentukan secara langsung dengan analisis

dimana gas yang volumenya tertentu dilewatkan melalui suatu piranti analisis

yang semestinya. [3]

Yang paling penting pada proses humidity adalah laju perpindahan massa dan

kalor antara gas dan zat cair yang tidak berada pada keseimbangan. Untuk

perpindahan massa dalam keadaan steady state melalui lapisan stagnan suatu

fluida, kita dapat menggunakan persamaan:

JA =

Persamaan diatas digunakan dalam laju perpindahan massa. Akan tetapi,

biasanya tidaklah demikian halnya, karena pada kebanyakan operasi perpindahan

massa aliran turbulen diperlukan untuk meningkatkan laju perpindahan massa per

satuan luas atau untuk membantu mendispersikan fluida yang satu di dalam fluida

yang lain sehingga memberikan lebih banyak lagi antar muka.

Selain itu perpindahan massa ke antar muka fluida sering bersifat tak steady

dengan gradien konsentrasi yang selalu berubah dan demikian pula laju

perpindahan massanya. Walaupun terdapat perbedaan demikian, kebanyakan hal

56

dikerjakan dengan menggunakan persamaan sejenis juga, yang menggunakan

koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) k. Koefisien ini

didefinisikan sebagai laju perpindahan massa per satuan luas per satuan beda

konsentrasi dan biasanya didasarkan atas aliran dalam mol. Konsentrasi dapat

dinyatakan dalam mol per volume atau fraksi mol, dengan subskrip c

menujukkan konsentrasi, dan x atau y adalah fraksi mol di dalam fase gas atau

fase cair.

Laju perpindahan massa dapat dinyatakan dengan koefisien perpindahan massa,

luas dan gaya dorong fraksi mol uap.

NA =

Sedangkan laju perpindahan kalor dapat dinyatakan dengan menggunakan

luas, penurunan suhu, dan koefisien perpindahan kalor sebagaimana biasa atau :

q = hy( T-Ti )A [3]

Wetted wall coloum merupakan salah satu sistem perpindahan massa yang

paling sederhana yaitu penguapan berbagai liquida melalui suatu lapisan tipis

dimana liquid mengalir turun melalui dinding sebuah silinder secara

countercurrent ke suatu aliran gas yang mengalir melalui tengah dari tabung

silinder tersebut. Bagian perpindahan tersebut biasanya terbuat dari tabung kaca,

dimana ukuran diameter biasanya adalah 2 inch dan panjangnya 4 feet. Cairan

dimasukkan dari bagian atas, dimana bagian atas tersebut berbentuk lingkaran

yang bertindak sebagai suatu penampung, sehingga zat cair mengalir di sepanjang

bagian dinding kolom cairan dipindahkan melalui seal pada pangkal bagian yang

tenang disediakan untuk aliran gas pada bagian akhir untuk memperkecil

pergolakan. Ketika suatu wetted wall coloum di batasi dari kondisi lingkungan

sehingga operasinya adalah adiabatik dan cairan dialirkan kembali ke dasar kolom

melalui reservoir ke bagian atas kolom, maka operasi ini disebut kelembaban

adiabatik.

57

Gambar 1.2.2 Cross sectional dari tipe wetted wall coloumn [2]

Pada dasarnya susunan WWC terdiri dari 3 bagian utama, yaitu:

a. Kolom perpindahan panas

b. Sistem air dan pengaturan fase gas

c. Sistem air dan pengaturan fase cair

Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah:

1. Menghitung laju alir rata-rata pada kalibrasi bukaan valve untuk air.

Dimana: Q : Laju alir volumetrik (mL/det)

V : Volume (mL)

t : Waktu (detik)

2. Trata-rata

Dimana: T: waktu (detik)

3. Menghitung laju alir rata-rata pada kalibrasi tekanan udara.

58

Hrata-rata

v =

Dimana:

H : tinggi manometer (cm)

v : laju alir rata-rata (cm/detik)

t : waktu alir (detik)

4. Menghitung laju alir volumetrik udara (Q)

A = keliling kolom tinggi kolom

Q = v x A

Dimana:

A : luas permukaan kolom (cm2)

v : laju alir (cm/detik)

Q : laju alir volumetrik (cm3/detik)

5. Menghitung fraksi mol uap air pada bagian bawah kolom ( )

=

Dimana:

: fraksi mol uap air pada bagian bawah kolom

H1 : Humidity (kJ/kg)

MA : BM air (gr/mol)

MB : BM udara (gr/mol)

6. Menghitung fraksi mol uap air interface bagian bawah kolom( )

=

59

Dimana:

YA11

: fraksi mol uap air interface bagian bawah kolom(YA11

)

P1

: tekanan uap (mmHg)

Pudara

: tekanan udara (mmHg)

7. Menghitung massa jenis udara

udara =

Dimana: udara

: densitas udara (gr/cm

3

)

P : tekanan udara (atm)

BM : massa jenis udara (gr/mol)

R : konstanta (cm

3

.atm/gmol.K)

Td1

: temperatur kolom bawah (K)

8. Menghitung laju alir mol uap air

Dimana: vu : laju alir mol uap air (mol/detik)

Q : laju alir volumetrik (cm3/detik)

: densitas udara (gr/cm3)

YA1 : fraksi mol uap air pada bagian bawah kolom

9. Menghitung koefisien perpindahan massa (ky)

60

ky =

Dimana:

k

y

: koefisien perpindahan massa (mol/detik)

N

A

: fluks massa (mol/detik)

(Y

A1

– Y

A

)

LM

: fraksi mol uap air

10. Menghitung koefisien perpindahan massa dalam fase gas (kG)

kG = LM

Dimana:

kG : koefisien perpindahan massa dalam fase gas (gmol/det.cm2.atm)

ky : koefisien perpindahan massa (mol/detik)

Pudara : tekanan udara (atm)

11. Menghitung koefisien perpindahan panas (hy)

hy =

Dimana: hy : koefisien perpindahan panas (kJ/detoC)

ky : koefisien perpindahan massa (mol/detik)

BMudara : massa jenis udara (gr/mol)

H : humidity

Hw : humidity air

61

𝜆w : panas latent pada wet bulb temperature

(kj/kg)

BAB II

PERCOBAAN


a. Tekanan sebagai variabel tetap

- Variabel tetap

Tekanan udara : 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 kg/cm2

Suhu heater : 50oC

- Variabel berubah

Bukaan valve : 1; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 putaran.

b. Bukaan valve sebagai variabel tetap

- Variabel tetap

62

Bukaan valve : 1; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 putaran

Suhu heater : 50oC

- Variabel berubah

Tekanan udara : 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 kg/cm2.

2.2. Alat dan Bahan

A. Alat-alat yang digunakan :

- Wetted Wall column instrument

- kompresor

- termometer

- beakerglass

- stopwatch

- heater.

B. Bahan-bahan yang digunakan :

- udara

- air.


1. Kalibrasi bukaan valve air

Menyalakan pompa untuk mengisi tangki overflow kemudian mengatur

bukaan valve sesuai run, yaitu 1; 1,5; 2; 2,5; 3 putaran

Mengalirkan air dari tangki overflow kemudian setelah aliran yang keluar

konstan, menampung air tersebut hingga volumenya 250 mL dalam

beakerglass. Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk mengisi air hingga

250 mL

Melakukan 3 kali kalibrasi pada setiap bukaan valve.

2. Kalibrasi tekanan udara

Menyalakan kompresor sampai mencapai tekanan yang ditentukan, yaitu

1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 kg/cm2

63

Mematikan kompresor setelah tekanan yang ditentukan tercapai,

kemudian membuka valve pada kompresor dan heater untuk

mengalirkan udara kedalam kolom bersamaan dengan menyalakan

stopwatch

Pada saat udara mengalir, membaca beda ketinggian air raksa pada

manometer pipa U

Jika tekanan sudah kembali seperti semula mematikan stopwatch,

menutup valve pada kompresor dan heater

Melakukan 3 kali kalibrasi pada setiap variabel tekanan.

3. Prosedur percobaan

A. Tekanan sebagai varibel tetap

Memanaskan heater sampai suhu 50C

Mengisi tangki overflow sampai overflow

Menyalakan kompresor hingga mencapai tekanan yang ditentukan

0,5 kg/cm2 dan mengatur bukaan valve sesuai dengan run yang

ditentukan yaitu 1; 1,5; 2; 2,5; 3 putaran

Mengontakkan udara dan air pada kolom dengan membuka valve untuk

gas dan valve untuk air bersamaan dengan itu menyalakan stopwatch

Melakukan pencatatan wet bulb temperature dan dry bulb temperature

saat terjadi kontak antara udara dengan air untuk aliran masuk sebagai

temperatur awal, kemudian membaca beda ketinggian air raksa pada

manometer pipa U

Jika tekanan telah kembali seperti semula, menutup valve kompresor,

valve heater dan valve air secara bersamaan kemudian membaca wet

bulb temperature dan dry bulb temperature untuk aliran keluar sebagai

temperatur akhir. Mencatat waktu yang diperlukan

Melakukan percobaan untuk tekanan udara yaitu 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2

kg/cm2.

B. Bukaan valve sebagai varibel tetap.

Memanaskan heater sampai suhu 50C

Mengisi tangki overflow sampai overflow

64

Mengatur bukaan valve sesuai dengan run yang ditentukan yaitu 1

putaran dan menyalakan kompresor hingga mencapai tekanan yang

ditentukan yaitu 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 kg/cm2

Mengontakkan udara dan air pada kolom dengan membuka valve untuk

gas dan valve untuk air bersamaan dengan itu menyalakan stopwatch

Melakukan pencatatan wet bulb temperature dan dry bulb temperature

saat terjadi kontak antara udara dengan air untuk aliran masuk sebagai

temperatur awal, kemudian membaca beda ketinggian air raksa pada

manometer pipa U

Jika tekanan telah kembali seperti semula, menutup valve kompresor,

valve heater dan valve air secara bersamaan kemudian membaca

wet bulb temperature dan dry bulb temperature untuk aliran keluar

sebagai temperatur akhir. Mencatat waktu yang diperlukan

Melakukan percobaan untuk bukaan valve yaitu 1,5; 2; 2,5; 3 putaran.

65

2.4. Instrument Wetted Wall Column

Gambar 2.4.1. Wetted Wall Column

66

Keterangan gambar :

1. Kompresor

1.a. Valve kompresor

2. Dry bulb termometer bawah

3. Wet bulb termometer bawah

4. Manometer udara

5. Tabung kolom

6. Dry bulb termometer atas

7. Wet bulb termometer atas

8. Tangki overflow

9. Tangki penampung

10. Pompa

11. a. Globe valve air

b. Globe valve air

12. Gate valve

13. Heater

13. a. Globe valve heater

14. Saklar kompresor

15. Saklar heater

16. Saklar pompa

67

Gambar 2.4.2. Foto alat Wetted Wall Column

68

2.5. Data Pengamatan

Tabel 2.5.1. Kalibrasi bukaan valve untuk air

Bukaan

(putaran)

Volume air

(ml)

Waktu (detik)

t1 t2 t3 trata-rata

1

1,5

2

2,5

3

250

250

250

250

250

4,89

4,89

4,08

3,25

2,25

5,33

4,69

3,89

2,90

2,45

5,26

4,59

3,56

3,01

3,08

5,16

4,72

3,84

3,05

2,59

Tabel 2.5.2. Kalibrasi tekanan udara

Tekanan

udara

(kg/cm2)

Tinggi manometer (cm) Waktu (detik)

H1 H2 H3 Hrata-rata t1 t2 t3 trata-rata

1

1,25

1,5

1,75

2

1

1

1,1

1,2

1,5

1

1

1,1

1,1

1,4

1

1

1

1,3

1,5

1

1

1,07

1,2

1,47

23,15

30,78

36,35

36,86

39,29

26,45

32,50

35,65

38,78

40,26

25,69

32,89

36,50

38,89

40,15

25,10

32,06

36,17

38,18

39,90

69

Tabel 2.5.3. Data pengamatan dengan bukaan valve sebagat variabel tetap

Bukaan

(putaran)

P

(kg/cm)

Suhu awal (oC) Suhu akhir (oC)H

Waktu

(detik)Td1 Tw1 Td2 Tw2 Td1 Tw1 Td2 Tw2

1

1 40 33 26 26 42 33 26 26 1 25,15

1,25 39 32 26 26 42 33 26 26 1 32,25

1,5 38 32 26 26 41 32 26 26 1,1 35,69

1,75 38 32 26 26 42 32 26 26 1,2 38,55

2 39 32 26 26 42 33 26 26 1,4 40,15

1,5

1 39 32 26 26 41 33 26 26 1 26,27

1,25 39 32 26 26 41 32 26 26 1 32,76

1,5 38 32 26 26 40 32 26 26 1,2 36,23

1,75 39 33 26 26 41 33 26 26 1,3 39,17

2 39 33 26 26 41 33 26 26 1,5 40,18

2

1 40 33 26 26 37 38 26 26 1 26,29

1,25 40 32 26 26 41 32 26 26 1,1 32,93

1,5 41 33 26 26 41 33 26 26 1,,1 37,37

1,75 41 33 26 26 42 33 26 26 1,3 39,42

2 40 31 26 26 39 32 26 26 1,4 40,18

2,5

1 33 32 26 26 39 33 26 26 1 24,95

1,25 34 33 26 26 38 33 26 26 1 32,18

1,5 35 33 26 26 38 31 26 26 1,1 36,17

1,75 35 34 26 26 39 32 26 26 1,3 39,12

2 36 33 26 26 39 33 26 26 1,5 40,21

3

1 34 32 26 26 38 31 26 26 1 26,13

1,25

1,5

1,75

2

34

33

35

34

32

31

32

31

26

26

26

26

26

26

26

26

40

40

41

43

31

32

32

34

26

26

26

26

26

26

26

26

1,1

1,2

1,3

1,4

30,83

36,21

38,71

40,12

70

Tabel 2.5.4. Data pengamatan dengan tekanan sebagat variabel tetap

P

(kg/cm)Bukaan

(putaran)

Suhu awal (oC) Suhu akhir (oC)

HWaktu

(detik)Td1 Tw1 Td2 Tw2 Td1 Tw1 Td2 Tw2

1

1 35 31 26 26 39 32 26 26 1 25,79

1,5 34 31 26 26 38 31 26 26 1 27,59

2 34 30 26 26 38 31 26 26 1 26,27

2,5 35 31 26 26 39 32 26 26 1 26,89

3 34 31 26 26 37 30 26 26 1 27,36

1,25

1 34 30 26 26 40 31 26 26 1 30,15

1,5 35 31 26 26 41 31 26 26 1 32,74

2 36 31 26 26 41 32 26 26 1 33,37

2,5 38 31 26 26 44 32 26 26 1 31,56

3 40 31 26 26 44 32 26 26 1 32,89

1,5

1 38 31 26 26 42 32 26 26 1,1 35,15

1,5 36 31 26 26 42 32 26 26 1,1 36,75

2 38 31 26 26 41 32 26 26 1,1 35,89

2,5 38 32 26 26 42 33 26 26 1,1 36,60

3 39 32 26 26 43 33 26 26 1,2 37,22

1,75

1 39 32 26 26 45 33 26 26 1,2 38,22

1,5 40 33 26 26 46 34 26 26 1,3 38,39

2 41 33 26 26 47 34 26 26 1,2 37,99

2,5 41 32 26 26 47 34 26 26 1.2 38,50

3 42 33 26 26 46 34 26 26 1,3 38,35

2

1 42 33 26 26 46 35 26 26 1,4 39,20

1,5 41 32 26 26 46 36 26 26 1,5 40,10

2 42 33 26 26 46 35 26 26 1.5 40,37

2,5 43 34 26 26 47 36 26 26 1,4 39,88

3 43 33 26 26 47 35 26 26 1,5 40,22

71

2.6 Tabel Perhitungan

Tabel 2.6.1. Hasil perhitungan kalibrasi bukaan valve untuk air

t1 t2 t3 t rata-rata Qair

4,8900 5,3300 5,2600 5,1600 48,44964,8900 4,6900 4,5900 4,7233 52,92874,0800 3,8900 3,5600 3,8433 65,04773,2500 2,9000 3,0100 3,0533 81,87772,2500 2,4500 3,0800 2,5933 96,4010

Tabel 2.6.2. Hasil perhitungan kalibrasi tekanan udara dan laju alir volumetrik

H1 H2 H3 hrata-rata t1 t2 t3 t rata-rata V A Qudara

1 1 1 1,0000 23,15 26,45 25,69 25,0967 0,0398 2520 100,41171 1 1 1,0000 30,78 32,5 32,89 32,0567 0,0312 2520 78,6108

1,1 1,1 1 1,0667 36,35 35,65 36,5 36,1667 0,0295 2520 74,32261,2 1,1 1,3 1,2000 36,86 38,78 38,89 38,1767 0,0314 2520 79,21071,5 1,4 1,5 1,4667 39,29 40,26 40,15 39,9000 0,0368 2520 92,6316

72

Tabel 2.6.3. Hasil perhitungan faksi mol uap air pada kolom bawah dengan bukaan valve sebagai variabel tetap

Qair

(cm3/det)Qudara

(cm3/det)Td1

(oC)Td2

(oC)H1 H2

P1

(mmHg)P2

(mmHg)YA1 YA2 YA11 YA21

48,4496

100,4117 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,035178,6108 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,035174,3226 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035179,2107 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035192,6316 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,0351

52,9287

100,4117 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,035178,6108 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,035174,3226 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035179,2107 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,035192,6316 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,0351

65,0477

100,4117 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,035178,6108 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,035174,3226 41 26 0,0515 0,0225 57,67 25,372 0,0765 0,0349 0,0798 0,035179,2107 41 26 0,0515 0,0225 57,67 25,372 0,0765 0,0349 0,0798 0,035192,6316 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,0351

81,8777

100,4117 33 26 0,0302 0,0225 38,87 25,372 0,0463 0,0349 0,0538 0,035178,6108 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035174,3226 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035179,2107 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035192,6316 36 26 0,0361 0,0225 45,92 25,372 0,0549 0,0349 0,0635 0,0351

96,4010

100,4117 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035178,6108 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035174,3226 33 26 0,0302 0,0225 38,87 25,372 0,0463 0,0349 0,0538 0,035179,2107 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035192,6316 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,0351

73

Tabel 2.6.4. Hasil perhitungan faksi mol uap air pada kolom bawah dengan tekanan sebagai variabel tetap

Qudara

(cm3/det)Qair

(cm3/det)Td1

(oC)Td2

(oC)H1 H2

P1

(mmHg)P2

(mmHg)YA1 YA2 YA11 YA21

100,4117

48,4496 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035152,9287 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035165,0477 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035181,8777 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035196,4010 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,0351

78,6108

48,4496 34 26 0,0340 0,0225 41,22 25,372 0,0518 0,0349 0,0570 0,035152,9287 35 26 0,0375 0,0225 43,57 25,372 0,0569 0,0349 0,0603 0,035165,0477 36 26 0,0361 0,0225 45,92 25,372 0,0549 0,0349 0,0635 0,035181,8777 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035196,4010 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,0351

74,3226

48,4496 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035152,9287 36 26 0,0361 0,0225 45,92 25,372 0,0549 0,0349 0,0635 0,035165,0477 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035181,8777 38 26 0,0482 0,0225 50,62 25,372 0,0719 0,0349 0,0700 0,035196,4010 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,0351

79,2107

48,4496 39 26 0,0489 0,0225 52,97 25,372 0,0729 0,0349 0,0733 0,035152,9287 40 26 0,0500 0,0225 55,32 25,372 0,0744 0,0349 0,0765 0,035165,0477 41 26 0,0515 0,0225 57,67 25,372 0,0765 0,0349 0,0798 0,035181,8777 41 26 0,0515 0,0225 57,67 25,372 0,0765 0,0349 0,0798 0,035196,4010 42 26 0,0623 0,0225 60,02 25,372 0,0910 0,0349 0,0830 0,0351

92,6316

48,4496 42 26 0,0623 0,0225 60,02 25,372 0,0910 0,0349 0,0830 0,035152,9287 41 26 0,0515 0,0225 57,67 25,372 0,0765 0,0349 0,0798 0,035165,0477 42 26 0,0623 0,0225 60,02 25,372 0,0910 0,0349 0,0830 0,035181,8777 43 26 0,0625 0,0225 62,37 25,372 0,0913 0,0349 0,0863 0,035196,4010 43 26 0,0625 0,0225 62,37 25,372 0,0913 0,0349 0,0863 0,0351

74

Tabel 2.6.5. Hasil perhitungan fluks massa dengan bukaan valve sebagai variabel tetap

Qair

(cm3/det)Qudara

(cm3/det)Td1

(oK)H

(cm)t

(detik)A

(cm2)YA1 YA2

(gr/cm3)

Q(cm3/det)

Vu

(mol/det)NA

(mol/det)

48,4496

100,4117 313,15 1 25,15 2520 0,0744 0,0349 1,0725E-03 100,1988 3,4335E-03 1,5180E-0478,6108 312,15 1 32,25 2520 0,0729 0,0349 1,0759E-03 78,1395 2,6906E-03 1,1419E-0474,3226 311,15 1,1 35,69 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 77,6688 2,6858E-03 1,1097E-0479,2107 311,15 1,2 38,55 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 78,4436 2,7125E-03 1,1207E-0492,6316 312,15 1,4 40,15 2520 0,0729 0,0349 1,0759E-03 87,8705 3,0256E-03 1,2841E-04

52,9287


65,0477

100,4117 313,15 1 26,29 2520 0,0744 0,0349 1,0725E-03 95,8539 3,2846E-03 1,4521E-0478,6108 313,15 1,1 32,93 2520 0,0744 0,0349 1,0725E-03 84,1786 2,8845E-03 1,2753E-0474,3226 314,15 1,1 37,37 2520 0,0765 0,0349 1,0691E-03 74,1771 2,5281E-03 1,1786E-0479,2107 314,15 1,3 39,42 2520 0,0765 0,0349 1,0691E-03 83,1050 2,8323E-03 1,3205E-0492,6316 313,15 1,4 40,18 2520 0,0744 0,0349 1,0725E-03 87,8049 3,0088E-03 1,3302E-04

81,8777


96,4010

100,4117 307,15 1 26,13 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 96,4409 3,4514E-03 6,3810E-0578,6108 307,15 1,1 30,83 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 89,9124 3,2178E-03 5,9491E-0574,3226 306,15 1,2 36,21 2520 0,0463 0,0349 1,0970E-03 83,5128 3,0160E-03 3,7335E-0579,2107 308,15 1,3 38,71 2520 0,0569 0,0349 1,0899E-03 84,6293 3,0029E-03 7,2414E-0592,6316 307,15 1,4 40,12 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 87,9362 3,1471E-03 5,8183E-05

75

Tabel 2.6.6. Hasil perhitungan fluks massa dengan tekanan sebagai variabel tetap

Qudara

(cm3/det)Qair

(cm3/det)Td1

(oK)H

(cm)t

(detik)A

(cm2)YA1 YA2

(gr/cm3)

Q(cm3/det)

Vu

(mol/det)NA

(mol/det)

100,4117

48,4496 308,15 1 25,79 2520 0,0569 0,0349 1,0899E-03 97,7123 3,4671E-03 8,3608E-0552,9287 307,15 1 27,59 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 91,3374 3,2688E-03 6,0434E-0565,0477 307,15 1 26,27 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 95,9269 3,4330E-03 6,3470E-0581,8777 308,15 1 26,89 2520 0,0569 0,0349 1,0899E-03 93,7151 3,3253E-03 8,0188E-0596,4010 307,15 1 27,36 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 92,1053 3,2963E-03 6,0942E-05

78,6108

48,4496 307,15 1 30,15 2520 0,0518 0,0349 1,0935E-03 83,5821 2,9912E-03 5,5302E-0552,9287 308,15 1 32,74 2520 0,0569 0,0349 1,0899E-03 76,9701 2,7311E-03 6,5860E-0565,0477 309,15 1 33,37 2520 0,0549 0,0349 1,0864E-03 75,5169 2,6766E-03 5,8521E-0581,8777 311,15 1 31,56 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 79,8479 2,7611E-03 1,1408E-0496,4010 313,15 1 32,89 2520 0,0744 0,0349 1,0725E-03 76,6190 2,6255E-03 1,1607E-04

74,3226

48,4496 311,15 1,1 35,15 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 78,8620 2,7270E-03 1,1267E-0452,9287 309,15 1,1 36,75 2520 0,0549 0,0349 1,0864E-03 75,4286 2,6734E-03 5,8452E-0565,0477 311,15 1,1 35,89 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 77,2360 2,6708E-03 1,1035E-0481,8777 311,15 1,1 36,6 2520 0,0719 0,0349 1,0794E-03 75,7377 2,6190E-03 1,0821E-0496,4010 312,15 1,2 37,22 2520 0,0729 0,0349 1,0759E-03 81,2466 2,7975E-03 1,1873E-04

79,2107


92,6316


76

Tabel 2.6.7. Hasil perhitungan koefisien perpindahan massa dalam fase gas dengan bukaan valve sebagai variabel tetap

Qair

(cm3/det)Qudara

(cm3/det)NA

(mol/det)(YA1 - YA)LM

ky

(mol/det)Pudara

(atm)(1 - YA1)LM (1 - YA2)LM (1 - YA)LM kG

48,4496

100,4117 1,5180E-04 7,8890E-04 0,1924 0,9513 0,9245 0,9650 0,0405 8,1832E-0378,6108 1,1419E-04 2,6948E-04 0,4237 0,9513 0,9269 0,9650 0,0381 1,6959E-0274,3226 1,1097E-04 3,4552E-04 0,3212 0,9513 0,9278 0,9650 0,0372 1,2561E-0279,2107 1,1207E-04 3,4552E-04 0,3244 0,9513 0,9278 0,9650 0,0372 1,2686E-0292,6316 1,2841E-04 2,6948E-04 0,4765 0,9513 0,9269 0,9650 0,0381 1,9072E-02

52,9287


65,0477


81,8777


96,4010


77

Tabel 2.6.8. Hasil perhitungan koefisien perpindahan massa dalam fase gas dengan tekanan sebagai variabel tetap

Qudara

(cm3/det)Qair

(cm3/det)NA

(mol/det)(YA1 - YA)LM

ky

(mol/det)Pudara

(atm)(1 - YA1)LM (1 - YA2)LM (1 - YA)LM kG

100,4117


78,6108


74,3226


79,2107


92,6316


78

Tabel 2.6.9. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas dengan bukaan valve sebagai variabel tetap

Qair

(cm3/det)Qudara

(cm3/det)𝜆w1

(Kj/Kg)𝜆w2

(Kj/Kg)𝜆wrata-rata

(Kj/Kg)Tdrata-rata (Td’-Tw’)LM H

P(mmHg)

HW

(cm2)ky

(mol/det)hy

(Kj/det.oC)

48,4496

100,4117 2423,6 2440,2 2431,9 33 2,4630 0,0302 38,87 -0,6384 0,1924 3680,153478,6108 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,4237 8140,369674,3226 2425,9 2440,2 2433,05 32 2,2134 0,0314 36,52 -0,6395 0,3212 6861,892879,2107 2425,9 2440,2 2433,05 32 2,2134 0,0314 36,52 -0,6395 0,3244 6930,341892,6316 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,4765 9154,1142

52,9287

100,4117 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,5202 9993,411578,6108 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,4172 8013,642274,3226 2425,9 2440,2 2433,05 32 2,2134 0,0314 36,52 -0,6395 0,3451 7374,128679,2107 2423,6 2440,2 2431,9 32,5 2,2134 0,0323 37,695 -0,6390 0,4536 9691,036392,6316 2423,6 2440,2 2431,9 32,5 2,2134 0,0323 37,695 -0,6390 0,5102 10900,8852

65,0477

100,4117 2423,6 2440,2 2431,9 33 2,4630 0,0302 38,87 -0,6384 0,1841 3520,572778,6108 2425,9 2440,2 2433,05 33 2,7051 0,0302 38,87 -0,6384 0,1617 2816,429674,3226 2423,6 2440,2 2431,9 33,5 2,7051 0,0344 40,045 -0,6380 0,1093 1914,210579,2107 2423,6 2440,2 2431,9 33,5 2,7051 0,0344 40,045 -0,6380 0,1225 2144,602792,6316 2428,3 2440,2 2434,25 33 2,9408 0,0302 38,87 -0,6384 0,1686 2703,5897

81,8777

100,4117 2425,9 2440,2 2433,05 29,5 0,7213 0,0272 31,014 -0,6427 0,0230 1506,028978,6108 2423,6 2440,2 2431,9 30 0,7213 0,028 31,82 -0,6422 0,0346 2267,025974,3226 2423,6 2440,2 2431,9 30,5 1,0820 0,0289 32,995 -0,6415 0,0595 2597,468579,2107 2421,2 2440,2 2430,7 30,5 0,7213 0,0289 32,995 -0,6415 0,0650 4255,274092,6316 2423,6 2440,2 2431,9 31 1,3953 0,0297 34,17 -0,6408 0,0331 1121,9441

96,4010

100,4117 2425,9 2440,2 2433,05 30 1,0820 0,028 31,82 -0,6422 0,0427 1862,160778,6108 2425,9 2440,2 2433,05 30 1,0820 0,028 31,82 -0,6422 0,0398 1736,104074,3226 2428,3 2440,2 2434,25 29,5 1,0820 0,0272 31,014 -0,6427 0,0190 830,576279,2107 2425,9 2440,2 2433,05 30,5 1,3953 0,0289 32,995 -0,6415 0,0657 2225,395192,6316 2428,3 2440,2 2434,25 30 1,3953 0,028 31,82 -0,6422 0,0389 1317,3869

79

Tabel 2.6.10. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas dengan tekanan sebagai variabel tetap

Qair

(cm3/det)Qudara

(cm3/det)𝜆w1

(Kj/Kg)𝜆w2

(Kj/Kg)𝜆wrata-rata

(Kj/Kg)Tdrata-rata (Td’-Tw’)LM H

P(mmHg)

HW

(cm2)ky

(mol/det)hy

(Kj/det.oC)

100,4117

48,4496 2428,3 2440,2 2434,25 30,5 1,6831 0,0289 32,995 -0,6415 0,0759 2131,025852,9287 2428,3 2440,2 2434,25 30 1,3953 0,028 31,82 -0,6422 0,0404 1368,341665,0477 2430,7 2440,2 2435,45 30 1,6831 0,028 31,82 -0,6422 0,0424 1191,898281,8777 2428,3 2440,2 2434,25 30,5 1,6831 0,0289 32,995 -0,6415 0,0728 2043,851196,4010 2428,3 2440,2 2434,25 30 1,3953 0,028 31,82 -0,6422 0,0407 1379,8444

78,6108

48,4496 2430,7 2440,2 2435,45 30 1,6831 0,028 31,82 -0,6422 0,0370 1038,513052,9287 2428,3 2440,2 2434,25 30,5 1,6831 0,0289 32,995 -0,6415 0,0598 1678,654765,0477 2428,3 2440,2 2434,25 31 1,9543 0,0297 34,17 -0,6408 0,0266 644,081481,8777 2428,3 2440,2 2434,25 32 2,4630 0,0314 36,52 -0,6395 0,3302 6342,537296,4010 2428,3 2440,2 2434,25 33 2,9408 0,0302 38,87 -0,6384 0,1471 2359,1677

74,3226

48,4496 2428,3 2440,2 2434,25 32 2,4630 0,0314 36,52 -0,6395 0,3261 6264,225452,9287 2428,3 2440,2 2434,25 31 1,9543 0,0297 34,17 -0,6408 0,0266 643,327865,0477 2428,3 2440,2 2434,25 32 2,4630 0,0314 36,52 -0,6395 0,3194 6135,066181,8777 2425,9 2440,2 2433,05 32 2,2134 0,0314 36,52 -0,6395 0,3132 6691,282996,4010 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,4406 8464,0597

79,2107

48,4496 2425,9 2440,2 2433,05 32,5 2,4630 0,0323 37,695 -0,6390 0,4291 8242,603452,9287 2423,6 2440,2 2431,9 33 2,4630 0,0302 38,87 -0,6384 0,1639 3134,217665,0477 2423,6 2440,2 2431,9 33,5 2,7051 0,0344 40,045 -0,6380 0,1173 2054,149681,8777 2425,9 2440,2 2433,05 33,5 2,9408 0,0344 40,045 -0,6380 0,1158 1865,333796,4010 2423,6 2440,2 2431,9 34 2,9408 0,0363 41,22 -0,6375 0,1897 3062,8135

92,6316

48,4496 2423,6 2440,2 2431,9 34 2,9408 0,0363 41,22 -0,6375 0,1999 3226,892852,9287 2425,9 2440,2 2433,05 33,5 2,9408 0,0344 40,045 -0,6380 0,1389 2238,633065,0477 2423,6 2440,2 2431,9 34 2,9408 0,0363 41,22 -0,6375 0,2080 3357,183581,8777 2421,2 2440,2 2430,7 34,5 2,9408 0,0365 42,395 -0,6370 0,1772 2857,548996,4010 2430,7 2440,2 2435,45 34,5 3,1712 0,0365 42,395 -0,6370 0,1882 2820,7360

80

2.7 Grafik

Grafik 2.7.1. Hubungan antara laju alir volumetrik (Qair) dengan waktu (t) pada

kalibrasi bukaan valve

Grafik 2.7.2. Hubungan antara laju alir volumetrik (Qudara) dengan tinggi manometer

(H) pada kalibrasi tekanan udaranya

81

Grafik 2.7.3. Hubungan antara laju alir volumetrik (Q) dengan koefisien perpindahan

massa (kG) untuk bukaan valve sebagai variabel tetap


panas (hy) untuk bukaan valve sebagai variabel tetap

82


massa (kG) untuk tekanan variabel tetap

Grafik 2.7.6. Hubungan antara laju alir volumetrik (Q) dengan koefisien

perpindahan panas (hy) untuk tekanan sebagai variabel tetap

83

BAB III

PEMBAHASAN

1. Hubungan antara laju alir volumetrik (Q) dengan koefisien

perpindahan massa dalam fase gas (kG)

Pada persamaan : kG =

Dimana :

Sesuai dengan persamaan diatas hubungan laju alir volumetrik dengan koefisien

perpindahan massa dalam fase gas adalah berbanding lurus. Dimana semakin

besar laju alir maka koefisien perpindahan massa (kG) dan koefisien perpindahan

panas (hy) akan semakin besar.

Berdasarkan hasil percobaan, pada grafik 2.7.3. dan grafik 2.7.5. Dari hasil

percobaan didapatkan hasil yang tidak sesuai dengan teori dalam hal ini terjadi

penyimpangan yang disebabkan karena pada saat udara dari kompresor menuju

ke heater, laju alir udaranya tidak stabil yang berakibat langsung terhadap laju

alir sehingga mempengaruhi koefisien perpindahan panas. (hy).

84

2. Hubungan antara laju alir volumetrik (Q) dengan koefisien

perpindahan panas (hy)

Pada persamaan : kG =

Dimana :

Sesuai dengan persamaan diatas hubungan laju alir volumetrik dengan koefisien

perpindahan panas adalah berbanding lurus. Dimana semakin besar laju alir maka

koefisien perpindahan massa (kG) dan koefisien perpindahan panas (hy) akan

semakin besar.

Berdasarkan hasil percobaan, pada grafik 2.7.4. dan grafik 2.7.6. Dari hasil

percobaan didapatkan hasil yang tidak sesuai dengan teori dalam hal ini terjadi

penyimpangan yang disebabkan karena pada saat udara dari kompresor menuju

ke heater, laju alirnya tidak stabil yang dapat menyebabkan perubahan ketinggian

manometer yang tidak stabil dan mempengaruhi koefisien perpindahan panas.

85

BAB IV


4.1. Kesimpulan

Dari hasil percobaan dapat diambil kesimpulan :

1. Semakin besar harga laju alir volumetrik (Q) semakin

besar pula harga koefisien perpindahan massa (kG).

2. Semakin besar harga laju alir volumetrik (Q) semakin

besar pula harga koefisien perpindahan panas (hy).

4.2. Saran

1. Sebaiknya wetted wall coloum diperbaiki atau diganti yang baru agar tidak

terjadi kehilangan panas.

2. Sebaiknya menggunakan termometer digital agar pembacaan suhu dapat

lebih akurat.

86

DAFTAR PUSTAKA

1. Geankoplis Christie J., (1997).“ Transport Processes And Unit Operation” third

edition, Prestice-Hall, Inc Englewood N.J, USA.

2. George Granger Brown. (1958). “Unit Operations”, Navotas Press, Philippines.

3. Mc. Cabe, Warren L., julian C Smith, and Peter Harriot. (1993). “Unit operation

of Chemical Engineering”, edisi IV, Erlangga.

87

DAFTAR NOTASI

A = Luas permukaan kolom (cm2)

BM = Berat molekul (gr/mol)

H = Humidity udara (kJ/kg)

H = Ketinggian manometer (cm)

hy = Koefisien perpindahan panas (kJ/det. 0C)

kG = Koefisien perpindahan massa dalam fase gas (mol/det.cm2.atm)

ky = Koefisien perpindahan massa (mol/detik)

MA = Berat molekul air (g/mol)

MB = Berat molekul udara (g/mol)

NA = Fluks massa (mol/detik)

P1 = Tekanan uap (mmHg)

Pudara

= Tekanan udara (mmHg)

Q = Laju alir volumetrik (cm3/det)

R = 82,057 cm3.atm/mol . K

t = Waktu (detik)

Td = Dry bulb temperature (0C)

Tw = Wet bulb temperature (0C)

v = Laju alir udara (cm/det)

V = Volume (mL)

vu = Laju alir mol uap air (mol/det)

YA1 = Fraksi mol uap air dalam fase gas bagian bawah kolom

YA11 = Fraksi mol uap air dalam interface bagian bawah kolom

YA2 = Fraksi mol uap air dalam fase gas bagian atas kolom

YA21 = Fraksi mol uap air dalam interface bagian atas kolom

λw = Panas laten pada wet bulb temperatuer

ρ = Massa jenis (g/cm3)

88

APENDIKS

1. Menghitung laju alir rata-rata pada kalibrasi bukaan valve untuk air.

Dimana: Q : Laju alir volumetrik (mL/det)V : Volume (mL)

t : Waktu (detik)

Trata-rata

Maka, Q

Dengan cara yang sama didapatkan laju alir untuk masing-masing bukaan valve pada

run lainnya.

2. Menghitung laju alir rata-rarta pada kalibrasi tekanan udara.

Hrata-rata

89

v =

=

= 0,0398 cm/detik3. Menghitung laju alir volumetrik udara (Q)

Diketahui : Keliling kolom = 24 cm

Tinggi kolom = 105 cm

A = keliling kolom tinggi kolom

= 24 105

= 2520 cm2

Q = v x A

= 0,0398 cm/detik 2520 cm2

= 100,4117 cm3/detik

Dengan cara yang sama didapatkan laju alir untuk masing-masing tekanan udara

pada run lainnya.

4. Menghitung fraksi mol

Diketahui :

BM udara = MB = 28,97 gr/mol

BM air = MA = 18,02 gr/mol

P udara = 723 mmHg

(Geankoplis, hal. 526)

90

Data pada kolom bawah :

Td1 = 35C

H1 = 0,0375

(Grafik 9.3-2 Geankoplis, hal. 529)

P1 = 43,57 mmHg

(App A.22 Geankoplis, hal. 854)

a. Menghitung fraksi mol uap air pada bagian bawah kolom ( )

= (Mc.Cabe, hal. 205)

=

= 0,0569

b. Menghitung fraksi mol uap air interface bagian bawah kolom( )

= (Mc.Cabe, hal. 109)

=

= 0,0603

Dengan cara yang sama didapatkan fraksi mol untuk tekanan sebagai

variabel tetap pada run selanjutnya, dan didapatkan juga fraksi mol untuk

bukaan valve sebagai variabel tetap.

91

Data pada kolom atas :

Td2 = 26C

H2 = 0,0225

(Grafik 9.3-2 Geankoplis, hal. 529)

P2 = 25,372 mmHg

(App A.22 Geankoplis, hal. 854)

a. Menghitung fraksi mol uap air dalam fase bagian atas kolom ( ).

=

(Pers 23. 2 Mc Cabe, hal. 205)

=

= 0,0349

b. Menghitung fraksi mol uap air interface pada bagian kolom atas ( )

=

=

= 0,0351

Dengan cara yang sama didapatkan fraksi mol untuk tekanan sebagai variabel

tetap pada run selanjutnya, dan didapatkan juga fraksi mol untuk bukaan valve

sebagai variabel tetap.

92

5. Menghitung laju alir mol uap air (vu )

Diketahui :

P =

= 0,9513 atm

(App A.1-8 Geankoplis, hal. 851)

R = 82,057 cm3.atm/gmol.K


BM udara = 28,97 gr/mol

Td1 = 35°C + 273,15 K/°C

= 308,15 K

udara = (Geankoplis,

hal. 435)

=

= 1,0899 10-3 gr/cm3

Q = v A

=

=

= 97,7123 cm3/det

Dimana : vu =

93

=

= 3,4669 10-3 mol/detik

Dengan cara yang sama didapatkan laju alir mol uap air untuk tekanan sebagai

variabel tetap untuk run lainnya, dan didapatkan juga laju alir mol uap air

untuk bukaan valve sebagai variabel tetap.

6. Menghitung fluks massa (NA)

NA = vu

= (3,4669 10-3)

= 8,3798 10-5 mol/detik


Dengan cara yang sama didapatkan fluks massa untuk tekanan sebagai

variabel tetap untuk run selanjutnya, dan didapatkan juga fluks massa untuk

bukaan valve sebagai variabel tetap.

7. Menghitung koefisien perpindahan massa (ky)

ky =


Dimana : ( - )LM =

=

= 1,1295 10-3

94


Maka ,

ky =

= 0,0742 mol/detik

Dengan cara yang sama didapatkan koefisien perpindahan massa untuk tekanan

sebagai variabel tetap untuk run lainnya, dan didapatkan juga koefisien

perpindahan massa untuk bukaan valve sebagai variabel tetap.

8. Menghitung koefisien perpindahan massa dalam fase gas (kG)

kG = LM


Dimana : (1- )LM = (Geankoplis, hal. 597)

=

= 0,9414

(1- )LM =

=

= 0,9650

95

(1-YA)LM = (1- )LM – (1- )LM

= 0,9650 – 0,9414

= 0,0236

kG =

= 5,8547 10-4 gmol/det.cm2.atm

Dengan cara yang sama didapatkan koefisien perpindahan massa dalam fase

gas untuk tekanan sebagai variable tetap untuk run selanjutnya, dan

didapatkan juga koefisien perpindahan massa untuk bukaan valve sebagai

variable tetap.

9. Menghitung koefisien perpindahan panas (hy)

Diketahui :

Tw1 = 31C ;

Tw2 = 26C

Dari appendiks F.1 Smith Van Ness, didapatkan :

= 2428,3 kJ/kg

= 2440,2 kJ/kg

Maka, =

=

= 2434,25 kJ/kg

96

Td’ rata-rata =

=

= 30,5°C

Sehingga diperoleh data berikut :

H = 0,0310

(grafik 9.3-2 Geankoplis, hal. 529)

P = 32,995 mmHg


Hw = (Geankoplis, hal. 526)

Hw =

= -0,6415

Dimana :

(Td’-Tw’)LM = (Geankoplis, hal. 620)

=

= 2,1640

97

Sehingga, hy = (Mc Cabe, hal. 213)

=

= 1626,1201 kJ/det°C

Dengan cara yang sama didapatkan koefisien perpindahan panas untuk tekanan

sebagai variabel tetap untuk run selanjutnya, dan didapatkan juga koefisien

perpindahan panas untuk bukaan valve sebagai variable tetap.

BAB III

ROTARY DRYER


98

1. Mempelajari performance rotary dryer berdasarkan perubahan kandungan air

dan efisiensi rotary dryer pada kondisi operasi yang berbeda-beda.

2. Membuat material balance dan heat balance.

1.2. Teori Dasar

Pengeringan (drying) zat padat merupakan pemisahan sejumlah kecil air atau zat

cair lain dari bahan padat, sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat

padat itu sampai suatu nilai rendah yang dapat diterima. Pengeringan merupakan

langkah terakhir dari sebuah operasi dan hasil dari pengeringan sudah siap kemas

Pengeringan zat cair dari dari suatu padatan dapat dilakukan dengan cara:

1. Memeras zat cair itu secara mekanik hingga keluar. Cara ini menghabiskan

sedikit biaya sehingga sering digunakan terlebih dahulu sebelum menggunakan

pengering panas.

2. Dengan pemisah sentrifugal.

3. Dengan penguapan secara termal.

Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam berbagai bentuk serpih

(flake), bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau

lembaran senambung (continous sheet) dengan sifat-sifat yang mungkin sangat

berbeda satu sama lain.

Berdasarkan kontak pemanas dengan umpan atau zat padat, alat pengering dibagi

menjadi 2 (dua) yaitu :

a. Pengering langsung (direct dryer/adiabatic dryer)

Disebut juga pengering adiabatik yaitu pengering dimana umpan atau zat padat

itu bersentuhan langsung dengan gas panas (biasanya udara).

b. Pengering tak langsung (indirect dryer)

Biasa disebut juga dengan pengering non adiabatik (non adiabatic dryer) yaitu

pengering dimana kalor berpindah ke zat padat dari suatu medium luar, misalnya

uap yang kondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang bersentuhan

dengan zat padat itu. Contoh : pengering yang dipanaskan dengan energi

elektrik, radiasi atau gelombang mikro.

c. Pengering langsung - tak langsung (direct - indirect dryer)

99

Merupakan gabungan dari pengeringan langsung dan tidak langsung. Dalam

pengeringan ini, gas panas terlebih dahulu dilewatkan melalui mantel dan

kemudian masuk ke dalam selongsong yang berkontak lansung dengan zat padat

yang dikeringkan.

(Mc Cabe, Jilid II, 1993, hal: 249-250 & 274)

Macam - macam alat pengering, antara lain:

a. Pengering Talam

Pengering ini terdiri dari sebuah ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah

truk yang mendukung rak-rak H dengan ukuran ±30 inchi2 dan tebal 2 – 6

inchi. Udara panas disirkulasikan dengan bantuan kipas C dan motor D, mengalir

melalui pemanas E. Pengering ini bermanfaat untuk industri kecil. Alat ini

memerlukan tenaga kerja pemuat dan pengosongan sehingga biaya oprasinya

agak mahal. Alat ini biasanya digunakan untuk pengeringan bernilai tinggi seperti

zat warna dan alat - alat farmasi.

Gambar 1.2.1. Pengering Talam

b. Pengering konveyor tabir

Alat ini bekerja secara terus menerus. Pengering ini sangat cocok untuk situasi

dimana kondisi pengeringan berubah banyak dengan berkurangnya kandungan

kebasahan zat padat. Bahan-bahan biji-bijian kasar, berserpih atau bahan berserat.

Tetapi tapal dan ampas saring yang halus harus dicetak terlebih dahulu.

100

Gambar 1.2.2. Pengering Konveyor

c. Pengering menara

Alat ini terdiri dari sederetan talam bundar yang dipasang bersusun ke atas pada

suatu poros tengah yang berputar. Aliran umpan dan gas panas bisa searah atau

berlawanan arah.

Gambar 1.2.3. Pengering Menara

d. Pengering putar

Pengering putar terdiri dari sebuah silinder yang diletakkan agak miring dan dapat

berputar. Umpan basah masuk dari salah satu ujung silinder dan keluar melalui

ujung silinder yang lain. Alat ini bisa dioperasikan secara direct dengan

mengontakkan langsung dengan gas panas. Sedangkan indirect dengann

mengalirkan gas panas melalui mantel luar yang berkondensasi dalam tabung

seperangkat tabung longitudinal yang dipasang pada permukaan selongsong.

Terakhir secara direct-indirectI dimana gas panas melewati mantel kemudian

101

masuk ke dalam selongsong yang berkontak langsung dengan bahan. Alat ini

digunakan untuk mengeringkan garam, gula dan segala macam bahan bijian atau

kristal yang selalu bersih dan tidak boleh terkena langsung pada gas pembakaran

yang sangat panas.

Gambar 1.2.4. Pengering Putar

e. Pengering semprot (spray dryer)

Pengering ini digunakan untuk larutan dan bubur. Bahan didispersikan ke dalam

arus panas dalam bentuk kabut atau tetesan halus. Air dari tetesan akan cepat

menguap dan meninggalkan partikel zat padat kering yang lalu dipisahkan dari

arus gas. Keuntungan pengering ini memiliki kelebihan yaitu waktu

pengeringannya sangat singkat. Sehingga memungkinkan pengeringan bahan-

bahan yang peka panas dan menghasilkan partikel-partikel berbentuk bola pejal

maupun bolong. Namun pengeringan ini tidak terlalu efisien karena banyak kalor

yang terbuang dari gas keluar.

102

Gambar 1.2.5. Pengering Semprot dengan Aliran Sejajar

(Mc Cabe, Jilid II, 1993, hal : 271-280)

Adapun istilah - istilah dalam proses pengeringan, yaitu :

1. Kelembaban (Humidity)

Yaitu massa uap yang dibawa oleh satu satuan massa gas bebas uap. Kelembaban

tergantung pada tekanan bagian uap dalam campuran bila tekanan total dibuat

tetap. Jadi tekanan bagian uap adalah PA atm, rasio molal antara uap dan gas pada

1 atm adalah PA (1–PA).

Keterangan = H : Humidity

MA : bobot molekul komponen A

MB : bobot molekul komponen B

PA : tekanan uap

(Mc Cabe, Jilid II, 1993, hal: 205)

2. Udara jenuh adalah udara dengan uap yang berkesetimbangan dengan air pada

kondisi tekanan dan suhu tertentu. Dalam campuran ini tekanan parsial dari uap

air dalam campuran udara-air adalah sama dengan tekanan uap air murni pada

suhu tertentu.

103

Sehingga kelembaban jenuh (Hs) adalah:

Keterangan = HS : kelembaban

P'A: tekanan uap air murni

(Geankoplis, 1997, hal. 526)

3. Kelembaban relatif (relative humidity)

Didefinisikan sebagai rasio antara tekanan bagian uap dan tekanan uap zat cair

pada suhu gas.

Keterangan = HR : kelembaban relatif

4. Persentase kelembaban (percentage humidity)

Persentase kelembaban ialah rasio kelembaban nyata (actual) terhadap

kelembaban jenuh (HS) pada suhu gas, juga atas dasar persen, atau dirumuskan

dengan :

Persentase kelembaban pada setiap kelembaban, kecuali pada 0 atau 100 persen,

selalu lebih kecil dari kelembaban relatif.

5. Kalor lembab (humid heat)

Merupakan energi kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 lb atau 1 g gas,

beserta segala uap yang dikandungnya, sebesar 1 oF atau 1 oC.

Cs = CpB + CpA×H

Keterangan = CpB : kalor spesifik gas

CpA : kalor spesifik uap

6. Volume lembab (humid volume)

Adalah volume total satu satuan massa gas bebas uap serta segala uap yang

dikandungnya, pada tekanan 1 atm dan pada suhu gas. Persamaan tersebut dalam

Satuan Internasional (SI) adalah sebagai berikut :

104

7. Titik embun (dew point)

Titik embun adalah suhu pendinginan campuran uap - gas (pada kelembaban

tetap) agar menjadi jenuh. Titik embun fase gas jenuh sama dengan suhu gas itu.

8. Kalor lembab (Humidity heat)

Merupakan energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 satuan massa

udara kering ditambah uap air yang dengan kenaikan suhu sebesar satu satuan

derajat suhu.

Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

Csi = 1,005 + 1,88 H

(Geankoplis, 1993, hal : 564)

105

BAB II

PERCOBAAN


A. Variabel tetap

slope : 0,02 ºC

volume air : 1000 mL

temperatur : 60 ºC

B. Variabel berubah

berat feed : 20 kg, 30 kg

kecepatan putaran : tinggi (8 rpm), rendah (6 rpm)

2.2. Alat dan Bahan

A. Alat-alat yang digunakan:

beakerglass

cawan porselen

ember

humidity meter

meteran

oven

106

pengaduk

set rotary dryer

stopwatch

termometer

timbangan

B. Bahan-bahan yang digunakan:

air (H2O)

jagung

pasir


Menjalankan rotary dryer dengan mengontakkan switch motor blower,

motor dryer, dan LPG burner

Mencampurkan feed dengan air kemudian mengaduknya sampai rata

Mengukur temperatur serta menimbang sampel untuk menganalisa moisture

content dari feed

Mengatur variabel slope dan kecepatan rotary dryer sesuai dengan run yang

telah ditentukan

Memasukkan feed basah dengan satu variabel bukaan untuk satu variabel

kecepatan putar apabila suhu mencapai keadaan steady state (termometer

ke-6 sudah mencapai suhu variabel)

Mengukur temperatur dry bulb, wet bulb, dan humidity untuk udara masuk

dan keluar, mengukur suhu produk yang keluar serta membaca termometer

di sepanjang rotary dryer (8 buah termometer) pada setiap awal proses,

selang 5 menit sekali setelah produk pertama kali keluar sebanyak 9 kali

pengamatan dan setiap akhir proses untuk setiap variabel

Metode pengeringan untuk mengetahui moisture content dari feed dan

produk dengan cara:

107

Menimbang 500 g feed basah, mengeringkan dalam oven selama 15

menit pada temperatur 200 ºC dan mendinginkannya selama 15

menit kemudian menimbangnya

Menimbang 500 g produk (pasir yang keluar dari rotary dryer) dan

mengeringkannya dalam oven selama 15 menit pada temperatur 200

ºC kemudian mendinginkannya selama 15 menit, kemudian

menimbangnya

Untuk variabel sedang, feed diganti dengan mencampurkan 1000 gram

jagung pada pasir kemudian mengaduknya tanpa penambahan air

108

2.4. Gambar Alat

Gambar 2.4.1 Instrumen Rotary Dryer

109

Keterangan gambar:

1. Hopper

2. Bukaan feed

3. Tempat penampungan feed

4. Dongkrak

5. Motor dengan reducer

6. Termometer

7. Cyclone

8. Outlet produk

9. Blower udara kering

10. Inlet udara kering

11. Derajat variabel support

12. Tabung LPG

13. Roller

14. Motor blower hisap

15. Riding ring

16. Pinion

17. Riding gear (gear penggerak)

18. Blower

19. Saklar untuk blower

20. Saklar untuk rotary shell drive

110

2.5 Foto Alat

Gambar 2.5.1 Rotary Dryer

111

2.6. Data Pengamatan

Tabel 2.6.1 Tabel pengamatan untuk kecepatan rendah (6 rpm)

Berat feed (kg)

TemperaturMoisture

content (kg)Suhu bahan masuk (oC)

Suhu bahan keluar (oC)

Waktu (menit) Berat produk

(kg)1 2 3 4 5 6 7 8 Dry Wet H F P Feed habis Tinggal Operasi

20

27 19 60 50 49 50 52 49 43 36 720

494 494,125 27 38,5 16,15 1 17,15 1932 22 61 55 55 51 65 50 44 37 72038 25 69 60 61 58 75 57 45 38 72035 28 70 64 59 60 75 53 40 35 720

30

38 20 65 62 64 60 55 55 43 28 720

494 496,125 27 35 9,4 1,19 10,59 29,535 18 52 52 50 50 63 50 45 33 72035 22 62 59 55 54 66 50 43 32 72038 25 69 56 61 56 70 53 44 30 720

112

Tabel 2.6.2 Tabel pengamatan untuk kecepatan tinggi (8 rpm)

Berat feed (kg)

TemperaturMoisture content

(kg)

Suhu bahan masuk (oC)

Suhu bahan keluar (oC)

Waktu (menit)Berat

produk (kg)

1 2 3 4 5 6 7 8 Dry Wet H F P Feed habis Tinggal Operasi

20

39 28 59 51 55 55 60 55 28 33 723

487 481 28 41 10,583 0,333 51,950 19

38 28 60 60 60 65 55 55 29 33 72040 30 53 50 55 55 69 60 29 33 72038 28 48 54 50 50 55 45 30 33 72238 39 62 55 60 55 70 55 30 32 72139 39 60 55 60 55 70 55 31 33 72039 30 64 60 61 59 70 55 30 33 72138 30 73 60 65 60 71 56 30 33 72240 30 70 60 65 60 75 55 30 33 721

30

38 20 50 55 50 50 60 55 33 28 720

485 471 28 42 15 0,333 70,850 28,5

40 30 60 50 55 50 55 45 33 29 72140 30 65 60 55 65 65 50 32 29 72140 35 70 55 65 60 70 55 33 30 72140 34 73 60 65 60 70 55 33 30 72140 35 70 65 65 60 70 55 33 30 72238 35 72 60 60 65 75 55 33 30 72139 30 70 60 65 65 70 60 33 29 72040 30 73 60 65 60 71 56 32 29 721

113

2.7. Hasil Perhitugan

2.7.1 Tabel hasil perhitungan Mf, Mp, mf, mp, Msf, Maf, Msp, Map, Mev, Hi, Ho, Mavi dan Mavo untuk kecepatan rendah

Berat Pasir (Kg)

Mf (kg/mnt)

Mp (kg/mnt)

mf (kg/mnt)

mp (kg/mnt)

Msf (kg/mnt)

Maf (kg/mnt)

Msp (kg/mnt)

Map (kg/mnt)

Mev (kg/mnt)

Muk (kg/mnt)

Hi (kg/mnt)

Ho (kg/mnt)

Mavi (kg/mnt)

Mavo (kg/mnt)

20 1,2146 1,1889 1,2999 1,1765 0,5870 0,7129 0,5375 0,6390 0,0739 0,2204 0,0240 0,0440 0,0053 0,009730 1,2146 0,7810 2,2334 3,1383 1,0085 1,2249 1,7621 1,3762 0,1513 0,2204 0,0240 0,0370 0,0053 0,0053

2.7.2 Tabel hasil perhitungan Mf, Mp, mf, mp, Msf, Maf, Msp, Map, Mev, Hi, Ho, Mavi dan Mavo untuk kecepatan tinggi

Berat Pasir (Kg)

Mf (kg/mnt)

Mp (kg/mnt)

mf (kg/mnt)

mp (kg/mnt)

Msf (kg/mnt)

Maf (kg/mnt)

Msp (kg/mnt)

Map (kg/mnt)

Mev (kg/mnt)

Muk (kg/mnt)

Hi (kg/mnt)

Ho (kg/mnt)

Mavi (kg/mnt)

Mavo (kg/mnt)

20 2,669 3,950 1,984 0,368 1,932 0,053 0,354 0,014 0,038 0,211 0,014 0,018 0,003 0,004

30 3,093 6,157 2,066 0,404 2,004 0,062 0,381 0,023 0,039 0,211 0,018 0,013 0,004 0,003

114

2.8. Grafik

Grafik 2.8.1. Grafik hubungan antara Temperatur di sepanjang Rotary

Dryer dengan % Panjang Rotary Dryer untuk Kecepatan

Rendah

Grafik 2.8.2. Grafik hubungan antara Temperatur di sepanjang Rotary

Dryer dengan % Panjang Rotary Dryer untuk Kecepatan

Rendah

116

Grafik 2.8.3. Grafik hubungan antara Waktu Tinggal (menit) dengan

Efesiensi Termal (%)

Grafik 2.8.4. Grafik hubungan antara Waktu Tinggal (menit) dengan

Efesiensi Drying (%)

117

APPENDIKS

Perhitungan menggunakan data Praktikum Rotary Dryer dengan kecepatan

rendah (6,3158rpm) berat 20 kg dan kecepatan tinggi (8 rpm) berat 20 kg.

1. Menghitung slope rotary dryer

Panjang rotary dryer = x = 400 cm

Tinggi rotary dryer = y = 8 cm

2. Menentukan % panjang rotary dryer

L (panjang rotary shell) = 238 cm

% T1 =

% T2 =

% T3 =

% T4 =

% T5 =

% T6 =

% T7 =

% T8 =

3. Menentukan kecepatan rotary dryer

118

y

x

a. Pada kecepatan tinggi, diketahui t = 7,5 detik

b. Pada run kecepatan rendah, diketahui t = 9,5

4. Menghitung moisture content

a. Moisture content feed (Mf)

Diketahui data untuk kecepatan rendah:

Berat feed basah = 500 gram

Berat feed kering = 494 gram

Jadi feed mengandung 0,01215 kg air/kg solid kering.

Diketahui data untuk kecepatan tinggi:

Berat feed basah = 500 gram

Berat feed kering = 487 gram


b. Moisture content produk (Mp)


Berat produk basah = 500 g

Berat produk kering = 494,125 g

119

[1]


Diketahui data kecepatan tinggi:

Berat produk basah = 500 g

Berat produk kering = 481 g


5. Perhitungan rate feed (mf)


Berat pasir = 20 kg = 20.000 g

ρair pada suhu 25o C = 0,99708 g/mL [1]

Volume air = 1.000 mL

Berat air = ρair × volume air

= 0,99708 g/mL × 1.000 mL = 997,08 g

Berat total feed = berat pasir + berat air

= 20000 g + 997,08 g = 20997,08 g

Waktu feed habis = 16,15 menit

= 1299,9 gram/menit = 1,299 kg/menit


Berat pasir = 20 kg = 20.000 g

ρair pada suhu 25o C = 0,99708 g/mL [1]

Volume air = 1.000 mL

Berat air = ρair x volume air

= 0,99708 g/mL × 1.000 mL = 997,08 g

Berat total feed = berat pasir + berat air

120

= 20000 g + 997,08 g = 20997,08 g

Waktu feed habis = 10,583 menit


6. Perhitungan rate produk (mp)

Diketahui data untuk kecepatah rendah:

Berat produk = 19 kg = 19000 g

Waktu produk habis = waktu proses – waktu tinggal

= 17,15 – 1

= 16,15 menit

=


Diketahui data untuk kecepatah tinggi:

Berat produk = 19 kg = 19000 g

Waktu produk habis = waktu proses – waktu tinggal

= 51,95 – 0,3333

= 51,6167 menit

=


7. Menghitung berat feed

a. Berat solid kering masuk (Msf)

Untuk kecepatan rendah:

121

[5]

= 0,587 kg solid kering/menit

Untuk kecepatan tinggi:

= 1,932 kg solid kering/menit

b. Berat air dalam feed (Maf)


Maf = Mf Msf

= 0,01215 0,587

= 0,7129 kg air/menit


Maf = Mf Msf

= 0,02669 1,932


8. Menghitung berat produk

a. Berat solid kering keluar (Msp)


= 0,538 kg solid kering produk/menit


122

= 0,354 kg solid kering produk/menit

b. Berat air dalam produk (Map)


Map = Mp × Msp

= 1,189× 0,538



Map = Mp × Msp

= 0,0395× 0,368


9. Berat air yang menguap


Mev = Maf – Map

= (0,713 – 0,05375) kg air / menit



Mev = Maf – Map

= (0,052 – 0,014) kg air / menit


10. Berat air yang menguap (Mev)

Diketahui : Berat LPG mula-mula = 60 kg

Berat LPG akhir = 59,7856 kg

Waktu penggunaan gas = 17,15 menit

Berat pemakaian LPG = berat LPG mula-mula – berat LPG akhir

= (60-59,7856) kg = 0,2144 kg

123

Jumlah udara kering masuk (Muk) = jumlah O2 masuk + jumlah N2 masuk

Asumsi : komposisi gas : 50 % mol propana dan 50 % mol butana

BM propana (C3H8) = 44

BM butana (C4H10) = 58

Persamaan reaksi pembakaran:

Reaksi I : C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Reaksi II : C4H10 + O2 4 CO2 + 5 H2O

Basis : 0,0123 kg/menit

= 0,0123

= 1,3977.10-4 kgmol/menit

= 0,0123


Untuk mencari udara kering :

Kebutuhan O2 untuk pembakaran:

a. mol O2 yang dibutuhkan pada pembakaran propana:

mol O2 = 5 × 1,3977.10-4 kg.mol/menit

= 6,9885.10-4 kg.mol/menit

124

50 % C3H8

50 % C4H10

CO2

x H2O

N2

N2 = 79 %

O2 = 21 %

Udara excess = 20 %

b. mol O2 yang dibutuhkan pada pembakaran butana:

mol O2 = × 1,0603.10-4 kg.mol/menit

= 6,8919.10-4 kg.mol /menit

Total kebutuhan O2 = mol kebutuhan O2 pada pembakaran (propana + butana)

= (6,9885.10-4 + 6,8919.10-4) kg.mol /menit

= 13,8804.10-4 kg.mol/menit

Diasumsikan : O2 berlebih 20 % = (100 + 20) % = 120 %

(Hougen, 1954, hal. 199)

Jumlah O2 berlebih =

=

Jumlah N2 dari udara = mol O2 yang masuk × BM N2

=

mol CO2 (propana)= 3 ×1,3997.10-4 kg.mol/menit = 4,1931.10-4 kg.mol/menit

mol CO2 (butana) = 4 × 1,0603.10-4 kg.mol/menit = 4,2412.10-4 kg.mol/menit

Jumlah CO2 hasil reaksi = (mol CO2 propana + butana ) × BM CO2

= (4,1931.10-4 + 4,2412 .10-4) kg.mol/menit × 44

= 0,0371 kg/menit

mol H2O (propana) = 4 × 1,3977.10-4 kg.mol/menit

= 5,5908.10-4 kg.mol/menit

mol H2O (butana) = 5 × 1,0603.10-4 kg.mol/menit

= 5,3015. 10-4 kg.mol/menit

Jumlah H2O hasil reaksi = (H2O propana + H2O butana) × BM H2O

= (5,5908.10-4 + 5,3015.10-4) kg.mol/menit × 18

= 0,0196 kg/menit

Berat udara kering (Muk) = jumlah O2 masuk + jumlah N2 masuk

= (0,0533 + 0,1671) kg/menit

125

= 0,2204 kg/menit


Berat LPG mula-mula = 15 kg

Berat LPG akhir = 13 kg

Waktu penggunaan gas = 122,8 menit

Berat pemakaian LPG = berat awal - berat akhir

= (15 – 13) kg = 2 kg

Laju pemakaian gas =

=

= 0,01629 kg/menit

Jumlah udara kering masuk (Muk) = jumlah O2 masuk + jumlah N2 masuk

Asumsi : komposisi gas : 50 % mol propana dan 50 % mol butana

BM propana (C3H8) = 44

BM butana (C4H10) = 58

Persamaan reaksi pembakaran:

Reaksi I : C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Reaksi II : C4H10 + O2 4 CO2 + 5 H2O

Basis : 0,01629 kg/menit

= 0,01629


= 0,01629


Untuk mencari udara kering :

126

50% propana50% butana

xCO2

H2ON2

Nitrogen = 79%Oksigen = 21%Udara excess = 20%

Kebutuhan O2 untuk pembakaran:

mol O2 yang dibutuhkan pada pembakaran propana:

mol O2 = 5 × 1,851.10-4 kgmol/menit


mol O2 yang dibutuhkan pada pembakaran butana:

mol O2 = × 1,404.10-4 kgmol/menit


Total kebutuhan O2 = mol kebutuhan O2 pada pembakaran (propana + butana)

= (9,255.10-4 + 9,126.10-4) kgmol/menit


Diasumsikan : O2 berlebih 20 % = (100 + 20) % = 120 %

(Hougen, 1954, hal. 199)

Jumlah O2 berlebih =

=

= 22,0572.10-4 kgmol/menit

Jumlah total O2 masuk = Jumlah O2 berlebih × BM O2

= 22,0572.10-4 kgmol/menit × 32

= 7,0583.10-2 kg/menit

Jumlah N2 dari udara = mol O2 yang masuk × BM N2

127

=

= 0,1409 kg/menit

mol CO2 (propana) = 3 × 1,851.10-4 kgmol/menit


mol CO2 (butana) = 4 × 1,404.10-4 kgmol/menit


Jumlah CO2 hasil reaksi = (mol CO2 propana + butana ) × BM CO2

= (5,553+ 5,616).10-4 kgmol/menit × 44

= 4,914.10-2kg/menit

mol H2O (propana) = 4 × 1,851.10-4 kgmol/menit


mol H2O (butana) = 5 × 1,404.10-4 kgmol/menit


Jumlah H2O hasil reaksi = (H2O propana + H2O butana) × BM H2O

= (7,404 + 7,02) .10-4 kgmol/menit × 18

= 2,596 .10-2 kg/menit

Berat udara kering (Muk) = jumlah O2 masuk + jumlah N2 masuk

= (7,0583×10-2 + 0,1409 ) kg/menit

= 0,2115 kg/menit

11. Kandungan air dalam gas masuk (Mavi)


Diketahui :Tdi = 36 oC

Hi = 0,040 kg uap air/kg udara kering[1]

Mavi = Muk Hi

= 0,2204 kg/menit 0,040 kg uap air/kg udara kering

= 0,0088 kg H2O/menit


128

Dari data pengamatan didapatkan:

Tdi = 29,667 oC

Hi = 0,014 kg uap air / kg udara kering

Mavi = Muk Hi

= 0,211 kg/menit 0,014kg uap air/kg udara kering


12. Kandungan air dalam gas keluar (Mavo)


Diketahui : Tdo = 43 oC

Ho = 0,058 kg uap air/kg udara kering[1]

Mavo = Muk x Ho

= 0,2204 kg/menit 0,058 kg uap air/kg udara kering




Tdo = 32,8889 oC

Ho = 0,018 kg uap air/kg udara kering

Mavo = Muk × Ho

= 0,211kg/menit × 0,0 kg uap air/kg udara kering


13. Tabel Ringkasan Hasil Perhitungan Neraca massa

Berat

Kecepatang tinggi Kecepatan rendah

Masuk (kg/menit)

Keluar (kg/menit)

Masuk

(kg/menit)

Keluar

(kg/menit)

Berat solid kering (Ms) 1,932 0,354 0,5869 0,5375

Berat gas (Muk) 0,211 0,211 0,2204 0,2204

129

Berat air (Ma) 0,052 0,014 0,7128 0,6390

Kandungan air dalam gas (Mav) 0,003 0,004 0,0052 0,0097

Berat air menguap (Mev) - 0,038 - 0,0738

Berat solid hilang (Mloss) - 1 - 0,0449

Jumlah 2,1987 1,5766 1,5253 1,5253

14. Perhitungan Neraca Panas

a. Enthalpi udara masuk (HGi)

Untuk kecepatan rendah

Diketahui : Tdi = 36 oC

Hi = 0,040 kg uap air/kg udara kering [1]

Hliquid = 150,86kJ/kg

Hvapour = 2567,1 kJ/kg [1]

λi = Hvapor – Hliquid

= 2567,1 – 150,86

= 2416,24 kJ/kg

Cs = 1,005 + 1,88H [1]

Csi = 1,005 + (1,88 0,040 )

Csi = 1,0802 kJ/kg udara kering.K

Hy1 = Csi (T – To) + H.λ0 [1]

Hy1 = 1,0802 (36 – 27) + 0,040 (2416,24)

Hy1 = 106,3714 kJ/kg udara kering



Tdi = 29,667 oC

Hi = 0,014 kg uap air / kg udara kering

Diketahui dari Geankoplis App. A.2–9 halaman 857:

Hvapor = 2555,689 kJ/kg

Hliquid = 124,3968 kJ/kg[1]


130

= 2555,689 – 124,3968

= 2431,2922 kJ/kg

Cs kJ/kg udara kering = 1,005 + 1,88 H

Csi = [1,005 + 1,88 ( 0,015)]

Csi = 1,033 kJ/kg udara kering

HGi = Cs (T – To) + H.λ0

HGi = 1,033 (29,6667-25) + 0,014 (2431,292)

HGi = 37,643 kJ/kg udara kering

b. Enthalpi udara keluar (HGo)


Diketahui : Tdo = 43o C

Ho = 0,058 kg uap air/kg udara kering

(Christie J. Geankoplis, 1997)

Dari Christie J. Geankoplis App. A.2–9, didapatkan:

Hvapor pada 40º C = 2574,3 kJ/kg

Hliquid pada 40º C = 167,57 kJ/kg

Hvapor pada 45º C = 2583,2 kJ/kg





= 2579,64 – 180,098

= 2399,542 kJ/kg

Cso = 1,005 + 1,88 H[1]

Cso = 1,005 + (1,88 0,058)

Cso = 1,1140 kJ/kg udara kering

Hy2 = Cso (T – To) + H.λo [1]

Hy2 = 1,1140 (43 – 27) + 0,058 (2399,542)

Hy2 = 156,9974 kJ/kg udara kering



131

Tdo = 32,8889o C

Ho = 0,018 kg uap air / kg udara kering

Hvapor = 2561,5 kJ/kg

Hliquid = 137,866 kJ/kg


= 2561,5 – 137,866

= 2423,634 kJ/kg

Cso = [1,005 + 1,88 H ]

Cso = [1,005 + 1,88 (0,018)]

Cso = 1,039 kJ/kg udara kering

HGo = Cs (T – To) + H.λo

HG2o = 1,0426 (32,889 – 25) + 0,018 (2423,634)

HGo = 51,822 kJ/kg udara kering

c. Enthalpi feed masuk


Diketahui : T feed = 27 oC = 300,15 K

Cp pasir = 0,191 kal/g.oC = 0,7997 kJ/kg. K [3]


Cp air pada 298,15 K = 4,182 kJ/kg.K

Cp air pada 303,15 K = 4,181 kJ/kg.K

Cp air pada 300,15K = 4,1816 kJ/kg

Hf = Cp pasir (Tf – T0) + Mf Cp air (Tf – T0)

Hf = 0,7997 (300,15 – 273,15) + 4,1816 (300,15 – 273,15)

Hf = 158,7241 kJ/kg solid kering


Diketahui data percobaan:

T feed masuk = 28 oC = 301,15 K

Cp pasir = 0,191 kal/g.oC = 0,7991 kJ/kg [3]

Cp air = 4,1814 kJ/kg.K [1]

Hf = Cp pasir (Tf – T0) + Mf Cp air (Tf – T0)

132

Hf = 0,7991 (301,15 – 273,15) + 0,02669 4,1814 (301,15 – 273,15)

= 25,500 kJ/kg solid kering

d. Enthalpi produk (Hp)


Diketahui : T produk = 38,5 oC = 311,65 K

Cp pasir = 0,191 kal/g.oC = 0,7997 kJ/kg K [3]


Cp air pada 313,15 oC = 4,181 kJ/kg.K

Cp air pada 323,15 oC = 4,183 kJ/kg.K

Cp air pada 311,65 K = 4,1807 kJ/kg

Hp = Cp pasir (Tp – T0) + Mp Cp air (Tp – T0)

Hp = 0,7997 (311,65 – 273,15) + 4,1807 (311,65 – 273,15)

Hp = 240,0164 kJ/kg solid kering

Yntuk kecepatan tinggi:

Diketahui:

T produk keluar = 41 oC = 314,15 K

Cp pasir = 0,191 kal/g.oC = 0,7991 kJ/kg

Cp air = 4,1812 kJ/kg.K

Hp = Cp pasir (Tf – T0) + Mp Cp air (Tf – T0)

Hp = 0,7991 (314,15 – 273,15) + 0,0395 4,1812 (314,15 – 273,15)

= 49,535 kJ/kg solid kering

e. Perhitungan panas dari LPG (QLPG)


Diketahui : Mol propana = 1,3977.10-4 kgmol/menit

Mol butana = 1,0603.10-4 kgmol/menit

1 kkal/gmol = 4,1840.103 kJ/kgmol [1]

Dari App. F, David M. Himmelblau hal. 665 dan 667, didapat:

Hc propana = 2204,0 kJ/gmol = 2204000 kJ/kgmol

133

Hc butana = 2878,52 kJ/gmol = 2878520 kJ/kgmol

Maka:

Q propana = mol propana Hc propana

= 1,3977.10-4 2204000

= 308,0531 kJ/menit

Q butana = mol butana Hc butana

= 1,0603.10-4 2875520

= 304,8914 kJ/menit

QLPG total = Q propana + Q butana

= (308,0531 + 304,8914) kJ/menit

= 612,9445 kJ/menit


Diketahui :

Mol propana = 1,851 10-4 kgmol / menit

Mol butana = 1,404 10-4 kgmol / menit

Dimana 1 kkal / gmol = 4,184.103 kJ / kgmol

Dari Lamp. F, Himmelblau hal 225 didapat :

Hc propana = 2.204,0 kJ/g.mol x 1.000 g/L.kg

= 2.204.000 kJ/kg.mol

Hc butana = 2878,52 kJ/g.mol x 1.000 g/L.kg

= 2.878.520 kJ/kg.mol

Maka:

Q propana = mol propana × Hc propana

= 1,851 × 10-4 × 2.204.000

= 407,9604 kJ/menit

Q butana = mol butana × Hc butana

= 1,404 × 10-4 × 2.875.520

= 403,7230 kJ/menit

QLPG total = Q propana + Q butana

= (407,9604 + 403,7230) kJ/menit

= 811,6834 kJ/menit

134

f. Menghitung panas masuk (Qm)


Asumsi : Panas masuk 80 %

Q1 = 80 % QLPG

= 0,8 612,9445 kJ/menit

= 490,3556 kJ/menit

Qin = Q1 + Hy1 Msf

= 490,3556 kJ/menit + (106,3714 kJ/kg) (0,5869 kg/menit)

= 552,7649 kJ/menit


Asumsi : panas masuk 70 %

Q1 = 70 % × QLPG

= 0,7 × 811,683 kJ/menit

= 568,178 kJ/menit

Qin = Q1 + HGi × Msf

= 568,178 kJ/menit + (37,643 kJ/kg) × (1,932 kg/menit)

= 640,919 kJ/menit

g. Menghitung panas keluar (Qout)


Qout = (Msp Hp) + (Muk Hy2)

= (0,5375 240,0164) + (0,2204 156,9974)

= 163,6110 kJ/menit


Qout= (Msp ×Hp) + (Muk×HGo)

= (0,354 × 39,535) + (0,211×51,822)

= 24,959 kJ/menit

h. Menghitung panas yang hilang (Qloss)


Qloss = 15 % Qin

135

= 0,15 552,7649 kJ/menit

= 82,9147 kJ/menit


Qloss = Qin – Qout

= 640,919 – 24,959

= 615,960 kJ/menit

i. Menghitung panas penguapan (Qev)


Qev = Mev . λ + Mev . Cp air (Tp – Tf)

Qev = [(0,0738) (2416,24)] + [(0,0738) ( ) (311,65 – 300,15)]

= 181,8674 kJ/menit


Qev = Mev . λ + Mev . Cp air (Tp – Tf)

Qev = (0,038×2431,292) + (0,038×4,1814)×(314,15 – 301,15)]

= 93,450 J/menit

15. Menghitung efisiensi rotary dryer


Efisiensi thermal =

=

= 86,472%

Efisiensi drying =

=

136

[5]

= 65,686%


Efisiensi thermal =

=

= 24,113 %

Efisiensi drying =

=

= 52,254 %

16. Menghitung waktu tinggal


() =

Dimana:

Z = panjang rotary dryer = 400 cm = 4 m

S = slope = 0,22

N = 8 rpm

D = diameter rotary dryer = 0,32 m

Maka:

() =

= 36,249

137

[5]


() =

Dimana :

Z = panjang rotary dryer = 400 cm = 4 m

S = slope = 0,022

N = 8 rpm

D = diameter rotary dryer = 0,35 m

Maka :

() =

() = 27,9805 menit

BAB III

PEMBAHASAN

138

1. Hubungan antara nomor termometer dengan temperatur di sepanjang

Rotary Dryer

Secara teoritis hubungan antara nomor termometer dengan temperatur di

sepanjang Rotary Dryer adalah berbanding terbalik, hal ini disebabkan karena

semakin tinggi nomor temperatur semakin jauh jaraknya dari pemanas

sehingga temperaturnya semakin turun. Pada percobaan didapatkan hasil yang

sesuai dengan teori, hal ini dapat dilihat pada grafik 2.8.1. dan 2.8.2. Pada

percobaan ini termometer nomor 6 digunakan sebagai acuan untuk suhu

awalnya. Hal ini dikarenakan adanya pertemuan aliran panas antara direct dan

indirect dryer sehingga mengakibatkan aliran counter current yang

mengakibatkan adanya udara panas yang dihisap oleh blower penghisap ke

arah cyclone dengan pemasukan feed dari arah yang berlawanan.

2. Hubungan antara waktu tinggal dengan efisiensi termal.

Effisiensi termal dirumuskan sebagai berikut:

Secara teoritis hubungan antara waktu tinggal dengan efisiensi termal adalah

berbanding lurus. Semakin lama waktu tinggal feed di dalam rotary dryer

maka efisiensi termalnya semakin besar. Dalam grafik 2.8.3. dapat dilihat

bahwa hubungan antara waktu tinggal dengan efesiensi termal adalah

berbanding lurus. Sehingga hasil praktikum sesuai dengan teori.

3. Hubungan antara waktu tinggal dengan efisiensi drying.

Secara teoritis hubungan antara waktu tinggal dengan efisiensi drying adalah

berbanding lurus. Semakin lama waktu tinggal feed di dalam rotary dryer

maka efisiensi dryingnya semakin besar. Hal ini dapat dilihat pada grafik 2.8.4

bahwa hubungan antara waktu tinggal dengan efesiensi drying adalah

berbanding lurus sehingga hasil praktikum sesuai dengan teori yang ada.

139

BAB IV


140

4.1. Kesimpulan

Dari percobaan yang dilakukan dan hasil perhitungan yang diperoleh dapat

disimpulkan :

1. Semakin tinggi nomor termometer, semakin jauh jaraknya dari pemanas

sehingga semakin kecil temperaturnya.

2. Semakin lama waktu tinggal feed dalam Rotary Dryer maka efisiensi

termalnya semakin besar. Semakin cepat putaran Rotary Dryer maka laju feed

dalam silinder semakin cepat.

3. Semakin lama waktu tinggal maka efisiensi dryingnya semakin besar. Hal

ini disebabkan karena semakin banyak air yang teruapkan dan semakin banyak

pula panas yang menguap.

4.2. Saran

1. Untuk mengurangi panas yang hilang, Shell Rotary Dyer dapat diberi

isolasi yang memiliki daya hantar yang kecil.

2. Sebaiknya diberi wadah penampung pasir yang lebih besar dan lebih

banyak sehingga tidak ada pasir yang berjatuhan yang dapat menyebabkan

perhitungan neraca massa menjadi tidak akurat.

3. Hendaknya sebelum digunakan, Rotary Dryer sudah dalam keadaan bersih

tanpa ada sisa produk pada alat yang berasal dari percobaan sebelumnya.

DAFTAR PUSTAKA

141

1. Geankoplis, J. Christie, (1997), “Tarnsport Processes And Unit

Operation”, 3th Edition, Prentice-Hall, Inc., Engle Wood Cliffs, N.J., USA

2. Himelblau, D.M. (1992), “Basic Principle An Calcilations in Chemical

Enginering”, 5th Edition Prentice-Hall, Inc., New York

3. Hougen, A. Olaf, (1976), “Chemical Process Principles”, 2nd Edition

4. Robert E Triebel, (1981), “ Mass Transfer Operation”, 3th Edition. Singapore

5. Vannes, H.C, Smith J.M, and Abbot M.M, (1996), “ Introduction To

Chemical Engineering Thermodynamic” 5th Edition, McGraw Hill Book

Company Inc., Singapore

DAFTAR NOTASI

Mf : Moisture Content feed

142

Mp : Moisture Content produk

mf : Laju feed (kg/menit)

mp : Laju produk (kg/menit)

Msi : Berat solid kering masuk

Msp : Berat solid kering keluar

Maf : Kandungan air dalam feed

Mev : Berat air teruapkan

Muk : Berat udara kering

Magi : Kandungan air dalam gas masuk

Mago : Kandungan air dalam gas keluar

Hi : Humidity gas masuk

Ho : Humidity gas keluar

Hf : Entalpi feed masuk

Hp : Entalpi feed keluar

Hm : Entalpi gas masuk

Hk : Entalpi gas keluar

Hc : Entalpi standart

Qin : Panas yang masuk

Qout : panas yang keluar

Qlpg : Panas LPG

Qc : Panas standart

Qloss : Panas yang hilang

Tdi : Temperatur dry bulb pada saat awal

Tdi : Temperatur dry bulb pada saat steady state

S : Slope

N : Putaran rotary dryer

K : Konstanta

Z : Panjang rotary dryer

: Waktu tinggal

Th : Efisiensi termal

Dr : Efisiensi drying

143

: Densitas

144

laporan otk 2laporan otk 2 institut teknologi nasional malang kel. 3

Documents