laporan plate heat exchanger

LABORATORIUM TK

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

MODUL : Plate Heat Exchanger

PEMBIMBING : Ir. Umar Khayam

oleh :

Kelompok : 4

GhaidaMuthi A 131411009

Nenden Kurniasih A 131411017

Nur Asmalah 131411020

Dila Adila 131411059

Kelas : 2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLTIEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

Praktikum : 6 April 2015

PengumpulanLaporan : 13 April 2015

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Alat perpindahan panas ada berbagai tipe dan model yang banyak ragamnya. Secara

garis besar terbagi menjadi tiga macam, yaitu double pipe, shell & tube dan plate heat

exchanger. Masing-masing jenis digunakan berdasarkan keperluan dan pertimbangan

teknis dan ekonominya, begitu pula dengan ukuran kapasitasnya.

Penukar panas jenis Plate Heat Exchanger sangat efektif dalam meindahkan

kalor, luas permukaan pindah panas yang besar, juga drop tekanan yang rendah.

Kelebihan yang menonjol lainnya adalah konstruksi yang tersusun berjajar dan

kemudahnnya bongkar untuk membersihkan apabila ada kotoran. Satu kelemahan

Plate heat Exchanger adalah operasinya tidak dapat digunakan untuk tekanan tinggi

dikarenakan strukturnya yang mengandalkan sekat (seal karet) tidak mampu menahan

tekanan tinggi dari kebocoran.

Penggunaan paling populer adalah untuk industry minuman seperti juice dan susu

pada saat sterilisasi.

1.2 Tujuan Percobaan

Dari praktikum ini, mahasiswa diharapkan mampu:

Memahami konsep perpindahan panas yang terjadi di dalam PHE khususnya

konduksi dan konveksi.

Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas

keseluruhan (U).

Menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) pada plat menggunakan

persamaan neraca energi dan menggunakan empiris.

Menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang

diterima fluida dingin.

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Plate Heat Exchanger

Dalam peralatan PHE, panas dipindahkan dengan semua cara, namun yang dominan

terjadi dengan dua cara secara simultan, yaitu dengan konduksi dan konveksi.

Perpindahan kalor secara konduksi, perpindahan ini biasanya terjadi pada benda

padat, panas merambat dari satu bagian ke bagian lain secara merambat tanpa ada

material yang berpindah.

Perpindahan kalor secara konveksi, perpindahan ini terjadi karena adanya aliran

massa yang berpindah. Aliran massa tersebut bisa terjadi secara difusi maupun

adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar tersebut bisa berupa pengadukan maupun

fluida mengalir.

Penukar panas pada PHE terdiri dari susunan lempeng sesuai dengan luas

permukaan yang diperlukan. Adapun syarat terjadinya perpindahan panas yaitu

adanya perbedaan temperatur.

Manfaat dari Plate heat Exchanger (PHE) yaitu sebagai system pemanas atau

pendingin dari suatu system produksi. Meskipun terdapat beberapa system lain, PHE

memiliki kinerja yang baik dan sulit ditandingi system lain. Salah satu contohnya

pada industri susu, jus dan permen. Pada industri permen system PHE digunakan

sebagai pemanas permen yang akan dicetak, dengan digunakannya system PHE,

maka permen yang dihasilkan jauh lebih bening dibandingkan dengan menggunakan

system pemanas lainnya.

Bilangan tak berdimensi yang berkaitan dengan perpindahan panas ada 3, yaitu:

Bilangan Reynolds

Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan yang tidak berdimensi yang

sangat penting dalam mekanika fluida dan dapat digunakan seperti halnya dengan

bilangan yang tidak berdimensi lainnya. Untuk memberikan kriteria dalam

menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris,

mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai

bilangan tidak berdimensi yang relevan dan keduanya disebut mempunyai

kemiripan dinamis

Rumus bilangan Reynolds umumnya diberikan sebagai berikut:

dengan:

• vs - kecepatan fluida,

• L - panjang karakteristik,

• μ - viskositas absolut fluida dinamis,

• ν - viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ,

• ρ - kerapatan (densitas) fluida.

Bilangan Nusselt

Bilangan Nusselt adalah rasio pindah panas konveksi dan konduksi normal

terhadap batas dalam kasus pindah panas pada permukaan fluida; bilangan

Nusselt adalah satuan tak berdimensi yang dinamai menggunakan nama Wilhelm

Nusselt. Komponen konduktif diukur di bawah kondisi yang sama dengan

konveksi dengan kondisi fluida stagnan atau tidak bergerak.

Aliran panas konduksi dan konveksi sifatnya sejajar satu sama lainnya dan

terhadap permukaan normal terhadap bidang batas, sehingga

di mana:

L = panjang karakteristik

kf = konduktivitas termal fluida

h = koefisien pindah panas konvektif

Pemilihan panjang karakteristik harus searah dengan ketebalan dari

lapisan batas. Contoh dari panjang karakteristik misalnya diameter terluar

dari silinder pada aliran yang mengalir di luar silinder, tegak lurus terhadap aksis

silinder. Selain itu, panjang papan vertikal terhadap konveksi alami yang bergerak

ke atas dan diameter bola yang berada di dalam aliran konveksi juga merupakan

panjang karakteristik. Untuk bangun yang lebih rumit, panjang karakteristik bisa

dihitung dengan membagi volume terhadap luas permukaannya.

Untuk konveksi bebas, rataan bilangan Nusselt dinyatakan sebagai fungsi

dari bilangan Rayleigh dan bilangan Prandtl. Dan untuk konveksi paksa, rataan

bilangan Nusselt adalah fungsi daribilangan Reynolds dan bilangan Prandtl.

Hubungan empiris untuk berbagai geometri terkait konveksi menggunakan

bialangan Nusselt didapatkan melalui eksperimen.

Pindah massa terkait dengan bilangan Nusselt adalah bilangan Sherwood.

Bilangan Prandt

Bilangan yang tak berdimensi yang merupakan fungsi dari sifat-sifat fluida.

Bilangan prandtl didefinisikan sebagai perbandingan viskositas kinematik

terhadap difusitas termal fluida yaitu:

Npr = v/α = cp µ / k

Dimana v adalah viskositas kinematis termal dan alfa adalah termal difusi rate.

2.2 Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

Koefisien perpindahan panas total didefinisikan sebagai koefisien hambatan termal

total menuju perpindahan panas diantara dua fluida. Koefisien perpindahan panas

total juga didefinisikan sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi dengan

memperhitungkan hambatan diantara fluida yang dipisahkan oleh lapisan komposit

dan dinding silinder.

Dalam melakukan analisis untuk menentukan seberapa tinggi koefisien perpindahan

panas total saat proses maka dapat diperoleh melalui persamaan.

U:

Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)

Koefisien konveksi di luar pipa (kJ/kg)

ho :

ro :Jari-jari luar (m)

R”f,o :

Representative Cooling factors luar pipa (m2.K/W)

hi :Koefisien konveksi di dalam pipa (kJ/kg)

ri :Jari-jari dalam (m)

R”f,i :

Representative Cooling factors dalam pipa (m2.K/W)

K:

Koefisien konveksi (W/m.K)

Persamaan dalam hitungan neraca energi, nilai koefisien pindah panas keseluruhan

bergantung pada perbedaan temperatur logaritmik (K). tetapi jika menggunakan

persamaan empiris, nilai koefisien pindah panas keseluruhan tidak bergantung pada

temperatur (K), melainkan bergantung pada panas masuk, panas keluar serta koefisien

konduksi (W/mK).

Menghitung koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

a) Menggunakan Neraca Energi

Q = U.A.ΔTim

U = .Harga Q dapat dihitung dari :

Q = (M.Cp.ΔT)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas

= (M.CP. ΔT)2 .. Kalor yang diterima fluida panas

Efisiensi Kalor yang dipertukarkan

= ( . . ∆ )2( . . ∆ )1 100%Q = Laju alir Kalor (Watt)

A = Luas Permukaan (m2)

U = Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (W/m2.K)

ΔTim = Perbedaan Suhu Logaritmik (K)

= ∆ 1 − ∆ 2∆ 1∆ 2ΔT1 = Thi – Tco

ΔT2 = Tho – Tci

b) Menggunakan Persamaan Empiris untuk satu lempeng

. = 11ℎ + ∆ + 1ℎΔX = Tebal lempeng (m)

h1,h2 = koefisien pindah panas konveksi inside & outside (W/m2.K)

K = Koefisien Konduksi (W/m.K)

Harga ΔX dapat diukur pada alat, harga K bahan SS-204 dapat diperoleh dari

buku referensi dan hi dan ho dihitung dari persamaan empiris.

Dari buku referensi Christe John Geankoplis :

Untuk Nre ≤ 3.105 (Laminar)

NNu = 0.664 .5. /3

Untuk Nre ≥ 3.105 (Turbulen)

NNu = 0.0 66 .8 /3

Thi

Tho

TciTco

Fluid

Te

Heat Transfered

NRe = , NNu = , Npr =

Harga v,L diperoleh dari percobaan, kemudian memasukkan harga sifat fisik air

yang diperoleh dari buku referensi, dapat dihitung hi dan ho.

BAB 3

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

Seperangkat alat PHE

Gelas beaker Plastik 2000 mL

Gelas kimia 1000 mL

Thermometer

Stopwatch

Air

3.2 Prosedur Kerja

Memanaskan fluida (air) di drum sampai suhu yang dikehendaki

Menyiapkan air dingin

Mempersiapkan PHE, saluran-saluran, alat ukur dan termometer

Menyiapkan listrik untuk aliran pompa

Menyalakan pompa dan mengatur laju alir

Mengambil data sesuai dengan data pengamatan

Melakukan prosedur diatas hingga mendapatkan data yang diperlukan

Mematikan pemanas kompor pada tangki air panas

Mematikan aliran fluida panas

Mematikan aliran fluida dingin

Merapihkan, membersihkan peralatan seperti semula

BAB 4

DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Data Pengamatan

Tabel 4.1 Kalibrasi laju alir volume fluida panas

NoLaju Alir

(L/s)Waktu

(s)

Fluida Panas

V1 (L) V2 (L)Vrata-rata

(L)Laju Alir

(L/s)1 0.021 10 0.220 0.200 0.210 0.0212 0.049 10 0.490 0.480 0.485 0.0493 0.075 10 0.760 0.740 0.750 0.0754 0.102 5 0.520 0.500 0.510 0.1025 0.132 5 0.650 0.670 0.660 0.1326 0.162 5 0.820 0.800 0.810 0.162

Tabel 4.2 Kalibrasi laju alir volume fluida dingin

NoLaju Alir

(L/s)Waktu

(s)

Fluida Dingin

V1 (L) V2 (L)Vrata-rata

(L)Laju Alir (L/s)

1 0.021 10 0.2600 0.2600 0.2600 0.02602 0.049 10 0.4900 0.4700 0.4800 0.04803 0.075 10 0.8300 0.8100 0.8200 0.08204 0.102 5 0.5500 0.5400 0.5450 0.10905 0.132 5 0.7300 0.7200 0.7250 0.14506 0.162 5 0.8700 0.8900 0.8800 0.1760

Tabel 4.3 Laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah

NoFluida Panas (Laju Tetap) Fluida dingin (Laju Berubah)

Laju Alir (L/s)Thi (K)

Tho (K)

Laju Alir (L/s)Tci (K)

Tco (K)

1 0.027 346 315 0.027 298 3182 0.027 342 311 0.056 298 3133 0.027 341 306 0.083 298 3074 0.027 328 307 0.027 298 3085 0.027 328 307 0.056 298 3076 0.027 326 305 0.083 298 3057 0.027 321 305 0.027 298 305

8 0.027 320 305 0.056 298 3049 0.027 318 303 0.083 298 302

Tabel 4.4 Laju alir fluida panas berubah dan laju alir fluida dingin tetap

NoFluida Panas (Laju Berubah) Fluida Dingin (Laju Tetap)

Laju Alir (L/s)Thi (K)

Tho (K)

Laju Alir (L/s)Tci (K)

Tco (K)

1 0.056 338 320 0.027 298 3192 0.083 337 325 0.027 298 3233 0.056 326 315 0.027 298 3144 0.083 326 320 0.027 298 3165 0.056 318 311 0.027 298 3096 0.083 318 313 0.027 298 310

Tabel 4.5 Data literature sifat fisik fluida air pada laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s)

Thi (K)µ ρ

Tho (K)µ ρ

Panas Dingin (kg/m.s) (kg/m3) (kg/m.s) (kg/m3)

1 0.027 0.027 346 4.32E-04 976.26 315 6.32E-04 991.32

2 0.027 0.056 342 4.35E-04 978.47 311 6.80E-04 992.97

3 0.027 0.083 341 4.35E-04 978.94 306 7.50E-04 994.96

4 0.027 0.027 328 5.07E-04 985.36 307 7.35E-04 994.56

5 0.027 0.056 328 5.07E-04 985.36 307 7.35E-04 994.56

6 0.027 0.083 326 5.23E-04 986.38 305 7.66E-04 994.94

7 0.027 0.027 321 5.68E-04 988.95 305 7.66E-04 994.94

8 0.027 0.056 320 5.79E-04 989.03 305 7.66E-04 994.94

9 0.027 0.083 318 6.00E-04 990.03 303 7.66E-04 995.64

Tabel 4.6 Data literature sifat fisik fluida air pada laju alir fluida panas berubah dan laju alir fluida dingin tetap

RunLaju Alir (L/s)

Thi (K)µ ρ

Tho (K)µ ρ

Panas Dingin (kg/m.s) (kg/m3 ) (kg/m.s) (kg/m3 )

1 0.056 0.027 338 4.35E-04 980.42 320 5.79E-04 989.03

2 0.083 0.027 337 4.35E-04 980.91 325 5.31E-04 980.914

3 0.056 0.027 326 5.23E-04 986.38 315 6.32E-04 990.99

4 0.083 0.027 326 5.23E-04 986.38 320 6.32E-04 989.03

5 0.056 0.027 318 6.00E-04 990.03 311 6.80E-04 992.97

6 0.083 0.027 318 6.00E-04 990.03 313 6.53E-04 992.17

4.2 Tabel Pengolahan Data4.2.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

Tabel 4.7 Kalor yang diberikan fluida panas

Run

Laju alir

kalibrasi (L/s)

Laju alir

massa (kg/s)

Cp (kJ/kg.K)

∆T1

(K)Q1

(Watt)

1 0.02 0.02 4,2 28 3099.821

2 0.02 0.02 4,2 29 3217.796

3 0.02 0.02 4,2 34 3774.401

4 0.02 0.02 4,2 20 2234.796

5 0.02 0.02 4,2 21 2346.536

6 0.02 0.02 4,2 21 2348.965

7 0.02 0.02 4,2 16 1794.351

8 0.02 0.02 4,2 16 1794.496

9 0.02 0.02 4,2 16 1796.31

Tabel 4.8 Kalor yang diterima fluida dingin

Run

Laju alir

kalibrasi (L/s)

Laju alir

massa (kg/s)

Cp (kJ/kg.K)

∆T2

(K)Q2

(Watt)

1 0.019 0.019 4,2 17 1922.171

2 0.048 0.048 4,2 13 3048.672

3 0.075 0.075 4,2 8 2780.657

4 0.019 0.019 4,2 9 1017.62

5 0.048 0.048 4,2 9 2110.619

6 0.075 0.075 4,2 7 2433.075

7 0.019 0.019 4,2 7 791.4821

8 0.048 0.048 4,2 7 1641.593

9 0.075 0.075 4,2 5 1737.91

Tabel 4.9 Efisiensi kalor pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s)

Laju Alir Kalor (Watt) Efisiensi

(%)Panas Dingin Q1 Q2

1 0.027 0.027 3099.821 1922.171 62.009

2 0.027 0.056 3217.796 3048.672 94.744

3 0.027 0.083 3774.401 2780.657 73.671

4 0.027 0.027 2234.796 1017.62 45.535

5 0.027 0.056 2346.536 2110.619 89.946

6 0.027 0.083 2348.965 2433.075 103.581

7 0.027 0.027 1794.351 791.4821 44.11

8 0.027 0.056 1794.496 1641.593 91.479

9 0.027 0.083 1796.31 1737.91 96.749

Tabel 4.10 Perbedaan suhu logaritmik pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s) Perubahan Suhu (K)

∆Tlm (K)Panas Dingin ∆T1 ∆T2

1 0.027 0.027 28 17 22.044

2 0.027 0.056 29 13 19.942

3 0.027 0.083 34 8 17.969

4 0.027 0.027 20 9 13.776

5 0.027 0.056 21 9 14.163

6 0.027 0.083 21 7 12.743

7 0.027 0.027 16 7 10.887

8 0.027 0.056 16 7 10.887

9 0.027 0.083 16 5 9.457

Tabel 4.11 Koefisien pindah panas keseluruhan pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s) Q

(Watt)A (m2)

∆ Tlm

(K)U

(W/m2K)Panas Dingin

1 0.027 0.027 3099.821 1 22.044 140.617

2 0.027 0.056 3217.796 1 19.942 161.362

3 0.027 0.083 3774.401 1 17.969 210.048

4 0.027 0.027 2234.796 1 13.776 162.227

5 0.027 0.056 2346.536 1 14.163 165.685

6 0.027 0.083 2348.965 1 12.743 184.329

7 0.027 0.027 1794.351 1 10.887 164.817

8 0.027 0.056 1794.496 1 10.887 164.83

9 0.027 0.083 1796.31 1 9.457 189.944

Tabel 4.12 Koefisien pindah konveksi inside pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s) Bilangan Tak Berdimensi

h inside (W/m2.K)Panas Dingin

Nre inside

Nu inside

Npr inside

1 0.027 0.027 5.675 0.01 0.000023 0.01

2 0.027 0.056 5.648 0.01 0.000023 0.01

3 0.027 0.083 5.651 0.01 0.000023 0.01

4 0.027 0.027 4.885 0.011 0.000027 0.011

5 0.027 0.056 4.885 0.011 0.000027 0.011

6 0.027 0.083 4.738 0.011 0.000028 0.011

7 0.027 0.027 4.37 0.012 0.000031 0.012

8 0.027 0.056 4.291 0.012 0.000031 0.012

9 0.027 0.083 4.143 0.012 0.000032 0.012

Tabel 4.13 Koefisien pindah konveksi outside pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

Run

Laju Alir (L/s) Bilangan Tak Berdimensih outside (W/m2.K)

Panas DinginNre

outsideNu

outsideNpr

outside

1 0.027 0.027 3.94 8.26E-07 0.000034 0.00069

2 0.027 0.056 3.668 8.57E-07 0.000037 0.00072

3 0.027 0.083 3.329 9.01E-07 0.00004 0.00075

4 0.027 0.027 3.397 8.92E-07 0.00004 0.00075

5 0.027 0.056 3.397 8.92E-07 0.00004 0.00075

6 0.027 0.083 3.263 9.11E-07 0.000041 0.00076

7 0.027 0.027 3.263 9.11E-07 0.000041 0.00076

8 0.027 0.056 3.263 9.11E-07 0.000041 0.00076

9 0.027 0.083 3.265 9.11E-07 0.000041 0.00076

Tabel 4.14 Koefisien pindah panas keseluruhan secara empiris (untuk satu lempeng) pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s)

A (m2) ∆X (m)K

(W/m.K)h inside

(W/m2.K)h outside (W/m2.K)

U empiris

Panas Dingin

1 0.027 0.027 0.04 0.003 77.83 0.01 0.00069 36182.36

2 0.027 0.056 0.04 0.003 77.83 0.01 0.00072 34852.59

3 0.027 0.083 0.04 0.003 77.83 0.01 0.00075 33139.4

4 0.027 0.027 0.04 0.003 77.83 0.011 0.00075 33486.97

5 0.027 0.056 0.04 0.003 77.83 0.011 0.00075 33486.97

6 0.027 0.083 0.04 0.003 77.83 0.011 0.00076 32809.14

7 0.027 0.027 0.04 0.003 77.83 0.012 0.00076 32809.15

8 0.027 0.056 0.04 0.003 77.83 0.012 0.00076 32809.16

9 0.027 0.083 0.04 0.003 77.83 0.012 0.00076 32797.63

4.2.2 Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Laju Alir Fluida Dingin Tetap

Tabel 4.15 Kalor yang diberikan fluida panas

RunLaju alir kalibrasi

(L/s)

Laju alir

massa (kg/s)

Cp (kJ/kg.K)

∆T1

(K)Q1

(Watt)

1 0.056 0.055 4.2 19 4381.301

2 0.083 0.081 4.2 14 4787.233

3 0.056 0.055 4.2 12 2783.959

4 0.083 0.082 4.2 10 3438.521

5 0.056 0.055 4.2 9 2095.696

6 0.083 0.082 4.2 8 2760.996

Tabel 4.16 Kalor yang diterima fluida dingin

RunLaju alir kalibrasi

(L/s)

Laju alir

massa (kg/s)

Cp (kJ/kg.K)

∆T2

(K)Q2

(Watt)

1 0.027 0.027 4.2 22 2487.515

2 0.027 0.027 4.2 27 3052.86

3 0.027 0.027 4.2 17 1922.171

4 0.027 0.027 4.2 22 2487.515

5 0.027 0.027 4.2 13 1469.895

6 0.027 0.027 4.2 15 1696.033

Tabel 4.17 Efisiensi kalor pada laju alir fluida panas berubah dan fluida dingin tetap

RunLaju Alir (L/s) Laju Alir Kalor (Watt)

Efisiensi (%)Panas Dingin Q1 Q2

1 0.056 0.027 4381.301 2487.515 56.776

2 0.083 0.027 4787.233 3052.86 63.771

3 0.056 0.027 2783.959 1922.171 69.045

4 0.083 0.027 3438.521 2487.515 72.343

5 0.056 0.027 2095.696 1469.895 70.139

6 0.083 0.027 2760.996 1696.033 61.428

Tabel 4.18 Perbedaan suhu logaritmik pada laju alir fluida panas tetap dan fluida dingin berubah

RunLaju Alir (L/s)

Perubahan Suhu (K) ∆Tlm

(K)Panas Dingin ∆T1 ∆T2

1 0.056 0.027 19 22 20.4632 0.083 0.027 14 27 19.7943 0.056 0.027 12 17 14.3554 0.083 0.027 10 22 15.225 0.056 0.027 9 13 10.8786 0.083 0.027 8 15 11.136

Tabel 4.19 Koefisien pindah panas keseluruhan pada laju alir fluida panas berubah dan fluida dingin tetap

RunLaju Alir (L/s) Q

(Watt)A (m2)

∆ Tlm

(K)U

(W/m2K)Panas Dingin

1 0.056 0.027 4381.301 1 20.463 214.105

2 0.083 0.027 4787.233 1 19.794 241.858

3 0.056 0.027 2783.959 1 14.355 193.934

4 0.083 0.027 3438.521 1 15.22 225.927

5 0.056 0.027 2095.696 1 10.878 192.66

6 0.083 0.027 2760.996 1 11.136 247.941

Tabel 4.20 Koefisien pindah konveksi inside pada laju alir fluida panas berubah dan fluida dingin tetap


h inside (W/m2.K)Panas Dingin

Nre inside

Nu inside

Npr inside

1 0.056 0.027 11.738 0.018 0.023 14.897

2 0.083 0.027 17.406 0.022 0.023 18.141

3 0.056 0.027 9.822 0.02 0.028 16.384

4 0.083 0.027 14.558 0.024 0.028 19.946

5 0.056 0.027 8.593 0.021 0.032 17.581

6 0.083 0.027 12.737 0.026 0.032 21.404

Tabel 4.21 Koefisien pindah konveksi outside pada laju alir fluida panas berubah dan fluida dingin tetap


h outside (W/m2.K)

Panas DinginNre

outsideNu

outsideNpr

outside

1 0.056 0.027 8.899 0.00114 0.031 0.951

2 0.083 0.027 14.265 0.00132 0.029 1.105

3 0.056 0.027 8.169 0.00119 0.034 0.995

4 0.083 0.027 12.083 0.00145 0.034 1.21

5 0.056 0.027 7.607 0.00123 0.037 1.033

6 0.083 0.027 11.728 0.00147 0.035 1.232

Tabel 4.22 Koefisien pindah panas keseluruhan secara empiris (untuk satu lempeng) pada laju alir fluida panas berubah dan fluida dingin tetap

RunLaju Alir (L/s)

A (m2) ∆X (m)K

(W/m.K)h inside

(W/m2.K)h outside (W/m2.K)

U empiris

Panas Dingin

1 0.056 0.027 0.04 0.003 77.83 14.897 0.951 398.705

2 0.083 0.027 0.04 0.003 77.83 18.141 1.105 476.151

3 0.056 0.027 0.04 0.003 77.83 16.384 0.995 434.73

4 0.083 0.027 0.04 0.003 77.83 19.946 1.21 519.324

5 0.056 0.027 0.04 0.003 77.83 17.581 1.033 463.731

6 0.083 0.027 0.04 0.003 77.83 21.404 1.232 555.389

4.3 Grafik Hasil Pengolahan Data4.3.1 Kalibrasi Laju Alir Fluida Panas dan Fluida Dingin

Gambar 4.1 Kurva kalibrasi laju alir fluida panas

Gambar 4.2 Kurva laju alir pada laju alir fluida dingin

y = 0.9922x + 0.0075R² = 0.9993

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Laju

alir

flow

met

er (L

/s)

Laju alir terukur (L/s)

Kurva Kalibrasi Fluida Panas

Y-Values

Linear (Y-Values)

y = 0.9084x + 0.0083R² = 0.9956

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Laju

alir

flow

met

er (L

/s)

Laju alir terukur (L/s)

Kurva Kalibrasi Fluida Dingin

Y-Values

Linear (Y-Values)

4.3.2 Kurva U dan η pada Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin Berubah

Gambar 4.3 Hubungan antara U terhadap perubahan laju alir fluida dingin

Gambar 4.4 Hubungan antara efisiensi kalor terhadap perubahan laju alir fluida dingin

0

50

100

150

200

250

0.027 0.056 0.083

U (W

/m2 K

)

Laju alir fluida dingin (L/s)

Kurva antara Koefisien Pindah Panas Keseluruhan terhadap Perubahan Laju Alir Fluida Dingin

Run 1-3

Run 4-6

Run 7-9

0

20

40

60

80

100

120

0.027 0.056 0.083

Efis

iens

i kal

or η

(%)


Kurva antara Efisiensi Kalor terhadap Perubahan Laju Alir Fluida Dingin

Run 1-2

Run 4-6

Run 7-9

Gambar 4.5 Hubungan antara U terhadap perubahan laju alir fluida panas

Gambar 4.6 Hubungan antara efisiensi kalor terhadap perubahan laju alir fluida panas

0

50

100

150

200

250

300

0.056 0.083

U (W

/m2 K

)


Kurva antara Koefisien Pindah Panas Keseluruhan terhadap Perubahan Laju Alir Fluida Panas

Run 1-2

Run 3-4

Run 5-6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.056 0.083

Efis

iens

i ka

lor (

%)

Laju alir fluida panas (L/s)

Kurva antara Efisiensi Kalor terhadap Perubahan Laju Alir Fluida Panas

Run 1-2

Run 3-4

Run 5-6

BAB 5

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

5.1 Pembahasan

Pada praktikum kali ini praktikan menggunakan alat Plate Heat Exchanger. Plate Heat

Exchanger merupakan salah satu alat penukar panas yang menggunakan metoda perpindahan

panas secara konveksi dan konduksi antara aliran fluida panas dengan aliran fluida dingin,

namun proses konveksi lebih dominan terjadi pada alat ini. Tujuan dari praktikum adalah dapat

memahami kosep perpindahan panas yang terjadi di dalam Plate Heat Exchanger, mengetahui

pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan (U), menghitung koefiien

pindah panas keseluruhan (U) pada plat menggunakan persamaan neraca energy dan

menggunakan persamaan empiris serta menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas

terhadap kalor yang diterima fluida dingin.

Variable yang berpengaruh terhadap besarnya perpindahan kalor meliputi perbedaan

temperature yang dilampirkan pada data pengamatan dan juga luas permukaan perpindahan kalor

(A) atau luas keseluruhan lempeng plat. Pada percobaan yang dilakukan variable ini juga sangat

menentukan dalam menghitung koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U).

Langkah pertama adalah memanaskan fluida (air) pada drum hingga suhu yang

dikehendaki. Kemudian praktikan juga menyiapkan air dingin di bak penampung. Persiapan alat

Plate Heat Exchanger, saluran-saluran dan alat ukur suhu untuk mendukung praktikum ini.

Setelah semuanya siap, praktikan menyambungkan pompa ke sumber listrik. Berikutnya

praktikan melakukan kalibrasi laju alir untuk fluida panas dan fluida dingin. Hasil

pengamatannya ada pada tabel 4.1 dan 4.2. Berdasarkan kurva kalibrasi laju alir flowmeter

terhadap laju alir terukur baik untuk fluida panas maupun untuk fluida dingin dapat disimpulkan

bahwa hubungan antara kedua laju alir tersebut adalah berbanding lurus.

Langkah kedua adalah melakukan pengamatan. Praktikan melakukan 2 variasi laju alir,

yaitu laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah; laju alir fluida panas berubah

dan laju alir fluida dingin tetap. Berdasarkan percobaan yang dilakukan hubungan antara

kecepatan aliran air dingin pada beberapa titik sedangkan laju alir air panas yang tetap dengan

besarnya kalor yang dipindahkan adalah semakin tinggi laju alir fluida pendingin didapat bahwa

semakin tinggi pula nilai kalor yang dipindahkan. Dengan memperbesar debit aliran fluida

pendingin maka harga koefisien perpindahan panas konveksi (h) akan naik sehingga koefisien

perpindahan panas menyeluruh (U) juga naik. Selain itu, dengan memperbesar laju alir fluida

pendingin menyebabkan beda temperatur aliran fluida panas yang masuk dengan aliran fluida

panas yang keluar semakin tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa jika orientasi proses adalah

pendinginan fluida panas akan lebih optimum apabila laju alir aliran pendingin diperbesar.

Namun, jika orientasi proses adalah pemanasan fluida pendingin maka dengan memperbesar laju

alir pendingin merupakan langkah yang tidak dianjurkan karena berdasarkan data pengamatan

selisih suhu aliran masuk fluida dingin dengan suhu aliran keluar fluida pendingin menunjukkan

semakin besar debit aliran pendingin maka semakin kecil beda suhu aliran pendingin.

Kondisi ini dalam tinjauan unit kontrol, apabila semakin besar laju alir aliran pendingin

pada laju aliran panas yang tetap maka akan membutuhkan unit pengukuran temperatur yang

memiliki tingkat akurasi dan presisi yang semakin tinggi pula akibat semakin kecilnya perbedaan

suhu aliran pendingin..

Sedangkan berdasarkan tinjauan energi yang dibutuhkan dalam proses secara umum,

kondisi ini membutuhkan kemampuan pompa yang lebih besar dalam memompa aliran

pendingin.

5.2 Kesimpulan

1. Semakin besar laju alir fluida maka koefisien pindah panas (U) akan mengalami kenaikan

(Laju alir berbanding lurus dengan U)

2. Perhitungan koefisien pindah panas dihitung berdasarkan neraca energi dan rumus

empiris

BAB 6

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2015.Plate heat Exchanger PHE

Gasket.http://www.sumantry.com/produk/produk-static-item/51-plate-heat-exchanger-

gasket-phe.[diunduh pada tanggal 9 April 2015].

Anonim.2013.koefisien perpindahan panas

total.https://ilmupembangkit.wordpress.com/2013/05/12/koefisien-perpindahan-panas-

total/.[diunduh pada tanggal 9 April 2015].

Authors.2005.Dimensionless numbers in heat transfer.

http://www.coolingzone.com/library.php?read=481.[diunduh pada tanggal 10 April

2015].

Ersa, Dio.2013.bilangan Reynolds bilangan nusselt.

http://dioersaputra.blogspot.com/2013/11/bilangan-reynolds-bilangan-nusselt.html.

[diunduh pada tangga 10 April 2015].

LAMPIRAN PERHITUNGAN

1. Kalibrasi Laju Alir Fluida Panas

Dari grafik diperoleh persamaan linier y = 0,992x + 0,007 , sehingga diperoleh :

x = , 7

,99dimana x merupakan laju alir fluida panas yang sesungguhnya.

2. Kalibrasi Laju Alir Fluida Dingin

Dari grafik diperoleh persamaan linier y = 0,908x + 0,008 , sehingga diperoleh :

x = , 8

,9 8dimana x merupakan laju alir fluida dingin yang sesungguhnya.

3. Menghitung Laju Alir Massa

4. Menghitung Laju Alir Kalor

Q = Laju alir kalor (Watt)

Cp = Kapasitas kalor (kJ/kg.K)

∆T = Perbedaan suhu (K)

4.1 Kalor yang Diberikan Fluida Panas (Q1)

Thi = Suhu fluida panas masuk, K

Tco = Suhu fluida dingin keluar, K

Laju alir massa = Laju alir volume x ρ

Q = m Cp ∆T

Q1 = m Cp (Thi-Tco) = m Cp ∆T

4.1.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

Q1 = 0,02 kg/s x 4,2 kJ/kg.K x 28 K x 1000 = 3099,821 Watt









4.1.2 Laju Alir Panas Berubah dan Laju Alir Dingin Tetap






Q2 = 0,082kg/s x 4,2 kJ/kg.K x 8 K x 1000 = 2760,996Watt

4.2 Kalor yang Diterima Fluida Dingin (Q2)

Tho = Suhu fluida panas keluar, K

Tci = Suhu fluida dingin masuk, K

Q2 = m Cp (Tho-Tci) = m Cp ∆T2

4.2.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

Q1 = 0,019 kg/s x 4,2 kJ/kg.K x 17 K x 1000 = 1922.171 Watt

Q1 = 0,048 kg/s x 4,2 kJ/kg.K x 13 K x 1000 = 3048.672Watt








4.2.2 Laju Alir Panas Berubah dan Laju Alir Dingin Tetap







5. Menghitung Efisiensi Kalor yang Dipertukarkan

= 21 100%4.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

= 1 22.1 10 . 21 100% = 62.00 %

= 04 .6 221 . 6 100% = 4. 44 %

= 2 0.64.4011 100% = .6 1 %

= 101 .6222 4. 6 100% = 4 . %

= 2110.612 46. 6 100% = . 46 %

= 24 .02 4 . 6 100% = 10 . 1 %

= 1.4 211 4. 1 100% = 44.11 %

= 1641. 11 4.4 6 100% = 1.4 %

= 1 . 11 6. 1 100% = 6. 4 %

4.2 Laju Alir Panas Berubah dan Laju Alir Dingin Tetap

= 24 . 14 1. 01 100% = 6. 6 %

= 0 2. 64 .2 100% = 6 . 1 %

= 1 22.1 12 . 100% = 6 .04 %

= 24 . 12 . 100% = 2. 4 %

= 146 .20 .6 6 100% = 0.1 %

= 16 6.02 60. 6 100% = 61.42 %

6. Menghitung Perubahan Suhu Logaritmik (∆Tlm)

∆ = ∆ 1 − ∆ 2∆ 1∆ 26.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

∆ = 2 − 121= 22.044 K

∆ = 2 − 121= 1 . 42 K

∆ = 4 −4 = 1 . 6 K

∆ = 20 −20 = 1 . 6 K

∆ = 21 −21 = 14.16 K

∆ = 21 −21 = 12. 4 K

∆ = 16 −16 = 10. K

∆ = 16 −16 = 10. K

∆ = 16 −16 = .4 K


∆ = 1 − 22122= 20.46 K

∆ = 14 − 2142= 1 . 4 K

∆ = 12 − 1121= 14. K

∆ = 10 − 221022= 1 .22 K

∆ = − 11

= 10. K

∆ = − 11

= 11.1 6 K7. Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan U Neraca Energi

= Q. ∆ Dimana :

U=Koefisien pindah panas keseluruhan, W/m2K

Q=Laju alir kalor, Watt

A=Luas permukaan plat x 25 jumlah plat (1 m2)

∆Tlm=Perubahan suhu logaritmik, K

7.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

= 0 , 21 1 3. 22.044 K = 140.61 /= 21 . 6 1 3. 1 . 42 K = 161. 62 /= 4.401 1 3. 1 . 6 K = 210.04 /= 22 4. 6 1 3. 1 . 6 K = 162.22 /= 2 46. 6 1 3. 14.16 K = 16 .6 /= 2 4 . 6 1 3. 12. 4 K = 1 4. 2 /= 1 4. 1 1 3. 10. K = 164. 1 /= 1 4.4 6 1 3. 10. K = 164. /= 1 6. 1 1 3. .4 K = 1 . 44 /


= 4 1. 01 1 3. 20.46 K = 214.10 /= 4 .2 1 3. 1 . 4 K = 241. /= 2 . 1 3. 14. K = 1 . 4 /= 4 . 21 1 3. 1 .22 K = 22 . 2 /= 20 .6 6 1 3. 10. K = 1 2.66 /

= 2 60. 6 1 3. 11.1 6 K = 24 . 41 /

8. Mengitung Bilangan Reynold

= . .µ

Dimana :

L=Panjang konstruksi (0,003 m)

ρ=Densitas fluida

v=Kecepatan linier fluida

µ=Viskositas dinamis fluida

9. Mengitung Bilangan Prandtl

= . µDimana :

Cp=Kapasitas panas fluida air (4,2 kJ/kg.K)

µ=Viskositas dinamis fluida

K=Koefisien konduksi (77,83 W/m.K)

10. Mengitung Bilangan Nusselt

Untuk Nre<300000 (Laminer) Nnu = 0,664 Nre 0.5 Npr 1/3

Untuk Nre>300000 (Turbulen) Nnu = 0,0366 Nre 08 Npr 1/3

Dalam pengolahan data, untuk menghitung Nnu digunakan persamaan pada rejim laminer

karena Nre<300000

11. Menghitung Koefisien Pindah Panas Konveksi Inside dan Ouside (hi dan ho)

= ℎ Dimana :

Nu=Bilangan Nusselt

L=Panjang konstruksi (0,003 m)

K=Koefisien konduksi (77,83 W/m.K)

h=Koefisien pindah panas konveksi

11.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

ℎ = 0,01. , /0,0 = 0,01 /ℎ = 0,01. , /0,0 = 0,01 /ℎ = 0,01. , /0,0 = 0,01 /

ℎ = 0,011. , /0,0 = 0,011 /ℎ = 0,011. , /0,0 = 0,011 /ℎ = 0,011. , /0,0 = 0,011 /ℎ = 0,012. , /0,0 = 0,012 /ℎ = 0,012. , /0,0 = 0,012 /

ℎ = 0,012. , /0,0 = 0,012 /

ℎ = ,26E − 0 . , /0,0 = 0.0006 /ℎ = , E − 0 . , /0,0 = 0.000 2 /ℎ = ,01E − 0 . , /0,0 = 0.000 /ℎ = , 2E − 0 . , /0,0 = 0.000 /ℎ = , 2E − 0 . , /0,0 = 0.000 /ℎ = ,11E − 0 . , /0,0 = 0.000 6 /ℎ = ,11E − 0 . , /0,0 = 0.000 6 /ℎ = ,11E − 0 . , /0,0 = 0.000 6 /ℎ = ,11E − 0 . , /0,0 = 0.000 6 /


ℎ = 0,01 . , /0,0 = 14. /ℎ = 0,022. , /0,0 = 1 .141 /ℎ = 0,02. , /0,0 = 16. 4 /

ℎ = 0,024. , /0,0 = 1 . 46 /ℎ = 0,021. , /0,0 = 1 . 1 /

ℎ = 0,026. , /0,0 = 21.404 /

ℎ = 0,00114. , /0,0 = 0. 1 /ℎ = 0,001 2. , /0,0 = 1.10 /ℎ = 0,0011 . , /0,0 = 0. /ℎ = 0,0014 . , /0,0 = 1.21 /

ℎ = 0,0012 . , /0,0 = 1.0 /ℎ = 0,0014 . , /0,0 = 1.2 2 /

12. Mengitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan U Empiris (untuk satu lempeng)

. = 11ℎ + ∆ + 1ℎ12.1 Laju Alir Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah

=110.01 / + 0,00 , / + 10.0006 /

1 = 61 2. 6

=110.01 / + 0,00 , / + 10.000 2 /

1 = 4 2.

=110.01 / + 0,00 , / + 10.000 /

1 = 1 .4

=110.011 / + 0,00 , / + 10.000 /

1 = 4 6.

=110.011 / + 0,00 , / + 10.000 /

1 = 4 6.

=110.011 / + 0,00 , / + 10.000 6 /

1 = 2 0 .14

=110.012 / + 0,00 , / + 10.000 6 /

1 = 2 0 .1

=110.012 / + 0,00 , / + 10.000 6 /

1 = 2 0 .16

=110.012 / + 0,00 , / + 10.000 6 /

1 = 2 .6


=1114. / + 0,00 , / + 10. 1 /

1 = . 0

=111 .141 / + 0,00 , / + 11.10 /

1 = 4 6.1 1

=1116. 4 / + 0,00 , / + 10. /

1 = 4 4.

=11 1 . 46 / + 0,00 , / + 11.21 /

1 = 1 . 24

=11 1 . 1 / + 0,00 , / + 11.0 /

1 = 46 . 1

=1121.404 / + 0,00 , / + 11.2 2 /

1 = .

laporan plate heat exchanger

Documents

plate heat exchanger

mengandalkan sekat seal

luas permukaan pindah

digunakan untuk tekanan

dua cara secara simultan