laporan heat exchanger baru arif edit

KONVEKSI

I. Tujuan Praktikum1. Mengenal alat-alat atau komponen Heat Exchanger pada suatu sistem.2. Menghitung perpindahan panas pada alat Heat Exchanger, kondensor, dan

evaporator.

II. Dasar Teori1. TeoriPanas yang dipindahkan dalam peristiwa konveksi dapat berupa panas laten dan panas

sensible. Panas laten adalah panas yang menyertai proses perubahan fasa, sedangakan panas sensible adalah panas yang berkaitan dengan kenaikan atau penurunan temperatur tanpa perubahan fasa.

Konveksi tidak selalu bisa diselesaikan dengan cara analitik, dan terpaksa harus menggunakan cara eksperimental untuk mendapatkan data perencanaan, serta untuk mendapatkan data-data eksperimental yang biasanya dinyatakan dalam bentuk persmaan empirik.

Konveksi dibedakan menjadi dua, yakni :1. Konveksi paksa : terjadinya perpindaham panas karena adanya sistem sirkulasi

lain.2. Konveksi alamiah : terjadinya perpindahan panas karena fluida yang berubah

densitasnya karena proses pemanasan, bergerak naik.

Gambar Perpindahan Panas KonveksiKonveksi Pelat

Pada konveksi pelat akan mendingin lebih cepat dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar Konveksi Paksa

2. Bagian –bagian pada Heat PumpPompa kalor yang dogunakan di laboratorium Teknik Konversi Energi adalah pompa

kalor P5670 dengan pembuat adalah G. Cusson Ltd., Manchester, England. Pompa kalor ini mempunyai beberapa bagian-bagian penting, yaitu :

Bagian utama terdiri dari evaporator, kompressor, kondensor, HE, dan katup ekspansi.

Bagian pelengkap terdiri dari katup-katup penyetop ( stop valve ), saringan, dryer, dan katup solenoid.

a. Kompresor adalah alat untuk menghisap uap refrigeran yang berasal dari evaporator dan menekan uap refrigeran tersebut ke kondensor sehingga tekanan dan temperatur meningkat.

b. Kondensor berfungsi sebagai alat pemindah panas. Panas dari uap refrigeran atau fluida kerja dilepas ke media pendingin yaitu air sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk kondensor, refrigeran berfasa uap mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Fluida yang keluar dari kondensor berfasa cair jenuh yang bertekanan dan bertemperatur rendah.

c. Evaporator berfungsi sebagai alat pemindah panas. Pada evaporator terjadi perpindahan panas dari udara luar ke fluida kerja sehingga terjadi perubahan fasa pada fluida kerja yaitu dari fasa cair ke fasa uap.

d. HE sebagai alat pemindah panas dan mempunyai fungsi khusus. Fungsi khususnya adalah meningkatkan kapasitas pendingindengan cara menaikan temperatur fluida kerja yang akan masuk kompresor dan yang kedua menurunkan temperatu fluida kerja yang akan masuk evaporator.

e. Katup Ekspansi berfungsi sebagai alat yang secara otomatis mengatur jumlah aliran fluida kerja cair yang masuk ke evaporator. Sambil mempertahankan gas panas lanjutpada akhir evaporator. Karena tekanan di evaporator rendah, maka sebagian bahan pendingin cair saat melalui katup ekspansi masuk ke dalam evaporator, wujudnya kembali dari cair menjadi uap dingin.

f. Refrigerant yang digunakan adalah freon 12.g. Kompresor berupa kompresor torak, semi hematic, dengan pendinginan udara.

Kapasitas 9,46 m2/jam pada putaran 1450 rpm.h. Motor listrik 3 fasa 415 V 50 Hz dengan daya maksimum 2,5 kw. Daya yang

digunakan dapat dilihat dalam meter daya.i. AHU ( Air Handling Unit )

Kipas udara terpasang pada AHU dengan 3 kecepatan yang berbeda. Maksimum laju udara yang dihasilkan adalah 0,37 m3/det. Thermometer berfungsi mengatur temperatur bola kering dan basah terpasang pada saluran masukan.

III. Prosedur Operasi Heat Pump

A. Prosedur1. Hubungkan sistem pompa kalor dengan sumber listrik.2. Nyalakan pompa air3. Nyalakan pompa kalor4. Cek kelembaban udara5. On-kan kompresor6. On-kan fan7. Set kecepatan8. Tunggu sistem sampai kondisi stedi9. Ambil data-data yang diperlukan dengan prosedur sbb :

Setelah kondisi stedi atur kecepatannya ( dilakukan percobaan dengan tiga kecepatan berbeda ).

Untuk kecepatan pertama ambil data-data yang diperlukan kemudian ditunggu selama 10 menit dan kemudian ditulis lagi datanya sebanyak tiga kali.

Setelah selesai ubah kecepatan menjadi agak besar, sama seperti percobaan pertama ambil data yang diperlukan dan kemudian kecepatan diganti dengan kecepatan ketiga.

Empat meter tekanan yang bekerja secara analog terpasang untuk mengetahui tekanan fluida kerja.

Laju aliran air diukur menggunakan flowmeter. Laju aliran udara diukur menggunakan meter orifice yang dilengkapi dengan

manometer. Meter daya digunakan untuk mengukur daya yang digunakan kompresor.

B. Data pengamatan yang dicari TA1 = temperatur bola kering udara masuk. TA2 = temperatur bola basah udara masuk. Tw7 = temperatur air masuk kondenser Tw8 = temperatur air keluar kondenser TF1 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke kompresor. TF2 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari kompresor. TF3 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari pendingin. TF4 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari penukar panas. TF5 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke katup ekspansi. TF6 = temperatur fluida bahan pendingin masuk ke evaporator. TF7 = temperatur fluida bahan pendingin keluar dari evaporator. ∆P = perbedaan tekanan. F2 = laju aliran air.

GAMBAR INSTALASI HEATPUMP

Tw7 +Tw8

2

ρdiv

µ

0.0668 (di/l)RedPr

1+0.04[(di/l)RedPr]2/3

IV. Perhitungan Laju Perpindahan Panas1. Perhitungan pada Kondenser (tipe Shell dan Tube )

Di dalam kondenser terjadi perpindahan panas antara air yang melalui pipa-pipa ( tube ) dengan R-12 yang melalui selongsong ( shell ). Untuk air yang melalui pipa-pipa ( inside “i” )

a. Menghitung Trata-rata =

b. Mencari sifat-sifat thermodinamik pada Trata-rata. ρ , μ , k , Pr .

c. Menghitung bilangan Re =

d. Memilih persamaan empirik berdasaran kisaran harga bilangan ReJika Laminar Re < 2000Jika Transisi 2000 < Re < 4000Jika Turbulen Re > 4000 Rumusnya : Jika laminar Nu = 3,66 +

Jika Transisi Nu = 0.036 Red0,8Prn dengan n panas = 0.4, n dingin = 0.3.

Jika Turbulen Nu = 0.023Re0,8Prn

e. Menghitung hi =Nu × k

di

Untuk R-12 yang melalui selongsong (outside “o”)

a. Menghitung Trata-rata = Tf 2+Tf 3

2b. Mencari sifat-sifat thermodinamiknya. ρl , ρv , μv , Cpv , hfg , kv .c. Mencari hfg`= hfg+0.62×Cpv × ∆ Txd. Mencari ho = 0.75 ×¿

e. Mencari Ui =

1

1hi

+Ai ln (

rori

)

2 πkL+

AiAo× ho

dan Uo =

1

1hi ×

AoAi

+A 0 ln (

rori

)

2 πkL+

1ho

f. Mencari ∆ tLMTD=

(Tf 2−Tw 8 )−(Tf 3−Tf 7)

lnTf 2−Tw 8Tf 3−Tf 7

g. Mencari Ai= π di L N dan Ao= π do L dengan N = 3.4h. Mencari qi = Ui Ai ∆tLMTD dan qo = Uo Ao ∆tLMTD

2. Pada EvaporatorTerjadi perpindahan panas antara udara yang melalui permukaan pipa-pipa dengan R-12 cair yang melalui pipa dalam. Untuk udara yang melalui permukaan pipa-pipa (“o”)

a. mu = 0.083 (ρu ∆p)0.5

b. mu = ρ Ao vc. ho = 38 v0.5

Untuk R-12 cair yang melalui pipa dalam (“i”)a. m = F ρv

b.qA

=m×Cpv ×(Tf 7−Tf 6)

π ×di2

4

c.qA

=2.53¿

d. hi = 0.75 ×¿

e. Ui =

1

1hi

+Ai ln (

rori

)

2 πkL+

AiAo× ho

dan Uo =

1

1hi ×

AoAi

+A 0 ln (

rori

)

2 πkL+

1ho

f.∆ tLMTD=

(Tf 2−Tw 8 )−(Tf 3−Tf 7)


g. qi = Ui Ai ∆tLMTD dan qo = Uo Ao ∆tLMTD

3. Pada Heat Exchanger R-12 Cair

a. Menghitung Trata-rata = Tf 3+Tf 4

2

b. Re = ρl× di× v

μc. Nu = 0.023Re

0,8Prn

d. hi = Nu × k

di

e.∆ tLMTD=

(Tf 2−Tw 8 )−(Tf 3−Tf 7)


f. Ui =

1

1hi

+Ai ln (

rori

)

2 πkL+

AiAo× ho

dan Uo =

1

1hi ×

AoAi

+A 0 ln (

rori

)

2 πkL+

1ho


R-12 Uap

a. Trata-rata = Tf 7+Tf 1

2

b. Re = ρv × do ×V

μc. Nu = 0.023Re

0,8Prn karena jenis alirannya transisi.

d. ho = Nu × k

do

e.∆ tLMTD=

(Tf 2−Tw 8 )−(Tf 3−Tf 7)


f. Ui =

1

1hi

+Ai ln (

rori

)

2 πkL+

AiAo× ho

dan Uo =

1

1hi ×

AoAi

+A 0 ln (

rori

)

2 πkL+

1ho


V. Data Hasil Percobaan

Speedt

(minute)

T A1

℃T A2

℃T w 7

℃T w 8

℃T F 2

℃T F 3

℃T F 4

℃T F 6

℃T F 7

℃T F 8/T F1

℃

F1

Lmin

F2

Lmin

P2∆P mmH 2 O

110 27 27 27 28 98 29 29 22 27 25/25 2 10 6,5 10,420 27 27 27 29 108 31 25 20 27 24/24 2 15 7 830 27 28 27 28 107 31 26 19 27 23/23 2 16 7 8,1

210 27 27 27 28 108 31 30 20 27 22/22 2 16 7 1120 28 28 27 28 108 31 26 20 27 23/23 2 16 7 1030 28 28 27 28 108 31 31 20 27 23/23 2 16 7 10,4

310 29 28 27 28 108 31 31 21 27 24/24 2 16 7 13,420 29 29 27 29 109 32 28 22 27 24/24 2 16 7 1430 29 28 27 29 109 31 31 22 27 25/25 2 16 7 14

1. KondensorData Thermodinamik Air

Speedt

(min)T w7

(⁰C)

T w8

(⁰C)

Ρ

(kg

m3 )μv [ kg

m. s ] K l[ wm℃ ]

Cp J

kg .℃Pr

110 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,7520 27 29 995,9 8,2768 x 10-4 0,6114 4176,8 5,6830 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,75

210 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,7520 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,7530 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,75

310 27 28 996,1 8.365 x 10-4 0.6105 4177 5,7520 27 29 995,9 8,2768 x 10-4 0,6114 4176,8 5,6830 27 29 995,9 8,2768 x 10-4 0,6114 4176,8 5,68

Data Thermodinamik R-12

VI. ANALISIS DATA

KONDENSOR

AIR (PERHITUNGAN HI)

SPEED 1 I, 1 IIISPEED 2 I, 2 II, 2 III Mencari ρ, µ, K, Cp, Pr

SPEED 3 I

Tw rata-rata = 27+28

2=27,5 oC

ρ = 996,1 kg/m3

µ = 8,365 x 10-4 kg/ms

k = 0,6105 w/m.k

Cp = 4177 J/kg.k

Pr = 5,75

Ai = π x di x L x N= (3,14).(0,02m).(0,75m).(0,375) = 0,176625 m2

Ao = π x do x L= (3,14).(0,02m).(0,75m) = 0,471 m2

ro = 12

do = 0,1 m

ri = 12

di = 0,01 m

Re = (ρ x d i xV )

µ

Speedt

(min)T f 2

(⁰C)

T f 3

(⁰C)

¿ ρL[ kg

m3 ] ρ v [ kg

m3 ] μL[ kgm. s ]

Cp kj

kg .℃

hfg (Kj/Kg)

Kv

(w/m ⁰k)

110 98 29 1034,1 95,969 0,784 388,33 133,498 0,0225520 108 31 1000 114,416 0,755 388,337 124,804 0,02130 107 31 1002.69 109,89 0,71933 388,337 125,529 0,02195

210 108 31 1000 114,416 0,755 388,337 124,804 0,02120 108 31 1000 114,416 0,755 388,337 124,804 0,02130 108 31 1000 114,416 0,755 388,337 124,804 0,021

310 108 31 1000 114,416 0,755 388,337 124,804 0,02120 109 32 994 117,78 0,86379 388,337 123,1965 0,021730 109 31 992,851 116,279 0,75529 388,337 98,238 0,02177

V = F

ln . di7

4 =

10−3

614

x 3,14 x (0,02)2 = 0,53m/s

Re = 996,1 x 0,02 x0,53

8 ,365 x 10−4 = 10,55866 x104

8,365= 12622,42

Nu = 0,023x(Re)0,8x(Pr)0,4

= 0,023x(12622)0,8x(5,75)0,4

= 0,023x1904,475x2,0131

= 88,411

hi = 88,411 x0,6105

0,02 = 2690,745W/m2 oC

SPEED 1 IISPEED 3 II, 3 III

Tw rata-rata = 27+29

2 = 28 oC

ρ = 995,9 kg/m3

µ = 8,2768 x 10-4 kg/ms

k = 0,6114 w/m.k

Cp = 4176,8 J/kg.k

Pr = 5,68

Re = (ρ x d i xV )

µ

V = F

ln . di7

4 =

10−3

614

x 3,14 x (0,02)2 = 0,53m/s

Re = 995,9 x0,02 x0,53

8,2768 x 10−4 = 10,55659 x 104

8,2768= 12754,373

Nu = 0,023x(Re)0,8x(Pr)0,4

= 0,023x(12754,373)0,8x(5,68)0,4

= 0,023x1925,428x2,0032

= 88,711

hi = 88,711 x0,6114

0,02 = 2711,895W/m2 oC

R12

SPEED 1 I

Trata-rata = TF2+TF3

2 =

98+292

=63,5 oC = 146,3 oF

Cp = 388,33 J/kg oCKL = 0,02255 W/m oCµL = 0,784 kg/ms

ρ L = 1034,1 kg/msρ V = 95,969 kg/m3

hfg = 133,498 kJ/kg

hfg’ = hfg + 0,68 Cp ΔTx

= 133,498 kJ/kg + 0,68 x 388,331000

kJ/kg oC x 2oC

= 134,0261 kJ/kg

h0 = 0,75[K L

3 x ρL ( ρL−ρV ) hfg'

μL xd0 x ΔT x

]14

= 0,75 [(0,0255)3 x 9,8 x1034,1 (1034,1−95,964 )134,0261 x103

0,784 x0,2 x2]

14

= 0,75 [46591325,49]14

= 0,75x82,6183 W/m2 oC= 61,9637 W/m2 oC

SPEED 1II, 2I, 2II, 3III, 3I


2 =

108+312

=69,5 oC = 157,1 oF


ρ L = 1000 kg/msρ V = 114,416 kg/m3

hfg = 124,804 kJ/kg


= 124,804 kJ/kg + 0,68 x 388,371000

kJ/kg oC x 2oC

= 125,332 kJ/kg

h0 = 0,75[K L


μL xd0 x ΔT x

]14

= 0,75 [(0,021)3 x 9,8 x 10 00 (1000−114,416 )125,332 x103

0,755 x 0,2 x 2]

14

= 0,75 [33355599,33]14

= 0,75x75,99625 W/m2 oC= 56,997 W/m2 oC

SPEED 1III


2 =

109+312

=69 oC = 156,2 oF


ρ L = 1002,69 kg/msρ V = 109,89 kg/m3

hfg = 125,29 kJ/kg


= 125,29 kJ/kg + 0,68 x 388,337

1000 kJ/kg oC x 2oC

= 126,071 kJ/kg

h0 = 0,75[K L


μL xd0 x ΔT x

]14

= 0,75 [(0,0219 5)3 x 9,8 x10 02,69 (1002,69−109,89 )126,0571 x103

0,7 1933 x0,2 x2]

14

= 0,75 [40649353,13]14

= 0,75x79,84788 W/m2 oC= 59,8859 W/m2 oC

SPEED 1 I


2 =

109+322

=70 ,5 oC = 158,9 oF

Cp = 388,337 J/kg oCKL = 0,0217 W/m oCµL = 0.86379 kg/ms

ρ L = 994 kg/msρ V = 117,78 kg/m3

hfg = 123,1965 kJ/kg


= 123,1965 kJ/kg + 0,68 x 388,337

1000 kJ/kg oC x 2oC

= 123,724 kJ/kg

h0 = 0,75[K L


μL xd0 x ΔT x

]14

= 0,75 [(0,0217)3 x 9,8 x994 (994−117,78 )123,724 x 103

0,86379 x 0,2 x 2]

14

= 0,75 [3123133958]14

= 0,75x74,75627 W/m2 oC= 56,067 W/m2 oC

SPEED 1 I


2 =

98+292

=63,5 oC = 146,3 oF


ρ L = 992,851 kg/msρ V = 116,279 kg/m3

hfg = 124,08 kJ/kg


= 124,08 kJ/kg + 0,68 x 388,337

1000 kJ/kg oC x 2oC

= 128,6081 kJ/kg

h0 = 0,75[K L


μL xd0 x ΔT x

]14

= 0,75 [(0,02177)3 x 9,8 x992,851 (992,851−116,279) 124,08 x103

0,7 5529 x 0,2 x 2]

14

= 0,75 [36294856,78]14

= 0,75x77,617789 W/m2 oC= 58,2133 W/m2 oC

Perhitungan 9

ΔT1 = T F 3+T W 7

= 2 oCΔT2 = T F 2

+T W 8 = 70 oC

ΔTLMTD = ΔT 2−ΔT 1

lnΔT 1

ΔT 2

= 70−2ln 35

=19,126oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12698,745

+0,11625 ln

0,10,01

2x 3,14 x386,085+

0,1766250,471

161,9637

= 1

3,7054 x10−4+2,2369 x10−4+60,519−4

= 104

66,4613

= 150,4635 W/m2 oC

q = µ0 x Aox ΔTLMTD

= 150,4635x0,471x19,126= 1355,427W

SPEED 1 IIΔT1 = T F 3

+T W 7 = 4 oC

ΔT2 = T F 2+T W 8

= 79 oC


lnΔT 1

ΔT 2

= 79−4ln35

= 25,141oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12712,001

+0,176625 ln

0,10,01

2 x 3,14 x386,0 75+

0,1766250,471

156,997

= 1

3,6873 x 10−4+2,2369 x 10−4+65,7929−4

= 104

7 1,7171

= 139,4367 W/m2 oC


= 139,4367x0,471x25,141= 1651,127W

SPEED 1IIIΔT1 = T F 3

+T W 7 = 4oC

ΔT2 = T F 2+T W 8

= 79 oC


lnΔT 1

ΔT 2

= 79−4ln35

=25,141oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12698,745

+0,17 625 ln

0,10,01

2x 3,14 x386,085+

0,1766250,471

154,8859

= 1

3,7054 x10−4+2,2369 x10−4+62,619−4

= 104

68,5613

= 145,8548 W/m2 oC


= 145,8548x0,471x25,141= 1727,127W

SPEED 2I, 2II, 2III, 3IΔT1 = T F 3

+T W 7 = 4oC

ΔT2 = T F 2+T W 8

= 80 oC


lnΔT 1

ΔT 2

= 80−4ln20

= 25,369oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12698,2 5

+0,17 625 ln

0,10,01

2 x3,14 x 386,085+

0,1766250,471

156 ,99 7

= 1

3,7054 x10−4+2,2369 x10−4+65,7929 x10−4

= 104

71,7352

= 139,4015 W/m2 oC


= 139,4015x0,471x25,369= 1665,6805W

SPEED 3IIΔT1 = T F 3

+T W 7 = 5oC

ΔT2 = T F 2+T W 8

= 80 oC


lnΔT 1

ΔT 2

= 80−5ln 16

= 27,05oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12712,001

+0,17 625 ln

0,10,01

2 x 3,14 x386,0 75+

0,1766250,471

156,067

= 1

3,6873 x 10− 4+2,2369 x 10−4+66,884 x10−4

= 104

72,8082

= 137,347 W/m2 oC


= 137,347x0,471x27,05= 1749,876W

SPEED 3IIIΔT1 = T F 3

+T W 7 = 4 oC

ΔT2 = T F 2+T W 8

= 80 oC


lnΔT 1

ΔT 2

= 80−4ln20

= 25,364oC

µ0 =

1

1hi

+Ai ln

ro

ri

2 π KL

+A i

Ao

1ho

=

1

12712,001

+0,17 625 ln

0,10,01

2 x 3,14 x386,085+

0,1766250,471

158,2133

= 1

3,6873 x 10− 4+2,2369 x 10−4+64,4182 x 10−4

= 104

70,3424

= 142,1617 W/m2 oC


= 142,1617x0,471x25,369= 1698,6615W

laporan heat exchanger baru arif edit

Documents