laproran resmi perpindahan panas

i

LAPORAN RESMI

MATERI : PERPINDAHAN PANAS

KELOMPOK : 8 / Rabu

ANGGOTA : 1. Adimas Wahyu Santoso Putro (21030110120063)

2. Bagus Agang Sudrajat (21030110120048)

3. Elsa Ferranda Istiqomah (21030110130114)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2012

ii

LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN RESMI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi : Perpindahan Panas

Kelompok : 8 / Rabu

Anggota : 1. Adimas Wahyu Santoso Putro

2. Bagus Agang Sudrajat

3. Elsa Ferranda Istiqomah

Semarang, 13 Desember 2012

Mengesahkan,

Dosen Pembimbing

Dr. Hadiyanto, ST., MSc.

NIP.197510281999031004

http://tekim.undip.ac.id/staf/hadiyanto

iii

INTISARI

Perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari tentang perpindahan panas antara

sumber panas dan penerima panas. Tujuan dari percobaan ini adalah mampu merangkai

aliran searah maupun lawan arah, mengukur dan mengkalibrasi alat, menghitung harga Ui,

Uo, Uc, Ud dan Rd dari alat serta memberikan rekomendasi terhadap Heat Exchanger

berdasarkan nilai Rd yang di dapat.

Prinsip percobaan ini adalah mencari overall heat transfer coefficient (U) pada alat

HE dengan variabel skala flowrate. Besarnya panas yang ditransfer dapat dihitung dengan

mengetahui suhu fluida masuk yang dirancang secara single pass dan dioperasikan secara

co-current dan counter current.

Percobaan dimulai dengan merangkai alat dengan aliran co-current dan counter

current. Heater dinyalakan lalu dioperasikan kemudian mengatur skala pada rotameter hot

fluid. Setiap skala rotameter dicatat flowratenya, pengamatan tiap variabel skala rotameter

dilakukan dalam selang waktu 1 menit selama 10 menit dimulai dari menit ke-0. Data-data

yang diperlukan antara lain Thi, Tho, Tci, Tco dan flowrate hot fluid. Jika ingin mengubah

arah aliran fluida, pompa dan heater dimatikan terlebih dahulu. Setelah operasi selesai,

pompa dimatikan dan rangkaian dikembalikan seperti semula.

Berdasarkan hasil percobaan, untuk aliran co-current dengan flowrate 9,2x10-5

m3/ s,

1,2x10-4

m3/ s, 1,4x10

-4 m

3/ s, 1,7x10

-4 m

3/ s, 1,9x10

-4m

3/ s, nilai ΔTLMTD = {28.09358;

28.805741; 16.510393; 28.243862; 28.243862}oC, Qh={2777.3; 2827.8; 2871.3; 2925.3;

2963.6}J/s, Ui={625.92; 669.58; 738.18; 794.99; 820.73} J/m2.s.

oC, Uo={574.63; 614.72;

677.7; 729.86; 753.48} J/m2.s.

oC, Uc={1453; 1955.2; 1960; 2362.9; 2654.1} W/m.

oC,

Ud={600.274; 642.148; 707.94; 762.423; 787.104} W/m.oC, Rd={0.00104581; 0.00098934;

0.00097768; 0.0008937; 0.0008014}. Untuk aliran counter current dengan flowrate yang

sama didapatkan, nilai ΔTLMTD={28.390265; 15.755529; 29.66535; 18.56441; 13.418861}oC,

Qh={2815.6; 2876.5; 2900.9; 2995; 3043.7}J/s, Qc={612.92; 609.44; 799.23; 835.8;

1041.3}J/s, Ui={626.11; 754.78; 834.9; 848.91; 924.71}J/m2.s.

oC, Uo={574.81; 692.94;

766.5; 779.36; 848.94}, Uc={1454.9; 1593.2; 2259.3; 2365.4; 2534.2}W/m.oC,

Ud={600.463; 723.856; 800.7; 814.137; 886.826}W/m.oC, Rd={0.00097806; 0.00093888;

0.00080553; 0.00073302; 0.00062123}. Nilai Ui, Uo, dan Ud counter current lebih besar

daripada co-current, nilai Uc dan Rd co-current lebih besar daripada counter current, nilai

Rd mengalami penurunan pada pada counter current maupun co-current seiring kenaikan

flowrate hot fluid, nilai Rd pada percobaan baik pada co-current maupun counter current

lebih kecil daripada nilai Rd toleransi sehingga dapat disimpulkan HE masih layak untuk

digunakan. Dalam perhitungan hubungan persamaan Nusselt, Reynold dan Prandtl

berdasarkan hasil percobaan didapatkan nilai 𝛼 = 0,2 p = 0,388, q = 1,4024

Saran dalam percobaan ini adalah berhati-hati dalam mengatur flowrate hot fluid,

pemasangan selang untuk aliran co-current dan counter current harus dilakukan dengan

benar, serta mencegah kebocoran dengan melakukan kalibrasi terlebih dahulu sebelum aliran

hot fluid dan cold fluid mulai dialirkan.

iv

SUMMARY

Heat transfer is the study of heat transfer between the heat source and the heat

receiver. The purpose of this experiment was able to assemble the flow direction and the

opposite direction, to measure and calibrate the instrument, calculate the price of Ui, Uo, Uc,

Ud and Rd of the tool and provide recommendations based on the value of the Heat

Exchanger Rd in the can.

The principle of this experiment is to find overall heat transfer coefficient (U) in the

HE devices with variable flowrate scale. The amount of heat transferred can be calculated by

knowing the temperature of incoming fluid designed and operated in a single pass co-current

and counter-current.

The experiment began by assembling the device with co-current flow and counter

current. Heater is turned on and operated then set the scale on the rotameter hot fluid. Every

note flowratenya rotameter scale, each variable scale rotameter observation made in 1

minute intervals for 10 minutes starting at minute 0. The data required include Thi, Tho, Tci,

Tco and hot fluid flowrate. If you want to change the direction of fluid flow, pump and heater

turned off. Once the operation is complete, the pump is turned off and the circuit restored.

Based on the experimental results, for the co-current flow with a flowrate 9.2 x10-

5m

3/s, 1.2 x10

-4 m

3/s, 1.4 x10

-4 m

3/s, 1.7 x10

-4 m

3/s, 1.9 x10

-4 m

3/s, the value ΔTLMTD =

{28.09358; 28.805741; 16.510393; 28.243862; 28.243862} oC, Qh = {2777.3; 2827.8;

2871.3; 2925.3; 2963.6} J / s, Ui = {625.92; 669.58; 738.18 ; 794.99; 820.73} J/m2.s.

oC, Uo

= {574.63; 614.72; 677.7; 729.86; 753.48} J/m2.s.

oC, Uc = {1453; 1955.2; 1960; 2362.9;

2654.1} W/m.oC, Ud = {600,274; 642,148; 707.94; 762,423; 787 104} W/m.

oC, Rd =

{0.00104581; 0.00098934; 0.00097768; 0.0008937; 0.0008014}. In order to counter current

flow with the same flowrate obtained, the value ΔTLMTD = {28.390265; 15.755529; 29.66535;

18.56441; 13.418861} oC, Qh = {2815.6; 2876.5; 2900.9; 2995; 3043.7} J/s, Qc = {612.92;

609.44; 799.23; 835.8; 1041.3} J/s, Ui = {626.11; 754.78; 834.9; 848.91; 924.71} J/m2.s.

oC,

Uo = {574.81; 692.94; 766.5; 779.36; 848.94}, Uc = {1454.9; 1593.2; 2259.3; 2365.4;

2534.2} W/m.oC, Ud = {600,463; 723,856; 800.7; 814,137; 886 826} W/m.

oC, Rd =

{0.00097806; 0.00093888; 0.00080553; 0.00073302; 0.00062123}. Value Ui, Uo, and Ud

counter current is greater than the co-current, and the value of Uc Rd co-current is greater

than counter current, Rd values decreased in the counter current and co-current with

increasing flowrate of hot fluid, the value of Rd in experiments in both co-current and counter

current is less than the value of Rd tolerance so that it can be concluded HE is still feasible to

use. In calculating the correlation equation Nusselt, Reynolds and Prandtl based on the

experimental results obtained value of α = 0.2 p = 0.388, q = 1.4024

Suggestions in this experiment is carefully set flowrate of hot fluid, hose fitting for co-

current flow and counter current to be done properly, and to prevent leakage by prior

calibration flow of hot fluid and cold fluid began to flow.

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta

hidayah-Nya, sehingga penyusunan Laporan Resmi Perpindahan Panas ini dapat terselesaikan

dengan baik.

Penyusunan Laporan Resmi Perpindahan Panas ini berdasarkan data-data yang

penyusun peroleh selama melakukan praktikum, buku – buku pedoman, dan keterangan dari

pembimbing.

Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Resmi Perpindahan Panas ini

tidak lepas dari dukungan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini praktikan

menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Ir. Diyono Ikhsan.S.U. selaku Penanggung Jawab Laboratorium Operasi Teknik Kimia.

2. Dr. Hadiyanto, ST., M.Sc selaku dosen pembimbing praktikum Perpindahan Panas

Laboratorium Operasi Teknik Kimia.

3. Broto Dhegdo Haris Pranoto, selaku Asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia yang

telah membimbing kami dalam penyusunan Laporan Perpindahan Panas ini.

Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak

kekurangan, karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan, untuk itu kritik dan saran

yang membangun dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan Laporan Resmi

Perpindahan Panas ini. Demikian kata pengantar ini penyusun buat, semoga dapat bermanfaat,

khususnya bagi penyusun dan pembaca pada umumnya

Semarang, 13 Desember 2012

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

Halaman Judul ....................................................................................................................... i

Lembar Pengesahan ............................................................................................................... ii

Intisari .................................................................................................................................... iii

Summary ................................................................................................................................ iv

Kata Pengantar ....................................................................................................................... v

Daftar Isi ................................................................................................................................ vi

Daftar Gambar ....................................................................................................................... vii

Daftar tabel ............................................................................................................................ viii

BAB I Pendahuluan ........................................................................................................... 1

I.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1

I.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 1

I.3 Tujuan Percobaan ........................................................................................... 1

I.4 Manfaat Percobaan ......................................................................................... 2

BAB II Tinjauan Pustaka ..................................................................................................... 3

II.1 Teori Perpindahan Panas ................................................................................ 3

II.2 Jenis-Jenis Perpindahan Panas ...................................................................... 4

II.3 Azas Black ..................................................................................................... 5

II.4 Overall Coefficient Heat Transfer (U) .......................................................... 5

II.5 Pengertian Ui, Ud, Uo, Uc ............................................................................ 6

II.6 Pemilihan Fluida Pada Shell dan Tube ......................................................... 7

II.7 Penjabaran Rumus ΔTLMTD ........................................................................... 8

II.8 Kelebihan dan Kekurangan Aliran Co-Current dan Counter Current ........... 10

BAB III Metode Percobaan .................................................................................................. 11

III.1 Alat dan Bahan ............................................................................................. 11

III.2 Variabel Percobaan ...................................................................................... 11

III.3 Gambar Alat Utama ..................................................................................... 11

III.4 Respon .......................................................................................................... 11

III.5 Data yang Dibutuhkan ................................................................................. 12

III.6 Prosedur Percobaan. ..................................................................................... 12

BAB IV Hasil Percobaan dan Pembahasan .......................................................................... 13

IV.1. Hasil Percobaan ........................................................................................... 13

vii

IV.2. Pembahasan ................................................................................................. 14

BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 22

V.1. Kesimpulan .................................................................................................. 22

V.2. Saran ............................................................................................................. 22

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 23

LAMPIRAN

LAPORAN SEMENTARA

LEMBAR PERHITUNGAN

REFERENSI

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1Gambar Rangkaian Alat Utama Praktikum Perpindahan Panas ......................... 11

ix

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1.a. Data Skala, Flowrate, Suhu, ΔTLMTD Aliran Co-Current ................................ 13

Tabel IV.1.b. Data Skala, Qh, Ui, Uo, Ud, Uc, Aliran Co-Current ....................................... 13

Tabel IV.2.a. Data Skala, Flowrate, Suhu, ΔTLMTD, Aliran Counter Current ........................ 13

Tabel IV.2.b. Data Skala, Qh, Ui, Uo, Ud, Uc, Aliran Counter Current ............................... 14

PERPINDAHAN PANAS

1 laboratorium unit operasi teknik kimia 2012

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Heat transfer adalah ilmu yang mempelajari tentang kecepatan perpindahan panas

dari sumber panas (heat body) ke penerima panas (cold body). Manfaat ilmu ini adalah

untuk membantu merancang alat yang berhubungan dengan panas atau preheater,

misalnya cooler, condenser, reboiler, dan evaporator.

Pada Industri setelah alat preheater dirancang kemudian dibutuhkan parameter-

parameter seperti faktor kekotoran yang mengindikasikan layak atau tidak suatu alat

penukar panas ( Heat Exchanger) digunakan dan kapan alat tersebut perlu dibersihkan

(cleaning).

Dengan diketahuinya masih layak atau tidak suatu alat perpindahan panas yang

dapat diketahui dari perhitungan suhu fluida panas masuk (Thi),suhu fluida panas

keluar(Tho),suhu fluida dingin masuk (thi), dan suhu fluida dingin keluar (tho)

berdasarkan pengamatan maka dengan perhitungan neraca panas dapat mendesain alat

penukar panas(Heat Exchanger).

I.2 Rumusan Masalah

Pada praktikum ini akan dipelajari pengaruh jenis aliran yang berbeda dan

kenaikan skala flowrate pada aliran hot fluid terhadap parameter yang mempengaruhi

proses perpindahan panas. Jenis aliran yang kami gunakan yaitu aliran co-current dan

counter current serta flowrate yang kami gunakan yaitu 9,2 × 10-5

m3/s, 1,2 × 10

-4m

3/s,

1,4 × 10-4

m3/s, 1,7 × 10

-4 m

3/s dan 1,9 × 10

-4 m

3/s. Parameter proses perpindahan panas

yang akan kami hitung berdasarkan data perubahan suhu saat praktikum berlangsung

yaitu Ui, Uo, Uc, Ud, dan Rd.

I.3 Tujuan Percobaan

1. Mampu merangkai dengan benar hubungan rangkaian searah maupun lawan arah.

2. Dapat menghitung luas perpindahan panas (Ao & Ai) berdasarkan data ukuran pipa.

3. Mampu menghitung nilai Uo dan Ui berdasarkan neraca panas.

4. Mampu menghitung Uc dan Ud.

5. Mampu menggambar grafik hubungan flowrate vs U (Uc, Ud, Uo, Ui).

PERPINDAHAN PANAS


6. Mampu mencari koefisien α, p, q, dan hubungan persamaan perpindahan panas yang

digunakan dengan bilangan Nusselt, Reynold, dan Prandtl berdasarkan rumus:

hD

k= α

Dvρ

μ

p

cpµ

k

q

7. Mampu memberikan rekomendasi terhadap heat exchanger yang digunakan berdasar

nilai Rd yang didapat.

I.4 Manfaat Percobaan

Manfaat percobaan ini adalah untuk membantu memahami dasar perancangan

alat-alat yang berhubungan dengan panas, misalnya cooler, condenser, reboiler, dan

evaporator.

PERPINDAHAN PANAS


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Teori Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang kecepatan

perpindahan panas diantara sumber panas (hot body) dan penerima panas (cold body).

Salah satu hubungan ini adalah untuk membantu kita dalam perancangan alat yang

berhubungan dengan panas, misalnya cooler, heater, condenser, reboiler, dan evaporator.

Percobaan yang dilaksanakan dengan alat Heat Transfer Bench T.D. 36 yang

merupakan alat penukar panas Shell and Tubes dimana alat tersebut terdiri dari 1 shell

dan 5 tubes yang dirancang dengan sistem single pass dapat dioperasikan secara searah

maupun lawan arah baik fluida panas dan fluida dingin dilewatkan shell maupun tube.

Sebagai fluida panas, sebelumnya dioperasikan maka dibuat dahulu melalui hot

tank dengan pemanas listrik. Sebagai fluida dingin sebelum dioperasikan dibuat dahulu

melalui tangki yang merupakan refrigerator.

Prinsip percobaan tersebut adalah akan mencari besarnya overall heat transfer

coefficient (U) pada alat tersebut dengan berbagai variasi kecepatan fluida panas maupun

fluida dingin yang dialirkan pada heat enchanger tersebut.

Besarnya panas yang ditransfer dapat dihitung dengan mengetahui perubaahan

suhu dari fluida masuk dan keluar pada kecepatan tertentu. Sedangkan pada suhu rata-rata

logaritma dapat dihitung dari perubahan suhu masuk dan keluar, baik dari fluida panas

maupun dingin.

Dengan persamaan: q=U.A.ΔTLMTD dapat dihitung harga U dimana besarnya A

dihitung dari ukuran alat penukar panas tersebut. Dari berbagai variasi perubahan

kecepatan aliran dapatlah dibuat/dibaca adanya perubahan harga U terhadap perubahan

kecepatan aliran.

Untuk mengetahui jumlah panas yang dipindahkan dipakai heat exchanger (HE).

Ada beberapa jenis heat exchanger, yaitu :

1. Shell and tube heat exchanger

2. Double pipe heat exchanger

3. Extended purpose heat exchanger

4. Cool inbox coals heat exchanger

5. Air cool heat exchanger

PERPINDAHAN PANAS


Yang umum dipakai adalah shell and tube heat exchanger karena:

1. Memiliki luas permukaan perpindahan panas per satuan volume yang besar

2. Ukuran relatif kecil terhadap hot dry yang besar

3. Untuk area yang kecil cukup dengan double pipe

4. Aliran fluida dapat diatur dengan co-current maupun counter current

5. Terjadi perpindahan panas secara konveksi (antara shell dan fluida) dan konduksi

(antara dinding-dinding shell).

Perpindahan panas yang terjadi di heat exchanger akan didahului dengan panas

yang terjadi di masing-masing pipa dan tergantung pada sifat bahan dan diameter pipa.

Makin besar diameter pipa makin besar perpindahan panasnya. Biasanya panas yang

melewati dinding secara keseluruhan ditentukan oleh koefisien luas maupun dalam.

Untuk konduksi ditentukan oleh tebal pipa dan bahan pipa. Hantaran panas heat

exchanger ditentukan oleh koefisien perpindahan panas secara menyeluruh (U).

II.2 Jenis-jenis Perpindahan Panas

Menurut cara penghantar dayanya, perpindahan panas dibedakan menjadi :

1. Konduksi

Merupakan perpindahan panas yang terjadi karena molekul-molekul dalam zat

bersinggungan, dimana besarnya kecepatan perpindahan panas :

Q = k. A.∆T

∆x

dengan Q = kecepatan perpindahan panas secara konduksi (Btu/jam)

A = luas perpindahan panas (ft2)

k = konduktivitas (Btu/ft.hr.oF)

ΔT = beda suhu antara permukaan panas dan dingin (oF)

Δx = tebal bahan yang dilalui panas (ft)

Berdasarkan hukum Fourier, besarnya Q tergantung pada :

besar kecilnya konduktivitas (k)

berbanding lurus dengan beda suhu (ΔT)

2. Konveksi

Merupakan perpindahan panas disebabkan adanya gerakan atom/molekul suatu

gas/cairan yang bersinggungan dengan permukaan.

Persamaannya : Qc = h. A. (Ts − Tv)

dengan Qc = laju perpindahan panas konveksi (Btu/hr)

PERPINDAHAN PANAS


h = koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/hr.ft2.oF)

A = luas perpindahan panas (ft2)

Ts = suhu permukaan batang (oF)

Tv = suhu solubility (oF)

3. Radiasi

Merupakan gelombang perpindahan panas karena adanya perbedaan suhu dan

berlangsung secara gelombang elektromagnetik tanpa perantara.

Persamaannya : Qr = C.F.A (T14-T2

4) = 0,171

T1

100

4

− T2

100

4

dengan Qr = energi perpindahan panas reaksi (Btu/jam)

c = konstanta Stefan Boltzman

F = faktor panas (emitifitas bahan)

A = luas bidang (ft2)

T1 = suhu mutlak

T2 = suhu mutlak

II.3 Azas Black

Azas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh

Joseph Black. Azas ini menjabarkan :

Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas

memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda

panas

Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap

bila dipanaskan

Bunyi Azas Black adalah sebagai berikut :

“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih

tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah.”

Dirumuskan : Qh = Wh.Cph (Th1-Th2)

Qc = Wc.Cpc (Tc2-Tc1)

PERPINDAHAN PANAS


II.4 Overall Coefficient Heat Transfer (U)

Hal yang sangat penting untuk menganalisa alat penukar panas adalah koefisien

perpindahan panas menyeluruh (U). Koefisien ini merupakan ukuran dari alat penukar

panas dalam hal memindahkan panas. Untuk harga U yang besar maka kecepatan

perpindahan panas akan besar, namun sebaliknya jika U kecil maka kecepatan

perpindahan panas harganya kecil.

Bila dalam alat penukar panas kedua fluida dalam alat penukar panas dipisahkan

dalam bidang datar maka U dapat dinyatakan dalam bentuk :

U =1

1hi

+ xk +

1ho

hi = koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi kiri

ho = koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi kanan

x = tebal dinding

k = konduktivitas panas bahan dinding

Harga U tergantung pada :

1. Tebal dinding, semakin tebal dinding harga U semakin kecil dan panas yang

ditransfer juga semakin kecil

2. Daya hantar panas

3. Beda suhu, semakin besar beda suhu maka U semakin besar

4. Luas bidang permukaan panas.

II.5 Pengertian Ui, Uo, Ud, Uc

Bila kedua fluida dibatasi oleh dinding pipa yang jari-jari di dalamnya ri dan jari-

jari luarnya ro maka U dapat dituliskan dalam bentuk :

UO =1

1ho

+ro

kln

ro

ri +

ro

ri

1hi

Ui =1

1hi

+ri

kln

ro

ri +

ri

ro

1hi

Uo dan Ui masing-masing adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh

berdasarkan luas permukaan pipa bagian luar dan bagian dalam. Rumus Uo dan Ui di atas

hanya berlaku hanya untuk pipa atau permukaan yang bersih (clean surface).

PERPINDAHAN PANAS


Fouling factor (Rd)

Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di

permukaan heat exchanger yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan heat

transfer. Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan

proses biologi. Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat

exchanger. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga

disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis

fluida yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti

akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau memperngaruhi

temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan atau mempengaruhi koefisien

perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.

Penyebab terjadinya fouling :

Adanya pengotor berat yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi atau coke.

Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi kerak keras.

Akibat fouling :

Mengakibatkan kenaikan tahanan heat transfer, sehingga meningkatkan biaya, baik

investasi, operasi maupun perawatan.

Ukuran heat exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu

shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat.

Faktor pengotoran (fouling factor) dapat dicari persamaan :

Rd =UC − UD

UC . UD

dengan UC = hio xho

hio +ho dan UD =

Q

A.∆T

dimana UC = koefisien perpindahan panas menyeluruh bersih

UD = koefisien perpindahan panas menyeluruh (design)

hio = koefisien perpindahan panas pada permukaan luar tube

ho = koefisien perpindahan panas fluida di luar tube

II.6 Pemilihan Fluida Pada Shell dan Tube

Fluida bertekanan tinggi dialirkan di dalam tube karena tube standar cukup kuat

menahan tekanan yang tinggi.

PERPINDAHAN PANAS


Fluida berpotensi fouling dialirkan di dalam tube agar pembersihan lebih mudah

dilakukan.

Fluida korosif dialirkan di dalam tube karena pengaliran di dalam shell membutuhkan

bahan konstruksi yang mahal yang lebih banyak.

Fluida bertemperatur tinggi dan diinginkan untuk memanfaatkan panasnya dialirkan di

dalam tube karena dengan ini kehilangan panas dapat dihindarkan.

Fluida dengan viskositas yang lebih rendah dialirkan di dalam tube karena pengaliran

fluida dengan viskositas tinggi di dalam penampang alir yang kecil membutuhkan

energi yang lebih besar.

Fluida dengan viskositas tinggi ditempatkan di shell karena dapat digunakan baffle

untuk menambah laju perpindahan.

Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam tube. Diameter tube yang kecil

menyebabkan kecepatan linier fluida (velocity) masih cukup tinggi, sehingga

menghambat fouling dan mempercepat perpindahan panas.

Fluida yang mempunyai volume besar dilewatkan melalui tube, karena adanya cukup

ruangan.

II.7 Penjabaran Rumus ΔTLMTD

Untuk mendesain alat penukar panas dan memperkirakan kemampuan alat

penukar panas maka harus ditampilkan hubungan antara total panas yang dipindahkan

dengan besaran yang lain misalnya suhu masuk dan suhu keluar dari kedua fluida, harga

koefisien perpindahan panas menyeluruh U dan luas perpindahan panas dari alat penukar

panas tersebut.

Panas yang dilepas oleh fluida panas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan :

Q = mh.Cph (Thi - Tho)

Panas tersebut secara keseluruhan diterima oleh fluida dingin yang dapat

dinyatakan dalam bentuk persamaan :

Q = mc.Cpc (Tco - Tci)

Panas yang dilepas oleh fluida panas dan diterima oleh fluida dingin dapat terjadi

karena adanya beda suhu ΔT = Th - Tc yang disebut beda suhu lokal antara fluida panas

dan fluida dingin pada suatu titik atau lokal tertentu, dimana dari ujung pemasukan

PERPINDAHAN PANAS


sampai ujung pengeluaran harga ΔT selalu berubah. Dengan menggunakan neraca energi,

dapat dirumuskan sebagai berikut.

dq = -mh.Cph.dTh = -Ch.dTh dimana mh.Cph = Ch

dq = mc.Cpc.dTc = Cc.dTc dimana mc.Cpc = Cc

Perpindahan panas melalui luasan dA dapat dinyatakan sebagai :

dq = U. T . dA

dimana ΔT = Th - Tc

d(ΔT) = dTh - dTc

dq = -Ch . dTh dTh = −dq

Ch

dq = Cc . dTc dTc = dq

Cc

dijumlahkan maka didapat : dTh + dTc = −dq 1

Ch−

1

Cc

d(ΔT) = −dq 1

Ch−

1

Cc

Substitusi dq = U . ΔT . dA, maka akan diperoleh :

d(ΔT) = U . ΔT . dA 1

Ch−

1

Cc

d(∆T)

∆T= −U

1

Ch+

1

Cc . dA

Diintegralkan sepanjang alat penukar panas didapatkan :

d(∆T)

∆T= −U

2

1

1

Ch+

1

Cc . dA

2

1

ln(∆T2)

(∆T1)= −U. A

1

Ch+

1

Cc

Substitusi Ch = q

Thi −Tho dan Cc =

q

Tco −Tci

ln(∆T2)

(∆T1)= −U. A

Thi − Tho

q+

Tco − Tci

q

ln(∆T2)

(∆T1)= −

U. A

q Thi − Tci − Tho − Tco

dimana T1 = Thi - Tci dan T2 = Tho - Tco

Maka didapat q = U . A ∆T2−∆T1

ln ∆T2

∆T1

Sehingga ΔTm = ΔTLMTD = ∆T2−∆T1

ln ∆T2

∆T1

= ∆T1−∆T2

ln ∆T1

∆T2

PERPINDAHAN PANAS


Perpindahan panas dari fluida panas ke fluida dingin tergantung pada beda suhu

rata-rata logaritma (LMTD), luas permukaan perpindahan panas (A), dan overall heat

transfer coefficient (U).

q = U . A . ΔTLMTD

persamaan ini hanya berlaku untuk keadaan:

1. Cairan dalam keadaan steady state dan kecepatan aliran konstan

2. U dan A konstan

3. Cp konstan walau suhu berubah

4. Panas yang hilang di sekeliling di abaikan

5. Berlaku untuk co-current dan counter current

6. Tidak berlaku untuk aliran silang

7. Dalam sistem tidak ada perbedaan fase.

II.8 Kelebihan dan Kekurangan Aliran Co-Current dan Counter Current

1. Co-Current

Kelebihan

biasa dipakai dalam 1 fasa di multifase heat exchanger

dapat membatasi suhu maksimal fluida dingin

dapat mengubah salah satu fluida dengan cepat

Kekurangan

panas yang dihasilkan lebih kecil dibanding counter current

jarang dipakai dalam single pass heat exchanger

tidak mungkin didapat salah satu fluida yang keluar mendekati suhu masuk

fluida lain

2. Counter Current

Kelebihan

panas yang dihasilkan cukup besar dibandingkan co-current

suhu keluar dari salah satu fluida dapat mendekati suhu masuk fluida lain

bahan konstruksi lebih awet karena thermal stress-nya kecil

Kekurangan

tidak dapat dipakai untuk mengubah suhu fluida dengan cepat

kurang efisien jika dipakai untuk menaikkan suhu fluida dingin untuk batas

tertentu

PERPINDAHAN PANAS


BAB 3

METODE PERCOBAAN

III.1 Bahan dan Alat

A. Alat yang Digunakan

1. Shell and tube heat exchanger

2. Thermometer

3. Thermostat

4. Selang

B. Bahan yang Digunakan

1. Air

III.2 Penetapan Variabel Percobaan

A. Variabel tetap

1. Flowrate cold fluid : 25,2 Liter/menit = 4,2 × 10-4

m3/s

B. Variabel berubah

1. Flowrate hot fluid : 9,2 × 10-5

m3/s, 1,2 × 10

-4m

3/s, 1,4 × 10

-4 m

3/s, 1,7 × 10

-4

m3/s dan 1,9 × 10

-4 m

3/s

2. Jenis Aliran : Co-Current dan Counter Current

III.3 Gambar Alat Utama

Gambar 3.1 Gambar Rangkaian Alat Utama Praktikum Perpindahan Panas.

III.4 Respon

Perbedaan suhu fulida panas masuk dan keluar.

Perbedaan suhu fluida dingin masuk dan keluar.

PERPINDAHAN PANAS


III.5 Data Percobaan yang Dibutuhkan

1. Jenis aliran: Co-current dan counter current

2. Flowrate hot fluid: 9,2 × 10-5

m3/s, 1,2 × 10

-4m

3/s, 1,4 × 10

-4 m

3/s, 1,7× 10

-4 m

3/s dan

1,9× 10-4

m3/s.

3. Perubahan suhu pada flowrate tertentu, baik hot atau cold fluid tiap 1 menit selama

10 menit (Thi, Tho, Tci, Tco)

4. Hitung besarnya TLMTD, Ui, Uo, Ud, Uc, dan Rd berdasarkan data diatas lalu

buatlah grafik hubungan dengan flowrate hot fluid.

III.6 Prosedur Percobaan

1. Nyalakan heater dan unit refrigerasi pada hot dan cold tank. Atur knop thermostat

sesuai suhu yang ingin dicapai pada hot tank.

2. Pasang thermometer pada aliran masuk dan keluar HE untuk cold fluid dan hot fluid.

3. Pompa dalam keadaan mati, hubungkan keempat flexible hose dengan socket yang

ada di atas bench. Periksa sekali lagi apakah aliran hot/cold fluid sudah sesuai

variabel percobaan. Jaga jangan sampai aliran hot fluid dihubungkan silang dengan

cold fluid karena akan merusak alat.

4. Setelah semua terpasang, cek kebocoran dengan cara menyalakan hot dan cold

pump. Jika terjadi kebocoran, matikan hot dan cold pump dan ulangi langkah nomor

3 hingga tidak terjadi kebocoran.

5. Setelah tidak terjadi kebocoran tunggu suhu pada hot dan cold tank tercapai,

kemudian nyalakan hot dan cold pump.

6. Dengan valve pengatur flowrate, aturlah aliran hot dan cold fluid yang masuk.

7. Setelah flowrate sesuai, operasi mulai dijalankan dan catat data perubahan suhu

setiap 1 menit selama 10 menit.

8. Variabel yang di variasikan dalam percobaan ini adalah:

a. Jenis aliran : co-current dan counter current

b. Flowrate hot fluid : 9,2 × 10-5

m3/s, 1,2 × 10

-4 m

3/s, 1,4 × 10

-4 m

3/s, 1,7×

10-4

m3/s dan 1,9 × 10

-4 m

3/s.

9. Bila percobaan telah selesai, matikan kedua pompa, heater dan unit refrigerasi.

Lepaskan flexible hose dan thermometer.

PERPINDAHAN PANAS


BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Pecobaan

IV.1.1 Aliran Co-Current

Tabel IV.1.a. Data Skala, Flowrate, Suhu, ΔTLMTD Aliran Co-Current

skala

Flowrate Suhu (oC) ΔT

l/menit (m3/s) Thi Tho Tci Tco

(LMTD) oC

1 5.5 9.17E-05 41.60 34.35 8.35 10.85 28.093583

2 7 0.000117 41.55 35.75 8.45 10.85 28.805741

3 8.5 0.000142 34.10 29.25 13.9 15.95 16.510393

4 10 0.000167 40.50 36.30 9.15 10.95 28.243862

5 11.5 0.000192 33.15 29.45 14.20 15.80 16.155364

Tabel IV.1.b. Data Skala, Qh, Qc, Ui, Uo, Ud, Uc Aliran Co-Current

Skala Qh(J/s) Qc(J/s) Ui(J/m3.s.

oC) Uo(J/m

3.s.

oC) Ud(W/m.

oC) Uc(W/m.

oC)

1 2777.3 957.69 625.92 574.63 600.274 1453

2 2827.8 1170.1 669.58 614.72 642.148 1955.2

3 2871.3 1213.7 738.18 677.7 707.94 1960

4 2925.3 1253.7 794.99 729.86 762.423 2362.9

5 2963.6 1281.6 820.73 753.48 787.104 2654.1

IV.1.2 Aliran Counter Current

Tabel IV.2.a. Data Skala, Flowrate, Suhu, ΔTLMTD Aliran Counter Current

Skala Flowrate Suhu (

oC) ΔT

l/menit (m3/s) Thi Tho Tci Tco (LMTD)oC

1 5.5 9.17E-05 41.45 34.10 8.35 9.95 28.390265

2 7 0.000117 33.85 27.95 14.25 15.50 15.755529

3 8.5 0.000142 41.65 36.75 8.75 10.10 29.66535

4 10 0.000167 35.00 30.70 13.55 14.75 18.56441

5 11.5 0.000192 32.05 28.25 15.92 17.22 13.418861

PERPINDAHAN PANAS


Tabel IV.2.b. Data Skala, Qh, Qc, Ui, Uo, Ud, Uc Aliran Counter Current

Skala Qh(J/s) Qc(J/s) Ui(J/m3.s.

oC) Uo(J/m

3.s.

oC) Ud(W/m.

oC) Uc(W/m.

oC)

1 2815.6 612.92 626.11 574.81 600.463 1454.9

2 2876.5 609.44 754.78 692.94 723.856 1593.2

3 2900.9 799.23 834.9 766.5 800.7 2259.3

4 2995 835.8 848.91 779.36 814.137 2365.4

5 3043.7 1041.3 924.71 848.94 886.826 2534.2

IV. 2 Pembahasan

1. Pengaruh Flowrate terhadap Ui

Grafik IV.1 Hubungan Flowrate vs Ui

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar flowrate dari hot fluid maka

semakin besar pula harga Ui baik pada aliran co-current maupun counter current. Hal ini

disebabkan karena Ui berbanding lurus dengan flowrate. Hal tersebut dijelaskan dengan

persamaan berikut:

Ui = Qh /Ai . ΔTLMTD … (1)

Qh = vh . Cph . ΔTh . ρ … (2)

ΔTLMTD =ΔT1−ΔT2

lnΔT1ΔT2

… (3)

ΔT1 = Thi-Tci (co-current) , ΔT1 = Thi-Tco (counter current) …(4)

ΔT2 = Tho-Tco(co-current), ΔT2 = Tho-Tci (counter current) …(5)

Dimana Ai = luas pipa bagian dalam(m2)

vh = flowrate hot fluid panas (m3/s)

0100200300400500600700800900

1000

9.16667E-05 0.000116667 0.000141667 0.000166667 0.000191667

Ui Counter Current

Ui Co-Current

Grafik Hubungan Flowrate vs Ui

Flowrate (m3/s)

Ui

(J/s

m2

oC

)

PERPINDAHAN PANAS


Qh = panas yang diberikan hot fluid

ΔTh = selisih suhu hot fluid (0C)

ΔTLMTD = beda suhu rata-rata logaritma (oC)

ρ = densitas (kg/m3)

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai Ui counter current hampir sama dengan co-

current. Hal tersebut dikarenakan pada percobaan ini fluida yang dilewatkan melalui tube

adalah fluida panas yang berarti pada percobaan terjadi proses pendinginan. Proses

pendinginan akan menyebabkan perubahan suhu yang kecil pada fluida dingin dan fluida

panas akan menjadi cepat dingin walaupun flowrate fluida panas semakin cepat dan aliran

yang dipasang berbeda(searah dan lawan arah).

2. Pengaruh Flowrate Terhadap Uo

Grafik IV.2 Grafik Hubungan Flowrate vs Uo

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar flowrate dari hot fluid maka

semakin besar pula harga Uo baik pada variabel co-current maupun counter current. Hal ini

disebabkan karena Uo berbanding lurus dengan flowrate. Hal tersebut dijelaskan dengan

persamaan berikut:

Uo = Qh /Ao . ΔTLMTD … (1)

Qh = vh . Cph . ΔTh . ρ … (2)

ΔTLMTD =ΔT1−ΔT2

lnΔT1ΔT2

… (3)

ΔT1 = Thi-Tci (co-current) , ΔT1 = Thi-Tco (counter current) …(4)

ΔT2 = Tho-Tco(co-current), ΔT2 = Tho-Tci (counter current) …(5)

Dimana Ao = luas pipa bagian luar (m2)

vh = flowrate hot fluid panas (m3/s)

Qh = panas yang diberikan hot fluid

ΔTh = selisih suhu hot fluid (0C)

ΔTLMTD = beda suhu rata-rata logaritma (oC)

ρ = densitas (kg/m3)

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai Uo counter current hampir sama dengan co-

current. Hal tersebut dikarenakan pada percobaan ini fluida yang dilewatkan melalui tube


0100200300400500600700800900

1000

9.16667E-05 0.000116667 0.000141667 0.000166667 0.000191667

Uo Counter Current

Uo Co-Current

Grafik Hubungan Flowrate vs Uo

Flowrate (m3/s)

Uo

(J/s

m2

oC

)

PERPINDAHAN PANAS





3. Pengaruh Flowrate terhadap Ui dan Uo

Grafik IV.3 Hubungan Flowrate vs Ui dan Uo

Dari grafik data hasil percobaan tampak bahwa nilai Ui lebih besar daripada nilai Uo

baik pada co-current maupun counter current untuk flowrate yang sama (Ui = koefisien

perpindahan panas pada pipa bagian dalam, Uo = koefisien perpindahan panas pada pipa

bagian luar). Hal ini dikarenakan pengaruh luas perpindahan panas dimana:

Ai = 5. π. ID. L

Ao = 5. π. OD. L

Dengan harga L tetap dan OD (0,0219964 m) > ID (0,020193 m) maka akan diperoleh

Ao yang lebih besar daripada Ai sesuai hubungan:

𝑈𝑖 = 𝑄ℎ /𝐴𝑖 . 𝛥𝑇𝐿𝑀𝑇𝐷 dan 𝑈𝑜 = 𝑄ℎ /𝐴𝑜 . 𝛥𝑇𝐿𝑀𝑇𝐷

Harga A berbanding terbalik dengan U sehingga semakin besar A maka harga U yang

diperoleh akan semakin kecil, dengan Ai < Ao maka Ui > Uo.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

9.16667E-05 0.000116667 0.000141667 0.000166667 0.000191667

Uo Counter Current

Uo Co-Current

Ui Co-Current

Ui Counter Current

Grafik Hubungan Flowrate vs Ui dan Uo

Flowrate (m3/s)

U (

J/s

m2

oC

)

PERPINDAHAN PANAS


4. Pengaruh flowrate terhadap nilai Uc dan Ud

Grafik IV.4 Hubungan Flowrate vs Uc dan Ud

Pada grafik dapat dilihat semakin besar flowrate hot fluid maka semakin besar pula

harga U yang diperoleh (Uc maupun Ud) baik pada co-current maupun counter current. Hal

tersebut disebabkan kenaikan flowrate fluida panas mengurangi pendinginan atau dapat

dikatakan transfer panas dari fluida panas ke fluida dingin menjadi lebih cepat dan

meningkatkan harga U. Hal ini dijelaskan dengan persamaan:

U . A . ΔTLMTD= vh. ρh . Cph. ΔT

Dimana, U = koefisien perpindahan panas

vh = laju alir fluida panas

ΔT = perubahan suhu

𝛥𝑇𝐿𝑀𝑇𝐷 = beda suhu rata-rata logaritma (oC)

ρ = densitas

Cph = kalor jenis

Dari persamaan tersebut dapat dilihat bahwa U berbanding lurus dengan flowrate (vh).

Sehingga semakin besar flowrate hot fluid dalam HE maka semakin besar pula harga U yang

diperoleh. Selain itu, adanya kerak yang terakumulasi dalam HE juga akan memperlambat

laju alir sehingga harga Ud yang diperoleh lebih kecil daripada Uc.

Dari grafik dapat dilihat bahwa nilai Uc dan Ud counter current hampir sama dengan

co-current. Hal tersebut dikarenakan pada percobaan ini fluida yang dilewatkan melalui tube



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

9.16667E-05 0.000116667 0.000141667 0.000166667 0.000191667

Uc Counter CurrentUc Co-CurrentUd Co-CurrentUd Counter Current

Grafik Hubungan Flowrate vs Uc dan Ud

Flowrate (m3/s)

U (

J/s

m2

oC

)

PERPINDAHAN PANAS




5. Faktor kekotoran (Fouling Factor atau Scale Factor)

Grafik IV.5 Hubungan Flowrate vs Rd

Berdasarkan grafik di atas faktor pengotoran (Rd) cenderung semakin turun dengan

meningkatnya flowrate. Semakin tinggi flowrate, semakin kecil kemungkinan terbentuknya

kerak karena pada aliran yang cepat waktu tinggal cairan akan semakin cepat sehingga kecil

kemungkinan timbulnya kerak dari cairan tersebut.

Rd co-current lebih besar daripada counter current karena harga Uc counter current

sedikit lebih kecil daripada co-current sementara Ud counter current sedikit lebih besar

daripada co-current sehingga menyebabkan harga Rd-nya menjadi lebih kecil. Hal ini dapat

dijelaskan melalui persamaan berikut:

𝑅𝑑 =1

𝑈𝑑−

1

𝑈𝑐=

𝑈𝑐 − 𝑈𝑑

𝑈𝑐 . 𝑈𝑑

Namun pada flowrate hot fluid 2,33x10-4

m3/s Rd counter current lebih besar daripada

co-current. Hal tersebut disebabkan terdapatnya akumulasi kerak dalam Heat Exchanger yang

mempengaruhi koefisien perpindahan panasnya sehingga mempengaruhi besar faktor

kekotoran.

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

9.16667E-05 0.000116667 0.000141667 0.000166667 0.000191667

Rd toleransi

Rd Co-current

Rd Counter Current

Flowrate (m3/s)

Rd

Grafik Hubungan Flowrate vs Rd

PERPINDAHAN PANAS


Dari hasil perhitungan harga Rd counter current dan co-current dapat disimpulkan

bahwa alat masih layak digunakan dikarenakan harga Rd yang didapat masih berada pada

batas nilai Rd toleransi yaitu 0,003 (Kern, Process Heat Transfer Page 108).

6. Mencari Koefisien α, p dan q Dengan Cara Numerik

Peristiwa perpindahan panas disini terjadi dengan cara gabungan konduksi dan

konveksi, tidak ada perubahan fase dan tidak ada radiasi yag signifikan. Persamaan:

ℎ𝐷

𝑘= 𝛼

𝐷𝑣𝜌

𝜇 𝑝

𝑐𝑝µ

𝑘 𝑞

Merupakan rumus utama dari Bilangan Nusselt (Nu) yaitu rasio perpindahan panas

konveksi dan konduksi normal terhadap batas dalam kasus perpindahan panas konveksi dan

konduksi normal terhadap batas dalam kasus perpindahan panas pada permukaan fluida. Nilai

α, p dan q dapat dihitung dengan cara numerik.

Untuk mendapatkan nilai-nilai konstanta α, p dan q maka diperlukan 3 persamaan. Oleh

karena itu, diambil nilai-nilai Bilangan Nusselt, Prandtl dan Reynold dari 3 skala rotameter

pada jenis aliran counter current.

Skala 3 :

ℎ𝑖𝐷𝑖

𝑘= 𝛼

𝐷𝑣𝜌

𝜇 𝑝

𝑐𝑝µ

𝑘 𝑞

18616 Wm2 °C . 0,0209133 m

0.6238 (W/m 0C) = α 7612,7 p 5,0531 q

624,1 = α 7612,7 p 5,0531 q

log 624,1 = log α + p log 7612,7 + q log 5,0531

2,795 = log α + 3,8815 p + 0,7036 q … (1)

Skala 2:

21056 Wm2 °C . 0,0209133 m

0,6171 (W/m 0C) = α 8848,7 p 5,3199 q

713,57 = α 8848,7 p 5,3199 q

log 713,57 = log α + + p log 8848,7 q log 5,3199

2,853 = log α + 3,95 p + 0,726q … (2)

PERPINDAHAN PANAS


Skala 4:

25782 Wm2 °C . 0,0209133 m

0,6205(W/m 0C) = α 13206 p 5,5961 q

868.955 = α 13206 p 5,5961 q

log 868.955 = log α + p log 13206 + q log 5,5961

2,94 = log α + 4,12 p + 0,75 q … (3)

Eliminasi nilai log α dari persamaan (1) dan (2) serta (2) dan (3)

2,853 = log α + 3,95p + 0,726q … (2)

2,795 = log α + 3,8815 p + 0,7036 q … (1)

Menjadi 𝟎, 𝟎𝟓𝟖 = 𝟎, 𝟎𝟔𝟖𝟓 𝒑 + 𝟎, 𝟎𝟐𝟐𝟒 𝒒 . . . (4)

2,94 = log α + 4,12 p + 0,75 q … (3)

2,853 = log α + 3,95 p + 0,726 q … (2)

Menjadi 𝟎, 𝟎𝟖𝟕 = 𝟎, 𝟏𝟕𝟎 𝒑 + 𝟎, 𝟎𝟐𝟒 𝒒 … (5)

Eliminasi nilai p dari persamaan (4) dan (5) untuk mendapatkan nilai q

0.058 = 0,0685 𝑝 + 0,0224 𝑞 … (4)

0,087 = 0,170 𝑝 + 0,0240 𝑞 … (5)

Diperoleh hasil q = 1,4024

Substitusi nilai q ke persamaan (5) sehingga didapatkan p = 0,388

Substitusi nilai p dan q ke persamaan (2) sehingga didapatkan nilai 𝛂 = 𝟎, 𝟐

Pembuktian nilai 𝛂 = 𝟎, 𝟐; p = 0,388; q = 1,4024 ke persamaan (2):

hiDi

k= α

Dvρ

μ

p

cpµ

k

q

18616 Wm2 °C . 0,0209133 m

0,6238 (W/m 0C) = 0,2. 7612,7 0,388 5,0531 1,4024

868,959 = 821,91

868,959 = 868,959

Dari literature yang ada untuk aliran counter current, harga 𝛂 = 𝟎, 𝟑𝟔; p = 0,55; q = 0,33

yang dijelaskan melalui persamaan:

PERPINDAHAN PANAS


hoDc

k= 0,36

DcGs

μ

0,55

cpµ

k

0,33

(Reff: Kern, persamaan hal 137)

Dari hasil percobaan yang didapatkan, diperoleh %error α = 44,44%, p = 29,45% dan q =

33,71%.

PERPINDAHAN PANAS


BAB V

KESIMPULAN

V.1 Kesimpulan

1. Kenaikan laju alir akan meningkatkan nilai Ui, Uo, Uc, Ud, dan Qh baik pada co-

current ataupun counter current.

2. Koefisien perpindahan panas bersih (Uc) lebih besar daripada koefisien perpindahan

panas kotor (Ud) baik pada aliran co-current maupun counter current.

3. Koefisien perpindahan panas U berbanding lurus dengan Q, dimana Q di pengaruhi

oleh flowrate.

4. Harga Ui lebih besar daripada Uo baik pada aliran co-current maupun counter current.

5. Rd deposited lebih kecil daripada Rd allowed yang berarti bahwa alat belum saatnya

dibersihkan.

V.2 Saran

1. Pemasangan selang harus benar-benar rapat dan kuat agar tidak terjadi kebocoran

2. Pembacaan suhu harus cermat dan teliti.

3. Pembacaan skala flowrate harus cermat dan teliti.

4. Usahakan alat dalam keadaan kering agar tidak terjadi kontak dengan arus listrik

PERPINDAHAN PANAS


DAFTAR PUSTAKA

Brown, G. G. 1976. Unit Operations, Moderns Asia Edition. John Willey and Sons Inc. New

York.

Holman,J.D.1997. “Perpindahan Kalor”,edisi ke-6, Jakarta: Erlangga.

Kern, D. G. 1980. Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Co. Ltd. Kogakusha, Tokyo.

Marsoem, “Modul Alat Penukar Panas”, Jurusan Teknik Kimia UNDIP, hal 9 dan 17.

McAdam, William H. 1959. Heat Transmittion. McGraw Hill Book Co. Ltd. Kogakusha,

Tokyo.

Perry, R.H and Chilson, “Chemical Engineering Handbook”, 5th

ed, Mc Graw Hill Book.

LAPORAN SEMENTARA

Hari, Tanggal : Rabu, 7 November 2012

Materi : Perpindahan Panas

Kelompok : 8/Rabu

Anggota : Adimas Wahyu Santoso Putro

Bagus Agang Sudrajat

Elsa Ferranda Istiqomah

Hasil Percobaan

Co-Current

t

(menit)

5 L/menit 7 L/menit

Thi Tho Tci Tco Thi Tho Tci Tco

1 46 36 7 9 46 38 5.5 8.5

2 45 35 7 9 45 37 6 9

3 44 35 7 9 44 36 7 9.5

4 43 34 7.5 9 43 35 7.5 10

5 42 33 8 10 42 34.5 8 10

6 41 32.5 8.5 10.5 41 34 8.5 11

7 40 32 9.5 11.5 40 33 9.5 11.5

8 39 32 10 12.5 39 32 10 12.5

9 38 31 11.5 14 38 32 11 13

10 38 31 12 14 37.5 31 11.5 13.5

8.5 L/menit 10 L/menit 11.5 L/menit

Thi Tho Tci Tco Thi Tho Tci Tco Thi Tho Tci Tco

36 31 12.5 14.5 45 38 6 9 35 31 12.5 14

35.5 31 13 15 44 38 6.5 10 34.5 31 13 15

35 30 13.5 15 43 37 7 10 34 30.5 13.5 15

34.5 30 14 15.5 42 35.5 7.5 10 33.5 30 14 15.5

34 30 14.5 16 41 35 8 10 33 30 14 16

34 30 15 16 40 34.5 8.5 10.5 33 30 14.5 16

33.5 29.5 15 16.5 39 34 9 11 32.5 30 15 16.5

33 29 15 17 38 33 10 12 32 29 15 16.5

33 29 15.5 17 37 32 10.5 13 32 29 15 16.5

32.5 29 15.5 17 36 32 11.5 14 32 29 15.5 17

Counter Current

t

(menit)

5 L/menit 7 L/menit


1 45.5 35 6 8.5 36.5 30.5 12 13

2 44.5 35 6.5 8.5 36 30 12.5 13.5

3 43.5 34 7 9 35 29.5 13.5 14.5

4 43 34 7 9 34.5 29.5 14 15

5 42 33 8 9.5 34 29 14 15.5

6 41 32.5 8.5 10 33.5 28.5 14.5 16

7 40 32 9 10.5 33 28 15 16.5

8 39 31 10 11 32.5 27.5 15.5 16.5

9 38.5 31 10.5 11.5 32 27 15.5 17

10 37.5 31 11 12 31.5 26.5 16 17.5



45 37 6 8.5 37 32 11.5 13 33 30 15.5 16.5

44.5 37 7 9 36.5 32 12 13.5 33 29.5 15.5 16.7

43.5 36 8 9 36 31 13 14 32.5 29.5 16 17

43 35.5 8 9.5 35.5 31 13 14.5 32 29 16 17

42 35 8 10 35 30.5 13.5 15 32 29 16.5 17

41 34.5 8.5 10 35 30.5 14 15 32 29 16.5 17.5

40.5 34 9 10.5 34.5 30 14 15 32 29 16.5 17.5

39.5 33 9.5 11 34 30 14.5 15.5 31.5 28.5 16.5 17.5

39 33 10 11.5 33.5 30 15 16 31.5 28.5 17 17.5

38.5 32 10.5 12 33 30 15 16 31 28.5 17.5 18

Praktikan Asisten

Adimas S.P Bagus A.S Elsa F.I Broto Dhegdo Haris P

LEMBAR PERHITUNGAN

Data Heat Exchanger

1. Flowrate cold fluid = 24.5 L/menit = 4.2x10-4

m3/s = 53.39 ft

3/hr

2. Skala rotameter hot fluid = 1,3,4,5,6

3. Panjang heat exchanger = 23.6 in = 59.994 = 1.966 ft

4. Jumlah tube heat exchanger = 5

5. Diameter dalam (Di) = 0.795 in = 2.0193 cm = 0.06625 ft

6. Diameter luar (Do) = 0.866 in = 2.19964 cm = 0.07216 ft

7. Luas dalam pipa (Ai) = 5𝜋DiL = 1900.405 cm2 = 0.19004 m

2

8. Luas luar pipa (Ao) = 5𝜋DoL = 2070.09 cm2 = 0.207 m

2

Perhitungan Flowrate Hot Fluid

Skala

Flowrate

(L/menit)

1 5,5

2 7

3 8.5

4 10

5 11.5

1. Perhitungan ∆𝑻LMTD(℃)

Co-Current

t

(menit)

5 L/menit 7 L/menit


1 46 36 7 9 46 38 5.5 8.5

2 45 35 7 9 45 37 6 9

3 44 35 7 9 44 36 7 9.5

4 43 34 7.5 9 43 35 7.5 10

5 42 33 8 10 42 34.5 8 10

6 41 32.5 8.5 10.5 41 34 8.5 11

7 40 32 9.5 11.5 40 33 9.5 11.5

8 39 32 10 12.5 39 32 10 12.5

9 38 31 11.5 14 38 32 11 13

10 38 31 12 14 37.5 31 11.5 13.5

rata-

rata 41.6 34.35 8.35 10.85 41.55 35.75 8.45 10.85



36 31 12.5 14.5 45 38 6 9 35 31 12.5 14

35.5 31 13 15 44 38 6.5 10 34.5 31 13 15

35 30 13.5 15 43 37 7 10 34 30.5 13.5 15

34.5 30 14 15.5 42 35.5 7.5 10 33.5 30 14 15.5

34 30 14.5 16 41 35 8 10 33 30 14 16

34 30 15 16 40 34.5 8.5 10.5 33 30 14.5 16

33.5 29.5 15 16.5 39 34 9 11 32.5 30 15 16.5

33 29 15 17 38 33 10 12 32 29 15 16.5

33 29 15.5 17 37 32 10.5 13 32 29 15 16.5

32.5 29 15.5 17 36 32 11.5 14 32 29 15.5 17

34.1 29.25 13.9 15.95 40.5 36.3 9.15 10.95 33.15 29.45 14.2 15.8

Untuk Aliran Co-Current ∆𝑇LMTD = 𝑇ℎ𝑖−𝑇𝑐𝑖 −(𝑇ℎ𝑜−𝑇𝑐𝑜)

𝑙𝑛(𝑇ℎ𝑖−𝑇𝑐𝑖 )

(𝑇ℎ𝑜−𝑇𝑐𝑜 )

Skala Flowrate suhu (

oC) ΔT

l/menit (m3/s) Thi Tho Tci Tco (LMTD)

1 5,5 9,17E-05 41,60 34,35 8,35 10,85 28,093583

2 7 0,000117 41,55 35,75 8,45 10,85 28,805741

3 8,5 0,000142 34,10 29,25 13,9 15,95 16,510393

4 10 0,000167 40,50 36,30 9,15 10,95 28,243862

5 11,5 0,000192 33,15 29,45 14,20 15,80 16,155364

Counter Current

t

(menit)

5 L/menit 7 L/menit


1 45.5 35 6 8.5 36.5 30.5 12 13

2 44.5 35 6.5 8.5 36 30 12.5 13.5

3 43.5 34 7 9 35 29.5 13.5 14.5

4 43 34 7 9 34.5 29.5 14 15

5 42 33 8 9.5 34 29 14 15.5

6 41 32.5 8.5 10 33.5 28.5 14.5 16

7 40 32 9 10.5 33 28 15 16.5

8 39 31 10 11 32.5 27.5 15.5 16.5

9 38.5 31 10.5 11.5 32 27 15.5 17

10 37.5 31 11 12 31.5 26.5 16 17.5

rata-

rata 41.45 34.1 8.35 9.95 33.85 27.95 14.25 15.5



45 37 6 8.5 37 32 11.5 13 33 30 15.5 16.5

44.5 37 7 9 36.5 32 12 13.5 33 29.5 15.5 16.7

43.5 36 8 9 36 31 13 14 32.5 29.5 16 17

43 35.5 8 9.5 35.5 31 13 14.5 32 29 16 17

42 35 8 10 35 30.5 13.5 15 32 29 16.5 17

41 34.5 8.5 10 35 30.5 14 15 32 29 16.5 17.5

40.5 34 9 10.5 34.5 30 14 15 32 29 16.5 17.5

39.5 33 9.5 11 34 30 14.5 15.5 31.5 28.5 16.5 17.5

39 33 10 11.5 33.5 30 15 16 31.5 28.5 17 17.5

38.5 32 10.5 12 33 30 15 16 31 28.5 17.5 18

41.65 36.75 8.75 10.1 35 30.7 13.55 14.75 32.0

5

28.2

5

15.9

2

17.2

2

Untuk Aliran Counter Current ∆𝑇LMTD = 𝑇ℎ𝑖−𝑇𝑐𝑖 −(𝑇ℎ𝑜−𝑇𝑐𝑜)

𝑙𝑛(𝑇ℎ𝑖−𝑇𝑐𝑖 )

(𝑇ℎ𝑜−𝑇𝑐𝑜 )

Skala Flowrate Suhu (

oC) ΔT

l/menit (m3/s) Thi Tho Tci Tco (LMTD)

1 5,5 9,17E-05 41,45 34,10 8,35 9,95 28,390265

2 7 0,000117 33,85 27,95 14,25 15,50 15,755529

3 8,5 0,000142 41,65 36,75 8,75 10,10 29,66535

4 10 0,000167 35,00 30,70 13,55 14,75 18,56441

5 11,5 0,000192 32,05 28,25 15,92 17,22 13,418861

2. Perhitungan Sejumlah Panas yang Diberikan

𝜌 = 995 kg/m3

Cph = 4200 j/kgoC

Co-Current

a) Qh = wh.Cph. ∆𝑇ℎ= 𝜌.Cph. ∆𝑇ℎ. 𝑣h

Skala Flowrate

ΔTh Qh l/menit (m

3/s)

1 5,5 9,17E-05 7,25 2777,29

2 7 0,000117 5,80 2827,79

3 8,5 0,000142 4,85 2871,32

4 10 0,000167 4,20 2925,3

5 11,5 0,000192 3,70 2963,61

b) Qc = wc. Cpc. ∆𝑇𝑐= 𝜌. Cpc. ∆𝑇𝑐. 𝑣c

Skala Flowrate

ΔTc Qc l/menit (m

3/s)

1 5,5 9,17E-05 2,50 957,688

2 7 0,000117 2,40 1170,12

3 8,5 0,000142 2,05 1213,65

4 10 0,000167 1,80 1253,7

5 11,5 0,000192 1,60 1281,56

Counter Current

a) Qh = Qh = wh. Cph. ∆𝑇ℎ= 𝜌. Cph. ∆𝑇ℎ. 𝑣h

Skala Flowrate

ΔTh Qh l/menit (m

3/s)

1 5,5 9,17E-05 7,35 2815,6

2 7 0,000117 5,90 2876,55

3 8,5 0,000142 4,90 2900,92

4 10 0,000167 4,30 2994,95

5 11,5 0,000192 3,80 3043,71

b) Qc = wc. Cpc. ∆𝑇𝑐= 𝜌. Cpc. ∆𝑇𝑐. 𝑣c

Skala Flowrate

ΔTc Qc l/menit (m

3/s)

1 5,5 9,17E-05 1,60 612,92

2 7 0,000117 1,25 609,44

3 8,5 0,000142 1,35 799,23

4 10 0,000167 1,20 835,8

5 11,5 0,000192 1,30 1041,3

3. Perhitungan Harga Ui, Uo, dan Ud

Q = U.A. ∆𝑇LMTD

Ui = 𝑄ℎ

𝐴𝑖 .∆𝑇LMTD

Uo = 𝑄ℎ

𝐴𝑜 .∆𝑇LMTD

Ud = 𝑈𝑖+𝑈𝑜

2

Co-Current

Skala Flowrate harga U

l/menit (m3/s) Ui Uo Ud

1 5.5 9.16667E-05 625.915224 574.63251 600.273866

2 7 0.000116667 669.5776093 614.71753 642.14757

3 8.5 0.000141667 738.1805803 677.6997 707.940139

4 10 0.000166667 794.9915936 729.85605 762.423822

5 11.5 0.000191667 820.7262788 753.48223 787.104255

Counter Current

Skala Flowrate harga U

l/menit (m3/s) Ui Uo Ud

1 5.5 9.16667E-05 626.1125548 574.81367 600.463113

2 7 0.000116667 754.7758217 692.93525 723.855537

3 8.5 0.000141667 834.9030347 766.49745 800.700244

4 10 0.000166667 848.9134403 779.35995 814.136696

5 11.5 0.000191667 924.7077073 848.94422 886.825962

4. Perhitungan Uc ℎ𝐷

𝑘 = C [

𝐷𝐺

𝑘]

0.8[𝐶𝜇

𝑘]

1/3[

𝜇

𝜇𝑤]

0.14

jH = 𝐷𝐺

𝑘 [

𝐶𝜇

𝑘]

-1/3[

𝜇

𝜇𝑤]0.14

h = jH 𝑘

𝐷 [

𝐶𝜇

𝑘]1/3

[𝜇

𝜇𝑤]0.14

(Kern, Process Heat transfer, page 103-104)

[𝜇

𝜇𝑤]

0.14 = 1

Di = 0,06625 ft

Do = 0. 07216 ft

de = 4 ( 𝑃𝑡2−

𝜋 𝑑𝑜2

4)

𝜋 𝑑𝑜

= 4 ( 1.24𝑖𝑛2−

𝜋 𝑥0.866 2

4)

𝜋 0.866 = 0.3486 in (Kern, Eq.7.4)

De = 0,3486 𝑖𝑛

12 = 0.029 ft (Kern, Eq.7.3)

PT = 3.15 cm = 0.1046 ft = 1.24015 in

Pi = 20 cm = 0.656168 ft

C = 0.95 cm = 0.031167 ft

W = m h = 𝜌 v

𝜇 = ( kern, fig 14)

𝜌 = ( Holman, table A-9)

c = (kern, fig 2)

k = (kern, table 4)

Hot Fluid: shell side, water

1. Flowrate

as =𝐼𝐷 .𝐶.𝐵

144 𝑃𝑇 (Kern, Eq.7.1)

= 0.0625 𝑓𝑡 𝑥 0.031167 𝑓𝑡 𝑥 0.656168 𝑓𝑡

0.193346 𝑓𝑡

= 0.01236 ft2

2. Mass vel

Gs = 𝑤

𝑎𝑠 =

𝜌 𝑣

𝑎𝑠 (Kern, Eq.7.2)

3. Res=𝐷𝑒 𝐺𝑠

𝜇 ( Kern, Eq.7.3)

4. jH (Kern, Fig. 2)

5. [𝐶𝜇

𝑘]

1/3

6. ho = jH 𝑘

𝐷𝑒 [

𝐶𝜇

𝑘]1/3∅s ( Kern, Eq.6.15a)

∅s = [𝜇

𝜇𝑤]0.14

= 1

Cold Fluid: tube side, water

1. at = 0.945 (Kern, Table 10)

a’t = 𝑁𝑡 𝑎′𝑡

144 𝑛 (Kern, Eq.7.38)

=5 𝑥 0.495

144 𝑥 1

= 0.0171875 ft2

2. Mass Vel

Gt = 𝑤

𝑎′𝑡 =

𝜌 𝑣

𝑎′𝑡 (Kern, Eq.7.2)

3. Res= 𝐷𝑒 𝐺𝑡

𝜇 ( Kern, Eq.7.3)

4. jH (Kern, Fig. 2)

5. [𝐶𝜇

𝑘]

1/3

6. ho = jH 𝑘

𝐷𝑒 [

𝐶𝜇

𝑘]1/3∅t ( Kern, Eq.6.15b)

∅t = [𝜇

𝜇𝑤]0.14

= 1

7. ℎ𝑖𝑜

∅𝑡 =

ℎ𝑖

∅𝑡 x

𝐼𝐷

𝑂𝐷 (Kern, Eq.6.5)

8. Uc = ℎ𝑖𝑜 .ℎ𝑖

ℎ𝑖𝑜+ℎ𝑖 (Kern, Eq.6.38b)

Co-Current


Flowrate Tho Densitas Viskositas K Pr Re

l/menit (m3/s) (

oC) kg/m3 kg/m.s W/m.oC

5.5 9.17E-05 33.15 994.5822 0.000751 0.6242 5.02131 7657.3

7 0.000117 34.25 994.2063 0.000658 0.6256 4.90459 11122

8.5 0.000142 29.85 993.8114 0.000806 0.6192 5.43173 11026

10 0.000167 34.9 993.9842 0.000725 0.6264 4.83561 14415

11.5 0.000192 29.95 993.7771 0.000804 0.6193 5.41858 14948

Cp JH GS Ho Hi hio Uc Rd

4172.6624 30 9893.7 1587.92 18630 17103 1453 0.001045

4663.4424 41 12587 2157.99 22659 20801 1955.2 0.000989

4174.8108 40 15278 2155.95 23489 21563 1960 0.000977

4177.8371 50 17978 2622.73 25982 23852 2362.9 0.000894

4174.6626 55 20670 2962.82 27743 25468 2654.1 0.000801

Counter Current


Flowrate Tho Densitas Viskositas K Pr Re

l/menit (m3/s) (

oC) kg/m3 kg/m.s W/m.oC

5.5 9.17E-05 32.85 994.6847 0.000756 0.6238 5.05315 7612.7

7 0.000117 28.6 994.2393 0.000827 0.6171 5.59614 8848.7

8.5 0.000142 34.7 994.0525 0.000728 0.6261 4.85683 12204

10 0.000167 30.7 993.5204 0.000791 0.6205 5.31993 13206

11.5 0.000192 29.05 994.0852 0.000819 0.6179 5.53695 14672

Cp JH GS Ho Hi hio Uc Rd

4171.7025 30 9894.7 1590.31 18618 17092 1454.9 0.0009781

4176.1758 32 12588 1736.29 21056 19329 1593.2 0.0009388

4177.2838 48 15282 2520.48 23750 21803 2259.3 0.0008055

4173.359 49 17969 2628.63 25728 23619 2365.4 0.000733

4175.7864 52 20676 2814.81 27692 25422 2534.2 0.0006212

DIPERIKSA KETERANGAN

TANDA

TANGAN NO TANGGAL

1 14 Desember 2012 Yang perlu dibenarkan :

- Cover, hal IV,5,6,11,13,14,15,16,22

- Lapsem lembar kedua

- Lembar perhitungan lembar pertama, kedua,

ketiga, kelima, dan keenam.

laproran resmi perpindahan panas

Documents