BAB I

PENDAHULUAN

A. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN

1. Maksud

Adapun maksud dari percobaan ini adalah untuk mengenal dan

melihat perbedaan antara dua jenis aliran yaitu Aliran Searah dan

Berlawanan Arah pada alat penukar panas, serta pengaruhnya pada suhu

yang dihasilkan pada fluida.

2. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

Untuk mempelajari dasar –dasar penukar panas.

Untuk menghitung neraca panas dari alat penukar panas.

Untuk menghitung koefisien pemindahan panas keseluruhan dari

alat penukar panas.

Untuk menghitung efisiensi penukar panas.

Untuk mempelajari hubungan antara bilangan reynold dengan

karakteristik penukar panas.

B. LATAR BELAKANG

Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa

Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan

perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai

pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated

steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas

dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung

secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida

terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung

begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang

minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi,

pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah

radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara

sekitar.

Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi

tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya

disusun suatu anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas

permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus

sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai

perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.

Alat penukar panas (heat exchanger) merupakan suatu alat yang sangat

penting dalam proses pertukaran panas. Alat tersebut berfungsi untuk

memindahkan panas antara dua fluida yang berbeda temperatur dan dipisahkan

oleh suatu sekat pemisah.

Jenis Unit Heat Exchanger

Once Through System, air pendingin mengalir melalui unit heat exchanger dan

langsung dibuang.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. DEFENISI PERCOBAN

Penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang

memungkinkan perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas

maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat

panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling

water).

Alat penukar panas

Alat penukar panas konvensional seperti penukar panas pipa rangkap

(double pipe heat exchanger ) dan penukar panas cangkang buluh ( shell and tube

heat exchanger ) selama beberapa dekade mendominasi fungsi sebagai penukar

panas di industri. Perkembangan kemudian, karena tuntutan effisiensi energi,

biaya, serta tuntutan terhadap beban perpindahan panas yang lebih tinggi dengan

ukuran penukar panas yang kompak menjadi penting. Menanggapi hal itu, maka

dibuat suatu penukar panas kompak. Salah satu jenis penukar panas kompak

tersebuat adalah penukar panas Plate and frame Heat Exchanger.

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

Satu jenis penukar kalor ialah susunan pipa ganda. Dalam penukar kalor

jenis ini dapat digunakan aliran searah atau aliran lawan arah, baik dengan zat cair

panas maupun zat cair dingin terdapat dalam ruang annulus dan zat cair yang lain

di dalam pipa dalam. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam

standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan

kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua

mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar

panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan

operasi yang

tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis

selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

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

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang

dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel

(cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida

yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau

bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel

pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat

penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( baffle ). Ini bertujuan untuk

membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ),

namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan

menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan

panasnya harus diatur.

3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak

lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang

penyekat lunak (biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan

oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat( kebanyakan segi

empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida

dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain

mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.

B. PERKEMBANGAN SERTA PENGGUNAANNYA DALAM DUNIA

INDUSTRI

Penukar Panas, khususnya jenis shell-and-tube, merupakan peralatan yang

banyak dipergunakan di berbagai bidang industri, seperti perminyakan,

petrokimia, energi dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas,

sebagaimana namanya, adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke

fluida yang lainnya.

Salah satu parameter yang menentukan pemilihan suatu jenis penukar

panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas, yang pada umumnya

disebut efektivitas. Untuk satu ukuran penukar panas tertentu, efektivitas yang

tinggi menunjukkan semakin banyaknya fluks panas yang dapat dipindahkan

per satuan massa fluida. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu

rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas

tinggi senantiasa menjadi topik litbang di berbagai lembaga riset, universitas

ataupun industri di dunia.

BAB III

MATERI DAN METODA

A. MATERI

Adapun materi yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai

berikut:

1. Alat

Alat penukar panas dengan pipa ganda.

Thermometer

2. Bahan

Air

B. METODE

Adapun prosedur kerja dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

1. Alat penukar panas dihubungkan dengan sumber listrik dengan saklar pada

posisi “ON”.

2. Pompa air dihidupkan dan air dimasukkan kedalam tangki air panas dan

tangki air dingin hingga melimpah.

3. Pompa sirkulasi air panas dijalankan, dan diatur sirkulasinya, pastikan

tidak ada udara didalam pipa.

4. Kemudian, aliran dari air panas dan dingin dibuat menjadi aliran searah,

dengan laju air panas 90 kg/jam dan laju air dingin dibiarkan tetap pada

200 kg/jam.

5. Setelah suhu konstan, suhu dari thermometer dicatat pada data pengamatan

untuk T1 dan T2 thermometer air dingin dan t1 dan t2 untuk air panas.

6. Ganti laju alir air panas menjadi 180 kg/jam dengan laju air dingin 200

kg/jam. Catat kembali suhu pada thermometer untuk air panas dan air

dingin.

BAB V

ANALISA DATA

Untuk pararel flow

1. Menghitung (W) panas

Dik: w = 60 l/j ( robah jadi kg/jam)

Maka density air pada suhu 630C

Density (untuk panas 630C)

X−X1

X2−X 1

= Y −Y 1

Y 2−Y 1

6 3−626 4−62 =

Y−0,982170 ,98110−0,93321

12=

Y−0,98217−0,00107

-0,00107 = 2y – 1,96434

- 2Y = -1,96434 + 0,00107

= -1,96327

Y = −1,96327

−2

Y = 0,981635 gr/ml

Maka w = 60g x 0,981635 gr/ml

= 58,8981 kg/jam

2. Menghitung suhu rata-rata

a) t 1+t 2

2 = 63+51

2 = 570C

b)t 1+t 2

2 = 28+34

2 = 310C

3. Menghitung harga Vh (dari table kinematika air) = 570C

X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

57−5560−55 =

Y −0,005180,00480−0,00518

25=

Y −0,005180,00480−0,00518

25 =

Y−0,005180,00038

5Y – 0,0259 = - 0,00076

5Y = - 0,00076 + 0,0259

= 0,02514

Y = 0,02514

5

Y = 0,005028

Vh = 0,005028 x 10-4 m3/dtk

= 5,028 x 10-7 m3/dtk

4. Maka harga V ( dari table kinematika air) = 310C

X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

31−3035−30 =

Y −0,007960,00724−0,00796

15 =

Y−0,00796−0,00072

5Y – 0,0398 = - 0,00072

5Y = - 0,00072 + 0,0398

= 0,03908

Y = 0,03908

5

Y = 0,007816

V = 0,007816 x 10-4 m3/dtk

= 7,816 x 10-7 m3/dtk

5. Menghitung ∆t1, ∆t2 dan ∆tm

a. ∆t1 = T1 - t1 = 63 – 28 = 350C

b. ∆t2 = T2 - t2 = 51 – 34 = 170C

c. ∆tm = ∆ t 1−∆ t 2

¿∆ t 1∆ t 2

= 35−1 7

¿3 517

= 24,92720C

6. Menghitung ( Qw dan qw (kkal/jam))

a. Qw = w x cp x (T1 –t2)……………..( cp interpolasi)

Cp = X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

63−626 4−62 =

Y −0,45500,4418−0,4550

12 =

Y−0 ,4550−0,013 2

2Y – 0,91 = - 0,0132

2Y = - 0,0132 + 0,91

= 0,8968

Y = 0 ,8968

2 = 0,4484 L/kg 0C

Qw = 58,8981 x 0,4484 x (57-31)

= 209,2083 kkal/jam

qw = w x cp x (t1 – t2)

= 209,2083 x 0,8360 x (34-28)

= 1049,3886kkal/jam

7. Menghitung Rew dan rew

a. Rew = 7,584x 10-6 WV h

= 7,584 x 209,2083

7,816 .10−7

= 7,584 x 209,2083

7,816.10−7

= 24,3651.10−7

b. rew = 7,584 x 10-6 WV 1

= 7,584 x 10-6 209,2083 kg/ jam

7,816 X 10−7 m3/dtk

= 7,584 x 209,2083

0,7816

= 7,584 x 267,666

= 2029,9789

8. menghitung efisiensi (η¿

(η¿ = T 1−T 2T 1−t 1 x 100%

= 63−5 16 3−28 x 100%

= 1235 x 100%

= 34,28%

9. menghitung q, A dan U

a. q = Qw+qw

2

= 686,6575+1049,3886

2

= 868,0231 kkal/jam

b. A = 3,14 . 0,017+0,019

2

= 3,14 . 0,036

2

= 0,11304

2

= 0,05652 m2

c. U = q

A . ∆ tm

= −59,8743

0,05652 .8,1127

= −59,8743

0,4585

= 130,5873 kkal/m2 . jam 0C

Untuk counter flow

1. Menghitung (W) panas

Dik: w = 60 l/j ( robah jadi kg/jam)

Maka density air pada suhu 630C

Density (untuk panas 630C)

T−T 1

T 2−T 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

6 3−626 4−62 =

Y−0,982170,98110−0,98217

12=

Y−0,982170,98110−0,98217

12 =

Y−0,98217−0,00107

-0,00107 = 2y-1,96434

-2Y = -1,96434+0,00107

Y = −1,96327

−2

Y = 0,9816gr/ml

Maka w = 60 x 0,9816 kg/l

= 58,8981kg/jam

2. Menghitung suhu rata-rata

c) t 1+t 2

2 = 63+52,5

2 = 57,50C

d)t 1+t 2

2 = 28+34

2 = 310C

3. Menghitung harga Vh (dari table kinematika air) =

56,750C

X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

56,75−55

60−55 = Y −0,00518

0,00480−0,00518

1,75

5 = Y −0,00518

0,00480−0,00518

1,75

5 = Y−0,00518−0,00038

5Y – 0,0259 = - 0,000665

5Y = - 0,000665 + 0,0259

= 0,0252

Y = 0,0252

5

Y = 0,00504

Vh = 0,00504 x 10-4 m3/dtk

= 5,04 x 10-7 m3/dtk

4. Maka harga V1 ( dari table kinematika air) = 310C

X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

31−3035−30 =

Y −0,007960,00724−0,00796

15 =

y−0,00796−0,00072

5Y – 0,0398 = - 0,00072

5Y = - 0,00072 + 0,0398

= 0,03908

Y = 0,03908

5

Y = 0,007816

V = 0,007816 x 10-4 m3/dtk

= 7,816 x 10-7 m3/dtk

5. Menghitung ∆t1, ∆t2 dan ∆tm

a. ∆t1 = T1 - t1 = 61 – 34 = 270C

b. ∆t2 = T2 - t2 = 52,5 – 28 = 24,50C

c. ∆tm = ∆ t 1−∆ t 2

¿∆ t 1∆ t 2

= 27−24 ,5

¿27

24 , 5

= 2,5

1,1020

= 2,26860C

6. Menghitung ( Qw dan qw (kkal/jam))

Qw = w x cp x (T1 –t2)……………..( cp interpolasi)

Cp = X−X 1

X 2−X 1 = Y −Y 1

Y 2−Y 1

61−6062−60 =

Y −0,46880,4550−0,4688

12 =

Y−0,4688−0,0138

2Y – 0,9376 = - 0,0138

2Y = - 0,0138 + 0,9376

= 0,9238

Y = 0,9238

2 = 0,4619 L/kg 0C

Qw = 124,4997 x 0,4619 x (61-52,5)

= 124,4997 x 0,4619 x 8,5

= 488,8044 kkal/jam

qw = w x cp x (t1 – t2)

= 209,2083 x 0,4619 x (28-34)

= - 579,7998 kkal/jam

7. Menghitung Rew dan rew

a. Rew = 2,080 x 10-5 WV h

= 2,080 x 10-5 124,4997

5,0 4 .10−2

= 2,080 x 124,4997

5,0 4 .10−2

= 2,080 x 124,49970,050 4

= 2,080 x 2470,2321

= 5138,8827

b. rew = 7,584 x 10-6 w

V 1

= 7,584 x 10-6 209,2083

7,816 X 10−7

= 7,584 x 209,2083

0,7816

= 7,584 x 267,667

= 2029,9865

8. menghitung efisiensi (ɳ ¿

(ɳ ¿ = T 1−T 2T 1−T 1 x 100%

= 61−52,561−28 x 100%

= 8 ,533 x 100%

= 25,75%

9. menghitung q, A dan U

d. q = Qw+qw

2

= 488,804+−579,7998

2

= - 45,4977 kkal/jam

e. A = 3,14 . 0,017+0,019

2

= 3,14 . 0,036

2

= 0,11304

2

= 0,05652 m2

f. U = q

A . ∆ tm

= −45,4977

0,05652 .2,2686

= −45,4997

0 , 1282

= - 354,9118 kkal/m2 . jam 0C

ANALISA DATA

BAB VII

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan hasil praktikum ini

adalah sebagai berikut:

Bilangan Reynold pada air panas (REW) lebih besar dibandingkan

air dingin (rew).

Dalam aplikasi maka arus yang paling efisiensi di gunakan adalah

arus berlawanan

DAFTAR PUSTAKA

- Paranita, Darni.”Penuntun Praktikum – Operasi Teknik Kimia I”. Medan:

Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI).2011

- .”Operasi Teknik Kimia – 1”.Medan:Pendidikan Teknologi Kimia Industri

(PTKI).2011

Situs WEB :

http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-s2-tk-2000-Rudi-

alir

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