modul praktikum shell-and-tube heat exchanger
Post on 19-Feb-2017
198 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1 PRAKTIKUM 1
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 2
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah.
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Spesifikasi Unit:
Shell in Shell outTube out
Tube in
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 608 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 3
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah.
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 4,33 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !6.
1 PRAKTIKUM 4
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah.
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 5
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube(LPM)
Debit Shell(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)6 2 29 60
4 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Tube(kg/s)
Laju mass
a Shell(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 6
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi tube sementara sisi shell dikondisikan konstan.
Debit Shell(LPM)
Debit Tube(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)6 2 29 60
4 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Shell(kg/s)
Laju mass
a Tube(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 7
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah.
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube(LPM)
Debit Shell(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)6 2 29 60
4 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Tube(kg/s)
Laju mass
a Shell(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 8
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah.
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 10 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Shell(LPM)
Debit Tube(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)6 2 29 60
4 29 606 29 60
8 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Shell(kg/s)
Laju mass
a Tube(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 9
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 5 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 608 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
1 PRAKTIKUM 10
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 5 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)2 29 604 29 606 29 608 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju massa (kg/s)
T c ,o(oC)
T h ,o(oC)
F ∆Tm
(oC)Qcold(Watt)
Qhot(Watt)
hi(W/m2.K)
ho(W/m2.K)
U(W/m2.K)
Q(Watt)
Qmax(Watt) Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !6.
1 PRAKTIKUM 11
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 5 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaana. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube(LPM)
Debit Shell(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)
6
2 29 604 29 606 29 608 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Tube(kg/s)
Laju mass
a Shell(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
1 PRAKTIKUM 12
1.1 Judul PraktikumAnalisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 TujuanMahasiswa diharapkan dapat:a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori PenunjangShell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
(∆T ln )cf=∆T2−∆T1
ln (∆T 2/∆T1)
∆T m=F (∆T ln)cf
Keterangan:
T a : Temperatur masuk sisi shell (oC)T b : Temperatur keluar sisi shell(oC)t a : Temperatur masuk sisi tube(oC)t b : Temperatur keluar sisi tube(oC)N : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝=(1−RP1−P )
1/N
S= 1−∝∝−R
F=√R2+1× ln ( 1−S
1−RS )(R−1 ) ln [ 2−S(R+1−√R2+1)
2−S (R+1+√R2+1) ]Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
Qc=mc c p(T co−T ci)
Qh=mh c p(T ho−T hi)
Q=Qc+Qh
2Keterangan:
Qc : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)Qh : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)Q : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)T ci : Temperatur masuk fluida dingin (oC)T co : Temperatur keluar fluida dingin (oC)T hi : Temperatur masuk fluida panas (oC)T ho : Temperatur keluar fluida panas (oC)mc : Laju massa fluida dingin (kg/s)mh : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan PanasKoefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat
exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heatexchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi.
ho=Qc
Ao∆T m
hi=Qh
Ai∆T m
Keterangan:
Ai : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)Ao : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)hi : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
ho : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)∆T m : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
Ao=nt π DoL
Ai=nt πDi L
U=[ Do
hiDi+ 1ho
+Do ln(Do/Di)
2k+RDiD o
Di+RDo]
−1
Keterangan:
Rth : Resistansi termal (K/W)RDi : Fouling factor sisi tube(m2.K/W)RDo : Fouling factor sisi shell(m2.K/W)k : Konduktivitas material tube (W/m.K)U : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas Efektivitas heat exchanger, ε, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, Q, dengan laju perpindahan panas maksimal (Qmax).
ε= QQmax
ε= QQmax
=
Qc+Qh
2Cmin (Th , i−T c, i )
Keterangan:
ε : EfektivitasC c : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) Ch : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)Q : Besar perpindahan panas aktual (Watt)Qmax : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 SkemaSkema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Shell in Shell outTube out
Tube in
Spesifikasi Unit:
Parameter NilaiShell ID 16 cmPanjang tube 50 cmPanjang header 10 cmTube OD 12,7 mmTube ID 11,54 mmJumlah tube 30Tebal baffle 2 mmJarak antarbaffle 5 cmBaffle Cut 31,25 %Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaank. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.l. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.m. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.n. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.o. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa
dinyalakan dengan menekan tombol pushbutton pada panel.p. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.q. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeteryang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heatexchanger.
r. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
s. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
t. Lakukan drain air pada heatexchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heatexchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data PraktikumData praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Shell(LPM)
Debit Tube(LPM)
Laju massa(kg/s)
T c ,i (oC)
T h ,i (oC)
T c ,o
(oC)T h ,o
(oC) F ∆Tm
(oC)
6
2 29 604 29 606 29 608 29 6010 29 60
1.7 Tabel Data PercobaanSajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju mass
a Shell(kg/s)
Laju mass
a Tube(kg/s)
T c ,o(
oC)
T h ,o(
oC)F
∆Tm
(oC)
Qcold(Watt
)
Qhot(Watt
)
hi(W/
m2.K)
ho(W/
m2.K)
U(W/
m2.K)
Q(Watt
)
Qmax(Watt
)
Efektivitas
1.8 Pembahasan1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
top related