laporan phe (2a-tk.andeska neli wijayanti).docx
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUMLABORATORIUM TEKNIK KIMIAPLATE HEAT EXCHANGER
SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015(Disusun untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Laboratorium Teknik Kimia)MATA KULIAH: Laboratorium Teknik Kimia 2PEMBIMBING: Ir. Umar Khayam, MT
Tanggal Praktikum: 25 Mei 2015Tanggal Penyerahan: 28 Juni 2015
Disusun oleh :Kelompok 8Kelas 2A
Andeska Neli Wijayanti NIM. 131411002
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014/2015BAB IPENDAHULUAN1. Latar BelakangAlat perpindahan panas ada berbagai tipe dan model yang banyak ragamnya. Secara garis besar terbagi menjadi tiga macam, yaitu double pipe, shell and tube dan plate heat exchange. Masing masing jenis digunakan berdasarkan keperluan dan pertimbangan teknis dan ekonominya, begitu pula dengan ukuran kapasitasnya. Penukar panas jenis Plate Heat Exchange sangat efektif dalam memindahkan kalor, luas permukaan pindah panas yang besar, juga drop tekanan yang rendah. Kelebihan lain yang menonjol adalah kontruksinya yang tersusun berjajar dan kemudahannya bongkar untuk membersihkan apabila ada kotoran. Satu kelemahan dari PHE adalah operasinya tidak dapat digunakan untuk tekanan tinggi dikarenakan strukturnya yang mengandalkan sekat (seal karet) tidak mampu menahan tekanan tinggi dari kebocoran. Penggunaan paling populer adalah untuk industri minuman seperti juice dan susu pada saat sterilisasi.
1. Tujuan Memahami konsep perpindahan panas yang terjadi didalam PHE khususnya konduksi dan konveksi Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan (U) Menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) pada pelat menggunakan persamaan neraca energy dan empiris Menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida dingin.
BAB IILANDASAN TEORIPlate heat exchanger terdiri dari lempeng standar sebagai permukaan berlangsungnya perpindahan kalor dan rangka penyangga tempat susunan lempeng tersebut. Penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi antar plate heat exchanger relatif kecil. Permukaan plate heat exchanger berlubang untuk memberikan efek turbulensi terhadap aliran. Kelebihan plate heat exchanger adalah mudah untuk melakukan perawatan dan pembersihan serta dapat digunakan untuk berbagai macam fluida (tergantung dari bahan konstruksi yang digunakan) dan mudah untuk dilakukan modifikasi (penambahan luas permukaan perpindahan kalor atau mengubah posisi keluar masuk fluida)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 10 ( 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.
Gambar 2.1 Penukar panas jenis pelat and frame
Dalam peralatan PHE, panas dipindahkan dengan semua cara, namun yang dominan terjadi dengan dua cara secara simultan, yaitu dengan konduksi dan konveksi. Perpindahan kalor secara konduksi, perpindahan ini biasanya terjadi pada benda padat, panas merambat dari satu bagian kebagian lain secara merambat tanpa ada material yang berpindah. Perpindahan kalor secara konveksi, Perpindahan ini terjadi karena adanya aliran massa yang berpindah. Aliran massa tersebut bisa terjadi secara difusi maupun adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar tersebut bisa berupa pengadukan maupun fluida mengalir. Penukar panas pada PHE terdiri dari susunan lempeng sesuai dengan luas permukaan yang diperlukan.
cb
Kelebihan Plate Heat Exchanger (PHE) dibanding penukar panas jenis lain adalah kemudahan dalam perawatan dan pembersihan dengan berbagai macam fluida. Selain itu juga mudah melakukan modifikasi terhadap luas permukaan, baik itu menambah maupun mengurangi.
Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)1. Menggunakan Neraca Energi
Harga Q dapat dihitung dari :Q = (M.Cp.T)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas = (M.Cp.T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin
Efisiensi kalor yang dipertukarkan :
Q = Laju Alir Kalor (Watt)A = Luas Permukaan (m2)U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)
T1 = Thi TcoT2 = Tho Tcib. Menghitung (U) Menggunakan Persamaan EmpirisUntuk satu (1) lempengU = X = Tebal Lempeng (m); hi,ho = Koefisien pindah panas konveksi insde dan outside(W/m2.K) dan K = Koefisien Konduksi (W/m.K)Harga X dapat diukur dari alat, harga K bahan SS-204 dapat diperoleh dari bukureferensi dan hi dan ho dihitung dari persamaan empiris.Dari buku referensi Christie John Geankoplis :Untuk Nre 400 ( Laminar )c
NNu = 0.664NRe0.5.NPr1/3b
Untuk Nre 800 ( Turbulen )NNu = 0.0366 NRe0.8.NPr1/3
Dimana, NRe = , NNu = , NPr = Harga v diperoleh dari percobaan,De = = Kemudian masukkan harga sifat fisik air yang diperoleh dari buku referensi, sehingga hi dan ho bisa dihitung.
BAB IIIMETODELOGI1. Alat dan Bahan
1. Alat yang digunakan :1. Bahan yang digunakan
Seperangkat alat PHE Air
Gelas ukur 1000 ml Es
Termometer
Stopwatch
Ember
1. Prosedur Percobaan1. Kalibrasi alat ukur laju alir fluida panas dan dinginMelakukan hal yang sama untuk kalibrasi laju alir cairan dinginMenyalakan kompor pemanas sehingga suhu air mencapai lebih kurang 60oC
Menghidupkan pompa air panas (P1) dan mengaturlah keran air panas (V1) hingga laju alir air panas
Mengukur laju alir sebenarnya dengan volume konstan (1000 ml) per waktu untuk setiap laju alir (100-600) L/jam yang terbaca dirotameterMembuat grafik hubungan antara laju alir yang terbaca dirotameter terhadap laju alir sebenarnya yang diukur
1. Pengamatan suhu dan laju alir fluida
Menyalakan kompor panas sehingga suhu air panas mencapai 60oCMenghidupkan pompa air panas dan mengatur laju alir air panas yang terbaca dirotameter (mulai dari 200 L/h). Laju alir panas dibiarkan tetap.Menghidupkan pompa air dingin dan mengatur laju alir air dingin yang terbaca dirotameter (mulai dari 100-600 L/h). Sementara laju alir air panas dibiarkan konstan pada 200 L/h
Mencatat suhu air panas masuk (Thi) suhu air panas keluar (Tho), suhu air dingin masuk (Tci), dan suhu air dingin keluar (Tco)Menjaga suhu air dingin tetap pada suhu kamar (27oC) atau pada suhu dimana masih bisa terjadi transfer panas. Dengan cara menambahkan lagi air dingin atau menambahkan es.Mengulangi langkah diatas untuk laju alir air panas tetap (400 dan 600 L/h) dan laju alir air dingin berubah (100-600 L/h)Mengulangi langkah diatas untuk laju alir dingin tetap (200, 400, dan 600 L/h) dan laju alir panas berubah (100-600 L/h)
BAB 4 DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN0. Data Pengamatan0. Kalibrasi Laju Alir Air PanasNoPembacaan Rotameter(L/Jam)Waktu(detik)Volume Air Panas(L)Laju Alir Nyata(L/Jam)
110052,05169.16
220021,271169.25
330012,261293.64
44009,921362.90
55007,171502.09
66006,591546.28
0. Kalibrasi Laju Alir Air DinginNoPembacaan Rotameter(L/Jam)Waktu(detik)Volume Air Panas(L)Laju Alir Nyata(L/Jam)
110049,56167.95
220023,341166.74
330013,311285.81
44009,701375.56
55007,911501.62
66006,551593.36
0. Laju Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1NoLaju Fluida Panas TetapLaju Fluida Dingin Berubah
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1293.648.15 x 10-56353124.133.45 x 10-52645
2293.648.15 x 10-56250194.045.39 x 10-52643
3293.648.15 x 10-56246292.918.14 x 10-52641
4293.648.15 x 10-56041393.7810.94 x 10-52538
5293.648.15 x 10-55939533.6114.82 x 10-52535
Variasi 2NoLaju Fluida Panas TetapLaju Fluida Dingin Berubah
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1393.7810.94 x 10-56053124.133.45 x 10-52426
2393.7810.94 x 10-56150214.025.95 x 10-52426
3393.7810.94 x 10-55846333.869.27 x 10-52425
4393.7810.94 x 10-55744433.7312.05 x 10-52425
5393.7810.94 x 10-55541553.5815.38 x 10-52425
Variasi 3
NoLaju Fluida Panas TetapLaju Fluida Dingin Berubah
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1502.0913.95 x 10-55449114.153.17 x 10-52543
2502.0913.95 x 10-55447214.025.95 x 10-52540
3502.0913.95 x 10-55344313.898.72 x 10-52538
4502.0913.95 x 10-55242423.7411.78 x 10-52537
5502.0913.95 x 10-55040493.6613.72 x 10-52434
0. Laju Fluida Panas Berubah dan Fluida Dingin TetapVariasi 1 NoLaju Fluida Panas BerubahLaju Fluida Dingin Tetap
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1114.153.17 x 10-5635367.951.89 x 10-52538
2184.075.11 x 10-5625067.951.89 x 10-52542
3263.957.33 x 10-5624667.951.89 x 10-52543
4333.869.27 x 10-5604167.951.89 x 10-52545
5393.7810.9 x 10-5593967.951.89 x 10-52546
Variasi 2NoLaju Fluida Panas BerubahLaju Fluida Dingin Tetap
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1134.123.73 x 10-56053166.744.63 x 10-52538
2194.045.39 x 10-56150166.744.63 x 10-52539
3293.918.16 x 10-55846166.744.63 x 10-52540
4393.7810.9 x 10-55744166.744.63 x 10-52541
5433.7312.0 x 10-55541166.744.63 x 10-52542
Variasi 3NoLaju Fluida Panas BerubahLaju Fluida Dingin Tetap
Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)Thi(oC) Tho(oC)Laju alir(L/jam)Laju alir(m3/s)TCi(oC)TCo(oC)
1104.162.89 x 10-55449375.5610.4 x 10-52538.5
2243.986.78 x 10-55447375.5610.4 x 10-52534
3313.898.72 x 10-55344375.5610.4 x 10-52535
4403.7711.2 x 10-55242375.5610.4 x 10-52536
5513.6314.3 x 10-55040375.5610.4 x 10-52537
0. Pengolahan Data 1. Kurva Kalibrasi
1. Perpindahan Panas Pada Setiap Laju AlirQ = m x Cp x T
1. Laju alir air panas tetap, air dingin berubahVariasi 11. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLaju alir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
124.132645194.1857997.290.0340.00272.7310
194.042643174.1857997.290.0540.00383.8197
292.912641154.1857997.290.0810.00515.0877
393.782538134.1857997.290.1090.00595.9278
533.612535104.1857997.290.1480.00626.1789
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
293.646353104.1857997.290.08140.0034033.40290
293.646250124.1857997.290.08140.0040834.08348
293.646246164.1857997.290.08140.0054455.44465
293.646041194.1857997.290.08140.0064666.46552
293.645939204.1857997.290.08140.0068066.80581
Variasi 21. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLajualir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
124.13242624.1857997.290.03440.0002874760.2875
214.02242624.1857997.290.05930.0004956550.4957
333.86242514.1857997.290.09250.0003865980.3866
433.73242514.1857997.290.12020.0005022440.5022
553.58242514.1857997.290.15340.0006410260.6410
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
393.78605374.1857997.290.10920.0031943.194379
393.786150114.1857997.290.10920.005025.019739
393.785846124.1857997.290.10920.0054765.476079
393.785744134.1857997.290.10920.0059325.932419
393.785541144.1857997.290.10920.0063896.388759
Variasi 31. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLajualir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
114.152543184.1857997.290.104040.00242.3793
214.022540154.1857997.290.104040.00383.7174
313.892538134.1857997.290.104040.00474.7252
423.742537124.1857997.290.104040.00595.8881
493.662434104.1857997.290.104040.00575.7164
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
502.09544954.1857998.070.1392002680.0029092.909286
502.09544774.1857997.290.1392002680.0040734.073
502.09534494.1857997.290.1392002680.0052375.236714
502.095242104.1857997.290.1392002680.0058195.818571
502.095040104.1857997.290.1392002680.0058195.818571
1. Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Fluida Dingin TetapVariasi 11. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLaju alir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
67.952538134.1857997.290.0188240.0010231.022888
67.952542174.1857997.290.0188240.0013381.337623
67.952543184.1857997.290.0188240.0014161.416306
67.952545204.1857997.290.0188240.0015741.573674
67.952546214.1857997.290.0188240.0016521.652357
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
114.156353104.1857997.290.0316470.0013231.32285
184.076250124.1857997.290.0510310.002562.559717
263.956246164.1857997.290.0731780.0048944.89414
333.866041194.1857997.290.092560.0073517.351107
393.785939204.1857997.290.1091720.0091279.126798
Variasi 21. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLajualir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
166.742538134.1857997.290.0461910.002512.510027
166.742539144.1857997.290.0461910.0027032.703106
166.742540154.1857997.290.0461910.0028962.896185
166.742541164.1857997.290.0461910.0030893.089264
166.742542174.1857997.290.0461910.0032823.282343
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
134.12605374.1857997.290.0371840.0010881.087994
194.046150114.1857997.290.0537960.0024742.473539
293.915846124.1857997.290.0814840.0040874.087242
393.785744134.1857997.290.1091720.0059325.932419
433.735541144.1857997.290.1202480.0070377.036915
Variasi 31. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida DinginLajualir(L/jam)TCi(0C)TCo(0C)T
Cp(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
375.562538.513.54.1857997.290.104040.0058715.870949
375.56253494.1857997.290.104040.0039143.913966
375.562535104.1857997.290.104040.0043494.348851
375.562536114.1857997.290.104040.0047844.783737
375.562537124.1857997.290.104040.0052195.218622
1. Perpindahan Panas Laju Alir Fluida PanasLaju alir(L/jam)Thi(0C)Tho(0C)T
C(kJ/kg.K)(kg/ m3)m(kg/s)Q(watt)Q(kW)
104.16544954.1857997.290.0288770.0006040.60354
243.98544774.1857997.290.0676410.0019791.979188
313.89534494.1857997.290.0870230.0032743.27382
403.775242104.1857997.290.1119420.0046794.67917
513.635040104.1857997.290.14240.0059525.952305
1. Efisiensi Kalor yang Dipertukarkan
1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
13.4029062.73102453480.25565
24.0834883.81975433793.54147
35.444655.08769072593.44385
46.4655225.92778239191.68297
56.8058136.1789680590.78957
Variasi 2NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
13.1943790.2874762678.999441
25.0197390.4956551259.874122
35.4760790.3865980287.05976
45.9324190.5022439438.466091
56.3887590.64102598810.03365
Variasi 3NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
12.9092862.37926965881.78192
24.0733.71741343491.26967
35.2367144.725155290.2313
45.8185715.888110527101.1951
55.8185715.71638439198.24378
1. Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Fluida Dingin TetapVariasi 1NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
11.322851.02288877.32454
22.5597171.33762352.25666
34.894141.41630628.93882
47.3511071.57367421.4073
59.1267981.65235718.10446
Variasi 2NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
11.0879942.510027230.7024
22.4735392.703106109.2809
34.0872422.89618570.85915
45.9324193.08926452.07428
57.0369153.28234346.64463
Variasi 3NoKalor / Q (kW)Efisiensi (%)
PanasDingin
10.603545.870949972.753
21.9791883.913966197.7562
33.273824.348851132.8372
44.679174.783737102.2347
55.9523055.21862287.67397
1. Perbedaan Suhu Logaritmik (Tlm)
1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1(oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
293.64124.1326452645182722.20
293.64194.0426432643192421.40
293.64292.9126412641212020.50
293.64393.7825382538221618.84
293.64533.6125352535241418.55
Variasi 2Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1(oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
393.78124.1360532426472937.28
393.78214.0261502426442634.21
393.78333.8658462425402230.11
393.78433.7357442425382028.04
393.78553.5855412425351724.93
Variasi 3Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1(oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
502.09114.1554492543112416.66
502.09214.0254472540142217.70
502.09313.8953442538151916.92
502.09423.7452422537151715.98
502.09493.66504024341616-
1. Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Fluida Dingin Tetap
Variasi 1Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1 (oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
114.1567.9563532538252826.47
184.0767.9562502542202522.41
263.9567.9562462543192119.98
333.8667.9560412545151615.49
393.7867.9559392546131413.49
Variasi 2Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1(oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
134.12166.7460532538472836.68
194.04166.7461502539442533.61
293.91166.7458462540402129.49
393.78166.7457442541381927.41
433.73166.7455412542351624.27
Variasi 3Laju AlirThi (oC)Tho (oC)Tci (oC)Tco (oC)T1 (oC)T2 (oC)Tlm (oC)
PanasDingin
104.16375.5654492538.515.52419.44
243.98375.5654472534202220.98
313.89375.5653442535181918.50
403.77375.5652422536161716.49
513.63375.5650402537131513.98
1. Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U) menggunakan Neraca EnergiU =
Dimana,A = 1 m2Jumlah pelat pada PHE sebanyak 25A = 25 x 1 m2 =25 m21. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin Berubah Variasi 1LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
293.64124.133.402906122.20153.3066438
293.64194.044.083488121.40190.7926709
293.64292.915.44465120.50265.6453757
293.64393.786.465522118.84343.161605
293.64533.616.805813118.55366.8309238
Variasi 2LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
393.78124.133.194379137.2885.68953806
393.78214.025.019739134.21146.7138858
393.78333.865.476079130.11181.8779158
393.78433.735.932419128.04211.5414416
393.78553.586.388759124.93256.3080182
Variasi 3LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
502.09114.152.909286116.66174.5926204
502.09214.024.073117.70230.1169179
502.09313.895.236714116.92309.4751117
502.09423.745.818571115.98364.1353307
502.09493.665.818571116.49352.7486797
1. Laju alir panas berubah, dingin tetapVariasi 1LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
114.1567.951.502126.4749.97229
184.0767.951.96122.41114.2369
263.9567.952.08119.98244.9113
333.8667.952.31115.49474.4296
393.7867.952.42113.49676.3685
Variasi 2LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
134.12166.741.502136.6829.65888
194.04166.741.96133.6173.59609
293.91166.742.08129.49138.6128
393.78166.742.31127.41216.4231
433.73166.742.42124.27289.9058
Variasi 3LajuAlir (L/jam)Q (kW)A (m2)TlmU (W/m2.K)
PanasDingin
104.16375.561.502119.4431.04422
243.98375.561.96120.9894.31838
313.89375.562.08118.50177.0063
403.77375.562.31116.49283.6729
513.63375.562.42113.98425.8899
1. Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U) menggunakan Persamaan Empiris1. Menghitung bilangan Reynold (NRe)
Dimana L = 93mm = 93x10-3 mv = = 997,29 kg/m3 = 0.000469 kg/m.s
1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan (m/s)PanasKecepatan (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
293.64124.1318.157x10-53.448x10-512.40395.23938
293.64194.0418.157x10-55.390x10-512.40398.19020
293.64292.9118.157x10-58.136x10-512.403912.3634
293.64393.7818.157x10-510.938x10-512.403916.6209
293.64533.6118.157x10-514.822x10-512.403922.5229
Variasi 2Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan (m/s)PanasKecepatan (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
393.78124.13110.94x10-53.448 x 10-516.63405.239382
393.78214.02110.94x10-55.945 x 10-516.63409.033534
393.78333.86110.94x10-59.274 x 10-516.634014.09184
393.78433.73110.94x10-512.05 x 10-516.634018.30724
393.78553.58110.94x10-515.38 x 10-516.634023.36596
Variasi 3Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan (m/s)PanasKecepatan (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
502.09114.15113.95 x 10-53.171 x 10-521.20924.81814
502.09214.02113.95 x 10-55.945 x 10-521.20929.03353
502.09313.89113.95 x 10-58.719 x 10-521.209213.2489
502.09423.74113.95 x 10-511.77 x 10-521.209217.8856
502.09493.66113.95 x 10-513.71 x 10-521.209220.8367
1. Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Panas Berubah
Variasi 1Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan (m/s)PanasKecepatan (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
114.1567.9513.17 x 10-51.89 x 10-54.822.87
184.0767.9515.11 x 10-51.89 x 10-57.772.87
263.9567.9517.33 x 10-51.89 x 10-511.142.87
333.8667.9519.27 x 10-51.89 x 10-514.102.87
393.7867.95110.9 x 10-51.89 x 10-516.632.87
Variasi 2Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan/v (m/s)PanasKecepatan/v (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
134.12166.7413.73 x 10-54.63 x 10-55.6657.04
194.04166.7415.39 x 10-54.63 x 10-58.1967.04
293.91166.7418.16 x 10-54.63 x 10-512.417.04
393.78166.74110.9 x 10-54.63 x 10-516.637.04
433.73166.74112.0 x 10-54.63 x 10-518.327.04
Variasi 3Laju Alir (L/Jam)LuasPermukaan /A (m2)
Kecepatan (m/s)PanasKecepatan (m/s)DinginNRePanasNRe Dingin
PanasDingin
104.16375.5612.89 x 10-50.0001044.39915.86
243.98375.5616.78 x 10-50.00010410.3015.86
313.89375.5618.72 x 10-50.00010413.2515.86
403.77375.56111.20 x 10-50.00010417.0515.86
513.63375.56114.3 x 10-50.00010421.6915.86
1. Menghitung bilangan Proutt (NPr)
NPr=
Dimana,Cp = 4.1857 kJ/kg.K0.0004688 kg/m.s77.83 W/m.K = 77.83x10-3 kJ/m.K.sNPr= = 0.025211. Menghitung bilangan Nusselt (NNu)Karena rejim aliran pada daerah laminar, maka:NNu= 0,664 NRe0,5 . NPr1/3
1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
OutsideInsideInsideOutsideOutsideInside
8.1567 x 10-53.44806 x10-54.39915.860.025210.0001850.000121
8.1567 x 10-55.39 x 10-510.3015.860.025210.0001850.000151
8.1567 x 10-58.1364 x 10-513.2515.860.025210.0001850.000185
8.1567 x 10-510.938 x 10-517.0515.860.025210.0001850.000215
8.1567 x 10-514.823 x 10-521.6915.860.025210.0001850.00025
Variasi 2Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
OutsideInsideOutside InsideOutsideInside
10.938 x10-53.4481 x10-516.633995.2393820.025210.0002040.000114
10.938 x10-55.945 x10-516.633999.0335340.025210.0002040.00015
10.938 x10-59.2739 x10-516.6339914.091840.025210.0002040.000187
10.938 x10-512.048x10-516.6339918.307240.025210.0002040.000214
10.938 x10-515.377 x10-516.6339923.365960.025210.0002040.000241
Variasi 3Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
OutsideInsideOutside InsideOutsideInside
0.0001394693.170 x 10-521.209214.8181380.025210.000230.00011
0.0001394690.0000594521.209219.0335340.025210.000230.00015
0.0001394698.719x 10-521.2092113.248930.025210.000230.000182
0.0001394690.00011770621.2092117.885570.025210.000230.000211
0.0001394690.00013712821.2092120.836730.025210.000230.000228
1. Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Panas Berubah
Variasi 1 Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
InsideOutsideInsideOutsideInsideOutside
3.17 x 10-50.0000188754.822.870.025210.000118.46 x 10-5
5.11 x 10-50.0000188757.772.870.025210.0001398.46 x 10-5
7.33 x 10-50.00001887511.142.870.025210.0001678.46 x 10-5
9.27 x 10-50.00001887514.12.870.025210.0001878.46 x 10-5
10.938 x10-50.00001887516.632.870.025210.0002048.46 x 10-5
Variasi 2Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
InsideOutsideInsideOutsideInsideOutside
3.72 x 10-54.63 x 10-55.6657.040.025210.0001190.000133
0.00005394.63 x 10-58.1967.040.025210.0001430.000133
8.16 x 10-54.63 x 10-512.417.040.025210.0001760.000133
0.0001093834.63 x 10-516.637.040.025210.0002040.000133
0.0001204814.63 x 10-518.327.040.025210.0002140.000133
Variasi 3Laju Alir (m3/s)NReNPrNNu
InsideOutsideInsideOutsideInsideOutside
2.89 x 10-50.0001043224.39915.860.025210.0001050.000199
6.77 x 10-50.00010432210.315.860.025210.000160.000199
8.71 x 10-50.00010432213.2515.860.025210.0001820.000199
0.0001121580.00010432217.0515.860.025210.0002060.000199
0.0001426750.00010432221.6915.860.025210.0002330.000199
Menghitung hi dan hoNNu =
Dimana, L = 93x10-3 m k = 77.83x10-3 W/m2.k1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1 NNuhoHi
OutsideInside
0.0001850.0001210.0001550.000101
0.0001850.0001510.0001550.000126
0.0001850.0001850.0001550.000155
0.0001850.0002150.0001550.00018
0.0001850.000250.0001550.000209
Variasi 2NNuhoHi
OutsideInside
0.0002040.0001140.0001719.54 x 10-5
0.0002040.000150.0001710.000126
0.0002040.0001870.0001710.000156
0.0002040.0002140.0001710.000179
0.0002040.0002410.0001710.000202
Variasi 3NNuhoHi
OutsideInside
0.000230.000110.0001929.21 x 10-5
0.000230.000150.0001920.000126
0.000230.0001820.0001920.000152
0.000230.0002110.0001920.000177
0.000230.0002280.0001920.000191
1. Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Panas BerubahVariasi 1NNuhiHo
InsideOutside
0.000118. x 10-59.21 x10-57.08 x 10-5
0.0001398. x 10-50.0001167.08 x 10-5
0.0001678. x 10-50.000147.08 x 10-5
0.0001878. x 10-50.0001567.08 x 10-5
0.0002048. x 10-50.0001717.08 x 10-5
Variasi 2 NNuhiho
InsideOutside
0.0001190.0001339 x 10-50.000111
0.0001430.0001330.000120.000111
0.0001760.0001330.0001470.000111
0.0002040.0001330.0001710.000111
0.0002140.0001330.0001790.000111
Variasi 3 NNuhiHo
InsideOutside
0.0001050.0001998.79E-050.000167
0.000160.0001990.0001340.000167
0.0001820.0001990.0001520.000167
0.0002060.0001990.0001720.000167
0.0002330.0001990.0001950.000167
Maka koefisien pindah panas keseluruhan:U . A = Dimana, A = 1 m2 dan X = 0.75 mm = 0.75x10-3m1. Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1 ho(W/m.K)hi(W/m.K)U(W/m2.K)
0.0001550.0001016.115. x 10-5
0.0001550.0001266.95. x 10-5
0.0001550.0001557.74. x 10-5
0.0001550.000188.32. x 10-5
0.0001550.0002098.89. x 10-5
Variasi 2ho(W/m.K)hi(W/m.K)U(W/m2.K)
0.0001719.54. x 10-56.123. x 10-5
0.0001710.0001267.254. x 10-5
0.0001710.0001568.157. x 10-5
0.0001710.0001798.745. x 10-5
0.0001710.0002029.26. x 10-5
Variasi 3ho(W/m.K)hi(W/m.K)U(W/m2.K)
0.0001929.21. x 10-56.22. x 10-5
0.0001920.0001267.607. x 10-5
0.0001920.0001528.483. x 10-5
0.0001920.0001779.209. x 10-5
0.0001920.0001919.574. x 10-5
1. Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Dingin BerubahVariasi 1 hi(W/m.K)ho(W/m.K)U(W/m2.K)
9.21 x 10-57.08 x 10-54.002 x 10-5
0.0001167.08 x 10-54.396 x 10-5
0.000147.08 x 10-54.702 x 10-5
0.0001567.08 x 10-54.8698 x 10-5
0.0001717.08 x 10-55.0069 x 10-5
Variasi 2hi(W/m.K)ho(W/m.K)U(W/m2.K)
9.96 x 10-50.0001115.2495 x 10-5
0.000120.0001115.766 x 10-5
0.0001470.0001116.3244 x 10-5
0.0001710.0001116.7308 x 10-5
0.0001790.0001116.8513 x 10-5
Variasi 3Hi(W/m.K)ho(W/m.K)U(W/m2.K)
8.79 x 10-50.0001675.7588 x 10-5
0.0001340.0001677.434 x 10-5
0.0001520.0001677.957 x 10-5
0.0001720.0001678.473 x 10-5
0.0001950.0001678.995 x 10-5
Kurva Hasil Percobaan1. Kurva U vs Perubahan Laju Alir DinginVariasi 1
Variasi 2
Variasi 3
1. Kurva U vs Perubahan Laju Alir PanasVariasi 1
Variasi 2
Variasi 3
BAB 5PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN5.1 Pembahsan oleh Andeska Neli Wijayanti (131411002)Pada matakuliah Laboratorium Teknik kimia 2 ini, banyak peralatan yang dipelajari diantaranya adalah Plate Heat Exchanger (PHE). Ada beberapa tujuan yang ingin dicapai pada praktikum ini, yaitu memahami konsep perpindahan panas yang terjadi didalam PHE khususnya konduksi dan konveksi, mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan (U), menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) pada pelat menggunakan persamaan neraca energy dan empiris serta menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida dingin.Plate and Frame Heat Exchanger adalah suatu tipe Heat Exchanger yang menggunakan pelat sebagai tempat perpindahan panas di antara dua fluida. Suatu gasket dari suatu Plate and Frame Heat Exchanger berfungsi untuk menghindari bercampurnya fluida panas dan fluida dingin. Prinsip kerja Plate Heat Exchanger terdiri dari sejumlah pelat tipis yang dipasang pada suatu rangka dan ditekan rapat satu sama lain. Aliran fluida pada alat ini adalah berlawanan arah antara fluida panas dan fluida dingin, hal ini bertujuan agar waktu kontak antara kedua fluida ini lebih lama dan perpindahan panasnya berlangsung lebih efektif sehingga perpindahan panad berlangsung lebih cepat. Pada sudut-sudut pelat terdapat lubang yang apabila pelat-pelat tersusun rapat akan membentuk saluran masuk dan keluar fluida. Jumlah plat yang digunakan pada praktikum adalah 25 buah dengan bentuk bergelombang, bentuk plate yang bergelombang ini bertujuan agar menambah luas permukaan kontak untuk fluidanya sehingga perpindahan panasnya akan lebih baik lagi. Fluida panas dan dingin dialirkan secara berlawanan arah, dimana fluida dingin mengalir dari aliran bawah pada pelat yang tersusun pada nomor ganjil dan keluar dari pelat urutan ganjil berikutnya begitu sterusnya. Sedangkan untuk fluida panas dialirkan melalui pelat berurutan genap dari bagian atasnya dan keluar melalui pelat bagian bawahnya begitupun seterunya.Pada praktikum kali ini perpindahan panas pada PHE terjadi dengan 2 cara yaitu perpindahan panas secara konveksi dan konduksi. Konveksi merupakan suatu fenomena makroskopik dan hanya berlangsung bila ada gaya yang bekerja pada partikel atau ada arus fluida yang dapat membuat gerakan melawan gaya gesek [McCabe,1993] . Pada praktikum kali ini proses konveksi terjadi perpindahan panas karena adanya fluida yang bergerak sedangkan perpindahan panas secara konduksi terjadi perpindahan panas melalui medium pelat antara fluida panas dan fluida dingin.Praktikum yang dilakukan dengan memvariasikan laju alirnya, yaitu dengan laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah ataupun sebaliknya laju alir fluida dingin tetap dan fluida panas yang berubah. Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan diperoleh nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) adalah berbanding lurus dengan laju alir fluidanya, semakin tinggi laju alir suatu fluida maka semakin besar pula nilai koefisien perpindahan panas keseluruhannya. Namun ada perbedaan nilai yang diperoleh pada variasi laju alir yang dilakukan, dimana koefisien perpindahan panas pada aliran fluida dingin tetap dan laju alir fuida panas yang semakin meningkat menghasilkan nilai U yang lebih besar daripada laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin meningkat. Berdasarkan perhitungan dari hasil percobaan, nilai U yang dihitung secara Neraca Energi berbeda dengan nilai U yang secara empiris. Hal-hal ini terjadi karena disebabkan oeh beberapa factor, diantaranya karena ada panas yang terbuang ke lingkungan saat operasi berlangsung, dan adanya perbedaan suhu umpan fluida panas yang dioperasikan karena fluida panas yang telah dioperasikan dimasukan lagi ke tangki umpan sehingga mempengaruhi suhu umpan fluida panas pada proses selanjutnya.Efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida dingin pada praktikum kali ini diamati dari 2 jenis praktikum yang dilakukan. Untuk percobaan pada laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah efisiensi berbanding lurus dengan kenaikan laju alir fluida dinginnya dimana pada laju alir fluida dingin yang cukup tinggi, nilia efisiensinya pun tinggi bahkan ada yang mencapai 100%. Berbeda halnya dengan kondisi dimana laju alir fluida dingin dibuat tetap dan laju alir fuida panas berubah, nilai efisiensinya berbanding terbalik dengan laju alir fluida panasnya, semakin tinggi laju alir fluida panasnya semakinkecil efisiensi kalornya. Menurut literatur, hal ini disebabkan karena semakin tinggi kecepatan fluida, semakin rendah kemungkinan terjadinya fouling pada heat exchanger namun pada temperatur fluida yang semakin tinggi akan mempercepat terbentuknya fouling. Fouling merupakan padatan yang terakumulasi didalam sistem. Akibat adanya fouling ini menyebabkan efisiensi menurun sehingga mempengaruhi performa dari Plate Heat Exchanger.Jadi dapat disimpulkan bahwa perpindahan panas menggunakan PHE ini perlu memperhatikan beberapa faktor diantaranya suhu fluida yang diumpankan baik fluida dingin ataupun fluida panasnya, laju alir fluida, luas permukaan serta sifat dari fluidanya itu sendiri. Apabila faktor-faktor tersebut sudah diperhatikan dengan baik, maka proses perpindahan panas menggunakan alat ini akan berlangsung dengan baik dan menghasilkan efisiensi yang tinggi.
5.2 Kesimpulana. Perpindahan panas pada PHE terjadi dengan 2 cara yaitu perpindahan panas secara konveksi dan konduksi, konveksi terjadi karena adanya fluida panas yang bergerak dan konduksi karena adanya perpindahan panas melalui pelat.b. Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) berbanding lurus dengan laju alir fluida.c. Efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kaor yang diterima fluida dingin: Laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah efisiensi berbanding lurus dengan kenaikan laju alir fluida dinginnya. Laju alir fluida dingin dibuat tetap dan laju alir fuida panas berubah, nilai efisiensinya berbanding terbalik dengan laju alir fluida panasnya.
Daftar Pustaka Anonim. http://elearning.unsri.ac.id/mod/forum/discuss.php?d=1788. [Diakses pada 28 Juni 2015.] Anonim.2013.koefisien perpindahan panas total. https://ilmupembangkit.wordpress.com/2013/05/12/koefisien-perpindahan-panas-total/.[diunduh pada tanggal 27 Juni 2015]. Authors.2005.Dimensionless numbers in heat transfer. http://www.coolingzone.com/library.php?read=481.[diunduh pada tanggal 27 Juni 2015]. Ersa, Dio.2013.bilangan Reynolds bilangan nusselt. http://dioersaputra.blogspot.com/2013/11/bilangan-reynolds-bilangan-nusselt.html. [diunduh pada tangga 27 Juni 2015].