Praktikum Operasi Teknik Kimia Fluid Flow

Laporan Praktikum Operasi Teknik Kimia I

Laporan Praktikum Operasi Teknik Kimia II

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari banyak kamu jumpai peralatan rumah tangga yang prinsip kerjanya menggunakan konsep perpindahan kalor. Salah satu konsep dari perpindahan kalor, kebanyakan menggunakan sebuah alat yang disebut Alat Penukaran Kalor (Heat Exchanger)Alat penukar panas atauHeat Exchanger(HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Dengan adanya percobaan Heat Exchanger ini, mahasiswa diharapkan dapat mendemonstrasikan salah satu jenis Exchanger. Mahasiswa juga dapat memperkirakan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan (overall) pada proses pendinginan air.I.2 Tujuan PercobaanAdapun tujuan dari percobaan ini adalah:

1. Mendemonstrasikan salah satu jenis Exchanger

2. Memperkirakan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan (overall) pada proses pendinginan airI.3 Manfaat Percobaan

1. Dapat mendemonstrasikan salah satu jenis Exchanger

2. Dapat memperkirakan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan (overall) pada proses pendinginan air

3. Dapat mengaplikasikan dalam dunia industriBAB IITINJAUAN PUSTAKAII.1 Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan PanasPanas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan. Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantarafluida panasdan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah.

Perpindahan Panas Secara KonduksiMerupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas.Rumus : Q = K . A . dengan :

Q= laju alir panas (Btu/Jam)

K= konduktifitas panas (Btu/Jam)(ft2)(oF/ft)

(T= perbedaan suhu (oF)

(X= perbedaan jarak yang di lalui panas (ft)

A= luas permukaan yang dilalui panas(ft)

Perpindahan Panas Secara KonveksiPerpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik.

Qc = hc . (t . Ac

Dimana :

Qc = banyaknya panas yang dipindahkan secara konfeksi (Btu/Jam)hc = koefisien perpan secara konveksi (Btu/Jam ft2 oF)Ac = luas permukaan yang dilalui proses (ft )(t = perbedaan suhu ( oF) Perpindahan Panas Secara RadiasiPerpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.Faktor penentu dalam alat perpindahan panasa.Perbedaan suhuPerbedaan suhu antara kedua fluida adalah gaya yang diberikan untuk melakukan perpindahan panas terhadap fluida yang suhunya lebih kecil daripada suhu awal. Oleh sebab itu semakin besar suhu yang diberikan maka jumlah panas yang ditukarkan akan semakin besar.b.Luas permukaan perpindahan panasSemakin besar luas permukaan, maka semakin besar pula panas yang akan dihasilkan.c.Konduktifitas media hantar panas

Media yang digunakan sangat berpengaruh terhadap penghantar panas, namun bahan yang digunakan sebagi media penghantar cenderung harus kuat terhadap panas yang akan dihantarkan, karena jika media yang akan digunakan untuk penghanatar tidak kuat, maka media tersebut akan rentan terhadap korosi, yang menyebabkan penghantar panas mulai berkurang.

II.2 Pengertian Heat Exchanger

Menurut Incropera dan Dewitt (1981), efektivitas suatu heat exchanger didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata) dengan perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. Secara umum pengertian alat penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas ( super heated steam ) dan air biasa sebagai air pendingin ( cooling water ).

Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil dimana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.II.3 Tipe Aliran pada Alat Penukar PanasTipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 3 macam aliran yaitu :

1. Counter current flow atau Counter flow adalah aliran berlawanan arah, dimana fluida yang satu masuk pada satu ujung penukar kalor, sedangkan fluida yang satu lagi masuk pada ujung penukar panas yang lain, masing-masing fluida mengalir menurut arah yang berlawanan.2. Parallel flow atau Co-current flow adalah aliran searah ,dimana kedua fluida masuk pada ujung penukar panas yang sama dan kedua fluida mengalir searah menuju ujung penukar panas yang lain.3. Aliran Silang Lurus Berlawanan(Cross-Counter Flow)Aliran Lurus Berlawanan adalah gabungan antara aliran lurus dan berlawanan.Karakteristik perpindahan panas dari konfigurasi aliran silang adalah salah satu aliran mengalir di aliran yang lurus, sedangkan yang aliran kedua mengikuti jalur berlawanan arah aliran pertama. Dengan demikian pola aliran dapat dilihat secara umumcounterflowdengan aliran lintas menyilang.(http://muhammadsyukur21.blogspot.com/2013/01/heat-exchanger.html)II.4 Jenis jenis Heat Exchanger1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger)Salah satu jenispenukar panasadalahsusunanpipaganda.Dalam jenispenukarpanas dapat digunakanberlawananarahaliran atauarah aliran, baik dengancairan panasatau dingincairan yang terkandungdalam ruangannulardan cairanlainnya dalampipa.Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan buluh (shell and tube heat exchanger).Konstruksi Double Pipe Heat Exchanger Hairpin: Penyatuan dua kaki, konstruksi hairpin lebih disukai karena membutuhkan ruang yang tidak begitu besar Packing & glad:Packingdangladmenyediakan penyegelan untuk anulus dan mendukung pada inner pipa Return Bend: Ujung-ujung berlawanan bergabung membentuk huruf U melalui sambungan las Support lugs: Support lugs dapat dilengkapi pada ujung innner pipa Flange: Pipa-pipa luar dihubungakan denganflangepada akhir sambungan agar mudah dibuka atau dibongkar guna pembersihan dan pemeliharaan Union Join: Untuk pemasangan inner tube dengan U-bend Nozzles: Bagian kecil dari pipa yang di hubungkan keshellatau ke saluran yang bertindak sebagai inlet atau outlet dari cairan Gasket:Packingdiletakkan diantara dua buahflangeagar aliran dapat bergerak bebas.(http://djanksoleh.blogspot.com/2013/02/double-pipe-heat-exchanger.html)Kelebihan Dan Kekurangan : Kelebihan jenis ini adalah mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi,dank arena tidak ada sambungan, resiko tercampurnya kedua fluida sangat kecil, mudah dibersihkan pada bagian fitting,Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa, dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat diatur sedimikian rupa agar diperoleh batas pressure drop dan LMTD sesuai dengan keperluan,mudah bila kita ingin menambahkan luas permukaannyadankalkulasi design mudah dibuat dan akurat Kekurangannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya sangat kecil, mahal,terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor kecil ( Rd ketetapan

Evaluasi p

Bagian Shell (.............)Bagian Tube (............)

1. Menghitung Nre dan friksi

NReS = Nilai f didapat dari fig. 29 (Kern,1950)

Nilai sg didapat dari fig 6

2. Menghitung (N+1)

(N+1) = (12xl)/B

3. Menghitung ps karena panjang shell

ps = 1. Menghitung Nre pipa

Nret = Nilai f didapat dari fig. 29 (Kern,1950)

Nilai sg didapat dari fig 6

2. Menghitung ps karena panjang pipa

pl = 3. Menghitung ps karena tube passes

pn =

QUOTE (

4. Mencari p total pada bagian tube

pt = pl + pn

*catatan : p masing-masing aliran < p ketetapan

(Kusnarjo, 2010 )

II.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi dalam Pemilihan Heat ExchangerFaktor-faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan tipe atau jenis Heat Exchanger antara lain :a) Temperatur strains = thermal strains

Pemuaian logam selama menerima panas dapat mengakibatkan penyempitan pipa karena ada T yang cukup drastis.dan shell tidak sama pemuaiannya, maka batasan yang dipakai : jika T antara shell&tube max = 500F boleh dipakai.b) Tube size, pitch& shell sizeUkuran standart (table 9 Kern halaman 842)

Standart panjang tube : 8ft ; 12ft ; 16ft ;20 ftStandart diameter tube : " ; " ; 1" ;1"

Yang paling banyak dipakai : " & 1".

Biasanya shell dibuat dengan tebal " untuk ID shell 12 24 inch kecuali jika fluidanya sangat korosif & tekanan operasi besar ( >300 psig).

Ketentuan :

Over design : bila Rd hitung >>>Rd ketentuan alat bisa dipakai tapi mahal.

Diharapkan : Rd hitung Rd ketentuan

Under design : Rd hitung