Download - Laporan Heat Exchanger
LAPORAN PRAKTIKUM PROSES OPERASI TEKNIK
HEAT EXCHANGER
DISUSUN OLEH :
GIHON ANDRE A. H. 0906553072
MIRADHA HERDINI W. 0906635646
NIDA ADILAH 0906635665
YUNI ELFANY F. 0906553135
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSTAS INDONESIA
DEPOK 2011
Heat Exchanger 2011
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Tujuan Percobaan
Untuk mengetahui unjuk kerja alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe heat
exchanger) dengan menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi,
dan perbandingan untuk aliran searah dan berlawanan arah.
B. Prosedur Percobaan
No. Prosedur Percobaan Keterangan
Percobaan Aliran Searah (co-current)
1. Membuka penuh semua aliran uap air (steam) secara
penuh secara berurutan
Valve yang dibuka secara
berurutan adalah valve 1,
8,10, 12 dan 13
2. Membuka penuh semua aliran air secara penuh dan
membuka kran 14 sebesar 1/5 putaran
Valve yang dibuka untuk
aliran air secara berurutan
adalah valve 5 dan valve 14
sebesar 1/5 putaran
3. Menunggu suhu steam (T4) yang masuk hingga konstan
atau sekitar 90-100oC
Menunggu suhu steam yang
masuk dibutuhkan waktu
sekitar 10 menit.
4. Setelah suhu steam mencapai sekitar 90-100oC,
mengukur volume air yang keluar dan volume
kondensat dengan menggunakan gelas ukur dan
stopwatch.
Waktu yang digunakan untuk
adalah 10 detik.
5. Mengamati dan mencatat suhu pada T1, T2, T3, T5, T6
selama mengambil data volume air yang keluar dan
volume kondensat.
Waktu yang digunakan untuk
mengamati adalah 10 detik.
6. Mengulangi percobaan dengan 5 variasi bukaan kran
14 yang berbeda.
Variasi bukaan kran 14
adalah 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, 1
Percobaan Aliran Berlawanan (counter-current)
1. Membuka penuh semua aliran uap air (steam) secara
penuh secara berurutan
Valve yang dibuka secara
berurutan adalah valve 1, 8,
Heat Exchanger 2011
2
11, 9 dan 13
2. Membuka penuh semua aliran air secara penuh dan
membuka kran 14 sebesar 1/5 putaran
Valve yang dibuka untuk
aliran air adalah valve 5 dan
valve 14 sebesar 1/5 putaran
3. Menunggu suhu steam (T5) yang masuk hingga konstan
atau sekitar 90-100oC
Menunggu suhu steam yang
masuk dibutuhkan waktu
sekitar 10 menit.
4. Setelah suhu steam mencapai sekitar 90-100oC,
mengukur volume air yang keluar dan volume
kondensat dengan menggunakan gelas ukur dan
stopwatch.
Waktu yang digunakan untuk
adalah 10 detik.
5. Mengamati dan mencatat suhu pada T1, T2, T3, T5, T6
selama mengambil data volume air yang keluar dan
volume kondensat.
Waktu yang digunakan untuk
mengamati adalah 10 detik.
6. Mengulangi percobaan dengan 5 variasi bukaan kran
14 yang berbeda.
Variasi bukaan kran 14
adalah 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, 1
C. Data Hasil Percobaan
1. Percobaan aliran searah (co-current)
Bukaan Vair Vkondensat T1 T2 T3 T5 T6
0,2 600 30 84 45 37 48 51
0,4 760 31 84 46 37 47 50
0,6 1120 30 77 44 36 44 48
0,8 1420 26 66 41 35 41 46
1 1470 28 58 39 25 39 43
2. Percobaan aliran berlawanan (counter-current)
Bukaan Vair Vkondensat T1 T2 T3 T4 T6
0,2 515 28 92,5 34 28 68 42
0,4 880 32 90 33 28 62 38
0,6 1220 28 72 30 27 56 36
0,8 1310 28 60 29 27 50 34
1 1540 28 51 29 27 88 32
Diameter pipa kecil dalam Heat Exchanger = 0,014 m
Diameter pipa besar dalam Heat Exchanger = 0,025 m
Heat Exchanger 2011
3
BAB II
DASAR TEORI
Heat exchanger merupakan sebuah alat penukar kalor antara dua fluida yang melewati
dua bidang batas. Bidang batas disini adalah dinding pipa yang terbuat dari berbagai jenis
logam bergantung dari jenis heat exchanger itu sendiri.
Perpindahan panas dapat terjadi di heat exchanger karena dua fluida yang masuk
kedalam heat exchanger memiliki temperatur yang berbeda baik secara langsung maupun
tidak langsung. Perpindahan panas secara langsung terjadi ketika dua fluida dengan suhu
yang berbeda mengalami kontak langsung tanpa adanya dinding pembatas. Perpindahan
panas terjadi pada bagian penghubung antara dua fluida. Contoh fluida yang mengalami
perpindahan panas secara langsung adalah dua jenis fluida yang tidak saling bercampur, dan
campuran gas-liquid. Dua fluida yang mengalami perpindahan panas secara tidak langsung
ketika dua fluida tersebut mengalir dengan dibatasi oleh dinding pemisah.
1. Jenis β jenis Heat exchanger
a. Berdasarkan konstruksi (bentuk)
Double-pipe Heat Exchanger
Heat exchanger ini terdiri dari satu buah pipa yang diletakkan di dalam sebuah
pipa lainnya yang berdiameter lebih besar secara konsentris. Fluida yang satu
mengalir di dalam pipa kecil sedangkan fluida yang lain mengalir di bagian luarnya.
Double pipe ini dapat digunakan untuk memanaskan atau mendinginkan fluida hasil
proses yang membutuhkan area perpindahan panas yang kecil (biasanya hanya
mencapai 50 m2).
Gambar 1. Double-pipe Heat Exchanger
Heat Exchanger 2011
4
Shell and tube
Jenis ini terdiri dari shell yang didalamnya terdapat rangkaian pipa kecil yang
disebut tube bundle. Perpindahan panas terjadi antara fluida yang mengalir di dalam
tube dan fluida yang mengalir di luar tube (pada shell side). Shell and tube ini
merupakan Heat exchanger yang paling banyak digunakan dalam proses-proses
industri.
Gambar 2. Shell and Tube Heat Exchanger
Plate Heat Exchanger
Gambar 3. Plate Heat Exchanger
Kedua aliran masuk dari sudut dan melewati bagian atas dan bawah plat-plat
parallel dengan fluida panas melewati jalan-jalan (ruang antar plat) genap dan fluida
dingin melewati jalan-jalan ganjil. Plat-plat dapat dipasang secara melingkar agar
dapat memberikan perpindahan panas yang besar dan mencegah terjadinya fouling
Heat Exchanger 2011
5
(deposit yang tidak diinginkan). Plate Heat exchanger juga mudah untuk dilepas dan
dipasang kembali sehingga mudah untuk dibersihkan. Plate Heat exchanger dibagi
atas 3 macam :
1. Plate and frame or gasketed plate exchanger
Jenis ini terdiri dari bingkai-bingkai dan plat-plat yang disusun rapat,
permukaan plat mempunyai alur-alur yang berpasangan sehingga jika dirangkai
mempunyai dua aliran. Heat exchanger ini digunakan untuk temperatur dan
tekanan rendah seperti mendinginkan cooling water.
2. Spiral plate heat exchanger
Gambar 4. Spiral Plate Heat Exchanger
Terbuat dari dua pelat logam melengkung paralel (spiral) yang berfungsi untuk
membuat aliran turbulen sangat tinggi dalam pola aliran berlawanan arah. Suatu
fluida mengalir dari luar, sedangkan aliran lain dari dalam. Dengan
memvariasikan perbedaan ketinggian piringan (Ξh), desain ini sangat serbaguna
an dapat diaplikasikan pada cairan dengan viskositas tinggi dan cairan yang
mengandung suspensi padat tanpa terhalang atau pun memerlukan cairan
pembersih (make-up water). Konstruksi memiliki keuntungan dari tarif
penanganan ekspansi termal yang sangat tinggi yang diciptakan oleh perubahan
suhu antara cairan panas dan dingin
Heat Exchanger 2011
6
3. Lamella (ramen) heat exchanger
Gambar 5. Lamella (ramen) Heat Exchanger
Alat penukar kalor ini biasa terdiri dari cangkang silinder yang berada di
sekitar strip perpindahan panas. Lamella heat exchanger bekerja dengan media
dalam aliran sejajar tanpa pelat baffle yang dikombinasikan dengan turbulensi
yang tinggi disekitar lamella, yang bertujuan untuk meningkatkan perpindahan
panas yang terjadi. Tidak adanya baffle akan meminimalkan penurunan tekanan
dan membuat kinerja lebih baik.
Extended Surface
Gambar 6. Extended Surface Plate Fin Heat Exchanger
Permukaan tabung dan plat memiliki efisiensi yang terbatas. Untuk
meningkatkan heat fluks maka digunakanlah suatu Heat exchanger dengan extended
surface (permukaan yang dilebarkan) seperti fin, spine (duri), dan groove (kelokan),
sehingga permukaan fluida yang bersentuhan dengan Heat exchanger menjadi lebih
banyak, dan akan menyebabkan perpindahan panas yang lebih cepat. Jenis ini
mampu meningkatkan koefisen konveksi cukup besar. Heat exchanger jenis ini
Heat Exchanger 2011
7
dibagi menjadi dua macam yaitu plate-fin or matrix Heat exchanger dan high-finned
tube.
b. Berdasarkan jenis aliran
Co-current (aliran searah)
Gambar 7. Aliran searah (Co-current)
Seperti yang dapat dilihat pada gambar diatas, kedua aliran fluida yang berada
didalam heat exchanger mengalir masuk dengan arah yang sama (searah). Kedua
fluida memasuki heat exchanger dengan perbedaan suhu yang besar. Perbedaan
temperatur yang besar akan berkurang seiring dengan semakin besarnya x (jarak)
pada heat exchanger. Temperatur keluaran dari fluida dingin tidak akan melebihi
temperatur fluida panas.
Counter-current (aliran berlawanan arah)
Gambar 8. Aliran berlwanan arah (Counter-current)
Heat Exchanger 2011
8
Seperti yang dapat dilihat pada gambar diatas, kedua aliran fluida yang berada
didalam heat exchanger mengalir masuk dari arah yang berlawanan. Aliran keluaran
fluida dingin suhunya mendekati suhu dari masukan fluida panas sehingga hasil
suhu yang didapat lebih efektif dari paralel flow. Mekanisme perpindahan kalor jenis
ini hampir sama dengan paralel flow, dimana aplikasi dari bentuk diferensial dari
persamaan steady-state:
dLatTUdQ " (2.1)
wcdtWCdTdQ (2.2)
Cross-current (aliran berseberangan)
Gambar 9. Cross Flow Heat Exchanger
Suatu aliran dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain.
Aliran tersebut biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya
sistem kondensor uap (tube and shell heat exchanger), di mana uap memasuki shell,
air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap
menjadi cair.
Heat Exchanger 2011
9
2. Perhitungan dasar dalam Heat Exchanger
a. Koefisien kalor menyeluruh
Gambar 10. Perpindahan kalor menyeluruh melalui dinding bidang datar.
Koefisien perpindahan kalor menyeluruh di mana perpindahan kalor melalui dinding
bidang datar seperti pada gambar 10 dinyatakan sebagai:
AhkAxAh
TTq BA
21 11
dimana TA dan TB berturut-turut adalah suhu fluida pada kedua bidang sisi dinding itu.
Koefisien kalor menyeluruh U didefinisikan oleh hubungan
menyeluruhTUAq
Dari sudut pandang heat exchanger, dinding bidang datar jarang ada penerapannya.
Kasus yang lebih penting mendapat perhatian adalah double pipe heat exchanger,
seperti pada gambar 11a.
(a) (b)
Gambar 11. Double pipe heat exchanger (a) bagan, (b) jaringan tahanan termal untuk perpindahan
kalor menyeluruh
Dalam penerapan ini salah satu fluida mengalir di dalam tabung yang kecil, sedang
fluida yang satu lagi mengalir di dalam ruang anulus di antara kedua tabung.
Perpindahan kalor menyeluruh didapatkan dari jaringan termal pada gambar 9b
sebagai
T2 Q
h1
T1
h2
TA
TB
(2.3)
(2.4)
Heat Exchanger 2011
10
00
0 1
2
ln1
AhkL
rr
Ah
TTq
i
ii
BA
dimana subskrip i dan 0 menunjukkan diameter dalam dan diameter luar tabung dalam
yang lebih kecil. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh dapat didasarkan atas luas
dalam atau luas luar tabung menurut selera perancang. Sesuai dengan itu,
00
0 1
2
ln1
1
hA
A
kL
rrA
h
Uiii
i
i
0
0000 1
2
ln1
1
hkL
rrA
hA
AU
i
ii
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U), terdiri dari dua macam yaitu:
1. UC adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor
masih baru
2. UD adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor
sudah kotor.
Secara umum kedua koefisien itu dirumuskan sebagai:
b. Faktor pengotor
Setelah dipakai beberapa lama, permukaan perpindahan kalor heat exchanger
mungkin dilapisi oleh berbagai endapan yang biasa terdapat dalam sistem aliran atau
permukaan itu mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi antara fluida
dengan bahan yang digunakan dalam konstruksi heat exchanger. Dalam kedua hal di
atas lapisan itu memberikan tahanan tambahan terhadap aliran kalor, dan hali ini
menyebabkan menuurunnya kemampuan kerja alat itu. Pengaruh menyeluruh dari hal
di atas, biasa dinyatakan dengan faktor pengotoran (fouling factor), atau tahanan
(2.5)
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
Heat Exchanger 2011
11
pengotoran, Rf yang harus diperhitungakan bersama tahanan termal lainnya, dalam
menghitung koefisien perpindahan kalor menyeluruh.
Faktor pengotoran harus didapatkan dari percobaan, yaitu dengan menentukan U
untuk kondisi bersih dan kondisi kotor pada heat exchanger itu. Faktor pengotoran
didefinisikan oleh
bersihkotor UURf
11
c. Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD)
Untuk menghitung perpindahan alor dalam Heat Exchanger Pipa Ganda (Double
Pipe Heat Exchanger), digunakan persamaan berikut :
π = π π΄ βππ
dengan :
U : koefisien perpindahan kalor menyeluruh
A: luas permukaan perpindahan kalor
βππ : beda suhu rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam HE
Untuk menghitung βππ , digunakan persamaan :
ba
ba
meanTT
TTT
/ln(
Dengan :
11
22
chb
cha
TTT
TTT
Kemudian persamaan diatas dikenal juga sebagai persamaan LMTD. LMTD juga
dapat didefinisikan sebagai beda suhu pada satu ujung penukar kalor dikurangi beda
suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah daripada perbandingan
kedua beda-suhu tersebut. Persamaan diatas digunakan dengan dua asumsi, yaitu : (1)
kalor spesifik fluida tidak berubah menurut suhu, dan (2) koefisien perpindahan kalor
konveksi tetap untuk seluruh penukar kalor.
Nilai LMTD juga dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
1. Bila UD konstan
Untuk aliran searah (co-current)
(2.11)
(2.10)
(2.12)
Heat Exchanger 2011
12
atau
Untuk aliran berlawanan arah (Counter Current)
(2.13)
Heat Exchanger 2011
13
Nilai LMTD yang diperoleh ini harus dikoreksi dengan faktor FT yang dicari dari
grafik yang sesuai. Caranya yaitu dengan menggunakan parameter R dan S:
dan harga Ξ tm =FT.LMTD
2. Bila UD tidak konstan (berubah) terhadap suhu
Untuk aliran searah atau aliran berlawanan arah, maka persamaan LMTD berupa
persamaan implisit:
d. Metode NTU-Efektivitas
Ada metode lain selain metode LMTD. Metode ini berdasarkan atas efektivotas
penukar kalor dalam memindahkan sejumlah kalor tertentu. Metode efektivitas ini juga
mempunyai beberapa keuntungan untuk menganalisis soal-soal dimana kita harus
membandingkan berbagai jenis penukar kalor guna memilih jenis yang terbaik untuk
melaksanakan sesuatu tugas pemindahan kalor tertentu.
Efektivitas heat exchanger dapat dirumuskan sebagai berikut :
π =πππππππππππ πππππ ππ¦ππ‘π
πππππππππππ πππππ ππππ πππ’π π¦πππ ππ’πππππ
Secara umum efektivitas dapat dinyatakan sebagai berikut
π =βπ (πππ’πππ ππππππ’π)
π΅πππ π π’ππ’ ππππ πππ’π ππ πππππ ππππ’πππ πππππ
Persamaan untuk efektivitas dalam aliran sejajar dapat kita turunkan sebagai berikut
ππππ2β ππ2
ππ1β ππ1= βππ΄
1
π π ππ+
1
π πππ
ππ‘ππ’
ππ2 β ππ2
ππ1 β ππ1= exp βππ΄
1
π πππ+
1
π πππ
Untuk mencari efektifitas untuk paralel single pass HE adalah sebagai berikut :
maxmin
maxmin
/1
)/1(exp1
CC
NTUCC
(2.14)
(2.15)
(2.16)
(2.17)
(2.18)
Heat Exchanger 2011
14
Sedangkan untuk counterflow adalah sebagai berikut :
NTUCCCC
NTUCC
)/1(exp)/(1
)/1(exp1
maxminmaxmin
maxmin
Keterangan : NTU (Number of Transfer Unit) bisa didapatkan dari rumus :
minC
UANTU
Cmin merupakan nilai C tekecil antara Ch dan Cc, sedangkan Cmax merupakan nilai yang
terbesar.
(2.19)
Heat Exchanger 2011
15
BAB III
PENGOLAHAN DATA
Data pengamatan yang diperoleh oleh praktikan adalah sebagai berikut :
Panjang HE total , L : 162 cm = 1,62 m
Diamater pipa bagian luar (shell), D0 : 0,025 m
Diameter pipa bagian dalam (tube), D1: 0,014 m
Luas permukaan bidang tukar kalor, A0 = ππ·0πΏ = 0,127 m2
Luas permukaan bidang tukar kalor, A1 = ππ·1πΏ = 0,071 m2
Jenis Aliran Bukaan valve
Qair (ml/s) Kondensat (ml/s)
Stream T inlet (oC)
T outlet (oC)
Counter-current
1/5 515 28 Water (l) 28 68
Steam (g) 96 42
2/5 880 32 Water (l) 28 62
Steam (g) 96 38
3/5 1220 28 Water (l) 27 56
Steam (g) 98 36
4/5 1310 28 Water (l) 27 50
Steam (g) 99 34
5/5 1540 28 Water (l) 27 88
Steam (g) 100 32
Co -current 1/5 600 30 Water (l) 37 48
Steam (g) 94 51
2/5 760 31 Water (l) 37 47
Steam (g) 93 50
3/5 1120 30 Water (l) 36 44
Steam (g) 93 48
4/5 1420 26 Water (l) 35 41
Steam (g) 93 46
5/5 1470 28 Water (l) 35 39
Steam (g) 93 43
Heat Exchanger 2011
16
A. Perhitungan Metode LMTD aliran Counter-Current
1. Aliran dengan Qair = 51,5 ml/s
Qair = 0,515 x 10-4
m3/s
Qsteam = merupakan jumlah kondensat yang terjadi
= 2,8ml/s x 10-6
m3/ml
= 0,28 x 10-5
m3/s
Tavg water liquid = πππ +πππ’π‘
2 =
28+68
2= 48Β°πΆ
Tavg steam = πππ +πππ’π‘
2 =
96+42
2= 69Β°πΆ
D = Dh = (π·02 β π·1
2)/π·1 = 0,0252
0,014 2 = 0,03064 π
Kemudian, kita menghitung nilai LMTD dari aliran ini :
πΏπππ· = π1 β π‘1 β (π2 β π‘2)
ln(π1 β π‘1
π2 β π‘2)
dimana T1 = suhu fluida panas in ; T2 = suhu fluida panas out
t1 = suhu fluida dingin in ; t2 = suhu fluida dingin out
πΏπππ· = 96β28 β (48β62)
ln (96β68
(48β62))
= 20,1980C
Kemudian, menghitung nilai h0 untuk saturated water:
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 480C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,174 989,0881 5,7064.10-4
0,6429 3,70403
Massa air adalah, π = π π = 0,0509ππ
π
Reynold Number, Re dari aliran air dalam pipa ini adalah :
π π = π·ππΊ/π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
dimana Dh = Diameter hidrauik;
G = laju alir massa per luas penampang aliran minimum (π
π΄π)
π = viskositas fluida
Heat Exchanger 2011
17
Kemudian, kita mengecek jenis aliran fluida dengan menggunakan pesamaan reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
5,7064.10β4
4 π₯ 0,0509
π(0,0252 β 0,0142 ) = 8122,306 (π‘π’πππ’πππ)
Kemudian, menghitung nilai h0, karena aliran turbulen, dan asumsi bahwa aliran
tersebut turbulen fully developed dalam pipa licin (no friction), maka digunakan
persamaan :
π0 = 0,023 π π0,8ππ0,3 π
π·π (persamaan 6-4, J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π0 = 0,023 π₯ 8122,3060,83,704030,30,6429
0,03064
= 1001,2752 π/πβ
Menghitung nilai hi untuk steam
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 690C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,1849 978,4385 4,12.10-4
0,6627 2,6059
Massa steam adalah, π = π π = 0,00274ππ
π
Kalor dari steam yang dipindahkan ke air, π = π. πΆπ . π1 β π2 + ππ
Dengan, π adalah kalor laten steam, yang besarnya 80 cal/kg (nilai ini digunakan
untuk asumsi keadaan steam saat masuk adalah jenuh seluruhnya)
π = 0,00274.4,1849 . 96 β 42 + 0,00274.80
= 0,8383ππ½/π
Heat Exchanger 2011
18
Kemudian, kita mengecek jenis aliran steam dengan menggunakan pesamaan Reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
4,12.10β4
4 π₯ 0,00274
π(0,0252 β 0,0142 ) = 605,05 (πππππππ)
Kemudian, menghitung nilai h1, karena aliran laminer, sebelumnya perlu dihitung
nilai Nud untuk menghitung nilai h1, dengan persamaan :
π1 = π ππ’π
π·1, ππππππ
ππ’π = 1,86 π ππππ 0,333 π·1
πΏ
0,333
π’ππ‘π’π π ππ Prπ·1
πΏ> 10
Untuk dapat menggunakan persamaan ini, kita harus mengecek apakah nilai π ππ Prπ·1
πΏ
memenuhi kriteria di atas.
π ππ Prπ·1
πΏ=
605,05 π₯ 2,6059 π₯ 0,014
1,62= 13,626 (ππππ πππππ πππππ‘ ππππ’πππππ)
ππ’π = 1,86 605,05 π₯ 2,6059 0,333 0,014
1,62
0,333
= 4,4387
π1 = πππ’π
π·1
= 0,6627 π₯ 4,4387
0,014= 210,12 π/π2β
Menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U)
Dari tabel A-2 (J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ), didapatkan bahwa KFe murni , pada
T = 20oC, adalah 73 W/m
oC (diasumsikan bahwa pipa HE terbuat dari besi murni)
Dari persamaan (10-4a) buku J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ, didapatkan
persamaan untuk menghitung U, yaitu :
ππ = 1
1ππ
+ π΄π ln(ππ ππ)
2πππΏ+
1ππ
Heat Exchanger 2011
19
= 1
1210,12 +
0,000154 ln(0,0125 0,007) 2ππ₯ 0,6265 π₯ 1,62
+ 1
1001,475
= 46,219π/π2β
Menghitung nilai Ud, dengan persamaan :
ππ = π
π΄. πΏπππ·
=0,8383
0,000154.20,198
= 269,75 π/π2β
Menghitung nilai Rd, dengan persamaan :
π π =1
ππβ
1
ππ
= 1
269,75β
1
46,219
= 0,01793 π/π2β
2. Aliran dengan Qair = 88 ml/s
Qair = 0,88 x 10-4
m3/s
Qsteam = merupakan jumlah kondensat yang terjadi
= 3,2 ml/s x 10-6
m3/ml
= 0,32 x 10-5
m3/s
Tavg water liquid = πππ +πππ’π‘
2 =
28+62
2= 45Β°πΆ
Tavg steam = πππ +πππ’π‘
2 =
96+38
2= 67Β°πΆ
D = Dh = (π·02 β π·1
2)/π·1 = 0,0252
0,014 2= 0,03064 π
Kemudian, kita menghitung nilai LMTD dari aliran ini :
πΏπππ· = π1 β π‘1 β (π2 β π‘2)
ln(π1 β π‘1
π2 β π‘2)
dimana T1 = suhu fluida panas in ; T2 = suhu fluida panas out
t1 = suhu fluida dingin in ; t2 = suhu fluida dingin out
πΏπππ· = 96β28 β (38β62)
ln (96β68
(38β62))
= 19,6110C
Heat Exchanger 2011
20
Kemudian, menghitung nilai h0 untuk saturated water:
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 450C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,174 990,0594 5,998.10-4
0,6391 3,91986
Massa air adalah, π = π π = 0,0871ππ
π
Reynold Number, Re dari aliran air dalam pipa ini adalah :
π π = π·ππΊ/π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
dimana Dh = Diameter hidrauik;
G = laju alir massa per luas penampang aliran minimum (π
π΄π)
π = viskositas fluida
Kemudian, kita mengecek jenis aliran fluida dengan menggunakan pesamaan reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
5,998.10β4
4 π₯ 0,0871
π(0,0252 β 0,0142 ) = 13217,64 (π‘π’πππ’πππ)
Kemudian, menghitung nilai h0, karena aliran turbulen, dan asumsi bahwa aliran
tersebut turbulen fully developed dalam pipa licin (no friction), maka digunakan
persamaan :
π0 = 0,023 π π0,8ππ0,3 π
π·π (persamaan 6-4, J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π0 = 0,023 π₯ 13217,640,83,919860,30,6391
0,03064
= 1497,791 π/πβ
Menghitung nilai hi untuk steam
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 670C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
Heat Exchanger 2011
21
4,1838 979,5176 4,224.10-4
0,6606 2,6778
Massa steam adalah, π = π π = 0,003135ππ
π
Kalor dari steam yang dipindahkan ke air, π = π. πΆπ . π1 β π2 + ππ
Dengan, π adalah kalor laten steam, yang besarnya 80 cal/kg (nilai ini digunakan
untuk asumsi keadaan steam saat masuk adalah jenuh seluruhnya)
π = 0,003135.4,1927 . 96 β 38 + 0,003135.80
= 0,6924 ππ½/π
Kemudian, kita mengecek jenis aliran steam dengan menggunakan pesamaan Reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
4,224.10β4
4 π₯ 0,003135
π(0,0252 β 0,0142 ) = 675,15 (πππππππ)
Kemudian, menghitung nilai h1, karena aliran laminer, sebelumnya perlu dihitung
nilai Nud untuk menghitung nilai h1, dengan persamaan :
π1 = π ππ’π
π·1, ππππππ
ππ’π = 1,86 π ππππ 0,333 π·1
πΏ
0,333
π’ππ‘π’π π ππ Prπ·1
πΏ> 10
Untuk dapat menggunakan persamaan ini, kita harus mengecek apakah nilai π ππ Prπ·1
πΏ
memenuhi kriteria di atas.
π ππ Prπ·1
πΏ=
675,15 π₯ 2,6678 π₯ 0,014
1,62= 15,624 (ππππ πππππ πππππ‘ ππππ’πππππ)
ππ’π = 1,86 675,15 π₯ 2,6778 0,333 0,014
1,62
0,333
= 4,6457
π1 = πππ’π
π·1
Heat Exchanger 2011
22
= 0,6606 π₯ 4,6457
0,014= 219,2 π/π2β
Menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U)
Dari tabel A-2 (J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ), didapatkan bahwa KFe murni , pada
T = 20oC, adalah 73 W/m
oC (diasumsikan bahwa pipa HE terbuat dari besi murni)
Dari persamaan (10-4a) buku J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ, didapatkan
persamaan untuk menghitung U, yaitu :
ππ = 1
1ππ
+ π΄π ln(ππ ππ)
2πππΏ+
1ππ
ππ = 1
1219,2 +
0,000154 ln(0,0125 0,007) 2ππ₯ 73 π₯ 1,62 +
11497,791
= 46,871 π/π2β
Menghitung nilai Ud, dengan persamaan :
ππ = π
π΄. πΏπππ·
=1,0014
0,000154.19,611
= 335,17 π/π2β
Menghitung nilai Rd, dengan persamaan :
π π =1
ππβ
1
ππ
= 1
335,17β
1
46,871
= 0,01835 π/π2β
B. Perhitungan Metode LMTD aliran Co-Current
1. Aliran dengan Qair = 60 ml/s
Qair = 0,6 x 10-4
m3/s
Qsteam = merupakan jumlah kondensat yang terjadi
= 3 ml/s x 10-6
m3/ml
= 0,3 x 10-5
m3/s
Heat Exchanger 2011
23
Tavg water liquid = πππ +πππ’π‘
2 =
36+50
2= 43Β°πΆ
Tavg steam = πππ +πππ’π‘
2 =
94+44
2= 69Β°πΆ
D = Dh = (π·02 β π·1
2)/π·1 = 0,0252
0,014 2= 0,03064 π
Kemudian, kita menghitung nilai LMTD dari aliran ini :
πΏπππ· = π1 β π‘1 β (π2 β π‘2)
ln(π1 β π‘1
π2 β π‘2)
dimana T1 = suhu fluida panas in ; T2 = suhu fluida panas out
t1 = suhu fluida dingin in ; t2 = suhu fluida dingin out
πΏπππ· = 94β36 β (44β50)
ln (94β36
44β50)
= 28,210C
Kemudian, menghitung nilai h0 untuk saturated water:
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 430C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,174 990,7427 6,199.10-4
0,6366 4,069
Massa air adalah, π = π π = 0,5944ππ
π
Reynold Number, Re dari aliran air dalam pipa ini adalah :
π π = π·ππΊ/π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
dimana Dh = Diameter hidrauik;
G = laju alir massa per luas penampang aliran minimum (π
π΄π)
π = viskositas fluida
Kemudian, kita mengecek jenis aliran fluida dengan menggunakan pesamaan reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
Heat Exchanger 2011
24
π π = 0,03064
6,199.10β4
4 π₯ 0,5944
π(0,0252 β 0,0142 ) = 87252,07 (π‘π’πππ’πππ)
Kemudian, menghitung nilai h0, karena aliran turbulen, dan asumsi bahwa aliran
tersebut turbulen fully developed dalam pipa licin (no friction), maka digunakan
persamaan :
π0 = 0,023 π π0,8ππ0,3 π
π·π (persamaan 6-4, J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π0 = 0,023 π₯ 87252,070,84,0690,30,6366
0,03064
= 6836,581 π/πβ
Menghitung nilai hi untuk steam
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 690C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,1849 978,4385 4,12.10-4
0,6627 2,6059
Massa steam adalah, π = π π = 0,002935ππ
π
Kalor dari steam yang dipindahkan ke air, π = π. πΆπ . π1 β π2 + ππ
Dengan, π adalah kalor laten steam, yang besarnya 80 cal/kg (nilai ini digunakan
untuk asumsi keadaan steam saat masuk adalah jenuh seluruhnya)
π = 0,002935.4,1849 . 94 β 44 + 0,002935.80
= 0,849 ππ½/π
Kemudian, kita mengecek jenis aliran steam dengan menggunakan pesamaan Reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
4,12.10β4
4 π₯ 0,002935
π(0,0252 β 0,0142 ) = 648,27 (πππππππ)
Heat Exchanger 2011
25
Kemudian, menghitung nilai h1, karena aliran laminer, sebelumnya perlu dihitung
nilai Nud untuk menghitung nilai h1, dengan persamaan :
π1 = π ππ’π
π·1, ππππππ
ππ’π = 1,86 π ππππ 0,333 π·1
πΏ
0,333
π’ππ‘π’π π ππ Prπ·1
πΏ> 10
Untuk dapat menggunakan persamaan ini, kita harus mengecek apakah nilai π ππ Prπ·1
πΏ
memenuhi kriteria di atas.
π ππ Prπ·1
πΏ=
648,27 π₯ 2,6059 π₯ 0,014
1,62= 14,599 (ππππ πππππ πππππ‘ ππππ’πππππ)
ππ’π = 1,86 648,27 π₯ 2,6059 0,333 0,014
1,62
0,333
= 4,5419
π1 = πππ’π
π·1
= 0, 6627 π₯ 4,5419
0,014= 215 π/π2β
Menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U)
Dari tabel A-2 (J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ), didapatkan bahwa KFe murni , pada
T = 20oC, adalah 73 W/m
oC (diasumsikan bahwa pipa HE terbuat dari besi murni)
Dari persamaan (10-4a) buku J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ, didapatkan
persamaan untuk menghitung U, yaitu :
ππ = 1
1ππ
+ π΄π ln(ππ ππ)
2πππΏ+
1ππ
ππ = 1
1215,5
+ 0,000154 ln(0,0125 0,007)
2ππ₯ 73 π₯ 1,62 + 1
6836,581
= 47,035 π/π2β
Menghitung nilai Ud, dengan persamaan :
ππ = π
π΄. πΏπππ·
Heat Exchanger 2011
26
=0,849
0,000154.28,21
= 195,61 π/π2β
Menghitung nilai Rd, dengan persamaan :
π π =1
ππβ
1
ππ
= 1
195,61β
1
47,035
= 0,01615π
π2β
2. Aliran dengan Qair = 76 ml/s
Qair = 0,76 x 10-4
m3/s
Qsteam = merupakan jumlah kondensat yang terjadi
= 3,1ml/s x 10-6
m3/ml
= 0,31 x 10-5
m3/s
Tavg water liquid = πππ +πππ’π‘
2 =
37+51
2= 44Β°πΆ
Tavg steam = πππ +πππ’π‘
2 =
94+47
2= 70,5Β°πΆ
D = Dh = (π·02 β π·1
2)/π·1 = 0,0252
0,014 2 = 0,03064 π
Kemudian, kita menghitung nilai LMTD dari aliran ini :
πΏπππ· = π1 β π‘1 β (π2 β π‘2)
ln(π1 β π‘1
π2 β π‘2)
dimana T1 = suhu fluida panas in ; T2 = suhu fluida panas out
t1 = suhu fluida dingin in ; t2 = suhu fluida dingin out
πΏπππ· = 94β37 β (47β51)
ln (94β37
47β51)
= 22,96 0C
Kemudian, menghitung nilai h0 untuk saturated water:
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 420C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,174 990,3831 6,095.10-4
0,6378 3,9918
Heat Exchanger 2011
27
Massa air adalah, π = π π = 0,7527ππ
π
Reynold Number, Re dari aliran air dalam pipa ini adalah :
π π = π·ππΊ/π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
dimana Dh = Diameter hidrauik;
G = laju alir massa per luas penampang aliran minimum (π
π΄π)
π = viskositas fluida
Kemudian, kita mengecek jenis aliran fluida dengan menggunakan pesamaan reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
6,095.10β4
4 π₯ 0,7527
π(0,0252 β 0,0142 ) = 112370 (π‘π’πππ’πππ)
Kemudian, menghitung nilai h0, karena aliran turbulen, dan asumsi bahwa aliran
tersebut turbulen fully developed dalam pipa licin (no friction), maka digunakan
persamaan :
π0 = 0,023 π π0,8ππ0,3 π
π·π (persamaan 6-4, J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π0 = 0,023 π₯ 1123700,83,99180,30,6378
0,03064
= 8333,402 π/πβ
Menghitung nilai hi untuk steam
Dari tabel A-9 (J.P Holman) pada Tavg = 70,50C, didapat properti untuk water liquid :
Cp (kJ/kg.0C) π (kg/m
3) (kg/m.s) k (W/m.
0C) Pr
4,1857 977,6291 4,042.10-4
0,6643 2,5519
Massa steam adalah, π = π π = 0,003031ππ
π
Kalor dari steam yang dipindahkan ke air, π = π. πΆπ . π1 β π2 + ππ
Heat Exchanger 2011
28
Dengan, π adalah kalor laten steam, yang besarnya 80 cal/kg (nilai ini digunakan
untuk asumsi keadaan steam saat masuk adalah jenuh seluruhnya)
π = 0,003031.4,1857 . 94 β 47 + 0,003031.80
= 0,8387 ππ½/π
Kemudian, kita mengecek jenis aliran steam dengan menggunakan pesamaan
Reynold
π π =π·ππΊ
π (hal.514, J.P Holman, βPerpindahan Kalorβ)
π π = π·π
π
4π
π(π·02 β π·1
2)
π π = 0,03064
4,042.10β4
4 π₯ 0,003031
π(0,0252 β 0,0142 ) = 682,28 (πππππππ)
Kemudian, menghitung nilai h1, karena aliran laminer, sebelumnya perlu dihitung
nilai Nud untuk menghitung nilai h1, dengan persamaan :
π1 = π ππ’π
π·1, ππππππ
ππ’π = 1,86 π ππππ 0,333 π·1
πΏ
0,333
π’ππ‘π’π π ππ Prπ·1
πΏ> 10
Untuk dapat menggunakan persamaan ini, kita harus mengecek apakah nilai π ππ Prπ·1
πΏ
memenuhi kriteria di atas.
π ππ Prπ·1
πΏ=
682,28 π₯ 2,5519 π₯ 0,014
1,62= 15,047 (ππππ πππππ πππππ‘ ππππ’πππππ)
ππ’π = 1,86 682,28π₯ 2,5519 0,333 0,014
1,62
0,333
= 4,5878
π1 = πππ’π
π·1
= 0,6643 π₯ 4,5878
0,014= 217,7 π/π2β
Menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U)
Dari tabel A-2 (J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ), didapatkan bahwa KFe murni , pada
T = 20oC, adalah 73 W/m
oC (diasumsikan bahwa pipa HE terbuat dari besi murni)
Heat Exchanger 2011
29
Dari persamaan (10-4a) buku J.P.Holman, βPerpindahan Kalorβ, didapatkan
persamaan untuk menghitung U, yaitu :
ππ = 1
1ππ
+ π΄π ln(ππ ππ)
2πππΏ+
1ππ
= 1
1217,7 +
0,000154 ln(0,0125 0,007) 2ππ₯ 73 π₯ 1,62 +
18333,402
= 47,189 π/π2β
Menghitung nilai Ud, dengan persamaan :
ππ = π
π΄. πΏπππ·
=0,8387
0,000154.22,96
= 237,4 π/π2β
Menghitung nilai Rd, dengan persamaan :
π π =1
ππβ
1
ππ
= 1
237,4β
1
47,189
= 0,01698 π/π2β
Perhitungan diatas merupakan perhitungan untuk menghitung NTU dan efektivitas dari aliran
jenis counter-current dan co-current (data bukaan valve 1/5 dan 2/5). Untuk data bukaan
valve lainnya, kami menghitung dengan cara yang sama seperti diatas dan didapatkan hasil
sebagai berikut
Heat Exchanger 2011
30
C. Penentuan Nilai Keefetifan (π) dan NTU aliran Counter β Current
1. Aliran dengan Q = 51,5 ml/s
Dari tabel A-9 (J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ) didapatkan data Cp sebagai
berikut :
Jenis
Aliran
Bukaan
Valve
LMTD Re Water
Liquid
h0 Re
Steam
h1 qsteam
Counter
Current
1/5 20,198 6437,77122
884,938 710,61 211,64 0,8328
2/5 19,611 10571,7711 1329,593 783,08 220,74 1,0054
3/5 21,422 142098,766 10714,733 669,4 210,82 0,9264
4/5 21,584 149318,251 11211,619 648,12 210,7 0,9619
5/5 7,9957 171860,108 12615,248 807,79 212,61 0,9864
Co-
Current
1/5 22,921 82612,1256 6643,303496 672,6788 215,511 0,774207
2/5 19,949 108486,457 8180,164583 699,4734 217,8961 0,787135
3/5 20,193 151527,957 10844,09785 656,2173 215,227 0,824073
4/5 19,027 181184,874 12708,01138 551,8178 204,6645 0,768281
5/5 18,229 185641,318 12992,73754 587,2963 209,5498 0,873665
Jenis Aliran Bukaan Valve Uc Ud
Counter Current 1/5 46,21919 269,749
2/5 46,87114 335,1747
3/5 46,81751 282,411
4/5 46,81344 290,7313
5/5 46,82195 812,9743
Co-Current 1/5 47,03521 195,6077
2/5 47,18171 237,4012
3/5 47,0629 245,0039
4/5 46,55077 247,4872
5/5 46,80694 311,6283
Heat Exchanger 2011
31
Saturated Water Steam
Temperatur Cp(kJ/kg0C) C(kJ/
0C) Cp(kJ/kg
0C) C(kJ/
0C)
Inlet 4,177802 0,21281 4,2069 0,01144
Outlet 4,184 0,21325 4,174 0,01153
Dengan nilai πΆ = πΆπ (ππ½ πΎπβ) π₯ π (πΎπ π )
Dari tabel diatas, kemudian kita mencari fluida minimum dan fluida maksimum
berdasarkan nilai C nya. Fluida minimum nya adalah steam, dengan nilai
Cmin = 0,01144 kJ/0C serta,
Cmax = 0,21325 kJ/0C
Menghitung nilai C*
πΆβ = πΆπππ
πΆπππ₯=
0,01144
0,21325= 0,05365
Menghitung efektifitas
Efektifitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
ππππ’ππ‘ππ βππ’πππππ‘ = ππ1 β ππ2
ππ1 β ππ1=
96 β 42
96 β 28= 0,79412
ππππ’ππ‘ππ βππ’πππππ‘ % = 79,412 %
Menghitung NTU
Dari tabel (cari di Holman), buku J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ, nilai NTU
untuk aliran counter-current dapat digunakan persamaan :
πππ = 1
(πΆβ β 1)ln
π β 1
[(πΆβπ) β 1]
πππ = 1
(0,05365 β 1)ln
0,79412 β 1
(0,05365 π₯ 0,79412) β 1]
= 1,62405
2. Aliran dengan Q = 88 ml/s
Dari tabel A-9 (J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ) didapatkan data Cp sebagai
berikut :
Heat Exchanger 2011
32
Saturated Water Steam
Temperatur Cp(kJ/kg0C) C(kJ/
0C) Cp(kJ/kg
0C) C(kJ/
0C)
Inlet 4,177802 0,36399 4,2069 0,013083
Outlet 4,18 0,36418 4,174 0,013186
Dengan nilai πΆ = πΆπ (ππ½ πΎπβ) π₯ π (πΎπ π )
Dari tabel diatas, kemudian kita mencari fluida minimum dan fluida maksimum
berdasarkan nilai C nya. Fluida minimum nya adalah steam, dengan nilai
Cmin = 0,013083 kJ/0C serta,
Cmax = 0,36418 kJ/0C
Menghitung nilai C*
πΆβ = πΆπππ
πΆπππ₯=
0,013083
0,36418= 0,035925
Menghitung efektifitas
Efektifitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
ππππ’ππ‘ππ βππ’πππππ‘ = ππ1 β ππ2
ππ1 β ππ1=
96 β 38
96 β 28= 0,85294
ππππ’ππ‘ππ βππ’πππππ‘ % = 85,294 %
Menghitung NTU
Dari tabel (cari di Holman), buku J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ, nilai NTU
untuk aliran counter-current dapat digunakan persamaan :
πππ = 1
(πΆβ β 1)ln
π β 1
[(πΆβπ) β 1]
πππ = 1
(0,035925 β 1)ln
0,85294 β 1
(0,035295 π₯ 0,85294) β 1]
= 1,95607
D. Penentuan Nilai Keefetifan (π) dan NTU aliran Co β Current
1. Aliran dengan Q = 60 ml/s
Dari tabel A-9 (J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ) didapatkan data Cp sebagai
berikut :
Heat Exchanger 2011
33
Saturated Water Steam
Temperatur Cp(kJ/kg0C) C(kJ/
0C) Cp(kJ/kg
0C) C(kJ/
0C)
Inlet 4,174 2,48122 4,175 0,012252
Outlet 4,174 2,48181 4,174 0,012254
Dengan nilai πΆ = πΆπ (ππ½ πΎπβ) π₯ π (πΎπ π )
Dari tabel diatas, kemudian kita mencari fluida minimum dan fluida maksimum
berdasarkan nilai C nya. Fluida minimum nya adalah steam, dengan nilai
Cmin = 0,012252 kJ/0C serta,
Cmax = 2,48181 kJ/0C
Menghitung nilai C*
πΆβ = πΆπππ
πΆπππ₯=
0,012252
2,48181= 0,004937
Menghitung efektifitas
Efektifitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
πππβππ’πππππ‘ = ππ1 β ππ2
ππ1 β ππ1=
94 β 44
94 β 36= 0,75862
πππβππ’πππππ‘ % = 75,862%
Menghitung NTU
Dari tabel (cari di Holman), buku J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ, nilai NTU
untuk aliran co-current dapat digunakan persamaan :
πππ = βln(1 β (1 β πΆβ)π
1 + πΆβ
πππ = βln(1 β 1 β 0,004937 0,758621
1 + 0,004937
= 1,3991
2. Aliran dengan Q = 76 ml/s
Dari tabel A-9 (J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ) didapatkan data Cp sebagai
berikut :
Saturated Water Steam
Temperatur Cp(kJ/kg0C) C(kJ/
0C) Cp(kJ/kg
0C) C(kJ/
0C)
Inlet 4,174 3,14173 4,1759 0,01265
Outlet 4,1759 3,14316 4,174 0,012656
Heat Exchanger 2011
34
Dengan nilai πΆ = πΆπ (ππ½ πΎπβ) π₯ π (πΎπ π )
Dari tabel diatas, kemudian kita mencari fluida minimum dan fluida maksimum
berdasarkan nilai C nya. Fluida minimum nya adalah steam, dengan nilai
Cmin = 0,01265 kJ/0C serta,
Cmax = 3,14316 kJ/0C
Menghitung nilai C*
πΆβ = πΆπππ
πΆπππ₯=
0,01265
3,14316= 0,00402
Menghitung efektifitas
Efektifitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
πππβππ’πππππ‘ = ππ1 β ππ2
ππ1 β ππ1=
94 β 47
94 β 37= 0,75439
πππβππ’πππππ‘ % = 75,439 %
Menghitung NTU
Dari tabel (cari di Holman), buku J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ, nilai NTU
untuk aliran co-current dapat digunakan persamaan :
πππ = βln(1 β (1 β πΆβ)π
1 + πΆβ
πππ = βln(1 β 1 β 0,00402 0,75439
1 + 0,00402
= 1,3862
Berikut data efektifitas dan NTU yang kami dapatkan secara keseluruhan akan ditampilkan
dalam tabel berikut :
Jenis
Aliran
Bukaan
Valve
Efektifitas Water
Liquid (%)
NTU Water
Liquid
Counter-
current
1/5 79,412 1,62363
2/5 85,294 1,95567
3/5 87,324 2,06814
4/5 90,278 2,33375
Heat Exchanger 2011
35
5/5 93,151 2,68412
Co-current 1/5 75,862 1,3991
2/5 75,439 1,3862
3/5 82,759 1,7659
4/5 88,333 2,153
5/5 95 5,0254
Heat Exchanger 2011
36
BAB IV
ANALISIS
A. Analisis Percobaan
Pada percobaan Heat Exchanger ini digunakan Double pipe Heat Exchanger, tujuan
dari percobaan ini adalah untuk mengetahui cara kerja dari Double pipe Heat Exchanger
dengan menghitung parameter-parameternya, dalam hal ini dihitung beberapa parameter
seperti koefisien perpindahan panas, efisiensi dan perbandingan antara aliran searah dan
berlawanan arah.
Mekanisme perpindahan kalor pada alat ini terjadi secara tidak langsung (indirect
contact type) karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida sehingga kedua fluida
tidak bercampur. Medium pemanas yang dipakai uap air panas (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 tidak langsung antara steam dan air.
Pada heat exchanger ini, ada 2 macam perpindahan panas yaitu secara konveksi pada
kedua fluida yang mengalir dan secara konduksi dari fluida panas ke fluida dingin, dimana
keduanya dipisahkan oleh dinding.
Pada percobaan ini, fluida pendingin (air) mengalir melalui pipa annulus (shell),
sedangkan fluida pemanas (steam) mengalir pada pipa kecil. Terdapat beberapa alasan
mengapa steam ditempatkan pada pipa kecil (dalam), yakni :
- Steam memiliki tekanan yang lebih tinggi. Sehingga penempatannya diletakkan pada
pusat tabung (pipa kecil) bertujuan agar alat tidak cepat rusak akibat tekanan tinggi.
- Steam pada percobaan ini berlaku sebagai fluida pemanas. Penempatan steam pada
bagian dalam adalah upaya agar kalor yang dimiliki sepenuhnya diterima oleh air.
Jika steam dialirkan dalam pipa annulus, maka sebagian kalor akan terbuang ke
lingkungan dengan percuma karena adanya perpindahan kalor secara konveksi
alamiah yang disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur antara steam dengan
lingkungan.
- Alasan ekonomis, karena diameter pipa lebih kecil dibandingkan diameter anulus.
Dibandingkan dengan air harga steam tersebut mahal, sehingga penggunaannya harus
Heat Exchanger 2011
37
dihemat dengan mengalirkannya di pipa berarti jumlah steam yang digunakan relatif
sedikit dibandingkan jika dialirkan di anulus.
Penggunaan dua fluida yaitu steam dan air, tujuannya adalah untuk melihat kinerja alat
ini pada kedua fluida tersebut. Alasan penggunaan steam dan air sebagai fluida pada
percobaan ini adalah air dan steam tergolong fluida yang mudah ditemukan data-data
propertisnya dalam literatur, sehingga mudah untuk menghitung koefisien panas dan
efisiensinya. Parameter-parameter inilah yang akan menentukan baik atau tidaknya kinerja
dari Double pipe Heat Exchanger tersebut.
Secara sederhana, prinsip kerja Double pipe Heat Exchanger adalah sebagai berikut :
pertama-tama steam dibuat pada reaktor steam reforming selama kurang lebih 15 menit,
lalu kedua fluida yaitu steam reforming dan air yang berbeda temperatur dialirkan
bersama, steam dialirkan dalam tube dan air dalam shell hingga bersentuhan secara tidak
langsung, sehingga panas dari fluida yang temperaturnya lebih tinggi (steam) berpindah ke
fluida yang temperaturnya lebih rendah (air). Hasil dari proses ini adalah fluida panas
yang masuk akan menjadi lebih dingin dan fluida dingin yang masuk akan menjadi lebih
panas.
Aliran steam dan air dapat mempengaruhi kinerja dari heat exchanger, maka dalam
percobaan ini dilakukan perbandingan untuk heat exchanger aliran searah dan berlawanan
arah dengan cara membuka-tutup valve yang ada. Bila aliran searah, untuk aliran steam,
valve yang dibuka penuh secara berurutan adalah valve 1, 8,10, 12 dan 13. Sedangkan bila
aliran berlawanan, valve yang dibuka penuh secara berurutan adalah valve 1, 8, 11, 9 dan
13. Pada aliran air baik untuk aliran searah maupun berlawanan, valve yang dibuka adalah
valve 5 dan valve 14 sebesar 1/5 putaran. Bisa dilihat yang diatur untuk menentukan
kondisi alirnya adalah dengan mengatur aliran steamnya, steam berjalan searah dengan air
atau berlawanan dengan air. Jadi kita harus memperhatikan suhu yang steam yang masuk,
untuk mencapai hasil percobaan yang benar, suhu steam masuk harus konstan sekitar 90-
100oC. Untuk mencapai kondisi konstan ini kira-kira harus ditunggu selama 10 menit agar
suhu naik. Pada aliran searah, suhu masuk steam (T4) sekitar 94oC dan pada aliran
berlawanan suhu masuk steam (T5) sekitar 96oC. Seharusnya ini adalah suhu yang dicapai
saat steady state, jadi tidak naik lagi, namun saat percobaan berlangsung suhu ini masih
naik sekitar 3 β 4 derajat. Hal ini mungkin yang menyebabkan hasil suhu pada percobaan
tidak stabil.
Heat Exchanger 2011
38
Dalam percobaan ini juga dilakukan pengukuran laju alir, namun karena flowmeter
pada heat exchanger rusak maka valve ke arah flowmeter ditutup dan praktikan
menghitungnya melalui volume air dan kondensat yang ditampung. Oleh karena itu
dibutuhkan waktu yang seragam dalam menampung air dan kondensat. Praktikan
mengambil waktu 10 detik untuk tiap bukaan valve 14. Variasi aliran air dari bukaan valve
14 adalah sebesar 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, dan 5/5, lalu akan mendapatkan perbandingan laju alir
massanya untuk tiap bukaan valve tersebut. Semakin bukaan nya besar maka laju alirnya
akan naik. Jadi, variasi bukaan valve akan mempengaruhi laju alir massa yang melewati
bidang batas perpindahan panas. Teorinya, semakin besar bukaan valve akan
menyebabkan laju alir massa semakin besar sehingga akan semakin efektif peristiwa
perpindahan panas yang bekerja. Keefektifan ini dapat terlihat dari perbedaan suhu fluida
keluaran yang tidak jauh.
Untuk perpindahan kalor yang terjadi antara heat exchanger yang aliran berlawanan
dan searah, dapat diperkirakan bahwa hasil yang lebih baik itu diperoleh dari aliran yang
berlawanan arah karena pada aliran yang berlawanan perbedaan suhu awal pada titik-titik
tertentu akan lebih besar sehingga menghasilkan driving force yang besar, maka
pertukaran kalor pada aliran berlawanan arah akan lebih efektif. Driving force yang besar
ini akan mendorong steam dan air untuk saling bertukar panas secara lebih efektif.
Akibatnya, suhu keluaran steam akan lebih rendah dibandingkan pada aliran searah. Suhu
keluaran air juga akan lebih tinggi dibandingkan aliran searah pada laju alir air yang sama.
Selain perbedaan antara aliran searah dan lawan arah, faktor pengotoran juga
mempengaruhi perpindahan panas dalam Double Pipe Heat Exchanger. Faktor pengotoran
(fouling factor) merupakan angka yang menyatakan tingkat pengotoran suatu Heat
Exchanger. Fouling dapat didefinisikan sebagai akumulasi endapan yang tidak diiinginkan
pada permukaan perpindahan panas. Dikarenakan terdapat endapan atau deposit pada
permukaan perpindahan panas, maka dibutuhkan luas perpindahan panas yang lebih agar
perpindahan panas yang diinginkan dapat tercapai ( dengan beban atau duty yang
diberikan ). Fouling factor dipengaruhi oleh sifat fluida, kecepatan alir fluida, temperature
operasi, lama operasi.
Heat Exchanger 2011
39
B. Analisis Data
Dari percobaan didapatkan hasil sebagai berikut
Tabel 1. Data Pengolahan
Counter current
Percobaan Q air
(m3/s)
Q Steam
(m3/s)
Steam Air
T in
(oC)
T out
(oC)
T in
(oC)
T out
(oC)
1 0,0000515 0,0000028 96 42 28 68
2 0,000088 0,0000032 96 38 28 62
3 0,000122 0,0000028 98 36 27 56
4 0,000131 0,0000028 99 34 27 50
5 0,000154 0,0000028 100 32 27 88
Co- Current
Percobaan Q air
(m3/s)
Q Steam
(m3/s)
Steam Air
T in
(oC)
T out
(oC)
T in
(oC)
T out
(oC)
1 0,00006 0,000003 94 44 36 50
2 0,000076 0,0000031 94 47 37 51
3 0,000112 0,000003 94 42 36 46
4 0,000142 0,0000026 94 38 34 41
5 0,0000147 0,0000028 94 37 34 39
Dari data hasil percobaan diatas dapat dilihat bahwa data yang praktikan dapatkan
kurang memuaskan, karena kenaikan laju alir yang didapatkan tidak menyebabkan
kenaikan pada laju alir pada steam. Seharusnya, seiring dengan meningkatnya laju alir
pada air maka laju alir pada steam juga akan ikut meningkat. Hal ini sesuai dengan
pernyataan semakin banyaknya kalor yang diserap oleh air dari steam maka akan semakin
banyak pula steam yang terkondensasi menjadi air.
Selain itu, suhu keluaran aliran berlawanan arah lebih kecil dari suhu keluaran searah.
Hal ini menandakan bahwa perpindahan panas pada aliran berlawanan arah lebih besar
dari pada perpindahan panas pada aliran searah. Pada aliran searah, suhu keluaran air
semakin menurun hal ini disebabkan oleh laju alir air yang masuk lebih besar dari laju
steam yang masuk, sehingga akan menyebabkan suhu keluaran air semakin menurun.
Heat Exchanger 2011
40
C. Analisis Perhitungan
1. Menghitung LMTD aliran
Untuk menghitung LMTD aliran digunakan persamaan sbb :
πΏπππ· = π1βπ‘1 β (π2βπ‘2)
ln (π1βπ‘1π2βπ‘2
) (4.1)
dimana,
T1 = suhu fluida panas in ; T2 = suhu fluida panas out
t1 = suhu fluida dingin in ; t2 = suhu fluida dingin out
2. Menghitung Nilai h0, h1, Uc , Ud. Counter Current
a. Analisa perhitungan ho dan hi
Nilai ho untuk saturated water dengan menggunakan persamaan :
π0 = 0,023 π π0,8ππ0,3 π
π·π (4.2)
(persamaan 6-4, J.P. Holman, βPerpindahan Kalorβ)
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa untuk menghitung nilai h0 tersebut
dibutuhkan data-data Bilangan Prandtl (Pr) , nilai koefisien perpindahan kalor (k)
dan Bilangan Reynold (Re). Data-data seperti bilangan Pr dan k dapat dilihat dari
tabel A-9 (J.P Holman) sedangkan Re dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut :
π π = π·π
π
4π
π(π·02βπ·1
2) (4.3)
Dengan menghitung Bilangan Reynold ini kita dapat mengetahui jenis aliran.
Dimana,
Aliran turbulen Re > 10000
Aliran transisi 2100 < Re < 10000
Aliran laminer Re < 2100
Nilai hi steam dihitung dengan menggunakan persamaan :
π1 = π ππ’π
π·1 (4.4)
dimana nilai Nud dihitung berdasarkan jenis aliran.
Heat Exchanger 2011
41
Aliran laminer :
ππ’π = 1,86 π ππππ 0,333 π·1
πΏ
0,333
π’ππ‘π’π π ππ Prπ·1
πΏ> 10 (4.5)
Aliran turbulen :
ππ’π = 0,023 π ππ0,8 πππ (4.6)
Tabel 2. Tabulasi data perhitungan h1 dan h0
Jenis
aliran
Bukaan
valve
LMTD Re
Water
Liquid
Jenis
aliran
ho Re
Steam
Jenis
aliran
h1
Counter
Current
1/5 20,198 6437,771 Turbulen 884,938 710,61 Laminer 211,64
2/5 19,611 10571,77 Turbulen 1329,593 783,08 Laminer 220,74
3/5 21,422 142098,8 Turbulen 10714,73 669,4 Laminer 210,82
4/5 21,584 149318,3 Turbulen 11211,62 648,12 Laminer 210,7
5/5 7,9957 171860,1 Turbulen 12615,25 807,79 Laminer 212,61
Co-
Current
1/5 22,921 82612,13 Turbulen 6643,303 672,6788 Laminer 215,511
2/5 19,949 108486,5 Turbulen 8180,165 699,4734 Laminer 217,8961
3/5 20,193 151528 Turbulen 10844,1 656,2173 Laminer 215,227
4/5 19,027 181184,9 Turbulen 12708,01 551,8178 Laminer 204,6645
5/5 18,229 185641,3 Turbulen 12992,74 587,2963 Laminer 209,5498
Jika dilihat berdasarkan persamaan (4.3) Bilangan Reynold sangat dipengaruhi
oleh laju alir. Semakin besar laju alirnya maka semakin besar nilai bilangan
Reynoldnya. Begitu juga yang terjadi dalam percobaan. Sehingga secara tidak
langsung, nilai sangat dipengaruhi oleh laju alir fluida. Dimana hi dengan laju alir
akan berbanding lurus. Pernyataan ini dapat dilihat dari persamaan berikut :
Persamaan untuk kalor yang dipindahkan oleh air ke steam dapat dinyatakan dengan
persamaan berikut :
π = π π₯ π΄ π₯ βπ = π π₯ πΆπ π₯ βπ (4.7)
Dimana π = π π₯ π sehingga persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
π π₯ π΄ π₯ βπ = π π₯ πΆπ π₯ βπ (4.8)
Heat Exchanger 2011
42
π π΄
πΆπ= π π₯ π (4.9)
dimana,
Q = Laju alir (mL/s)
A = Luas permukaan (π2)
Cp = Kapasitas panas (kJ/kg 0C)
π = Massa jenis (kg/m3)
b. Analisa Perhitungan untuk Uc
Nilai Uc dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
01
1 1
1 0 0
1
ln1 1
2
cUr
Ar A
h KL A h
Dari tabel pada pengolahan data halaman 28 yang dilanjutkan halaman 29, dapat
dilihat bahwa semakin besar nilai hi dan ho maka nilai Uc akan semakin besar pula.
Hal ini sesuai dengan persamaan diaatas bahwa nilai Uc berbanding lurus dengan
nilai hi dan ho.
c. Faktor Pengotor
Setelah dipakai beberapa lama, permukaan perpindahan kalor Heat Exchanger
mungkin dilapisi oleh berbagai endapan yang biasa terdapat dalam sistem aliran.
Lapisan ini memberikan tahanan hambatan terhadap aliran kalor, dan hal ini
menyebabkan menurunnya kemampuan kerja alat itu. Pengaruh menyeluruh
daripada hal tersebut diatas biasa disebut dengan faktor pengotoran. Faktor
pengotoran dapat dirumuskan dengan persamaan :
π π =1
ππβ
1
ππ (4.10)
dimana,
Ud : Koefisien perpindahan panas saat heat exchanger dalam keadaan kotor,
dengan persamaan:
ππ =π
π΄ .πΏπππ· (4. 11)
Heat Exchanger 2011
43
A : Luas bidang perpindahan panas, yakni luas pipa dalam (Ai).
LMTD : Logarithmic Mean Temperature Difference. LMTD dihitung dengan
menggunakan persamaan (4.1).
Pada tabel 2. Sudah disajikan dataβdata LMTD yang didapatkan baik dari data
aliran counter- current maupun aliran co current. Dari persamaan (4.11) dapat
dilihat bahwa nilai Ud akan berbanding terbalik dengan nilai LMTD. Sehingga
semakin besar nilai Ud maka nilai LMTD akan semakin kecil, begitupula
sebaliknya.
Pada aliran searah, nilai LMTD yang dihasilkan lebih besar dari pada nilai LMTD
berlawanan arah. Pada proses-proses di industri yang melibatkan proses HE, lebih
banyak menggunakan aliran berlawanan daripada searah.
Tabel 3. Data Faktor pengotoran
Jenis
Aliran
Bukaan
Valve
Uc Ud Rd
Counter-
current
1/5 46,21919 269,749 0,017928884
2/5 46,87114 335,1747 0,018351572
3/5 46,81751 282,411 0,017818592
4/5 46,81344 290,7313 0,017921783
5/5 46,82195 812,9743 0,020127454
Co-
current
1/5 47,03521 195,6077 0,016148397
2/5 47,18171 237,4012 0,016982375
3/5 47,0629 245,0039 0,017166593
4/5 46,55077 247,4872 0,017441309
5/5 46,80694 311,6283 0,018155401
Dari persamaan (4.10) diatas dapat dilihat bahwa, faktor utama yang
mempengaruhi faktor kekotoran secara langsung adalah nilai koefisien transfer
panasnya, Uc dan Ud. Secara teoritis, nilai Uc > Ud. Sehingga nilai dari Rd tidak
bernilai negatif. Namun pada perhitungan kami mendapatkan bahwa nilai Uc < Ud
hal ini disebabkan oleh nilai konduktivitas termal bahan yang tidak bisa praktikan
Heat Exchanger 2011
44
tentukan dengan tepat dikarenakan praktikan tidak mengetahui bahan penyusun pipa
tersebut.
3. Menghitung nilai Ξ΅ dan NTU
Untuk menentukan nilai efisiensi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :
Untuk aliran berlawanan arah :
πππ = 1
(πΆββ1)ln
πβ1
[(πΆβπ)β1] (4.13)
Untuk aliran searah :
πππ = βln(1β(1βπΆβ)π
1+πΆβ (4.14)
dengan C*= Cmin/Cmax dan C = Cp.Q.Ο
Seperti yang kita tau, bahwa semakin besar nilai efisiensi yang didapatkan, maka
semakin baik alat tersebut bekerja. Dari perhitungan didapatkan
Tabel 4. Perhitungan efisiensi data praktikum
Jenis
Aliran
Bukaan
Valve
Efektifitas
Water
Liquid
NTU
Water
Liquid
Counter-
current
1/5 0,79412 1,62363
2/5 0,85294 1,95567
3/5 0,87324 2,06814
4/5 0,90278 2,33375
5/5 0,93151 2,68412
Co-
current
1/5 0,75862 1,3991
2/5 0,75439 1,3862
3/5 0,82759 1,7659
4/5 0,88333 2,153
5/5 0,95 5,0254
Dari data diatas dapat dilihat bahwa nilai efisiensi dari aliran counter current lebih
besar dari pada aliran co-current. Dari sini dapat disimpilkan bahwa aliran counter
current lebih efisien dari pada aliran co-current. Hal ini disebabkan karena fluida
Heat Exchanger 2011
45
panas dan fluida dingin saling bertukar panas pada titik-titik yang memiliki perbedaan
suhu yang besar. Akibatnya pertukaran kalor akan lebih menyeluruh serta suhu steam
dan air keluar tidak terpaut jauh.
Jika ditelaah, berdasarkan perumusan, maka nilai efisiensi akan berbanding lurus
dengan NTU. Dan hal ini sesuai dari hasil perhitungan yang ada. Nilai efisiensi ini
tergantung dari suhu masukan serta keluaran dari fluida dingin dan steam. Jika kalor
yang diterima oleh fluida dingin dengan kalor yang dilepaskan oleh steam sama atau
mendekati sama, berarti secara tidak langsung, efisiensi dari HE tersebut juga baik.
D. Analisis Kesalahan
Beberapa kesalahan yang mungkin terjadi pada saat praktikum yang menyebabkan
kesalahan data dan kecenderungan yang terjadi, diantaranya:
Kesalahan pada saat menghitung debit air dan steam yang disebabkan oleh
ketidaktepatan dalam perhitungan waktu dan pengukuran volume air/steam karena
pada saat mengambil air dan kondensat di gelas ukur waktunya tidak semuanya tepat
10 detik.
Kesalahan pengukuran suhu air dan steam karena saat 10 detik berlalu suhu tidak
langsung dilihat sehingga memungkinkan terjadi transfer panas ke udara yang
menyebabkan suhu turun. Karena hal ini praktikan mengulang satu percobaan untuk
mendapatkan hasil yang lebih akurat
Kesalahan pengamatan suhu yang terukur pada pengukur suhu yang terdapat pada
heat exchanger. Hal ini disebabkan suhu pada feed steam awal yang diamati belum
mencapai kondisi stabil atau masih terus naik saat percobaan sudah berlangsung.
Sehingga pada percobaan aliran searah harus diulang karena suhu yang dihasilkan di
T1, T2, T3, T5, dan T6 tidak sesuai dengan seharusnya.
Laju alir air dari kran dan laju steam tidak selalu konstan sehingga menyebabkan laju
alir kondensat yang keluar tidak konstan. Hal ini akan mempengaruhi data volume
kondensat yang didapatkan oleh praktikan.
Kemungkinan adanya faktor pengotor karena alat tersebut sering digunakan sebelum
percobaan berlangsung. Adanya faktor pengotor menyebabkan perpindahan panas
yang terjadi kurang efektif.
E. Analisis Alat dan Bahan
Heat Exchanger 2011
46
1. Double Pipe Heat Exchanger
Double pipe Heat exchanger merupakan suatu alat yang didisain untuk mempelajari
dan mengevaluasi pengaruh perbedaan laju alir dan material teknik pada laju transfer
panas melalui dinding tipis.
Gambar 12. Double pipe Heat exchanger
Alat ini terdiri atas dua pipa logam berdinding tipis yang tersusun dalam suatu panel
vertikal. Pipa dapat beroperasi dengan baik pada aliran searah maupun berlawanan. Setiap
pipa terdiri dari sebuah pipa tembaga luar dan dalam. Fluida panas mengalir melalui pipa
bagian dalam, sedangkan fluida dingin mengalir melalui anulus antara pipa luar dan
dalam. Pengaturan terhadap valve dalam rangkaian ini akan menghasilkan aliran yang
sesuai dengan tujuan percobaan yaitu searah dan berlawanan arah.
Heat Exchanger 2011
47
Aliran searah Aliran Berlawanan
Gambar 13. Aliran searah dan berlawanan arah
2. Valve
Heat exchanger juga terdiri dari valve yang berguna untuk mengatur kondisi aliran
yang diinginkan dan untuk mengatur laju alir dari dari fluida (steam dan air). Pada tiap
aliran dalam percobaan terdapat 7 valve yang dibuka. Dua valve pada masukan tangki
pencampuran dan dua lainnya pada keluaran. Semua valve yang lain berjenis global
type gate valve.
Gambar 14. Valve
3. Air
Air berfungsi sebagai fluida dingin yang dialirkan pada bagian anulus. Air
digunakan karena murah (ekonomis), mudah didapat, dan data-datanya mudah dicari
dalam berbagai literatur.
4. Steam
Steam berfungsi sebagai fluida pemanas yang akan memberikan kalor ke fluida
dingin. Steam yang dihasilkan oleh steam reformer ini dialirkan pada bagian pipa
dalam. Steam digunakan sebagai fluida panas karena tidak terlalu mahal, proses
pengadaannya mudah, serta datanya mudah dicari di berbagai literatur.
5. Gelas Ukur
Gelas ukur besar dan kecil digunakan untuk mengukur volume air dan kondensat
yang tertampung pada bagian outlet. Volume yang terukur digunakan dalam
Heat Exchanger 2011
48
perhitungan laju alir air dan kondensat karena saat percobaan tidak menggunakan
flowmeter.
Gambar 15. Gelas Ukur
6. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur jangka waktu penampungan air dan
kondensat dalam pengukuran laju alir (dalam percobaan waktu yang digunakan adalah
10 detik).
Gambar 16. Stopwatch
7. Thermocouples pada Heat Exchanger
Thermocouples digunakan untuk mengukur suhu pada masuk dan keluarnya air dan
steam, serta mengukur suhu saat sistem telah steady state pada suhu masuknya steam.
T1 dan T2 berguna untuk mengitung LMTD, T3 adalah suhu air masuk dan T6 adalah
suhu air keluar. Sedangkan T4 adalah suhu steam masuk dan T5 adalah suhu steam
keluar pada aliran searah (aliran berlawan sebaliknya).
Gambar 17. Thermocouples
Heat Exchanger 2011
49
BAB V
PENUTUP
Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Double Pipe Heat Exchanger merupakan salah satu penukar kalor dimana fluida panas
mengalir pada pipa bagian dalam dan fluida dingin mengalir pada pipa bagian anulus.
1. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja dari alat Double Pipe Heat Exchanger adalah
faktor kekotoran (Rd), luas permukaan perpindahan kalor, koefisien perpindahan kalor,
beda temperatur rata-rata, jenis aliran (bilangan reynold) dan arah aliran (co-current
atau counter current).
2. Faktor kekotoran menjelaskan mengenai tahanan tambahan terhadap aliran kalor yang
menyebabkan menurunnya kinerja heat exchanger.
3. Perpindahan panas dengan aliran counter current (berlawanan arah) lebih efektif
dibandingkan dengan aliran co current (searah). Hal ini dilihat dari nilai efektivitas
kedua jenis aliran tersebut. Efektivitas dari counter current lebih besar dari pada co
current.
4. Data perhitungan koefisien perpindahan panas pada saat maksimal (Uclen), koefisien
perpindahan panas pada saat ada pengotor (Udirty), faktor kekotoran (Rd) , dan efisiensi.
Jenis
Aliran
Bukaan
Valve
Efektifitas
Water Liquid
(%)
NTU
Water
Liquid
Uc Ud Rd
Counter-
current
1/5 79,412 1,62363 46,21919 269,749 0,017928884
2/5 85,294 1,95567 46,87114 335,1747 0,018351572
3/5 87,324 2,06814 46,81751 282,411 0,017818592
4/5 90,278 2,33375 46,81344 290,7313 0,017921783
5/5 93,151 2,68412 46,82195 812,9743 0,020127454
Co-current 1/5 75,862 1,4299 47,03521 195,6077 0,016148397
2/5 75,439 1,4107 47,18171 237,4012 0,016982375
3/5 82,759 1,7659 47,0629 245,0039 0,017166593
4/5 88,333 2,153 46,55077 247,4872 0,017441309
5/5 95 5,0254 46,80694 311,6283 0,018155401
Heat Exchanger 2011
50
DAFTAR PUSTAKA
Buku Panduan Praktikum Proses Operasi Teknik I, Teknik Gas dan Petrokimia UI
Holman, J.P. 1995. Perpindahan Kalor Edisi Keenam. Jakarta: Erlangga.
Shah R.K , Dusan P, Sekulic. 2003. Fundamentals of Heat Exchanger. John Wiley & Sons,
Inc.,Hoboken, New Jersey.
Incropera, Frank P, dan DeWitt, David P. Fundamentals of Heat Transfer. 1981. New York:
John Wiley and Son
Anonim. Double pipe heat exchanger. http://heatexchanger-design.com/2011/04/01/double-
pipe-heat-exchanger-5/ (diakses 11 November 2011 pukul 14.00)
Misiti, Teresa, Carly Ehrenberger, etc. Heat Exchange Model.
https://controls.engin.umich.edu/wiki/index.php/HeatExchangeModel (diakses 11
November 2011 pukul 13.30)
Queenβs University. Concentric Tube Heat Exchanger.
http://www.chemeng.queensu.ca/courses/CHEE218/projects/HeatExchanger/ (diakses
11 November 2011 pukul 13.00)
Anonim. Spiral Plate Heat Exchangers. http://www.heatexchangerguy.com/spiral-heat-
exchangers.html (diakses 12 November 2011 pukul 13.00)