BAB IPENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan1. Mengamati secara visualisasi kondensasi lapisan film dan pendidihan inti nukleat.2. Mengamati kenaikan panas pada alat heat exchanger.3. Memeriksa pengaruh penambahan flowrate.4. Menghitung panas air dingin dan panas pada steam.5. Menghitung heat flux ().6. Menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan laju alir dingin.

1.2 Dasar Teori1.2.1 Definisi Perpindahan Panas Perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lain sebagai akibat dari beda suhu antara daerah tersebut. Dalam beragam aplikasi diperlukan untuk memindahkan panas dari fluida yang panas ke fluida yang dingin dan berbagai bentuk alat penukar panas telah dikembangkan untuk tujuan tersebut. Perpindahan panas dikenal dangan 3 cara, yaitu :1. Perpindahan panas konduksi 2. Perpindahan panas konveksi3. Perpindahan panas radiasia. Perpindahan Panas KonduksiJika dalam suatu bahan kontinu terdapat gradien (landaian) suhu, maka kalor akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor seperti ini disebut konduksi atau hantaran.Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung dengan media gas, cairan, atau padatan. Jika media untuk perpindahan panas konduksi berupa gas yang suhunya tinggi, molekul molekul gas yang akan bergerak dengan kecepatan lebih tinggi dari pada molekul gas yang suhunya lebih rendah.Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan :

.....Pers (2.1) Dimana : Q: Kecepatan perpindahan panas ( K : Konduktivitas panas pada dinding (kal/s.m) A : Luas daerah normal dari aliran panas (m2) T1 & T2: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC) x: Tebal dinding pipa (m)b. Perpindahan Panas KonveksiBila arus atau partikel partikel makroskopik fluida melintas suatu permukaan tertentu, seperti umpamanya, bidang batas suatu volum kendali, arus itu akan ikut membawa serta sejumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi demikian disebut konveksi.Perpindahan panas secara konveksi dapat berlangsung dengan media cairan atau gas yang suhunya lebih tinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah, memberikan panasnya pada permukaan yang suhunya lebih rendahKecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan :

Q = h. A. (T1 T2) ........................................Pers (2.2)

Dimana :Q: Kecepatan perpindahan panas ( h : Koefisien perpindahan panas suatu lapisan fluida (kal/s.m2oC) A : Luas daerah normal dari aliran panas (m2) T1&T2 : Temperatur permukaan panas pada dinding (oC) c. Perpindahan Panas RadiasiPerpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan energi melalui ruang oleh gelombang gelombang elektromagnetik. Jika radiasi berlangsung melalui ruang kosong, ia tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk bentuk energi lain, dan ia tidak pula akan terbelok dari lintasannya. Tetapi, sebaliknya bila terdapat zat pada lintasannya, radiasi akan mengalami transmisi (diteruskan), refleksi (dipantulkan), dan absorbsi (diserap). Hanya energi itu saja yang menjadi kalor, dan transformasi ini bersifat kuantitatif. Perpindahan panas radiasi berlangsung elektromagnetik dengan panjang gelombang pada intervel tertentu. Jadi perpindahan panas radiasi tidak memerlukan media, sehingga perpindahan panas radiasi berlangsung diruangan hampa udara Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan : Q = k . A . T4 .................................................................. Pers (2.3)

Dimana : Q: Kecepatan perpindahan panas (k: Tetapan Stefan-Boltzman = 4.88 10 -8 kkal / (jam.m2.K4) A: Luas daerah normal dari aliran panas (m2) T: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)

1.2.2 Koefisien Transfer Panas OverallUntuk kondensasi steam dengan shell-tube, distribusi temperautr overall dapat digambarkan seperti di bawah ini:

T4T1T3T2

Kecepatan transfer panas dari steam ke air pendingin: . Pers (2.4)

Ket: Q : Kecepatan perpindahan panas (U : koefisien perpindahan panas overall (oC)A : Luas daerah perpindahan panas (m2) : selisih temperatur perubahan panas (oC)

Dimana t adalah perbedaan suhu rata-rata steam dan air pendingin dengan menentukan transfer panas yang terjadi dalam heat exchanger diintegrasikan dengan panjang heat exchanger, maka persamaan perbedaan suhu rata-rata dapat dinyatakan dengan:

Persamaan di atas dengan perbedaan suhu rata-rata logaritymik (LMTD).Koefisien panas overall (U) diperoleh dengan asumsi hal-hal mempengaruhi perhitungan HE adalah mendekati konstan walaupun dari beberapa kasus asumsi ini tidak cukup baik analisis yang lebih akurat dibutuhkan. Faktor yang mempengaruhi transfer panas overall steam to water HE antara lain yaitu luas permukaan transfer panas steam pada tube, konduktivitas termal bahan tube, dan luas permukaan transfer panas tube terhadap air pendingin.1.2.3 Koefisien Transfer Panas Pada SteamBagian tube secara terus menerus ditutupi dengan pembentukan lapisan film dari kondensat. Dalam hal ini untuk tube vertikal yang digunakan pada Hilton HE steam to water lapisan film kira-kira sama dengan seluruh area keliling tube dan semakin lama akan bertambahn bersama dengan aliran kondensat yang menetes meninggalkan tube.Aliran dari lapisan tipis ini dapat berupa aliran laminer atau hampir turbulen tergantung pada panjang tube, kecepatan kondensasi aliran penguapan lokal.Ketika aliran kondensat laminar, nilai koefisien luas transfer panas dapat dihitung dengan membuat asumsi, yaitu:1. Aliran kondensat dalam kondisi laminar.2. Perpindahan panas yang terjadi hanya konduksi.3. Suhu lapisan yang menetes sedangkan suhu saturasi uap bagian dalam dan luar lapisan tersebut.4. Aliran kondensat hanya dipengaruhi gaya gravitasi tidak ada gaya dorong seperti pada efek aliran penguapan.

1.2.4 Koefisien Transfer Panas Permukaan AirPada tube dengan aliran laminer dimungkinkan untuk menganalisis secara teoritis untuk mendapatkan nilai koefisien luas transfer panasnya, kecuali untuk beberapa kondisi, seperti pada kondisi aliran turbulen tidak dapat dianalisa begitu saja secara keseluruhan dan kondisi air dilakukan secara praktikal pada HE tersebut. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah prinsip kesamaan dinamik (dynamik similarity). Metode ini dapat dilakukan untuk aliran laminer atau turbulen:a. Kecepatan distribusi di antara dua batas sama ketika bilangan Reynold dari keduanya sama.b. Distribusi temperatur di antara dua batas akan sama (A) ketika bilangan Prandlt keduanya sama.c. Ketika (A) dan (B) sudah pasti, kemudian bilangan Nusselt untuk hubungan antara elemen kedua lapisan sama dan dengan itu nilai dapat dikatakan rata-rata bilangan Nusselt untuk kedua lapisan juga akan sama.Kondisi ini dapat disimpulkan menjadi: . Pers (2.9)Dari persamaan di atas dengan menambahkan analisis dimensional maka: ... Pers (2.10)Untuk kondisi pipa dengan aliran turbulen, secara umum dapat dinyatakan sebagai: .... Pers (2.11)

1.2.5 Pengaruh Udara (Gas Noncondensible) Pada KondensorSecara umum diketahui bahwa kebocoran udara yang kecil saja pada proses kondensasi steam di unit power plant akan menyebabkan efek yang buruk pada efisiensi kerja yang kemudian akan mempengaruhi efek tekanan parsialnya sehingga semua pada kondisi atmosferik di mana tidak terjadi kondensasi udara dan steam akan bercampur dalam bentuk campuran sangat homogen.

1.2.6 Jenis jenis Alat Penukar Panas Chiller Condensor Cooler Exchanger atau heat exchanger Reboiler Heater Evaporator Vaporizer Dan lain lain.

BAB IIMETODOLOGI

2.1 Alat dan Bahan2.1.1 Alat yang digunakan: Satu set alat heat exchanger H-930 Satu set hydraulic bench

2.1.2 Bahan yang digunakan: Air Steam

2.2 Prosedur Kerja1 Menghubungkan aliran air masuk dari hydraulic bench ke alat HE.2 Menghubungkan steker pada alat HE dan hydraulic bench ke stop kontak.3 Menghidupkan alat HE dan Hydraulic Bench.4 Menghidupkan elemen pemanas pada HE.5 Mengatur laju alir (condensor flowmeter) pada level 2 g/s.6 Mengamati dan mencatat temperatur yaitu pada T1, T2 dan T3 sampai temperatur konstan.7 Mengamati dan mencatat tekanan pada manometer berdasarkan perubahan laju air dingin.8 Mengulangi langkah ke 6 dan 7 untuk laju alir 4, 6, 8, 10, dan 12 g/s.9 Setelah melakukan percobaan, mematikan dan memutuskan aliran listrik pada pompa dan alat HE.10 Membersihkan alat percobaan.

BAB IIIPENGOLAHAN DATA

3.1. Data PengamatanTabel 3.1 Data PengamatanNoMm (g/s)T1 (oC)T2 (oC)T3 (oC)P (cmHg)

1299,533,336,31,2

2499,933,245,22,6

36100,032,548,83,3

48100,232,049,14,1

510100,431,655,07,4

612100,431,357,08,2

3.2. Hasil data perhitunganTabel 3.2 Data Hasil PerhitunganNoMm (g/s)LMTD (oC)Tm (oC)Q(U (oC)

1264,7931,66,4211990,733271,97

2460,50227,35481589930,4426278,97

3660,9327,476,22524014,5741424,82

4859,8525,55136,84531301,7675710,97

51058,6175,72347750910,89132245,53

61255,2778,7308,410215303,08184825,45

BAB IVPEMBAHASANHeat exchanger adalah alat perpindahan panas yang menggunakan dua fluida yang suhunya berbeda dan jenis Heat exchanger yang digunakan dalam percobaan ini adalah Heat exchanger jenis shell and tube. Prinsip percobaan ini adalah apabila ada dua sistem yang suhunya berbeda dikontakkan, maka terjadi perpindahan energi (perpindahan panas), dimana pada bagian shell terdapat steam sebagai fluida panas sedangkan pada bagian tube terdapat air sebagai fluida dingin.Proses perpindahan panas dalam percobaan ini berlangsung dengan cara konduksi dan konveksi, dimana konduksi merupakan perpindahan panas yang mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat, jadi terjadi dari dinding tube bagian luar ke dinding tube bagian dalam. Sedangkan untuk konveksi terjadi dari dinding tube bagian dalam ke air sehingga panas berpindah mengenai air.Dalam percobaan ini ada beberapa variabel yang diamati seperti yang tercantum pada tabel 3.1 yaitu antara lain T1, T2, T3 dan tekanan. Dimana T1 adalah pembacaan suhu pada steam . Sedangkan T2 adalah suhu air pendingin masuk ke dalam tube dan T3 adalah suhu air pendingin yang keluar dari tube, dan steam tidak mengalami penurunan temperatur. Itu mengapa hanya ada satu temperatur untuk steam karena steam berada pada panas laten (keadaan saturation), yaitu steam hanya mengalami perubahan fasa karena terjadinya perpindahan panas dari steam ke air. Praktikum ini menggunakan variasi laju aliran air dingin seperti yng terlihat pada tabel 3.1 yaitu dari laju alir 2 g/s sampai 12 g/s.Pada tabel 3.1 dapat dilihat bahwa penambahan flowrate sangat mempengaruhi temperatur. Dimana setiap ada kenaikan flowrate maka temperatur steam masuk dan air masuk akan bertambah pula. Ini juga menyebabkan terjadinya kenaikan tekanan. Karena samakin tinggi temperatur maka tekanan yang dihasilkan pun semakin tinggi pula yaitu pada flowrate 2 g/s T1 memiliki nilai 99,5oC dan T3 36,3oC serta dengan tekanan 1,2 cmHg, sedangkan untuk flowrate tertinggi yaitu 12 g/s memiliki T1 memiliki nilai 100,4oC dan T3 57,0oC serta dengan tekanan 8,2 cmHg.Temperatur yang dihasilkan mempengaruhi adanya perpindahan panas yang terjadi dan heat flux, hal ini dapat dilihat pada tabel 3.2. Dimana samakin besar flowrate, semakin tinggi temperatur, ini menyebabkan panas yang dihasilkan semakin tinggi pula, yaitu pada flowrate 12 g/s perpindahan panasnya 308,4 kal/s dan nilai heat flux 10215303,08 kal/sm3. Karena panas yang dihasilkan semakin tinggi, menyebabkan nilai dari heat flux semakin tinggi pula, karena heat flux berbanding lurus dengan penambahan panas. Sedangkan untuk nilai LMTD berbanding terbalik dengan flowrate dimana semakin tinggi flowrate maka semakin rendah nilai LMTD nya. Untuk flowrate 2 g/s memiliki nilai LMTD paling tinggi yaitu 64,79 o C sedangkan untuk flowrate 12 g/s memiliki nilai LMTD paling rendah yaitu 55,27o C. Nilai dari koefisien perpindahan panas keseluruhan pun turut bertambah yaitu 184825,45 kal/sm3oC karena faktor yang mempengaruhi koefisien perpindahan panas keseluruhan steam to water HE antara lain yaitu luas permukaan (A), transfer panas steam pada tube, dan luas permukaan transfer panas tube terhadap air pendingin.

BAB VPENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari praktikum ini dapat disimpulkan bahwa: Semakin bertambahnya flowrate, maka temperatur panas yang masuk pun turut bertambah yaitu pada flowrate 12g/s memiliki temperatur 100,4oC. Tekanan berbanding lurus dengan adanya kenaikan temperatur, semakin tinggi temperatur, maka tekanan yang dihasilkan semakin tinggi pula yaitu pada T1 100,4oC dengan tekanan 8,2 cmHg. LMTD berbanding terbalik dengan flowrate dimana untuk flowrate 2g/s memiliki nilai LMTD maksimum yaitu 64,79oC sedangkan untuk flowrate 12g/s memiliki nilai LMTD minimum yaitu 55,27oC. Perpindahan panas juga berpengaruh dengan adanya perubahan temperatur semakin tinggi temperatur, perpindahan panas juga semakin besar yaitu pada temperatur 100,4oC memiliki perpindahan panas sebesar 308,4 kal/s. Semakin besar perpindahan panas, maka semakin besar pula nilai dari heat flux yaitu pada perpindahan panas 308,4 kal/s memiliki heat flux 10215303,08 kal/sm3. Semakin besar heat flux menyebabkan koefisien perpindahan panas keseluruhan semakin besar pula yaitu 10215303,08 kal/sm3 memiliki nilai koefisien perpindahan panas sebesar 184825,45 kal/sm3oC

DAFTAR PUSTAKA

Mc. Cabe. Waren L. 1999. Operasi Teknik Kimia. Jilid I edisi 4. PT. Erlangga : JakartaSitompul, Tunggul. 1993. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger). PT. Raja Grafindo Persada : JakartaTim Laboratorium Pilot Plant. 2010, Penuntun Praktikum Laboratorium Satuan Operasi, Samarinda: Politeknik Negeri Samarinda.

LAMPIRANPERHITUNGAN1. Dik. T1 = 99,5oCT2 = 33,1oCT3 = 36,3oCCp = 1 kal/goCMm = 2 g/s LMTD

oCDengan cara yang sama untuk data selanjutnya.