Laporan He Full

66
BAB I PENDAHULUAN I.1. TUJUAN PERCOBAAN a. Mengetahui cara kerja alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe heat exchanger) b. Menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi dan perbandingan untuk aliran searah dan berlawanan arah. I.2. PROSEDUR PERCOBAAN Gambar 1. Alat penukar kalor pipa ganda 1.2.1 Percobaan Aliran Berlawanan 1. Mengalirkan uap air dengan membuka penuh semua aliran dibawah ini secara berurutan : 1, 8, 10, 12, 3 T-6 T-3 T-5 T-1 T-2 T-4

description

uop

Transcript of Laporan He Full

  • BAB I

    PENDAHULUAN

    I.1. TUJUAN PERCOBAAN

    a. Mengetahui cara kerja alat penukar kalor jenis pipa ganda (double pipe heat

    exchanger)

    b. Menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi dan

    perbandingan untuk aliran searah dan berlawanan arah.

    I.2. PROSEDUR PERCOBAAN

    Gambar 1. Alat penukar kalor pipa ganda

    1.2.1 Percobaan Aliran Berlawanan

    1. Mengalirkan uap air dengan membuka penuh semua aliran dibawah ini secara

    berurutan : 1, 8, 10, 12, 3

    T-6

    T-3

    T-5

    T-1 T-2

    T-4

  • Membuka kran 10 dan 12 harus secara bersamaan.

    2. Mengalirkan air dengan membuka penuh semua aliran di bawah ini secara

    berurutan: 4,6, dan membuka kran 14 sebanyak 1/5 putaran.

    3. Mengamati dan mencatat T3, T4, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.

    4. Menghitung kecepatan aliran air dengan menghitung volume air yang

    tertampung selama waktu tertentu dengan menggunakan gelas ukur dan

    stopwatch.

    5. Menggunakan gelas ukur dan stopwatch untuk mengukur laju alir uap air,

    dengan mengukur kondensat yang terjadi.

    6. Melakukan percobaan untuk 5 macam bukaan kran.

    1.2.2 Percobaan Aliran Searah

    1. Mengalirkan uap air dengan membuka penuh semua aliran di bawah ini secara

    berurutan : 1, 8, 11, 9, 13

    Membuka kran 11 dan 9 secara bersamaan (menutup terlebih dahulu kran 10

    dan 12 secara bersamaan)

    2. Mengalirkan air degan membuka penuh semua aliran di bawah ini secara

    berurutan: 4,6, dan membuka kran 14 sebanyak 1/5 putaran.

    3. Mengamati dan mencatat T3, T5, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.

    4. Menghitung kecepatan aliran air dengan menghitung volume air yang

    tertampung selama waktu tertentu dengan menggunakan gelas ukur dan

    stopwatch.

    5. Menggunakan gelas ukur dan stopwatch untuk mengukur laju alir uap air,

    dengan mengukur kondensat yang terjadi.

    6. Melakukan percobaan untuk 5 macam bukaan kran.

    I.3. INSTRUMENTASI

    Suatu gambar skematik dari alat penukar kalor atau double pipe heat exchanger dapat

    dilihat pada Gambar 2. Alat penukar kalor pipa ganda terdiri dari pipa-pipa tembaga

    konsentris dengan panjang yang sama. Suhu masuk dan keluar fluida panas dan dingin

    diukur dengan menggunakan termokopel. Untuk meminimalisasi panas atau energi yang

    hilang (heat loss) dan efek radiasi, fluida panas selalu dialirkan melalui pipa bagian

    dalam (inner tube).

  • Gambar 2.Skema alat penukar kalor pipa ganda

    Laju alir diatur dengan kran pada ujung di setiap garis (kran 13 dan 14). Seluruh kran

    lain arus berada dalam keadaan tertutup sempurna atau terbuka sempurna tergantung

    pada kondisi eksperimen yang diinginkan.

    Instrumen alat penukar kalor ini terdiri dari dua pipa ganda, di mana yang satu

    terletak di atas yang lain dan saling berhubungan dengan adanya instrumentasi lain.

    Diameter pipa bagian dalam sebesar 1,4 cm, diameter pipa bagian luar 2,5 cm dan

    panjang masing-masing pipa sebesar 81 cm.

    Pada masing-masing alat penukar kalor fluida panas dialirkan melalui pipa ke annulus

    dan fluida dingin dialirkan melalui pipa ke pipa bagian dalam (inner tube). Uap panas

    diarahkan ke bagian atas alat penukar kalor sedangkan air yang dipanaskan (dari inner

    pipe) diarahkan ke bagian bawah alat penukar kalor. Laju alir uap panas, air panas

    atau air dingin dapat ditentukan dengan flowmeter yang sudah diinstal pada alat

    penukar kalor.

    Suhu fluida masuk dan keluar, seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, diukur

    dengan menggunakan termokopel. Kondisi termodinamika uap panas dapat diatur

  • dengan menggunakan throttle sehingga uap dapat masuk pada kondisi jenuh

    (saturated) atau sedikit superheated dan dengan mengukur suhu serta tekanan.

    Tekanan pada annulus dapat di bawah tekanan masuk uap.

    Alat penukar kalor pipa ganda memiliki dua macam konstruksi yaitu hairpin

    construction dan straightconstruction. Konstruksi pipa ganda berupa hairpin

    contstruction adalah sebagai berikut.

    1. Hair pin

    Konstruksi penggabungan dua kaki hairpin lebih dipilih karena hanya

    membutuhkan tempat yang lebih sedikit. Hal ini sesuai dengan prinsip bahwa alat

    penukar kalor sebaiknya berada dalam ukuran sekecil mungkin sehingga heat

    loss-nya semakin kecil.

    2. Pengemasan dan gland

    Bagian pengemasan (packing) dan gland berfungsi untuk melindungi annulus dan

    mendukung pipa bagian dalam sehingga konstruksi pipa ganda menjadi lebih

    kokoh.

    3. Return bend

    Bagian ujung yang berlawanan dengan pipa U yang dilas bersamaan sehingga

    meminimalisasi kemungkinan terjadinya kebocoran fluida akibat kesalahan pada

    bagian lengkungan.

    4. Support lugs

    Support lugs diletakkan tepat pada bagian ujung pipa datar sebelum pipa U untuk

    menjaga posisi pipa bagian dalam.

    5. Flange

    Bagian pipa bagian luar disatukan dengan flanges pada bagian ujung sehingga

    tetap dapat dibongkar dan dipasang untuk pembersihan dan pemeliharaan.

    6. Union joint

    Union joint berfungsi untuk menyatukan pipa bagian dalam dengan pipa U

  • 7. Nozzles

    Sebagian kecil dari pipa dilas ke bagian annulus atau ke saluran yang bertindak

    sebagai tempat masuk atau keluar fluida yang disebut sebagai nozzle.

    8. Gasket

    Gasket adalah tempat di antara dua flange untuk memastikan agar titik

    penggabungan (joint) bebas bocor. Terdapat beberapa tipe gasket yang umum

    digunakan pada alat penukar kalor, yaitu:

    a. Karet nitrile

    Digunakan pada suhu di atas 110oC untuk minyak mineral, asam mineral

    encer, dan hidrokarbon alifatik.

    b. EPDM (etilen-propilen-diane monomer)

    Digunakan pada suhu di atas 160oC untuk asam atau basa mineral, larutan

    aqueous atau steam.

    c. Viton

    Viton merupakan kopolimer dari vinylidina fluorida dan hexafluoro-

    propilena). Digunakan pada suhu di atas 100oC untuk hidrokarbon dan

    hidrokarbon terklorinasi.

  • Gambar 3.Alat penukar kalor pipa ganda dengan hairpin construction

    Sedangkan straight construction merupakan konstruksi alat penukar kalor pipa ganda

    yang terdiri dari seksi tunggal pipa bagian luar dan bagian dalam. Namun tipe ini

    memiliki kekurangan yaitu memerlukan ruang yang cukup luas mengingat bentuknya

    yang kurang efisien. Straight construction heat exchanger adalah seperti pada Gambar

    4.

    Gambar 4. Alat penukar kalor pipa ganda straight construction

    Berdasarkan deskripsi konstruksi-konstruksi pipa ganda di atas maka konstruksi pipa

    ganda pada alat penukar kalor yang digunakan dalam eksperimen ini adalah alat

    penukar kalor dengan tipe straight construction.

    Adapun skema alat yang kita gunakan untuk praktikum adalah sebagai berikut:

  • Fungsi

    Alat Double pipe Heat exchanger ini didisain untuk mempelajari dan

    mengevaluasi pengaruh perbedaan laju alir dan material teknik pada laju transfer

    panas melalui dinding tipis.

    Pengaturan Pipa (Pipe Arrangement)

    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 dengan pertimbangan tertentu yang akan di bahas

    nantinya, 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.

    Sambungan (Fitting)

    Heat exchanger mempunyai sambungan pipa standar yang terletak sepanjang

    siku yang paling rendah dari panel. Tiga sambungan masuk dialokasikan di sebelah

    kanan panel.

    Valves

    Valve digunakan untuk mengatur kondisi aliran yang diinginkan dan untuk

    mengatur laju alir dari fluida. Unit ini memiliki empat needle type metering valve.

    Dua valve pada masukan tangki pencampuran dan dua lainnya pada keluaran. Semua

    valve yang lain berjenis global type gate valve.Valve yang menangani fluida panas di

    cat berwarna merah sedangkan yang menangani fluida dingin di cat bewarna biru.

    Flowmeter

    Aliran dari suatu fluida diregulasikan dengan needle valve. Laju alir untuk

    fluida panas dan fluida dingin dengan specific gravity yang sama diukur dengan

    menggunakan single-pass-tube-type flowmeter. Flowmeter dilengkapi dengan sebuah

    skala logam yang dapat dipindahkan dan sudah dikalibrasi.

  • BAB II

    DASAR TEORI

    1. Pengertian Heat Exchanger

    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 panas (superheated steam) dan air biasa

    sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar

    perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien.

    2. Prinsip Kerja Heat Exchanger

    Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari dua fluida pada

    temperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak

    langsung.

    a) Secara kontak langsung

    Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan

    kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.Transfer panas yang

    terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida.Contoh : aliran steam

    pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-

    liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.

    b) Secara kontak tak langsung

    Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding

    pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

    Gambar 1. Perpindahan kalor secara tak langsung

  • 3. Komponen Penyusun Heat Exchanger

    Heat exchanger telah distandarkan untuk menamai alat dan komponen-komponen alat

    tersebut yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan

    Tublar Exchanger Manufactures Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan untuk

    melindungi para pemakai daribahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi

    pada temperature dan tekanan yang tinggi. Komponen-komponen tersebut yang berperan dalam Heat

    Exchanger adalah :

    a) Shell

    Shell merupakan badan dari heat exchanger, dimana didapat tube bundle.

    Untuk temperatur yang sangart tinggi kadang-kadang shell dibagi dua disambungkan dengan

    sambungan ekspansi. Kontruksi shell sangat ditentukan oleh keadaan tubes yang akan

    ditempatkan didalamnya. Shell ini dapat dibuat dari pipa yang berukuran besar atau

    pelat logam yang dirol.

    b) Tube (pipa)

    Tube atau pipa merupakan bidang pemisah antara kedua jenis fluida yang mengalir di

    dalamnya dan sekaligus sebagai bidang perpindahan panas. Ketebalan dan bahan pipa

    harus dipilih pada tekanan operasi fluida kerjanya. Selain itu bahan pipa haruslah

    tidak mudah terkorosi oleh fluida kerja. Adapun beberapa tipe susunan tube dapat

    dilihat dibawah ini :

    Gambar 2. tipe susunan tube

    Susunan dari tube ini dibuat berdasarkan pertimbangan untuk mendapatkan

    jumlah pipa yang banyak atau untuk kemudahan perawatan (pembersihan permukaan

    pipa).

    c) Tube Sheet

  • Tempat untuk merangkai ujung-ujung tube sehingga menjadi satu yang

    disebut tube bundle. HE dengan tube lurus pada umumnya menggunakan 2 buah tube

    sheet. Sedangkan pada tube tipe U menggunakan satu buah tube sheet yang berfungsi

    untuk menyatukan tube-tube menjadi tube bundle dan sebagai pemisah antara tube

    side dengan shell side.

    d) Sekat (Baffle)

    Adapun fungsi dari pemasangan sekat (baffle) pada heat exchanger ini antara

    lainadalah untuk :

    Sebagai penahan dari tube bundle

    Untuk mengurangi atau menambah terjadinya getaran.

    Sebagai alat untuk mengarahkan aliran fluida yang berada di dalam tubes.

    Ditinjau dari segi konstruksinya baffle dapat diklasifikasikan dalam empat

    kelompok, yaitu :

    Sekat plat bentuk segmen.

    Sekat bintang (rod baffle)

    Sekat mendatar.

    Sekat impingement.

    e) Tie Rods

    Batangan besi yang dipasang sejajar dengan tube dan ditempatkan di bagian

    palingluar dari baffle yang berfungsi sebagai penyangga agar jarak antara baffle yang

    satu dengan lainnya tetap.

    4. Jenis Heat Exchanger

    Didalam standar mekanik TEMA (Tublar Exchanger Manufactures Association),

    terdapat dua macam kelas heat Exchanger, yaitu :

    a) Kelas R, yaitu untuk peraalatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya untuk

    industriminyak dan kimia berat.

    b) Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomisdan

    ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri.

    Berdasarkan prinsip kerjanya heat exchanger dibedakan menjadi:

    a) Pertukaran panas secara langsung

  • Materi yang akan dipanaskan atau didinginkan dikontakkan langsung dengan

    media pemanas atau pendingin (misal: kontak langsung antara fluida dengan kukus,

    es).

    b) Pertukaran panas secara tidak langsung

    Pertukaran panas secara tidak langsung memungkinkan terjadinya

    perpindahan panas dari suatu fluida ke fluida lain melalui dinding pemisah.

    Berdasarkan arah aliran fluida, pertukaran panasnya dapat dibedakan :

    Pertukaran panas dengan aliran searah (co-current/paralel flow)

    Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida ( dingin dan panas ) masuk

    pada sisi penukar panas yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan

    keluar pada sisi yang sama pula. Karakter penukar panas jenis ini, temperatur

    fluida dingin yang keluar dari alat penukar panas ( Tcb ) tidak dapat melebihi

    temperatur fluida panas yang keluar dari alat penukar panas (Thb), sehingga

    diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak. Neraca panas

    yang terjadi :

    ( ) ( )

    Gambar 3. Profil temperatur pada aliran co-current [McCabe,1993]

    Dengan assumsi nilai kapasitas panas spesifik ( cp ) fluida dingin dan

    panas konstan, tidak ada kehilangan panas ke lingkungan serta keadaan steady

    state, maka kalor yang dipindahkan :

    U = Koefisien perpindahan panas secara keseluruhan (W/m2

    .oC)

    ` A = Luas perpindahan panas (m2)

  • ( )

    = Thb - Tcb

    = Tha - Tca

    Pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah ( counter flow )

    Penukar panas jenis ini, kedua fluida ( panas dan dingin ) masuk

    penukar panas dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan dan

    keluar pada sisi yang berlawanan . Temperatur fluida dingin yang keluar

    penukar panas (Tcb) lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang

    keluar penukar panas Thb), sehingga dianggap lebih baik dari alat penukar

    panas aliran searah (Co-Current).

    Gambar 4. Profil temperatur pada aliran counter current [McCabe,1993]

    Kalor yang dipindahkan pada aliran counter current mempunyai

    persamaan yang sama dengan co-current, dengan perbedaan nilai TLMTD ,

    dengan pengertian beda T1 dan T2, yaitu:

    Adapun jenis-jenis Heat Exchanger dapat dibedakan atas :

    a) Jenis Shell and Tube

  • Jenis ini merupakan jenis yang paling banyak digunakan dalam industri

    perminyakan. Alat ini terdiri dari sebuah shell (tabung/slinder besar) dimana

    didalamnya terdapat suatubandle (berkas) pipa dengan diameter yang relative kecil.

    Satu jenis fluida mengalir didalam pipa-pipa sedangkan fluida lainnya mengalir

    dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. Keuntungan Shell and Tube Heat

    exchanger yang merupakan Heat exchanger yang paling banyak digunakan di proses-

    proses industri karena mampu memberikan ratio area perpindahan panas dengan volume

    dan massa fluida yang cukup kecil. Selain itu juga dapat mengakomodasi ekspansi termal,

    mudah untuk dibersihkan, dan konstruksinya juga paling murah di antara yang lain.

    Untuk menjamin bahwa fluida pada shell-side mengalir melintasi tabung dan dengan

    demikian menyebabkan perpindahan kalor yang lebih tinggi, maka didalam shell

    tersebut dipasangkan sekat/penghalang (baffles)

    Gambar 3. Konstruksi alat penukar kalor jenis shell and tube

    Berdasarkan konstruksinya, Heat exchanger tipe Shell and Tube dibedakan atas:

    Fixed Tube Sheet, merupakan jenis shell and tube Heat exchanger yang terdiri

    dari tube-bundle yang dipasang sejajar dengan shell dan kedua tube sheet

    menyatu dengan shell. Kelemahan pada tipe ini adalah kesulitan pada

    penggantian tube dan pembersihan shell.

    Floating Tube Sheet, merupakan Heat exchanger yang dirancang dengan salah

    satu tipe tube sheetnya mengambang, sehingga tube-bundle dapat bergerak di

    dalam shell jika terjadi pemuaian atau penyusutan karena perubahan suhu.

    Tipe ini banyak digunakan dalam industri migas karena pemeliharaannya lebih

  • mudah dibandingkan fix tube sheet, karena tube-bundlenya dapat dikeluarkan,

    dan dapat digunakan pada operasi dengan perbedaan temperatur antara shell

    dan tube side di atas 200

    U tube/U bundle, jenis ini hanya mempunyai 1 buah tube sheet, dimana tube

    dibuat berbentuk U yang ujung-ujungnya disatukan pada tube sheet sehingga

    biaya yang dibutuhkan paling murah diantara Shell and Tube Heat exchanger

    yang lain. Tube bundle dapat dikeluarkan dari shellnyasetelah channel

    headnya dilepas. Tipe ini juga dapat digunakan pada tekanan tinggi dan beda

    temperatur yang tinggi. Masalah yang sering terjadi pada Heat exchanger ini

    adalah terjadinya erosi pada bagian dalam bengkokan tube yang disebabkan oleh

    kecepatan aliran dan tekanan di dalam tube, untuk itu fluida yang mengalir

    dalam tube side haruslah fluida yang tidak mengandung partikel-partikel padat

    b) Double Pipe (Pipa Ganda)

    Pada jenis ini tiap pipa atau beberapa pipa mempunyai shell sendiri-sendiri.

    Untuk menghindari tempat yang terlalu panjang, heat exchanger ini dibentuk menjadi

    U. Pada keperluan khusus, untuk meningkatkan kemampuan memindahkan panas,

    bagian diluar pipa diberi sirip. Bentuk siripnya ada yang memanjang, melingkar dan

    sebagainya.

    Gambar 3. Alat penukar kalor jenis double pipa

    Pada alat ini, mekanisme perpindahan kalor terjadi secara tidak langsung

    (indirect contact type), karena terdapat dinding pemisah antara kedua fluida sehingga

    kedua fluida tidak bercampur. Fluida yang memiliki suhu lebih rendah (fluida

    pendingin) mengalir melalui pipa kecil, sedangkan fluida dengan suhu yang lebih

    tinggi mengalir pada pipa yang lebih besar (pipa annulus). Penukar kalor demikian

  • mungkin terdiri dari beberapa lintasan yang disusun dalam susunan vertikal.

    Perpindahan kalor yang terjadi pada fluida adalah proses konveksi, sedang proses

    konduksi terjadi pada dinding pipa. Kalor mengalir dari fluida yang bertemperatur

    tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah. Keistimewaan jenis ini adalah mampu

    beroperasi pada tekanan yang tinggi, dan karena tidak ada sambungan, resiko

    tercampurnya kedua fluida sangat kecil, mudah dibersihkanpada 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

    permukaannya dan kalkulasi design mudah dibuat dan akurat

    Sedangkan kelemahannya terletak pada kapasitas perpindahan panasnya

    sangat kecil, mahal, terbatas untuk fluida yang membutuhkan area perpindahan kalor

    kecil (

  • perpindahan panas. Seperti halnya jenis coil pipa, perpindahan panas yang terjadi

    cukup lamban dengan kapasitas yang lebih kecil dari jenis shell and tube.

    d) Jenis spiral

    Jenis ini menpunyai bidang perpindahan panas yang melingkar. Karena

    alirannya yang melingkar maka system ini dapat Self Cleaning dan mempunyai

    efisiensi perpindahan panas yang baik. Akan tetapi konstruksi seperti ini tidak dapat

    dioperasikan pada tekanan tinggi.

    e) Jenis lamella

    Biasanya digunakan untuk memindahkan panas dari gas ke gas pada tekanan rendah.

    Jenis ini memiliki koefisien perpindahan panas yang baik/tinggi. Gasketter plate

    exchanger mempunyai bidang perpindahan panas yang terbentuk dari lembaran pelat

    yang dibuat beralur. Laluan fluida (biasanya untuk cairan) terdapat diantara lembaran

    pelat yang dipisahkan gasket yang dirancang khusus sehingga dapat memisahkan

    aliran dari keduacairan. Perawatannya mudah dan mempunyai efisiensi perpindahan

    panas yang baik.

    5. Parameter atau Faktor Heat Exchanger

    Kinerja dari suatu Heat Exchanger dapat dilihat dari parameter-parameter berikut:

    a) Faktor Pengotor (Fouling Factor)

    Faktor pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat

    exchanger. Pengotoran ini dapat terjadi endapan dari fluida yang mengalir, juga

    disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat exchanger akibat pengaruh dari jenis

    fluida yang dialirinya. Selama heat exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran

    pasti akan terjadi. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menganggu atau

    mempengaruhi temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan atau

    mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.

    Beberapa faktor yang dipengaruhi akibat pengotoran antara lain:

    Temperatur fluida

    Temperatur dinding tube

    Kecepatan aliran fluida

    Faktor pengotoran (fouling factor, Rf) dapat dicari dengan persamaan :

  • dimana U pipa yang sudah tua tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus

    sebagai berikut :

    Jika fouling factor di atas sudah memiliki nilai sedemikian besar, maka HE

    tersebut dapat disimpulkan sudah tidah baik kinerjanya.

    b) Koefisien perpindahan panas

    Semakin baik sistem maka semakin tinggi pula koefisien panas yang

    dimilikinya. Koefisien perpindahan kalor, U, terdiri dari dua macam yaitu:

    UC adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar

    kalor masih baru

    UD adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar

    kalor sudahkotorSecara umum kedua koefisien itu dirumuskan sebagai

    c) Penurunan Tekanan ( Pressure Drop)

    Pada setiap aliran dalam HE akan terjadi penurunan tekanan karena adanya gaya gesek yang

    terjadi antara fluida dan dinding pipa. Hal ini dapat terjadi pada sambungan pipa,

    fitting,atau pada HE itu sendiri. Hal ini akan mengakibatkan kehilangan energi

    sehingga perubahan suhu tidak konstan.

    Untuk penurunan Tekanan pada Tube Side, besarnya penurunan tekanan pada

    tube side alat penukar kalor telah diformulasikan, persamaan terhadap faktor gesekan

    dari fluida yangdipanaskan atau yang didinginkan didalam tube.

    Dimana :

    n = Jumlah pass aliran tube

    L = Panjang tube

    L.n = Panjang total.lintasan dalam ft

    Mengingat bahwa fluida itu mengalami belokan pada saat passnya, maka akan

    terdapatkerugian tambahan penurunan tekanan.

  • d) Konduktivitas Termal

    Daya hantar kalor yang dimiliki fluida maupun dinding pipa HE sangat

    berpengaruhpada kemampuan kalor tersebut berpindah.

    e) Aliran Fluida yang Bertukar Kalor

    Aliran Kalor Sejajar, kurang efisien dan cepat untuk satu fluida.

    Aliran Kalor Berlawanan Arah, kalor yang ditransfer lebih banyak.

  • BAB III

    DATA DAN PENGOLAHAN DATA

    III.1. DATA PERCOBAAN

    Data yang didapatkan selama percobaan sebagai berikut:

    a. Searah

    Bukaan Vair (ml) Vsteam (ml) t (s) air steam

    in(oC) out (oC) in (oC) out(oC)

    1/5 690 25 10 36 48 92 74

    2/5 1230 30 10 36 42 92 65

    3/5 1840 30 10 36 39 92 55

    4/5 2000 29 10 36 38 92 49

    5/5 2520 28 10 36 34 92 42

    b. Berlawanan Arah

    Bukaan Vair (ml) Vsteam (ml) t (s) air steam

    in(oC) out (oC) in (oC) out(oC)

    1/5 580 27 10 28 38 96 72

    2/5 940 25 10 28 32 96 60

    3/5 1580 25 10 28 30 96 53

    4/5 1860 25 10 28 28 96 50

    5/5 2360 25 10 28 28 96 47

    Data tambahan yang telah diketahui sebelumnya:

    L = 81 cm = 0,81 m

    D1 (tube) = 1,4 cm = 0,014 m A1 = .D1.L = 0,0356 m2

    D2 (shell) = 2,5 cm = 0,025 m A2 = .D2.L = 0,0636 m2

    [

    ] [

    ]

  • Asumsi : tube & shell HE terbuat dari Cu, pada T = 20oC , nilai K Cu = 386 W/m

    2 oC

    III.2. PENGOLAHAN DATA

    Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai pengolahan dari data-data yang telah

    dilakukan selama percobaan. Tujuan dari pengolahan data adalah untuk mendapatkan

    nilai h,Uc,Ud, Rd, dan e.

    Perhitungan:

    1. Menghitung Qair, Qsteam, T rata-rata air dan T rata-rata steam

    Qair didapatkan dengan menggunakan rumus:

    Qsteam didapatkan dengan menggunakan rumus:

    T rata-rata air didapatkan dengan menggunakan rumus:

    T rata-rata steam didapatkan dengan menggunakan rumus:

    Dengan menggunakan excel, maka hasil perhitungan masing-masing Q dan T dapat

    dilihat pada tabel berikut:

    a. Searah

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    1/5 0,000069 0,0000025 42 83

    2/5 0,000123 0,000003 39 78,5

    3/5 0,000184 0,000003 37,5 73,5

    4/5 0,0002 0,0000029 37 70,5

    5/5 0,000252 0,0000028 35 67

    b. Berlawanan Arah

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    1/5 0,000058 0,0000027 33 84

  • 2/5 0,000094 0,0000025 30 78

    3/5 0,000158 0,0000025 29 74,5

    4/5 0,000186 0,0000025 28 73

    5/5 0,000236 0,0000025 28 71,5

    2. Perhitungan h,Uc,Ud, Rd, dan e untuk masing-masing aliran:

    Untuk menghitung h,Uc,Ud, Rd, dan e, dibutuhkan data tambahan yaitu sifat-sifat air

    pada suhu tertentu yang didapatkan dari tabel A.9 buku Holman. Dengan teknik

    interpolasi, nilai-nilai yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

    Untuk air:

    T Cp (x10-4) k Pr

    28,0 4,178 995,584 8,372 0,616 5,675

    29,0 4,177 995,422 8,201 0,618 5,544

    30,0 4,176 995,260 8,030 0,619 5,412

    33,0 4,174 994,633 7,534 0,624 5,037

    35,0 4,174 993,950 7,235 0,627 4,825

    37,0 4,174 993,267 6,936 0,629 4,613

    37,5 4,174 993,096 6,862 0,630 4,560

    39,0 4,174 992,472 6,675 0,632 4,422

    42,0 4,174 991,175 6,318 0,635 4,157

    Untuk steam:

    T Cp (x10-4) k Pr

    67,0 4,184 979,518 4,224 0,661 2,678

    70,5 4,186 977,629 4,042 0,664 2,552

    71,5 4,186 977,047 3,990 0,665 2,516

    73,0 4,188 976,076 3,911 0,666 2,462

    73,5 4,188 975,753 3,885 0,666 2,444

    74,5 4,189 975,105 3,833 0,667 2,408

    78,0 4,192 972,861 3,660 0,669 2,289

    78,5 4,192 972,546 3,638 0,670 2,274

    83,0 4,196 969,709 3,442 0,673 2,142

    84,0 4,196 969,079 3,406 0,674 2,118

    a. Searah

    a.1. Bukaan keran 1/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    1/5 0,000069 0,0000025 42 83

  • Sifat-sifat air pada suhu 42 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    42,0 4,174 991,175 6,318 0,635 4,157

    Sifat-sifat steam pada suhu 83 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    83,0 4,196 969,709 3,442 0,673 2,142

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran transisi, tetapi untuk perhitungan dianggap

    sebagai aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

  • [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

  • Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    a.2. Bukaan keran 2/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    2/5 0,000123 0,000003 39 78,5

    Sifat-sifat air pada suhu 39 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    39,0 4,174 992,472 6,675 0,632 4,422

    Sifat-sifat steam pada suhu 78,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    78,5 4,192 972,546 3,638 0,670 2,274

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

  • [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

  • ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    a.3. Bukaan keran 3/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    3/5 0,000184 0,000003 37,5 73,5

    Sifat-sifat air pada suhu 37,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    37,5 4,174 993,096 6,862 0,630 4,560

    Sifat-sifat steam pada suhu 73,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    73,5 4,188 975,753 3,885 0,666 2,444

  • LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

  • (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    a.4. Bukaan keran 4/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

  • 4/5 0,0002 0,0000029 37 70,5

    Sifat-sifat air pada suhu 37 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    37,0 4,174 993,267 6,936 0,629 4,613

    Sifat-sifat steam pada suhu 70,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    70,5 4,186 977,629 4,042 0,664 2,552

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

  • [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

  • Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    a.5. Bukaan keran 5/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    5/5 0,000252 0,0000028 35 67

    Sifat-sifat air pada suhu 35 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    28,0 4,178 995,584 8,372 0,616 5,675

    29,0 4,177 995,422 8,201 0,618 5,544

    30,0 4,176 995,260 8,030 0,619 5,412

    33,0 4,174 994,633 7,534 0,624 5,037

    35,0 4,174 993,950 7,235 0,627 4,825

    37,0 4,174 993,267 6,936 0,629 4,613

    37,5 4,174 993,096 6,862 0,630 4,560

    39,0 4,174 992,472 6,675 0,632 4,422

    42,0 4,174 991,175 6,318 0,635 4,157

    Sifat-sifat steam pada suhu 67 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    67,0 4,184 979,518 4,224 0,661 2,678

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

  • ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

  • Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    b. Berlawanan arah

    b.1. Bukaan keran 1/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    1/5 0,000058 0,0000027 33 84

    Sifat-sifat air pada suhu 33 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    33,0 4,174 994,633 7,534 0,624 5,037

  • Sifat-sifat steam pada suhu 84 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    84,0 4,196 969,079 3,406 0,674 2,118

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran transisi, tetapi untuk perhitungan dianggap

    sebagai aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

  • (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

  • [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    b.2. Bukaan keran 2/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    2/5 0,000094 0,0000025 30 78

    Sifat-sifat air pada suhu 30 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    30,0 4,176 995,260 8,030 0,619 5,412

    Sifat-sifat steam pada suhu 78 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    78,0 4,192 972,861 3,660 0,669 2,289

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

  • Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

  • Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    b.3. Bukaan keran 3/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    3/5 0,000158 0,0000025 29 74,5

    Sifat-sifat air pada suhu 29 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    29,0 4,177 995,422 8,201 0,618 5,544

    Sifat-sifat steam pada suhu 74,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    74,5 4,189 975,105 3,833 0,667 2,408

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

  • ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

  • ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    b.4. Bukaan keran 4/5 putaran

    Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    4/5 0,000186 0,0000025 28 73

    Sifat-sifat air pada suhu 28 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    28,0 4,178 995,584 8,372 0,616 5,675

  • Sifat-sifat steam pada suhu 73 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    73,0 4,188 976,076 3,911 0,666 2,462

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

  • Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

    Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

    b.5. Bukaan keran 5/5 putaran

  • Bukaan Q air (m3/s) Q steam (m

    3/s) T air,avg (oC) T steam,avg (

    oC)

    5/5 0,000236 0,0000025 28 71,5

    Sifat-sifat air pada suhu 28 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    28,0 4,178 995,584 8,372 0,616 5,675

    Sifat-sifat steam pada suhu 71,5 oC adalah

    T Cp (x10-4) k Pr

    71,5 4,186 977,047 3,990 0,665 2,516

    LMTD

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Luar (ho)

    [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat aliran turbulen, dengan demikian ho:

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Dalam (hi)

  • [

    (

    )]

    [

    ( )]

    Sehingga alirannya bersifat laminer, dengan demikian untuk menghitung hi

    ( )

    (

    )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

    (

    )

    ( )

    Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (UD)

    ( )

    ( )

    Fouling factor (Rd)

    Efisiensi HE

  • Untuk menentukan efisiensi, harus diketahui fluida minimum.

    Air

    Uap

    Fluida minimumnya adalah uap.

    [ ( ) ]

    [ ( ) ]

  • Hasil yang didapat dari perhitungan, dijabarkan secara singkar dalam tabel berikut:

    Searah

    Bukaan Vair Vsteam T0 T1 t0 t1 h0 h1 Uc Ud Rd e

    1/5 690 25 92 74 36 48

    2/5 1230 30 92 65 36 42

    3/5 1840 30 92 55 36 39

    4/5 2000 29 92 49 36 38

    5/5 2520 28 92 42 36 34

    Berlawanan arah

    Bukaan Vair Vsteam T0 T1 t0 t1 h0 h1 Uc Ud Rd e

    1/5 580 27 96 72 28 38

    2/5 940 25 96 60 28 32

    3/5 1580 25 96 53 28 30

    4/5 1860 25 96 50 28 28

    5/5 2360 25 96 47 28 28

  • BAB IV

    ANALISA

    IV.1. ANALISA PERCOBAAN

    Percobaan Heat Exchanger adalah percobaan yang bertujuan untuk mengetahui dan

    mempelajari kerja dari alat penukar kalor dengan jenis pipa yang pipa ganda dengan

    menghitung koefisien perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi dan perbandingan

    untuk aliran searah. Percobaan juga dilakukan untuk aliran berlawanan arah. Prinsip

    kerja untuk melakukan percobaan kali ini adalah mempelajari cara kerja Heat

    Exchanger dengan mempelajari perpindahan kalor yang terjadi antara dua fluida, yaitu

    air dan steam dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada alat penukar kalor

    ini berupa pipa yang terbuat logam. Pada pipa ganda digunakan dua pipa konsentris

    dimana pipa yang di luar sebagai pipa annulus dan yang di dalam disebut sebagai pipa.

    Kombinasi fluida dingin dan panas yang digunakan adalah air dan steam karena suhu

    air yang digunakan sehari-hari berbeda cukup jauh. Suhu air sehari-sehari keluaran dari

    kran bersuhu 28-29C dan suhu steam yang digunakan bersuhu 90-100C sehingga

    perpindahan kalor dapat terjadi dengan jarak suhu yang cukup besar dan perbedaan

    suhu antara fluida satu dengan lainnya lebih mudah diukur.

    Fluida panas menggunakan steam karena steam memiliki energi dalam yang tinggi

    sehingga mampu mentrasfer kalor yang cukup besar, oleh karena itu steam sering

    digunakan dalam berbagai industri. Selain itu, fluida panas steam lebih mudah

    diperoleh yaitu dengan memanaskan air. Fluida dingin yang digunakan adalah air yang

    digunakan untuk keperluan sehari-hari. Dalam percobaan ini, membutuhkan banyak

    fluida dingin karena akan divariasikan 5 bukaan kran dengan 2 arah aliran yang berbeda

    sehingga membutuhkan volume fluida dingin yang cukup banyak.

    4.1.1. Percobaan Aliran Berlawanan

    Percobaan Heat Exchanger pertama-tama dilakukan dengan percobaan aliran

    berlawanan. Untuk mendapatkan aliran air dengan steam yang saling berlawanan arah

    maka kran 1, 8 , 10, 12 dan 3 yang dibuka untuk mendapatkan arah aliran steam yang

    berlawanan dengan aliran air.

  • Kran dibuka secara berurutan mengikuti aliran steam. Kelima kran tersebut dibuka

    terlebih dahulu sebelum mesin penghasil steam dihidupkan untuk menghindari alat heat

    exchanger dari kerusakan karena jika kran tidak dibuka akan mennyebabkan tekanan di

    dalam pipa menjadi cukup tinggi yang dapat menyebabkan kerusakan.

    Aliran air didapatkan dengan membuka kran 4, 5 dan 14. Kran 14 pertama-tama dibuka

    1/5-nya saja. Hal ini dimaksudkan agar percobaan dilakukan sebanyak lima kali dengan

    kenaikan 1/5 kali bukaan sampai bukaan penuh, dan dengan begitu akan didapatkan

    variasi pengaruh kecepatan atau debit air yang keluar dari pipa dihubungkan dengan

    perpindahan panas yang terjadi setiap bukaannya.

    Variasi putaran dilakukan dengan membayangkan bentuk bintang dibayangkan kepada

    kran pipa sehingga bisa diperkirakan ukuran 1/5 bukaan yang pas untuk melakukan

    variasi bukaan kran sampai bukaan penuh.

    Gambar (). Block Flow Diagram Heat Exchanger

    Dari Block Flow Diagram di atas dapat diketahui bahwa dengan pengaturan bukaan

    kran yang seperti dilakukan di atas akan membentuk arah aliran air dengan steam saling

    berlawanan arah.

  • Steam mengalir melalui pipa kecil sedangkan air melalui annulus. Hal ini dimaksudkan

    untuk mengurangi heat loss yang dapat terjadi. Sehingga dapat dikatakan bahwa steam

    langsung melakukan perpindahan kalor dengan air jika diletakkan di pipa, ketika

    dimasukkan ke dalam annulus kemungkinan yang terjadi akan berbeda yaitu pipa

    annulus yang akan melakukan perpindahan kalor dengan udara luar.

    Setelah aliran steam dan air diatur mengalir berlawanan, setelah beberapa menit

    menunggu hingga suhu konstan maka suhu air keluar dan steam keluar mulai diukur.

    Ketika air dan steam pertama kali dikontakkan akan terjadi gradient suhu terhadap

    waktu diantara kedua fluida tersebut. Sampai waktu tertentu perpindahan panas sistem

    tidak berubah kembali terhadap waktu, suhu inilah yang dihitung dimana sistem telah

    berada dalam kondisi setimbang. Suhu yang diukur pada waktu suhunya belum konstan

    dapat mengakibatkan kesalahan perhitungan karena suhu pada waktu tersebut bukan

    merupakan representasi perpindahan kalor (dilihat perubahan suhu) yang terjadi bila

    steam melewati pipa dengan air pada suhu tertentu dan kecepatan tertentu.

    Suhu yang dicatat besarnya adalah T3,T4,T2,T1 yaitu suhu air yang masuk, suhu steam

    yang masuk, serta suhu keduanya ketika perpindahan kalor antar steam dengan air

    terjadi. Suhu yang diukur dimulai ketika kedua fluida tepat akan masuk dan sesaat

    setelah terjadi perpindahan kalor agar meminimalkan kesalahan pengukuran data

    karena adanya heat loss (karena pipa sistem heat exchanger tidak diisolasi). Dari

    pengukuran perbedaan suhu ini dapat diketahui parameter dari heat exchanger yang

    digunakan.

    Setelah suhu diukur, flow rate kedua fluida juga harus dihitung. Pengukuran keduanya

    menggunakan gelas ukur dan stopwatch karena pada heat exchanger tidak ada

    flowmeter, sehingga yang diukur adalah debitnya. Pengukuran dilakukan selama 10

    detik untuk kondensat dan 5 detik untuk air. Air diukur selama 5 detik saja karena

    bukaan kran air yang cukup besar sehingga air yang ditampung cuku banyak untuk

    diukur. Pada pengukuran kondensat yang terbentuk perlu digunakan sarung tangan

    karena suhu kondensat steam yang cukup tinggi.

    Dari debit dapat diketahui laju alirnya. Laju alir setiap bukaan kran harus dikur karena

    laju alir juga mempengaruhi nilai koefisien perpindahan panasnya yang berarti juga

    mempengaruhi perpindahan kalor sistem. Oleh karena itu, untuk mempelajari

    pengaruhnya, kecepatan alir air pada percobaan berada dalam 5 variasi kecepatan

  • sedangkan steam berada dalam kecepatan tetap. Aliran steam tidak diubah karena dapat

    dapat mengakibatkan tekanan yang cukup tinggi di dalam pipa dan steam keluar tidak

    dalam bentuk kondensat tapi dalam bentuk steam.

    Sedangkan untuk perhitungan laju alir steam, dilakukan dengan mengukur debit

    kondensat yang terbentuk. Banyaknya laju steam pada pipa sama dengan kondensat

    yang terbentuk, karena banyaknya massa steam yang mengalir akan berubah menjadi

    liquid ketika telah mengalami perpindahan kalor dan pada tekanan dan suhu ruang.

    Kemudian percobaan ini diulangi kembali untuk 5 macam bukaan kran 14 sebagai

    pengatur kecepatan aliran air.

    4.1.2. Percobaan Aliran Serarah

    Percobaan aliran searah ini dilakukan dengan membuka dua bukaan kran aliran steam

    yang berbeda dengan yang sebelumnya yaitu: 1, 8, 11, 9, 3. Hal ini dilakukan agar

    terdapat aliran steam yang searah dengan aliran air, dimana dapat ditunjukkan pada

    gambar dibawah ini.

    Gambar (). Block Flow Diagram Heat Exchanger

    IV.2. ANALISA DATA

    1. Faktor laju alir dalam percobaan

  • Berdasarkan data percobaan semakin besar laju alir air, maka kalor yang

    ditukar pun semakin kecil. Karena volume air yang harus dipanaskan semakin

    besar, maka suhu air hanya naik sedikit saja bila laju alir airnya diperbesar.

    Sedangkan untuk memaksimalkan perpindahan kalor seharusnya laju alir

    steam yang diperbesar, karena volume air yang dipanaskan akan lebih sering

    mengenai steam panas yang belum tertukar kalornya akibat laju alir yang lambat.

    2. Faktor arah air dan steam dalam percobaan

    Pada aliran searah, karakter penukar panas jenis ini, temperatur fluida dingin

    yang keluar dari alat penukar panas ( Tcb ) tidak dapat melebihi temperatur fluida

    panas yang keluar dari alat penukar panas (Thb), sehingga diperlukan media

    pendingin atau media pemanas yang banyak. Oleh sebab itu laju alir steam yang

    diperlukan haruslah banyak. Bisa dilihat dari data, suhu air pada bukaan valve yang

    penuh, menyebabkan suhu menurun. Ini mungkin terjadi akibat kesalahan

    pengamatan ataupun faktor lainnya seperti faktor pengotor. Namun data sesuai

    dengan teori yang telah disebutkan. Untuk aliran searah bisa disimpulkan tidak

    efisien dalam menukar kalor.

    Berbeda dengan aliran berlawanan arah, kedua fluida ( panas dan dingin )

    masuk penukar panas dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan

    dan keluar pada sisi yang berlawanan. Temperatur fluida dingin yang keluar penukar

    panas (Tcb) lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar penukar

    panas Thb). Dari data yang diambil suhu fluida dingin pada keluaran tidaklah lebih

    besar dari suhu fluida panas yang keluar dari alat penukar kalor. Hal ini mungkin

    terjadi karena laju alir belum maksimal.

    IV.3. ANALISA HASIL DAN PERHITUNGAN

    Aliran Searah

    Perhitungan yang dilakukan dalam percobaan kali ini bertujuan untuk mengetahui hasil

    yang didapatdarikinerja dari suatu alat penukar kalor yang memiliki aliran co-

    currentataualiran searah. Pengolahan data dilakukansetalahmenentukan data geometri

    pipa,yaitupanjang (L),diameter (D) dan luas (A) sertadiameterekuivalen (De), dan data

    sifat air dan steam. Hal tersebut didapatkandari Tabel A.9 Heat Transfer karya J.P

    Holman. Sifat yang diperoleh untuk air dan steam antara lain:

  • massa jenis (),

    viskositas (),

    konduktivitas thermal (k),

    bilangan Prandtl (Pr),

    dan kapasitas panas (Cp).

    Untuk mempermudah mencari data dari peroperti air dan steam maka digunakan suhu

    rata-rata dari steam dan air dengan melakukan perhitungan sebagai berikut,

    Tavg air =

    (1)

    Tavg steam =

    (2)

    Setelah T rata-rata didapatkan maka sifat-sifat dapat dicari dengan menggunakan table A-

    9. Namun, data yang ada tidak dapat mewakilkan semua suhu yang ada oleh karena itu

    perlu dilakukan adanya interpolasi agar didapatkan nilai yang lebihakurat. Nilai laju alir

    dikonversi terlebih dahulu untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan. Dalam

    melakukan perhitungan diperlukan suatu acuan suhu. Namun suhu yang ada bervariasi

    terhadap permukaan kalor. Oleh karena itu, metode LMTD digunakan untuk menentukan

    perbedaan temperature rata-rata untuk menentukan suhu untuk menghitung nilai UD

    (Koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor sudah kotor). Bila

    kita tinjau lebih jauh penggunaan metode LMTD ini dikarenakan adanya pengotoran

    dalam heat exchanger sehingga terjadi perbedaan temperatur sepanjang pipa. Adapaun

    persamaan metode LMTD dan UD adalah sebagai berikut,

    )(

    )(ln

    )()(

    22

    11

    2211

    tT

    tT

    tTtTLMTD

    (3)

    Koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor sudah kotor (UD),

    LMTDA

    qUD

    (4)

    Pencarian nilai UD ini nantinya digunakan untuk mencari nilai fouling factor. Sedangkan

    untuk mencari nilai q digunakan persamaan berikut,

  • WTTCpWq ).(. 21 (6)

    Di mana nilai W dapat ditentukan dengan persamaan:W = .Qsteam

    Sebelum melakukan perhitungan lebih lanjut maka perlu dianalisis terlebih dahulu jenis

    aliran fluida atau profil dari fluida tersebut. Hal ini dikarenakan profil dari suatu fluida

    sangat berpengaruh terhadap perpindahan panas yang terjadi. Untuk menetukan profil

    yang ada dilakukan perhitungan bilangan Reynold dengan persamaan sebagai berikut:

    Re = De Ge/ = De Ge/ =

    De

    )(

    42

    122 DD

    W

    (7)

    Setelah diketahui hasilnya maka pola aliran dapat diketahui dengan mengikuti aturan

    sebagai berikut :

    Re < 2100 = laminar

    2100 < Re < 10000 = transisi

    Re > 10000 = turbulen

    Kemudian setelah didapatkan profil kecepatan maka koefisien perpindahan kalor secara

    konveksi dapat ditentukan dengan rumusan sebagai berikut:

    Untuk Turbulen

    h0 = 0,023.Re0,8

    .Pr0,3

    .De

    k

    (8)

    Untuk Laminar

    1

    3

    1

    1.Pr.Re86,1D

    k

    L

    Dhi

    (9)

    Perhitungan nilai koefisien konveksi ini nantinya akan digunakan dalam mencari nilai

    fouling factor.Setelah mendapatkan nilai koefisien konveksi maka kita dapat menentukan

    koefisien perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor masih baru

    (UC).Pada perhitungan dapat terlihat bahwa nila UD dan UC bervariasi antara putaran kran

    yang satu dengan yang lainnya. Namun dari data tersebut dapat kita lihat bahwa Qfluida

    meningkat Re meningkat ho, hi meningkat Uc meningkat. Qsteam meningkat W

  • meningkat q meningkat Ud meningkat, namun tidak untuk LMTD. Bedasarkan

    persamaan tersebut, semakin besar nilai LMTD, maka nilai Ud akan semakin kecil

    (berbanding terbalik).

    Faktor Kekotoran (Fouling Factor)

    cd UURd

    11

    (10)

    Jika sebuah pipa baru saja digunakan, maka keadaannya masih normal dan bersih sehingga

    tidak mengganggu proses perpindahan kalor. Namun lain halnya bila pipa tersebut

    digunakan secara terus menerus maka akan terjadi penimbunan partikel dan terjadi

    pengotoran dalam pipa. Penimbunan inilah yang disebut faktor pengotor.Dengan kata lain,

    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.

    Pada perhitungan didapatkan nilai Rd yang besar dan bervariasi. Nilai Rd yang besar ini

    menunjukkan bahwa pipa telah memiliki banyak penimbunan di dalamnya sehingga faktor

    pengotor bernilai besar. Oleh karena itu, perlu dilakukan permbersihan guna memperbaiki

    kinerja pipa Heat Exchanger.

    A. Aliran Counter-Current

    Sebelummelakukanpengolahan terhadap data hasil percobaan, terlebih dahuluditentukan

    data geometripipa,yaitupanjang (L),diameter (D), dan luas (A) serta De, dan data properti

    dari air dan steam. Properti air dan steam tersebut diperoleh dari Tabel A.9. buku Heat

    Transfer karya J.P.Holman mengenai sifat-sifat air, dan dihitung berdasarkan suhu rata-rata

    yang diperoleh dari percobaan. Properti yang diperoleh untuk air dan antara lain: massa

    jenis (), viskositas (), konduktivitas thermal (k), bilangan Prandtl (Pr), dan kapasitas

    panas (Cp). Data yang telah didapat kemudian diolah agar didapat:

    1. Koefisien Perpindahan Panas

    Koefisien perpindahan kalor yang dihitung adalah koefisien perpindahan kalor

    keseluruhan pada saat alat penukar kalor masih baru (UC) dan koefisien

    perpindahan kalor keseluruhan pada saat alat penukar kalor sudah kotor (UD).

    Persamaan, untuk Uc dan Ud adalah sebagai berikut:

  • 01101 1

    2

    )/ln(1

    1

    A

    A

    hLK

    rrA

    h

    Uc

    oi

    (11)

    LMTDA

    qUD

    (12)

    a) Uc

    Jika dilihat dari persamaan di atas, nilai Uc berbanding lurus dengan nilai

    dari hi dan ho. Dan berdasarkan data hasil perhitungan, semakin tinggi nilai

    koefisien panas dari steam (hi) dan koefisien panas yang diterima oleh

    fluida dingin (ho), maka nilai Uc juga akan semakin besar. Pada

    perhitungan percobaan bukaan pertama, diperoleh nilai hi sebesar 270,5584

    W/m2.0C, nilai ho sebesar 1583,1195W/m

    2.0C dan nilai Uc sebesar

    227,4726 W/m2 o

    C pada perhitungan percobaan kedua, diperoleh nilai hi

    sebesar 248,0128 W/m2 o

    C, ho sebesar 286,3918W/m2 o

    C, dan nilai Uc

    sebesar 176,6455 W/m2 o

    C. Begitu juga untuk perhitungan percobaan

    dengan bukaan lainnya dimana terbukti bahwa percobaan dengan teori

    dasar memiliki kesamaan atau terbukti kebenarannya.

    Persamaan dasar hi adalah:

    hi = NuD . k/D

    karena aliran pada steam cenderung laminar, maka persamaannya

    yakni:

    Pada steam nilai = w, maka persamaannya berubah menjadi:

    1

    3/1

    1.Pr.Re86,1D

    k

    L

    Dhi

  • Berdasarkan persamaan di atas, nilai hi dipengaruhi oleh berbagai

    faktor, antara lain Bilangan Reynold, bilangan Prandtl, serta konduktivitas

    termal. Bilangan Reynold adalah bilangan yang didasarkan dari jenis

    aliran dari fluida, sehingga bisa dijadikan batasan dalam perhitungan.

    )(

    4Re

    2

    1

    2

    0 DD

    WDGD eee

    Berdasarkan persamaan, bilangan Reynold sangat dipengaruhi oleh

    laju alir. Semakin besar laju alirnya maka semakin besar nilai bilangan

    Reynoldnya. Begitu juga yang terjadi dalam percobaan. Pada percobaan

    pertama, laju alir air sebesar 53 ml/s dan bilangan Reynoldnya sebesar

    7696,487. Pada bukaan kedua, laju alir semakin besar yakni 90 ml/s dan

    bilangan Reynoldnya sebesar 12159,32. Begitu juga untuk laju alir 140

    ml/s, 153,3 ml/s, dan 162 ml/s,

    terliharbahwasemakinbesarlajualirnyamakabilangan Reynold-nya pun akan

    semakin besar.

    Di samping itu,secara tidak langsung, nilai hi dipengaruhi oleh laju

    alir fluida. Dimana hi dengan laju alir akan berbanding lurus. Sementara itu,

    bilangan Prandtl dan konduktivitas termal didasarkan oleh kondisi steam-

    nya.Persamaan dasar ho,

    14,03/1

    w

    p

    e

    Hok

    C

    D

    kJh

    Nilai adalah viskositas dari air, sedangkan w adalah viskositas steam.

    Sama seperti hi, salah satu faktor yang mempengaruhi nilai ho adalah

    bilangan Reynold. Sedangkan bilangan Reynold sangat dipengaruhi oleh

    laju alir. Semakin besar laju alirnya maka semakin besar nilai bilangan

    Reynoldnya. Begitu juga yang terjadi dalam percobaan. Sementara itu, nilai

    JH didapatkan dari figure 28 (buku Kern) yang menggunakan data bilangan

    Reynold.Dengan kata lain, nilai Uc dipengaruhi oleh laju alir baik fluida

    dingin maupun laju alir steamnya.

    b) Nilai Ud

  • Jika dilihat persamaan, nilai Ud dipengaruhi oleh q dan LMTD. Nilai q

    disini adalah jumlah kalor yang dipindahkan per satuan waktu. Adapun

    persamaan untuk mencarinilai q adalah:

    ).(. 21 TTCpWq

    Selain dipengaruhi oleh propertinya, nilai q juga dipengaruhi oleh laju alir

    dari kondensatnya. Semakin besar laju alir kondensat, maka semakin besar

    pula kalor yang dipindahkan. Hal ini dikarenakan semakin banyak laju alir

    kondensat menunjukkan banyaknya steam yang terkondensasi akibat

    panasnya dari steam berpindah ke fluida dingin. Dengan begitu, suhu dari

    steam akan cenderung turun lebih besar. Untuk menghitung suhu rata-rata

    log atau Log Mean Temperature Difference (LMTD), maka persamaan

    umumnya,

    ( ) ( )

    [( )( )

    ]

    untuk mencari UDmenggunakan persamaan sebagai berikut,

    LMTDA

    qUD

    Oleh sebab itu,dapat disimpulkan bahwa,

    Qfluida naik Re naik ho, hi naik Uc naik

    Qsteam naik W naik q naik Ud naik

    Namun ini tidak berlaku untuk LMTD. Bedasarkan persamaan tersebut,

    semakin besar nilai LMTD, maka nilai Ud akan semakin kecil atau Ud

    berbanding terbalik dengan LMTD. Pada perhitungan percobaan pertama,

    nilai LMTD sebesar 20,42180C dan nilai dari Ud sebesar 1,8751 W/m

    2 oC.

    Pada perhitungan percobaan kedua, nilai LMTD semakin kecil yakni

    25,16510C dan nilai dari Ud semakin besar yaitu 0,5798W/m

    2 oC. Begitu

    juga untuk percobaan ketiga, keempat, dan kelima. Nilai LMTD semakin

    menurun, namun nilai Ud akan semakin besar.

  • 2. Faktor Kekotoran (Fouling Factor)

    Persamaan untuk mencari nilai dari fouling factor adalah:

    cd UURd

    11

    Apabila sebuah pipa baru saja digunakan, maka keadaannya masih normal dan

    bersih sehingga tidak mengganggu proses perpindahan kalor. Namun pada suatu

    saat fluida yang terus menerus mengalir dalam pipa akan membentuk seperti

    sebuah lapisan yang akan mengganggu aliran kalor. Hal inilah yang dimaksud

    dengan faktor kekotoran.Dengan kata lain, 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.

    Berdasarkan hasil perhitungan yang sudah dilakukan untuk lima variasi bukaan,

    didapatkan nilai dari faktor pengotor yang besar diantaranya yakni 0,5287 m2

    oC/W, 1,7202 m

    2 oC/W, 1,4470 m

    2 oC/W, 1,3380 m

    2 oC/W, 1,1654 m

    2 oC/W.

    Dilihat dari hasil perhitungan faktor kekotoran, angka yang dihasilkan sangat

    besar. Hal ini bisa disebabkan oleh saluran pipa pada rangkaian sistem HE sudah

    mengalami korosi (karatan) sehingga berpengaruh pada fluida yang mengalir

    melewati pipa tersebut.

    3. Efisiensi

    Analisis perhitungan yang akan dibahas adalah analisis perhitungan nilai efisiensi

    dari kedua jenis aliran Heat Exchanger yang digunakan yaitu counter current dan

    co-current untuk setiap bukaan valve feed air, yaitu 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, dan 5/5.

    Untuk menghitung nilai efektifitasnya digunakan metode NTU efektifitas.

    Mengapa demikian? Metode ini digunakan karena selain caranya yang relatif

    mudah, metode ini dapat digunakan untuk tujuan membandingkan penukar kalor

    manakah yang harus dipilih untuk melaksanakan suatu tugas perpindahan kalor

    tertentu berdasarkan efisiensi yang dihasilkannya.

    Efektifitas didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan kalor nyata

    dengan perpindahan kalor maksimum yang mungkin Nilai maksimum akan

    didapat bila salah satu fluida mengalami perubahan suhu sebesar beda suhu

    maksimum yang terdapat pada penukar kalor tersebut, yaitu selisih antara suhu

    masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami beda suhu

  • maksimum adalah yang nilai mc nya minimum, karena neraca energi

    mensyaratkan bahwa energi yang diterima oleh fluida yang satu haruslah sama

    dengan energi yang dilepas oleh fluida lainnya. Sehingga untuk menghitung nilai

    efektifitas, terlebih dahulu kita menghitung nilai mc untuk kedua fluida, yaitu

    steam dan air. Nilai cp untuk masing-masing fluida diperoleh berdasarkan

    temperatur fluida tersebut, yang nilainya dapat dicari pada Tabel A-9 Buku J.P

    Holman, sedangkan nilai laju alir massa kedua fluida dapat dicari dengan

    menghitung debit masing- masing fluida dengan rumus :

    dengan V adalah volume fluida dan t adalah waktu. Setelah itu nilai debit ini

    dkalikan dengan nilai massa jenis fluida untuk mendapatkan nilai laju alir massa

    fluida.

    Dengan mengetahui kedua nilai ini, maka kita dapat mencari nilai mc kedua

    fluida dan mampu menentukan nilai mc fluida mana yang bernilai minimum.

    Pada kedua aliran dalam HE, yang berperan sebagai fluida minimum adalah

    steam. Sehingga, dapat digunakan rumus berikut untuk menghitung efisiensi HE

    untuk kedua jenis aliran, yaitu sebagai berikut,

    Counter current

    Co-current

    dimana Th1,Th2,Tc1,dan Tc2 berturut-turut adalah suhu steam masuk, suhu steam

    keluar, suhu suhu air masuk pada aliran co-current, dan suhu air masuk pada

    aliran counter current. Setelah menghitung efektifitas masing-masing bukaan

    untuk setiap aliran, maka terlihat hasil sebagai berikut; untuk aliran counter

    currentdan co-current feed, semakin besar bukaan valvefeed air, maka

    efisiensinya akan semakin besar. Namun untuk co-current, telah terjadi

    peningkatan tajam pada bukaan valveke 2, dimana efisiensinya meningkat secara

    tajam dari bukaan valve 1. Dan terlihat bahwa, efisiensi HE pada aliran counter

    relatif lebih besar di setiap bukaan dibandingkan dengan co-currentsehingga, dari

  • nilai ini dapat disimpulkan untuk menghasilkan laju perpindahan kalor maksimal

    dan merata lebih baik menggunakan counter current, karena menghasilkan

    efisiensi yang lebih besar akibatkenaikan suhu air lebih signifikan pada aliran

    berlawanan sehingga semakin banyak panas yang berhasil dipindahkan dari satu

    fluida ke fluida lainnya, sehingga efektifitas HE semakin besar.

    Efisiensi yang semakin besar ini juga dapat terlihat dari nilai NTU (Number of

    Transfer Unit) yang semakin besar pula. Besarnya nilai NTU mengindikasikan

    jumlah panas yang berhasil dipindahkan semakin besar, sebagai akibatnya maka

    efektifitas penukar kalor pun akan semakin tinggi. Dapat terlihat dari hasil

    pengolahan data untuk penukar kalor dengan efektifitas lebih besar akan memiliki

    nilai NTU yang lebih besar pula, hal ini pun mendukung pernyataan di atas.

    Perhitungan nilai NTU untuk kedua aliran adalah sebagai berikut (dalam HE pipa

    ganda).

    Counter current:

    (

    )

    Co-current: [ ( ) ]

    Selain itu nilai efektifitas pun juga dipengaruhi oleh nilai C yang merupakan rasio

    antara Cmin/Cmaks, semakin tinggi efektifitasnya maka dapat terlihat bahwa nilai C akan

    semakin kecil.

    IV.4. ANALISA KESALAHAN

    Berdasarkan hasil percobaan diketahui bahwa terjadi beberapa kali penyimpangan, baik

    dalam percobaan penukaran kalor aliran searah maupun aliran berlawanan arah. Pada

    aliran searah terjadi penurunan suhu masuk air secara tiba-tiba pada bukaan 3/5 dan

    terjadi penurunan volume kondensat steam yang terukur pada bukaan ke 4/5. Sedangkan

    pada aliran berlawanan arah terjadi penurunan suhu steam masuk pada bukaan 3/5 dan

    pada volume kondensat steam yang terukur pada bukaan ke 5/5 tidak terjadi perubahan

    dibandingkan pada bukaan ke 4/5 meskipun terjadi perubahan suhu keluar air dan steam.

    Kemungkinan penyebab kesalahan adalah sebagai berikut.

    a. Terdapat heat loss yang diabaikan

    b. Terdapat fouling factor yang besar yang menyebabkan ketidakkonsistenan hasil

    eksperimen.

  • c. Terdapat kesalahan pembacaan termokopel dan skala pada gelas ukur dalam

    pengukuran kondensat.

    d. Terdapat kesalahan pembukaan keran di mana besar perubahan bukaan tidak stabil

    sehingga hasil yang didapatkan tidak akurat terhadap perubahan laju alir fluidanya.

    Berikut merupakan pembahasan mengenai kemungkinan-kemungkinan kesalahan di atas.

    a. Terdapat heat loss yang diabaikan

    Alat penukar kalor pipa ganda pada dasarnya sudah dirancang sedemikian sehingga

    kemungkinan adanya panas yang dilepas ke lingkungan dapat diminimalisir. Fluida

    panas dibuat mengalir melalui pipa bagian dalam (inner pipe) sehingga panas dapat

    ditransfer semaksimal mungkin ke fluida dingin. Akan tetapi permukaan luar pipa

    apabila tersentuh masih terasa panas sehingga dapat dikatakan masih terdapat panas

    yang lepas ke lingkungan. Nilai heat loss ini diabaikan sehingga dapat dikatakan telah

    terjadi kesalahan perhitungan.

    b. Nilai fouling factor yang cukup besar

    Performa alat penukar kalor pada dasarnya menurun seiring berjalannya waktu akibat

    akumulasi deposit pada permukaan transfer panas. Lapisan deposit menyebabkan

    terjadinya hambatan tambahan ke transfer panas dan menyebabkan laju transfer panas

    pada alat penukar kalor menjadi menurun. Berdasarkan perhitungan didapatkan nilai

    fouling factor RD adalah sebesar 0,7-2,1. Nilai fouling factor yang berubah-ubah ini

    mengkonfirmasi adanya pengaruh kekotoran terhadap hasil percobaan. Kemungkinan

    penurunan performa terjadi karena adanya pengotor yang tidak stagnan (tidak diam)

    sehingga mengakibatkan terjadinya ketidakkonsistenan dalam hasil percobaan.

    Nilai fouling factor yang cukup besar juga membuka kemungkinan terjadinya

    kesalahan dalam parameter yang dipakai pada perhitungan. Misalnya ada

    kemungkinan penurunan performa alat penukar kalor disebabkan oleh terdapatnya

    deposit pada pipa-pipa. Sedikit banyak deposit ini mempengaruhi parameter murni

    dari alat penukar kalor yang digunakan, misalnya diameter pipa yang dapat berkurang

    dengan adanya deposit tersebut. Kemudian juga digunakan nilai konduktivitas Cu (k

    Cu) yang didasarkan pada nilai literatur. Apabila fouling factor disebabkan oleh

    karena adanya korosi (yang mana sangat mungkin mengingat fluida yang digunakan

    adalah air dan uap panas) maka nilai k ini tidak merepresentasikan keadaan

  • sebenarnya. Hal ini juga mengkonfirmasi bahwa kemungkinan terjadi kesalahan

    perhitungan akibat penggunaan nilai parameter yang tidak representatif.

    c. Terdapat kesalahan pembacaan

    Pada dasarnya perubahan sekecil apapun pada alat penukar kalor dapat menyebabkan

    terjadinya ketidakstabilan pada pertukaran panas. Suhu masuk, laju alir, sifat-sifat

    fluida, komposisi fluida, dan sebagainya menyebabkan jumlah panas yang ditransfer

    juga berubah. Kondisi transien ini menuju kepada perubahan suhu proses hingga pada

    akhirnya sampai kepada titik di mana distribusi konsentrasi menjadi tunak. Saat panas

    mulai ditransfer, terjadi perubahan suhu dluida hingga suhu-suhu tersebut mencapai

    keadaan tunak. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi tunak bergantung

    pada alat penukar kalor yang digunakan.

    Pada eksperimen, pembacaan dilakukan 3-5 menit setelah dilakukan perubahan

    bukaan aliran air. Namun berdasarkan data terdapat keanehan di mana terjadi

    perubahan suhu masuk air pada percobaan aliran searah dan terjadi perubahan suhu

    masuk steam pada percobaan aliran berlawanan arah. Secara teoritis meskipun laju

    alir fluida masuk berubah, suhu masuk tidak akan berubah. Kemungkinan perubahan

    ini menunjukkan bahwa alat penukar kalor belum mencapai kondisi stabilnya pada

    saat eksperimen mulai dilakukan sehingga terjadi perubahan seperti demikian.

    Untuk alat penukar panas fluida panas mengalir melalui pipa bagian dalam dan

    mentransfer panas ke air pendingin di pipa bagian luar. Sistem dikatakan sudah

    berada pada kondisi tunak apabila sudah tidak terjadi perubahan. Perubahan bukaan

    laju alir yang baru juga menyebabkan terjadi distibus temperatur hingga ke kondisi

    tunak selanjutnya dicapai. Kestabilan yang baru dapatdiamati saat suhu masuk dan

    keluar untuk fluida panas dan dingin menjadi stabil. Namun pada kenyataannya suhu

    tidak akan pernah benar-benar stabil, namun dengan perubahan laju alir masuk yang

    cukup besar seharusnya kondisi tunak dapat diamati dan kesalahan dapat

    diminimalisasi.

    Kesalahan pembacaan kemungkinan tidak hanya disebabkan oleh karena pembacaan

    dilakukan tidak pada saat kondisi sudah tunak. Juga terdapat kemungkinan bahwa

    kesalahan pembacaan terjadi akibat alat ukur yang tidak beroperasi sebagaimana

    harusnya. Termokopel yang digunakan kemungkinan mengalami sedikit

  • penyimpangan akibat perawatan alat yang kurang sempurna atau sebab-sebab lainnya.

    Akibatnya suhu yang ditunjukkan tidak merepresentasikan suhu yang seharusnya.

    Selain oleh karena kondisi yang belum tunak dan alat ukur yang tidak beroperasi

    dengan baik, kesalahan pembacaan juga dapat disebabkan oleh karena kesalahan

    praktikan. Skala pada termokopel relatif rapat sehingga pembacaan relatif sulit.

    Sedangkan pengukuran volume air dan kondensat sangat bergantung pada ketepatan

    praktikan untuk mulai menampung fluida saat penghitungan waktu dimulai.

    Jenis kesalahan yang mungkin timbul terkait dengan data dan nilai perhitungan

    efektifitas penggunaan HE untuk kedua jenis aliran adalah suhu keluaran steam pada

    aliran co-current tepatnya pada bukaan valve feed sebesar 2/5. Pada kasus ini, suhu

    keluar steam mengalami penurunan yang signifikan, sedangkan suhu masuk steam

    dan air cenderung konstan sehingga efektifitas HE yang terhitung menjadi sangat

    tinggi. Tetapi setelahnya yakni pada bukaan 3/5, suhu keluaran steam pada aliran co-

    current mengalami peningkatan kembali, barulah terjadi penurunan secara bertahap

    pada bukaan 4/5 dan 5/5. Nilai efektifitas HE yang terhitung untuk aliran ini bersifat

    fluktuatif akibat adanya anomali suhu keluaran steam pada bukaan valve feed sebesar

    2/5. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu peningkatan jumlah volume air

    yang menjadi dua kali lipat dibandingkan dengan bukaan valve feed sebesar 1/5

    sedangkan volume steam tetap akan menyebabkan kalor yang mampu diterima air dan

    kalor yang dilepas steam akan menjadi lebih besar, sehingga selisih suhu masuk dan

    keluar steam akan menjadi lebih besar pula. Apalagi alat HE yang digunakan sudah

    sangat lama berkemungkinan untuk terjadi perbedaan transfer panas antara 1 titik

    dengan titik lainnya sepanjang pipa. Pada titik dimana alat pencatat suhu atau sensor

    suhu keluaran steam dipasang, transfer panas yang terjadi berada pada titik optimal,

    sehingga suhu yang terbaca menjadi jauh lebih kecil yang berakibat pada

    dihasilkannnya beda suhu dan efektifitas yang lebih besar pula. Namun, karena

    kondisi di dalam alat yang tidak dapat diterka secara pasti, keadaan transfer panas

    yang optimal menjadi tidak stabil/konstan. Hal ini mungkin dipengaruhi oleh nilai

    konduktivitas logam HE yang digunakan serta fouling factor yang terbentuk.

    Kesalahan berikutnya adalah terdapatnya kejanggalan pada data T1 yang merupakan suhu

    steam yang tercatat saat berada di dalam HE. Seharusnya nilai ini mengalami penurunan

    bertahap seiring dengan bertambah besarnya bukaan valve feed, namun yang tercatat

  • pada data adalah memang suhu steam mengalami penurunan, namun nilai ini mengalami

    penurunan drastis bahkan ada yang mengalami penurunan hingga suhu T1 lebih rendah

    dari nilai suhu yang terbaca pada keluaran steam. Untuk kasus ini, kemungkinan terbesar

    disebabkan oleh sensor suhu atau alat pencatat suhu untuk T1 mengalami kerusakkan,

    sehingga suhu yang terbaca cukup jauh dari yang diestimasikan. Hal ini didukung kuat

    oleh pengalaman praktikan saat melakukan praktikum, yakni saat pembacaan suhu T1

    dalam bukaan valve feed yang sama 2-3 detik pasca pembacaan suhu yang terukur

    pertama kali, nilai yang ditampilkan mengalami perubahan hingga puluhan derajat

    celcius. Ketidakstabilan tersebut memperkuat pernyataan praktikan bahwa alat tersebut

    memang mengalami kerusakan.

    BAB V

    PENUTUP

  • V.1. KESIMPULAN

    Berdasarkan pengamatan dan analisis yang dilakukan terhadap hasil praktikum modul

    Double Pipe Heat Exchanger, dapat disimpulkan beberapa hal,yaitu:

    1. Double Pipe Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar kalor yang

    menerapkan asas black sebagai prinsip kerjanya. Double Pipe Heat

    Exchangerberfungsi untuk menukarkan suhu antara dua fluida yang melewati dua

    bidang batas. Bidang batas pada alat penukar kalor berupa pipa yang terbuat dari

    berbagai jenis logam sesuai dengan penggunaan dari alat tersebut.

    2. Beberapa faktor yang menjadi parameter unjuk kerja dari alat Double Pipe Heat

    Exchanger adalah faktor pengotor (dirt factor), luas permukaan perpindahan kalor,

    koefisien perpindahan kalor, beda temperatur rata-rata, jenis aliran (bilangan reynold)

    dan arah aliran (co-current atau counter current).

    3. Aliran counter current atau aliran yang berlawanan arah lebih efektif untuk

    pertukaran kalor. Perpindahan panas pada aliran ini lebih menyeluruh, fluida panas

    dan fluida dingin saling bertukar panas pada titik-titik yang memiliki perbedaan suhu

    yang besar. Akibatnya suhu steam dan air yang keluar tidak terpaut jauh.

    4. Nilai efisiensi dan NTU akan lebih besar pada aliran countercurrent dan juga akan

    lebih besar pada aliran yang laju alir volumenya besar. Secara berurutan Q naik

    hodan hi naik LMTD naik naik NTU naik.

    5. Parameter faktor kekotoran pada alat sangat mempengaruhi unjuk kerja alat tersebut.

    Hal ini terlihat dari koefisien perpindahan panas menyeluruh antara alat pada keadaan

    bersih (UC)dan pada keadaan kotor (UD). Hal ini akan berpengaruh pada temperatur

    akhir yang diperoleh.

    6. Semakin besar laju alir air pendingin, maka semakin besar pula laju alir kondensat

    yang dihasilkan.

    DAFTAR PUSTAKA

    Anonim. 1989. Petunjuk Praktikum Proses & Operasi Teknik 1. Depok: DTK-FT-UI.

  • Holman, J.P. 1988. Perpindahan Kalor Edisi Keenam, Alih Bahasa Ir. E. Jasjfi M. Sc.

    Jakarta: Erlangga.