Laporan HE

download Laporan HE

of 27

  • date post

    07-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    555
  • download

    147

Embed Size (px)

description

zz

Transcript of Laporan HE

PERPINDAHAN KALOR

1. Tujuan PercobaanSistem melaksanakan percobaan ini diharapkan mahasiswa dapat : Mengetahui fenomena perpindahan kalor terutama jenis konduksi dan konveksi Menghitung koefisien perpindahan kalor dan efisiensi kerja peralatan penukar kalor di laboratorium OTK Politeknik Negeri Sriwijaya Melakukan praktek dengan aman

2. Dasar TeoriDalam membicarakan pertukaran kalor pada alat penukar kalor diperlukan pengertian dasar perpindahan kalor yang mendasar berkerjanya alat penukar kalor yang mendasar pada kerja praktek (penerapan) dari alat penukar kalor. Perpindahan kalor dapat berlangsung berdasarkan pada 3 macam dasar, dalam berbagai kejadian sebagai berikut:1. Perpindahan kalor secara rambatan (konduksi) dimana perpindahan kalor secara rambatan kebanyakan terjadi pada benda padat, di dalam benda padat itu sendiri (satu titik dalam benda padat yang bersinggungan permanen).2. Perpindahan kalor secara pancaran (konveksi) dimana kalor berpindah dari satu posisi ke posisi lainnya didalam fluida secara memancar yang biasanya disertai dengan adanya perpindahan massa (disebabkan adanya difusi ataupun arus Eddy). Pancaran lebih sering terjadi pada media fluida cair.3. Perpindahan kalor secara radiasi dimana kalor berpindah dari sumber kalor menuju suatu benda secara pancaran melalui gelombang elektro magnetik tertentu tanpa memerlukan media perantara (fluida atau padat)Keberlangsungan ketiga proses perpindahan kalor di atas dapat terjadi pada waktu yang bersamaan yang amat ditentukan oleh proses yang terjadi saat perpindahan kalor.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi (Rambatan)Dasar perpindahan kalor secara konduksi ini adalah hukum FOURIER : pers 1

Dimana :Dq/dt= jumlah kalor dipindahkan persatuan waktuk= konstanta perpindahan kalor material/bahanA= luas penampaang kontak perpindahan-dT/dx= kecepatan perubahan temperatur yang tergantung dari jarak dalam/luar benda padat

Dalam keadaan steady, maka harga dQ/dt dari persamaan 1 tetap sehingga dapat diganti dengan q, sehingga persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi: pers 2

Dimana :A adalah luas permukaan yang berlangsungnya perpindahan kalor rata-rata (avg) dan (t2-t1) merupakan daya penggerak untuk terjadinya perpindahan kalor antara dua batas perpindahan, (x2-x1) adalah jarak perpindahan. Sebagai penghambat berlangsungnya perpindahan dapat dirumuskan sebagai berikut :R = X/ (Ka)pers 3Dimana :R adalah tahanan/ rambatan terhadap berlangsungnya perpindahan kalor.

PERPINDAHAN KALOR PADA LEMPENGAN BERLAPIS PARALELBila ada tiga padatan yang tersusun secara paralel maka perpindahan kalor persatuan waktu (q) ditentukan oleh karakteristik dari ketiga padatan tersebut, maka :Q = (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)pers 4

Perpindahan Kalor Secara KonveksiPerpindahan kalor yang terjadi antara dua fluida (cair dan gas) pada umumnya disertai dengan perpindahan massa, baik pada konveksi alamiah ataupun konveksi paksa.

Perpindahan kalor yang terjadi antara dua fluida yang dipisahkan oleh lempengan dengan ketebalan dan pengaruh kotoran/ kerak. Pada gambar tersaji perpindahan kalor dari fluida 1 dengan temperatur rata-rata fluida t1 melalui lempengan sebagai pemisah antara fluida 1 dan aliran pada fluida 2 t2 temperatur fluida 2 tebal dinding pemisah antara kedua fluida. Persamaan neraca energi tiga dimensi yang berlangsung dapat ditulis sebagai berikut :Cp (T/t + T/x + T/y + wT/z) = (kT2/x2 + t2/y2 + T2/z2) + Q2 + pers 5Dimana : adalah kalor hilang yang dipengaruhi oleh viskositas fluida. Q2 adalah kalor yang diserap oleh media/ regent. Pada proses perpindahan energi antara dua fluida seperti gambar diatas, ada pengaruh yang terjadi diperbatasan antara kedua fluida tersebut dengan lempengan pemisah.Dengan adanya penyempurna/ penurunan berbagai persamaan, untuk perpindahan kalor secara konveksi dapat disajikan oleh persamaan :Dq = hi x dAi (t1-t3)pers 6Dq = h0 x Da0 (t5-t7)pers 7

Koefisien Perpindahan Kalor KeseluruhanDalam pengujian alat penukar kalor tidak dilakukan pengukuran temperatur antara kedua fluida dengan permukaan lempengab, sehingga koefisien perpindahan kalor yang digunakan dalam perhitungan kebutuhan luas permukaan perpindahan digunakan koefisien perpindahan kalor keseluruhan U, sehingga persamaan yang digunakan berdasarkan pada perbedaan temperatur rata-rata antara kedua fluida yang mengalami penukaran kalor.Q = UA (t1-t7)pers 8Dimana :Q = jumlah kalor yang berpindah persatuan waktuU = koefisien perpindahan kalor keseluruhan(t1-t7) = selisih temperatur atau aliran rata-rataA = luas permukaan kontak perpindahan kalor

Pada proses perpindahan kalor secara konveksi dapat terjadi berbagai jenis konveksi, dari konveksi alamiah yang berdasarkan perbedaan density fluida, konveksi paksa laminier dan konveksi paksa turbulen dan lain-lain. Atau konveksi yang tergantung pada fluida yang terlibat. Penggambaran dari berbagai macam faktor tersebut dapat disajikan melalui persamaan sebagai berikut : NNU = x NRe x NPr x Ngrpers 9Dimana :NNU = bilangan nusselt= hD/kNRe = bilangan reynold= DG/NPr = bilangan grassof= D32gAT/2Ngr = bilangan ptandalt= c/kBilangan Russelt merupakan fungsi dari bilangan Prandalt dan bilangan Grassof

Penukar Kalor LempengPenukar panas yang terjadi pada alat penukar panas lempeng didasarkan pada permukaan datar/ lempengan, dimana lempengan tersusun sedemikian rupa sehingga luas permukaan pertukaran panas yang diperlukan. Penukar kalor lempengan terdapat dalam beberapa bentuk dasar :a. Penukar kalor lempeng dimana susunan dari lempengan dinamakan PLATE FRAME HEAT EXCHANGERb. Spiral plate exchanger, yang terdiri dari lempengan bersirip biasa digunakan untuk pesawat (1950) atau untuk proses penukaran kalor pada temperatur yang cukup rendah (-100-2000)c. Plate and fin tube surfaced. Graphiter block exchanger

Masing-masing alat penukar kalor mempunyai kelebihan dan kekurangan karena disesuaikan dengan kebutuhannya. Plate HE terdiri dari lempengan standar sebagai permukaan berlangsungnya perpindahan dan rangka penyangga dimana susunan lempeng tersebut. Penurunan tekanan antara penukar kalr relative kecil, permukaan plate HE berlubang untuk memberikan efek turbulensi terhadap aliran-aliran dalam penukar kalor dapat berlawanan arah dan searah.Antara kedua lempeng plate HE terdapat gasket sebagai penyekat dan juga menyediakan ruang yang menyerupai pada flate dan frame filter press. Untuk perhitungan jumlah kalor yang dipertukarkan didalam alat menggunakan :Q = (UA/Tm)pers 10

Dimana :U= koefisien panas keseluruhan = hi + 2k/2. 3Dhi= koefisien perpindahan panas lempeng logamk= konduktivitas termalD= diameter aliran fluidaTm= perpindahan arah temperatur logaritmik rata-rata (TLMTD)TLMTD= aliran searah

Keterangan :T= temperatur fluida dingint= temperatur fluida panas t1 t21= masuk T1 T22= keluarDimana :1 = t1 T1 t1 t22 = t2 T2 T2 T1

TLMTD untuk aliran berlawanan arah : Keterangan :T= temperatur fluida dingint= temperatur fluida panas1= panas2= dinginDimana:

Data spesifikasi peralatan penukar kalor Lab. OTK Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya :Tipe= Penukar Panas LempengBahan= Baja 50% Zinc 50%Luas Permukaan Kontak= 1,00Diameter aliran fluida= 3,8Temp. Operasi max= 100oC

PERHITUNGAN KALORKalor yang dilepas fluida pemanas Q0pers 11Dimana :M0= Laju massa fluida panas (kg/jam)Cp0= Kalor spesifikasi panas pada temperatur masuk (J/kgoK)T= Perbedaan temperatur fluida panas keluar masuk (oK)

Kalor yang dilepa fluida dingin Q1 pers 12Dimana :M1= Laju massa fluida dingin (kg/jam)Cp0= Kalor spesifikasi dingin pada temperatur masuk (J/kgoK)T= Perbedaan temperatur fluida panas keluar masuk (oK)

Teori TambahanPlate Heat Exchanger

Fungsi dan cara kerja:Plate Heat Exchanger (PHE) berfungsi sebagai sistem pemanas atau pendingin dari suatu sistem produksi. Meskipun terdapat beberapa sistem lain, tetapi dari pengalaman dilapangan dapat disimpulkan bahwa PHE memiliki kinerja yang baik dan sulit untuk ditandingi sistem yang lain, salah satu contoh nyata, pada industri permen sistem PHE digunakan sebagai pemanas permen (hard candy) yang akan dicetak, dengan digunakannya sistem PHE, maka permen yang dihasilkan jauh lebih bening dibandingkan dengan menggunakan sistem pemanas yang lainnya. Sesuai dengan bidang usaha (rubber products), pembahasan singkat ini berfokus pada PHE Gasket (Seal PHE). Dari semua komponen yang ada pada sistem PHE, PHE Gasket merupakan komponen yang paling sering diganti, karena setiap pembongkaran PHE sebagian besar PHE Gasket sudah tidak dapat digunakan lagi krn mengalami deformasi bentuk (gepeng).PHE yang banyak dijumpai di industri dapat dikelompokan menjadi menjadi dua jenis: Glue Type. Tipe glue ini memerlukan lem untuk memasang Gasket pada plat PHE. lem yang digunakan hendaknya ialah lem yang mempunyai ketahanan terhadap panas yang baik.Jika persamaan diatas dibandingkan dengan persamaan sebelumnya terlihat bahwa beda suhu rata-rata merupakan pengelompokan suku-suku dalam kurung, Jadi,

Beda suhu ini disebut beda suhu rata-rata log (log mean temperature difference = LMTD). Dengan kata lain, LMTD ialah beda-suhu pada satu ujung penukar-kalor dikurangi beda-suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah dari perbandingan kedua beda suhu tersebut.Penurunan persamaan LMTD tersebut didasarkan atas dua asumsi :(1) Kalor spesifik fluida tidak berubah menurut suhu(2) Koefisien perpindahan-kalor konveksi tetap, untuk seluruh penukar-kalor.Jika suatu penukar-kalor yang bukan jenis pipa-ganda digunakan, perpindahan-kalor dihitung dengan menerapkan faktor koreksi terhadap LMTD untuk susunan pipa-ganda aliran law