PERPINDAHAN PANAS PADA TANGKI BERPENGADUK (STIRRED TANK REAKTOR)

Tujuan percobaan Setelah melakukan percobaan ini, diharapkan dapat: 1. Memahami proses perpindahan panas di dalam tangki berpengaduk berjaket, yang tergolong kelompok proses unsteady state. 2. Memahami perpinadahan panas pada tangki dengan memberikan variasi putaran pengaduk.

Dasar TeoriStired Tank (tangki berpengaduk) dalam industri kimia digunakan untuk reaksi-reaksi batch tumpak dalam skala kecil. Alat ini terdiri dari tangki silindris yang dilengkapi dengan agitator pengaduk. Tangki ini digunakan untuk pemanasan atau pendinginan, dipakai jaket sehingga air panas atau air dingin dapat dialirkan (dipindahkan). Pengadukan dipakai dalam berbagai aplikasi, misalnya : Dispersi suatu zat terlarut dalam suatu pelarut, penyatuan dua cairan yang dapat dicampur , produksi slurry dari padatan halus didalam suatu cairan, pengadukan suatu cairan homogen untuk meningkatkan heat transfer ke cairan. Peralatan pengaduk mempunyai berbagai macam variasi menurut aplikasinya. One. Two. Axial flow impeler untuk cairan viskositas sedang yang memerlukan gerakan cepat. Flat blade turbine yang menghjasilkan aliran turbulen pada arah radial, tetapi

memerlukan power yang lebih besar. Three. Turbin untuk pengadukan yang merata sekali. Four. Anchor impeller untuk tingkat turbulensi rendah dan efektif digunakan untuk tangki

yang dipanaskan atau didinginkan dengan jaket.

Five.

Helical impeller untuk pengadukan padat cair atau untuk mengadauk pasta, lumpur, atau

adonan. Perpindahan panas dan energi pada proses tangki berpengaduk berjaket pada praktikum ini terjadi sangat berbeda dengan proses perpindahan panas yang sering kita jumpai Hal ini disebabkan karena proses yang terjadi adalah proses tak tetap (unsteady state). Jadi koefesien perpindahan panas (U) tidak dapat digunkan dalam persamaan Fourier, yaitu Q = U.A.T. Persamaan Fourier tersebut hanya bisa digunakan bila tangki beroperasi secara sinambung/steady state. Dalam semua kasus, laju total perpindahan panas dapat diekspresikan dalam bentuk daya gerak penurunan temperatur dan hambatan. Persamaan Fourier Q = U . A . (T1 T2) Dimana: Q T1 T2 U A = laju perpindahan panas ; = temperatur pada titik 1 ; = temperatur pada titik 2 ; = koefisien keseluruhan perpindahan panas ; = luas permukaan yang dilalui panas.

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain sering terjadi berulang-ulang dalam industri pangan. Seperti proses memasak, membakar, sterilisasi ataupun pendinginan termasuk ke dalam perpindahan panas. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran ka1or, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Pindah panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan pindah panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panasnya. Oleh karena itu, untuk lebih memahami proses pindah panas, terutama dalam proses pendinginan dan pemanasan uap. Maka dilakukanlah praktikum destilasi dengan media daun salam. 1.2 Tujuan Percobaan Tujuan percobaan ini terbagi dua, yaitu: Tujuan Pembelajaran Umum (TPU) Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK) Mahasiswa dapat mempelajari pindah panas dalam unit operasi industri hasil pertanian.

Mahasiswa dapat mempelajari dan menerapkan analisis pindah panas dalam pendinginan uap. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1. Heat Exchanger Heat exchanger adalah adalah sistem yang efisien untuk menukarkan panas dari satu medium ke medium lainnya. Objek heat exchanger ini yaitu fluida, sehingga prosesnya mengalir. Kinerja heat exchanger dapat dipengaruhi oleh penambahan dalam satu atau dua arah, yang akan meningkatkan luas permukaan dan dapat saluran aliran fluida atau menyebabkan turbulensi. Untuk efisiensi, heat exchanger dirancang untuk memaksimalkan luas permukaan dinding antara kedua cairan, dan meminimalkan resistensi terhadap aliran fluida melalui exchanger tersebut. Suhu yang terdapat dalam aliran heat exchanger disebut Log Mean Temperature. 1.1 Jenis Aliran Heat Exchanger Adapun jenis aliran heat exchanger, di antaranya :

ounter current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir berlawanan.

Co current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir searah. Cross flow, yaitu terjadi ketika salah satu aliran fluida tegak lurus terhadap cairan kedua, yaitu, satu aliran fluida melalui tabung dan cairan kedua melewati sekitar saluran di sudut 90 . Biasanya ditemukan pada kondisi perubahan cairan 2 fasa. Contohnya adalah sistem uap kondensor, di mana uap keluar turbin memasuki sisi shell kondensor, dan air dingin yang mengalir di tabung menyerap panas dari uap, kondensasi itu ke dalam air. 1.2

Tipe Heat Exchanger Shell and tube heat exchanger, terdiri dari serangkaian tabung yang berisi fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan. Sehingga aliran tersebut akan mengalami perubahan panas karena akan melepaskan ataupun menyerap kalor. Tipe ini biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan yang lebih besar dari 30 bar dan suhu lebih besar dari 260 C). Hal ini karena desainnya yang kuat. Hal yang perlu diperhatikan dalam tabung tipe ini yaitu diameter tabung, panjang tabung, tube corrugation, tube pitch dan tube layout. Plate heat exchanger , terdiri dari lempengan logam tipis yang memiliki luas permukaan yang sangat besar sebagai penampang aliran fluida untuk mentransfer panas. Adiabatic wheel heat exchanger, menggunakan cairan untuk menahan panas. Contohnya adalah roda adiabatik , yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas fluida. Plate fin heat exchanger, desainnya mencakup gabungan crossflow dan counterflow dengan konfigurasi berbagai sirip seperti sirip lurus, offset sirip dan sirip bergelombang.

Beberapa tipe heat exchanger, antara lain :

2. Perpindahan Panas Konduksi

Adalah suatu proses perpindahan energi panas dimana energi panas tersebut mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam suatu medium padat atau fluida yang diam. Persamaan umum laju konduksi dikenal dengan hukum Fourier (Fouriers Law) [5] dirumuskan dengan : Di mana : Q = laju pindah panas konduksi (Watt) k = koefisien pindah panas konduksi (W/mK) A = luas permukaan bahan (m2) dT= perubahan suhu (K) dx = perubahan panjang bahan (m) Tanda negatif (-) menyatakan bahwa panas berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media yang bertemperatur lebih rendah. 3. Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir (begerak) atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperature. Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan (Newtons Law of Cooling) [5] yang dirumuskan dengan : Di mana : Q = laju pindah panas konveksi (Watt) h = koefisien pindah panas konveksi (W/m2K) A = luas permukaan bahan (m2) T= perubahan suhu antara permukaan bahan dan lingkungan (K) Besarnya konveksi tergantung pada : a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A). b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (DT). c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada : viscositas fluida kecepatan fluida perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida kapasitas panas fluida rapat massa fluida bentuk permukaan kontak

4. Destilasi Destilasi (penyulingan) adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat

dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal destilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain sering terjadi berulang-ulang dalam industri pangan. Seperti proses memasak, membakar, sterilisasi ataupun pendinginan termasuk ke dalam perpindahan panas. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran ka1or, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Pindah panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan pindah panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panasnya. Oleh karena itu, untuk lebih memahami proses pindah panas, terutama dalam proses pendinginan dan pemanasan uap. Maka dilakukanlah praktikum destilasi dengan media daun salam. 1.2 Tujuan Percobaan Tujuan percobaan ini terbagi dua, yaitu: Tujuan Pembelajaran Umum (TPU) Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK) BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1. Heat Exchanger Mahasiswa dapat mempelajari pindah panas dalam unit operasi industri hasil pertanian. Mahasiswa dapat mempelajari dan menerapkan analisis pindah panas dalam pendinginan uap.

Heat exchanger adalah adalah sistem yang efisien untuk menukarkan panas dari satu medium ke medium lainnya. Objek heat exchanger ini yaitu fluida, sehingga prosesnya mengalir. Kinerja heat exchanger dapat dipengaruhi oleh penambahan dalam satu atau dua arah, yang akan meningkatkan luas permukaan dan dapat saluran aliran fluida atau menyebabkan turbulensi. Untuk efisiensi, heat exchanger dirancang untuk memaksimalkan luas permukaan dinding antara kedua cairan, dan meminimalkan resistensi terhadap aliran fluida melalui exchanger tersebut. Suhu yang terdapat dalam aliran heat exchanger disebut Log Mean Temperature. 1.1 Jenis Aliran Heat Exchanger Adapun jenis aliran heat exchanger, di antaranya :

ounter current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir berlawanan.

Co current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir searah. Cross flow, yaitu terjadi ketika salah satu aliran fluida tegak lurus terhadap cairan kedua, yaitu, satu aliran fluida melalui tabung dan cairan kedua melewati sekitar saluran di sudut 90 . Biasanya ditemukan pada kondisi perubahan cairan 2 fasa. Contohnya adalah sistem uap kondensor, di mana uap keluar turbin memasuki sisi shell kondensor, dan air dingin yang mengalir di tabung menyerap panas dari uap, kondensasi itu ke dalam air. 1.2

Tipe Heat Exchanger Shell and tube heat exchanger, terdiri dari serangkaian tabung yang berisi fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan. Sehingga aliran tersebut akan mengalami perubahan panas karena akan melepaskan ataupun menyerap kalor. Tipe ini biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan yang lebih besar dari 30 bar dan suhu lebih besar dari 260 C). Hal ini karena desainnya yang kuat. Hal yang perlu diperhatikan dalam tabung tipe ini yaitu diameter tabung, panjang tabung, tube corrugation, tube pitch dan tube layout. Plate heat exchanger , terdiri dari lempengan logam tipis yang memiliki luas permukaan yang sangat besar sebagai penampang aliran fluida untuk mentransfer panas. Adiabatic wheel heat exchanger, menggunakan cairan untuk menahan panas. Contohnya adalah roda adiabatik , yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas fluida. Plate fin heat exchanger, desainnya mencakup gabungan crossflow dan counterflow dengan konfigurasi berbagai sirip seperti sirip lurus, offset sirip dan sirip bergelombang.

Beberapa tipe heat exchanger, antara lain :

2. Perpindahan Panas Konduksi Adalah suatu proses perpindahan energi panas dimana energi panas tersebut mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam suatu medium padat atau fluida yang diam. Persamaan umum laju konduksi dikenal dengan hukum Fourier (Fouriers Law) [5] dirumuskan dengan : Di mana :

Q = laju pindah panas konduksi (Watt) k = koefisien pindah panas konduksi (W/mK) A = luas permukaan bahan (m2) dT= perubahan suhu (K) dx = perubahan panjang bahan (m) Tanda negatif (-) menyatakan bahwa panas berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media yang bertemperatur lebih rendah. 3. Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir (begerak) atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperature. Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan (Newtons Law of Cooling) [5] yang dirumuskan dengan : Di mana : Q = laju pindah panas konveksi (Watt) h = koefisien pindah panas konveksi (W/m2K) A = luas permukaan bahan (m2) T= perubahan suhu antara permukaan bahan dan lingkungan (K) Besarnya konveksi tergantung pada : a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A). b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (DT). c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada : viscositas fluida kecepatan fluida perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida kapasitas panas fluida rapat massa fluida bentuk permukaan kontak

4. Destilasi Destilasi (penyulingan) adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal destilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.