Perpindahan Panas
(
Plate Heat Exchanger )
1. Untuk mengetahui fenomena perpindahan panas.
2. Untuk mengetahui koefisien perpindahan panas dan dapat menghitung efisiensi kerja alat perpindahan panas ( Plate Heat Exchanger ).
1. Mengkalibrasi alat pengukur laju alir ( flow meter ) untuk aliran fluida panas ( F1 ) dan aliran fluida dingin ( F2 ) dengan menggunakan alat bantu berupa gelas ukur 500 ml dan sebuah stopwatch.
2. Membuat kurva hubungan antara laju alir fluida panas dan laju alir fluida dingin sesungguhnya dengan yang terbaca pada alat flow meter.
3. Memasang alat Plate Heat Exchanger beserta pompa aliran fluida panas, kemudian memanaskan fluida panas dengan alat pemanas ( kompor gas ) sampai temperatur tetap ( ± 80 0C ) untuk percobaan 1.
4. Melakukan percobaan 1 dengan temperatur tetap ( ± 80 0C ) menggunakan laju alir 100 – 600 lt/jam untuk fluida panas maupun fluida dingin dengan laju alir yang sebelumnya telah dikalibrasi.
5. Melakukan percobaan 2 dengan laju alir untuk fluida panas dan fluida dingin tetap ( 300 lt/jam ) dan temperatur berubah menurut selang waktu 5 menit.
6. Melakukan percobaan 3 dengan laju alir untuk fluida panas dan fluida dingin tetap ( 500 lt/jam ) dan temperatur berubah menurut selang waktu 5 menit.
7. Mematikan alat pemanas dan aliran fluida panas, kemudian aliran fluida dingin setelah beberapa lama.
Data dan Pembahasan
Kalibrasi alat pengukur laju alir ( flow meter ) dengan gelas ukur 500 ml
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Aliran fluida panas ( F1 ) |
Aliran fluida dingin ( F2 ) |
|
||||||||||
|
t1 ( det ) |
t2 ( det ) |
t3 ( det ) |
trata-rata ( det ) |
t1 ( det ) |
t2 ( det ) |
t3 ( det ) |
trata-rata ( det ) |
|||||||
|
1 |
100 |
21,1 |
21,0 |
21,0 |
21,03 |
18,6 |
18,5 |
18,5 |
18,53 |
|||||
|
2 |
200 |
10,0 |
10,1 |
9,9 |
10,00 |
10,0 |
10,0 |
9,8 |
9,93 |
|||||
|
3 |
300 |
6,6 |
6,1 |
6,4 |
6,36 |
6,3 |
6,7 |
6,5 |
6,50 |
|||||
|
4 |
400 |
4,4 |
4,4 |
4,5 |
4,43 |
4,5 |
4,8 |
4,8 |
4,70 |
|
||||
|
5 |
500 |
3,0 |
3,4 |
3,0 |
3,13 |
3,1 |
3,4 |
3,5 |
3,33 |
|
||||
|
6 |
600 |
2,4 |
2,5 |
2,7 |
2,53 |
2,8 |
2,5 |
2,8 |
2,70 |
|
||||
|
7 |
200 |
10,0 |
9,9 |
9,9 |
9,93 |
9,9 |
9,8 |
9,9 |
9,86 |
|
||||
|
8 |
400 |
4,4 |
4,4 |
4,5 |
4,43 |
4,7 |
4,7 |
4,5 |
4,63 |
|
||||
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir fluida panas ( F1 ) sesungguhnya ( lt/jam ) |
Laju alir fluida dingin ( F2 ) sesungguhnya ( lt/jam ) |
|
|
1 |
100 |
0,5 = 85,71 21,03/3600 |
0,5 = 97,14 18,53/3600 |
|
|
2 |
200 |
0,5 = 180,00 10,00/3600 |
0,5 = 181,27 9,93/3600 |
|
|
3 |
300 |
0,5 = 282,70 6,36/3600 |
0,5 = 276,92 6,50/3600 |
|
|
4 |
400 |
0,5 = 406,32 4,43/3600 |
0,5 = 382,98 4,70/3600 |
|
|
5 |
500 |
0,5 = 575,80 3,13/3600 |
0,5 = 540,54 3,33/3600 |
|
|
6 |
600 |
0,5 = 711,46 2,53/3600 |
0,5 = 666,67 2,70/3600 |
|
|
7 |
200 |
0,5 = 181,27 9,93/3600 |
0,5 = 182,43 9,86/3600 |
|
|
8 |
400 |
0,5 = 406,32 4,43/3600 |
0,5 = 388,77 4,63/3600 |
Percobaan 1 dengan laju alir berbeda dan temperatur tetap
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir sesungguhnya dari kedua fluida ( lt/jam ) |
Temperatur fluida ( 0C ) |
||||
|
Fluida panas ( F1 ) |
Fluida dingin ( F2 ) |
Thin
|
Thout
|
Tcin
|
Tcout
|
||
|
1 |
108 |
104 |
100 |
83 |
52,5 |
27 |
50 |
|
2 |
215 |
207 |
200 |
82 |
51,5 |
27 |
48 |
|
3 |
320 |
312 |
300 |
80 |
52,0 |
27 |
47 |
|
4 |
425 |
415 |
400 |
80 |
51,0 |
27 |
46 |
|
5 |
530 |
520 |
500 |
72 |
46,5 |
27 |
44 |
|
6 |
638 |
625 |
600 |
69 |
45,0 |
27 |
41 |
Percobaan 2 dengan laju alir tetap ( 300 lt/jam ) dan temperatur berubah menurut waktu
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir sesungguhnya dari kedua fluida ( lt/jam ) |
Temperatur fluida ( 0C ) |
||||
|
Fluida panas ( F1 ) |
Fluida dingin ( F2 ) |
Thin
|
Thout
|
Tcin
|
Tcout
|
||
|
1 |
320 |
312 |
300 |
71 |
52,0 |
27 |
48,0 |
|
2 |
320 |
312 |
300 |
69 |
50,0 |
27 |
47,0 |
|
3 |
320 |
312 |
300 |
68 |
49,0 |
27 |
46,0 |
|
4 |
320 |
312 |
300 |
66 |
48,0 |
27 |
45,0 |
|
5 |
320 |
312 |
300 |
65 |
47,0 |
27 |
44,5 |
|
6 |
320 |
312 |
300 |
64 |
46,5 |
27 |
41,0 |
Percobaan 3 dengan laju alir tetap ( 500 lt/jam ) dan temperatur berubah menurut waktu
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir sesungguhnya dari kedua fluida ( lt/jam ) |
Temperatur fluida ( 0C ) |
||||
|
Fluida panas ( F1 ) |
Fluida dingin ( F2 ) |
Thin
|
Thout
|
Tcin
|
Tcout
|
||
|
1 |
530 |
520 |
500 |
70,0 |
50,0 |
27 |
46 |
|
2 |
530 |
520 |
500 |
64,0 |
47,0 |
27 |
45 |
|
3 |
530 |
520 |
500 |
60,0 |
45,0 |
27 |
43 |
|
4 |
530 |
520 |
500 |
57,0 |
42,5 |
27 |
41 |
|
5 |
530 |
520 |
500 |
54,5 |
41,5 |
27 |
40 |
|
6 |
530 |
520 |
500 |
53,0 |
40,0 |
27 |
39 |
Mencari TLMTD = F1 – F2 ; F1 = Thin – Tcout
ln ( F1/F2 ) F2 = Thout – Tcin
1). F1 = 33 ; TLMTD = 33 – 25,5 = 29,09 0C
F2 = 25,5 ln ( 33/25,5 )
2). F1 = 34 ; TLMTD = 34 – 24,5 = 28,99 0C
F2 = 24,5 ln ( 34/24,5 )
3). F1 = 33 ; TLMTD = 33 – 25,0 = 28,80 0C
F2 = 25 ln ( 33/25,0 )
4). F1 = 34 ; TLMTD = 34 – 24,0 = 28,70 0C
F2 = 24 ln ( 34/24,0 )
5). F1 = 28 ; TLMTD = 28 – 19,5 = 23,50 0C
F2 = 19,5 ln ( 28/19,5 )
6). F1 = 28 ; TLMTD = 28 – 18,0 = 22,60 0C
F2 = 18 ln ( 28/18,0 )
Diketahui : ρ800C = 971,83 ( kg/m3 )
M = F ( lt/jam ) . ρ .10-3 ( kg/m3 )
Qlepas = M( kg/jam) .Cp( J/kg 0K ) . ∆T ( 0K )
|
Ru n |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir fluida panas ( F1
) ( lt/jam ) |
Laju
alir massa fluida panas( M ) ( kg/jam) |
TLMTD ( 0C ) |
Cp ( J/kg 0K ) |
∆T ( Thin-Thout ) ( 0K ) |
Jumlah panas yang dilepaskan per satuan waktu ( Qlepas ) ( J/jam) |
|
1 |
108 |
100 |
104,96 |
29,09 |
4201 |
30,5 |
13448577,28 |
|
2 |
215 |
200 |
208,94 |
28,99 |
4200 |
30,5 |
26765214,00 |
|
3 |
320 |
300 |
310,98 |
28,80 |
4199 |
28,0 |
36562540,56 |
|
4 |
425 |
400 |
413,03 |
28,70 |
4199 |
29,0 |
50295076,13 |
|
5 |
530 |
500 |
515,07 |
23,50 |
4194 |
25,5 |
55085191,29 |
|
6 |
638 |
600 |
620,03 |
22,60 |
4191 |
24,0 |
62365097,52 |
Diketahui
: A = 1 m2
Q = U . A . TLMTD
U = Q
A . TLMTD
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir fluida panas yang sesungguhnya ( F1 ) ( lt/jam ) |
Koefisien perpindahan panas total ( U ) |
Log U |
|
1 |
108 |
100 |
462309,3 |
5,665 |
|
2 |
215 |
200 |
923256,7 |
5,965 |
|
3 |
320 |
300 |
1269532,6 |
6,104 |
|
4 |
425 |
400 |
1752441,6 |
6,224 |
|
5 |
530 |
500 |
2344050,7 |
6,369 |
|
6 |
638 |
600 |
2759517,6 |
6,441 |
Diketahui : m = ρ ( kg/m3 ) .V ( m/jam ) . A ( m2 )
V = F .10-3 ( lt/jam )
A ( m2 )
|
Run |
Laju alir pada alat flow meter ( lt/jam ) |
Laju alir fluida panas yang sesungguhnya ( F1 ) ( lt/jam ) |
Kecepatan aliran fluida V ( m/jam ) |
Berat jenis fluida ρ ( kg/m3 ) |
m |
Log m |
|
1 |
108 |
100 |
0,108 |
974,83 |
105,28 |
2,022 |
|
2 |
215 |
200 |
0,215 |
973,00 |
209,19 |
2,321 |
|
3 |
320 |
300 |
0,320 |
971,83 |
310,98 |
2,493 |
|
4 |
425 |
400 |
0,425 |
971,83 |
413,03 |
2,616 |
|
5 |
530 |
500 |
0,530 |
978,00 |
518,34 |
2,715 |
|
6 |
638 |
600 |
0,638 |
977,00 |
623,30 |
2,795 |
Penghitungan nilai panas specifik ( specific heat ) dari alat Plate Heat Exchanger yang digunakan :
Diketahui : U800C = 1510987,1
L = 9,0 mm x 25 = 225 mm = 0,225 m
K = 0,6675 W/mK
V800C = 1,0347.10-4 m/s
ρ800C = 971,83 kg/m3
ρ270C = 996,52 kg/m3
m800C = 0,3565 Cp = 0,3565.10-3 kg/ms
Cp800C = 4199 J/kg 0K
a = 1,25
m = 0,985 ( didapat dari grafik )
Nu = C
. ( Re )m . ( Pr )a
h . L = C . ( L.V.ρ )m . ( Cp.m )a
K ( m )m ( K )a
U . L = C . ( L.V.ρ )m . ( Cp.m )a
K ( m )m ( K )a
1510987,1 .
0,225 = C . ( 0,225 .1,0347.10-4.
971,83 ) 0,985 . (
4199 . 0,3565.10-3 )1,25
0,6675
( 0,3565.10-3 ) 0,985
( 0,6675 )1,25
C
= 3112,224 J/kg0K
Penghitungan nilai effisiensi dari alat Plate Heat Exchanger yang digunakan :
1). Qserap = M . Cp . ∆T 4). Qserap = M . Cp . ∆T
= 104,96 . 4201 . 23 = 413,03 . 4199 . 19
= 10141550,08 J/jam = 32951946,43 J/jam
Eff =
10141550,08 Eff = 32951946,43
13448577,28 50295076,13
= 0,7541 = 0,6551
2). Qserap = M . Cp . ∆T 5). Qserap = M . Cp . ∆T
= 208,94 . 4200 . 21 = 515,07 . 4194 . 17
= 18428508,00 J/jam = 36723460,86 J/jam
Eff =
18428508,00 Eff = 36723460,86
26765214,00 55085191,29
= 0,6885 = 0,6666
3). Qserap = M . Cp . ∆T 6). Qserap = M . Cp . ∆T
= 310,98 . 4199 . 20 = 620,30 . 4191 . 14
= 26116100,40 J/jam = 36395482,20 J/jam
Eff =
26116100,40 Eff = 36395482,20
36562540,56 62365097,52
= 0,7142 = 0,5835
Eff rata-rata = 4,062 x 100 %
6
= 67,70 %
Pada percobaan perpindahan panas dengan alat heat exchanger kali ini bertujuan untuk mengetahui fenomena perpindahan panas terutama pada jenis konduksi dan konveksi, serta agar dapat menghitung koefisien perpindahan panas yang terjadi dalam percobaan tersebut.
Alat
perpindahan panas yang digunakan adalah jenis Plate Heat Exchanger ( PHE ) dengan bahan dasar nikel.
Plate Heat Exchanger memiliki kelebihan dibandingkan dengan alat heat exchanger
lainnya, yaitu kemudahan alat ini untuk dilepaskan atau dibuka dari
rangkaiannya sehingga memungkinkan pembersihan dan perawatan yang lebih baik dan
mudah. Selain daripada itu, alat ini juga cocok digunakan untuk fluida cair
dengan nilai viskositas tinggi atau nilai turbulensi rendah, sebab mempunyai
permukaan perpindahan panas yang bergelombang sehingga menyebabkan turbulensi
dari aliran fluida menjadi lebih tinggi dan otomatis perpindahan panas yang
terjadi akan lebih efisien walaupun perbedaan temperatur antara fluida panas
dengan fluida dingin tidak terlalu jauh atau ± 10 0C. Oleh karena itu, heat exchanger jenis ini dapat
digunakan pada proses Pasteurisasi untuk produk susu dengan perbedaan
temperatur sekitar 10 0C, dimana temperatur susu masuk
± 70 0C dan temperatur fluida panas 80 0C.
Perpindahan panas secara konveksi dipengaruhi oleh viskositas, densitas, dan laju alir fluida yang terlibat dalam proses. Akan tetapi dalam percobaan, viskositas dan densitas fluida telah diketahui dari literatur, karena fluida yang digunakan adalah air kran dengan temperatur tertentu sehingga disini fenomena yang diamati hanya pengaruh perbedaan laju alir dan temperatur.
Pada awal percobaan dilakukan kalibrasi alat pengukur laju alir ( flow meter ) terlebih dulu untuk aliran fluida panas dan aliran fluida dingin dengan menggunakan gelas ukur 500 ml dan pengukur waktu ( stopwatch ), sehingga didapat waktu yang dibutuhkan oleh fluida cair untuk memenuhi gelas ukur tersebut. Dari data tersebut didapat kurva kalibrasi dengan hubungan antara bukaan laju alir fluida yang terbaca pada skala baca dengan laju alir fluida sesungguhnya sehingga memudahkan untuk percobaan selanjutnya, yaitu dengan menginterpolasikan kebutuhan laju alir fluida terhadap bukaan laju alir fluida pada flow meter.
Percobaan pertama adalah mengamati pengaruh perubahan laju alir terhadap perpindahan panas dengan temperatur masuk fluida panas dan fluida dingin tetap, dimana proses perpindahan panas menggunakan sistem berlawanan arah atau counter current dengan temperatur fluida panas ± 80 0C dan fluida dingin ± 27 0C. Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin tinggi laju alir, baik untuk fluida panas maupun fluida dingin, panas yang diberikan / dilepas oleh fluida panas dan panas yang diterima / diserap oleh fluida dingin semakin tinggi juga, namun panas yang dilepas selalu lebih besar dibandingkan dengan panas yang diserap, atau dengan kata lain ada energi yang hilang, sedangkan menurut teorinya atau idealnya adalah bahwa energi yang diberikan dalam perpindahan panas harus sama dengan energi yang diterima. Hal tersebut dapat disebabkan oleh beberapa faktor, seperti ; panas yang hilang sewaktu masih dalam perjalanan menuju alat PHE, panas yang hilang akibat kontak antara alat PHE dengan udara luar, adanya kerak atau karat dalam alat PHE yang dapat menghalangi perpindahan panas, dan sebagainya. Oleh karena terdapat panas yang hilang, maka disini diperlukan analisa mengenai effisiensi daripada alat PHE yang digunakan.
Percobaan kedua dan ketiga adalah mengamati pengaruh sistem aliran tertutup atau aliran fluida panas yang disirkulasi dengan laju alir yang tetap. Ternyata temperatur aliran masukan fluida panas pada setiap kurun waktu 5 menit semakin lama semakin menurun oleh karena tersirkulasinya fluida panas di aliran keluaran, dimana fluida keluaran tersebut selalu mempunyai temperatur yang lebih rendah daripada fluida masukan, sementara pemanas yang digunakan untuk memanaskan fluida masukan tidak dapat mengembalikan temperatur aliran masukan dalam waktu yang sesingkat itu, alhasil adalah bahwa temperatur masukan menjadi lebih tinggi dibanding keluaran sampai nantinya akan lebih rendah dibandingkan dengan temperatur aliran masukan fluida dingin.
Fenomena perpindahan panas secara konduksi dan konveksi pada percobaan ini berlangsung dalam alat Plate Heat Exchanger dengan media air kran sebagai fluida panas dan sekaligus sebagai fluida dingin, dan sebagai penghantar panas atau konduktor digunakan plate nikel, dimana proses perpindahan panas yang terjadi berlangsung maksimal dengan tingkat effisiensi daripada alat Plate Heat Exchanger sebesar 67,70 % dan nilai koefisien perpindahan panas sebesar 3112,224 J/kg0K.
SEMESTER V
TAHUN 2001 / 2002
Perpindahan Panas
( Plate Heat Exchanger )
disusun oleh :
Ade Suryaningsih ( 99401021 )
Tanu Maligi ( 99401031 )
Elina Wanti JP ( 99401041 )
dosen pembimbing :
Ir. Rintis Manfaati
LABORATORIUM PILOT
PLANT
JURUSAN TEKNIK
KIMIA
POLITEKNIK NEGERI
BANDUNG
BANDUNG
2001
