BAB III HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

III.1. Hasil Percobaan

 Tipe plate : HM

 Ap (projected area dari plate) : 0.27m2[Coulson, JM, dkk, 1989]  Ad (developed area dari plate) : 0.35m2[Coulson, JM, dkk, 1989]  Compressed pith per plate (PT) : 0.0032 m

 Tebal plate () : 0.0005 m

 HPCD (Horizontal Port Center Distance) : 60 mm = 0.06 m  VPCD (Vertical Port Center Distance) : 430 mm = 0.43 m  Diameter port (D) : 42.6 mm = 0.0426 m  ∆h fluida panas : (20 – 14.5) cm = 5.5 cm  Qfluida panas : 0.033 liter/sec

 Jumlah channel fluida dingin (Ncc) : 15  Aliran co-current

Tabel III.1. Data Hasil Percobaan untuk Aliran Co-Current

∆hfluida dingin(cm) Qfluida dingin(mL/s) T1(oC) T2(oC) Tav(oC) t1(oC) t2(oC) tav(oC)

0,1 5,5 47 44 45,5 36 44 40

0,7 13,5 47 43 45 36 43.5 39,75

1,3 29,4 47 42 44.5 36 43 39,5

8,4 64,5 47 41,5 44.25 36 41,5 38,75

10,7 81,6 47 41 44 36 41 38,5

12,9 99,5 46,5 40 43,25 36.5 40 38.25

15,1 160 46 40 43 36.5 40 38.25

 Aliran counter-current

Tabel III.2. Data Hasil Percobaan untuk Aliran Counter-Current

∆hfluida dingin(cm) Qfluida dingin(mL/s) T1(oC) T2(oC) Tav(oC) t1(oC) t2(oC) tav(oC)

0,5 10,5 46 45 45,5 36,5 45 40,75

1,1 28,6 46 43 44.5 36,5 44,5 40,5

3,9 46,1 46 40 43 36.5 44 40.25

8,2 64,1 46 39,5 42.75 36.5 43,5 40

10.9 84,7 46 38 42 36,5 42 39,25

11,9 100,8 46 37,5 41,75 36,5 41 38,75

12,8 115,6 45.5 37 41.25 36,5 41 38,75

III.2. Pengolahan Data

 Aliran Co-Current

Berdasarkan data pada Tabel III.1. diperoleh grafik hubungan antara h fluida dingin dengan Q fluida dingin untuk aliran Co-current seperti tampak pada Gambar III.1.

h fluida dingin (cm)

Q

Gambar III.1. Hubungan antara h fluida dingin dengan Q fluida dingin

Dengan interpolasi data dari App A.2-3 – A.2-6[Geankoplis, 2003]

diperoleh data untuk menghitung panas yang diterima air dingin (qc) pada Tabel III.3.

o Interpolasi viskositas (µ) air antara suhu 38 – 40o_C

μ(t_av)=

(

tav−38

)

(0,6560.10

o Interpolasi kapasitas panas (cp) air antara suhu 30 – 40o_C

 

( 30)(4.181 4.181) 4.181

k(t_av)=

(

tav−37,8

)

(0,6629−0,6283)

o Perhitungan qc qc= m . Cp .Δt qc= . Q .Cp .(t2 – t1)

Tabel III.3. Data Perhitungan qc untuk aliran co-current

tav(oC) ρ _(kg/m3₎ µ _{(kg/m.s) (kj/kg.K)}cp k_(W/m.K) Qc 10 -6

(m3_/s)

qc (J/s)

40 992,25 0,000656 4.181 0,631038 6,93399 230,1307

39,75 992,3358 0,000659 4.181 0,630727 11,94993 371,848

39,5 992,4215 0,000662 4.181 0,630416 16,96587 492,7771

38,75 992,6788 0,000672 4.181 0,629482 76,32116 1742,194

38,5 992,7645 0,000675 4.181 0,629171 95,54893 1982,998

38,25 992,8503 0,000678 4.181 0,62886 113,9407 1655,43

38,25 992,8503 0,000678 4.181 0,62886 132,3325 1922,642

Perhitungan parameter – parameter tak berdimensi dari persamaan Dittus Boelter

o Menghitung NRe fluida dingin

Spasi plate rata-rata: (0.0032 – 0.0005) 0.0027 m

o Menghitung NPr fluida dingin

o Menghitung NNu fluida dingin

µw diperoleh dengan interpolasi data antara suhu 40 – 44oC dari App A.2-4 [Geankoplis, 2003]

Dengan menggunakan persamaan–persamaan di atas diperoleh data untuk menghitung konstanta–konstanta tak berdimensi dari persamaan Dittus Boelter, seperti tampak pada Tabel III.4.

Tabel III.4. Parameter – Parameter Dittus Boelter untuk aliran co-current

Gc

1,433386 9,18 4,3464 6,9197 42,96796 0,2860 42,75 0,000624 1,0510

2,470488 15,75 4,3684 6,3564 75,5809 0,5033 42,38 0,000629 1,0485

3,50777 22,25 4,3905 5,7370 110,9744 0,7393 42,00 0,000633 1,0461

15,78383 98,65 4,4634 5,9511 378,2309 2,5236 41,50 0,000639 1,0522

19,762 122,9 4,4855 5,7370 446,5753 2,9811 41,25 0,000642 1,0522

23,56793 146 4,5077 4,7333 451,8618 3,0179 40,75 0,000647 1,0474

27,37216 169,6 4,5077 4,5813 542,2168 3,6213 40,63 0,000649 1,0451

log N

Nu

= log a + b log N

Re

+ c log N

Pr

+ d log (µ/µ

w

)

Dari persamaan diatas didapatkan data-data sebagai berikut: [1] 0.054363 = log a + 0,962843b + 0.638130c + 0.021603d [2] 0.131180 = log a + 1.197281b + 0.640322c + 0.020568d [3] 0.298170 = log a + 1.347330b + 0.642514c + 0.019573d [4] 0.402021 = log a + 1,994097b + 0.649666c + 0.022098d [5] 0.474377 = log a + 2,089552b + 0.651811c + 0.022098d [6] 0.479705 = log a + 2,164353b + 0.653955c + 0.020113d [7] 0.558865 = log a + 2.229426b + 0.653955c + 0.019158d

Dari hasil solve diperoleh nilai-nilai sebagai berikut: log a = – 8.9182

a = 1.21  10-9

b = 0.3349 c = 17.0167 d = – 41.9424

 Aliran Counter-Current

Berdasarkan data pada Tabel III.2. diperoleh grafik hubungan antara h

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 20 40 60 80 100 120 140

f(x) = 17.8x - 6.84 R² = 1

h fluida dingin (cm)

Q

fl

u

id

a

d

in

g

in

(

m

L/

s)

Gambar III.2. Hubungan antara h fluida dingin dengan Q fluida dingin

Dengan interpolasi data dari App A.2-3 – A.2-6 [Geankoplis, 2003] diperoleh data untuk menghitung panas yang diterima air dingin (qc) pada Tabel III.5.

o Interpolasi densitas () air antara suhu 30 – 50o_C

ρ(t_av)=

(

tav−30

)

(988,07−995,68)

(50−30) +995,68

o Interpolasi viskositas (µ) air antara suhu 38 – 42o_C

μ(t_av)=

(

tav−38

)

(0,6560.10

−3

−0,6814.10−3 )

(42−38) +0,6814.10

−3

o Interpolasi kapasitas panas (cp) air antara suhu 30 – 50o_C

cp(tav)=

(

t_av−30

₎

(4,183−4,181)

(50−30) +4,181

o Interpolasi konduktivitas (k) air antara suhu 37,8 – 65,6o_C

k(t_av)=

(

tav−37,8

)

(0,6629−0,6283)

(65,6−37,8) +0,6283

y = 17,796x - 6,8429

Q = 17,796 h - 6,8429

o Perhitungan qc qc= m . Cp .Δt

qc= . Q .Cp .(t2 – t1)

Tabel III.5. Data Perhitungan qc untuk aliran counter-current

tav(oC) ρ _(kg/m3₎ µ _{(kg/m.s) (kj/kg.K)}cp k_(W/m.K) Qc 10 -6

(m3_/s)

qc (J/s)

40,75 991,5896 0,000648 4,182 0,631972 2,0551 72,43954

40,5 991,6848 0,000651 4,182 0,63166 12,7327 422,4481

40.25 991,7799 0,000654 4,182 0,631349 62,5615 1946,123

40 991,875 0,000657 4,182 0,631038 139,0843 4038,472

39,25 992,1604 0,000666 4,182 0,630105 187,1335 4270,437

38,75 992,3506 0,000672 4,182 0,629482 204,9295 3826,954

38,75 992,3506 0,000672 4,182 0,629482 220,9459 4126,052

Perhitungan parameter – parameter tak berdimensi dari persamaan Dittus Boelter

o Menghitung NRe fluida dingin

Spasi plate rata-rata: (0.0032 – 0.0005) 0.0027 m

o Menghitung NPr fluida dingin

Pr



1 2

 

2 1



µw diperoleh dengan interpolasi data antara suhu 40 – 44oC dari App A.2-4 [Geankoplis, 2003]

Dengan menggunakan persamaan–persamaan di atas diperoleh data untuk menghitung konstanta–konstanta tak berdimensi dari persamaan Dittus Boelter, seperti tampak pada Tabel III.6.

Tabel III.6. Parameter – Parameter Dittus Boelter untuk aliran counter-current

Gc

0,424545 2,75 4,2881 6,5268 14,33946 0,0953 43,13 0,00062 1,0455

2,630589 16,97 4,3100 5,2434 104,0917 0,6921 42,50 0,000627 1,0382

12,92651 83,01 4,3320 2,5429 988,7827 6,5778 41,63 0,000637 1,0265

28,74047 183,7 4,3541 3,0566 1707,01 11,3614 41,38 0,00064 1,0265

38,68051 243,9 4,4202 4,0677 1356,367 9,0409 40,63 0,000649 1,0267

42,36707 264,8 4,4645 4,0677 1215,509 8,1101 40,25 0,000653 1,0289

45,67829 285,5 4,4645 4,4272 1204,109 8,0340 40,00 0,000656 1,0244

Persamaan Dittus Boelter: NNu

= a × N

Reb

× N

Prc

× (µ/µ

w

)

d

Dari persamaan diatas didapatkan data-data sebagai berikut: [1] 0.010209 = log a + 0,439333b + 0.632265c + 0.019324d [2] 0.159830 = log a + 1.229682b + 0.634477c + 0.016281d [3] 0.818081 = log a + 1.919130b + 0.636688c + 0.011359d [4] 1.055432 = log a + 2.264109b + 0.638898c + 0.011359d [5] 0.956212 = log a + 2.387212b + 0.645442c + 0.011444d [6] 0.909026 = log a + 2.422918b + 0.649773c + 0.012373d [7] 0.904932 = log a + 2.455606b + 0.649773c + 0.010470d

Dari hasil solve diperoleh nilai-nilai sebagai berikut: log a = 6.5349

a = 3,4  106

b = –0.2877 c = –6.0172 d = – 36.4281

III.3. Pembahasan

Percobaan ini dilakukan dengan memvariasikan ketinggian air raksa pada orificemeter (debit) serta profil aliran air dingin pada Plate and Frame Heat Exchanger, sementara debit air panas dibuat tetap pada suhu 47o_C.

Pada setiap perbedaan debit air dingin diambil data-data seperti pada Tabel III.1. untuk aliran co-current dan Tabel III.2. untuk aliran counter-current.

Kemudian data perbedaan ketinggian pada orificemeter (h) dan variasi debit air

dingin hasil percobaan di plot-kan pada Gambar III.1 untuk aliran co-current dan Gambar III.2. untuk aliran counter-current dengan tujuan untuk memperoleh persamaan regresi linear yang digunakan untuk menghitung debit air dingin.

Hasil perhitungan tersebut kemudian digunakan untuk menentukan

parameter-parameter tak berdimensi (a, b, c, dan d) dari persamaan Dittus–Boelter berikut ini:

N

Nu

= a × N

Reb

× N

Prc

× (µ/µ

w

)

d

Berdasarkan data-data pada Tabel III.4. diperoleh harga konstanta tak berdimensi untuk aliran co-current sebagi berikut:

a = 1.21  10-9

b = 0.3349 c = 17.0167 d = – 41.9424

Berdasarkan data-data pada Tabel III.6. diperoleh harga konstanta tak berdimensi untuk aliran counter-current sebagi berikut:

a = 3,4  106