Laporan Plate Heat Exchanger (Phe) (2)

(1)

LABORATORIUM TEKNIK KIMIA II

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL : Plate Heat Exchanger (PHE)

PEMBIMBING : Ir. Herawati Budiastuti, M.Eng.Sc.Ph,D

Oleh :

Kelompok : VI

Nama : Ahmad Sukarya 141411032

Arina Nurul Hayati 141411034

Driyarta Lumintu 141411037

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2016

I. TUJUAN

Tanggal Praktikum : 2 Mei 2016 Tanggal Penyerahan : 9 Mei 2016

(2)

I.1

memahami konsep perpindahan panas yang terjadi di dalam PHE khususnya konduksi dan konveksi;

I.2 mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan (U);

I.3 menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) pada pelat menggunakan persamaan neraca energy dan menggunakan empiris; dan

I.4 menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida dingin.

II. DASAR TEORI

Unit penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Sebagian besar dari industri-industri yang berkaitan dengan pemprosesan selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam suatu proses produksi atau operasi.

Salah satu tipe dari alat penukar kalor yang banyak dipakai adalah Plate Heat Exchanger.Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Pelat-pelat ini dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-pelat ditentukan oleh sekat-sekat tersebut.

Plate Heat Exchanger (PHE) berfungsi sebagai sistem pemanas atau pendingin dari suatu sistem produksi. Meskipun terdapat beberapa sistem lain, tetapi dari pengalaman di lapangan dapat disimpulkan bahwa PHE memiliki kinerja yang baik dan sulit ditandingi sistem yang lain, salah satu contoh nyata, pada industri permen, sistem PHE digunakan sebagai 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.

PHE yang banyak dijumpai di industri dapat dikelompokkan menjadi dua jenis :

a. 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.

b. Clip Type : Di sisi luar gasket tipe ini terdapat clip-clip, sehingga dalam pemasangannya cukup menancapkan clip-clip tersebut ke lubang yang terdapat pada plat. Pemasangan gasket tipe ini lebih mudah dan ringkas jika dibandingkan dengan tipe glue.

Dalam peralatan PHE, panas dapat dipindahkan dengan semua cara, namun yang dominan terjadi dengan dua cara secara simultan, yaitu dengan konduksi dan konveksi.

(3)

Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik, biasanya perpindahan terjadi pada benda padat. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat maka akan memberikan panas.

Perpindahan Panas Secara Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi merupakan perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel atau zat tersebut secara fisik Perpindahan ini terjadi karena adanya aliran massa yang berpindah. Aliran massa tersebut bisa terjadi secara difusi maupun adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar tersebut bisa berupa pengadukan maupun fluida mengalir. Penukar panas pada PHE terdiri dari susunan lempeng sesuai dengan luas permukaan yang diperlukan.

Gambar 2. PHE

Kelebihan PHE

1 Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang kecil, sehingga perpindahan panas yang efisien.

2 Mudah dirawat dan dibersihkan

3 Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan 4 Waktu tinggal media sangat pendek

5 Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos)

(4)

7 Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless Steel, Titanium, dan logam lainnya)

8 Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi

Kekurangan PHE

1. Pelat merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and Frame Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30 bar.

2. Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting

3. Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 C dikarenakan performa dari material gasket yang sesuai.

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U) a. Menggunakan Neraca Energi

Q=U . A .△T_lm

U= Q

A .△Tlm

Harga Q dapat dihitung dari :

Q = (M.Cp.△T)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas Q = (M.Cp.△T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

η=(M .Cp .△T)2 (M .Cp .△T)1x100

Q = Laju Alir Kalor (Watt) A = Luas Permukaan (m2₎

U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2_.K) △Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△T_lm=△T1−△T2 ln△T1

(5)

△T1 = Thi – Tco

△T2 = Tho – Tci

b. Menghitung (U) Menggunakan Persamaan Empiris Untuk satu (1) lempeng

U . A= 1 1 h i+ △X K + 1 h o

△X = Tebal Lempeng (m); hi,ho = Koefisien pindah panas konveksi insde dan outside (W/m2.K) dan K = Koefisien Konduksi (W/m.K)

Harga △X dapat diukur dari alat, harga K bahan SS-204 dapat diperoleh dari buku referensi dan hi dan ho dihitung dari persamaan empiris.

Dari buku referensi Christie John Geankoplis : Untuk Nre ≤ 3. 105_{( Laminar )}

NNu=0,664Nℜ

0,5_{. N}

Pr

1/3

Untuk Nre ≥ 3. 105_{( Turbulen )}

NNu=0,0366Nℜ 0,8 . NPr 1/3 Nℜ= Lνρ μ NNu=h L/k Npr= C_pμ k

Harga ν, L diperoleh dari percobaan, kemudian memasukkan harga sifat fisik air yang diperoleh dari buku referensi, dapat dihitung hi dan ho.

III. ALAT DAN BAHAN

- Seperangkat alat Plate Heat Exchanger (PHE) - Gelas bekker plastik 2000 mL

- Gelas kimia 1000 mL - Thermometer

- Stopwatch - Air

(6)

V. DATA PENGAMATAN

V.1 Data Kalibrasi Laju Alir

No laju alir

(L/h) vol (L)

laju alir fluida panas laju alir fluida dingin

t (s) laju alir volumetrik

(L/h) t (s) laju alir volumetrik (L/h) 1 100 1 46 78.26086957 21 171.4285714 2 200 1 21 171.4285714 17 211.7647059

3 300 1 12 300 11 327.2727273

4 400 1 9 400 9 400

(7)

0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 f(x) = 0.91x + 34.46 R² = 1

Kalibrasi Laju Alir Fluida Panas

Linear (Kalibrasi Laju Alir Fluida Panas)

Laju Alir volumetrik (L/h) Laju alir (L/h)

Gambar 5.1 garfik kalibrasi laju alir fluida panas

150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 200 400 600 f(x) = 1.12x - 64.72 R² = 0.98

Kalibrasi Laju Alir Fluida Dingin

Linear (Kalibrasi Laju Alir Fluida Dingin)

Laju Alir Volumetrik (L/h) LAju Alir (L/h)

Gambar 5.2 grafik kalibrasi laju alir fluida dingin

V.2 Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah  Pada suhu awal 500_C

Fluida Panas (Laju Tetap) Fluida Dingin (Laju Berubah)

Laju Alir

(L/h) (Thi0_C) Tho₍0_C) Laju Alir_(L/h) Tci (0C) ₍Tco0_C)

400 53 46 171.43 25 40

400 55 46 211.76 25 40

400 55 43 327.27 25 39

400 54 42 400 26 38

400 53 42 514.28 28 38

Tabel 5.2.1 Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah suhu 500_C

(8)

Fluida Panas (Laju Tetap) Fluida Dingin (Laju Berubah) Laju Alir (L/h) Thi (0_C) Tho (0_C) Laju Alir (L/h) Tci (0_C) Tco (0_C) 400 62 54 171.43 31 48 400 62 52 211.76 30 47 400 62 50 327.27 31 45 400 62 48 400 32 44 400 61 48 514.28 33 44

Tabel 5.2.2 Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Laju Alir Dingin Berubah suhu 600_C

V.3 Laju Alir Fluida Panas berubah dan Laju alir fluida Dingin Tetap

 Pada suhu awal 500_C

Fluida Panas (Laju Berubah) Fluida Dingin (Laju Tetap)

Laju Alir

(L/s) (Thi0_C) Tho₍0_C) Laju Alir_(L/s) ₍Tci0_C) ₍Tco0_C)

78.264 52 37 400 30 35

171.43 53 40 400 30 38

300 54 45 400 32 40

400 55 46 400 33 42

514.29 55 48 400 34 43

Tabel 5.3.1 Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Laju Alir Dingin Tetap suhu 500_C  Pada suhu awal 600_C

Fluida Panas (Laju Berubah) Fluida Dingin (Laju Tetap)

Laju Alir (L/s) Thi (0_C) Tho (0_C) Laju Alir (L/s) Tci (0_C) Tco (0_C) 78.264 60 44 400 35 41 171.43 60 47 400 35 43 300 60 49 400 35 44 400 60 50 400 36 46 514.29 60 50 400 38 48

Tabel 5.3.2 Laju Alir Fluida Panas Berubah dan Laju Alir Dingin Tetap suhu 600_C

VI. PENGOLAHAN DATA

(9)

Q = m x Cp x ∆ T ∆ T =Thin-Thout atau Tcin - Tcout ρ=¿ _{998.07 Kg/m}3 m=ρ ×q Cp=4,2kJ/kg℃ ɳ=Qdingin Qpanas ×100

 Q dan efisiensi Pada saat Laju Alir Fluida Panas Tetap dan fluida dingin berubah suhu masu k awal (0_C) laju alir fluida panas (L/s) laju aliran fluida dingin(L/s ) massa dingin (Kg/s) Cp (kJ/kg℃) del T dingi n (0_C) del T panas (0_C) *[Q]dingi n (Kw) Q panas (Kw) efisiensi (%) 50 0.111 0.05 0.0499035 4.2 15 7 3.143921 3.25710 2 96.5251 0.06 0.0598842 4.2 15 9 3.772705 4.18770 2 90.0900 9 0.09 0.0898263 4.2 14 12 5.281786 5.58360 3 94.5945 9 0.11 0.1097877 4.2 12 12 5.5333 5.58360 3 99.0991 0.14 0.1397298 4.2 10 11 5.868652 5.11830 3 114.660 1 60 0.111 0.05 0.0499035 4.2 17 8 3.56311 3.72240 2 95.7207 2 0.06 0.0598842 4.2 17 10 4.275732 4.65300 2 91.8918 9 0.09 0.0898263 4.2 14 12 5.281786 5.58360 3 94.5945 9 0.11 0.1097877 4.2 12 14 5.5333 6.51420 84.9420

(10)

3 8 0.14 0.1397298 4.2 11 13 6.455517 6.04890 3 106.722 1

Tabel 6.1.1 Q dan efisiensi Pada saat Laju Alir Fluida Panas Tetap dan fluida dingin berubah

0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 f(x) = 213.2x + 79.81

R² = 0.7

efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah 500C

efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah 50 C

Linear (efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah 50 C)

Laju Alir fluida dingin berubah (L/s) Efisiensi (%)

Gambar 6.2.1 grafik efisiensi terhadap laju alir fluida dingin berubah suhu 500_C

0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 50 100 150 f(x) = 83.22x + 87.28 R² = 0.15

efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah suhu 600C efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah suhu 60 C

Linear (efisiensi vs laju alir fluida dingin berubah suhu 60 C)

laju alir fluida dingin berubah (L/s) Efisiensi (%)

(11)

 Q dan efisiensi Pada saat Laju alir fluida dingin tetap dan fluida panas berubah suhu masuk awal (0_C) laju alir fluida dingin (L/s) laju aliran fluida panas(L/s ) massa panas (Kg/s) Cp (kJ/kg℃) del T dingin (0_C) del T panas (0_C) *[Q] dingin (Kw) Q panas (Kw) Efisiensi (%) 50 0.111 0.02 0.019961 4 4.2 5 15 2.32650 1 1.25756 8 185 0.05 0.049903 5 4.2 8 13 3.72240 2 2.72473 1 136.615 4 0.08 0.079845 6 4.2 8 9 3.72240 2 3.01816 4 123.333 3 0.11 0.109787 7 4.2 9 9 4.18770 2 4.14997 5 100.909 1 0.14 0.139729 8 4.2 9 7 4.18770 2 4.10805 6 101.938 8 60 0.111 0.02 0.019961 4 4.2 6 16 2.79180 1 1.34140 6 208.125 0.05 0.049903 5 4.2 8 13 3.72240 2 2.72473 1 136.615 4 0.08 0.079845 6 4.2 9 11 4.18770 2 3.68886 7 113.522 7 0.11 0.109787 7 4.2 10 10 4.65300 2 4.61108 3 100.909 1 0.14 0.139729 8 4.2 10 10 4.65300 5.86865 79.2857

(12)

2 2 1

Tabel 6.1.2 Q dan Efisiensi Pada saat Laju alir fluida dingin tetap dan fluida panas berubah suhu awal

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 50 100 150 200 f(x) = - 672.76x + 183.38 R² = 0.86

efisiensi vs laju alir fluida panas berubah suhu 500C efisiensi vs laju alir fluida panas berubah

Linear (efisiensi vs laju alir fluida panas berubah)

Laju Alir fluida panas berubah (L/s) Efisiensi (%)

Gambar 6.2.2 grafik efisiensi terhadap laju alir panas berubah pada suhu 500_C

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 50 100 150 200 250 f(x) = - 977.95x + 205.93 R² = 0.88

efisiensi vs laju alir fluida berubah suhu 600C efisiensi vs laju alir fluida berubah suhu 60 C

Linear (efisiensi vs laju alir fluida berubah suhu 60 C)

Laju alir fluida panas berubah (L/s) Efisiensi (%)

(13)

VI.2 Menghitung U menggunakan Persamaan Neraca Energi

U= Q

A ∆ T_LMTD ; dengan besar luar penampang (A) = 5.76x10-5_m2

U Perhitungan secara Neraca Energi pada saat Laju Alir Fluida Panas Tetap

Suhu awal masuk fluida panas (o_C) Q panas (KW) Q dingin (KW) ∆ T_LMTD U panas (KW/m2_K) U dingin (KW/m2_K) 50 3.143921 3.257102 16.68 3440 3320 3.772705 4.187702 17.83 4140 3730 5.281786 5.583603 16.98 5800 5490 5.5333 5.583603 16.495 5970 5920 5.868652 5.118303 14.49 6230 7140 60 3.56311 3.722402 18.13 3620 3470 4.275732 4.653002 18.28 4490 4130 5.281786 5.583603 17.98 5480 5180 5.5333 6.514203 16.98 6770 5750 6.455517 6.048903 15.98 6680 7120

(14)

Tabel 6.2.1 perhitungan U secara Neraca energy laju alir Fluida panas tetap 0.040.060.08 0.1 0.120.140.16 0 2000 4000 6000 8000 f(x) = 42722.22x + 1275 R² = 0.98 f(x) = 31314.81x + 2297.67 R² = 0.85

Laju Alir Vs U suhu 500C

laju alir Vs U panas suhu 50 C

Linear (laju alir Vs U panas suhu 50 C) laju alir vs U dingin suhu 50 C

Linear (laju alir vs U dingin suhu 50 C)

Laju Alir (L/s) U

Gambar 6.2.3 grafik laju air terhadap U secara neraca energy suhu 500_C

0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 2000 4000 6000 8000 f(x) = 38574.07x + 1658.33 R² = 0.99 f(x) = 31314.81x + 2297.67 R² = 0.85

laju alir vs U pada suhu 600C laju alir vs U panas suhu 60 C

Linear (laju alir vs U panas suhu 60 C)

laju alir vs U dingin suhu 60 C

laju alir (L/s) U

Gambar 6.2.3 grafik laju alir terhadap U secara neraca energy pada suhu 600_C

Perhitungan U secara Neraca Energy Laju alir Fluida Dingin Tetap

Suhu awal masuk fluida panas (o_C) Q panas (KW) Q dingin (KW) ∆ T_LMTD U panas (KW/m2_K) U dingin (KW/m2_K) 50 2.326501 1.257568 7.89 2810 5200 3.722402 2.724731 12.33 3900 5320 3.722402 3.018164 13.49 3950 4870 4.187702 4.149975 13.49 5430 5470

(15)

4.187702 4.108056 12.97 5590 5690 60 2.791801 1.341406 13.38 1770 3680 3.722402 2.724731 14.35 3350 4570 4.187702 3.688867 14.98 4340 4930 4.653002 4.611083 14.49 5610 5660 4.653002 5.868652 12.97 7980 6330

Tabel 6.2.2 Perhitungan U secara Neraca Energy Laju alir Fluida Dingin Tetap

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 2000 4000 6000 f(x) = 3766.67x + 5008.67 R² = 0.34 f(x) = 23633.33x + 2445.33 R² = 0.92

laju alir vs U pada suhu 500C laju alir vs U panas suhu 50 C

Linear (laju alir vs U panas suhu 50 C)

laju alir vs U dingin suhu 50C

Linear (laju alir vs U dingin suhu 50C)

laju alir (L/s) U

Gambar 6.2.3 grafik laju alir terhadap U pada suhu 500_C

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 2000 4000 6000 8000 10000 f(x) = 21300x + 3330 R² = 0.99 f(x) = 48933.33x + 695.33 R² = 0.98

Laju Alir vs U pada suhu 60 C

_{laju alir vs U panas suhu 60 C} Linear (laju alir vs U panas suhu 60 C) laju alir vs U dingin suhu 60 C

U

Gambar 6.2.3 grafik laju alir terhadap U pada suhu 600_C

(16)

U × A= 1 1 h_i+ ∆ X K + 1 h_o Nnu=0,664Nre0,5Npr 1 3 Nre=ρ v D μ Nnu= hD k h= Nnu× k D Npr= Cpμ k k bahan SS-204 = 77,83 viskositas ( μ¿=¿ 0.059x10-3_pa/s massa jenis ( ρ¿ = 998.07 kg/m3 De = a× b 2(a+b) = 0.153×0.376 2(0.153+0.376) = 0.0544 m

 Nilai hi dan ho Pada Laju Alir Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin Berubah

suhu awal laju alir fluida panas tetap (m3/s) Laju Alir Fluida dingin berubah (m3_/s) v fluida panas (m/s) V fluida

dingin (m/s) Nre panas

Npr panas Nnu panas 50 0.0001 1 0.00005 0.001909722 0.00086805 6 8744.1713 0.0014 8 7.075256 4 0.00006 0.00104166 7 10493.005 6 0.0014 8 7.750555 0.00009 0.0015625 15739.508 3 0.0014 8 9.492452 5 0.00011 0.00190972 2 19237.176 9 0.0014 8 10.49430 1 0.00014 0.00243055 6 24483.679 7 0.0014 8 11.83916 8 60 0.0001 1 0.00005 0.001909722 0.00086805 6 8744.1713 0.0014 8 7.075256 4 0.00006 0.00104166 10493.005 0.0014 7.750555

(17)

7 6 8 0.00009 0.0015625 15739.508 3 0.0014 8 9.492452 5 0.00011 0.00190972 2 19237.176 9 0.0014 8 10.49430 1 0.00014 0.00243055 6 24483.679 7 0.0014 8 11.83916 8

Nre dingin Npr dingin Nnu dingin Hi Ho

80952.4 0.00148 21.528 6055 1990 2180 2670 2952 3330 80952.4 0.00148 21.528 6055 1990 2180 2670 2952 3330

Tabel 6.3.1 Nilai hi dan ho Pada Laju Alir Fluida Dingin Berubah dan Fluida Panas Tetap

 Nilai hi dan ho Pada Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Panas Berubah

suhu awal laju alir fluida Dingin tetap (m3/s) Laju Alir Fluida Panas berubah (m3_/s) v fluida dingin (m/s) V fluida

panas (m/s) Nre panas

Npr panas Nnu panas 50 0.0001 1 0.00002 0.001909722 0.00034722 2 3497.6685 2 0.0014 8 4.474793 0.00005 0.00086805 6 8744.1713 0.0014 8 7.075268 9 0.00008 0.00138888 13990.674 0.0014 8.949585

(18)

9 1 8 9 0.00011 0.00190972 2 19237.176 9 0.0014 8 10.49432 0.00014 0.00243055 6 24483.679 7 0.0014 8 11.83918 9 60 0.0001 1 0.00002 0.001909722 0.00034722 2 3497.6685 2 0.0014 8 4.474793 0.00005 0.00086805 6 8744.1713 0.0014 8 7.075268 9 0.00008 0.00138888 9 13990.674 1 0.0014 8 8.949585 9 0.00011 0.00190972 2 19237.176 9 0.0014 8 10.49432 0.00014 0.00243055 6 24483.679 7 0.0014 8 11.83918 9

Nre dingin Npr dingin Nnu dingin Hi panas Ho dingin

19237.2 0.00148 10.494 1259 2952 1990 2517 2952 3330 19237.2 0.00148 10.494 1259 2952 1990 2517 2952 3330

Tabel 6.3.2 Nilai hi dan ho Pada Laju Alir Fluida Dingin Tetap dan Fluida Panas Berubah  Nilai U Secara Empiris Pada Saat Laju Alir Fluida Panas Tetap

Suhu awal masu k fluida panas (o_C) Hi Ho Delx k UA (Empiris) U panas (N. Energy ) U dingin (N. Energy ) A

(19)

50 6055 1990 0.001 77.83 1,470 3440 3320 0.0576 2180 0.001 77.83 2,121 4140 3730 0.0576 2670 0.001 77.83 2,583 5800 5490 0.0576 2952 0.001 77.83 2,845 5970 5920 0.0576 3330 0.001 77.83 3,195 6230 7140 0.0576 60 6055 1990 0.001 77.83 1,470 3620 3470 0.0576 2180 0.001 77.83 2,121 4490 4130 0.0576 2670 0.001 77.83 2,583 5480 5180 0.0576 2952 0.001 77.83 2,845 6770 5750 0.0576 3330 0.001 77.83 3,195 6680 7120 0.0576

Tabel 6.3.3 Nilai U Secara Empiris Pada Saat Laju Alir Fluida Panas Tetap

 Nilai U Secara Empiris Pada Saat Laju Alir Fluida Dingin Tetap

Suhu awal masuk fluida panas (o_C) Hi Panas Ho

Dingin Delx k UA (Empiris) A

U Panas (nerac a energy ) U Dingin (Neraca Energi) 50 1259 2952 0.001 77.83 873 0.0576 2810 5200 1990 0.001 77.83 1,940 0.0576 3900 5320 2517 0.001 77.83 2,438 0.0576 3950 4870 2952 0.001 77.83 2,844 0.0576 5430 5470 3330 0.001 77.83 3,193 0.0576 5590 5690

(20)

60 1259 2952 0.001 77.83 873 0.0576 1770 3680 1990 0.001 77.83 1,940 0.0576 3350 4570 2517 0.001 77.83 2,438 0.0576 4340 4930 2952 0.001 77.83 2,844 0.0576 5610 5660 3330 0.001 77.83 3,193 0.0576 7980 6330

Tabel 6.3.4 Nilai U Secara Empiris Pada Saat Laju Alir Fluida Dingin Tetap

VII. PEMBAHASAN

VII.1 Ahmad Sukarya (141411032)

Pada praktikum kali ini praktikan melakukan perpindahan panas menggunakan plate heat exchanger (PHE). Dimana fluida panas di alirkan( dikontakan ) dengan fluida dingin melewati plate dan frame pada susunan peralatan PHE. Perpindahan dalam plate terjadi secara konduksi (pada plate) dan konveksi ( pada fluida yang di aliri ). Untuk mendapatkan laju alir yang maksimal atau efektif dilakukanlah kalibrasi terhadap laju alir dengan parameter volume 1 liter dan waktu untuk mencapainya, yang di dapatkan laju alir terbesar dalam waktu yang singkat. Hal ini dilakukan agar dapat memperoleh laju alir yang tepat untuk proses perpindahan panas yang efesien atau efektif. Didapatlah laju alir 400 L/h untuk laju alir fluida panas dan fluida dingin pada saat kalibrasi laju alir.

Dalam praktikum dilakukan beberapa variasi yakni suhu awal fluida panas dan laju alir fluida. Dilakukan pada suhu variasi 50 dan 60. Untuk laju alir praktikan menggunakan 5 laju alir berbeda yang di variasikan dengan laju alir

(21)

berubah dan laju alir tetap, laju alir yang di dapat pada saat kalibrasi menjadi harga laju alir tetap (untuk fluida panas dan fluida dingin).

Didalam perpindahan panas ada kalor (Q) atau energy panas yang di serap dan di lepaskan oleh fluida, dalam hal ini fluida panas memberikan kalor ( Qpanas ) dan fluida dingin menangkap energy atau mengambil kalor fluida panas ( Qdingin). Hal ini di tandakan dengan harga Qpanas positif (melepaskan energy) dan harga Qdingin* negatif (menangkap energy). Harga Q di pengaruhi dengan nilai laju massa zat dan perubahan suhu (Takhir-Tawal). Pada Qdingin bernilai negative sebab perubahan suhunya Takhir < Tawal (del T negative).

Penentuan nilai Q dilakukan pada fluida tetap dan berubah, pada saat laju alir fluida panas tetap (400L/h) dan fluida dingin berubah suhu fluida panas meningkat mengikuti penambahan laju alir fluida dingin. Dan pada suhu fluida dingin berubah harga suhunya menurun diikuti dengan penambahan laju alir fluidanya. Dikarenakan pada saat laju alir fluida dingin bertambah maka perpindahan kalor panan yang terjadi menjadi semakin singkat atau sedikit dan panas yang di terima fluida dingin pun menjadi berkurang, sedangkan kalor panas yang mengalir pada laju alir fluida tetap semakin berkurang kalor panas yang di serap fluida dingin pada saat laju alirnya besar. Dan hal demikian berlaku sebaliknya pada saat laju fluida dingin tetap dan laju alir fluida panas berubah. Perpindahan kalor panas yang terjadi memiliki efisiensi yang berbeda untuk nilai Q yang berubah. Pada praktikum harga efisiensi(%) tergantung pada besar kecilnya nilai Qpanas dan Qdingin.

Penentuan koefisien perpindahan panas berdasarkan pada perubahan laju alirnya. Pada suhu 50 dan 60 laju alir fluida panas tetap harga Hi menunjukan konstan dan harga Ho berubah atau meningkat. Dan pada laju alir fluida dingin tetap suhu 50 dan 60 harga Hi berubah dan harga Ho konstan. Hal ini menujukan bahwa Hi merupakan koefisien fluida panas dan Ho adalah koefisien fluida dingin.

Koefisien pindah panas keseluruhan (U) yang di peroleh secara neraca energy dimana pada teorinya Upanas masuk = Udingin keluar. Akan tetapi pada kenyataanya pada nilai U hanya dapat mendekati keduanya. Lihat tabel 7.1

Laju alir fluida panas tetap

Upanas Udingin

Suhu 50 5970 5920

Suhu 60 6770 5750

Laju alir fluida dingin tetap

Suhu 50 5430 5470

Suhu 60 5610 5660

Tabel 6.1 Upanas dan Udingin secara neraca energy

Pada suhu 60 C laju alir fluida panas tetap besar U selisihnya telalu jauh hal ini terjadi kesalahan dalam pengambilan data dan perhitungan. Berdasarkan

(22)

perhitungan, jenis aliran yang terjadi di dalam plate pada proses perpindahan panas PHE adalah aliran laminar dengan harga Nre ≤ 3.105_.

Koefisien perpindahan panas seluruh (U) perhitungan dengan Neraca Energi dan secara empiric tidak sama (lihat tabel 6.3.3 dan 6.3.4 ). Hal ini menunjukan bahwa pada saat praktikum plate heat exchanger (PHE) tidak dapat menggunkan kedua rumus ini secara bersamaan, hanya dapat menggunkan salah satunya saja secara empiric atau neraca energy. Tentu dengan pertimbangan dan saran pembimbing sebab dalam melakukan perhitungan memerlukan waktu yang cukup lama, hal ini di maksudkan untuk mempermudah dan mempersingkat waktu pengerjaan.

VII.2 Arina Nurul Hayati (141411034)

Pada praktikum ini digunakan alat plate heat exchanger (PHE) alat ini digunkan untuk memindahkan panas dari suatu sistem ke sistem lain, alat ini juga bisa menjadi pemanas atau pendingin didalam industri. Bahan yang digunakan adalah air dingin dan air panas. Didalam unit PHE ini terjadi 2 konsep

perpindahan panas yaitu konduksi dan konveksi. Konduksi terjadi di dalam plat-plat yang tersusun berhimpitan dan konveksi terjadi karena terdapat aliran fluida yang bergerak untuk proses pemindahan panas tersebut.

Pada praktikum ini laju alir yang dijadikan laju alir tetap adalah 400L/h dan suhu yang digunakaan sebagai acuan adalah T= 50o_{C dan 60}o_{C. Di lihat dari}

hasil praktikum pada suhu 50o_{C dan 60}o_{C laju alir fluida panas tetap maka nilai}

Hi konstan dan nilai Ho berubah, dan pada suhu 50o_{C dan 60}o_{C laju alir fluida}

panas berubah maka nilai Hi berubah dan nilai Ho konstan.

Pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas adalah semakin tinggi laju alir semakin besar nilai (Q). Koefisien perpindahan panas secara keseluruhan (U) diperoleh dari perhitungan neraca energi dimana Umasuk = Ukeluar.

(23)

Pada laju alir fluida panas tetap di suhu 50o_{C U}

panas dan Udingin nilainya tidak

begitu jauh hal ini dapat dikatakan perpindahan panas cukup baik, tidak terlalu banyak panas yang hilang ke lingkungan tetapi pada suhu 60o_{C U}

panas dan Udingin

berbeda cukup jauh hal ini dikarenkan terjadi kesalahan pada praktikum di suhu tersebut. Untuk laju alir fluida dingin tetap di suhu 50o_{C dan 60}o_{C U}

panas dan

Udingin nilai nya tidak begitu jauh hal ini dapat dikatakan perpindahan panas cukup

baik hal ini dikarenakan tidak ada panas yang hilang dari sistem ke lingkungan. Harga koefisien perpindahan panas dari perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan (U) menggunakan persamaan neraca energi dan menggunakan empiris dapat dibandingkan hasilnya berbeda hal ini menunjukan bahwa perhitungan data plate heat exchanger (PHE) tidak dapat digunakan secara bersamaan. Efisiensi kalor ditentukan bedasarkan harga Qpanas dan Qdingin yang

terbentuk. Semakin besar nilai efisiensi yang diperoleh maka semakin baik perpindahan panasnya.

VII.3 Driyarta Lumintu (141411037)

Perpindahan panas dalam Plate Heat Exchanger (PHE) terjadi secara tidak langsung karena perpindahan panas terjadi melalui perantara berupa pelat logam. Panas berpindah pada fluida yang mengalir dalam Plate Heat Exchanger (PHE) karena memiliki suhu yang berbeda. Mekanisme perpindahan panas terjadi dari bagian yang bersuhu lebih tinggi ke bagian yang bersuhu lebih rendah di dalam Plate Heat Exchanger (PHE) dengan cara konduksi dan konveksi.

Perpindahan panas secara konduksi terjadi dalam suatu medium padat, cair, atau gas. Di dalam Plate Heat Exchanger (PHE) perpindahan panas secara konduksi terjadi pada pelat logam. Panasnya mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya gerakan atau aliran dari bagian panas ke bagian yang dingin. Konveksi terjadi pada fluida yang bergerak dalam Plate Heat Exchanger (PHE) sehingga panas dalam fluida dapat berpindah.

(24)

Percobaan yang telah dilakukan oleh praktikan yaitu mengkalibrasi alat dan pengambilan data pengamatan berbeda saat air panas bersuhu 50˚C dan 60˚. Kalibrasi alat dilakukan dengan tujuan untuk memperoleh laju yang efektif untuk pengambilan data percobaan. Sedangkan pengambilan data pada suhu air panas berbeda dan laju alir berbeda bertujuan untuk pengolahan data sehingga diketahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan menggunakan persamaan neraca energi dan empiris. Selain itu pengolahan data dilakukan untuk mengetahui efisiensi kalor yang dilepas fluida terhadap kalor yang diterima fluida.

Berdasarkan pengolahan data, terdapat grafik hubungan antara koefisien pindah panas keseluruhan terhadap laju alir. Melalui grafik koefisien pindah panas keseluruhan terhadap laju alir dapat dilihat bahwa tren kurva semakin naik maka semakin tinggi laju alirnya, semakin besar koefisien pindah panas keseluruhannya. Hal ini terjadi karena berdasarkan neraca energi laju alir berbanding lurus dengan koefisien pindah panas keseluruhan sehingga seiring meningkatnya laju alir maka semakin tinggi pula koefisien pindah panas keseluruhannya.

Pengaruh laju alir terhadap efisiensi kalor yang dilepas terhadap yang diterima dapat dilihat dari kurva efisiensi terhadap laju alir pada pengolahan data.

Tren kurva pada grafik efisiensi terhadap laju alir fluida dingin berubah menanjak sedangkan tren kurva pada grafik efisiensi terhadap laju alir fluida panas berubah menurun. Efisiensi perpindahan kalor dipengaruhi oleh konveksi karena laju alir fluida mempengaruhi perpindahan panas. Ketika laju alir fluida dingin berubah semakin cepat maka perpindahan panas dari fluida yang suhunya lebih tinggi ke lebih rendah semakin tinggi sehingga efisiensinya meningkat. Namun terjadi hal yang berkebalikan jika laju alir fluida panasnya berubah semakin cepat dan kecepatan fluida dinginnya konstan maka perpindahan panas dari fluida bersuhu lebih tinggi ke fluida bersuhu lebih rendah semakin kecil sehingga efisiensinya menurun. Hal ini terjadi karena konveksi terjadi pada fluida yangbergerak.

VIII. KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan dalam laporan ini oleh praktikan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

- Perpindahan panas yang terjadi dalam PHE terjadi dengan cara konduksi yang terjadi pada medium padat yaitu plate dan konveksi yang terjadi pada fluida karena adanya aliran

- Pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan adalah berbanding lurus, jika laju alir fluida semakin tinggi maka semakin tinggi pula koefisien pindah panas keseluruhannya dan juga sebaliknya.

- Perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan menggunakan persamaan empiris lebih mudah dibandingkan menggunakan persamaan neraca energi karena data yang diperoleh dari hasil praktikum dapat langsung dihitung dengan persamaan empiris sehingga tidak membutuhkan waktu yang lama.

(25)

- Suhu fluida panas meningkat pada saat laju alir fluida panas tetap dan laju alir fluida dingin berubah terjadi karena perpindahan panas pada saat laju alir lambat lebih banyak terjadi dari pada pada saat laju alir cepat. Hal ini mempengaruhi efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida dingin.

IX. DAFTAR PUSTAKA

Buku Petunjuk Praktikum Laboratorium Teknik Kimia. .... Plate Heat Exchanger (PHE). Jurusan Teknik Kimia – Politeknik Negeri Bandung.

Heriyanto, Dedi. 2010. ‘Heat Exchanger’ [online],

http://id.scribd.com/doc/127155281/makalah-heat-exchanger-docx, [diakses 06 Mei 2016]

Muttaqin,Z. 2012. ‘Proses Perpindahan Kalor’ [online],