Lap OTK Alat Penukar PAnas

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM

OPERASI TEKNIK KIMIA

DISUSUN OLEH:

KELOMPOK/GROUP : VII/b

NO.

Nama

NIM

Tanda Tangan

1. Merry br Tarigan

10 01 030

2. M. Muhkzihajj

Sembiring

10 01 037

3. Rodiaman Manik

10 01 053

ALAT PENUKAR PANAS

(Heat Exchanger)

PENDIDIKAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

LAPORAN PRAKTIKUM

NO. DOKUMEN NO. REVISI TANGGAL EFEKTIF HALAMAN FM : OTK – 02 – 05 00 5 Januari 2012 01 dari 01

M. Muhkzihajj Sembiring

muhkzihajj@gmail.com mobile : 083199361033

(2)

Muhkzihajj Sembiring (10 01 037) | Pr. Operasi Teknik Kimia

Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

BAB I PENDAHULUAN

A. MAKSUD DAN TUJUAN PERCOBAAN 1. Maksud

Adapun maksud dari percobaan ini adalah untuk mengenal dan melihat perbedaan antara dua jenis aliran yaitu Aliran Searah dan Berlawanan Arah pada alat penukar panas, serta pengaruhnya pada suhu yang dihasilkan pada fluida.

2. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

 Untuk mempelajari dasar –dasar penukar panas.

 Untuk menghitung neraca panas dari alat penukar panas.

 Untuk menghitung koefisien pemindahan panas keseluruhan dari alat penukar panas.

 Untuk menghitung efisiensi penukar panas.

 Untuk mempelajari hubungan antara bilangan reynold dengan karakteristik penukar panas.

B. LATAR BELAKANG

Alat penukar panas merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah jumlah panas yang terdapat didalam suatu bahan (fluida) baik dalam bentuk cair, padat, maupun gas/uap. Biasanya dibedakan menjadi dua, yaitu pertukaran panas langsung dan pertukaran panas tidak langsung. Pada pertukaran panas secara langsung, bahan harus dipanaskan atau didinginkan dengan dikontakkan langsung dengan media pemanas atau media pendingin. Metode ini merupakan suatu metode yang hanya dapat dilakukan secara khusus pada suatu jenis fluida dengan tujuan tertentu.

Pertukaran panas secara tidak langsung memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari suatu fluida (padat atau gas) ke fluida lain melalui sebuah dinding pemisah. Pada prakteknya aliran fluida pada alat penukar

(3)

panas dibagi atas dua, yaitu : aliran fluida searah dan aliran berlawanan arah. Pada praktikum ini bertujuan untuk melihat perbedaan antara proses pertukaran panas pada kedua jenis aliran tersebut, baik secara searah maupun berlawanan arah.

(4)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Penukar panas atau dalam industri kimia populer dengan istilah bahasa Inggrisnya, heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung begitu saja. Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

Jenis umum dari penukar panas, biasanya digunakan dalam kondisi tekanan relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang didalamnya disusun suatu anulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di anulus sehingga terjadi perpindahan panas antar fluida dengan dinding anulus sebagai perantara. Beberapa jenis rangkaian anulus misalnya; triangular, segiempat, dll.

Alat penukar panas (heat exchanger) merupakan suatu alat yang sangat penting dalam proses pertukaran panas. Alat tersebut berfungsi untuk memindahkan panas antara dua fluida yang berbeda temperatur dan dipisahkan oleh suatu sekat pemisah.

(5)

Once Through System, air pendingin mengalir melalui unit heat exchanger dan langsung dibuang.

Jumlah volume air yang dibutuhkan sangat besar sehingga kenaikan temperatur relatif kecil sepanjang pipa unit heat exchanger dan kandungan mineral dalam air relatif sama. Pada umumnya air pendingin untuk unit heat exchanger diambil dari berbagai sumber seperti sungai, danau, laut dan sumur.

Closed Recirculating System, air pendingin secara kontinyu disirkulasikan melalui unit heat exchanger. Panas yang diabsorbsi dari unit heat exchanger dimanfaatkan untuk proses pemanasan lainnya, yang kemudian didinginkan melalui pendingin sekunder once through atau open recirculating system. Volume makeup water yang ditambahkan relatif kecil, karena kehilangan air akibat evaporasi relatif sedikit.

Kandungan mineral dalam air pendingin relatif konstan, akan tetapi produk sampingan akibat korosi terakumulasi. Pada umumnya, closed recirculating system digunakan pada sistem pendinginan mesin pembakar.

Open Recirculating System, air pendingin secara kontinyu disirkulasikan melalui unit heat exchanger dari menara pendingin.

Volume makeup water yang ditambahkan relatif banyak, untuk menggantikan air yang hilang akibat evaporasi atau dibuang melalui blowdown

(6)

untuk menjaga level mineral dan padatan terlarut yang memenuhi persyaratan kualitas air pendingin. Konsentrasi ion agresif dan padatan terlarut dalam air pendingin meningkat diakibatkan penambahan makeup water secara kontinyu. Hal ini dapat mempercepat korosi dan pembentukan kerak pada pipa unit heat exchanger.

Prospek Ekonomi

Dengan pemilihan material logam, jenis dan dosis inhibitor korosi dan anti kerak yang memadai, maka masalah korosi dan kerak pada unit heat exchanger dapat diatasi, penghematan material logam, penurunan biaya pemeliharaan dan produktivitas berjalan dengan lancar.

Alat penukar panas

Alat penukar panas konvensional seperti penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger ) dan penukar panas cangkang buluh ( shell and tube heat exchanger ) selama beberapa dekade mendominasi fungsi sebagai penukar panas di industri. Perkembangan kemudian, karena tuntutan effisiensi energi, biaya, serta tuntutan terhadap beban perpindahan panas yang lebih tinggi dengan ukuran penukar panas yang kompak menjadi penting. Menanggapi hal itu, maka dibuat suatu penukar panas kompak. Salah satu jenis penukar panas kompak tersebuat adalah penukar panas Plate and frame Heat Exchanger.

1. Penukar panas pipa rangkap ( double pipe heat exchanger )

Satu jenis penukar kalor ialah susunan pipa ganda. Dalam penukar kalor jenis ini dapat digunakan aliran searah atau aliran lawan arah, baik dengan zat cair panas maupun zat cair dingin terdapat dalam ruang annulus dan zat cair yang lain di dalam pipa dalam. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang

(7)

tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger ) Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat ( baffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

(8)

3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak (biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.

(9)

A. DEFENISI PERCOBAN

Penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang memungkinkan perpindahan panas dan dapat berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

B. PERKEMBANGAN SERTA PENGGUNAANNYA DALAM DUNIA INDUSTRI

Penukar Panas, khususnya jenis shell-and-tube, merupakan peralatan yang banyak dipergunakan di berbagai bidang industri, seperti perminyakan, petrokimia, energi dan lain sebagainya. Fungsi alat penukar panas, sebagaimana namanya, adalah untuk memindahkan panas dari satu fluida ke fluida yang lainnya.

Salah satu parameter yang menentukan pemilihan suatu jenis penukar panas adalah kemampuannya untuk memindahkan panas, yang pada umumnya disebut efektivitas. Untuk satu ukuran penukar panas tertentu, efektivitas yang tinggi menunjukkan semakin banyaknya fluks panas yang dapat dipindahkan per satuan massa fluida. Sehingga upaya untuk mengembangkan suatu rancangan penukar panas yang memberikan efektivitas perpindahan panas tinggi senantiasa menjadi topik litbang di berbagai lembaga riset, universitas ataupun industri di dunia.

(10)

BAB III

MATERI DAN METODA

A. MATERI

Adapun materi yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Alat

 Alat penukar panas dengan pipa ganda.

 Thermometer

2. Bahan

 Air

B. METODE

Adapun prosedur kerja dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Alat penukar panas dihubungkan dengan sumber listrik dengan saklar pada

posisi “ON”.

2. Pompa air dihidupkan dan air dimasukkan kedalam tangki air panas dan tangki air dingin hingga melimpah.

3. Pompa sirkulasi air panas dijalankan, dan diatur sirkulasinya, pastikan tidak ada udara didalam pipa.

4. Kemudian, aliran dari air panas dan dingin dibuat menjadi aliran searah, dengan laju air panas 50 kg/jam dan laju air dingin dibiarkan tetap pada 200 kg/jam.

5. Setelah suhu konstan, suhu dari thermometer dicatat pada data pengamatan untuk T1 dan T2 thermometer air dingin dan t1 dan t2 untuk air panas.

6. Ganti laju alir air panas menjadi 120 kg/jam dengan laju air dingin 200 kg/jam. Catat kembali suhu pada thermometer untuk air panas dan air dingin.

(11)

BAB IV DATA PENGAMATAN Aliran T1 T2 t1 t2 W w (°C) (°C) (°C) (°C)       hour kg _      hour kg Searah 59 45 29 33 50 200 61 53 29 34 120 200 Berlawanan 61 46 32 31 50 200 61 53 32 30 120 200

(12)

BAB V

HASIL KERJA PRAKTEK

A. PEMBAHASAN

Perhitungan dibuat untuk satu data sebagai contoh dan data lain merupakan hasil yang didapat dari perhitungan dengan cara yang sama.

1) Menghitung suhu rata – rata a. Untuk arus searah

2 2 1 T T   2 2 1 T T  C     52 2 45 59  57C

b. Untuk arus berlawanan arah

2 2 1 t t   53,5C  57C 2) Menghitung tm 2 1 2 1 ln t t t t tm       

a. Untuk arus searah

 2 1 2 1 ln t t t t tm       

(13)

C tm       6442 , 19 9163 , 0 18 12 30 ln 12 30  tm24,9377C

 tm21,6419C

 tm25,6739C

3) Untuk menghitung nilai QW

T Cp W

QW   

 QW WCpT jam kkal C kg kkal jam kg QW 700 14 1 50       _QW _₉₆₀kkal_jam

 jam kkal QW 750  jam kkal QW 960 4) Menghitung nilai qw t cp w qw  

 qwwcpt jam kkal C kg kkal jam kg qw 800 4 1 20       _qw_₁₀₀₀kkal_jam

(14)

 jam kkal qw200  jam kkal qw400 5) Menghitung nilai  a. Untuk arus searah

% 100 1 1 2 1     t T T T   100% 2 1 2 1     t T T T  % 67 , 46 % 100 29 59 45 59        25%

b. Untuk arus berlawanan arah % 100 2 1 2 1     t T T T   50%  25,81% 6) Menghitung nilai q 2 qw QW  

 2 qw QW   hour kkal 750 2 800 700    

(15)

 ₉₈₀kkal_jam

 ₄₇₅kkal_jam

 ₆₈₀kkal_jam

7) Menghitung nilai Vh a. Untuk arus searah

Dari interpolasi didapat suhu 50C,

dtk m Vh0,005028 104 2 b. Untuk arus berlawanan arah

dtk m Vh0,005028 104 2 8) Menghitung nilai Vl

Dari interpolasi didapat suhu 31,5C,

dtk m Vh0,007744 104 2 b. Untuk arus berlawanan arah

dtk m Vh0,007816 104 2 9) Menghitung Bilangan Reynold

a. Untuk air panas

Vh W

w 2,080 10 5

Re   

 Untuk arus searah Vh W w 2,080 10 5 Re   





2048 , 4964 10 0048 , 49642 10 3485 , 23866 10 080 , 2 10 005028 , 0 120 10 080 , 2 Re 1 4 5 4 5               w

 Untuk arus berlawanan arah 20048

, 4964 Rew

(16)

b. Untuk air dingin

Vl w

w 7,584 10 6

Re   

 Untuk arus searah

Vl w rew7,584106





677686 , 1958 10 7686 , 195867 10 44628 , 25826 10 584 , 7 10 007744 , 0 200 10 584 , 7 2 4 6 4 6              rew

 Untuk arus berlawanan arah 634596 , 1940  rew 10) Menghitung nilai  tm A q     l do di A 2 14 , 3   2 3 2 3 3 6 10 14 , 3 2 10 2 14 , 3 1 2 ) 10 17 10 19 ( 14 , 3 m m m m A                  

tm A q     Jam C m kkal C m jam kkal . . 2554 , 0 94 , 24 10 14 , 3 40 2 2 3       _ 

Jam C m kkal . . 1533 , 12 2 _  

(17)

B. TABULASI DATA

Input Output Flow rate

Kinematic Viscosity of water Temperature diffrence

Hot Water Cold Water effisienc y

Coefficient (over all)

A li ra n T1 T2 W t1 t2 w (T1+T2)/2 Vh(10-4) (t1+t2)/2 Vl (10-4) ∆t1 ∆t2 ∆tm QW REW qw rew η η u u q (°C) (°C) _      hour kg (°C) (°C) _      hour kg (°C) ⁄ (°C) ⁄ (°C) (°C) (°C) hour kkal hour kkal % % C m kkal 

2 kkal_m2__C kkal_hour

A 59 45 50 29 33 200 52 0,005444 31 0,007816 30 12 19,6 700 191,03 800 191,03 46 7,93 750

B 61 53 120 29 34 200 57 0,005028 31,5 0,007744 32 19 24,9 960 4964,2 1000 1958,7 25 0,2554 980

C 61 46 50 32 31 200 53,5 0,005289 31,5 0,007938 30 15 21,6 750 186,07 200 186,07 50 5,09 475

(18)

BAB VI KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan hasil praktikum ini adalah sebagai berikut:

 Bilangan Reynold pada air panas (REW) lebih besar dibandingkan air dingin (rew).

 Dari hasil perhitungan didapat Efisiensi (η) dari alat penukar panas untuk arus berlawanan arah lebih besar bila dibandingkan dengan arus searah.

o Arus searah η = 46,67% o Arus berlawanan arah η = 50 %

 Nilai dari Koefisien transfer panas (u) pada arus berlawanan arah lebih besar daripada arus searah.

o Arus searah u = 0,2554 kkal/m2 . o Arus berlawanan arah u = 12,1533 kkal/m2_.

(19)

DAFTAR PUSTAKA

.”Operasi Teknik Kimia – 1”.Medan:Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI).2011

Paranita, Darni.”Penuntun Praktikum – Operasi Teknik Kimia I”. Medan: Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI).2011

Warren L, Mc Cabe, Julian C. Smith, dan Peter harriot, (1999), ”Operasi Teknik Kimia”, Jilid 1, Cetakan ke-4, PT. Erlangga

Situs WEB :  http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-s2-tk-2000-Rudi-alir  http://id.wikipedia.org/wiki/Penukar_panas  http://puslit.petra.ac.id/journals/pdf.php/PublishedID=MES00020203  http://www.batan.go.id/ptrkn/index.php?option=com_content&task=view &id=11  http://www.ccitonline.com/mekanikaltiki-view_blog.phpblogId=253  http://www.metalurgi.lipi.go.id/kegiatan/pengendalian-korosi-dan-pembentukan-kerak-pada-unit-heat-exchanger/  http://www.usu.ac.id/id/files/artikel/shell_Tube.pdf