LAPORAN PENGESAHAN
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Judul Percobaan : HE Steam To Water Tanggal Percobaan : 02 Oktober 2015 Dosen Pembimbing : Ramli Thahir,ST.,MT
Kelas : IV A / S1 Terapan
Kelompok : VI ( Enam )
Nama Mahasiswa / NIM : 1. Harna Dwi utami / 13 644 015 2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021 3. Yudha Pradana / 13 644 047 4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Telah diperiksa dan disahkan pada tanggal…... 2015
Mengetahui
Dosen Pembimbing
NIP. 19741004 2001121 001
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Disusun Oleh :
Nama / NIM : 1. Harna Dwi utami / 13 644 015 2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021 3. Yudha Pradana / 13 644 047 4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Kelas : V A
Kelompok : VI
Dosen Pembimbing : Ramli Thahir,ST.,MT
PRAKTIKUM SATUAN OPERASI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
1. Mengamati secara visualisasi kondensasi lapisan film dan pendidihan inlet nukleat 2. Mengamati kenaikan panas pada alat Heat Exchanger
3. Memeriksa pengaruh penambahan flowrate
4. Menghitung panas air dingin dan panas pada steam
5. Menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan laju alir air dingin
6. Dapat menentukan dan mengukur parameter-parameter dalam peristiwa perpindahan panas dan mengoperasikannya.
1.2 Dasar Teori
1.2.1 Perpindahan Panas
Perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lain sebagai akibat dari beda suhu antara daerah tersebut. Dalam beragam aplikasi diperlukan untuk memindahkan panas dari fluida yang panas ke fluida yang dingin dan berbagai bentuk alat penukar panas telah dikembangkan untuk tujuan tersebut. Perpindahan panas dikenal dangan 3 cara, yaitu sebagai berikut.
a. Perpindahan Panas Konduksi
Jika dalam suatu bahan kontinu terdapat gradien (landaian) suhu, maka kalor akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor seperti ini disebut konduksi atau hantaran.
Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung dengan media gas, cairan, atau padatan. Jika media untuk perpindahan panas konduksi berupa gas yang suhunya tinggi, molekul – molekul gas yang akan bergerak dengan kecepatan lebih tinggi dari pada molekul gas yang suhunya lebih rendah.
Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q=k A(Tx1−T2)…...………...Pers(1) Keterangan :
K : Konduktivitas panas pada dinding (kal/s.m) A : Luas daerah normal dari aliran panas (m2) T1&T2: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC) x : Tebal dinding pipa (m)
b. Perpindahan Panas Konveksi
Bila arus atau partikel – partikel makroskopik fluida melintas suatu permukaan tertentu, seperti umpamanya, bidang batas suatu volum kendali, arus itu akan ikut membawa serta sejumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi demikian disebut konveksi.
Perpindahan panas secara konveksi dapat berlangsung dengan media cairan atau gas yang suhunya lebih tinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah, memberikan panasnya pada permukaan yang suhunya lebih rendah. Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = h. A. (T
1– T
2)
..………...Pers(2) Keterangan :Q : Kecepatan perpindahan panas (kals ¿
h : Koefisien perpindahan panas lapisan fluida (kal/s.m2oC) A : Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2 : Temperatur permukaan panas pada dinding (oC) c. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan energi melalui ruang oleh gelombang – gelombang elektromagnetik. Jika radiasi berlangsung melalui ruang kosong, ia tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk – bentuk energi lain, dan ia tidak pula akan terbelok dari lintasannya. Tetapi, sebaliknya bila terdapat zat pada lintasannya, radiasi akan mengalami transmisi (diteruskan), refleksi (dipantulkan), dan
absorbsi (diserap). Hanya energi itu saja yang menjadi kalor, dan transformasi ini bersifat kuantitatif.
Perpindahan panas radiasi berlangsung elektromagnetik dengan panjang gelombang pada intervel tertentu. Jadi perpindahan panas radiasi tidak memerlukan media, sehingga perpindahan panas radiasi berlangsung diruang hampa udara. Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q : Kecepatan perpindahan panas (kals ¿
σ : Tetapan Stefan-Boltzman = 4.88 × 10 -8 kkal / (jam.m2.K4) A : Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2 : Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
Panas adalah salah satu bentuk energi. jika suatu zat menerima atau melepas panas, maka ada dua kemungkinan yang terjadi. Pertama, terjadinya perubahan temperatur dari zat tersebut yang disebut panas sensibel (sensibel heat) dan yang kedua adalah terjadinya perubahan fase zat yang disebut panas laten (latent heat).
a. Panas sensible (sensibel heat)
Apabila suatu zat menerima kalor sensible maka akan mengalami peningkatan temperatur, namun jika zat tersebut melepas kalor maka akan mengalami penurunan temperatur. Persamaan panas sinsibel adalah sebagai berikut:
Q=m. Cp. ∆ T ………...….Pers(3)
Keterangan :
Q = energi panas yang dilepas atau diterima suatu zat (J) m = massa zat yang mengalami perubahan temperatur (kg) Cp = kalor jenis zat(J/kg.K)
∆ T = perubahan temperatur yang terjadi (K) b. Panas Laten (latent heat)
Jika suatu zat menerima atau melepas panas, pada awalnya akan terjadi perubahan temperatur, namun demikian hal tersebut suatu saat akan mencapai keadaan jenuhnya dan menyebabkan perubahan fase. Panas yang demikian itu disebut panas laten. Pada suatu zat terdapat dua macam panas laten yaitu panas laten pembekuan atau peleburan dan panas laten penguapan atau pengembunan. Panas laten suatu zat biasanya lebih besar dari panas sensible. Hal ini dikarenakan diperlukan energi yang besar untuk merubah suatu fase suatu zat.
Secara umum panas laten mengunakan persamaan sebagai berikut :
Q=m. λ………...Pers(4)
Keterangan :
λ = panas laten (kJ/kg) 1.2.2 Koefisien Transfer Panas Overall
Dimana ∆ T adalah perbedaan suhu rata-rata steam dan air pendingin dengan menentukan transfer panas yang terjadi dalam heat exchanger diintegrasikan dengan panjang heat exchanger, maka persamaan perbedaan suhu rata-rata dapat dinyatakan dengan:
Persamaan diatas dengan perbedaan suhu rata-rata logaritmik (LMTD).
Koefisien panas overall (U) diperoleh dengan asumsi hal-hal mempengaruhi perhitungan HE adalah mendekati konstan walaupun dari beberapa kasus asumsi ini tidak cukup baik analisis yang lebih akurat dibutuhkan. Faktor yang mempengaruhi transfer panas overall steam to water HE antara lain luas permukaan (A) transfer panas steam pada tube, konduktivitas termal bahan tube, dan luas permukaan transfer panas tube terhadap pendingin.
1.2.3 Koefisien Transfer Panas pada Steam
A. Bagian tube terus menerus ditutupi dengan pembentukkan lapisan film dari kondensat. Dalam hal ini untuk tube vertikal yang digunakan pada HILTON HE steam to water lapisan film kira-kira sama dengan seluruh area keliling tube dan semakin lama akan bertambah bersama dengan aliran kondensat yang menetes meninggalkan tube.
B. Aliran dari lapisan tipis ini dapat berupa aliran laminer atau hampir turbulen tergantung pada panjang tube, kecepatan kondensasi aliran penguapan lokal.
C. Ketika aliran kondensat laminer, nilai koefisien luas teransfer panas dapat dihitung dengan asumsi, yaitu:
1.aliran kondensat dalam kondisi laminer
2.perpindahan panas yang terjadi hanya konduksi
3.suhu lapisan yang menetes sedangkan suhu saturasi uap bagian dalam dan luar lapisan tersebut
4.aliran kondensat hanya dipengaruhi gaya gravitasi tidak ada gaya dorong seperti pada efek aliran penguapan
Pada tube dengan aliran laminer dimungkinkan untuk menganalisis secara teoritis untuk mendapatkan nilai koefisien luas transfer panasnya, kecuali untuk beberapa kondisi, seperti pada kondisi aliran turbulen tidak dapat dianalisa begitu saja secara keseluruhan dan kondisi air dilakukan secara praktikal pada HE tersebut. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah prinsip kesamaan dinamik. Metode ini dapat dilakukan untuk aliran laminer atau turbulen:
a. kecepatan distribusi diantara dua batas sama ketika bilangan Reynold dari keduanya sama
b. distribusi temperatur diantara dua batas akan sama (A) ketika bilangan prandh keduanya sama
c. ketika (A) dan (B) sudah pasti, kemudian bilangan Nusselt untuk hubungan antara elemen kedua lapisan sama dan dengan itu nilai dapat dikatakan rata-rata bilangan Nusselt untuk kedua lapisan juga akan sama
Kondisi ini dapat disimpulkan menjadi:
Nu=f( ℜ. Pr)………...Pers(6)
Dari persamaan di atas dengan menambahkan analisa dimensional maka:
Nu=C( ℜ. m. Pr . n)………...Pers(7)
Untuk kondisi pipa dengan aliran turbulen, secara umum dapat dinyatakan sbagaai:
Nu=0.023( ℜ.0.8. Pr.0 .4)………...…Pers(8)
1.2.5 Pengaruh Udara (Gas Noncondensible) pada Kondensor
BAB II
METODOLOGI
2.1 Alat dan Bahan
2.1.1 Alat yang digunakan
- Satu set alat HE H930
- Satu set Hydraulic Bench
2.1.2 Bahan yang digunakan - Air
2.2 Prosedur Kerja
1. Menghubungkan aliran air masuk dari Hydraulic Bench ke alat HE
2. Menghubungkan steker pada alat HE dan Hydraulic Bench ke stop kontak 3. Menghidupkan alat HE dan Hydraulic Bench
4. Menghidupkan elemen pemanas pada HE
5. Mengatur laju alir (condensor flowmeter )pada level 10 gs
6. Mengamati dan mencatat temperatur yaitu pada T1, T2, dan T3 sampai temperatur konstan.
7. Mengamati dan mencatat tekanan pada pressure guage berdasarkan perubahan laju alir air dingin
8. Melakukan prosedur yang sama pada nomor 6 – 7 untuk variasi waktu 3, 6, 9, 12 dan 15 menit.
9. Setelah melakukan percobaan, mematikan dan memutuskan aliran arusl istrik pada pompa dan alat HE
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data Pengamatan
Tabel 3.1.1 Data pengamatan dengan variasi Flowrate Steam (g/s)
Flowrate
3,68 20,47 68,85 229,208 0,204 957,145 13674,585 0,993 7,35 20,48 68,86 193,993 0,408 1620,974 23158,609 1,682 11,03 19,81 67,66 132,028 0,613 1603,286 22905,904 1,693 14,71 16.19 61,14 66,323 0,817 877,270 12533,423 1,025
3.2 Pembahasan
Heat Exchanger merupakan alat perpindahan panas yang menggunakan dua fluida yang suhunya berbeda dan jenis Heat Exchanger yang digunakan dalam percobaan ini adalah
Proses perpindahan panas dalam percobaan ini berlangsung dengan cara konduksi dan konveksi, dimana konduksi merupakan perpindahan panas yang mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat, jadi terjadi dari dinding tube bagian luar ke dinding tube bagian dalam. Sedangkan untuk konveksi terjadi dari dinding tube bagian dalam ke air sehingga panas berpindah mengenai air.
Pada percobaan kali ini dilakukan pengamatan terhadap variable T1, T2, dan T3.
dengan melakukan variasi flowrate dengan waktu masing-masing variasi 3 menit. Dimana T1 adalah pembacaan suhu pada air yang dipanaskan, tetapi cukup dengan membaca suhu steam
karena dianggap suhu steam sama dengan suhu kondensat (T0¿ . Sedangkan T2 adalah suhu air pendingin masuk ke dalam tube dan T3 adalah suhu air pendingin yang keluar dari tube
dan steamtidak mengalami penurunan temperature.
Dari hasil pengamatan yang dilakukan bahwa semakin besar flowrate, maka temperature air dingin keluar (T3¿ semakin kecil. Untuk nilai LMTD berbanding terbalik
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Semakin besar flowrate, maka temperature air ingin keluar semakin kecil
Semakin besar flowrate, maka nilai LMTD semakin kecil.
DAFTAR PUSTAKA
PERHITUNGAN
A. Perhitungan Laju Alir Steam :
Terukur pada flowmeter : 8secg
Hasil kalibrasi : 50034secml = 14,71secml
Laju alir masa : 14,71secml
x
1mlg=
14,71secg-
14,718=
6xX = 11,03secg
-
14,718=
4xX = 7,35secg
-
14,718=
2xX = 3,68secg
B. Peritungan Luas Perpindahan masa
Diketahui:
t = 3 menit
T1 = 102,2 OC
T2 = 59,7 OC
T3 = 87,9 OC
Laju alir masa Steam = 3,68 g/sec
ρair = 1 g/cm3
U = 200Jam ftBtu2℉
Penyelesaian:
1. Menghitung ∆LMTD
∆LMTD = ¿ ¿
=
4. Mencari Luas Perpindahan Panas (A)
A=U . ∆ LMTDQ
¿ 13674,585Btu/jam
200 Btu
Jamft2℉.68,85℉
= 0,993 ft2
Melakukan langkah perhitungan yang sama untuk menghitung data selanjutnya.
LAMPIRAN
2 4 6 8 10 12 14 16
Flowrate vs Luas Perpindahan Panas
Linear ()
