Lap OTK Alat Penukar PAnas

PENDIDIKAN TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

LAPORAN PRAKTIKUMNO. DOKUMEN NO. REVISI TANGGAL EFEKTIF HALAMAN

FM : OTK – 02 – 05 00 5 Januari 2012 01 dari 01

LAPORAN PRAKTIKUM

OPERASI TEKNIK KIMIA

DISUSUN OLEH:

KELOMPOK/GROUP : VII/b

NO. Nama NIM Tanda Tangan1. Merry br Tarigan 10 01 0302. M. Muhkzihajj

Sembiring10 01 037

3. Rodiaman Manik 10 01 053

ALAT PENUKAR PANAS (Heat Exchanger)

M. Muhkzihajj [email protected] mobile : 083199361033Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI) Medan

mailto:[email protected]

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

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


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.



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.

Jenis Unit Heat Exchanger


http://id.wikipedia.org/wiki/Tekanan

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiator&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Refrigerasi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Industri_gas_alam&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Petrokimia

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pabrik_kimia&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Kilang_minyak

http://id.wikipedia.org/wiki/Kilang_minyak

http://id.wikipedia.org/wiki/Fluida

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_pendingin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Uap_lewat_panas&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Pendingin

http://id.wikipedia.org/wiki/Pemanas

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_panas&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Inggris

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahasa_Inggris

http://id.wikipedia.org/wiki/Industri_kimia


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



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



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.



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.



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.


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_pendingin&action=edit&redlink=1



http://id.wikipedia.org/wiki/Pendingin

http://id.wikipedia.org/wiki/Pemanas

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perpindahan_panas&action=edit&redlink=1


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.

7. Ulangi langkah yang sama untuk aliran berlawanan arah.



BAB IV

DATA PENGAMATAN

Ali

ran

T1 T2 t1 t2 W w

(°C) (°C) (°C) (°C) (kghour ) (kg

hour )Searah

59 45 29 33 50 200

61 53 29 34 120 200

Berlawanan61 46 32 31 50 200

61 53 32 30 120 200



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

T1+T2

2

T1+T2

2

=59+452

=52 °C

57 °C

b. Untuk arus berlawanan arah

t1+ t2

2

53 , 5° C

57 °C

2) Menghitung Δtm

Δtm=Δt1−Δt2

lnΔt1

Δt2


Δtm=Δt1−Δt2

lnΔt1

Δt2



Δtm=30−12

ln3012

=180 ,9163

=19 , 6442 °C

Δtm=24 ,9377 ° C


Δtm=21 ,6419° C

Δtm=25 ,6739 °C

3) Untuk menghitung nilai QW

QW=W ×Cp×ΔT


QW=W ×Cp×ΔT

QW=50kg

jam×1

kkalkg

×14 °C

=700kkal

jam

QW=960

kkaljam


QW=750

kkaljam

QW=960

kkaljam

4) Menghitung nilai qw

qw=w×cp×Δt


qw=w×cp×Δt

qw=20kg

jam×1

kkalkg

×4 ° C

=800kkal

jam



qw=1000

kkaljam


qw=200

kkaljam

qw=400

kkaljam

5) Menghitung nilai η


η=T 1−T2

T1−t1

×100%

η=

T 1−T2

T1−t2

×100%

η=59−4559−29

×100 %

=46 ,67 %

η=25%


η=T 1−T2

T1−t2

×100%

η=50%

η=25,81%

6) Menghitung nilai q

η=QW−qw2


η=QW−qw

2



η=700+8002

=750kkal

hour

η=980kkal

jam


η=475kkal

jam

η=680kkal

jam

7) Menghitung nilai Vh


Dari interpolasi didapat suhu 50 °C , Vh=0 ,005028×10−4 m2

dtk


Dari interpolasi didapat suhu 57 °C , Vh=0 ,005028×10−4 m2

dtk

8) Menghitung nilai Vl


Dari interpolasi didapat suhu 31 ,5 ° C , Vh=0 , 007744×10−4 m2

dtk


Dari interpolasi didapat suhu 31 °C , Vh=0 , 007816×10−4 m2

dtk

9) Menghitung Bilangan Reynold

a. Untuk air panas

Re w=2 , 080×10−5 WVh

Untuk arus searah

Re w=2 , 080×10−5 W

Vh



Re w=2 , 080×10−5 120

0 , 005028×10−4

¿2 ,080×10−5×( 23866 ,3485×104)¿49642 , 0048×10−1

¿4964 , 2048

Untuk arus berlawanan arah

Re w=4964 ,20048

b. Untuk air dingin

Re w=7 , 584×10−6 wVl

Untuk arus searah

rew=7 ,584×10−6 wVl

rew=7 ,584×10−6 200

0 , 007744×10−4

¿7 ,584×10−6 ( 25826 ,44628×104 )¿195867 , 7686×10−2

¿1958 ,677686

Untuk arus berlawanan arah

rew=1940 ,634596

10) Menghitung nilai μ

μ= qA×Δtm

A=3 ,14di−do

2l

A=3 ,14(19×106−17×10−3 )m2

1 m

¿3 ,14×(2×10−3

2m2)

¿3 ,14×10−3m2


μ= qA×Δtm



μ=40

kkaljam

3 ,14×10−3 m2×24 , 94 °C

¿0 ,2554kkal

m2 . °C . Jam


μ=12 , 1533kkal

m2 . °C . Jam



B. TABULASI DATA

Input Output Flow

rate

Input Output Flow

rate

Kinematic Viscosity of water Temperature

diffrence

Hot Water Cold Water effisienc

y

Coefficient (over all)

Ali

ran

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) (kghour ) (°C) (°C) (kg

hour ) (°C) m3

det

(°C) m3

det

(°C) (°C) (°C) kkalhour

kkalhour

% % kkalm2 ° C

kkalm2 ° C

kkalhour

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

D 61 53 120 32 30 200 57 0,005028 31 0,007816 31 21 25,7 960 4964,2 400 1940,6 25 12,15 680



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℃.



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


http://www.usu.ac.id/id/files/artikel/shell_Tube.pdf

http://www.metalurgi.lipi.go.id/kegiatan/pengendalian-korosi-dan-pembentukan-kerak-pada-unit-heat-exchanger/

http://www.metalurgi.lipi.go.id/kegiatan/pengendalian-korosi-dan-pembentukan-kerak-pada-unit-heat-exchanger/

http://www.ccitonline.com/mekanikaltiki-view_blog.phpblogId=253

http://www.batan.go.id/ptrkn/index.php?option=com_content&task=view&id=11

http://www.batan.go.id/ptrkn/index.php?option=com_content&task=view&id=11

http://puslit.petra.ac.id/journals/pdf.php/PublishedID=MES00020203

http://id.wikipedia.org/wiki/Penukar_panas

http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-s2-tk-2000-Rudi-alir

http://digilib.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=itb-s2-tk-2000-Rudi-alir

Documents

Lap OTK Alat Penukar PAnas