plat heat exchanger

LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014

MODUL : PLATE HEAT EXCHANGER

PEMBIMBING : Ir. Bambang Soeswanto

Oleh :

Kelompok : IV (empat)

Nama : 1. Iffa Ma’rifatunnisa (111411046)

2. Imam Prasetya Utama (111411047)

3. Muhamad Lazuardi H (111411048)

4. Mira Rahmi Fauziyyah (111411049)

5. Nadita Yuliandini (111411050)

Kelas : 3B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Praktikum : 3 Desember 2013

Penyerahan : 10 Desember 2013

(Laporan)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Alat perpindahan panas ada berbagai tipe dan model yang banyak ragamnya. Secara garis

besar terbagi menjadi tiga macam, yaitu double pipe, shell and tube dan plate heat exchange.

Masing masing jenis digunakan berdasarkan keperluan dan pertimbangan teknis dan

ekonominya, begitu pula dengan ukuran kapasitasnya.

Penukar panas jenis Plate Heat Exchange sangat efektif dalam memindahkan kalor, luas

permukaan pindah panas yang besar, juga drop tekanan yang rendah. Kelebihan lain yang

menonjol adalah kontruksinya yang tersusun berjajar dan kemudahannya bongkar untuk

membersihkan apabila ada kotoran. Satu kelemahan dari PHE adalah operasinya tidak dapat

digunakan untuk tekanan tinggi dikarenakan strukturnya yang mengandalkan sekat(seal

karet) tidak mampu menahan tekanan tinggi dari kebocoran.

Penggunaan paling populer adalah untuk industri minuman seperti juice dan susu pada

saat sterilisasi.

1.2 TUJUAN

1. Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan (U)

2. Menghitung koefisien pindah panas keseluruhan (U) pada pelat menggunakan persamaan

neraca energi dan menggunakan empiris.

3. Menghitung efisiensi kalor yang dilepas fluida panas terhadap kalor yang diterima fluida

dingin

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam peralatan PHE, panas dipindahkan dengan semua cara, namun yang dominan

terjadi dengan dua cara secara simultan, yaitu dengan konduksi dan konveksi. Perpindahan

kalor secara konduksi, perpindahan ini biasanya terjadi pada benda padat, panas merambat

dari satu bagian kebagian lain secara merambat tanpa ada material yang berpindah

Perpindahan kalor secara konveksi, 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.

Kelebihan Plate Heat Exchanger (PHE) dibanding penukar panas jenis lain adalah

kemudahan dalam perawatan dan pembersihan dengan berbagai macam fluida. Selain itu juga

mudah melakukan modifikasi terhadap luas permukaan, baik itu menambah maupun

mengurangi.

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

a. Menggunakan Neraca Energi

Q = �. �.△ ��

� =�

�.△ ��

Harga Q dapat dihitung dari :

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

= (M.Cp.△T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

� =(�.��.△�)�

(�.��.△�)��100%

Q = Laju Alir Kalor (Watt)

A = Luas Permukaan (m2)

U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)

△Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△ �� =△ �� −△ ��

��△ ��△ ��

△T1 = Thi – Tco

△T2 = Tho – Tci

b. Menghitung (U) Menggunakan Persamaan Empiris

Untuk satu (1) lempeng

� =1

1ℎ�� + △ �

�� + 1ℎ��

△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 )

�� = 0,664��,�. ��

�/�

Untuk Nre ≥ 3. 105 ( Turbulen )

�� = 0,0366��,�. ��

�/�

�� = ��

�� = ℎ�/� �� = ��

��

Harga ν, L diperoleh dari percobaan, kemudian memasukkan harga sifat fisik air yang

diperoleh dari buku referensi, dapat dihitung hi dan ho.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

Seperangkat alat Plate Heat Exchanger

Gelas beaker plastik 2000 mL

Gelas kimia 1000 mL

Termometer

Stopwatch

Air

3.2 Prosedur Kerja

Kalibrasi alat pengukur laju alir fluida panas dan dingin

Menyalakan kompor pemanas

Menghidupkan pompa fluida panas (P1) dan mengatur

keran air panas (V1)

Tunggu hingga konstan, kemudian menampung air panas yang mengalir

keluar pipa selama waktu tertentu

Mengatur kembali keran air panas (V1)

Membuat grafik hubungan antara laju alir pada rotameter dan laju alir yang

dihitung

Melakukan hal yang sama untuk fluida dingin (tidak perlu

dipanaskan)

Pengamatan Suhu dan Laju Alir Cairan

Menyalakan kompor pemanas

Menghidupkan pompa air panas

dan mengatur keran air panas

Tunggu hingga konstan dan

mencatat suhu air panas

Menyalakan pompa air dingin

dan mengatur keran air dingin

Membaca Tci, Tco, Thi dan Tho

Melakukan percobaan dengan laju alir air panas tetap dan air

dingin berubah serta sebaliknya

BAB IV

PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

DATA PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Data Pengamatan

Kalibrasi Pengukur Laju Alir Air Panas

No Pembacaan Rotameter

(L/jam)

Waktu

(detik)

Volume Air Panas

(mL)

Laju Alir Hasil Pengukuran

(mL/jam)

1 100 18,85 0,5 26,53

2 200 9,79 0,5 51,1

3 300 5,78 0,5 86,5

4 400 4,49 0,5 111

5 500 3,91 0,5 127

6 600 3,65 0,5 136

Kalibrasi Pengukur Laju Alir Air Dingin

No Pembacaan Rotameter

(L/jam)

Waktu

(detik)

Volume Air Panas

(mL)

Laju Alir Hasil Pengukuran

(mL/jam)

1 100 20,52 0,5 24,36

2 200 11,61 0,5 43,07

3 300 7,97 0,5 62,74

4 400 4,63 0,5 107,991

5 500 4,17 500 121,4

6 600 3,23 0,5 154,798

Laju Fluida Panas Tetap dan Fluida Dingin Berubah

No Fluida Panas (Laju Tetap) Fluida Dingin (Laju Berubah)

Laju Alir

(L/jam)

Laju Alir

(L/s)

Thi

(oC)

Tho

(oC)

Laju Alir

(L/jam)

Laju Alir

(L/s)

Tci

(oC)

Tco

(oC)

1 300 0,08333333 55 47 100 0,027777778 41 46

2 300 0,08333333 56 45 200 0,055555556 38 46

3 300 0,08333333 55 44 300 0,083333333 39 45

4 300 0,08333333 55 43 400 0,111111111 40 45

5 300 0,08333333 55 43 500 0,138888889 39 46

6 300 0,08333333 54 43 600 0,166666667 40 48

7 500 0,13888889 55 52 100 0,027777778 36 46

8 500 0,13888889 55 51 200 0,055555556 32 46

9 500 0,13888889 55 50 300 0,083333333 38 45

10 500 0,13888889 55 50 400 0,111111111 40 45

11 500 0,13888889 55 50 500 0,138888889 43 46

12 500 0,13888889 55 50 600 0,166666667 45 48

Laju Fluida Panas Berubah dan Fluida Dingin Tetap

No Fluida Panas (Laju Berubah) Fluida Dingin (Laju Tetap)

Laju Alir

(L/jam)

Laju Alir

(L/s)

Thi

(oC)

Tho

(oC)

Laju Alir

(L/jam)

Laju Alir

(L/s)

Tci

(oC)

Tco

(oC)

1 100 0,02777778 58 42 300 0,0833333 32 38

2 200 0,05555556 60 45 300 0,0833333 34 41

3 300 0,08333333 60 49 300 0,0833333 35 44

4 400 0,11111111 60 52 300 0,0833333 36 46

5 500 0,13888889 60 53 300 0,0833333 40 49

6 600 0,16666667 59 54 300 0,0833333 41 50

7 100 0,02777778 57 46 500 0,1388889 42 44

8 200 0,05555556 59 48 500 0,1388889 44 46

9 300 0,08333333 60 50 500 0,1388889 42 47

10 400 0,11111111 60 53 500 0,1388889 45 50

11 500 0,13888889 60 54 500 0,1388889 45 50

12 600 0,16666667 59 55 500 0,1388889 47 52

Luas Permukaan Pelat

A = 0,0525 m2

Jumlah pelat pada PHE sebanyak 25

A = 25 x 0,0525 m2

= 1,3125 m2

4.2 Pengolahan Data

a. Perhitungan Secara Neraca Energi

Kalibrasi Laju Alir

Laju alir air panas tetap, air dingin berubah

Laju Alir

(L/jam)

Hasil Kalibrasi

(L/jam) Thi (oC)

Tho (oC)

Tci (oC)

Tco (oC)

Panas Dingin Panas Dingin

300 100 238,74 38,14 55 47 41 46

300 200 238,74 138,44 56 45 38 46

300 300 238,74 238,74 55 44 39 45

300 400 238,74 339,04 55 43 40 45

300 500 238,74 439,34 55 43 39 46

300 600 238,74 539,64 54 43 40 48

500 100 439,34 38,14 55 52 36 46

500 200 439,34 138,44 55 51 32 46

500 300 439,34 238,74 55 50 38 45

500 400 439,34 339,04 55 50 40 45

500 500 439,34 439,34 55 50 43 46

500 600 439,34 539,64 55 50 45 48

Laju alir air dingin tetap, air panas berubah

Laju Alir

(L/jam)

Hasil Kalibrasi

(L/jam) Thi (oC)

Tho

(oC) Tci (oC)

Tco (oC)

Panas Dingin Panas Dingin

100 300 102,39 320,69 58 42 32 38

200 300 211,54 320,69 60 45 34 41

300 300 320,69 320,69 60 49 35 44

400 300 429,84 320,69 60 52 36 46

500 300 538,99 320,69 60 53 40 49

600 300 648,14 320,69 59 54 41 50

100 500 102,39 538,99 57 46 42 44

200 500 211,54 538,99 59 48 44 46

300 500 320,69 538,99 60 50 42 47

400 500 429,84 538,99 60 53 45 50

500 500 538,99 538,99 60 54 45 50

600 500 648,14 538,99 59 55 47 52

Perhitungan Perpindahan Panas Pada Setiap Laju Alir

Q = m x Cprata-ratax ∆T


Q dingin

Laju Alir

(m3/jam)

ρ rata-rata

(kg/m3)

m (kg/jam) Cp rata-rata

(kJ/kg.oC)

0,06907 993,918 68,64990245 4,1857

0,16447 993,918 163,4696606 4,1857

0,25987 993,918 258,2894187 4,1857

0,35527 993,918 353,1091768 4,1857

0,45067 993,918 447,9289349 4,1857

0,54607 993,918 542,748693 4,1857

0,06907 993,749 68,63824343 4,1857

0,16447 993,749 163,441898 4,1857

0,25987 993,749 258,2455526 4,1857

0,35527 993,749 353,0492072 4,1857

0,45067 993,749 447,8528618 4,1857

0,54607 993,749 542,6565164 4,1857

Laju Alir

(m3/jam)

Tci

(oC)

Tco

(oC)

∆T

(oC)

Q (kJ/jam) Q (kW)

0,06907 41 46 5 1436,739483 0,399094301

0,16447 38 46 8 5473,879666 1,520522129

0,25987 39 45 6 6486,732119 1,801870033

0,35527 40 45 5 7390,045407 2,052790391

0,45067 39 46 7 13124,273 3,645631389

0,54607 40 48 8 18174,26564 5,048407121

0,06907 36 46 10 2872,990955 0,798053043

0,16447 32 46 14 9577,662536 2,660461816

0,25987 38 45 7 7566,568868 2,101824685

0,35527 40 45 5 7388,790334 2,052441759

0,45067 43 46 3 5623,733171 1,562148103

0,54607 45 48 3 6814,192142 1,892831151

Q panas

Laju Alir

(m3/jam)

ρ rata-rata

(kg/m3)


(kJ/kg.oC)

0,3 985,95 295,785 4,1833

0,3 985,9467 295,78401 4,1833

0,3 985,9467 295,78401 4,1833

0,3 985,9467 295,78401 4,1833

0,3 985,9467 295,78401 4,1833

0,3 985,9467 295,78401 4,1833

0,5 986,78 493,39 4,1836

0,5 986,78 493,39 4,1836

0,5 986,78 493,39 4,1836

0,5 986,78 493,39 4,1836

0,5 986,78 493,39 4,1836

0,5 986,78 493,39 4,1836

Laju Alir

(m3/jam)

Thi

(oC)

Tho

(oC)

∆T

(oC)

Q (kJ/jam) Q (kW)

0,3 55 47 8 9898,859124 2,74968309

0,3 56 45 11 13610,88574 3,780801594

0,3 55 44 11 13610,88574 3,780801594

0,3 55 43 12 14848,23899 4,12451083

0,3 55 43 12 14848,23899 4,12451083

0,3 54 43 11 13610,88574 3,780801594

0,5 55 52 3 6192,439212 1,720122003

0,5 55 51 4 8256,585616 2,293496004

0,5 55 50 5 10320,73202 2,866870006

0,5 55 50 5 10320,73202 2,866870006


Q dingin

Laju Alir

(m3/jam)

ρ rata-rata

(kg/m3)


(kJ/kg.oC)

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,3 994,6303 298,38909 4,183

0,5 991,7847 495,89235 4,184

0,5 991,7847 495,89235 4,184

0,5 991,7847 495,89235 4,184

0,5 991,7847 495,89235 4,184

0,5 991,7847 495,89235 4,184

0,5 991,7847 495,89235 4,184

Laju Alir

(m3/jam)

Tci

(oC)

Tco

(oC)

∆T

(oC) Q (kJ/jam) Q (kW)

0,3 32 38 6 7488,969381 2,080269272

0,3 34 41 7 8737,130944 2,426980818

0,3 35 44 9 11233,45407 3,120403909

0,3 36 46 10 12481,61563 3,467115454

0,3 40 49 9 11233,45407 3,120403909

0,3 41 50 9 11233,45407 3,120403909

0,5 42 44 2 4149,627185 1,152674218

0,5 44 46 2 4149,627185 1,152674218

0,5 42 47 5 10374,06796 2,881685545

0,5 45 50 5 10374,06796 2,881685545

0,5 45 50 5 10374,06796 2,881685545

0,5 47 52 5 10374,06796 2,881685545

Q panas

Laju Alir

(m3/jam)

ρ rata-rata

(kg/m3)


(kJ/kg.oC)

0,11646 984,662 114,6737365 4,1869

0,19946 984,662 196,4006825 4,1869

0,28246 984,662 278,1276285 4,1869

0,36546 984,662 359,8545745 4,1869

0,44846 984,662 441,5815205 4,1869

0,53146 984,662 523,3084665 4,1869

0,11646 984,862 114,6970285 4,1829

0,19946 984,862 196,4405745 4,1829

0,28246 984,862 278,1841205 4,1829

0,36546 984,862 359,9276665 4,1829

0,44846 984,862 441,6712125 4,1829

0,53146 984,862 523,4147585 4,1829

Laju Alir

(m3/jam)

Thi

(oC)

Tho

(oC)

∆T

(oC)

Q (kJ/jam) Q (kW)

0,11646 58 42 16 7682,039479 2,133899855

0,19946 60 45 15 12334,65026 3,42629174

0,28246 60 49 11 12809,41825 3,558171735

0,36546 60 52 8 12053,40094 3,348166929

0,44846 60 53 7 12942,00368 3,595001022

0,53146 59 54 5 10955,20109 3,043111415

0,11646 57 46 11 5277,428207 1,46595228

0,19946 59 48 11 9038,604071 2,510723353

0,28246 60 50 10 11636,16358 3,23226766

0,36546 60 53 7 10538,79005 2,927441682

0,44846 60 54 6 11084,79909 3,079110858

0,53146 59 55 4 8757,566374 2,432657326

Perhitungan Efisiensi

Efisiensi = ��

�� x 100%


Q dingin

(kW)

Q panas

(kW)

Efisiensi

(%)

0,399094301 2,74968309 14,51419265

1,520522129 3,780801594 40,21692468

1,801870033 3,780801594 47,65841285

2,052790391 4,12451083 49,77051765

3,645631389 4,12451083 88,38942457

5,048407121 3,780801594 133,5274279

0,798053043 1,720122003 46,39514183

2,660461816 2,293496004 116,0002812

2,101824685 2,866870006 73,31426543

2,052441759 2,866870006 71,5917274

1,562148103 2,866870006 54,48967341

1,892831151 2,866870006 66,02431038

Laju alir air panas berubah, air dingin tetap

Q dingin

(kW)

Q panas

(kW)

Efisiensi

(%)

2,080269272 2,133899855 97,48673385

2,426980818 3,42629174 70,83403872

3,120403909 3,558171735 87,69683256

3,467115454 3,348166929 103,5526462

3,120403909 3,595001022 86,79841507

3,120403909 3,043111415 102,5399167

1,152674218 1,46595228 78,62972308

1,152674218 2,510723353 45,91004487

2,881685545 3,23226766 89,15367933

2,881685545 2,927441682 98,43699238

2,881685545 3,079110858 93,58823627

2,881685545 2,432657326 118,4583424

Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas (U)

U = �

�.∆��

A = 0,0525 m2

Jumlah pelat pada PHE sebanyak 25 buah

A = 25 x 0,0525 m2

= 1,3125 m2


Laju Alir

(L/jam)

Thi (oC)

Tho

(oC) Tci (oC)

Tco (oC)

∆T1

(oC)

∆T2

(oC)

∆Tlm (oC)

Panas Dingin

300 100 55 47 41 46 9 6 7,398910387

300 200 56 45 38 46 10 7 8,411019756

300 300 55 44 39 45 10 5 7,213475204

300 400 55 43 40 45 10 3 5,814084816

300 500 55 43 39 46 9 4 6,165758656

300 600 54 43 40 48 6 3 4,328085123

500 100 55 52 36 46 9 16 12,16620824

500 200 55 51 32 46 9 19 13,38303969

500 300 55 50 38 45 10 12 10,9696299

500 400 55 50 40 45 10 10 0

500 500 55 50 43 46 9 7 7,958158287

500 600 55 50 45 48 7 5 5,944026824

Laju Alir

(L/jam)

Q (kW) Q plat (W) A (m2) U (W/m2.K)

Panas Dingin

300 100 0,3986 99,65 1,3125 10,26148521

300 200 1,5206 380,15 1,3125 34,43555046

300 300 1,8012 450,3 1,3125 47,56177911

300 400 2,0512 512,8 1,3125 67,19970112

300 500 3,6444 911,1 1,3125 112,5849173

300 600 5,0445 1261,125 1,3125 222,0051398

500 100 0,7987 199,675 1,3125 12,50458075

500 200 2,6639 665,975 1,3125 37,91437038

500 300 2,1023 525,575 1,3125 36,50424846

500 400 2,0512 512,8 1,3125 0

500 500 1,5592 389,8 1,3125 37,31899586

500 600 1,8876 471,9 1,3125 60,48809465


Laju Alir

(L/jam)

Thi (oC)

Tho

(oC) Tci (oC)

Tco (oC)

∆T1

(oC)

∆T2

(oC)

∆Tlm (oC)

Panas Dingin

100 300 58 42 32 38 20 10 14,42695041

200 300 60 45 34 41 19 11 14,6374387

300 300 60 49 35 44 16 14 14,97775138

400 300 60 52 36 46 14 16 14,97775138

500 300 60 53 40 49 11 13 11,97217059

600 300 59 54 41 50 9 13 10,87770043

100 500 57 46 42 44 13 4 7,635822211

200 500 59 48 44 46 13 4 7,635822211

300 500 60 50 42 47 13 8 10,29849538

400 500 60 53 45 50 10 8 8,962840235

500 500 60 54 45 50 10 9 9,491221581

600 500 59 55 47 52 7 8 7,488875689

Laju Alir

(L/jam)

Q (kW) Q plat (W) A (m2) U (W/m2.K)

Panas Dingin

100 300 2,0766 519,15 1,3125 27,41694162

200 300 2,4227 605,675 1,3125 31,5264628

300 300 3,1149 778,725 1,3125 39,61304142

400 300 3,4609 865,225 1,3125 44,01321874

500 300 3,1149 778,725 1,3125 49,55778746

600 300 3,1149 778,725 1,3125 54,54409131

100 500 1,1537 288,425 1,3125 28,77913797

200 500 1,1537 288,425 1,3125 28,77913797

300 500 2,8842 721,05 1,3125 53,34482447

400 500 2,8842 721,05 1,3125 61,29434578

500 500 2,8842 721,05 1,3125 57,882057

600 500 2,8842 721,05 1,3125 73,35833193

b. Perhitungan Secara Empiris

ρ air panas = 0.998 kg/L

ρ air dingin = 0.9968 kg/L

k = 77.83 W/m.K

Laju Alir Panas Tetap

Mencari Ho

Laju Alir Panas Tetap (L/jam) v panas (m/s) Densitas (kg/m3) Viscositas (kg/m.s) K (W/m.K) Npr Nre Nnu Ho(K/m2.K)

300 1,415 x 10-1 988,622 0,000563 0,645 3,660 1738,923 32,76381 3017,682

300 1,415 x 10-1 988,853 0,000563 0,644 3,692 1739,328 33,05585 3041,641

300 1,415 x 10-1 989,313 0,000563 0,643 3,757 1740,138 33,64014 3089,423

300 1,415 x 10-1 989,543 0,000563 0,642 3,789 1740,543 33,93238 3113,245

300 1,415 x 10-1 989,543 0,000563 0,642 3,789 1740,543 33,93238 3113,245

300 1,415 x 10-1 989,773 0,000563 0,642 3,821 1740,948 34,22468 3137,021

500 2,359 x 10-1 987,471 0,000563 0,648 3,499 2894,831 40,41408 3740,267

500 2,359 x 10-1 987,701 0,000563 0,647 3,531 2895,506 40,79067 3771,494

500 2,359 x 10-1 987,932 0,000563 0,647 3,563 2896,181 41,16735 3802,661

500 2,359 x 10-1 987,932 0,000563 0,647 3,563 2896,181 41,16735 3802,661

500 2,359 x 10-1 987,932 0,000563 0,647 3,563 2896,181 41,16735 3802,661

500 2,359 x 10-1 987,932 0,000563 0,647 3,563 2896,181 41,16735 3802,661

cp air = 4.184 kJ/kg.K

A = 0.05 m2

Mencari Hi

Laju Alir Dingin Berubah (L/jam)

v dingin (m/s)

Densitas (kg/m3)

Viscositas (kg/m.s)

K (W/m.K)

Npr Nre Nnu Hi

(K/m2.K) U

(W/m2.K)

100 4,152 x 10-2 992,076 0,000631 0,635 4,143 457,1313 19,0151 1726,012 83,840

200 7,313 x 10-2 992,766 0,000644 0,635 4,240 788,8641 25,56156 2320,238 84,915

300 1,066 x 10-1 992,766 0,000644 0,635 4,240 1150,215 30,86567 2801,696 85,489

400 1,835E-01 992,536 0,000640 0,635 4,207 1993,247 40,32332 3660,173 86,124

500 2,038 x 10-1 992,536 0,000640 0,635 4,207 2213,58 42,49359 3857,169 86,227

600 2,628 x 10-1 991,845 0,000626 0,635 4,111 2913,532 47,63212 4323,597 86,454

100 4,152 x 10-2 993,227 0,000653 0,635 4,304 441,9103 19,42225 1762,97 84,378

200 7,313 x 10-2 994,147 0,000671 0,635 4,433 758,2102 26,2018 2378,353 85,453

300 1,066 x 10-1 992,996 0,000649 0,635 4,272 1142,507 30,99568 2813,497 85,946

400 1,835 x 10-1 992,536 0,000640 0,635 4,207 1993,247 40,32332 3660,173 86,558

500 2,038 x 10-1 991,615 0,000622 0,635 4,079 2275,501 41,76514 3791,047 86,629

600 2,628 x 10-1 990,694 0,000604 0,635 3,950 3018,514 46,58419 4228,475 86,834

Laju Alir Dingin Tetap

Mencari Ho

Laju Alir Panas Tetap (L/jam) v panas (m/s) Densitas (kg/m3) Viscositas (kg/m.s) K (W/m.K) Npr Nre Nnu Ho(K/m2.K)

300 0,142 995,1288288 0,000727 0,623911 4,858108 1356,407 38,40845 3423,35

300 0,142 994,7459459 0,000687 0,62783 4,547297 1435,03 36,97843 3316,594

300 0,142 993,9172662 0,000667 0,630416 4,40054 1477,058 36,30525 3269,629

300 0,142 993,2266187 0,000653 0,632283 4,303957 1506,513 35,86071 3239,158

300 0,142 991,6151079 0,000622 0,636639 4,078597 1580,209 34,80428 3165,394

300 0,142 991,1546763 0,000613 0,637883 4,014209 1602,655 34,49726 3143,605

500 0,236 992,3057554 0,000635 0,634772 4,17518 2579,551 45,521 4127,922

500 0,236 991,3848921 0,000617 0,637261 4,046403 2652,251 44,73434 4072,494

500 0,236 991,6151079 0,000622 0,636639 4,078597 2633,681 44,93213 4086,506

500 0,236 990,2338129 0,000595 0,640373 3,885432 2749,309 43,73364 4000,832

500 0,236 990,2338129 0,000595 0,640373 3,885432 2749,309 43,73364 4000,832

500 0,236 989,3129496 0,000577 0,642862 3,756655 2832,403 42,91839 3941,513

Mencari Hi

Laju Alir Dingin Berubah (L/jam)

v dingin (m/s)

Densitas (kg/m3)

Viscositas (kg/m.s)

K (W/m.K)

Npr Nre Nnu Hi

(K/m2.K) U

(W/m2.K)

100 0,045 989,083 0,000572 0,643 3,724 542,259 18,618 1711,477 85,072

200 0,087 987,932 0,00055 0,647 3,563 1091,943 25,278 2334,935 86,537

300 0,147 987,011 0,000532 0,649 3,435 1906,260 32,192 2985,035 87,525

400 0,189 986,320 0,000518 0,651 3,338 2520,112 35,973 3345,249 88,019

500 0,217 986,090 0,000514 0,652 3,306 2915,518 38,319 3566,831 88,187

600 0,233 986,090 0,000514 0,652 3,306 3124,674 39,670 3692,556 88,245

100 0,045 988,392 0,000559 0,645 3,628 554,961 18,346 1691,4 85,614

200 0,087 987,471 0,000541 0,648 3,499 1109,583 25,021 2315,639 87,089

300 0,147 986,781 0,000527 0,650 3,403 1922,066 32,022 2972,137 88,065

400 0,189 986,090 0,000514 0,652 3,306 2541,571 35,778 3330,242 88,547

500 0,217 985,860 0,000509 0,652 3,274 2940,569 38,109 3550,626 88,774

600 0,233 985,860 0,000509 0,652 3,274 3151,523 39,452 3675,78 88,820

4.3 Kurva Kalibrasi

Laju Alir Panas

Laju Alir Dingin

-0,1

6E-16

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 2 4 6 8

Laj

u A

lir

Pan

as

(m3 /

h)

Percobaan

Rotameter

Act

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 2 4 6 8

Laj

u A

lir

Din

gin

(m

3 /h

)

Percobaan

Rotameter

Act

4.4 Kurva U vs Laju Alir

Perhitungan Secara Neraca Energi



0

50

100

150

200

250

0 200 400 600 800

U (

W/m

2 .K

)

Laju Alir (Liter/jam)

U VS Laju Alir Panas Tetap

U 300

U 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800

U (

W/m

2 .K

)


U VS Laju Alir Dingin Tetap

U 300

U 500

Perhitungan Secara Empiris



85,072

86,537

87,525

88,019 88,187 88,245

85,614

87,089

88,065

88,54788,774 88,820

84,500

85,000

85,500

86,000

86,500

87,000

87,500

88,000

88,500

89,000

89,500

0 100 200 300 400 500 600 700

U (

W/m

2 .K

)


U VS Laju Alir Panas Tetap

U 300

U 500

83,840

84,915

85,489

86,12486,22786,454

84,378

85,453

85,946

86,55886,62986,834

83,500

84,000

84,500

85,000

85,500

86,000

86,500

87,000

0 200 400 600 800

U (

W/m

2.

K)

Laju Alir (liter/jam)

U VS Laju Alir Dingin Tetap

U 300

U 500

4.5 Kurva Efisiensi VS Laju Alir

Laju alir panas tetap, dingin berubah

Laju alir dingin tetap, panas berubah

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800

Efis

ien

si %

Laju Alir (L/Jam)

Efisiensi VS Laju Alir Panas Tetap

U 500

U 300

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800

Efis

ien

si %

Laju Alir (L/Jam)

Efisiensi VS Laju Alir

U 300

U 500

V. PEMBAHASAN

Oleh Iffa Ma’rifatunnisa

NIM 111411046

Pada praktikum kali ini dilakukan perpindahan panas pada fluida berupa cairan

dimana air panas dan air dingin dialirkan melalui aliran yang berbeda dan dikontakan secata

counter current pada Plate Heat Exchanger (PHE). Perpindahan panas yang terjadi

merupakan perpindahan panas secara tidak langsung karena kedua cairan tidak bercampurdi

dalam PHE.

Pada PHE terjadi perpindahan panas secara konveksi-konduksi. Kalor yang dilepas

oleh air panas diserap oleh lempengan kemudian diberikan pada air dingin (konduksi),

kemudian panas dari air dingin tersebar di dalam air dingin (konveksi).

Pada percobaan dilakukan variasi laju alir sebesar 300 L/Jam dan 500 L/Jam. Variasi

ini dilakukan untuk mengetahui performa PHE. Dari hasil percobaan diperoleh nilai

Koefisien pindah panas dan efisiensi yang diolah dalam grafik dengan menggunakan

persamaan Neraca Energi dan persamaan Empiris.

Sesuai dengan teori, bahwa perpindahan panas dapat terjadi akibat adanya driving

force berupa perbedaan suhu, tekanan, atau konsentrasi. Pada percobaan ini, perpindahan

panas pada PHE terjadi akibat adanya perbedaan suhu antara air panas dan air dingin. Adanya

perbedaan suhu tersebut menyebabkan perpindahan panas dari air panas ke air dingin

sehingga terjadi kenaikan suhu air dingin keluar dan penurunan suhu air panas keluar. Laju

alir air panas maupun air dingin akan berpengaruh pada perpindahan kalor yang terjadi.

Harga Koefisien pindah panas keseluruhan (U) berdasarkan persamaan Neraca Energi

dan Empiris cukup jauh perbandingannya baik pada laju alir panas tetap maupun pada laju

alir dingin tetap. Dibawah ini merupakan salah satu perbandingan nilai koefisien pada

percobaan dengan nilai Laju alir dingin tetap dan panas berubah.

Berdasarkan literatur yang diperoleh laju nilai koefisien pindah panas keseluruhan (U)

berbanding lurus dengan laju alir fluida. Namun hal tersebut tidak sesuai dengan percobaan.

Dari data grafik didapatkan bahwa hasil koefisien pindah panas (U) secara NE hasilnya lebih

fluktuatif dan cenderung memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan perhitungan secara

empiris yang cenderung setiap kenaikan laju alir mengalami peningkatan. Selain itu

perbandingnan nilai U maksimal yang dihasilkan cukup jauh yaitu berdasarkan perhitungan

secara Neraca Energi pada laju alir dingin tetap 300 L/Jam dan 500 L/Jam secara berturut-

turut adalah 54, 544 dan 73,35, sedangkan berdasarkan perhitungan secara Empiris pada laju

alir dingin tetap 300 L/Jam dan 500 L/Jam secara berturut-turut adalah 86, 454 dan 86,834.

Hal ini menunjukan bahwa proses perpindahan panas berjalan kurang baik. Perolehan nilai

yang fluktuatif tersebut dapat disebabkan karena pengukuran suhu yang kurang tepat pada suhu

masuk dan suhu yang keluar baik pada pengukuran suhu panas maupun pengukuran suhu

dingin. Selain itu, berdasarkan literatur juga semakin besar laju alir maka akan semakin besar

83,500

84,000

84,500

85,000

85,500

86,000

86,500

87,000

0 200 400 600 800

U (

W/m

2 . K

)

Laju Alir (liter/jam)

U VS Laju Alir (Empiris)

U 300

U 500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800

U (

W/m

2 .K

)


U VS Laju Alir (NE)

U 300

U 500

pula nilai koefisien pindah panas. Pada percobaan berdasarkan perhitungan NE pada laju alir

panas tetap hal tersebut tidak sesuai dengan literatur yang diperoleh. Hal in dapat disebabkan

karena adanya panas yang hilang sewaktu perpindahan masih dalam perjalanan menuju PHE

dan pengukuran suhu yang kurang tepat saat percobaan.

Efisiensi yang dihasilkan pada percobaan sangat bervariasi. Efisiensi paling tinggi yang

dicapi terjadi pada laju alir 500 L/Jam. Pada laju alir panas tetap efisiensi tertingginya adalah

133, 53 sedangkan pada laju alir dingin tetap efisiesnsi tertingginya adalah 118, 45. sedangkan pada

laju alir 300 L/Jam efisiensi tertinggi pada laju alir panas tetap adalah 116, 00 dan pada laju alir

dingin tetap adalah 103, 55. Semakin besar laju alir maka akan semakin besar efisiensi yang

didapatkan. Walaupun begitu pada percobaan untuk laju alir panas tetap 300 L/Jam hasil efisiensinya

cenderung fluktuatif dan tidak mengalami peningkatan efisiensi untuk setiap kenaikan laju alir.

Ketidaksesuain hasil percobaan dengan literatur dapat disebabkan karena adanya panas yang

hilang akibat adanya kontak anatara PHE dengan udara luar . Selain itu hal tersebut dapat disebabkan

karena kerak atau karat pada PHE yang menghambat perpindahan panas sehingga menyebabkan

efisiensi alat menjadi kurang bagus.

Untuk menanggulangi permasalahn-permasalahn tersebut maka diperlukan ketelitian dalam

pembacaan skala temperatur supaya hasil pengukuran tidak banyak melakukan penyimpangan,

perawatan pada PHE dengan melakukan pemeriksaan dan penggantian gasket,nserta pembersihan

plate danpembersihan saluran cairan . Hal tersebut dilakukan supaya efisiensi yang dihasilkan baik

dan performa alat dalam melakukan perpindahan panas berjalan optimal.

VI. KESIMPULAN

Nilai U maksimal yang dihasilkan cukup jauh yaitu berdasarkan perhitungan secara

Neraca Energi pada laju alir dingin tetap 300 L/Jam dan 500 L/Jam secara berturut-

turut adalah 54, 544 dan 73,35, sedangkan berdasarkan perhitungan secara Empiris

pada laju alir dingin tetap 300 L/Jam dan 500 L/Jam secara berturut-turut adalah 86,

454 dan 86,834

Pada percobaan ini, perpindahan panas pada PHE terjadi akibat adanya perbedaan

suhu antara air panas dan air dingin. Adanya perbedaan suhu tersebut menyebabkan

perpindahan panas dari air panas ke air dingin sehingga terjadi kenaikan suhu air

dingin keluar dan penurunan suhu air panas keluar

Ketidaksesuain hasil percobaan dengan literatur dapat disebabkan karena adanya

panas yang hilang akibat adanya kontak anatara PHE dengan udara luar . Selain itu

hal tersebut dapat disebabkan karena kerak atau karat pada PHE yang menghambat

perpindahan panas sehingga menyebabkan efisiensi alat menjadi kurang bagus.

Besarnya kalor yang diberikan fluida panas dan kalor yang diterima fluida dingin

tergantung pada besarnya driving force berupa perbedaan suhu antara kedua fluida

tersebut juga laju alir masing-masing fluida.

besarnya koefisien perpindahan panas tergantung pada kalor yang diterima fluida

dingin dan perbedaan suhu yang ditunjukan dengan nilai ∆TLMTD..

DAFTAR PUSTAKA

Tim Pengajar Jurusan Teknik Kimia.1996. Panduan Praktikum Operasi Teknik Kimia

II.Bandung:Pusat pengembangan Pendidikan Politeknik

Geankoplis, Christi J. Transport Processes and Unit Operations : third edition. 1993, 1983,

1978. Prentice-Hall,Inc.

Reklaitis."Introduction to Material and Energy Balances"

LAMPIRAN

a. Gambar Skematis aliran plate heat excanger

b. Gambar Isometric plate eat excanger

fluida panas

fluida dingin

fluida dingin masuk

fluida panas keluar

fluida panas masuk

fluida dingin keluar

Gambar skematis aliran plate

Gambar alat PHE Gasket

Inlet/Outlet

Passing through

Gasket Area perpindahan

panas

Distribution

area

suspensien

Leak chamber

plat heat exchanger

Documents