LAPORAN PRAKTIKUM
UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA
Materi :
Perpindahan Panas
Disusun Oleh :
Mhd Shaumi Al Anshar
Group
: 3 / Kamis
Rekan Kerja
: De Caluwe, Elice Zoraya
Muarifatussholekhah
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
HALAMAN PENGESAHAN
PROPOSAL PRAKTIKUM
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS DIPONEGORO
Materi
: Perpindahan Panas
Kelompok
: 3 / Kamis
Anggota
: 1. De Caluwe, Elice Zoraya (NIM. 21030119130141)
2. Muarifatussholekhah
(NIM. 21030119130090)
3. Mhd Shaumi Al Anshar (NIM. 21030119130078)
Semarang, 15 November 2021
Mengesahkan,
a.n. Dosen Pengampu,
Asisten Pengampu
Putu Danta Mas Yogiswara
NIM. 21030118130143
ii
RINGKASAN
Heat Transfer adalah ilmu yang mempelajari tentang kecepatan
perpindahan panas dari sumber panas (heat body) ke penerima panas (cold body). Manfaat
ilmu ini adalah untuk membantu merancang alat yang berhubungan dengan perpindahan
panas, misalnya cooler, condenser, reboiler, evaporator, heat exchanger, dan lain
sebagainya. Pada praktikum ini akan dipelajari pengaruh jenis aliran yang berbeda,
kenaikan skala flowrate pada aliran hot fluid, dan perbedaan suhu awal hot fluid terhadap
parameter yang mempengaruhi proses perpindahan panas. Terdapat juga beberapa tujuan
dan manfaat dari praktikum ini. Percobaan dilaksanakan dengan alat Heat Transfer Bench
T.D. 36 yang merupakan alat penukar panas Shell and Tubes dimana alat tersebut terdiri
dari 1 shell dan 5 tubes yang dirancang dengan sistem single pass dapat dioperasikan secara
searah maupun lawan arah baik fluida panas dan fluida dingin dilewatkan shell maupun
tube. Perpindahan panas dapat dibagi menjadi konduksi, konveksi, dan radiasi. Azas Black
merupakan suatu prinsip termodinamika yang digunakan dalam praktikum ini. Hal yang
sangat penting untuk menganalisa alat penukar panas adalah koefisien perpindahan panas
menyeluruh (U). Koefisien U dapat dituliskan dalam bentuk Ui, Uo, Ud, Uc. Terdapat
kelebihan dan kekurangan aliran Co-current dan Counter-Current.
Variabel tetap pada praktikum ini yaitu skala cold fluid, sedangkan variable
berubahnya yaitu suhu awal hot fluid, skala hot fluid, dan jenis aliran. Alat yang digunakan
yaitu Shell and Tube heat exchanger, thermometer, thermostat, dan flexible hose. Bahan yang
digunakan yaitu air. Prosedur praktikum ini adalah penyalaan heater dan unit refrigrasi,
pemasangan thermometer pada aliran masuk dan keluar, menghubungkan keempat flexible
hose dengan socket yang ada di atas bench, cek kebocoran, nyalakan hot dan cold pump,
atur aliran hot dan cold fluid, catat data perubahan suhu setiap 1 menit selama 10 menit.
Data yang dibutuhkan pada praktikum kali ini antara lain jenis aliran, flowrate hot fluid,
suhu awal hot fluid, perubahan suhu pada flowrate tertentu tiap 1 menit selama 10 menit,
perhitungan besarnya ∆TLMTD, Ui, Uo, Ud, Uc, Rd, 𝜶𝜶, p, dan q berdasarkan data.
Dari hasil percobaan didapatkan bahwa semakin besar aliran flowrate,
maka Ui, Uo, Uc, dan Ud semakin besar pula. Ud teoritis akan selalu lebih besar
dari Ud praktis karena karena pada nilai Ud praktis memperhitungkan laju alir
fluida panas yang digunakan dan Ud teoritis dipengaruhi oleh tebal dinding, daya
hantar panas, dan luas bidang permukaan panas. Semakin tinggi suhu hot fluid
maka semakin rendah pula Ud praktis dan Rdnya. Nilai α, p, dan q secara praktis
yang didapatkan pada percobaan ini adalah sebesar α = 3,62×10-130, p = -1,769
dan q = 334,2033. Terdapat beberapa saran untuk praktikum yang akan datang
agar bisa menjadi lebih baik lagi.
iii
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Operasi Teknik
Kimia yang berjudul “Perpindahan Panas” dan diselesaikan dengan baik dan
lancar.
Laporan ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak sehingga
proposal ini dapat terselesaikan dengan baik. Untuk itu, penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1.
Dr. T. Aji Prasetyaningrum, S.T., M.Si., selaku penanggungjawab
Laboratorium Operasi Teknik Kimia.
2.
Prof. Dr. Hadiyanto, S.T., M.Sc., IPU, ASEAN Eng. selaku dosen pengampu
pada praktikum Perpindahan Panas.
3.
Marissa Widiyanti, S.T., M.T. dan Murdiyono selaku Laboran Laboratorium
Operasi Teknik Kimia Universitas Diponegoro.
4.
Nadya Chairunnisa Ramadhani selaku koordinator asisten Laboratorium
Operasi Teknik Kimia.
5.
Putu Danta Mas Yogiswara dan Gede Ngurah Andika Milyawan selaku
asisten pengampu praktikum materi Perpindahan Panas.
6.
Seluruh asisten Laboratorium Operasi Teknik Kimia
7.
Teman-teman angkatan 2019 yang telah membantu baik secara langsung
maupun tidak langsung.
Demikianlah laporan ini disusun, semoga dapat bermanfaat dan
menambah ilmu pengetahuan baik bagi penulis maupun pembaca. Kami
menyadari laporan ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu
kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang berguna untuk memperbaiki
kesalahan yang ada untuk kedepannya, supaya bisa sesuai dengan yang
diharapkan
Semarang, September 2021
Penyusun
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL...……………………………………………………………i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... ii
RINGKASAN ....................................................................................................... iii
PRAKATA ............................................................................................................ iii
DAFTAR ISI ...........................................................................................................v
DAFTAR TABEL............................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viiii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ ix
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1
1.1 Latar Belakang..........................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................1
1.3 Tujuan Percobaan .....................................................................................2
1.4 Manfaat Praktikum ...................................................................................2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................3
2.1 Teori Perpindahan Panas ..........................................................................3
2.2 Jenis-Jenis Perpindahan Panas .................................................................4
2.3 Azas Black ................................................................................................5
2.4 Overall Coefficient Heat Transfer (U) .....................................................6
2.5 Pengertian Ui, Uo, Ud, Uc........................................................................7
2.6 Pemilihan Fluida pada Shell dan Tube .....................................................8
2.7 Penjabaran Rumus ΔTLMTD ......................................................................9
2.8 Kelebihan dan Kekurangan Aliran Co-current dan Counter-Current ...11
BAB III METODE PRAKTIKUM .....................................................................13
3.1 Rancangan Percobaan.............................................................................13
3.1.1 Rancangan Praktikum ....................................................................13
3.1.2 Penetapan Variabel ........................................................................14
3.2 Bahan dan Alat .......................................................................................14
3.2.1 Bahan yang digunakan:..................................................................14
3.2.2 Alat yang digunakan: .....................................................................14
3.3 Gambar Rangkaian Alat .........................................................................14
3.4 Respon ....................................................................................................15
3.5 Data yang Dibutuhkan ............................................................................15
v
3.6 Prosedur Percobaan ................................................................................15
3.7 Pengolahan Data .....................................................................................16
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN..............................................................24
4.1 Hubungan Flowrate terhadap Nilai Uo dan Ui ......................................24
4.2 Hubungan Flowrate terhadap Nilai Uc dan Ud Praktis..........................26
4.3 Hubungan Flowrate terhadap Nilai Ud Praktis dan Ud Teoritis ............29
4.4 Hubungan Suhu terhadap Ud Praktis .....................................................31
4.5 Hubungan Laju Alir terhadap Rd ...........................................................33
4.6 Menghitung Nilai α, p, dan q..................................................................34
BAB V PENUTUP ................................................................................................39
5.1 Kesimpulan .............................................................................................39
5.2 Saran .......................................................................................................39
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................41
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Hubungan Nu teoritis vs Nu praktis.......................................................23
Tabel 4.1 Nilai Uo dan Ui praktis pada berbagai suhu ..........................................24
Tabel 4.2 Nilai Uc dan Ud praktis pada berbagai suhu..........................................26
Tabel 4.3 Nilai Ud praktis dan Ud teoritis pada berbagai suhu .............................29
Tabel 4.4 Hubungan suhu terhadap Ud praktis ......................................................31
Tabel 4.5 Nilai Rd pada berbagai suhu ..................................................................33
Tabel 4.6 Nilai koefisien α, p, dan q pada percobaan yang dilakukan...................34
Tabel 4.7 Perbandingan bilangan Nu teoritis dengan bilangan Nu praktis ............36
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Skema rancangan praktikum ..............................................................14
Gambar 3.2 Rangkaian alat utama aliran counter-current .....................................14
Gambar 4.1 Hubungan flowrate terhadap nilai Uo dan Ui praktis pada suhu 70°C
................................................................................................................................24
Gambar 4.2 Hubungan flowrate terhadap nilai Uo dan Ui praktis pada suhu 57°C
................................................................................................................................25
Gambar 4.3 Hubungan flowrate terhadap nilai Uc dan Ud praktis pada variabel
suhu 70°C ...............................................................................................................27
Gambar 4.4 Hubungan flowrate terhadap nilai Uc dan Ud praktis pada variabel
suhu 57°C ...............................................................................................................27
Gambar 4.5 Hubungan flowrate terhadap nilai Ud praktis dan Ud teoritis pada
variabel suhu 70°C .................................................................................................29
Gambar 4.6 Hubungan flowrate terhadap nilai Ud praktis dan Ud teoritis pada
variabel suhu 57°C .................................................................................................30
Gambar 4.7 Hubungan suhu terhadap nilai Ud praktis ..........................................32
Gambar 4.9 Grafik hubungan flowrate terhadap Nu pada aliran co-current..........37
Gambar 4.10 Grafik hubungan flowrate terhadap Nu pada aliran counter current
................................................................................................................................37
viii
DAFTAR LAMPIRAN
LAPORAN SEMENTARA
LEMBAR PERHITUNGAN
GRAFIK FLOWRATE
GRAFIK VISCOSITIES OF LIQUID
GRAFIK jH vs Re
TABEL DATA NILAI Cp, k, μ DAN ρ
REFERENSI
LEMBAR ASISTENSI
ix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Heat Transfer adalah ilmu yang mempelajari tentang kecepatan
perpindahan panas dari sumber panas (heat body) ke penerima panas (cold
body). Manfaat ilmu ini adalah untuk membantu merancang alat yang
berhubungan dengan perpindahan panas, misalnya cooler, condenser,
reboiler, evaporator, heat exchanger, dan lain sebagainya.
Pada industri, setelah alat penukar panas dirancang kemudian
dibutuhkan
parameter-parameter
seperti
faktor
kekotoran
yang
mengindikasikan layak atau tidak suatu alat penukar panas (Heat
Exchanger) digunakan dan kapan alat tersebut perlu dibersihkan (cleaning).
Dengan diketahui masih layak atau tidaknya suatu alat perpindahan
panas yang dapat diketahui dari perhitungan suhu fluida panas masuk (Thi),
suhu fluida panas keluar (Tho), suhu fluida dingin masuk (tci), dan suhu
fluida dingin keluar (tco) berdasarkan pengamatan maka dengan
perhitungan neraca panas dapat mendesain alat penukar panas (Heat
Exchanger).
1.2
Rumusan Masalah
Pada praktikum ini akan dipelajari pengaruh jenis aliran yang berbeda,
kenaikan skala flowrate pada aliran hot fluid, dan perbedaan suhu awal hot
fluid terhadap parameter yang mempengaruhi proses perpindahan panas.
Performa dari suatu Heat Exchanger dipengaruhi oleh jenis aliran (cocurrent dan counter-current), kecepatan aliran, serta suhu fluida. Parameter
proses perpindahan panas yang akan dihitung berdasarkan data perubahan
suhu saat praktikum berlangsung yaitu Ui, Uo, Uc, Ud, dan Rd. Untuk itu
perlu dilakukan percobaan untuk mengetahui kinerja Heat Exchanger
terhadap parameter tersebut.
1
1.3
Tujuan Percobaan
1. Mampu merangkai dengan benar jenis aliran searah maupun lawan arah.
2. Mampu menghitung luas perpindahan panas luar dan dalam pipa (Ao &
Ai) berdasarkan data ukuran pipa.
3. Mampu menghitung nilai Uo dan Ui berdasarkan perhitungan neraca
panas dan teori.
4. Mampu menghitung dan membandingkan nilai Uc dan Ud,
5. Mampu menggambar grafik hubungan flowrate vs U (Uc, Ud, Uo, Ui).
6. Mampu menentukan koefisien ∝, p, q dan hubungan persamaan
perpindahan panas yang digunakan terhadap bilangan Nusselt, Reynold,
dan Prandtl berdasarkan rumus:
ℎ𝐷𝐷
𝑘𝑘
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑝𝑝 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑞𝑞
= 𝛼𝛼 �
𝜇𝜇
� �
𝑘𝑘
�
(1.1)
Serta membandingkannya dengan persamaan dari teoritis dalam bentuk
grafik.
7. Mampu memberikan rekomendasi terhadap heat exchanger yang
digunakan berdasarkan nilai Rd yang didapat.
8. Mampu mengevaluasi pengaruh suhu fluida panas terhadap perpindahan
panas.
1.4
Manfaat Praktikum
Manfaat percobaan ini adalah untuk membantu memahami dasar
perancangan alat yang berhubungan dengan perpindahan panas, misalnya
cooler, condenser, reboiler, evaporator, dan heat exchanger.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Teori Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang
kecepatan perpindahan panas diantara sumber panas (hot body) dan
penerima panas (cold body). Salah satu hubungan ini adalah untuk
membantu kita dalam perancangan alat yang berhubungan dengan
perpindahan panas, misalnya cooler, heater, condenser, reboiler,
evaporator, maupun heat exchanger.
Percobaan dilaksanakan dengan tipe alat Heat Transfer Bench T.D. 36
yang merupakan alat penukar panas Shell and Tubes yang mana alat
tersebut terdiri dari 1 shell dan 5 tubes yang dirancang dengan sistem single
pass dapat dioperasikan secara searah maupun lawan arah baik fluida panas
dan fluida dingin dilewatkan shell maupun tube. Sebelum dioperasikan,
fluida panas dibuat dahulu melalui hot tank dengan pemanas listrik dan
fluida dingin dibuat melalui tangki yang merupakan refrigerator.
Prinsip percobaan tersebut adalah mencari besarnya overall heat
transfer coefficient (U) pada alat tersebut dengan berbagai variasi
kecepatan fluida panas maupun fluida dingin yang dialirkan pada heat
exchanger tersebut. Besarnya panas yang ditransfer dapat dihitung dengan
mengetahui perubahan suhu dari fluida masuk dan keluar pada kecepatan
tertentu. Sedangkan pada suhu rata-rata logaritma dapat dihitung dari
perubahan suhu masuk dan keluar, baik dari fluida panas maupun dingin.
Dengan persamaan: q = U. A. ΔTLMTD dapat dihitung harga U yang
mana besarnya A dihitung dari ukuran alat penukar panas tersebut. Dari
berbagai variasi perubahan kecepatan aliran dapat diketahui adanya
perubahan harga U terhadap perubahan kecepatan aliran.
Untuk
mengetahui
jumlah
panas
yang
dipindahkan
dapat
menggunakan alat berupa heat exchanger (HE). Ada beberapa jenis heat
exchanger, yaitu :
1. Shell and tube heat exchanger
3
2. Double pipe heat exchanger
3. Extended surface heat exchanger
4. Air cool heat exchanger
5. Plate and Frame heat exchanger
Yang umum dipakai adala shell and tube heat exchanger karena:
1. Memiliki luas permukaan perpindahan panas per satuan volume yang
besar
2. Ukuran relatif kecil terhadap hot dry yang besar
3. Untuk area yang kecil cukup dengan double pipe
4. Aliran fluida dapat diatur dengan co-current maupun counter current
5. Terjadi perpindahan panas secara konveksi (antara tube dan fluida) dan
konduksi (antara dinding-dinding tube).
Perpindahan panas yang terjadi di heat exchanger akan didahului
dengan panas yang terjadi di masing-masing pipa dan tergantung pada sifat
dan bahan dan diameter pipa. Makin besar diameter pipa makin besar
perpindahan panasnya. Biasanya panas yang melewati dinding secara
keseluruhan ditentukan oleh koefisien luar maupun dalam. Untuk konduksi
ditentukan oleh tebal pipa dan bahan pipa. Hantaran panas heat exchanger
ditentukan oleh koefisien perpindahan panas secara menyeluruh (U).
2.2
Jenis-Jenis Perpindahan Panas
Menurut cara penghantar dayanya, perpindahan panas dibedakan menjadi:
1. Konduksi
Merupakan perpindahan panas yang terjadi karena molekul-molekul
dalam zat bersinggungan, dimana besarnya kecepatan perpindahan
panas:
Q = k. A.
Dengan,
∆T
∆x
(2.1)
Q = kecepatan perpindahan panas secara konduksi (Btu/hr)
A = luas perpindahan panas (ft2)
k = konduktivitas (Btu/ft.hr. oF)
T = beda suhu antara permukaan panas dan dingin (oF)
4
X = tebal bahan yang dilalui panas (ft)
Berdasarkan hukum Fourier, besarnya Q tergantung pada:
•
Besar kecilnya konduktivitas (k)
•
Berbanding lurus dengan beda suhu (Δ𝑇𝑇)
•
Berbanding terbalik dengan beda suhu (Δx)
2. Konveksi
Merupakan perpindahan panas yang disebabkan adanya gerakan
atom/molekul suatu fuida yang bersinggungan dengan permukaan.
Dapat dihitung dengan persamaan :
(2.2)
Q = h. A. (Ts − Tv)
Dengan,
Q = laju perpindahan panas konveksi (Btu/hr)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/ft2.hr. oF)
A = luas perpindahan panas (ft2)
Ts = suhu permukaan batang (oF)
Tv = suhu solubility (oF)
3. Radiasi
Merupakan gelombang perpindahan panas karena adanya perbedaan
suhu dan berlangsung secara gelombang elektromagnetik tanpa
perantara. Dapat dihitung dengan persamaan:
T
4
T
4
1
2
Q = ε. σ. A. (T1 4 − T2 4 ) = 0,171 ��100
� − �100
� �
Dengan,
(2.3)
Q = energi perpindahan panas radiasi (Btu/hr)
𝜎𝜎 = konstanta Stefan Boltzman (1,714 x 10-9 Btu/ft2.hr. oF4)
𝜀𝜀 = emisivitas bahan
A = luas bidang (ft2)
T1 = suhu mutlak (oF)
2.3
T2 = suhu mutlak (oF)
Azas Black
Azas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang
5
dikemukakan oleh Joseph Black. Azas ini menjabarkan :
•
Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan,
benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin
sehingga suhu akhirnya sama.
•
Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah
kalor yang dilepas benda panas
•
Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan
kalor yang diserap bila dipanaskan
Bunyi Azas Black adalah sebagai berikut: “Pada pencampuran dua
zat, banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih tinggi sama
dengan banyaknya kalor yang suhunya lebih rendah”. Dirumuskan:
Qh = mh. Cph. (Th1 − Th2 )
2.4
Qc = mc. Cpc. (tc2 − tc1 )
(2.4)
(2.5)
Overall Coefficient Heat Transfer (U)
Hal yang sangat penting untuk menganalisis alat penukar panas
adalah koefisien perpindahan menyeluruh (U). Koefisien ini merupakan
ukuran dari alat penukar panas dalam hal memindahkan panas. Untuk harga
U yang besar maka kecepatan perpindahan panas akan besar, namun
sebaliknya jika U kecil maka kecepatan perpindahan panas harganya kecil.
Bila dalam alat penukar panas kedua fuida dipisahkan dalam bidang
datar maka U dapat dinyatakan dalam bentuk :
U=
1
1 x 1
+ +
hi k ho
(2.6)
hi = koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi dalam pipa
(Btu/ft2.hr.oF)
ho = koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi luar pipa
(Btu/ft2.hr.oF)
x = tebal dinding (ft)
k = konduktivitas panas bahan dinding (Btu/ft.hr.oF)
Harga U tergantung pada:
1. Tebal dinding, semakin tebal dinding harga U semakin kecil dan panas
yang ditransfer juga semakin kecil.
6
2. Daya hantar panas.
3. Beda suhu, semakin besar beda suhu maka U semakin besar.
4. Luas bidang permukaan panas
2.5
Pengertian Ui, Uo, Ud, Uc
Bila kedua fluida dibatas oleh dinding pipa yang jari-jari dalamnya
ri dan jari-jari luarnya ro maka U dapat dituliskan dalam bentuk :
Ui =
Uo =
1
1 ri
ro
ri 1
+ ln ( )+( )
hi k
ri
ro ho
1
1 ro
ro
ro 1
+ ln ( )+( )
ho k
ri
ri hi
(2.7)
(2.8)
Uo dan Ui masing-masing adalah koefisien perpindahan panas
menyeluruh berdasarkan luas permukaan pipa bagian luar dan bagian
dalam. Rumus Uo dan Ui di atas hanya berlaku untuk pipa dengan
permukaan yang bersih (clean surface).
Resistance of Dirt merupakan suatu keadaan dimana shell maupun
tube pada suatu alat Heat Exchanger terdapat zat pengotor yang dapat
mengganggu kinerja heat exchanger. Zat pengotor ini dapat mempengaruhi
jumlah panas yang ditransfer pada alat heat exchanger, sehingga perlu
dilakukan pembersihan secara berkala. Jenis Resistance of Dirt yang paling
sering terjadi adalah Fouling.
Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak
dikehendaki di permukaan heat exchanger yang berkontak dengan fluida
kerja, termasuk permukaan heat transfer. Peristiwa tersebut adalah
pengendapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses biologi. Faktor
pengotoran ini sangat mempengaruhi perpindahan panas pada heat
exchanger. Pengotoran ini dapat terjadi akibat endapan dari fluida yang
mengalir, ataupun disebabkan oleh korosi pada komponen dari heat
exchanger akibat pengaruh dari jenis fluida yang dialirkan. Selama heat
exchanger ini dioperasikan pengaruh pengotoran pasti akan terjadi.
Terjadinya pengotoran tersebut dapat mengganggu atau mempengaruhi
temperatur fluida mengalir juga dapat menurunkan atau mempengaruhi
koefisien perpindahan panas menyeluruh dari fluida tersebut.
7
Penyebab terjadinya fouling:
•
Adanya pengotor berat yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi atau
coke.
•
Adanya pengotor berpori yaitu kerak lunak yang berasal dari
dekomposisi kerak keras.
Akibat fouling:
•
Mengakibatkan
kenaikan
tahanan
heat
transfer,
sehingga
meningkatkan biaya, baik investasi, operasi maupun perawatan.
•
Ukuran heat exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energi
meningkat, waktu shutdown lebih panjang dan biaya perawatan
meningkat.
Faktor pengotoran (fouling factor) dapat dicari dari persamaan :
Rd =
Uc−Ud
Uc =
hio x ho
Dengan:
Dimana:
(2.9)
Uc.Ud
hio+ho
dan Ud =
Q
A.∆T
(2.10)
Uc = koefisien perpindahan panas menyeluruh bersih
Ud = koefisien perpindahan panas menyeluruh (design)
hio = koefisien perpindahan panas fluida di dalam tube
ho = koefisien perpindahan panas fluida di luar tube
2.6
Pemilihan Fluida pada Shell dan Tube
•
Fluida bertekanan tinggi dialirkan di dalam tube karena tube standar
cukup kuat menahan tekanan yang tinggi.
•
Fluida berpotensi fouling dialirkan di dalam tube agar pembersihan
lebih mudah dilakukan. Fluida korosif dialirkan di dalam tube karena
pengaliran di dalam shell membutuhkan bahan konstruksi yang mahal
yang lebih banyak.
•
Fluida bertemperatur tinggi dan diinginkan untuk memanfaatkan
panasnya dialirkan di dalam tube karena dengan ini kehilangan panas
dapat dihindarkan.
•
Fluida dengan viskositas yang lebih rendah dialirkan di dalam tube
8
karena pengaliran fluida dengan viskositas tinggi di dalam penampang
alir yang kecil membutuhkan energi yang lebih besar.
•
Fluida dengan viskositas tinggi ditempatkan di shell karena dapat
digunakan baffle untuk menambah laju perpindahan.
•
Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam tube. Diameter tube
yang kecil menyebabkan kecepatan linier fluida (velocity) masih cukup
tinggi, sehingga menghambat fouling dan mempercepat perpindahan
panas.
•
Fluida yang mempunyai volume besar dilewatkan melalui tube, karena
adanya cukup ruangan.
2.7
Penjabaran Rumus ΔTLMTD
Untuk mendesain alat penukar panas dan memperkirakan
kemampuan alat penukar panas maka harus ditampilkan hubungan antara
total panas yang dipindahkan dengan besaran yang lain misalnya suhu
masuk dan suhu keluar dari kedua fluida, harga koefisien perpindahan panas
menyeluruh U dan luas perpindahan panas dari alat penukar panas tersebut.
Panas yang dilepas oleh fluida panas dapat dituliskan dalam bentuk
persamaan:
Qh = mh. Cph. (Thi − Th0 )
(2.11)
Qc = mc. Cpc. (tco − tci )
(2.12)
Panas tersebut secara keseluruhan diterima oleh fluida dingin yang
dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan:
Panas yang dilepas oleh fluida panas dan diterima oleh fluida dingin
dapat terjadi terjadi karena adanya beda suhu ΔT = Th – tc yang disebut beda
suhu lokal antara fluida panas dan fluida dingin pada suatu titik atau lokal
tertentu, dimana dari ujung pemasukan sampai ujung pengeluaran harga ΔT
selalu berubah. Dengan menggunakan neraca energi, dapat dirumuskan
sebagai berikut.
dq = mh. Cph. ∆Th = −Ch. ∆Th
(2.13)
Dimana
mh. Cph = Ch
9
Perpindahan panas melalui luasan dA dapat dinyatakan sebagai:
(2.14)
dq = U. ∆T. dA
Dimana
∆T = Th − tc
d(∆T) = dTh − dtc
dq
Ch
dq
dq = Cc. dtc → dtc =
Cc
dq = −Ch. ∆Th → dTh =
Maka
1
1
+ �
Ch Cc
1
1
d(∆T) = −dq � + �
Ch Cc
d(∆T) = dTh − dtc = −dq �
Substitusi dq = 𝑈𝑈.Δ𝑇𝑇.𝑑𝑑𝑑𝑑, maka akan diperoleh
d(∆T) = −U. ∆T. dA �
1
1
+ �
Ch Cc
d(∆T)
1
1
= −U � + � dA
∆T
Ch Cc
Diintergralkan sepanjang alat penukar panas didapatkan:
2
2
d(∆T)
1
1
�
= −U � + � � dA
∆T
Ch Cc
1
Substitusi
ln
1
(∆T1)
1
1
= −U. A. � + �
(∆T2)
Ch Cc
q
q
dan Cc =
Thi − Tho
Tco − Tci
(∆T1)
Thi − Tho TCo − TCi
�
= −U. A. �
+
ln
(∆T2)
q
q
Ch =
ln
(∆T1)
−U. A
=
. �(Thi − Tho) + (Tco − Tci)�
(∆T2)
q
Dimana ∆𝑇𝑇1 = 𝑇𝑇ℎ𝑖𝑖 − 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 dan ∆𝑇𝑇2 = 𝑇𝑇ℎ𝑜𝑜 − 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
Maka didapat
10
q = U. A =
Sehingga
∆T2−∆T1
(2.15)
ln (∆T2∆T1)
∆Tm = ∆TLMTD =
∆T2−∆T1
∆T2
ln (
)
∆T1
=
∆T1−∆T2
ln (
∆T1
)
∆T2
(2.16)
Perpindahan panas dari fluida panas ke fluida dingin tergantung
pada beda suhu rata-rata logaritma (LTMD), luas permukaan perpindahan
panas (A), dan overall heat transfer coefficient (U).q = U. A. ΔTLMTD.
Persamaan ini hanya berlaku untuk keadaan:
1. Cairan dalam keadaan steady state dan kecepatan aliran konstan
2. U dan A konstan
3. Cp konstan walau suhu berubah
4. Panas yang hilang di sekeliling di abaikan
5. Berlaku untuk co-current dan counter current
6. Tidak berlaku untuk aliran silang
7. Dalam sistem tidak ada perbedaan fase
2.8
Kelebihan dan Kekurangan Aliran Co-current dan Counter-Current
1.
Co-current
Kelebihan:
•
Biasa dipakai dalam 1 fasa di multifase heat exchanger
•
Dapat membatasi suhu maksimal fluida dingin
•
Dapat mengubah salah satu fluida dengan cepat
Kekurangan
•
Panas yang dihasilkan lebih kecil dibanding counter current
•
Jarang dipakai dalam single pass heat exchanger
•
Tidak mungkin didapat salah satu fluida yang keluar mendekati
suhu masuk fluida lain.
2.
Counter-current
Kelebihan:
•
Panas yang dihasilkan cukup besar dibandingkan co-current
•
Suhu keluar dari salah satu fluida dapat mendekati suhu masuk
11
fluida lain
•
Bahan konstruksi lebih awet karena therma stress-nya kecil
Kekurangan
•
Tidak dapat dipakai untuk mengubah suhu fluida dengan cepat
•
Kurang efisien jika dipakai untuk menaikkan suhu fluida dingin
untuk batas tertentu
12
BAB III
METODE PRAKTIKUM
3.1
Rancangan Percobaan
3.1.1
Rancangan Praktikum
Menyalakan heater dan unit refrigerasi pada
hot dan cold tank.
Pasang thermometer pada aliran masuk dan
keluar HE
Menghubungkan keempat flexible hose
dengan socket yang ada di atas bench pada
saat pompa dalam keadaan mati
Mengecek kebocoran dengan cara
menyalakan hot dan cold pump
Menyalakan hot dan cold pump setelah tidak
terjadi kebocoran dan tunggu suhu tercapai
Atur aliran hot dan cold fluid yang masuk
dengan valve
Menjalankan operasi dan catat data
perubahan suhu setiap 1 menit selama 10
menit
Mematikan kedua pompa, heater, dan unit
refrigerasi serta melepaskan flexible hose dan
thermometer bila percobaan telah selesai
Gambar 3.1 Skema rancangan praktikum
13
3.1.2
Penetapan Variabel
• Variabel tetap
1. Skala cold fluid
: 20
• Variabel berubah
3.2
1. Suhu awal hot fluid
: 70°C dan 57°C
2. Skala hot fluid
: 14, 16 dan 18
3. Jenis aliran
: co-current dan counter-current
Bahan dan Alat
3.2.1
Bahan yang digunakan:
1. Air
3.2.2
Alat yang digunakan:
1. Shell and Tube heat exchanger
2. Thermometer
3. Thermostat
4. Flexible Hose
3.3
Gambar Rangkaian Alat
Gambar 3.2 Rangkaian alat utama aliran counter-current
Keterangan gambar:
1. 1,5 Heat Exchanger
a. Inlet/Outlet Shell
14
b. Inlet/Outlet Tube
2. Hot Tank
a. Fluid from hot tank
b. Fluid to hot tank
3. Cold Tank
a. Fluid from cold tank
b. Fluid to cold tank
3.4
Respon
1. Perbedaan suhu fluida panas masuk dan keluar
2. Perbedaan suhu fluida dingin masuk dan keluar
3.5
Data yang Dibutuhkan
1. Jenis aliran
2. Flowrate hot fluid
3. Suhu awal hot fluid
4. Perubahan suhu pada flowrate tertentu, baik hot atau cold fluid tiap 1
menit selamat 10 menit (Thi, Tho, Tci, tco)
5. Hitung besarnya ΔTLMTD, Ui, Uo, Ud, Uc, dan Rd berdasarkan data
diatas lalu buatlah grafik hubungan dengan suhu awal dan flowrate hot
fluid.
3.6
Prosedur Percobaan
1.
Nyalakan heater dan unit refrigerasi pada hot dan cold tank. Atur
knop thermostat sesuai suhu yang ingin dicapai pada hot tank.
2.
Pasang thermometer pada aliran masuk dan keluar HE untuk cold fluid
dan hot fluid.
3.
Pompa dalam keadaan mati, hubungkan keempat flexible hose dengan
socket yang ada di atas bench. Periksa sekali lagi apakah aliran hot/cold
fluid sudah sesuai variabel percobaan. Jaga jangan sampai aliran hot
fluid dihubungkan silang dengan cold fluid karena akan merusak alat.
4.
Setelah semua terpasang, cek kebocoran dengan cara menyalakan hot
15
dan cold pump. Jika terjadi kebocoran, matikan hot dan cold pump dan
ulangi langkah nomor 3 hingga tidak terjadi kebocoran.
5.
Setelah tidak terjadi kebocoran tunggu suhu pada hot dan cold tank
tercapai, kemudian nyalakan hot dan cold pump.
6.
Dengan valve pengatur flowrate, atur aliran hot dan cold fluid yang
masuk.
7.
Setelah flowrate sesuai, operasi mulai dijalankan dan catat data
perubahan suhu setiap 1 menit selama 10 menit.
8.
9.
Variabel yang di variasikan dalam percobaan ini adalah:
a.
Jenis aliran
: co-current dan counter current
b.
Suhu awal hot fluid : 70°C dan 57°C
c.
Skala hot fluid
: 14, 16 dan 18
Bila percobaan telah selesai, matikan kedua pompa, heater, dan unit
refrigerasi. Lepaskan flexible hose dan thermometer.
3.7
Pengolahan Data
Dari data yang diperoleh baik primer maupun sekunder pengolahan data
dilakukan dengan cara perhitungan Kern dan dapat dilihat sebagai berikut:
1. Neraca Panas
Menghitung neraca panas untuk mengetahui panas yang dilepas fluida
panas atau panas yang diterima fluida dingin. Persamaan umum untuk
neraca panas, yaitu:
Q = m x Cp x ∆t
(3.1)
Atau dapat dituliskan:
Q = V x ρ x Cp x ∆t
(3.2)
Keterangan:
Q : Jumlah panas yang dipindahkan (J/s)
m : Laju alir massa fluida (kg/s)
Cp : Kapasitas panas dari fluida (J/kg°C)
Δ𝑡𝑡 : Perbedaan temperatur masuk dan keluar (°C)
V : Laju alir fluida (m3/s)
𝜌𝜌 : Densitas fluida (kg/m3)
16
2. Log Mean Temperature Difference (LMTD)
Perbedaan temperatur antara fluida panas dan dingin bervariasi
sepanjang penukar kalor. Untuk itu digunakan perbedaan temperatur
rata-rata. Persamaan umumnya, yaitu:
LMTD =
∆T2−∆T1
ln
(3.3)
∆T2
∆T1
Untuk aliran co-current:
ΔT1 : Tho – tco (°C)
ΔT2 : Thi – tci (°C)
Untuk aliran counter-current:
ΔT1 : Tho – tci (°C)
ΔT2 : Thi – tco (°C)
3. Menghitung harga Uo, Ui, dan Ud praktis
a. Koefisien Perpindahan Panas Overall pada bagian luar tube (Uo)
𝑈𝑈𝑈𝑈=𝑄𝑄𝑄𝑄𝑄𝑄 𝑥𝑥 ∆𝑇𝑇
Uo =
Keterangan:
Q
Ao x ∆T
(3.4)
Uo: Koefisien Perpindahan Panas Overall pada bagian luar tube
Q : Jumlah panas yang dipindahkan (J/h)
Ao : Luas perpindahan panas bagian luar tube (m2)
ΔT : LMTD (°C)
b. Koefisien Perpindahan Panas Overall pada bagian dalam tube (Ui)
Ui =
Q
(3.5)
Ai x ∆T
Keterangan:
Ui : Koefisien Perpindahan Panas Overall pada bagian dalam tube
Q : Jumlah panas yang dipindahkan (J/h)
Ao : Luas perpindahan panas bagian dalam tube (m2)
ΔT : LMTD (°C)
c. Koefisen Perpindahan Panas Overall pada Saat Terdapat Pengotor
(Ud) secara Praktis
Ud =
Ui praktis+Uo praktis
2
(3.6)
17
4. Flow Area
a. Flow area sisi tube
Ntu×at ′
at =
nt
(3.7)
Keterangan:
at
: Flow Area tube (m2)
at’
: Flow area per tube (inch2) (Table 10-Kern)
Ntu
: Jumlah tube
Nt
: Jumlah pass
b. Flow area sisi shell
as =
ID×C′×B
PT
(3.8)
Keterangan
as
: Flow Area shell (m2)
ID
: Inside Diameter (m)
C’
: Clearance (m)
B
: Baffle space (m)
PT
: Pitch (m)
5. Mass Velocity (G)
Gs =
Gt =
Ws
(3.9)
Wt
(3.10)
Keterangan
as
at
Gs : Mass velocity shell (Kg/s m2)
Gt : Mass velocity tube (Kg/s m2)
Ws : Laju alir fluida di shell (Kg/h)
Wt : Laju alir fluida di tube (Kg/h)
as : Flow area shell (m2)
at : Flow area tube (m2)
6. Bilangan Reynolds (Re)
a. Bilangan Reynolds di shell
18
Res =
De×Gs
(3.11)
μ
Keterangan :
Res : Bilangan Reynolds di sisi Shell
De : Diameter ekuivalen shell (m)
Gs : Mass velocity shell (J/s.m2)
𝜇𝜇 : Viskositas fluida di shell (Pa.s)
b. Bilangan Reynolds di tube
Ret =
De×Gt
(3.12)
μ
Keterangan :
Ret : Bilangan Reynolds di sisi tube
De : Diameter ekuivalen tube (m)
Gt : Mass velocity tube (J/s.m2)
𝜇𝜇 : Viskositas fluida di tube (Pa.s)
7. Faktor Perpindahan Panas pada Shell dan Tube (JH)
Setelah mendapatkan Reynold number, menentukan nilai JH dari
grafik pada fig. 28 Kern untuk shell dan fig. 24 Kern untuk tube.
8. Koefisien Perpindahan Panas (h)
a. Koefisien Perpindahan Panas di tube (hi)
k
hi = jH x � � x
Keterangan
D
1
Cp x μ 3
�
�
k
x φt
hi
: Koefisien perpindahan panas tube(J/s m2 oC)
JH
: Heat transfer factor
k
: Konduktivitas termal di tube (J/s m °C)
D
: Diameter ekuivalen tube (m)
Cp
: Specific heat fluida di tube (J/kg °C)
𝜇𝜇
: Viskositas fluida di tube (Pa.s)
Φt
(3.13)
: Viskositas ratio [(μ/μw)0.14]
b. Koefisien Perpindahan Panas di shell (ho)
k
ho = jH x � � x
De
1
Cp x μ 3
�
�
k
x φs
(3.14)
19
Keterangan
ho
: Koefisien perpindahan panas shell (J/s m2 oC)
k
: Konduktivitas termal di shell (J/s m °C)
De
: Diameter ekuivalen shell (m)
Cp
: Specific heat fluida di shell (J/kg °C)
𝜇𝜇
: Viskositas fluida di shell (Pa.s)
Φs
: Viskositas ratio [(μ/μw)0.14]
9. Koefisien Perpindahan Panas Overall pada saat Clean (Uc)
Koefisien Perpindahan Panas Overall pada saat Clean (Uc)
menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke
fluida dingin dan juga menyatakan panas menyeluruh sebagai
perpindahan panas konveksi.
Uc =
Keterangan:
hio×ho
(3.15)
hio+ho
Uc : Clean overall heat transfer coefficient (J/s.m2. °C)
hio : Koefisien perpindahan panas konveksi di tube (J/s. m2. °C)
ho : Koefisien perpindahan panas konveksi di shell (J/s. m2. °C)
10. Koefisien Perpindahan Panas Overall pada saat terdapat pengotor
(Ud) secara teoritis
Koefisien perpindahan panas overall pada saat ada pengotor (Ud)
ini menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas
ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai
gabungan proses konduksi dan konveksi setelah alat beroperasi. Nilai
Ud lebih kecil daripada nilai Uc. Sebelumnya harus menghitung nilai
Uo dan Ui secara teoritis.
a. Menghitung Ui teoritis
Ui =
1
1 ri
ro
ri 1
+ ln ( )+( )
hi k
ri
ro ho
(3.16)
Keterangan:
Ui : Koefisien Perpindahan Panas Overall dalam tube (J/s.
m2.°C)
hi : Koefisien perpindahan panas di tube (J/s.m2.°C)
20
ho : Koefisien perpindahan panas di shell (J/s.m2.°C)
ri : Jari-jari dalam tube (m)
ro : Jari-jari luar tube (m)
k : Konduktivitas termal di shell (J/s m.°C)
b. Menghitung Uo teoritis
Uo =
1
(3.17)
1 ro
ro
ro 1
+ ln ( )+( )
ho k
ri
ri hi
Keterangan:
Ui : Koefisien Perpindahan Panas Overall dalam tube (J/s.
m2.°C)
hi : Koefisien perpindahan panas di tube (J/s.m2.°C)
ho : Koefisien perpindahan panas di shell (J/s.m2.°C)
ri : Jari-jari dalam tube (m)
ro : Jari-jari luar tube (m)
k : Konduktivitas termal di shell (J/s m.°C)
c. Menghitung Uo teoritis
Ud teoritis =
11. Dirt Factor (Rd)
Uo teoritis+Ui teoritis
2
(3.18)
Faktor Pengotor (Rd) merupakan resistance dari Heat Exchanger
dimaksudkan untuk mereduksi korosifitas akibat dari interaksi antara
fluida dengan dinding pipa Heat Exchanger. Akan tetapi setelah
digunakan beberapa lama, Rd akan mengalami akumulasi. Hal ini tidak
baik untuk heat exchanger itu sendiri, karena Rd yang besar akan
menghambat laju perpindahan panas antara fluida panas dan fluida
dingin.
Rd =
Keterangan:
Uc−Ud
Uc.Ud
(3.19)
Rd : Dirt factor (m2.s. °C / J)
Uc : Clean overall heat transfer coefficient (J/s.m2. °C)
Ud : Design overall heat transfer coefficient (J/s.m2. °C)
12. Perhitungan 𝜶𝜶, p, q
Peristiwa perpindahan panas disini terjadi dengan cara gabungan
21
konduksi dan konveksi, tidak ada perubahan fase dan tidak ada radiasi
yang signifikan. Persamaannya :
hD
k
DcGs p Cpμ q
= α�
μ
� �
k
�
(3.20)
Persamaan tersebut merupakan rumus utama dari Bilangan Nusselt
(Nu) yaitu rasio perpindahan panas konveksi dan konduksi normal
terhadap batas dalam kasus perpindahan panas konveksi dan konduksi
normal terhadap batas dalam kasus perpindahan panas pada permukaan
fluida. Nilai ∝, p dan q dapat dihitung dengan cara numerik. Untuk
mendapatkan nilai-nilai konstanta ∝, p dan q maka diperlukan 3
persamaan.
Oleh karena itu, diambil nilai-nilai Bilangan Nusselt, Prandtl dan
Reynold dari 3 skala rotameter pada jenis aliran tertentu.
Nu = α × Rep × Req
(3.21)
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑁𝑁𝑁𝑁 = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝛼𝛼 × 𝑝𝑝 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑅𝑅𝑅𝑅 × 𝑞𝑞 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑃𝑃𝑃𝑃
(3.22)
Dengan di-log kan maka persamaan menjadi
Dimana:
Re =
Pr =
Nu =
Dc.Gs
(3.23)
Cpμ
(3.24)
μ
k
hD
k
(3.25)
Untuk bilangan Nusselt teoritis dan praktis diperoleh dengan
memasukan bilangan Reynold dan bilangan Prandtl ke dalam
persamaan dengan nilai ∝, p dan q praktis dan dari literatur. Kemudian
bilangan Nusselt teoritis dan praktis dibandingkan untuk memperoleh
nilai persen errornya sebagai berikut :
22
Tabel 3.1 Hubungan Nu teoritis vs Nu praktis
T(℃)
Flowrate
Nu
Nu
(m3/s)
Teoritis
Praktis
% Error
23
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan Flowrate terhadap Nilai Uo dan Ui
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai Uo dan Ui
praktis pada percobaan kali ini dengan suhu hot fluid 70°C dan 57°C pada
aliran co-current dan counter current yang ditampilkan pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Nilai Uo dan Ui praktis pada berbagai suhu
Suhu
70°C
57°C
Flowrate
Counter current
Co current
Ui
Uo
Ui
Uo
0,000417
194,6327139
185,6531192
138,710788
132,311213
0,000467
243,8466017
232,5964702
153,921118
146,819798
0,000533
195,5775306
186,5543458
191,223794
182,401473
0,000417
204,0823111
194,6667489
187,563180
178,909746
0,000467
316,9225808
302,3010085
301,450721
287,542960
0,000533
405,1338624
386,4425654
384,618939
366,874120
300
250
U (J/S.m2. °C)
4.1
200
150
Uo - Co Current
Uo - Counter Current
Ui - Co Current
Ui - Counter Current
100
50
0
0,0004
0,00045
0,0005
Flow rate (m3/s)
0,00055
Gambar 4.1 Hubungan flowrate terhadap nilai Uo dan Ui praktis pada suhu
70°C
24
U (J/S.m2. °C)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0,0004
Uo - Co Current
Uo - Counter Current
Ui - Co Current
Ui - Counter Current
0,00045
0,0005
0,00055
Flow rate (m3/s)
Gambar 4.2 Hubungan flowrate terhadap nilai Uo dan Ui praktis pada suhu
57°C
Pada Gambar 4.1 dan 4.2 disajikan hubungan flowrate terhadap nilai
Uo dan Ui praktis pada suhu 70°C dan 57°C. Seiring naiknya flowrate, maka
nilai Uo dan Ui praktis juga semakin besar. Pada aliran co-current suhu 70°C,
nilai Uo dan Ui ikut meningkat seiring naiknya flowrate. Pada aliran countercurrent pada suhu 70°C, nilai Uo dan Ui fluktuatif seiring naiknya flowrate.
Pada flowrate 0,000417 m3/s hingga 0,000467 m3/s terjadi kenaikan nilai Ui
dan Uo, tetapi pada flowrate 0,000467 m3/s hingga 0,000533 m3/s terjadi
penurunan nilai Ui dan Uo. Pada aliran co-current suhu 57°C, nilai Uo dan
Ui ikut meningkat seiring naiknya flowrate, begitu juga pada aliran countercurrent suhu 57°C, nilai Uo dan Ui ikut meningkat seiring naiknya flowrate.
Berikut merupakan rumus dari Uo dan Ui praktis:
Uo =
Ui =
Q
Ao x ∆T
Q
Ai x ∆T
Q = m. c. ∆T
(4.1)
(4.2)
(4.3)
Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa semakin besar flowrate, maka
massa juga ikut meningkat. Seiring naiknya massa, maka jumlah kalor juga
ikut bertambah banyak. Seiring naiknya jumlah kalor, maka nilai koefisien
perpindahan panas juga ikut meningkat. Sehingga, semakin besar nilai laju
25
aliran massa maka nilai koefisien perpindahan panas menjadi lebih besar
(Syafi’i et al., 2020).
Dari hasil percobaan yang dilakukan, terdapat beberapa data yang tidak
sesuai dengan teori yaitu pada pada aliran counter-current pada suhu 70°C,
nilai Uo dan Ui fluktuatif seiring naiknya flowrate. Hal ini disebabkan oleh
sifat air yang mengandung ion-ion yang memiliki kecenderungan untuk
membentuk senyawa-senyawa yang mempunyai angka kelarutan rendah dan
senyawa-senyawa pembentuk kerak yang memiliki kelarutan yang rendah
(Raharjo, 2020).
4.2
Hubungan Flowrate terhadap Nilai Uc dan Ud Praktis
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai Uc dan Ud
praktis pada percobaan kali ini dengan suhu hot fluid 70°C dan 57°C pada
aliran co-current dan counter current yang ditampilkan pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Nilai Uc dan Ud praktis pada berbagai suhu
Suhu
70°C
57°C
Flowrate
Counter current
Co current
Uc
Ud praktis
Uc
Ud praktis
0,000417
916,8639056
190,1429165
896,9925116
135,511
0,000467
918,1972167
238,221536
897,4760574
150,370458
0,000533
963,277264
191,0659382
936,3213175
186,81263
0,000417
797,4072849
199,37453
778,2584159
183,236462
0,000467
864,638483
309,6117946
852,8616162
294,496840
0,000533
914,4157371
395,7882139
904,7185246
375,746529
26
1200
U (J/S.m2. °C)
1000
800
600
400
Uc - Co Current
Uc - Counter Current
Ud - Co Current
Ud - Counter Current
200
0
0,0004
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.3 Hubungan flowrate terhadap nilai Uc dan Ud praktis pada
U (J/S.m2. °C)
variabel suhu 70°C
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0,0004
Uc - Co Current
Uc - Counter Current
Ud - Co Current
Ud - Counter Current
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.4 Hubungan flowrate terhadap nilai Uc dan Ud praktis pada
variabel suhu 57°C
Pada Gambar 4.3 dan 4.4 disajikan hubungan flowrate terhadap nilai
Uc dan Ud praktis pada suhu 70°C dan 57°C. Seiring naiknya flowrate, maka
nilai Uc dan Ud praktis juga semakin besar. Pada aliran co-current suhu 70°C,
nilai Uc dan Ud ikut meningkat seiring naiknya flowrate. Pada aliran countercurrent pada suhu 70°C, nilai Uc dan Ud praktis fluktuatif seiring naiknya
flowrate. Pada flowrate 0,000417 m3/s hingga 0,000467 m3/s terjadi kenaikan
27
nilai Ud praktis, tetapi pada flowrate 0,000467 m3/s hingga 0,000533 m3/s
terjadi penurunan nilai Ud praktis. Pada aliran co-current suhu 57°C, nilai Uc
dan Ud praktis ikut meningkat seiring naiknya flowrate, begitu juga pada
aliran counter-current suhu 57°C, nilai Uc dan Ud praktis ikut meningkat
seiring naiknya flowrate.
Uc merupakan koefisien perpindahan kalor menyeluruh bersih,
sedangkan Ud merupakan koefisien perpindahan kalor menyeluruh
direncanakan. Faktor pengotoran sangat berpengaruh terhadap perpindahan
kalor. (Bizzy & Setiadi, 2013). Berikut merupakan rumus Uc dan Ud praktis:
Ud praktis =
Uc =
hio×ho
hio+ho
Ui praktis+Uo praktis
2
(4.4)
(4.5)
Pada rumus Uc, nilai hio, hi, dan ho sangat dipengaruhi oleh nilai jH.
Nilai jH didapatkan dari perhitungan bilangan Reynold. Bilangan Reynold
didapatkan dari perhitungan mass velocity shell dan tube, yang mana hal ini
dipengaruhi oleh laju alir. Ud sangat bergantung kepada nilai Ui dan Uo. Pada
penjelasan sebelumnya juga telah didapatkan bahwa Ui dan Uo bergantung
terhadap flowrate. Semakin besar flowrate, maka massa juga ikut meningkat.
Seiring naiknya massa, maka jumlah kalor juga ikut bertambah banyak.
Seiring naiknya jumlah kalor, maka nilai koefisien perpindahan panas juga
ikut meningkat. Sehingga, semakin besar nilai laju aliran massa maka nilai
koefisien perpindahan panas menjadi lebih besar (Syafi’i et al., 2020). Nilai
Uc harus lebih besar daripada nilai Ud. Hal ini dikarenakan perpindahan
panas saat Heat Exchanger dalam keadaan bersih lebih baik daripada dalam
keadaan kotor karena masih sedikitnya hambatan yang mengganggu saat
proses perpindahan panas terjadi (Zain & Mustain, 2020).
Dari hasil percobaan yang dilakukan, terdapat beberapa data yang tidak
sesuai dengan teori yaitu pada pada aliran counter-current pada suhu 70°C,
nilai Ud praktis fluktuatif seiring naiknya flowrate. Hal ini disebabkan oleh
pengoperasian dalam jangka waktu yang lama. Apabila suatu heat exchanger
telah dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, maka lambat laun akan
timbul kerak maupun pengotor pada alat tersebut (Ansar, et al., 2021). Dari
percobaan juga didapatkan bahwa Uc lebih besar daripada Ud.
28
Hubungan Flowrate terhadap Nilai Ud Praktis dan Ud Teoritis
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai Ud praktis dan
Ud teoritis pada percobaan kali ini dengan suhu hot fluid 70°C dan 57°C pada
aliran co-current dan counter current yang ditampilkan pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Nilai Ud praktis dan Ud teoritis pada berbagai suhu
Suhu
70°C
57°C
Flowrate
Counter current
Co current
Ud praktis
Ud teoritis
Ud praktis
Ud teoritis
0,000417
190,1429165
546,173336
135,511
539,189114
0,000467
238,221536
546,579120
150,370458
539,341526
0,000533
191,0659382
561,797170
186,81263
552,769769
0,000417
199,37453
498,773857
183,236462
491,389868
0,000467
309,6117946
523,572288
294,496840
519,332338
0,000533
395,7882139
541,104072
375,746529
537,773704
600
U (J/S.m2. °C)
4.3
500
Ud Praktis - Co Current
400
Ud Praktis - Counter Current
300
200
Ud teoritis - Co Current
Ud Teoritis- Counter Current
100
0
0,0004
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.5 Hubungan flowrate terhadap nilai Ud praktis dan Ud teoritis
pada variabel suhu 70°C
29
600
U (J/S.m2. °C)
500
400
300
Ud Praktis - Co Current
200
Ud Praktis - Counter Current
Ud teoritis - Co Current
100
Ud Teoritis- Counter Current
0
0,0004
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.6 Hubungan flowrate terhadap nilai Ud praktis dan Ud teoritis
pada variabel suhu 57°C
Pada Gambar 4.5 dan 4.6 disajikan hubungan flowrate terhadap nilai
Ud praktis dan Ud teoritis pada suhu 70°C dan 57°C. Seiring naiknya
flowrate, maka nilai Ud teoritis dan Ud praktis juga semakin besar. Pada
aliran co-current suhu 70°C, Ud teoritis dan Ud praktis ikut meningkat seiring
naiknya flowrate. Pada aliran counter-current pada suhu 70°C, nilai Ud
praktis fluktuatif seiring naiknya flowrate. Pada flowrate 0,000417 m3/s
hingga 0,000467 m3/s terjadi kenaikan nilai Ud praktis, tetapi pada flowrate
0,000467 m3/s hingga 0,000533 m3/s terjadi penurunan nilai Ud praktis. Pada
aliran co-current suhu 57°C, nilai Ud teoritis dan Ud praktis ikut meningkat
seiring naiknya flowrate, begitu juga pada aliran counter-current suhu 57°C,
nilai Ud teoritis dan Ud praktis ikut meningkat seiring naiknya flowrate.
Dari Bizzy & Setiadi (2013), didapatkan rumus koefisien perpindahan
kalor menyeluruh desain (Ud) praktis yaitu:
Ud =
q
A ×LMTD
(4.6)
dan dari data literatur sebelumnya didapatkan rumus koefisien perpindahan
kalor menyeluruh desain (Ud) teoritis yaitu:
U=
1
1 x 1
+ +
hi k ho
(4.7)
Dari rumus di atas, dapat disimpulkan bahwa nilai Ud teoritis
dipengaruhi oleh tebal dinding (semakin tebal dinding pada heat exchanger
30
maka harga U dan perpindahan panas yang terjadi semakin kecil), daya hantar
panas, dan luas bidang permukaan panas. Pada praktikum ini digunakan heat
exchanger dengan tebal dinding dan luas permukaan panas yang sama pada
setiap variabel sehingga yang paling berpengaruh terhadap Ud teoritis adalah
nilai daya hantar panas pada perhitungan berdasarkan data-data dari pustaka.
Dari hasil percobaan yang dilakukan, terdapat beberapa data yang tidak
sesuai dengan teori yaitu pada pada aliran counter-current pada suhu 70°C,
nilai Ud praktis fluktuatif seiring naiknya flowrate. Hal ini disebabkan oleh
terbentuknya kerak yang berasal dari unsur-unsur yang terlarut dalam air
pendingin sehingga mempengaruhi nilai Ud (Ratnawati, et al., 2013).
4.4
Hubungan Suhu terhadap Ud Praktis
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai Ud praktis pada
suhu hot fluid 70°C dan 57°C pada aliran co-current dan counter current
yang ditampilkan pada tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hubungan suhu terhadap Ud praktis
Aliran
Co current
Counter
current
Flowrate
Ud praktis
70°C
57°C
0,000417
135,511
183,2364629
0,000467
150,370458
294,4968403
0,000533
186,8126333
375,7465294
0,000417
190,1429165
199,37453
0,000467
238,221536
309,6117946
0,000533
191,0659382
395,7882139
31
Ud (J/s.m2℃)
600
Co-Current (flowrate
0,000416667)
Co-Current (flowrate
0,000466667)
400
Co-Current (flowrate
0,000533333)
Counter-Current
(flowrate 0,000416667)
200
Counter Current
(flowrate 0,000466667)
0
70
57
Counter Current
(flowrate
0,000533333)
Suhu (℃)
Gambar 4.7 Hubungan suhu terhadap nilai Ud praktis
Berdasarkan Gambar 4.7, dapat dilihat bahwa nilai Ud praktis yang
didapatkan pada percobaan yang telah dilakukan semakin meningkat seiring
dengan menurunnya suhu. Pada suhu 70 ℃ aliran co-current nilai Ud praktis
yang didapatkan fluktuatif seiring dengan bertambahnya flowrate. Ud praktis
pada aliran counter-current juga semakin besar dibandingkan pada aliran cocurrent. Nilai Ud praktis pada suhu 57°C lebih besar dibandingkan dengan
suhu 70°C.
Dari Bizzy & Setiadi (2013), didapatkan rumus koefisien perpindahan
kalor menyeluruh desain (Ud) praktis yaitu:
Ud =
q
A ×LMTD
(4.8)
Semakin tinggi suhu masuk fluida panas mengakibatkan nilai Ud
praktis semakin rendah. Karena nilai Ud praktis dipengaruhi oleh suhu, di
mana semakin tinggi suhu akan menyebabkan perbedaan suhu antara fluida
panas dan fluida dingin semakin besar. Dari persamaan di atas, Ud praktis
berbanding terbalik dengan perbedaan suhu. Sehingga semakin besar
perbedaan suhu maka nilai Ud praktis akan semakin kecil.
Dari percobaan yang telah dilakukan, hasil yang diperoleh sudah sesuai
teori dimana nilai Ud praktis suhu hot fluid 57°C lebih besar dibandingkan
32
dengan suhu 70°C, dimana ΔTLMTD dari suhu hot fluid 57°C lebih kecil
dibandingkan dengan suhu 70°C sehingga nilai Ud akan semakin besar.
4.5
Hubungan Laju Alir terhadap Rd
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai Rd pada suhu
hot fluid 70°C dan 57°C pada aliran co-current dan counter current yang
ditampilkan pada tabel 4.5.
Tabel 4.5 Nilai Rd pada berbagai suhu
Suhu
70°C
57°C
Flowrate
Counter Current
Co Current
0,000417
0,0041685
0,0062646
0,000467
0,0031087
0,005536
0,000533
0,0041957
0,0042849
0,000417
0,0037616
0,0041725
0,000467
0,0020733
0,0022231
0,000533
0,001433
0,0015561
0,007
Co Current - 70
Rd
0,006
0,005
Counter Current - 70
0,004
Co Current - 57
0,003
Counter Current - 57
0,002
0,001
0
0,000416667
0,000466667
Flow rate (m3/s)
0,000533333
Gambar 4.8 Hubungan flowrate terhadap Rd
Pada Gambar 4.8 disajikan hubungan flowrate terhadap Rd pada suhu
70°C dan 57°C. Seiring naiknya flowrate, maka nilai Rd semakin kecil. Pada
aliran co-current suhu 70°C, nilai Rd menurun seiring naiknya flowrate. Pada
aliran counter-current pada suhu 70°C, nilai Rd fluktuatif seiring naiknya
flowrate. Pada flowrate 0,000417 m3/s hingga 0,000467 m3/s terjadi
33
penurunan nilai Rd, tetapi pada flowrate 0,000467 m3/s hingga 0,000533 m3/s
terjadi kenaikan nilai Rd. Pada aliran co-current suhu 57°C, nilai Rd menurun
seiring naiknya flowrate, begitu juga pada aliran counter-current suhu 57°C,
nilai Rd menurun seiring naiknya flowrate.
Dari penelitian Bizzy & Setiadi (2013), didapatkan rumus faktor
pengotoran yaitu:
Rf =
1
Ud
−
1
(4.9)
Uc
Dari rumus diatas, semakin besar nilai Ud dan Uc, maka nilai Rf akan
menurun, begitu juga sebaliknya, Pada penjelasan sebelumnya disimpulkan
bahwa semakin besar nilai laju aliran massa maka nilai koefisien perpindahan
panas menjadi lebih besar (Syafi’i et al., 2020). Sehingga, semakin besar laju
alir maka nilai Rf akan menurun.
Hasil yang didapatkan sudah sesuai dengan teori dimana semakin besar
laju alir maka nilai Rf akan menurun, tetapi terdapat beberapa data yang tidak
sesuai dengan teori. Hal ini disebabkan oleh menurunnya luas permukaan
penukar panas akibat fluida yang dipanaskan sehingga terbentuk endapan.
Tahanan transfer panas yang ditimbulkan dari sisa endapan pada dinding pipa
akan mengakibatkan penurunan nilai luas permukaan transfer panas sehingga
panas yang diterima fluida dari sumber panas melewati dinding pipa menjadi
menurun (Amani & Maulana, 2016). Dengan demikian, Rd meningkat karena
adanya endapan.
4.6
Menghitung Nilai α, p, dan q
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan nilai α, p, dan q pada
suhu hot fluid 70°C dan 57°C pada aliran co-current dan counter current
yang ditampilkan pada tabel 4.6.
Tabel 4.6 Nilai koefisien α, p, dan q pada percobaan yang dilakukan
Suhu
70°C
Aliran
Counter
Current
Co
Flowrate
Nu
Re
Pr
0,000417
71,906
2,5943
12982,3
0,000467
74,6923
2,59983
14515,3
0,000533
84,2884
2,60588
16558
0,000417
71,9528
2,59799
12967,5
α
p
q
3,617×10139
8,2372
414,4336
3,62×10-130
-1,769
334,2033
34
Current
Counter
Current
57°C
Co
Current
0,000467
74,6923
2,59983
14515,3
0,000533
84,2396
2,60259
16574,8
0,000417
58,1835
3,20572
10790,1
0,000467
69,9426
3,21791
12044,2
0,000533
79,9102
3,19774
13842
0,000417
58,1835
3,20572
10790,1
0,000467
69,9426
3,21791
12044,2
0,000533
79,9102
3,19774
13842
5,213×109
1,36387
8,9878
5,213×10-9
1,36387
8,9878
Persamaan perpindahan panas memiliki hubungan antara bilangan
Nusselt, Reynold, dan Prandtl. Berikut persamaannya:
hD
Dvρ p cpμ q
�
(4.10)
Nu = α × Rep × Pr q
(4.11)
k
= α�
μ
� �
k
Jika Persamaan diubah menjadi bilangan Nusselt, maka:
Jika Persamaan di-log kan, maka persamaan menjadi:
log Nu = log α + p log 𝑅𝑅𝑅𝑅 + q log Pr
(4.12)
Perhitungan α, p, dan q bisa diselesaikan dengan perhitungan matriks.
Sebagai contoh perhitungan pada aliran co-current T=70°C:
Variabel 1 (Flowrate 0,000417 m3/s)
Log (71,9528) = log α + p log (2,59799) + q log (12967,5)
1,857047729 = log α + 4,24717 p + 0,35387 q
Variabel 2 (Flowrate 0,000467 m3/s)
Log (74,6923) = log α + p log (2,59983) + q log (14515,3)
1,873275643 = log α + 4,161826319 p + 0,414944392 q
Variabel 3 (Flowrate 0,000533 m3/s)
Log (84,2396) = log α + p log (2,59799) + q log (12967,5)
1,925516132 = log α + 4,219447869 p + 0,415405645 q
Dengan menggunakan metode matriks, didapatkan:
1 log Re1
�1 log Re2
1 log Re3
log Nu1
log Pr1 log α
log Pr2 � � p � = �log Nu2 �
q
log Pr3
log Nu3
35
1 log Re1
log α
� p � = �1 log Re2
q
1 log Re3
log α
1
� p � = �1
q
1
4,24717
4,161826319
4,219447869
log α
−4527,616
� p � = �−94,96897
q
11863,9
log Pr1
log Pr2 �
log Pr3
−1
log Nu1
�log Nu2 �
log Nu3
−1
0,35387
1,857047729
0,414944392� � 1,873275643 �
0,415405645
1,925516132
8448,73 −3920,12 1,857047729
158,326 −63,3567� � 1,873275643 �
−21946,7 10082,8 1,925516132
log α
−129,4417282
� p � = �−1,768638813�
q
334,2032668
Sehingga diperoleh nilai:
α = 3,62×10-130
p = -1,769
q = 334,2033
Sedangkan pada literatur adalah sebagai berikut:
α = 0,36
p = 0,55
q = 0,33
Nilai Nu teoritis dapat ditentukan dengan memasukkan nilai bilangan
Re praktis, Pr praktis, α teoritis, p teoritis, dan q teoritis. Setelah itu, bilangan
Nu praktis dibandingkan dengan bilangan Nu teoritis untuk didapatkan
persen errornya. Berikut data bilangan Nu teoritis dan bilangan Nu praktis
yang didapatkan dari percobaan.
Tabel 4.7 Perbandingan bilangan Nu teoritis dengan bilangan Nu praktis
Suhu
Aliran
Counter
Current
70°C
Co
Current
Nu
Nu
teoritis
praktis
0,000417
90,213593
71,90603
20,2936
0,000467
95,992792
74,69227
22,1897
0,000533
103,28125
84,28837
18,3895
0,000417
90,199285
71,9528
20,2291
0,000467
95,992792
74,69227
22,1897
0,000533
103,29581
84,23957
18,4482
Flowrate
% Error
36
Counter
Current
57°C
Co
Current
0,000417
87,382085
58,18347
33,4149
0,000467
92,9458
69,94259
24,7491
0,000533
100,12915
79,91024
20,1928
0,000417
90,213593
71,90603
20,2936
0,000467
95,992792
74,69227
22,1897
0,000533
103,28125
84,28837
18,3895
120
100
Nu
80
60
Nu Praktis - 70
Nu Praktis - 57
Nu Teoritis - 70
Nu Teoritis - 57
40
20
0
0,0004
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.9 Grafik hubungan flowrate terhadap Nu pada aliran co-current
120
100
Nu
80
60
Nu Praktis - 70
Nu Praktis - 57
Nu Teoritis - 70
Nu Teoritis - 57
40
20
0
0,0004
0,00045
0,0005
3
Flow rate (m /s)
0,00055
Gambar 4.10 Grafik hubungan flowrate terhadap Nu pada aliran counter
current
37
Dari gambar 4.9 dan gambar 4.10 dapat dilihat bahwa bilangan Nu
praktis maupun teoritis baik jenis aliran co-current maupun counter-current
mengalami kenaikan saat flowrate meningkat. Bilangan Nu praktis pada jenis
aliran co-current lebih kecil dari pada bilangan Nu praktis pada jenis aliran
counter-current. Sedangkan bilangan Nu teoritis pada jenis aliran co-current
lebih besar dari pada nilai bilangan Nu teoritis pada jenis aliran countercurrent. Berikut rumus yang terkait:
Nu = α × Rep × Pr q
Nu =
Re =
hD
k
hD
k
Dvρ
μ
(4.14)
(4.15)
Dvρ p cpμ q
= α�
(4.13)
μ
� �
k
�
(4.16)
Dari berbagai rumus diatas dapat disimpulkan bahwa bilangan Nusselt
berbanding lurus dengan flowrate. Seiring meningkatnya flowrate, semakin
besar pula bilangan Reynoldnya. Maka, semakin besar bilangan Reynoldnya,
maka semakin besar pula bilangan Nusseltnya (Nuryanto, et al., 2016).
Data yang didapatkan sudah sesuai dengan teori dimana semakin besar
flowrate maka sermakin besar pula bilangan Nusseltnya. Terdapat persen
error antara bilangan Nusselt teoritis dan praktis. Menurut penelitian,
Nuryanto, et al., (2016), penyimpangan yang dapat divalidasi adalah dibawah
10%. Sehingga pada penelitian ini, baik pada suhu 70°C maupun 57°C
dengan aliran co current maupun counter current, data yang diperoleh masih
belum sesuai dengan data teoritis karena penyimpangannya lebih besar dari
10%.
38
BAB V
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
1.
Semakin besar flowrate, maka nilai Ui dan Uo juga semakin besar
karena besarnya Ui dan Uo berbanding lurus dengan flowrate.
2.
Semakin besar flowrate hot fluid maka nilai Uc dan Ud praktis akan
semakin besar pula karena dengan meningkatnya flowrate hot fluid,
maka perpindahan panas dari fluida panas ke fluida dingin menjadi
lebih cepat.
3.
Nilai Ud teoritis yang diperoleh selalu lebih besar daripada nilai Ud
praktisnya karena pada nilai Ud praktis memperhitungkan laju alir
fluida panas yang digunakan dan Ud teoritis dipengaruhi oleh tebal
dinding, daya hantar panas, dan luas bidang permukaan panas.
4.
Semakin tinggi suhu masuk hot fluid, maka nilai Ud praktis semakin
rendah, karena semakin tinggi pula perbedaan suhu antara hot fluid dan
cold fluid semakin besar.
5.
Semakin cepat flowrate fluida menyebabkan nilai Rd semakin menurun
karena menurunnya luas permukaan penukar panas akibat fluida yang
dipanaskan sehingga terbentuk endapan. Tahanan transfer panas yang
ditimbulkan dari sisa endapan pada dinding pipa akan mengakibatkan
penurunan nilai luas permukaan transfer panas sehingga panas yang
diterima fluida dari sumber panas melewati dinding pipa menjadi
menurun.
6.
Semakin besar flowrate, maka bilangan Nusselt baik yang teoritis
maupun praktis semakin besar
5.2
Saran
1.
Sebaiknya disertakan animasi aliran pada heat exchanger agar
praktikan semakin mengerti proses dari praktikum
2.
Pada video praktikum sebaiknya juga terdapat penjelasan suara agar
praktikan semakin paham
39
3.
Jenis heat exchanger pada video sebaiknya dikoreksi agar tidak
menimbulkan kesalahpahaman
40
DAFTAR PUSTAKA
Amani, Y., & Maulana, M. I. (2016). Analisis Laju Fouling pada Tube Heat
Exchanger 53 EA-1001. Jurnal Teknik Mesin, 4(1), 44-53.
Ansar, E. N. N. A., Maylia, A., Chumaidi, A., & Kresmagus, A. (2021). Evaluasi
Efisiensi Heat Exchanger (E-3101) Pada Pabrik ALF3 Departemen Produksi
III B PT Petrokimia Gresik. Distilat: Jurnal Teknologi Separasi, 7(2), 218223.
Bizzy, I., & Setiadi, R. (2013). Studi perhitungan alat penukar kalor tipe shell and
tube dengan program heat transfer research inc. (HTRI). Jurnal Rekayasa
Mesin Universitas Sriwijaya, 13(1), 67-76.
Brown, G. G. (1976). Unit Operations, Moderns Asia Edition. John Willey and Sons
Inc.
Holman, J. D. (1997). Perpindahan Kalor (Edisi ke-6). Erlangga.
Kern, D. G. (1980). Process Heat Transfer. McGraw Hill Book Co. Ltd. Kogakusha.
Nuryanto, B. N. D., Istanto, T., & Juwana, W. E. (2018). Pengaruh laju aliran coolant
campuran air dengan ethylene glycol terhadap laju perpindahan panas dan
penurunan tekanan radiator otomotif. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, 11(2),
71-76.
Perry, R. H., & Chilson. (1973). Chemical Engineering Handbook (5th ed.). Mc
Graw HillBook
Raharjo, S. (2020). Pembentukan Dan Pengendalian Kerak Mineral Di Dalam Pipa.
Ratnawati, E., Erlina, D., & Pujiarta, S. (2013). Analisis Unsur Kerak Pada Penukar
Panas Sisi Pendingin Sekunder Reaktor Rsg Gas Dengan Metode Aan. In
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Dan Aplikasi Reaktor Nuklir, 107112.
Syafi’i, M., Priangkoso, T., & Darmanto, D. (2020). Studi Ekperimental Dan
Simulasi Pengaruh Sudut Double Segmental Baffle Dan Laju Aliran Massa
Fluida Pada Heat Exchanger Type Shell and Tube Terhadap Perpindahan
Panas. Jurnal Ilmiah Momentum, 16(1).
Zain, M. R., & Mustain, A. (2020). Evaluasi Efisiensi Heat Exchanger (He-4000)
Dengan Metode Kern. Distilat: Jurnal Teknologi Separasi, 6(2), 415-421.
41
LAPORAN SEMENTARA
PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA
Materi :
Perpindahan Panas
Disusun Oleh :
Mhd Shaumi Al Anshar
Group
Rekan Kerja
: 3 / Kamis
: De Caluwe, Elice Zoraya
Muarifatussholekhah
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
HASIL PERCOBAAN
Variabel
Variabel tetap:
1. Skala cold fluid : 20
Variabel berubah:
1. Suhu awal hot fluid
: 70°C dan 57°C
2. Skala hot fluid
: 14; 16 dan 18
3. Jenis aliran
: co-current dan counter-current
Data Heat Exchanger
Panjang HE
= 23,6 in
Jumlah tube (ntu)
=5
Inside Diameter (ID)
= 0,827 in
Outside Diameter (OD)
= 0,867 in
Diameter Ekivalen (De)
= 5,370 in
𝑎𝑎𝑠𝑠
= 1,892 in2
𝑎𝑎𝑡𝑡
Waktu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
= 2,481 in2
Skala 14
Thin Thout Tcin Tcout Thin
70
69,5
31
31,5
70
70
69,5
31
31,5
70
70
69,5
31,5
32
69,5
69,5
69
31,5
32
69,5
69,5
69
31,5
32
69,5
69
68,5
32
32,5
69
69
68,5
32
32,5
69
69
68,5
32
32,5
69
69
68
32
32,5
69
69
68
32
32,5
69
Skala 16
Thout Tcin Tcout Thin
69,5
31
31,5
70
69,5
31
31,5
69,5
69
31
31,5
69,5
69
31
31,5
69,5
69
31
32
69,5
68,5
31
32
69
68,5
31
32
69
68,5
31,5
32
69
68
31,5
32
69
68
31,5 32,5
69
Skala 18
Thout Tcin Tcout
69,5
31
31,5
69
31
31,5
69
31
31,5
69
31
31,5
69
31
32
68,5
31
32
68,5
31,5
32
68
31,5
32
68
31,5 32,5
68
31,5 32,5
1
Skala 14
Thin Thout Tcin Tcout Thin
57
56,5
30
30,5
57
2
3
4
5
6
7
8
9
10
57
57
57
57
56,5
56
56
56
56
Waktu
56,5
56,5
56,5
56,5
56
55,5
55,5
55,5
55,5
30
30
30
30,5
30,5
30,5
30,5
30,5
31
30,5
30,5
30,5
31
31
31
31
31
31
57
57
56,5
56,5
56,5
56
56
56
56
1
Skala 14
Thin Thout Tcin Tcout Thin
70
69,5
33
33,5
70
2
3
4
5
6
7
8
9
10
70
70
69,5
69,5
69,5
69,5
69,5
69
69
Waktu
Waktu
1
2
3
4
5
6
7
8
69,5
69,5
69
69
69
69
68,5
68,5
68
33
33,5
33,5
33,5
34
34
34
34
34
33,5
34
34
34
34,5
34,5
34,5
34,5
34,5
70
69,5
69,5
69,5
69,5
69,5
69
69
68,5
Skala 14
Thin Thout Tcin Tcout Thin
57
56,5
32
32,5
57
57
57
57
57
56,5
56
56
56,5
56,5
56,5
56,5
56
55,5
55,5
32
32
32
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
33
33
33
33
57
57
56,5
56,5
56,5
56
56
Skala 16
Thout Tcin Tcout Thin
56,5
30,5 30,7
57
56,5
56,5
56,5
56
56
55,5
55,5
55,5
55
31
31
31
31
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
32
32
32
32
32
57
56,5
56,5
56,5
57
57
57
57
56
Skala 16
Thout Tcin Tcout Thin
69,5
33
33,5
70
69,5
69
69
69
68,5
68,5
68,5
68
68
33
33
33
33
33
33
34,5
34,5
34,5
33,5
33,5
33,5
34
34
34
34
34
34,5
69,5
69,5
69,5
69,5
69
69
69
69
68,5
Skala 16
Thout Tcin Tcout Thin
56,5
32
32,5
57
56,5
56,5
56,5
56
56
55,5
55,5
32
32
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
32,5
33
33
33
33
33
57
56,5
56,5
56,5
56
57
57
Skala 18
Thout Tcin Tcout
56,5
31
31,5
56,5
56,5
56,5
56,5
56
56
56
56
55,5
31
31
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
31,5
32
31,5
32
32
32
32
32
32
32,5
33
Skala 18
Thout Tcin Tcout
69,5
33
33,5
69
69
69
69
68,5
68,5
68
68
68
33
33
33
33
33
34,5
34,5
34,5
34,5
33,5
33,5
33,5
34
34
34
34
34,5
34,5
Skala 18
Thout Tcin Tcout
56,5
32
32,5
56,5
56,5
56,5
56,5
56
56
56
32
32,5
32,5
32,5
33
33
33
32,5
33
33
33
33,5
33,5
33,5
9
10
56
56
55,5
55,5
32,5
33
33
34
56
56
55,5
55
32,5
33
33,5
34
Praktikan
Mhd Shaumi
A. A. De Caluwe, Elice Zoraya
, E. Z.Muarifatussholekhah
Nama
Al Anshar
Mhd Shaumi
21030119130078
NIMNIM. 21030119130141
NIM. NIM.
21030119130078
NIM. 21030119130090
57
57
56
55,5
33
33,5
33,5
34
Semarang, 23 September 2021
Mengetahui,
Asisten
Putu Danta Mas Yogiswara
NIM. 21030118130143
LEMBAR PERHITUNGAN
Perhitungan Neraca Panas
Q
= m × Cp × ΔT
Q hot = m hot × Cp hot × (Thin - Thout)
Q cold = m cold × Cp cold× (Tcout – Tcin)
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
Q hot = m hot × Cp hot × (Thin - Thout)
= 0,4066 kg/s × 4184,915468 J/kg°C × 0,6°C
= 1020,9421 J/s
Q cold = m cold × Cp cold× (Tcout – Tcin)
= 0,5913 kg/s × 4174,288288 J/kg°C × 0,5°C
= 1234,1974 J/s
Aliran co-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
ρ hot
ρ cold
m hot
m cold
(m3/s)
cold (m3/s)
(kg/ m3)
(kg/ m3)
(kg/s)
(kg/s)
0,000416667 0,000594333 975,8305755 994,9518919
0,4066
0,5913
0,000466667 0,000594333 975,8935252 995,0167568
0,4554
0,5914
0,000533333 0,000594333 975,9879496 995,0086486
0,5205
0,5914
Cp hot
Cp cold
ΔT hot
Q hot
ΔT cold
Q cold
(J/kg°C)
(J/kg°C)
(°C)
(J/s)
(°C)
(J/s)
4184,915468 4174,288288
0,6
1020,9421
0,5
1234,1974
4184,888489 4174,648649
0,6
1143,5216
0,7
1728,1381
4184,848022 4174,603604
0,65
1415,9119
0,7
1728,1054
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
ρ hot
ρ cold
m hot
m cold
(m3/s)
cold (m3/s)
(kg/ m3)
(kg/ m3)
(kg/s)
(kg/s)
0,000416667 0,000594333 984,9067146 995,1627027
0,4104
0,5915
0,000466667 0,000594333 985,0060637 995,0167568
0,4597
0,5914
0,000533333 0,000594333 984,8416238 994,9849035
0,5252
0,5914
Cp hot
Cp cold
ΔT hot
Q hot
ΔT cold
Q cold
(J/kg°C)
(J/kg°C)
(°C)
(J/s)
(°C)
(J/s)
4179
4175,459459
0,56
952,7605
0,8
1975,6883
4179
4174,648649
0,76
1463,5877
1
2468,7688
4179
4174,471686
0,86
1881,4414
0,89
2204,0938
Aliran counter-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
ρ hot
ρ cold
m hot
m cold
(m3/s)
cold (m3/s)
(kg/ m3)
(kg/ m3)
(kg/s)
(kg/s)
0,000416667 0,000594333 975,7046763 994,3405447
0,4065
0,5910
0,000466667 0,000594333 975,8935252 994,8980021
0,4554
0,5913
0,000533333 0,000594333 976,1003597 994,4625899
0,5206
0,5910
Cp hot
Cp cold
ΔT hot
Q hot
ΔT cold
Q cold
(J/kg°C)
(J/kg°C)
(°C)
(J/s)
(°C)
(J/s)
4184,969424
4174
0,8
1361,0981
0,29
704,7736
4184,888489
4174
0,9
1715,2823
1
2468,0906
4184,799846
4174
0,63
1369,3754
1
2467,0104
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
ρ hot
ρ cold
m hot
m cold
(m3/s)
cold (m3/s)
(kg/ m3)
(kg/ m3)
(kg/s)
(kg/s)
0,000416667 0,000594333 984,9067146 994,7416667
0,4104
0,5912
0,000466667 0,000594333 985,0060637 994,7331235
0,4597
0,5912
0,000533333 0,000594333 984,8416238 994,6476918
0,5252
0,5912
Cp hot
Cp cold
ΔT hot
Q hot
ΔT cold
Q cold
(J/kg°C)
(J/kg°C)
(°C)
(J/s)
(°C)
(J/s)
4179
4174
0,56
952,7605
0,97
2385,4460
4179
4174
0,76
1463,5877
0,92
2262,0414
4179
4174
0,86
1881,4414
0,58
1439,3573
Perhitungan Ao dan Ai
Ao
= π × Do × L × ntu
Ao
= π × 0,0220218 m × 0,59944 m × 5
Ao
= 0,207440322 m2
Ai
= π × Di × L × ntu
Ai
= π × 0,0210058 m × 0,59944 m × 5
Ai
= 0,197869835 m2
Perhitungan Uo, Ui, dan Ud Praktis
Uo =
Ui =
Q
AO × ∆TLMTD
Q
Ai × ∆TLMTD
Uo − Ui
2
∆T1 − ∆T2
∆TLMTD =
ln ∆T1 /∆T2
Ud =
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
∆TLMTD =
∆TLMTD =
∆T1 − ∆T2
ln ∆T1 /∆T2
37,75°C − 36,65°C
ln 37,75°C/36,65°C
∆TLMTD = 37,1973°C
Uo =
Q
AO × ∆TLMTD
Uo =
1020,9421 J/s
0,207440322 𝑚𝑚2 × 37,1973°C
Ui =
Q
Ai × ∆TLMTD
Uo = 132,3112125 J/s.m2°C
Ui =
1020,9421 J/s
0,197869835 𝑚𝑚2 × 37,1973°C
Ui = 138,7107875 J/s.m2°C
Ud =
Ud =
Uo − Ui
2
132,3112125 J/s. m2 °C − 138,7107875 J/s. m2 °C
2
Ud = 135,511 J/s.m2°C
Aliran co-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
ΔT1
ΔT2
ΔT LMTD
Uo praktis
(m3/s)
cold (m3/s)
(oC)
(oC)
(oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333
37,75
36,65
37,1973
132,311213
0,000466667 0,000594333
38,2
36,9
37,5462
146,819798
0,000533333 0,000594333
38,1
36,75
37,4209
182,401473
Ui praktis
Ud praktis
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
138,7107875
135,511
153,9211181
150,370458
191,2237935 186,8126333
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
ΔT1
ΔT2
ΔT LMTD
Uo praktis
(m3/s)
cold (m3/s)
(oC)
(oC)
(oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333
26,36
25
25,6718
178,909746
0,000466667 0,000594333
25,43
23,67
24,5371
287,5429598
0,000533333 0,000594333
25,61
23,86
24,7218
366,8741202
Ui praktis
Ud praktis
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
187,5631799 183,2364629
301,4507209 294,4968403
384,6189386 375,7465294
Aliran counter-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
ΔT1
ΔT2
ΔT LMTD
Uo praktis
(m3/s)
cold (m3/s)
(oC)
(oC)
(oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333
35,60
35,09
35,3422
185,6531192
0,000466667 0,000594333
35,5
35,6
35,5500
232,5964702
0,000533333 0,000594333
35,2
35,57
35,3854
186,5543458
Ui praktis
Ud praktis
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
194,6327139 190,1429165
243,8466017
238,221536
195,5775306 191,0659382
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
ΔT1
ΔT2
ΔT LMTD
Uo praktis
(m3/s)
cold (m3/s)
(oC)
(oC)
(oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333
23,39
23,80
23,5938
194,6667489
0,000466667 0,000594333
23,26
23,42
23,3392
302,3010085
0,000533333 0,000594333
23,61
23,33
23,4700
386,4425654
Ui praktis
Ud praktis
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
204,0823111
199,37453
316,9225808 309,6117946
405,1338624 395,7882139
Perhitungan mass velocity, Re, ho, hi dan hio
Gt =
Re =
Wt
at
Gs =
D Gt
μ
1
k
Cp × μ 3
� × Φt
hi = jH × � � × �
k
D
hio = hi ×
ID
OD
Re =
Ws
as
D Gs
μ
1
k
Cp × μ 3
�
ho = jH × � � × �
k
De
× Φs
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
Gt =
Gt =
Wt
at
0,4066 kg/s
0,001600642 m2
Gt = 254,0206199 kg/s.m2
Re =
Re =
D Gt
μ
0,0210058 m × 254,0206199 kg/s. m2
0,000411484 kg/m. s
Re =12967,5
1
k
Cp × μ 3
� × Φt
hi = jH × � � × �
D
k
hi = 53 × �
0,662830935 J/s.m.°C
0,0210058 m
�×
1
4184,9155 J/kg.°C × 0,000411484 kg/m.s 3
�
�
0,662830935 J/s.m.°C
× 0,9875
hi = 2270,446496 J/s.m2.oC
hio = hi ×
ID
OD
hio = 2270,446496 J/s. m2 . °C ×
hio = 2165,696946 J/s.m2.oC
Gs =
Gs =
0,0210058 m
0,0220218 m
Ws
as
0,591333074 kg/s
0,001220643 m2
Gs = 484,4440346 kg/s.m2
Re =
D Gs
μ
0,0210058 m × 484,4440346 kg/s. m2
Re =
0,622481081 kg/m. s
Re = 85761,4
1
k
Cp × μ 3
� × Φs
ho = jH × � � × �
De
k
0,6224811 J/s.m.°C
ho = 180 × �
0,136398 m
ho = 1531,179281 J/s.m2.oC
�×
1
4174,2883 J/kg.°C × 0,000770477 kg/m.s 3
�
�
0,622481081 J/s.m.°C
× 1,0782
Aliran co-current
T = 70°C
Tube side, Hot Fluid
flow rate hot
ρ hot
Wt
Gt
μ
(m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000416667 975,83058 0,406596073 254,0206199 0,0004115 12967,5
0,000466667 975,89353 0,455416978 284,5214473 0,0004117 14515,3
0,000533333 975,98795 0,520526906 325,1988305 0,0004121 16574,8
jH
k
hi
hio
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
53
0,66283094
2270,446496 2165,696946
55
0,66277698
2356,69745
62
0,66269604
2657,610211 2534,998436
2247,968617
Shell side, Cold Fluid
flow rate
ρ cold
Ws
Gs
μ
cold (m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000594333 994,95189 0,591333074 484,4440346 0,0007705 85761,4
0,000594333 995,01676 0,591371626 484,4756174 0,0007773 85011,5
0,000594333 995,00865 0,591366807 484,4716696 0,0007765 85104,5
k
ho
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
180
0,62248108
1531,179281
175
0,62183243
1493,897909
174
0,62191351
1484,710732
jH
T = 57°C
Tube side, Hot Fluid
flow rate hot
ρ hot
Wt
Gt
μ
(m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000416667 984,90671 0,410377798 256,3832498 0,0004991 10790,1
0,000466667 985,00606 0,459669496
287,178205
0,0005009 12044,2
0,000533333 984,84162 0,525248866 328,1488715 0,0004980 13842,0
jH
k
hi
hio
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
40
0,65065268
1802,227393 1719,079647
48
0,6504457
2165,775987 2065,855526
55
0,65078828
2475,728069 2361,507628
Shell side, Cold Fluid
flow rate
ρ cold
Ws
Gs
μ
cold (m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000594333 995,16270 0,591458366 484,5466788 0,0007927 83371,7
0,000594333 995,01676 0,591371626 484,4756174 0,0007773 85011,5
0,000594333 994,98490 0,591352694
k
ho
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
170
0,62037297
1422,042954
175
0,62183243
1452,512555
177
0,62215097
1466,581327
jH
484,460108
0,0007740 85378,1
Aliran counter-current
T = 70°C
Tube side, Hot Fluid
flow rate hot
ρ hot
Wt
Gt
μ
(m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000416667 975,70468 0,406543615 253,9878468 0,0004110 12982,3
0,000466667 975,89353 0,455416978 284,5214473 0,0004117 14515,3
0,000533333 976,10036 0,520586859 325,2362855 0,0004126 16558,0
jH
53
k
hi
hio
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
0,66293885
2269,339844 2164,641351
55
0,66277698
2356,69745
2247,968617
62
0,66259969
2658,763265 2536,098293
Shell side, Cold Fluid
flow rate
ρ cold
Ws
Gs
μ
cold (m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
0,000594333 994,34054
0,59096973
Re
484,1463685 0,0007406 89171,1
0,000594333 994,89800 0,591301046 484,4177956 0,0007649 86380,6
0,000594333 994,46259 0,591042266 484,2057925 0,0007459 88544,6
k
ho
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
190
0,62506115
1590,573327
183
0,62300736
1552,205535
185
0,62461151
1553,238277
jH
T = 57°C
Tube side, Hot Fluid
flow rate hot
ρ hot
Wt
Gt
μ
(m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000416667 984,90671 0,410377798 256,3832498 0,0004991 10790,1
0,000466667 985,00606 0,459669496
287,178205
0,0005009 12044,2
0,000533333 984,84162 0,525248866 328,1488715 0,0004980 13842,0
jH
k
hi
hio
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
40
0,65065268
1802,227393 1719,079647
48
0,6504457
2165,775987 2065,855526
55
0,65078828
2475,728069 2361,507628
Shell side, Cold Fluid
flow rate
ρ cold
Ws
Gs
μ
cold (m3/s)
(kg/m3)
(kg/s)
(kg/s.m2)
(kg/m.s)
Re
0,000594333 994,74167 0,591208131 484,3416755 0,0007581 87145,1
0,000594333 994,73312 0,591203053 484,3375159 0,0007577 87187,3
0,000594333 994,64769 0,591152278
k
ho
(J/s.m.oC)
(J/s.m2.oC)
181
0,62358333
1487,303612
181
0,62361481
1487,007031
182
0,62392956
1492,234012
jH
484,295919
0,0007540 87611,3
Perhitungan Uc
Uc =
hio × ho
hio + ho
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
Uc =
hio × ho
hio + ho
2165,696946 J/s. m2 . °C × 1531,179281 J/s. m2 . °C
Uc =
2165,696946 J/s. m2 . °C + 1531,179281 J/s. m2 . °C
Uc = 896,9925116 J/s.m2.oC
Aliran co-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
Uc
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 896,9925116
0,000466667 0,000594333 897,4760574
0,000533333 0,000594333 936,3213175
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
Uc
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 778,2584159
0,000466667 0,000594333 852,8616162
0,000533333 0,000594333 904,7185246
Aliran counter-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
Uc
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 916,8639056
0,000466667 0,000594333 918,1972167
0,000533333 0,000594333
963,277264
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
Uc
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 797,4072849
0,000466667 0,000594333
864,638483
0,000533333 0,000594333 914,4157371
Perhitungan Ui, Uo dan Ud teoritis
Uo =
1
1
ro
ri
ro 1
+
�
�
ln
�
�
+
ho
k
ro
ri hi
1
Ui =
1
ri
ro
ri 1
hi + � k � ln � ri � + ro ho
Uo + Ui
Ud =
2
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
Uo =
Uo =
1
1
ro
ri
ro 1
ho + � k � ln �ro� + ri hi
1
1
0,0110109 m
0,0105029 m 0,0110109 m
1
+�
�ln�
�+
0,0110109 m 0,0105029 m 2270,446496 J/s.m2.°C
1531,179281 J/s.m2 .°C 0,66283094 J/s.m.°C
Uo = 526,4573753 J/s.m2.oC
Ui =
Ui =
1
1
ri
ro
ri 1
+
�
�
ln
�
�
+
hi
k
ri
ro ho
1
1
0,0105029 m
0,0110109 m 0,0105029 m
1
+�
�ln�
�+
0,0105029 m 0,0110109 m 1531,179281 J/s.m2 .°C
2270,446496 J/s.m2 .°C 0,66283094 J/s.m.°C
Ui = 551,9208517 J/s.m2.oC
Ud =
Ud =
Uo + Ui
2
526,4573753 J/s. m2 . °C + 551,9208517 J/s. m2 . °C
2
Ud = 539,1891135 J/s.m2.oC
Aliran co-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
Uo teoritis
Ui teoritis
Ud teoritis
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 526,4573753
551,9208517
539,1891135
0,000466667 0,000594333 526,6061892
552,0768634
539,3415263
0,000533333 0,000594333 539,7173537
565,8221834
552,7697686
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
Uo teoritis
Ui teoritis
Ud teoritis
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 479,7868012
502,9929343
491,3898678
0,000466667 0,000594333 507,0694729
531,5952032
519,332338
0,000533333 0,000594333 525,0753877
550,4720207
537,7737042
Aliran counter-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
Uo teoritis
Ui teoritis
Ud teoritis
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 533,2766813
559,0699912
546,1733362
0,000466667 0,000594333 533,6728834
559,4853566
546,57912
0,000533333 0,000594333 548,5315935
575,0627467
561,7971701
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
Uo teoritis
Ui teoritis
Ud teoritis
(m3/s)
cold (m3/s)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
(J/s.m2.oC)
0,000416667 0,000594333 486,9964346
510,5512803
498,7738575
0,000466667 0,000594333 511,2093062
535,9352702
523,5722882
0,000533333 0,000594333 528,3271164
553,8810277
541,104072
Perhitungan Rd
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
Uc × Ud
Uc + Ud
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
Uc × Ud
Uc + Ud
896,9925116 J/s. m2 × 135,511 J/s. m2
896,9925116 J/s. m2 + 135,511 J/s. m2
𝑅𝑅𝑅𝑅 = 0,006264638
Aliran co-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
(m3/s)
cold (m3/s)
Rd
0,000416667 0,000594333 0,006264638
0,000466667 0,000594333 0,005536007
0,000533333 0,000594333 0,004284948
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
(m3/s)
cold (m3/s)
Rd
0,000416667 0,000594333 0,004172509
0,000466667 0,000594333 0,002223099
0,000533333 0,000594333 0,001556052
Aliran counter-current
T = 70°C
flow rate hot
flow rate
(m3/s)
cold (m3/s)
Rd
0,000416667 0,000594333
0,0041685
0,000466667 0,000594333
0,0031087
0,000533333 0,000594333
0,0041957
T = 57°C
flow rate hot
flow rate
(m3/s)
cold (m3/s)
Rd
0,000416667 0,000594333
0,0037616
0,000466667 0,000594333
0,0020733
0,000533333 0,000594333
0,001433
Perhitungan α, p, q
Re =
Dc. Gs
μ
Cpμ
k
hD
Nu =
k
Pr =
Pada aliran co-current; T = 70°C; flowrate = 25 L/menit = 0,000416667 m3/s
Re =
Dc. Gs
μ
Re =
0,0210058 m × 484,4440346 kg/s. m2
0,622481081 kg/m. s
Re = 85761,4
log Re = 4,112855442
Cpμ
k
4184,915468 J/s. m. °C × 0,622481081 kg/m. s
Pr =
0,622481081 J/s. m. °C
Pr =
Pr = 2,597985221
log Pr = 0,414636676
Nu =
Nu =
hD
k
J
2270,446496 s . m2 . °C × 0,0210058 m
Nu = 71,9528
0,622481081 J/s. m. °C
log Nu = 1,857047729
Aliran co-current
T = 70°C
Nu
Pr
Re
Log Nu
Log Pr
Log Re
71,9528
2,59799
12967,5
1,85705
0,41464
4,11286
74,6923
2,59983
14515,3
1,87328
0,41494
4,16183
84,2396
2,60259
16574,8
1,92552
0,41541
4,21945
Bilangan Nusselt, Prantdl, Reynold yang didapatkan pada perhitungan sebelumnya
di log kan sesuai persamaan berikut:
Log Nu = Log α + p Log Re + q Log Pr
1 log Re1
Dilakukan perkalian A.X=B, dengan matrix A: �1 log Re2
1 log Re3
log α
matrix B: � p �
q
log Pr1
log Pr2 �
log Pr3
log Nu1
log
Nu2 �
�
matrix C:
log Nu3
Karena nilai yang ingin diketahui yaitu log α, p dan q maka perkalian matrix
menjadi
A-1B,
X=
sehingga
pada
excel
menggunakan
rumus
=MINVERSE(J14:L16) untuk mencari invers dari nilai A, dan didapatkan nilai
−4527,616 8448,73 −3920,12
invers matrix A yaitu �−94,96897 158,326 −63,3567�.
11863,9
−21946,7 10082,8
Kemudian dilakukan perkalian antara matrix A invers dan B untuk mendapatkan
nilai X, pada excel menggunakan rumus =MMULT(P14:R16;N14:N16)
log α
−129,4417282
sehingga didapatkan nilai matrix X yaitu � p � = �−1,768638813�.
q
334,2032668
log α dipangkatkan 10 agar mendapatkan nilai α nya, sehingga dari perhitungan
sebelumnya didapatkan data sebagai berikut:
α = 3,6164×10-130
p = -1,768638813
q = 334,2032668
Diketahui nilai α, p, dan q dari literatur ialah sebagai berikut :
α = 0,36
p = 0,55
q = 0,33
Sehingga didapatkan persen error:
T (°C)
70
flow rate hot (m3/s)
Nu Praktis
Nu Teoritis
% error
0,000416667
71,9528
90,199285
20,2291
0,000466667
74,69227
95,992792
22,1897
0,000533333
84,23957
103,29581
18,4482
T = 57°C
Nu
Pr
Re
Log Nu
Log Pr
Log Re
58,1835
3,20572
10790,1
1,7648
0,50593
4,03303
69,9426
3,21791
12044,2
1,84474
0,50757
4,08078
79,9102
3,19774
13842
1,9026
0,50484
4,1412
T (°C)
57
flow rate hot (m3/s)
Nu Praktis
Nu Teoritis
% error
0,000416667
58,18347
87,382085
33,4149
0,000466667
69,94259
92,9458
24,7491
0,000533333
79,91024
100,12915
20,1928
Aliran counter-current
T = 70°C
Nu
Pr
Re
Log Nu
Log Pr
Log Re
71,906
2,5943
12982,3
1,85677
0,41402
4,11335
74,6923
2,59983
14515,3
1,87328
0,41494
4,16183
84,2884
2,60588
16558
1,92577
0,41595
4,21901
T (°C)
70
flow rate hot (m3/s)
Nu Praktis
Nu Teoritis
% error
0,000416667
71,90603
90,213593
20,2936
0,000466667
74,69227
95,992792
22,1897
0,000533333
84,28837
103,28125
18,3895
T = 57°C
Nu
Pr
Re
Log Nu
Log Pr
Log Re
58,1835
3,20572
10790,1
1,7648
0,50593
4,03303
69,9426
3,21791
12044,2
1,84474
0,50757
4,08078
79,9102
3,19774
13842
1,9026
0,50484
4,1412
T (°C)
57
flow rate hot (m3/s)
Nu Praktis
Nu Teoritis
% error
0,000416667
58,18347
87,382085
33,4149
0,000466667
69,94259
92,9458
24,7491
0,000533333
79,91024
100,12915
20,1928
LAMPIRAN
REFERENSI
LEMBAR ASISTENSI
DIPERIKSA
KETERANGAN
NO
TANGGAL
1
05/10/2021
2
07/10/2021
3
4
08/10/2021
08/10/2021
Bab II, Bab IV, Bab V, Daftar Pustaka,
Lembar Perhirungan
Lampiran, Bab III, Bab IV, Lembar
Perhitungan
Bab III, Lembar Perhitungan
P0 Dosen
TANDA TANGAN