Laporan Plate Heat Exchanger Polban

BAB I PENDAHULUAN Tujuan 1. 2. 3. 4.

Memahami fungsi alat penukar jenis pelat Memahami mekanisme operasi alat penukar kalor jenis plat Mengetahui komponen-komponen utama alat penukar kalor jenis pelat Mengetahui cara mengetahui total heat transfer coefficient alat penukar kalor pelat yang ada di Labotarium Pilot Plant

Landasan Teori Penukar Kalor Panas atau kalor merupakan suatu bentuk energi yang berpindah karena adanya perbedaan temperatur. Panas atau kalor tersebut akan bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Ketika panas atau kalor bergerak maka akan terjadi pertukaran panas dan kemudian akan berhenti ketika kedua tempat tersebut sudah memiliki temperatur yang sama. Contohnya, kopi panas ke lingkungan yang mempunyai suhu 20°C, hingga terjadi kesetimbangan atau kesamaan suhu pada gelas dan lingkungan (Cengel, 2003). Mekanisme Perpindahan Panas Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat berupa konduksi, konveksi atau radiasi. Dalam aplikasinya, ketiga mekanisme ini dapat terjadi secara simultan. a. Konduksi Suatu material bahan yang mempunyai gradient, maka kalor akan mengalir tanpa disertai oelh suatu gerakan zat. Aliran kalor seperti ini disebut konduksi atau hantaran. b. Konveksi Konveksi merupakan proses perlindungan kalor dengan media atau benda yang menghantarkan kalor juga turut berpindah, seolah-olah kalor dibawa oleh media tersebut. Proses perpindahan kalor ini umumnya terjadi dari benda padat ke fluida baik cair maupun gas. Kalor yang dipindahkan secara konveksi dinyatakan dengan persamaan Newton.

q = - h .A .d T Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II Termodinamika, sedangkan panas yang dipindahkan selalu mempunyai tanda (+). c. Radiasi Pada proses radiasi, panas diubah menjadi gelombang elektromagnetik yang merambat tanpa melalui ruang media penghantar. Menurut hukum Stefan Boltzman tentang radiasi panas dan berlaku hanya untuk benda hitam, qσ=.A . T4 Alat Penukar Panas Alat penukar panas adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dapat berfungsi sebagai pemanas maupun pendingin.Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien.Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak balik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Terdapat dua aliran penukaran panas yaitu penukaran panas dengan aliran searah (co-current) dan penukaran panas dengan aliran berlawanan arah (countercurrent). a. Aliran Co-Current Penukaran panas jenis ini, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi penukar yang sama, mengalir dengan arah yang sama dan keluar pada sisi yang sama pula. Karakter Eksergi, Vol XI, No. 02. 2014 ISSN: 1410-394X, penukar panas jenis ini, temperatur fluida dingin yang keluar dari alat penukar panas tidak dapat melebihi temperatur fluida panas yang keluar dari alat penukar panas, sehingga diperlukan media pendingin/pemanas yang banyak.

Gambar 1. Profil Temperatur Aliran Co-Current (Cengel,2003)

Neraca panas yang terjadi: mc . (Tcb – Tca) = mh . (Tha – Thb) Dengan asumsi nilai kapasitas panas spesifik (Cp) fluida dingin dan panas konstan, tidak ada kehilangan panas ke lingkungan serta keadaan steady state, maka kalor yang dipindahkan, q =∆T LMTD U . A b. Aliran Counter-Current Penukar panas jenis ini, kedua fluida (panas dan dingin) masuk dan keluar pada sisi yang berlawanan.Temperatur fluida dingin yang keluar dari penukar panas lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar dari penukar kalor, sehingga dianggap lebih baik dari aliran searah.

Gambar 2. Profil Temperatur Aliran Counter-Current (Cengel, 2003) Plate And Frame Heat Exchanger Alat penukar panas ini terdiri dari pelat-pelat tegak lurus, bergelombang atau profil lainnya. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak. Pelat-pelat dari sekat ditentukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat terdapat lubang pengalir fluida, fluida mengalirpada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat (Artono, 2002).

Gambar 3. Penukar Panas Plat and Frame (Rudi Hartono,2008)

Gambar 4. Penukar panas jenis pelat and Frame (Rudi Hartono,2008)

BAB II

DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN Data Pengamatan Tabel 1 Kalibrasi Laju Alir Air Panas N O

SUHU AIR 0 C

LAJU ALIR ROTAMETER (l/jam)

1

60

200

2

60

300

3

60

400

4

60

500

5

60

600

WAKTU (jam) 0.00138 89 0.00138 89 0.00138 89 0.00138 89 0.00138 89

VOLUME AIR (liter)

LAJU ALIR REAL (l/jam)

0.23

165.6

0.4

288

0.58

417.6

0.765

550.8

0.9

648

Grafik 1. Kurva Kalibrasi Laju Alir Air Panas

Tabel 2 Kalibrasi Laju Alir Air Dingin N O

SUHU AIR 0 C

LAJU ALIR ROTAMETER (l/jam)

1

25

200

2

25

300

WAKTU (jam) 0.00138 89 0.00138 89

VOLUME AIR (liter)

LAJU ALIR REAL (l/jam)

0.215

154.8

0.42

302.4

3

25

400

4

25

500

5

25

600

0.00138 89 0.00138 89 0.00138 89

0.575

414

0.7

504

0.74

532.8

Grafik 1. Kurva Kalibrasi Laju Alir Air Panas

Tabel 3 Data Hasil Pengamatan N O 1 2 3 4 5

LAJU ALIR (L/jam) 200 200 200 200 200

AIR PANAS SUHU SUHU MASUK KELUAR 0 0 C C 68 53 68 46 68 44 67 41 65 38

LAJU ALIR (L/jam) 100 200 300 400 500

AIR DINGIN SUHU SUHU MASUK KELUAR 0 0 C C 25 44 25 40 25 38 25 36 24 35

Tabel 4 Koreksi Laju Alir Data Hasil Pengamatan N O 1 2 3

LAJU ALIR (L/jam) 165.6 165.6 165.6

AIR PANAS SUHU SUHU MASUK KELUAR 0 0 C C 68 53 68 46 68 44

LAJU ALIR (L/jam) 154.8 302.4 414

AIR DINGIN SUHU SUHU MASUK KELUAR 0 0 C C 25 44 25 40 25 38

4 5

165.6 165.6

67 65

41 38

504 532.8

25 24

36 35

Perhitungan dan Pengolahan Data Tabel 5 Selisih Suhu pada Laju Air Dingin N O 1 2 3 4 5

LAJU ALIR (L/jam) 154.8 302.4 414 504 532.8

SUHU MASUK 0 C 25 25 25 25 24

SUHU KELUAR 0 C 44 40 38 36 35

∆Tdingin 19 15 13 11 11

ρ= 1 g/cm3= 1 kg/dm3 Cp= 1 kal/gram0C = 1000 kal/kg0C Q=mCp ∆ T Table 6 Hasil Perhitungan Kalor pada Laju Air Dingin N O 1 2 3 4 5

LAJU ALIR (L/jam) 154.8 302.4 414 504 532.8

∆Tdingin 19 15 13 11 11

Q (kkal) 2941.2 4536 5382 5544 5860.8

Tabel 7 Selisih Suhu pada Laju Air Panas N O 1 2 3 4 5

LAJU ALIR (L/jam) 165.6 165.6 165.6 165.6 165.6

SUHU MASUK 0 C 68 68 68 67 65

SUHU KELUAR 0 C 53 46 44 41 38

∆Tpanas 15 22 24 26 27

Tabel 5 Selisih Suhu pada Laju Air Dingin N

LAJU ALIR

SUHU MASUK

SUHU KELUAR

∆Tdingin

O 1 2 3 4 5

LMTD=

0

(L/jam) 154.8 302.4 414 504 532.8

0

C 25 25 25 25 24

C 44 40 38 36 35

19 15 13 11 11

∆ T panas−∆ T dingin ∆ T panas ln( ) ∆ T dingin

Tabel 7 Hasil Perhitungan Log Mean Temperature Difference (LMTD) N O

LAJU ALIR AIR DINGIN

∆Tpana s

∆Tdin gin

∆Tpanas ∆Tdingin

1

154.8

15

19

-4

2

302.4

22

15

7

3

414

24

13

11

4

504

26

11

15

5

532.8

27

11

16

ln

∆ T panasLMTD ∆ T dingin

0.23638 9 0.38299 23 0.61310 45 0.86020 13 0.89794 16

Q=UxAxLMTD

U=

Q AxLMTD

A= 0.4 m2 Tabel 8 Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan N O

LAJU ALIR AIR DINGIN

Q (kkal)

1

154.8

2941.2

2

302.4

4536

3

414

5382

4

504

5544

LMTD 16.9212 77 18.2771 32 17.9414 77 17.4377

U (kal/0C m2 ) 434541.67 1 620447.44 9 749938.24 4 794825.96

16.921 28 18.277 13 17.941 48 17.437 78 17.818 53

5

532.8

5860.8

8 17.8185 31

9 822290.01 4

Grafik 3. Kurva Laju Alir tehadap Koefisien

BAB IV PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN Pembahasan Azka Muhammad Syahida (151411037) Perpindahan panas dalam Plate Heat Exchanger (PHE) terjadi secara tidak langsung karena perpindahan panas terjadi melalui perantara berupa pelat logam. Panas berpindah pada fluida yang mengalir dalam Plate Heat Exchanger (PHE). Karena memiliki suhu yang berbeda. Mekanisme perpindahan panas terjadi dari bagian yang bersuhu lebih tinggi ke bagian yang bersuhu lebih rendah di dalam Plate Heat Exchanger (PHE) dengan cara konduksi dan konveksi. Perpindahan panas secara konduksi terjadi dalam suatu medium padat, cair, atau gas. Di dalam Plate Heat Exchanger (PHE) perpindahan panas secara konduksi terjadi pada pelat logam. Panasnya mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya gerakan atau aliran dari

bagian panas ke bagian yang dingin. Konveksi terjadi pada fluida yang bergerak dalam Plate Heat Exchanger (PHE) sehingga panas dalam fluida dapat berpindah.  Kalibrasi Pada praktikum kali ini, yang pertama kali dilakukan adalah kalibrasi laju alir pada aliran fluida panas dan aliran fluida dingin. Untuk kalibrasi fluida panas dilakukan saat awal pemanasan karena jika dilakukan terakhir dikhawatirkan air yang ada dalam tangki sudah panas. Untuk fluida dingin, air hasil kalibrasi tidak dimasukkan ke dalam tangki agar suhu aliran masuk tidak berubah. Tujuan dilaksanakan kalibrasi laju alir adalah untuk mengetahui laju alir sebenarnya. Untuk mendapatkan laju alir dilakukan dengan pembagian antara volume dan waktu (volume yang diperoleh setiap 5 detik).  Pendinginan Fluida Panas Pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas adalah semakin tinggi laju alir semakin besar nilai (Q). Koefisien perpindahan panas secara keseluruhan (U) diperoleh dari perhitungan neraca energi dimana Umasuk = Ukeluar. Pada laju alir fluida panas tetap di suhu 60 oC Upanas dan Udingin nilainya tidak begitu jauh hal ini dapat dikatakan perpindahan panas cukup baik,. Untuk laju alir fluida dingin tetap di suhu 60oC Upanas dan Udingin nilai nya tidak begitu jauh hal ini dapat dikatakan perpindahan panas cukup baik hal ini dikarenakan tidak ada panas yang hilang dari sistem ke lingkungan. Harga koefisien perpindahan panas dari perhitungan koefisien pindah panas keseluruhan (U) menggunakan persamaan neraca energi dan menggunakan empiris dapat dibandingkan hasilnya berbeda hal ini menunjukan bahwa perhitungan data plate heat exchanger (PHE) tidak dapat digunakan secara bersamaan. Efisiensi kalor ditentukan bedasarkan harga Qpanas dan Qdingin yang terbentuk. Semakin besar nilai efisiensi yang diperoleh maka semakin baik perpindahan panasnya. Fajar Nugraha (151411040) Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan , PHE yang digunakan dalam praktikum memindahkan panas atau mendinginkan fluida secara konduksi , melalui plat logam dalam PHE (Plate Heat Exchanger) . perpindahan

panas dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah. Pengkalibrasian laju alir bertujuan agar diketahui laju alir fluida panas dan laju alir fluida yang dingin secara konstan , sehingga untuk pengolahan data diperoleh hasil yang akurat. Fluida air dingin , air hasil kalibrasi tidak dimasukan kedalam tangki lagi , agar aliran masuk tidak berubah suhunya . Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan , dilakukan varasi terhadap perbedaan laju alir air dingin yaitu 154.8 , 302.4 , 414 , 504 , 532.8 L/jam. Diperoleh nilai Q yang berbanding lurus dengan nilai laju alir , semakin besar laju alir air dingin , maka semakin besar pula kalor(Q) yang dibutuhkan untuk memanaskan air dingin tersebut . Log Perbedaan suhu rata – rata ( juga dikenal dengan singkatan LMTD) digunakan untuk menentukan suhu yang berlaku untuk perpindahan panas dalam sistem aliran , semakin besar LMTD tersebut , semakin banyak panas yang ditransfer. Dalam percobaan yang telah dilakukan LMTD semakin besar ketika perbedaan suhu yang diperoleh antara suhu air panas dan air dingin semakin besar pula . Selain itu diperoleh nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) yang berbanding lurus dengan laju alir fluida , artinya semakin tinggi laju alir flida ,maka semakin besar pula nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Lora Trismigo Pangesti (151411047) Plate and Frame Heat Exchanger adalah salah satu tipe Heat Exchanger yang menggunakan pelat sebagai tempat perpindahan panas di antara dua fluida. Gasket yang terdapat pada Plate and Frame Heat Exchanger berfungsi untuk menghindari bercampurnya fluida panas dan fluida dingin. Gasket diapit di antara pelat dan menyegel pelat di sekeliling tepi pelat tersebut. Pada saat praktikum hal pertama yang dilakukan adalah mengkalibrasi PHE untuk mengetahui laju alir dari dari aliran fluida panas dan fluida dingin. Laju alir didapat dari pengambilan volume air yang keluar dari PHE setiap 5 detik sekali dengan laju rotameter yang berbeda-beda. Hal ini dilakukan pada aliran fluida

panas maupun dingin. Kemudian setelah didapatkan volumenya maka dapat diketahui laju alir fluida tersebut. Laju alir yang mengalir mempengaruhi besarnya nilai kalor yang terpindahkan. Semakin besar laju alir akan menghasilkan

∆t

yang besar. Sedangkan semakin

besar kalor yang terpindahkan maka semakin besar nilai koefisien perpindahan kalor keseluruhan. Log Perbedaan suhu rata – rata digunakan untuk menentukan suhu yang berlaku untuk perpindahan panas dalam sistem aliran, semakin besar LMTD maka semakin banyak panas yang ditransfer. Dalam percobaan LMTD yang diperoleh semakin besar ketika perbedaan

∆t

antara suhu air panas dan air

dingin semakin besar pula. Rani Dewi Eryani (1514111054) Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Panas berpindah karena adanya aliran massa yang berpindah. Aliran massa tersebut dapat terjadi secara difusi maupun karena adanya tenaga atau energi dari luar yang dapat berupa pengadukan maupun fluida yang mengalir. Prinsip kerja Plate Heat Exchanger adalah mengalirkan fluida yang berlawanan arah antara fluida panas dan fluida dingin pada sejumlah pelat tipis yang dipasang pada suatu rangka dan ditekan rapat satu sama lain dengan tujuan agar waktu kontak antara kedua fluida lebih lama dan perpindahan panasnya berlangsung lebih cepat. Transfer panas yang terjadi pada alat plate heat exchanger yaitu:  Secara Konduksi Panas pada satu bagian pelat logam merambat kebagian lainnya tanpa adanya material pelat logam yang ikut berpindah.  Secara Konveksi Pada praktikum ini dilakukan percobaan dengan variasi variable bebasnya ada laju alir air dingin dan variable terukurnya adalah suhu. Langkah awal yang

dilakukan pada praktikum ini adalh mengkalibrasi laju alir air dingin maupun panas dengan tujuan untuk mengetahui laju alir sebenernya sehingga diperoleh perhitungan yang tepat. Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan persamaan neraca energi dan persamaan empiris, diperoleh nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) dan dihasilkan bahawan nilai U tidak sama untuk semua aliran, artinya perhitungan data tidak dapat dilakukan secara bersamaan, namun besar nilai koefisiren perpindahan panas berbanding lurus dengan laju alir fluida, artinya semakin tinggi laju alir fluida, semakin besar pula nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Hal ini dikarenakan nilai koefisien kalor berbading lurur dengan nilai Q dan laju alir massa, artinya semakin banyak massa yang di kontak/menyentuh plat akan semakin banyak kalor yang diserap. Hal lain yang dapat diamati pada pratikum ini adalah perubahan suhu pada setiap perbedaan laju alir, semakin besar laju alir air dingin semakin kecil suhu keluara pada laju aliir air panas, hal n sesuai dasar teori bahwa suhu akan mengalir ke benda yang memilii suhu lebih rendah, dan dalam hal ini pun dapat disimpulkan bahwa semakin banyak massa laju alir air dingin yang kontak akan semakin banyak kalor yang perpindah Berdasarkan hasil percobaan, ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan ketika menggunakan PHE sebagai alat penukar panas adalah adanya kalor yang berpindah kelingkungan, laju alir fluida, luas permukaan plate, suhu fluida yang diumpankan baik fluida panas ataupun fluida dingin, serta sifat dari fluidanya itu sendiri.

Kesimpulan