Heat Exchanger

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM UNIT DAN OPERASI PROSES I

Double Pipe Heat Exchanger (Revisi)

Disusun Oleh:

Kelompok 5 Rabu

Atan Tuahta 1206226341

Muhammad Fatah Karyadi 1206263370

Paramita Dona Fitria 1206263383

Syafarudin 1306482035

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2014

Kelompok 5R Heat Exchanger

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA | UNIVERSITAS INDONESIA

2

BAB III

PERCOBAAN

3.1 Prosedur Percobaan

A. Percobaan Aliran Searah (co-current)

1. Aliran uap air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 1, 8, 10, 12,

13.

2. Aliran air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 4, 6 dan buka

kran 14 sebanyak 1/5 putaran.

3. Amati dan catat T3, T4, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.

4. Amati dan catat kecepatan alir air pada flow meter.

5. Dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch ukurlah laju uap air, dengan

mengukur kondensat yang terjadi.

6. Lakukan percobaan ini untuk 3 macam bukaan kran 14.

B. Percobaan Aliran Berlawanan (counter-current)

1. Aliran uap air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 1, 8, 11, 9,

13.

2. Aliran air: buka penuh semua aliran di bawah ini secara berurutan: 4, 6 dan buka

kran 14 sebanyak 1/5 putaran.

3. Amati dan catat T3, T5, T2, T1 setelah suhu tersebut konstan.

4. Amati dan catat kecepatan alir air pada flow meter.

5. Dengan menggunakan gelas ukur dan stopwatch ukurlah laju uap air, dengan

mengukur kondensat yang terjadi.

6. Lakukan percobaan ini untuk 3 macam bukaan kran 14.



3

3.2. Hasil Pengamatan

Tabel 1. Data hasil pengamatan aliran searah

Jenis

Aliran

Bukaan Valve Suhu Air (oC) Suhu Steam(

oC) Volume (mL)

Masuk Keluar Masuk Keluar Air (dalam 30s) Kondensat (dalam 30s)

Searah 1/5 27 70 125 92 320 72

2/5 27 68 105 76 590 68

3/5 27 64 95 66 870 72

4/5 27 49 90 53 1360 66

5/5 27 46 86 50 1426 70

DATA FISIK HE:

-Do( diameter pipa bag.luar ) 2,5 cm

-Di ( diameter pipa bag.dalam ) 1,4cm

-Panjang HE ( masing-masing ) 81 cm



4

BAB IV

PENGOLAHAN DATA

a. Menghitung Laju Alir (Q) dan Suhu Rata-Rata Aliran

Tabel 1V.A.1. Hasil Perhitungan Laju Alir dan Suhu Rata rata Air pada Aliran Searah

Jenis

Aliran

Bukaan

Valve

Qair (m3/s) Tair Tavg air

(0C)

in out

Searah 1/5 0.000064 27 70 48.5

2/5 0.000118 27 68 47.5

3/5 0.000174 27 64 45.5

4/5 0.000272 27 49 38

5/5 0.000285 27 46 36.5

Tabel IV.A.2. Hasil Perhitungan Laju Alir dan Suhu Rata rata Steam pada Aliran Searah

Jenis

Aliran

Bukaan

Valve

Qsteam

(m3/s)

Tsteam Tavg steam

(0C)

in out

Searah 1/5 0.0000073 125 92 108.5

2/5 0.0000068 105 76 90.5

3/5 0.0000072 95 66 80.5

4/5 0.0000066 90 53 71.5

5/5 0.000007 86 50 68

b. Nilai

Data-data yang diperlukan adalah . Semua data ini didapatkan dari

Tabel A.9 Buku Heat Transfer 10th

ed.- J.P Holman. Diperoleh data sesuai temperatur operasi

dengan melakukan interpolasi.



5

Tabel IV.B.1 Data Literatur untuk air pada Aliran Searah

Bukaan

Valve

Air

Tavg Q Cp

(kJ/kg.oC)

(kg/m3) (kg/m.s) k (W/m.oC) Pr

1/5 48.5 0.000064 4.174 988.9 5.68E-04 0.6435 3.7

2/5 47.5 0.000118 4.174 989 5.73E-04 0.642 3.78

3/5 45.5 0.000174 4.174 989.8 5.94E-04 0.642 3.86

4/5 38 0.000272 4.174 992.9 6.81E-04 0.631 4.5

5/5 36.5 0.000285 4.174 988.9 5.68E-04 0.6435 3.7

Tabel IV.B.2 Data Literatur untuk Steam pada Aliran Searah

Bukaan

Valve

Steam

Tavg Q Cp

(kJ/kg.oC)

(kg/m3) (kg/m.s) k (W/m.oC) Pr

1/5 108.5 0.0000073 4.221 950.5 2.53E-04 0.684 1.62

2/5 90.5 0.0000068 4.196 964.8 3.17E-04 0.677 1.96

3/5 80.5 0.0000072 4.194 971 3.54E-04 0.671 2.22

4/5 71.5 0.0000066 4.187 977.2 4.00E-04 0.665 2.5

5/5 68 0.000007 4.185 979.2 4.17E-04 0.663 2.6

c. Menghitung nilai laju massa (W)

Menggunakan persamaan:

Diperoleh data sebagai berikut:

Tabel IV.C. Hasil perhitungan nilai laju massa (W) aliran Searah

Jenis

Aliran

Bukaan

Valve

Q W

Air Steam Air Steam Air Steam

Searah 1/5 0.000064 0.0000073 988.9 950.5 0.06329 0.006939

2/5 0.000118 0.0000068 989 964.8 0.116702 0.006561

3/5 0.000174 0.0000072 989.8 971 0.172225 0.006991

4/5 0.000272 0.0000066 992.9 977.2 0.270069 0.00645

5/5 0.000285 0.000007 93.6 979.2 0.026695 0.006854



6

d. Menghitung nilai Diameter Ekuivalen (De) dan Diameter Hidraulik (Dh)

e. Menghitung Bilangan Reynold (Re)

Diperoleh hasil sebagai berikut:

Tabel IV.E. Hasil perhitungan bilangan Reynold

Jenis

Aliran

Bukaan

Valve

W Re

Air Steam Air Steam

Searah 1/5 0.06329 0.006939 3639.907 2495.495

2/5 0.116702 0.006561 6653.19 1883.169

3/5 0.172225 0.006991 9471.45 1797.011

4/5 0.270069 0.00645 12954.88 1467.134

5/5 0.026695 0.006854 1238.679 1495.67

Dimana ketentuan bilangan Reynold

Re < 2100 Laminar

2100 < Re < 10000 Transisi

Re > 10000 Turbulen

Sehingga dapat disimpulkan bahwa aliran air bersifat turbulen, dan untuk steam

bersifat laminar.



7

f. Menghitung Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Bagian Dalam (steam)

( hi )

Untuk aliran laminar

Sehingga diperoleh:

Tabel IV.F. Hasil perhitungan koefisien perpindahan kalor konveksi pipa bagian dalam

(steam)

Jenis Aliran Bukaan

Valve Re K (W/m.

0C) Pr h1 (W/m.

0C)

Searah 1/5 2495.495 0.684 1.62 1588.074

2/5 1883.169 0.677 1.96 1574.407

3/5 1797.011 0.671 2.22 1649.502

4/5 1467.134 0.665 2.5 1870.402

5/5 1495.67 0.663 2.6 1991.6

g. Menghitung Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Pipa Bagian Annulus (air)

(ho)

Untuk aliran turbulen

Sehingga diperoleh:

Tabel IV.G. Hasil perhitungan koefisien perpindahan kalor konveksi pipa bagian dalam (air)

Jenis Aliran Bukaan

Valve

Re k (W/m.0C) Pr h0 (W/m.

0C)

Searah 1/5 3639.907 0.6435 3.7 505.0337

2/5 6653.19 0.642 3.78 821.5719

3/5 9471.45 0.642 3.86 1096.689

4/5 12954.88 0.631 4.5 1450.037

5/5 13149.06 0.627 4.7 1477.242



8

h. Menghitung Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Bersih (Uc)

Asumsi: tube & shell HE terbuat dari Cu dimana pada T=20oC , nilai k Cu =386 W/m

2 oC

Sehingga diperoleh:

Tabel IV.H. Hasil perhitungan koefisien perpindahan kalor konveksi bersih

Jenis Aliran Bukaan

Valve

h0 (W/m.0C) h1

(W/m.0C)

Uc (W/m2 o

C)

Searah 1/5 505.0337 1588.074 573.0546

2/5 821.5719 1574.407 755.9704

3/5 1096.689 1649.502 890.7081

4/5 1450.037 1870.402 1079.293

5/5 1477.242 1991.6 1127.553

i. Menghitung Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi pada Keadaan Kotor (Ud)

LMTDA

qU D

Dimana:



9

sehingga diperoleh:

Tabel IV.I. Hasil Perhitungan koefisien perpindahan kalor konveksi kotor

Jenis Aliran Bukaan

Valve

q (kJ/s) LMTD Ud (W/m2 o

C)

Searah 1/5 3.290537 59.86085 1.544094

2/5 2.995746 42.71947 1.969832

3/5 3.191944 34.84708 2.572994

4/5 3.159355 32.93261 2.694774

5/5 3.328497 30.72001 3.043524

j. Menghitung Fouling Factor (Rd)

Tabel IV.J. Hasil perhitungan fouling factor (Rd)

Jenis Aliran Bukaan

Valve

Uc (W/m2

oC)

Ud (W/m2

oC)

Rd (W/m2 o

C)

Searah 1/5 573.0546 1.544094 0.645884

2/5 755.9704 1.969832 0.506335

3/5 890.7081 2.572994 0.38753

4/5 1079.293 2.694774 0.370162

5/5 1127.553 3.043524 0.32768

k. Menghitung nilai efektifitas HE (e)



10

Tabel IV.K. Hasil perhitungan nilai efektifitas HE

Jenis Aliran Bukaan

Valve

e %e

Searah 1/5 0.336735 33.67347

2/5 0.371795 37.17949

3/5 0.426471 42.64706

4/5 0.587302 58.73016

5/5 0.610169 61.01695

l. Menghitung nilai NTU

Untuk menentukan nilai NTU untuk keefektifan heat exchanger, digunakan

persamaan berikut untuk double pipe cocurrent flow berupa :

dan counter current flow berupa :

Persamaan ini menghasilkan data NTU sebagai berikut :

Tabel IV.L. Hasil perhitungan nilai NTU

Jenis Aliran Bukaan

Valve Cmin NTU

Searah 1/5 0.29288 0.221736

2/5 0.275284 0.113027

3/5 0.293211 0.081576

4/5 0.270041 0.047911

5/5 0.286857 0.048504

m. Menghitung nilai efisiensi ()

Untuk menentukan efisiensi dari alat perpindahan kalor ini (heat exchanger), dapat

dilakukan dengan cara membandingkan kalor yang dilepas dengan kalor yang diterima.

Persamaannya dapat ditulis seperti :

Perhitungan efisiensi dari masing-masing bukaan dapat dilihat pada tabel dibawah ini.



11

Tabel IV.M. Hasil perhitungan nilai efisiensi

Jenis Aliran Bukaan

Valve qsteam qair

Searah 1/5 3.290537 32.55756 10.10683

2/5 2.995746 59.05985 5.07239

3/5 3.191944 84.28322 3.787164

4/5 3.159355 115.2567 2.741146

5/5 3.328497 117.3868 2.835494



12

BAB V

ANALISIS

5.1 Analisis Percobaan

Analisa Percobaan

Percobaan heat exchanger ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja alat penukar

kalor jenis pipa ganda (double pipe heat exchanger) dengan menghitung koefisien

perpindahan panas, faktor kekotoran, efisiensi dan perbandingan aliran searah dan

berlawanan. Parameter-parameter tersebut didapatkan dari percobaan dengan mengukur laju

alir dan mengukur suhu masuk dan suhu keluar aliran. Alat penukar kalor pipa ganda (double

pipe heat exchanger) terdiri dari dua pipa konsentris. Pipa yang berada diluar dinamakan

anulus (shell), sedangkan bagian dalam dikenal sebagai pipa (pipe).

Dalam HE terjadi pertukaran kalor antara kedua fluida namun terjadi secara tidak

langsung. Pada percobaan ini, fluida yang digunakan adalah air dan steam. Air merupakan

fluida dingin dan dilewatkan pada bagian anulus dan steam adalah fluida panas yang dialirkan

pada bagian tube. Perpindahan kalor yang terjadi pada aliran fluida adalah proses konveksi,

sedangkan dari aliran panas yang ingin mengalir ke aliran dingin mengalami proses konduksi

karena ada dinding pipa yang menghalangi kedua fluida tersebut.

Untuk mengetahui unjuk kerjanya, dilakukan dua buah percobaan dengan perbedaan

arah aliran kedua fluida, yaitu dengan aliran searah dan aliran berlawanan arah. Tiap jenis

aliran dilakukan lima kali perlakuan dengan perbedaan laju alir fluida. Hal yang dilakukan

untuk mengatur arah aliran dalam alat penukar kalor ini adalah dengan mengganti bukaan

valve. Tujuan variasi arah aliran yang dilakukan pada percobaan ini adalah untuk menentukan

arah aliran manakah yang lebih efektif dalam proses pertukaran kalor, apakah aliran searah

ataupun aliran lawan arah. Data yang diambil untuk masing-masing arah aliran sebanyak 5

variasi laju alir air pendingin dari valve (yaitu 1/5 , 2/5, 3/5, 4/5, dan 5/5 putaran valve).

Semakin besar bukaan valve, maka semakin besar pula laju alir air yang mengalir melalui

bidang batas penukaran kalor.

Percobaan dilakukan dengan variasi laju aliran air yang berada di anulus dan arah

aliran steam yang berada di pipa. Untuk percobaan pertama mempergunakan arah aliran co-

current, lalu dilanjutkan counter current. Steam sengaja alirkan di dalam pipa dengan tujuan

agar kalor yang dibangkitkanb steam terserap dengan baik oleh air dibandingkan apabila

steam dialirkan di dalam annulus.



13

Aliran air mengalir di dalam anulus dan steam mengalir dalam pipa/tube. Steam

sengaja dialir-kan pada pipa (tube) dengan tujuan agar kalor yang dibangkitkan oleh steam

dapat terserap dengan baik oleh air dibandingkan apabila steam tersebut dialirkan di dalam

anulus.

Aliran kalor cenderung menuju ke arah lingkungan, karena itu steam dialirkan didalam

agar semua kalor yang keluar dapat terserap secara sempurna oleh air pada anulus. Jika steam

berada diluar (anulus) maka akan ada panas yang terbuang ke lingkungan secara konveksi

(heat loss), jadi pemanasan tidak efisien. Sebagai tambahan, steam yang dialirkan di bagian

tube akan mengurangi pemakain steam sehingga tidak berlebihan dalam pemakaiannya.

Penggunaan steam di pipe juga berhubungan dengan faktor keamanan dari HE tersebut.

Percobaan pertama menggunakan aliran searah. Valve aliran diatur sehingga aliran air

dan steam menjadi searah. Percobaan aliran searah dilakukan sebanyak lima kali dengan

variasi laju alir air yang keluar dengan mengatur valve. Pada setiap variasi laju alir, praktikan

melakukan pengukuran laju alir dari air dan steam dengan cara menampung aliran air dan

kondensat yang keluar dengan tabung ukur untuk lama waktu yang ditentukan. Pengukuran

laju alir dilakukan dengan prinsip banyaknya fluida yang keluar per satuan waktu di mana

banyaknya fluida tersebut memiliki satuan volum. Oleh karena itu, disebut laju alir

volumetrik. Pengukuran dengan metode ini sebenarnya kurang akurat, tetapi masih bisa

ditolerir asal ketika pembacaan skala pada gelas ukur serta pengukuran dengan waktu tepat

dan seteliti mungkin. Dari volum dan waktu yang ditentukan, praktikan mendapatkan laju alir

air dan steam. Setelah itu, praktikan mencatat suhu pada aliran masuk air dan steam serta suhu

aliran keluar air dan steam.

Pada alat ini terdapat faktor pengotor karena usia alat ini yang sudah cukup lama

sehingga diperhitungkan juga faktor pengotoran pada perhitungan performa alat ini nantinya.

Akibat adanya faktor pengotoran, perpindahan kalor yang terjadi antarfluida menjadi kurang

sempurna. Pengotoran ini disebabkan terutama akibat korosi. Karat tersebut memberikan

tahanan tambahan terhadap aliran kalor dan menyebabkan turunnya kinerja heat exchanger.

Faktor pengotoran merupakan angka yang menyatakan tingkat pengotoran suatu HE.

Faktor utama yang mempengaruhi faktor pengotoran secara langsung adalah nilai

koefisien transfer panasnya, Uc dan Ud. Secara teoritis, nilai Uc > Ud sehingga nilai dari Rd

tidak bernilai negatif. Untuk menentukan besarnya performa heat exchanger dipakai nilai

efektivitas yang besarnya ditentukan sebagai berikut:



14

mungkinyangmaksimumkalornperpindaha

nyatakalornperpindaha

Perpindahan kalor nyata dapat dihitung dari energi yang dilepaskan oleh fluida panas

atau energi yang diterima oleh fluida dingin.

untuk aliran searah : )()( 1221 cccchhhh TTcmTTcmq

untuk aliran lawan arah: )()( 2121 cccchhhh TTcmTTcmq

Perpindahan kalor maksimum terjadi bila salah satu fluida mengalami perubahan suhu

sebesar beda suhu maksimum yang terdapat dalam penukar kalor itu, yaitu selisih antara suhu

masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami beda suhu maksimum

ialah yang nilai mc nya minimum.

5.2 Analisis Hasil dan Perhitungan

Setelah melakukan percobaan, praktikan mendapatkan hasil berupa suhu masuk dan keluar

air, suhu masuk dan keluar uap, laju alir air, dan laju alir uap.

Tabel 5.2. Data hasil percobaan alirah Searah dan Berlawanan Arah

Jenis Aliran Bukaan

Valve

Suhu Air (oC) Suhu Steam(

oC) Volume (mL)

Masuk Keluar Masuk Keluar Air

(dalam 5s)

Kondensat

(dalam 10s)

Searah 1/5 28 40 94 37 860 30

2/5 28 38 94 37 900 26

3/5 28 37 94 37 920 26

4/5 28 36 94 36 960 20

5/5 28 36 94 36 1000 19

Berlawanan

Arah

1/5 28 48 104 32 580 29

2/5 28 45 103 31 750 29

3/5 28 44 103 31 860 27

4/5 28 44 103 30 940 26

5/5 28 43 104 30 950 26

Secara teoritis, data yang didapatkan pada percobaan diatas adalah data yang salah. Hal ini

dibuktikan dengan lebih tingginya suhu keluaran air dibandingkan dengan suhu keluaran steam.

Apabila suhu keluaran air lebih tinggi daripada suhu keluaran steam, maka perpindahan panas justru



15

akan terjadi dari air ke steam, padahal seharusnya perpindahan panas terjadi dari fluida yang

suhunya lebih panas yaitu steam ke fluida yang lebih rendah suhunya yaitu air. Oleh karena itu,

praktikan mengulang untuk mengambil data praktikum. Dan didapatkan data baru sebagai berikut.

Tabel 1. Data hasil pengamatan aliran searah

Jenis

Aliran

Bukaan Valve Suhu Air (oC) Suhu Steam(

oC) Volume (mL)

Masuk Keluar Masuk Keluar Air (dalam 30s) Kondensat (dalam 30s)

Searah 1/5 27 70 125 92 320 72

2/5 27 68 105 76 590 68

3/5 27 64 95 66 870 72

4/5 27 49 90 53 1360 66

5/5 27 46 86 50 1426 70

Secara teoritis, saat pengukuran suhu, jika fluida dingin dari keran memiliki laju alir

besar, maka kedua fluida keluar berada pada kondisi tidak terlalu panas (suhu keluar air

hampir sama dengan suhu keluar kondensat). Hal ini dikarenakan perpindahan kalor yang

kurang merata akibat jumlah fluida dingin yang terlalu banyak. Jumlah kondensat yang

dihasilkan relatif besar karena hampir semua steam telah berubah menjadi kondensat karena

kalor dalam steam telah ditransfer ke fluida dingin. Saat fluida dingin masuk memiliki laju

alir kecil, pembacaan laju alir volumetrik menjadi agak sulit karena aliran fluida yang keluar

panas (bersuhu relatif tinggi). Pada saat percobaan, untuk bukaan valve yang lebih kecil

didapatkan kenaikan temperatur air yang semakin besar karena lebih banyak terjadi kontak

dengan aliran steam yang konstan. Namun volume keluaran kondensat cenderung konstan

pada setiap bukaan valve.

Setelah melakukan pengolahan data, praktikan mencari nilai Reynold untuk

mengetahui kondisi aliran dari kedua fluida tersebut.

Tabel 2. Perhitungan nilai Reynold pada aliran Searah

Jenis

Aliran

Bukaan

Valve

W Re

Air Steam Air Steam

Searah 1/5 0.06329 0.006939 3639.907 2495.495

2/5 0.116702 0.006561 6653.19 1883.169

3/5 0.172225 0.006991 9471.45 1797.011

4/5 0.270069 0.00645 12954.88 1467.134

5/5 0.026695 0.006854 1238.679 1495.67



16

Dapat dilihat, bahwa kondisi aliran pada fluida air adalah turbulen, hal ini dapat dilihat pada

saat percobaan air yang keluar sangat deras jadi kemungkinan aliran tersebut merupakan

turbulen. Namun hal yang berbeda pada aliran uap air, didapat aliran tersebut laminar karena

nilai Re < 2100.

Analisis Perhitungan h0 dan hi

Nilai h0 ( koefisien konveksi pipa bagian luar) air

Nilai hi (koefisien konveksi pipa bagian dalam) steam

Berikut adalah tabulasi hasil perhitungan:

Tabel V.2.1. Tabulasi Data Perhitungan h0 dan hi

Jenis Aliran Bukaan

Valve

h0 (W/m.0C) h1

(W/m.0C)

Searah 1/5 505.0337 1588.074

2/5 821.5719 1574.407

3/5 1096.689 1649.502

4/5 1450.037 1870.402

5/5 1477.242 1991.6

Merujuk pada data yang telah diamati dan diolah, kita dapat melihat sebuah

kecenderungan bahwa bahwa semakin tinggi aliran air, suhu steam keluaran akan

semakin kecil hal ini disebabkan karena makin banyak kalor yang dibutuhkan untuk

memanaskan air dalam pipa, yang berakibat pada makin berkurangnya suhu steam. Hal ini

juga mempengaruhi nilai hi dan h0. Nilai h1 dan h0 sangat dipengaruhi oleh jenis aliran

(terlihat dari bilangan Reynold) dan sifat-sifat thermal fluida tersebut, jadi perubahan

aliran yang mengakibatkan perubahan suhu akan mengakibatkan perubahan pada h1 dan h0.

Jika dilihat berdasarkan persamaan, bilangan Reynold sangat dipengaruhi oleh laju alir.

Semakin besar laju alirnya maka semakin besar nilai bilangan Reynoldnya. Begitu juga yang

terjadi dalam percobaan. Sehingga secara tidak langsung, nilai hi dipengaruhi oleh laju alir

fluida. Dimana hi dengan laju alir akan berbanding lurus.



17

Analisis Perhitungan Uc, Ud, dan Rd

Dari nilai tersebut, praktikan dapat menghitung nilai koefisien perpindahan panas total

(Uc), dimana

01

1 1

1 0 0

1

ln1 1

2

cUr

Ar A

h KL A h

Berikut adalah tabulasinya:

Tabel V.2.2.a. Tabulasi Data Perhitungan Uc

Jenis Aliran Bukaan

Valve

h0 (W/m.0C) h1

(W/m.0C)

Uc (W/m2 o

C)

Searah 1/5 505.0337 1588.074 573.0546

2/5 821.5719 1574.407 755.9704

3/5 1096.689 1649.502 890.7081

4/5 1450.037 1870.402 1079.293

5/5 1477.242 1991.6 1127.553

Nilai Uc berbanding lurus dengan hi dan ho. Dan berdasarkan data hasil

perhitungan, semakin tinggi nilai hi dan ho, maka nilai Uc juga akan semakin besar. Dengan

kata lain, percobaan dengan teori memiliki kesamaan. Nilai Uc tidak hanya dipengaruhi oleh

nilai hi dan ho, secara tidak langsung, nilai Uc juga dipengaruhi faktor-faktor yang

mempengaruhi hi dan ho, yaitu sifat termal fluida, dan jenis aliran.

Semakin turbulen alirannya, maka perpindahan panasnya pun akan lebih baik,

hal ini ditunjukkan dari nilai koefisien perpindahan panas yang semakin besar. Nilai Uc

menunjukan koefisien perpindahan panas saat HE dalam kondisi bersih.

Faktor Pengotoran (Rd)

Salah satu faktor yang mempengaruhi unjuk kerja HE adalah faktor pengotoran (Rd), karena

seiring dengan berjalannya waktu, HE tidak lagi sebersih seperti saat pertama digunakan

akibat pengotor yang menempel pada HE, hal tersebut tentunya akan mengurangi unjuk kerja

HE, sehingga harus diperhitungkan dengan:

.

Sehingga, perhitungan tersebut dapat dirangkum dalam tabel:



18

Tabel V.2.2.b. Tabulasi data perhitungan Ud

Jenis Aliran Bukaan

Valve

q (kJ/s) LMTD Ud (W/m2 o

C)

Searah 1/5 3.290537 59.86085 1.544094

2/5 2.995746 42.71947 1.969832

3/5 3.191944 34.84708 2.572994

4/5 3.159355 32.93261 2.694774

5/5 3.328497 30.72001 3.043524

Secara teoritis, pada aliran berlawanan arah, LMTD yang dihasilkan lebih

besar, karena kenaikan suhu air lebih signifikan pada aliran berlawanan, sehingga

semakin banyak panas yang berhasil ditransfer. Sehingga pada proses-proses di industri

yang melibatkan proses HE, lebih banyak menggunakan aliran berlawanan daripada searah.

Pada praktikum ini, pada bkaan valve yang lebih kecil didapatkan nilai LMTD yang lebih

besar, hal ini dikarenakan laju alir air yang lebih rendah memungkinkan perpindahan panas

lebih efektif terjadi karena kontak antar fluida bisa dilakukan lebih lama sehingga panas yang

ditransfer juga akan semakin banyak

Tabel V.2.3. Perhitungan Rd data praktikum

Jenis Aliran Bukaan

Valve

Uc (W/m2

oC)

Ud (W/m2

oC)

Rd (W/m2 o

C)

Searah 1/5 573.0546 1.544094 0.645884

2/5 755.9704 1.969832 0.506335

3/5 890.7081 2.572994 0.38753

4/5 1079.293 2.694774 0.370162

5/5 1127.553 3.043524 0.32768

Adanya faktor pengotoran ini menghambat jalannya perpindahan panas. Faktor

pengotoran (fouling factor) merupakan besaran yang menyatakan tingkat pengotoran suatu

Heat Exchanger. Dengan kata lain, faktor utama yang mempengaruhi faktor kekotoran

secara langsung adalah nilai koefisien transfer panasnya, Uc dan Ud. Secara teoritis, nilai

Uc > Ud. Sehingga nilai dari Rd tidak bernilai negatif. Semakin besar nilai Ud, maka nilai

Rd-nya akan semakin kecil, dan sebaliknya untuk Uc. Pada percobaan yang dilakukan,



19

praktikan mendapat nilai Rd dengan range 0.3-0.6. Dalam dunia industri, nilai Rd yang masih

dapat diterima adalah 10-3

2x10-3. Bila dibandingkan dengan hasil yang didapatkan sangat

besar perbedaan nya, dengan kata lain dengan besarnya faktor pengotor, alat ini tidak layak

untuk dipakai dalam dunia industri.

Analisis Perhitungan efektivitas dan efisiensi

Efektivitas HE (e)

Efisiensi adalah suatu bilangan yang menunjukkan tingkat keefisienan dari suatu alat.

Semakin besar efisiensinya, maka alat tersebut semakin baik.

Nilai efisisiensi Heat Exchanger:

Tabel V.2.4. Perhitungan e data praktikum

Jenis Aliran Bukaan

Valve

e %e

Searah 1/5 0.336735 33.67347

2/5 0.371795 37.17949

3/5 0.426471 42.64706

4/5 0.587302 58.73016

5/5 0.610169 61.01695

Secara keseluruhan terlihat bahwa efisiensi aliran berlawanan arah lebih besar dibandingkan

dengan aliran searah. Hal ini dikarenakan kenaikan suhu air lebih signifikan pada aliran

berlawanan, sehingga semakin banyak panas yang berhasil ditransfer, sehingga efektifitas

HE semakin besar.

Nilai efisiensi ()

Nilai efisiensi didapatkan dengan membandingkan kalor yang dilepas oleh steam dengan

kalor yang diterima oleh air. Perhitungan efisiensi dari masing-masing bukaan dapat dilihat

pada tabel dibawah ini.



20

Tabel V.2.5. Perhitungan nilai efisiensi

Jenis Aliran Bukaan

Valve qsteam qair

Searah 1/5 3.290537 32.55756 10.10 %

2/5 2.995746 59.05985 5.072 %

3/5 3.191944 84.28322 3.787 %

4/5 3.159355 115.2567 2.741 %

5/5 3.328497 117.3868 2.84 %

Dari percobaan didapatkan nilai efisiensi untuk alat penukar kalor pipa ganda dengan range 3-

10% . Nilai efisiensi ini cukup kecil untuk dipakai dalam dunia industri, karena dalam dunia

industri efisiensi yang diperlukan berkisar diantara 50-60%. Dengan nilai efisiensi yang

sangat kecil jika dibandingkan dengan alat penukar kalor pada dunia industri, maka alat

penukar kalor pipa ganda ini tidak bisa dipakai dalam dunia industri. Nilai efisiensi yang kecil

diakibatkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah besarnya faktor pengotor pada alat ini.

5.3 Analisis Kesalahan

Ada beberapa hal yang berpotensi menyebabkan terjadinya kesalahan-kesalahan pada saat

praktikum, diantaranya adalah:

1. Pada saat pengambilan data laju alir air ataupun kondensat, waktu yang dicatat

seringkali mengandung banyak kesalahan paralaks praktikan

2. Pada saat pengambilan data suhu, sistem belum mencapai kesetimbangan sehingga

hasil pengukurannya belum merupakan hasil sebenarnya.

3. Bukaan valve yang bervariasi menyebabkan praktikan harus mengatur sedemikian

rupa sehingga bukaan valve yang satu dengan yang lain menghasilkan data yang

berbeda namun sesuai dan valid. Namun, dalam hal ini faktor kesalahan manusia

sangat rentan terjadi.

4. Bukaan valve tidak sesuai dengan asumsi, hal ini ditunjukan dengan pengurangan laju

alir air yang keluar tidak signifikan dengan bukaan valve sebelumnya.



21

BAB VI

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, dapat ditarik kesimpulan:

1. Double Pipe Heat Exchanger adalah suatu alat penukar kalor yang efektif dengan

fluida panas mengalir di pipa bagian dalam dan fluida dingin mengalir di bagian

anulus.

2. Beberapa faktor yang menjadi parameter unjuk kerja dari alat Double Pipe Heat

Exchanger adalah faktor kekotoran (Rd), luas permukaan perpindahan kalor,

koefisien perpindahan kalor, beda temperatur rata-rata, jenis aliran (bilangan reynold)

dan arah aliran (co-current atau counter current).

3. Proses perpindahan panas yang terjadi pada HE adalah dengan proses konveksi.

4. Perpindahan panas pada aliran berlawanan arah akan lebih efektif dibandingkan

dengan aliran searah karena fluida panas dan fluida dingin saling bertukar panas pada

titik-titik yang memiliki perbedaan suhu yang besar. Akibatnya pertukaran kalor akan

lebih menyeluruh serta suhu steam dan air keluar tidak terpaut jauh.

5. Nilai efektivitas dan NTU akan lebih besar pada aliran yang laju alir volumenya besar.

Secara berurutan: Q naik sehingga ho dan hi naik kemudian LMTD ikut naik, sehingga

naik maka NTU naik.

6. Parameter faktor kekotoran pada alat sangat mempengaruhi unjuk kerja alat tersebut.

Hal ini terlihat dari koefisien perpindahan panas menyeluruh antara alat saat bersih

(UC) dan saat kotor (UD), hal ini akan berpengaruh pada temperatur akhir yang

diperoleh.



22

DAFTAR PUSTAKA

Kreith, Frank. 1997. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi 3. Jakarta: Erlangga.

J.P. Holman. 1997. Perpindahan Kalor, ed. 6, Jakarta: Penerbit Erlangga.

Tim Penyusun. Buku Panduan Praktikum POT 1. 1989. Depok : Jurusan Teknik Gas &

Petrokimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Coulson & Richardson. 1996. Chemical Engineering, Vol1, 5e.

Heat Exchanger

Documents

Transcript of Heat Exchanger