SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

LAPORAN PRAKTIKUM PERPINDAHAN PANAS

Laporan ini Disusun untuk Diajukan sebagai Tugas Mata Kuliah Perpindahan Panas

Dosen Pembimbing : Ir. Agus Djauhari, MT

Disusun oleh:

Kelompok III

Diani Din Pertiwi (101424009)

Melinda Mirza (101424021)

Miman Munandar (101424022)

Kelas: 2A-TKPB

Tanggal Praktikum : 30 Mei 2012

Tanggal Penyerahan Laporan : 7 Juni 2012

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

SHELL AND TUBE

HEAT EXCHANGER

I. TUJUAN

1. Memahami cara kerja peralatan shell and tube

2. Menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) dengan cara neraca

energi dan menggunakan persamaan empiris

3. Mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan

4. Menghitung effisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan kalor yang diterima

fluida.

II. DASAR TEORI

2.1 Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE)

Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk

memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi

sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air

yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).

Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat

berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida

terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct

contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik

kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu

contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin

memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

 Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas

Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :

1. Counter current flow (aliran berlawanan arah)

2. Paralel flow/co current flow (aliran searah)

3. Cross flow (aliran silang)

4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan)

Jenis-jenis penukar panas

Jenis-jenis penukar panas antara lain :

1. Double Pipe Heat Exchanger

2. Plate and Frame Heat Exchanger

3. Shell and Tube Heat Exchanger

4. Adiabatic wheel heat exchanger

5. Pillow plate heat exchanger

6. Dynamic scraped surface heat exchanger

7. Phase – change heat exchanger

2.2 Prinsip Kerja Heat Exchanger

Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke

tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses,

panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan  suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan,

reaksi kimia dan kelistrikan.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung, yaitu fluida

yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan

secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan

langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah.

Perpindahan Panas Secara Konduksi

            Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antar

yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut

secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-

molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya

dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih

cepat maka akan memberikan panas.

Perpindahan Panas Secara Konveksi

            Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan partikel

atau zat tersebut secara fisik.

Perpindahan Panas Secara Radiasi

            Perpindahan panas  tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat

dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin)

dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan

berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.

Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger\

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari

dua fluida padatemperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung

ataupun tidak langsung.

a. Secara kontak langsung

panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dinginmelalui permukaan kontak

langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.Transfer panas yang terjadi

yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida.Contoh : aliran steam pada

kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid,

dan partikel padat-kombinasi fluida.

b. Secara kontak tak langsung

perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui dinding pemisah.

Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

2.3 Jenis – jenis Heat Exchanger

1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger )

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar

panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan

panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya

dalam pipa.

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang

dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida

yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang

anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat

digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Sedangkan

untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis selongsong dan buluh

( shell and tube heat exchanger ).

Gambar 2 . Penukar panas jenis pipa rangkap

 (double pipe heat exchanger )

2 Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus,

bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat

lunak ( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu

perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat

lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar

pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang

pada sisi sebelahnya karena ada sekat.

Gambar 4. Penukar panas jenis pelat and Frame

Gambar 5. Penukar panas jenis pelat and Frame

3. SD Adiabatic wheel heat exchanger

Jenis keempat penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang

solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan

dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar dengan benang

halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan.

4.  Pillow plate heat exchanger

 Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk

susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel. Pelat

bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki,

tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal

dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar

tebal dari logam. 

Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin

garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup

untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang

untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik

bantal membengkak terbentuk dari logam.

5. Dynamic scraped surface heat exchanger

         Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat

exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi

viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali

berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga

menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan

selama proses tersebut.

6. Phase-change heat exchanger

         Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas

dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau

digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada

pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk

menara distilasi sering penukar panas .

         Distilasi set-up biasanya menggunakan kondensor untuk mengkondensasikan uap

distilasi kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap yang

digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk mendidihkan air menjadi

uap. 

         Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang sering disebut

boiler atau generator uap.Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir yang disebut reaktor air

bertekanan, penukar panas khusus besar yang melewati panas dari sistem (pabrik reaktor)

primer ke sistem (pabrik uap) sekunder, uap memproduksi dari air dalam proses, disebut

generator uap.Semua pembangkit listrik berbahan bakar fosil dan nuklir menggunakan uap

yang digerakkan turbin memiliki kondensor permukaan untuk mengubah uap gas buang dari

turbin ke kondensat (air) untuk digunakan kembali.

         Untuk menghemat energi dan kapasitas pendinginan dalam kimia dan tanaman lainnya,

penukar panas regeneratif dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu aliran yang

perlu didinginkan ke aliran yang perlu dipanaskan, seperti pendingin distilat dan pakan

reboiler pra-pemanasan.

         Istilah ini juga dapat merujuk kepada penukar panas yang mengandung bahan dalam

struktur mereka yang memiliki perubahan fasa. Hal ini biasanya padat ke fase cair karena

perbedaan volume kecil antara negara-negara ini. Perubahan fase efektif bertindak sebagai

buffer karena terjadi pada suhu konstan tetapi masih memungkinkan untuk penukar panas

untuk menerima panas tambahan. Salah satu contoh di mana ini telah diteliti untuk digunakan

dalam elektronik pesawat daya tinggi.

7. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger )

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang

dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ).

Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir

di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa

tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan

effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh

dipasang sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan

menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan

memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju

alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

Gambar 3.Penukar panas jenis cangkang dan buluh

( shell and tube heat exchanger )

Jenis penukar panas shell and tube yang digunakan adalah 1 shell pass dan 2 tube

pass (1-2 Exchanger) seperti gambar dibawah ini.

Alat yang digunakan dalam praktikum mempunyai ukuran :

Panjang pipa dan shell 1200 mm

Diameter shell 375 mm

Diameter pipa luar 32 mm

Diameter pipa dalam 27,8 mm

Jumlah sekat 13

Susunan pipa dalam shell dapat berbentuk in-line (a) dan staggered (b)

Sedangkan susunan pipa yang ada didalam alat yang digunakan adalah in-line (a)

dan ratio antara Sn/D = Sp/D = 1,25

Gambar profil temperatur dari penukar panas ini adalah :

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

a. Menggunakan Neraca Energi

Q=U . A .△ T m

U = QA .△T m△Tm = FT . △Tlm

Harga Q dapat dihitung dari :

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

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

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

η=( M .Cp .△T ) 2( M .Cp.△T ) 1

x100 %

Q = Laju Alir Kalor (Watt)

A = Luas Permukaan (m2)

U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)△Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△T lm=△ T 1−△T 2

ln△ T1

△ T2

Untuk Aliran Counter-current△T1 = Thi – Tco△T2 = Tho – Tci

Untuk Aliran Co-current△T1 = Tho – Tco△T2 = Thi – Tci

Harga FT dapat diperoleh dari kurva dibawah :

b. Menghitung (U) Menggunakan Persamaan Empiris

Untuk pipa sepanjang L

U= 11

h i . Ai+△ X

K . Ar+

1h oAo

U= 1

1h i .2 π . ri . L

+ln (

rori

)

K .2 π . L+

1h o .2 π . ro. L

( hi,ho) = Koefisien pindah panas konveksi insde dan outside (W/m2.K) ;( K) =

Koefisien Konduksi (W/m.K); (ri,ro) diameter (m) inside dan outside pipa yang

kecil dan L panjang pipa yang diameternya kecil (m).

Harga (ri,ro) dan L dapat diukur dari alat, harga K bahan SS-204 dapat diperoleh

dari buku referensi dan hi dan ho dihitung dari persamaan empiris.

Persamaan untuk menghitung hi

Untuk aliran laminer Nre < 2100

N NU=h i . D

K=1,86 [N ℜ . NPr .

DL

]1 /3

[ μbμw

]0,14

Untuk aliran turbulen Nre> 6000 dan L/D > 60

N NU=h i . D

K=0,027 [N ℜ ]0,8[ NPr ]

13 [ μb

μw]0,14

Koreksi harga hi apabila L/D < 60 ; 2<(L/D)<20

h i 'h i

=1+[ DL

]0,7

20<(L/D)<60h i 'h i

=1+6 [ DL

]

Untuk Aliran transisi

Persamaan Untuk Menghitung ho

N Nu=C .¿

Harga m dan C dapat diperoleh dari tabel dibawah:

Darga D untuk menghitung Nre diperoleh dengan pendekatan :

D=√ 4. Aeπ

Ae Adalah luas efektif yang dilewati fluida diantara pipa dalam anulus, yaitu

luas permukaan penempang shell dikurangi jumlah luas penampang semua

pipa.

III. ALAT DAN BAHAN

1. Seperangkat alat shell and tube

2. Sumber steam

3. Fluida (air)

IV. CARA KERJA

Atur laju air dingin, lalu atur laju air panas dengan menggunakan steam

Pastikan semua kerangka sudah siap

lakukan percobaan untuk variasi aliran panas tetap dan aliran dingin tetap. lakukan pengamatan setiap 5 menit sekali

V. PENGAMATAN

Laju alir dingin = liter/menit

No Laju alir panas

(L/menit)

Suhu (0C)Thi Tho Tci Tco

1 3 70 32 22 35

2 5 70 38 22 37

3 7 69 40 22 39

VI. PENGOLAHAN DATA DAN PERHITUNGAN

Mencari nilai µ, ρ, k, Npr, Cp (interpolasi), pada suhu 2°C

T ( °C ) ρ (kg/m3) Cp(kJ/Kg K) µ

(Kg/ms)

k (W/mK) Npr

0 999,6 4,229 0,001786 0,5694 13,3

15,6 998 4,187 0,001131 0,5884 8,07

26,7 996,4 4,183 0,000860 0,6109 5,89

Laju Alir Dingin Tetap = 5 lt/min

Perhitungan Dengan Neraca Energi

Q=U . A .△ T m

A = (2*3.14*0.01*1.2) = 0,075360

△Tm = FT . △Tlm

△T lm=△ T 1−△T 2

ln△ T1

△ T2

Perhitungan △T1 dan △T2 Untuk Aliran Counter-current

Laju Alir

Panas

Thi Tho Tci Tco △T1 = Thi – Tco △T2 = Tho – Tci

3 70 32 22 35 35 10

5 70 38 22 37 33 16

7 69 40 22 39 30 18

Perhitungan △T lm

Laju Alir

Panas

△T 1−△ T2 ln△ T 1

△ T 2

△T lm=△ T 1−△T 2

ln△ T1

△ T2

3 25 1.252763 19.95589

5 17 0.7239188 23.4833

7 12 0.5108256 23.49138

Mencari Harga FT dapat diperoleh dari kurva dibawah :

Laju Alir

Tco-Tci Thi-TciY =

Tco−TciThi−Tci

Thi-Tho Tco-TciZ=

Thi−ThoTco−Tci

FT

3 13 48 0,270833 38 13 2,923077 0,82

5 15 48 0,3125 32 15 2,1333 0,85

7 17 47 0,361702 29 17 1,705882 0,9

Perhitungan △Tm

Laju Alir FT△T lm=

△ T 1−△T 2

ln△ T1

△ T2

△T m

3 0,82 19.95589

16,36383

5 0,85 23.4833

19,9608

7 0,9 23.49138

21,14224

Perhitungan U

Laju Alir Qrata-rata △Tm A U

¿ QA .△ Tm

3 5303,316 16,36383 0,075360 4303.954

5 8164,868 19,9608 0,075360 5432.206

7 11189,33 21,14224 0,075360 7028.424

Perhitungan Dengan Persamaan Empiris

U= 11

hi . Ai+△ X

K . Ar+

1hoAo

U= 1

1hi .2 π .ri . L

+ln (

rori

)

K .2π . L+

1ho .2 π . ro . L

Perhitungan hi

Untuk aliran laminer Nre < 2100

N NU=hi .D

K=1,86 [N ℜ . N Pr .

DL

]1 /3

[ μbμw

]0,14

Laju Alir Panas

(Lt/min)

Nre = Dvρ

μ

Npr DL [N ℜ . N Pr .

DL

]1/3

[ μbμw

]0,14 hi

3 16.47584 4.87424 0.0231667 1.2299 0.95978 49.27491

5 26.32851 5.1142 0.0231667 1.4611 0.96558 58.60006

7 34.70336 5.47911 0.0231667 1.63926 0.97391 65.80898

Perhitungan ho

N Nu=C .¿

Laju Alir Panas (Lt/min)

C ¿ (N Pr)1 /3 ho

3 0.386 5.25259 1.69552 6.295899

5 0.386 6.932539 1.722897 8.401754

7 0.386 8.16394 1.7629367 10.04742

Perhitungan U

U= 1

1hi .2 π .ri . L

+ln (

rori

)

K .2π . L+

1ho .2 π . ro . L

Laju Alir Panas

(Lt/min)

1hi .2 π . ri . L

ln ( rori

)

K .2 π . L

1ho .2 π . ro .L

U

3 0.008072485 0.032511376 0.112408734 1.401598

5 0.006787894 0.032511376 0.084234089 1.461962

7 0.006044326 0.032511376 0.070437401 1.493714

Tabel Hasil Perhitungan

Laju Alir Panas

(Lt/min)

Panas (qi)

Dingin (qo)

Effisiensi

()

hi ho U

(empiris)

U

(N.energi)

3 7891.589 2715.044 34.40427 49.27491 6.295899 1.401598 4303.954

5 11098.83 5230.909 47.13029 58.60006 8.401754 1.461962 5432.206

7 14087.38 8291.274 58.85603 65.80898 10.04742 1.493714 7028.424

Laju Alir Dingin Tetap = 5 lt/min Kurva berdasarkan perhitungan neraca energi

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.50

10002000300040005000600070008000

Kurva Laju Alir Air Panas vs U

Series2

Laju Alir Air

U

Kurva berdasarkan perhitungan empiris

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.51.341.361.38

1.41.421.441.461.48

1.51.52

Kurva Laju Alir Air Panas vs U

Series2

Laju Alir Air

U

Kurva hubungan antara qo dan qi vs laju alir

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.50

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

Kurva Qout dan Qin vs Laju Alir Air Panas

Q panasQ dingin

Laju Alir Air

Qot

dan

Qin

PEMBAHASAN

Diani Din Pertiwi (101424009)

Praktikum kali ini kami melakukan praktikum “Shell and Tube Heat Exchanger”

yang bertujuan untuk mengetahui dan memahami cara kerja dari alat penukar panas ini,

menghitung koefisien pindah panas keseluruhan menggunakan persamaan neraca energi dan

persamaan empiris, menghitung efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan kalor yang

diterima fluida, dan pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah panas keseluruhan.

Penukar panas ini terdiri dari satu bundle pipa (tube) yang dipasang parallel dan

ditempatkan dalam sebuah cangkang (shell) dan dipasang buffle atau sekat untuk

meningkatkan efisiensi. Prinsip kerja dari peralatan ini yaitu aliran panas mengalir melalui

tube dan aliran dingin mengalir melalui shell.

Kami melakukan variasi terhadap laju alir panas dengan nilai 3, 5, dan 7 L/menit

sedangkan laju alir dingin yang kami gunakan tetap yaitu sebesar 5 L/menit. Data yang kami

catat yaitu Thi (suhu aliran panas masuk), Tho (suhu aliran panas keluar) , Tco (suhu aliran

dingin keluar), dan Tci (suhu aliran dingin masuk) pada setiap variasi aliran.

Setelah didapat data, kami melakukan perhitungan dan didapat:

Laju Alir Panas

(Lt/min)

Panas (qi) Dingin (qo) Effisiensi

()

h i ho U

(empiris)

U

(N.energi)

3 7891.589 2715.044 34.40427 49.27491 6.295899 1.401598 4303.954

5 11098.83 5230.909 47.13029 58.60006 8.401754 1.461962 5432.206

7 14087.38 8291.274 58.85603 65.80898 10.04742 1.493714 7028.424

Dari perhitungan dapat dilihat bahwa dengan memvariasikan laju alir panas maka

semakin besar laju alir panas semakin besar pula koefisien pindah panas keseluruhan dan

semakin besar pula efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan kalor yang diterima

fuida semakin besar. Panas yang dilepas oleh fluida panas dan panas yang diterima oleh

fluida dingin semakin besar dengan semakin meningkatnya laju alir panas, namun panas yang

dilepas selalu lebih besar dibandingkan dengan panas yang diterima, hal ini berarti ada energi

yang hilang. Hasil tersebut sama seperti teori.

Perhitungan koefisien pindah panas menggunakan neraca energi dan empiris

seharusnya sama, namun pada praktikum kali ini didapat berbeda, hal ini disebabkan

peralatan shell and tube harusnya digunakan untuk menukar panas dengan suhu aliran panas

dan suhu aliran dingin yang tinggi. Selain itu, dimungkinkan juga adanya kerak pada alat

tersebut sehingga mehambat perpindahan panas yang terjadi.

Melinda Mirza (101424021)

Shell and tube merupakan salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas suatu

bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel

(cangkang ). Jenis shell and tube yang digunakan adalah 1-2 exchanger. Artinya alat penukar

panas ini memiliki 1 arah aliran pada shell, dan 2 arah aliran pada tube. Kedua ujung pipa

tersebut dilas pada penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan

effisiensi pertukaran panas, biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang

sekat ( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu

tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi

dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya

harus diatur. Pada praktikum ini jenis aliran yang digunakan adalah counter currrent, dimana

dua fluida mengalir dengan temperature awal yang berbeda pada kondisi masukan dan

keluaran yang berlawanan. Fluida panas mengalir melalui shell sedangkan fluida dingin

mengalir sepanjang tube.

Pada praktikum shell and tube heat exchange ini bertujuan untuk menghitung

koefisien pindah panas keseluruhan dengan menggunakan rumus neraca energi dan

persamaan empiris, serta menghitung efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan kalor

yang diterima fluida. Untuk mengetahui pengaruh laju alir fluida terhadap koefisien pindah

panas. Pada praktikum kali ini pengamatan dilakukan pada laju alir dingin tetap dengan

berbagai variasi laju alir panas.

Pada variasi laju alir panas dilakukan pengaturan pada 3,5, dan 7 dalam L/menit dan

laju air panas tetap di 5 L/menit. Dalam pengaturan laju alir air dingin praktikan mengalami

kesulitan dalam mempertahankan agar tetap di 5 L/menit. Yang kami amati pada praktikum

adalah suhu aliran panas masuk(Thi), suhu aliran panas keluar (Tho), suhu aliran dingin

masuk (Tci) dan suhu aliran dingin keluar (Tco) pada setiap variasi aliran, baik variasi laju

aliran dingin maupun variasi laju aliran panas.

Setelah dilakukan perhitungan didapat data sebagai berikut

Laju Alir Panas

(Lt/min)

Panas (qi) Dingin (qo) Effisiensi

()

h i ho U

(empiris)

U

(N.energi)

3 7891.589 2715.044 34.40427 49.27491 6.295899 1.401598 4303.954

5 11098.83 5230.909 47.13029 58.60006 8.401754 1.461962 5432.206

7 14087.38 8291.274 58.85603 65.80898 10.04742 1.493714 7028.424

Berdasarkan data diatas dilakukan perhitungan effisiensi menggunakan neraca energi.

Menurut teori semakin besar laju alir dingin semakin besar efiensi. Teori tersebut terbukti

dengan meningkatnya laju alir panas maka efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas dan

kalor yang diterima fuida semakin besar.

Pada variasi laju air panas berubah dengan laju alir dingin tetap, kurva antara laju alir

air panas dan koefisien perpindahan panas keseluruhan menunjukkan bahwa semakin besar

laju alir air panas, semakin besar pula koefisien perpindahan panas. Artinya panas yang

diberikan semakin banyak. Hal ini sesuai dengan teori (Geankoplis Fourth Edition, 2003).

Dengan laju alir air dingin yang tetap 6 L/menit dapat diketahui semakin besar laju alir air

panas semakin besar pula efisiensinya. Artinya panas yang diserap fluida dingin akan

semakin banyak dengan bertambahnya laju alir air panas. Hal ini sesuai dengan teori

(Geankoplis Fourth Edition, 2003). Pada persamaan neraca energi suhu berperan penting

karena perubahan sekecil apapun akan diperhitungkan sedangkan pada persamaan empiris

suhu digunakan untuk mencari nilai dari Npr, viskositas dan massa jenis.

Percobaan berikutnya yaitu mengamati perubahan laju alir terhadap perpindahan

panas, dengan laju alir panas dan dingin tetap. Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa

semakin tinggi laju alir panas, panas yang diberikan/dilepas fluida panas dan panas yang

diterima/diserap fluida dingin semakin tinggi juga, namun panas yang dilepas selalu lebih

besar dibandingkan dengan panas yang diserap, atau dengan kata lain ada energi yang hilang,

sedangkan menurut teorinya atau idealnya energi yang diberikan dalam perpindahan panas

harus sama dengan energi yang diterima. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor yaitu

diprediksi adanya kerak atau karat dalam alat shell and tube sehingga menghalangi

perpindahan panas.

KESIMPULAN

Prinsip kerja dari shell and tube ini adalah air panas mengalir melewati tube sedangkan

air dingin melewati shell.

Setelah dilakukan perhitungan didapat data

Laju Alir Panas

(Lt/min)

Panas (qi) Dingin (qo) Effisiensi

()

hi ho U

(empiris)

U

(N.energi)

3 7891.589 2715.044 34.40427 49.27491 6.295899 1.401598 4303.954

5 11098.83 5230.909 47.13029 58.60006 8.401754 1.461962 5432.206

7 14087.38 8291.274 58.85603 65.80898 10.04742 1.493714 7028.424

Dengan meningkatnya laju alir panas maka efisiensi pindah panas dari kalor yang dilepas

dan kalor yang diterima fuida semakin besar.

Semakin besar laju alir air panas, semakin besar pula koefisien perpindahan panas.

Semakin tinggi laju alir panas, panas yang diberikan/dilepas fluida panas dan panas yang

diterima/diserap fluida dingin semakin tinggi juga, namun panas yang dilepas selalu lebih

besar dibandingkan dengan panas yang diserap, atau dengan kata lain ada energi yang

hilang,