Analisis Efektivitas Alat Penukar Kalor Shell & Tube Dengan Medium Air Sebagai Fluida Panas dan Methanol Sebagai Fluida Dingin
Data suhu air panas 40 ˚C
40˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 1.8lpm 40˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 3lpm 40˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 5lpm Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout
40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31 40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8 40 39.6 39.6 27.8 28.8 33.6 40 39.7 39.5 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.6 27.8 28.7 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.8 40 39.7 39.3 27.8 28.4 31.1 40 39.6 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.7 39.4 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.6 31 40 39.7 39.6 27.8 28.7 33.6 40 39.5 39.5 27.8 28.6 31.8 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.9 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8 40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31 40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8 40 39.6 39.6 27.8 28.8 33.6 40 39.7 39.5 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.6 27.8 28.7 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.8 40 39.7 39.3 27.8 28.4 31.1 40 39.6 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.7 39.4 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.6 31 40 39.7 39.6 27.8 28.7 33.6 40 39.5 39.5 27.8 28.6 31.8 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.9 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8 40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31 40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8 40 39.6 39.6 27.8 28.8 33.6 40 39.7 39.5 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.6 27.8 28.7 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.8 40 39.7 39.3 27.8 28.4 31.1 40 39.6 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.7 39.4 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.6 31 40 39.7 39.6 27.8 28.7 33.6 40 39.5 39.5 27.8 28.6 31.8 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.9 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8 40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31 40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8
(2)
40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31
40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8 40 39.6 39.6 27.8 28.8 33.6 40 39.7 39.5 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.6 27.8 28.7 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.8 40 39.7 39.3 27.8 28.4 31.1 40 39.7 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.5 39.4 27.8 28.7 31.5 40 39.7 39.2 27.8 28.4 30.8 40 39.6 39.6 27.8 28.8 33.6 40 39.7 39.5 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.6 27.8 28.7 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.8 40 39.7 39.3 27.8 28.4 31.1 40 39.6 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.7 39.4 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.6 31 40 39.7 39.6 27.8 28.7 33.6 40 39.5 39.5 27.8 28.6 31.8 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.9 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8 40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8 40 39.7 39.6 27.8 28.8 33.7 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.2 27.8 28.6 31.1 40 39.6 39.7 27.8 28.9 33.8 40 39.7 39.4 27.8 28.7 31.8 40 39.5 39.3 27.8 28.5 30.9 40 39.8 39.7 27.8 28.7 33.6 40 39.6 39.5 27.8 28.6 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.4 31 40 39.6 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.7 39.4 27.8 28.5 31.7 40 39.6 39.1 27.8 28.6 31 40 39.7 39.6 27.8 28.7 33.6 40 39.5 39.5 27.8 28.6 31.8 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.9 40 39.6 39.7 27.8 28.8 33.8 40 39.6 39.5 27.8 28.5 31.6 40 39.7 39.3 27.8 28.6 30.9 40 39.8 39.5 27.8 28.6 33.7 40 39.6 39.4 27.8 28.6 31.6 40 39.5 39.2 27.8 28.5 30.8
Data suhu 50˚C
50˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 1.8lpm 50˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 3lpm 50˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 5lpm Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout
50 49.7 49.5 27.8 29.9 36.1 50 49.9 49.5 27.8 28.8 34.7 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.8
50 49.6 49.5 27.8 29.8 36 50 49.7 49.4 27.8 28.7 34.8 50 49.8 49.3 27.8 28.4 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.6 35.8 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.1 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.8 35.7 50 49.8 49.4 27.8 28.7 34.5 50 49.6 49.2 27.8 28.4 32.5
50 49.7 49.6 27.8 29.7 35.6 50 49.7 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
(3)
50 49.7 49.6 27.8 29.7 35.6 50 49.7 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.4 35.7 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.2 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.9 36.1 50 49.9 49.5 27.8 28.8 34.7 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.8
50 49.6 49.5 27.8 29.8 36 50 49.7 49.4 27.8 28.7 34.8 50 49.8 49.3 27.8 28.4 32.6
50 49.6 49.5 27.8 29.8 36 50 49.7 49.4 27.8 28.7 34.8 50 49.8 49.3 27.8 28.4 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.6 35.8 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.1 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.8 35.7 50 49.8 49.4 27.8 28.7 34.5 50 49.6 49.2 27.8 28.4 32.5
50 49.7 49.6 27.8 29.7 35.6 50 49.7 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.3 35.6 50 49.8 49.5 27.8 28.8 34.5 50 49.7 49.3 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.4 35.7 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.2 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.9 36.1 50 49.9 49.5 27.8 28.8 34.7 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.8
50 49.6 49.5 27.8 29.8 36 50 49.7 49.4 27.8 28.7 34.8 50 49.8 49.3 27.8 28.4 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.9 36.1 50 49.9 49.5 27.8 28.8 34.7 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.8
50 49.6 49.5 27.8 29.8 36 50 49.7 49.4 27.8 28.7 34.8 50 49.8 49.3 27.8 28.4 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.6 35.8 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.1 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.8 35.7 50 49.8 49.4 27.8 28.7 34.5 50 49.6 49.2 27.8 28.4 32.5
50 49.7 49.6 27.8 29.7 35.6 50 49.7 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.3 35.6 50 49.8 49.5 27.8 28.8 34.5 50 49.7 49.3 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.4 35.7 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.2 27.8 28.6 32.7
50 49.8 49.7 27.8 29.6 35.8 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.1 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.8 35.7 50 49.8 49.4 27.8 28.7 34.5 50 49.6 49.2 27.8 28.4 32.5
50 49.7 49.6 27.8 29.7 35.6 50 49.7 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.8 49.6 27.8 29.6 35.5 50 49.6 49.5 27.8 28.5 34.7 50 49.7 49.3 27.8 28.4 32.7
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.3 35.6 50 49.8 49.5 27.8 28.8 34.5 50 49.7 49.3 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.4 35.7 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.2 27.8 28.6 32.7
(4)
50 49.6 49.5 27.8 29.5 35.6 50 49.7 49.4 27.8 28.5 34.7 50 49.8 49.1 27.8 28.6 32.8
50 49.7 49.6 27.8 29.4 35.4 50 49.5 49.5 27.8 28.6 34.8 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.6
50 49.8 49.7 27.8 29.3 35.6 50 49.8 49.5 27.8 28.8 34.5 50 49.7 49.3 27.8 28.5 32.6
50 49.7 49.5 27.8 29.4 35.7 50 49.6 49.3 27.8 28.6 34.6 50 49.5 49.2 27.8 28.6 32.7
50 49.7 49.5 27.8 29.9 36.1 50 49.9 49.5 27.8 28.8 34.7 50 49.6 49.2 27.8 28.5 32.8
Data suhu 60˚C
60˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 1.8lpm 60˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 3lpm 60˚C ; 8.5lpm 27.8˚C ; 5lpm Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout Th Thin Thout Tc Tcin Tcout
60 59.8 59.2 27.8 28.3 38.1 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.6 60 59.5 58.5 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
60 59.5 58.9 27.8 28.3 38.3 60 59.6 58.7 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.4
60 59.7 59.1 27.8 28.4 38.2 60 59.4 58.6 27.8 28.5 35.3 60 59.4 58.5 27.8 28.8 33.6
60 59.5 59 27.8 28.5 38.4 60 59.5 58.5 27.8 28.6 35.6 60 59.6 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.4 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.5 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.5
60 59.8 59.2 27.8 28.3 38.1 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.6 60 59.5 58.5 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
60 59.5 58.9 27.8 28.3 38.3 60 59.6 58.7 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.4
60 59.7 59.1 27.8 28.4 38.2 60 59.4 58.6 27.8 28.5 35.3 60 59.4 58.5 27.8 28.8 33.6
60 59.5 59 27.8 28.5 38.4 60 59.5 58.5 27.8 28.6 35.6 60 59.6 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.4 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.5 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.5
60 59.8 59.2 27.8 28.3 38.1 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.6 60 59.5 58.5 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
(5)
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.7 59.1 27.8 28.4 38.2 60 59.4 58.6 27.8 28.5 35.3 60 59.4 58.5 27.8 28.8 33.6
60 59.5 59 27.8 28.5 38.4 60 59.5 58.5 27.8 28.6 35.6 60 59.6 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.4 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.5 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.5
60 59.8 59.2 27.8 28.3 38.1 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.6 60 59.5 58.5 27.8 28.9 33.5
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.5
60 59.8 59.2 27.8 28.3 38.1 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.6 60 59.5 58.5 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
60 59.5 58.9 27.8 28.3 38.3 60 59.6 58.7 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.4
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
60 59.5 58.9 27.8 28.3 38.3 60 59.6 58.7 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.4
60 59.7 59.1 27.8 28.4 38.2 60 59.4 58.6 27.8 28.5 35.3 60 59.4 58.5 27.8 28.8 33.6
60 59.5 59 27.8 28.5 38.4 60 59.5 58.5 27.8 28.6 35.6 60 59.6 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.4 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.5 27.8 28.8 33.4
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.8 35.3 60 59.5 58.3 27.8 28.8 33.6
60 59.6 59 27.8 28.4 38.4 60 59.4 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.6 58.4 27.8 28.8 33.4
60 59.7 59.2 27.8 28.3 38.2 60 59.5 58.5 27.8 28.7 35.4 60 59.5 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.2 38.3 60 59.5 58.6 27.8 28.6 35.5 60 59.5 58.5 27.8 29 33.6
60 59.5 58.9 27.8 28.3 38.3 60 59.6 58.7 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.3 27.8 28.9 33.4
60 59.7 59.1 27.8 28.4 38.2 60 59.4 58.6 27.8 28.5 35.3 60 59.4 58.5 27.8 28.8 33.6
60 59.5 59 27.8 28.5 38.4 60 59.5 58.5 27.8 28.6 35.6 60 59.6 58.4 27.8 28.9 33.5
60 59.6 59.1 27.8 28.4 38.3 60 59.6 58.6 27.8 28.7 35.4 60 59.3 58.5 27.8 28.8 33.4
(6)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abprogetti (2015). Heat Exchanger. From http://www.abprogetti.com/heat-exchangers.html, 22 Juli 2015.
[2] Denso (2012) . Automotive Aftermarket. From http://www.denso-am.co.uk/products/automotive-aftermarket/thermal/ac-components/
[3] Heat Transfer in Agitated Jacketed Vessels, 'Robert Dream', Chemical Engineering, January 1999
[4] Lumasis (2015). Heat Exchanger Design. From http://www.hed-inc.com/brochure.jpg
[5] Incropera, Frank P., David P. Dewitt. 1985. Fundamentals of Heat and Mass
Transfer, Second Edition. John Wiley & Sons Inc. : New York
[6] Kevin (2015). Heat Exchanger. From http://www.real-world-physics-problems.com/heat-exchanger.html, 22 Juli 2015.
[7] Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
[8] Muchlis (2013).Alat Penukar Kalor. From
http://muchlis88.blogspot.com/2011/01/8-alat-penukar-kalor.html, 22 Juli 2015.
[9] Rakshan (2011).Indiamart. From
http://www.indiamart.com/rakshan-equipments/oil-coolers-heat-exchangers.html
[10] Sadik Kakac and Hongtan Liu (March 2002). Heat Exchangers: Selection,
Rating and Thermal Design (2nd Edition ed.). CRC Press. ISBN
0-8493-0902-6.
[11] Sindia (2012).Water Heat Exchanger. From
(7)
[12] Surya (2014). Heat Exchanger (ALCO and BOS-HATTAN). From
ht tp://suryamanikam.com/products/peerless-mfg-co/heat-exchangers-alco-and-bos-hatten/, 22 Juli 2015.
[13] Word Press (2015). Electric Car Heater . From http://electriccarheater.net/electric-heater
[14] York Chillers (2015).Wood Mechanical. From https://www.woodmechanical.com/
[15] Yunus A. Cengel.2002. HeatTransfer A Practical Approach, Second
(8)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi pengerjaan penelitian dikerjakan guna membuktikan kebenaran dari penelitian. Penelitian mengenai analisis pengaruh variasi kapasitas aliran fluida panas dan dingin dengan temperatur masuk fluida panas yang juga divariasikan dan dilakukan di laboratorium Instalasi Tenaga Uap Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.1.2 Waktu Penelitian
Waktu penelitian dikerjakan selama 3 hari yaitu pada tanggal 16 Desember 2015 sampai dengan tanggal 18 Desember 2015.
3.2 Metode Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dengan metode eksperimen dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap variabel yang sebelumnya telah ditentukan. Kemudian data yang diperoleh dari hasil eksperimen akan disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara variabel bebas dan terikat.
Metode eksperimen menurut Suharsimi Arikunto (1996) adalah suatu cara mencari hubungan sebab akibat (hubungan kausial) antara dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti dengan menyisihkan faktor-faktor yang lain yang bisa mengganggu penelitian. Penelitian ini dikerjakan untuk mengetahui pengaruh variasi kapasitas aliran dengan suhu yang konstan terhadap efektivitas alat penukar kalor shell and tube
3.3 Populasi dan Sampel
Populasi dan sampel sangat perlu diperhatikan karena keduanya yang akan dianalisa nilainya sehingga didapat nilai kualitatifnya.
(9)
3.3.1 Populasi Penelitian
Populasi adalah keseluruhan objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1996:115). Populasi dalam penelitian ini adalah laju aliran massa yang bervariasi terhadap temperature masuk fluida panas yang konstan.
3.3.2 Sampel Penelitian
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida panas alat penukar kalor shell and tube yaitu 108 L/j , 180 L/j, 300 L/j , dengan temperatur masuk fluida panas yaitu sebesar 40oC. kemudian variasi kapasitas aliran juga diuji pada temperatur masuk fluida panas lainnya yaitu 50oC dan 60oC. Selanjutnya untuk laju aliran fluida dingin divariasikan menjadi dua yaitu 108 L/j , 180 L/j, 300 L/j. Masing-masing variasi kapasitas aliran dan suhu diambil sebanyak 1 kali dikarenakan kapasitas fluida dingin yang sangat terbatas, sehingga jumlah keseluruhan data menjadi 48 data.
Tabel 3.1 variasi sampel penelitian
1 108 2 180 3 300 1 108 2 180 3 300 1 108 2 180 3 300
suhu masuk fluida dingin (ºC)
28 Kondisi kapasitas fluida
panas (l/j)
suhu masuk fluida panas (ºC) kapasitas fluida dingin( l/j) 510 40 510 50 28 510 60 28
3.3.3 Teknik Sampling
Tujuan digunakannya teknik sampling adalah menentukan seberapa banyak sampel yang akan diambil. Teknik sampling yang akan digunakan untuk mengumpulkan data dari berbagai sumber data adalah purposive
sampling. Yaitu teknik pengambilan data dimana apa dan dan siapa yang
harus memberikan data ditentukan secara subjektif sesuai dengan kebutuhan yang telah ditentukan guna tercapai tujuan yang telah ditentukan. Karena
(10)
data yang dikumpulkan dari pihak yang terkait langsung dengan permasalahan yang diteliti.
Penelitian dilakukan dengan menguji alat penukar kalor tabung shell and tube dengan variasi-variasi yang telah ditentukan guna mendapatkan hasil perbandingan perhitungan hasil percobaan dan hasil teori.
3.4 Teknik Pengumpulan Data
Pengumpulan data yang akan dikerjakan adalah pengumpulan data primer serta data sekunder. Dalam hal ini data sekunder berfungsi sebagai data pendukung sebagai referensi penelitian. Didalam pengumpulan data ada beberapa variabel. Variabel itu sendiri adalah objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993 : 91). Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1) Variabel Bebas
Variabel bebas merupakan himpunan sejumlah gejala yang memiliki aspek atau unsur, yang berfungsi mempengaruhi atau menentukan munculnya variabel lain yang disebut dengan variabel terikat. Variabel bebas menentukan perubahan yang akan terjadi terhadap variabel terikat. Dengan kata lain jika variabel bebas berubah maka akan terjadi perubahan pula terhadap variabel terikat. Adapun yang menjadi variabel bebas pada penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida dingin dan suhu masukan fluida dingin yang dibuat konstan. Kapasitas aliran fluida dingin yang akan digunakan pada penelitian ini adalah 1,8 l/m (108
l/j), 3 l/m (180 l/j), 5 l/m (300 l/j). Pemilihan kapasitas aliran tersebut
dengan tujuan mendapatkan aliran laminar,transisi dan turbulen. Kapasitas aliran tersebut akan diuji masing-masing pada temperatur masuk fluida panas 40oC, 50oC, dan 60oC. Pada fluida dingin suhu yang digunakan adalah suhu metanol .
2) Variabel Terikat
Variabel terikat adalah himpunan sebuah gejala yang memiliki pula sejumlah aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi atau menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut dengan variabel
(11)
terhadap sesuatu yang lain. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah efektifitas alat penukar kalor tabung shell and tube.
3) Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikanagar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benar-benar karena variabel bebas yang telah ditentukan. Pengendalian variabel ini digunakan agar tidak ada hal variabel yang mempengaruhi variabel terikat dalam hal ini efektifitas alat penukar kalor tabung shell and tube selain dari variasi kapasitas aliran serta temperature suhu masukan.
Pengendalian ini akan menghasilkan variabel terikat yang benar-benar diinginkan karena sebelumnya kita telah mengontrol setiap variabel lain tidak ada yang mempengaruhi selain dari variabel bebas yang telah ditentukan.
Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah : 1. Alat pengujian
2. Isolasi pada alat penukar kalor 3. Alat ukur yang digunakan
3.5 Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan untuk melaksanakan penelitian ini meliputi :
3.5.1 Bahan Penelitian
Bahan penelitian yang digunakan di dalam penelitan ini adalah air sebagai fluida panas dan methanol sebagai fluida dingin.
3.5.2 Alat Penelitian
(12)
Gambar 3.1 alat penukar kalor shell and tube
Alat uji diatas merupakan alat penukar kalor shell and tube yang dirancang oleh Rudianto. Adapun bagian-bagian dari alat tersebut adalah sebagai berikut :
1) Alat Ukur
Pada alat penukar kalor ini terdapat beberapa alat ukur yaitu alat ukur suhu, kapasitas aliran serta pengatur berapa suhu masukan fluida panas yang akan dimasukan.
Adapun penjelasan dari alat-alat ukur tersebut adalah sebagai berikut :
1. Termometer
Termomter ini berfungsi untuk mengukur suhu masukan dan suhu keluaran dari masing-masing fluida yaitu fluida panas dan fluida dingin. Suhu yang didapat akan tertera pada layar LCD dan dicatat. Berikut adalah gambar dari termometer pada alat penukar kalor shell and tube.
(13)
Gambar 3.2 Termometer 2. Alat Ukur Kapasitas Aliran (Flowmeter)
Alat ukur ini bertujuan mengetahui berapa kapasitas aliran yang terjadi pada masing-masing pipa yaitu pada pipa yang mengalirkan fluida panas dan pipa yang mengalirkan fluida dingin. Adapun gambar dari alat ukur tersebut adalah sebagai berikut.
(14)
3. Alat pengatur suhu (Termostat)
Alat ini berfungsi untuk mengatur berapa panas yang akan diberikan kepada air yang akan digunakan sebagai fluida pemanas di dalam penelitian ini. Berikut ini adalah gambar alat pengatur suhu yang akan digunakan.
Gambar 3.4 alat pengatur suhu fluida panas 2) Pompa
Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida panas di dalam alat penukar kalor sedangkan fluida dingin dialirkan melalui keran yang terdapat di dekat apk tersebut. Adapun gambar dari pompa tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 3.5 Pompa fluida panas 3. Water heater
Heater digunakan untuk memanaskan fluida yang ada didalam tangki.
(15)
Gambar 3.6 Water Heater 3) Tabung Shell and Tube
Pada tabung ini terjadi perpindahan kalor dari fluida panas ke fluida dingin begitu juga sebaliknya tergantung tujuan dari penggunaannya apakah untuk pendinginan atau pemanasan. Berikut adalah gambar dari tabung shell and tube yang akan digunakan pada penelitian ini.
Gambar 3.7 tabung shell and tube Spesifikasi :
Diameter laluan pipa dalam : 12 mm Panjang laluan pipa dalam : 2.7 m Diameter tabung luar : 70 mm
Bahan pipa dalam : Tembaga
Bahan pipa luar : Besi murni
3.5.3 Skema Uji Penelitian
Berikut ini adalah skema uji penelitian yang dilakukan oleh penulis yang terdapat pada gambar 3.8
(16)
Tangki Panas Tangki Dingin
F
I FI
Tangki Panas Pompa Aquarium
Centrifugal
Stop Kran
Flowmeter Alat Penukar Kalor Shell and Tube
Fluida Panas Fluida Dingin
Fluida Panas
Pompa Aquarium Centrifugal
Fluida Dingin Stop Kran
Pompa Aquarium Centrifugal Flowmeter
Stop Kran
Gambar 3.8 Skema Uji Penelitian
3.5.4 Diagram Alir Proses Penelitian
Untuk melaksanakan penelitian ini menggunakan langkah-langkah sebagai berikut :
(17)
STUDI LITERATUR
PERHITUNGAN DIMENSI ALAT PENUKAR KALOR
PERAKITAN ALAT PENUKAR KALOR
PERHITUNGAN EFEKTIFITAS ALAT PENUKAR KALOR
Variasi : Temperatur masuk fluida panas 40°C, 50°C, 60°C diambil untuk kapasitas aliran air panas 510 l/j pada kapasitas aliran air dingin 108 l/ jam, 180 l/jam, 300 l/j l/ jam
UJI COBA MULAI
SELESAI
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
(18)
3.5.5 Proses Percobaan
Proses pengujian terdiri dari beberapa langkah-langkah yaitu sebagai berikut :
1. Memasukkan air ke dalam tangki persedian air.
2. Masukkan air ke dalam tangki air panas dan metanol ke dalam tangki air dingin, kedua tangki tersebut diisi sampai penuh. 3. Jalankan pompa air panas dan sirkulasi air panas..
4. Periksa alat pemanas listrik dengan saklar pada on.
5. Atur katup sesuai dengan kapasitas aliran yaitu108 l/j, 180 l/j, 300 l/j. Atur thermostat sebesar 40oC untuk menentukan suhu fluida panas.
6. Catat data suhu keluaran yang dapat dilihat pada instrument alat ukur yaitu termometer.
7. Ulangi kembali untuk suhu masukan fluida panas yaitu 50oC, dan 60oC
(19)
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Metode Penelitian
Metode analisa data yang diterapkan adalah dengan cara membandingkan data yang diambil dari lapangan yaitu temperatur air panas keluar (Th,o) dan temperatur fluida dingin keluar (Tc,o) terhadap hasil perhitungan secara teori dengan metode NTU
Untuk perhitungan secara teori digunakan metode NTU karena yang diketahui hanya suhu masuk dan suhu keluar , selanjutnya hasil perhitungan secara menyeluruh akan ditampilkan dalam bentuk tabel. Temperatur fluida panas masuk (Th,i) 40 °C , 50°C ,60°C dan temperatur fluida dingin masuk (Tc,i) 28 °C pada debit masuk fluida panas 510l/jam dan variasi debit masuk fluida dingin 108l/jam, 180 l/jam, 300 l/jam. Fluida yang dianalisis sebagai fluida panas adalah air dan fluida dingin adalah metanol.
Pada APK terdapat 1 cangkang dan 2 laluan pipa dalam. Diameter pipa cangkang dan pipa dalam APK adalah 70mm dan 12mm. Panjang dari pipa cangkang adalah 1.35m sedangkan panjang laluan pipa dalam adalah 2.7m
Gambar 4.1 Dimensi APK tabung shell and tube Misalkan:
Iterasi I
Tho = 50oC (323K) maka
didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 988,1 kg/m3 Cp = 4181 J/kgK
Pr = 3,55 μ= 5,47.10-4 Pa.s k= 0.644 W/mK.
(20)
ρ = 780.96 kg/m3 Cc = 2564.6 /kgK Pr = 6.7804 μ = 5.2444.10-4 Pa.s k=0,19814 W/mK.
Tabung Pipa Dalam (fluida panas)
Qh = 510 L/j = 0.00014167 m3/s
ṁh = ρ.Qh = 988,1 kg/m3 . 0.00014167 m3/s = 0,139984127 kg/s Reh =
= ) = 27153.15755 (aliran turbulen) f = (0,79 ln(Re)-(1,64))-2
f = (0,79 ln(27153.15755)-(1,64))-2 f = 0.024222
Nu =
Nu =
Nu = 145.908 hh =
= = 7830.37 W/m2K
Tabung Cangkang (fluida dingin)
Qc = 108 L/j = 0.00003 m3/s
ṁc = ρ.Qc = 780.96 kg/m3 . 3.10-5m3/s = 0.02343 kg/s
Rec =
= = 685.656 (aliran laminar)
(21)
f = 0.08075 Nuc =
Nu =
Nu = 6.3735 hc =
= = 22.1552 W/m2K
Ai = Di L = 3,14 (0,012) (2.7) = 0,10174 m2
Ao = Do L = 3,14 (0,066) (1.35) = 0,279774 m2
kpipa = 410 W/m.K (Pipa Tembaga)
= + +
= + +
U = 22.0914 W/m2K
Ch= ṁh cp,h= 0,13998 (4181) = 585.26 W/K...
Cc= ṁc cp,c= 0.02343 (2564.6) = 60.0855 W/K... c = Cmin/ Cmax = 60.0855 / 585.26 = 0.10266 W/K
NTU = UAs/Cmin = 22.0914 / 60.0855 = 0,02026 NTU1 = NTU / Np = 0.02026 / 2 = 0.01013049
Eparalel = 2 x
(22)
= 0,97382
Karena Cc = Cmin maka rumus keefektifan ε ε =
0.97382=
= 30.1995 °C
Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
Ch(Th,i – Th,o)= Cc (Tc,o – Tc,i)
585.26(50 –Th,o) = 60.0855 (30.1995 – 28)
Th,o = 47.8005°C
Th yang didapat = (50+47.8005)/2= 48.9003oC tidak sama dengan pemisalan 50oC
Tc yang didapat = (28+30.1995)/2 = 29.0997oC tidak sama dengan pemisalan 28oC
Iterasi II
Tho = 48.9003oC (321.9003K) maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 988,54944 kg/m3 Cp = 4180.78005 J/kgK Pr = 3.62918186 μ= 5,5778.10-4 Pa.s k= 0.644 W/mK.
Tco = 29.099748oC (302.099748K) maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 779.937234 kg/m3 Cc = 2571.41844 /kgK
Pr = 6.69329996 μ = 5.1584.10-4 Pa.s k=0,19806302 W/mK.
Tabung Pipa Dalam (fluida panas)
Qh = 510 L/j = 0.00014167 m3/s
ṁh = ρ.Qh = 988,54944 kg/m3 . 0.00014167 m3/s = 0,14004 kg/s Reh =
(23)
f = (0,79 ln(Re)-(1,64))-2 f = (0,79 ln(26653.5)-(1,64))-2 f = 0.02433
Nu =
Nu =
Nu = 144.947 hh =
= = 7760.2 W/m2K
Tabung Cangkang (fluida dingin)
Qc = 108 L/j = 0.00003 m3/s
ṁc = ρ.Qc = 779.937234 kg/m3 . 3.10-5m3/s = 0.0234 kg/s
Rec =
= = 696.175 (aliran laminar)
f = 64 / Re f = 64 / 696.175 f = 0.0802 Nuc =
Nu =
(24)
hc =
= = 22.1599 W/m2K
Ai = Di L = 3,14 (0,012) (2.7) = 0,10174 m2
Ao = Do L = 3,14 (0,066) (1.35) = 0,0279774 m2
kpipa = 410 W/m.K (Pipa Tembaga)
= + +
= + +
U = 22.0956 W/m2K
Ch= ṁh cp,h= 0,14004 (4180.78005) = 585.495 W/K...
Cc= ṁc cp,c= 0.0234 (2571.41844) = 60.1663 W/K...
c = Cmin/ Cmax = 60.1663 / 585.495 = 0.10276 W/K NTU = UAs/Cmin = 22.0956 / 60.1663 = 0,02024
NTU1 = NTU / Np = 0.02024 / 2 = 0.01011878
Eparalel = 2 x
= 2 x
= 0,97374
Karena Cc = Cmin maka rumus keefektifan ε ε =
(25)
0.97374=
= 30.2014 °C
Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
Ch(Th,i – Th,o)= Cc (Tc,o – Tc,i)
585.495(50 –Th,o) = 60.1663 (30.2014 – 28)
Th,o = 47.7986°C
Th yang didapat = (50+47.7986)/2= 48.8993oC tidak sama dengan pemisalan 50oC
Tc yang didapat = (28+30.2014)/2 = 29.1007oC tidak sama dengan pemisalan 28oC
Untuk hasil dari iterasi selanjutnya pada tiap kondisi dikerjakan pada program microsoft excel dan hasil dari iterasi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut beserta data keefektifitasannya.
Berikut merupakan lampiran tabel perhitungan teori dengan laju aliran fluida panas 510 l/jam dan variasi laju aliran fluida dingin 108 , 180 , 300
l/jam.
Tabel 4.1 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
DATA TEORI Hasil Teori
Efektifitas teori (%) Kondisi
eksperimen
Thi
(ºC) Qh (l/j)
Tci (ºC)
Qc
(l/j) Tho(ºC) Tco (ºC) 1
510 28
108 38.8037 29.1963 97.396
2 40 180 38.0923 29.9077 93.1619
3 300 37.0259 30.9741 87.1023
1
50
510
28
108 47.7986 30.2014 97.3743
2 180 46.4891 31.5109 93.1245
3 300 44.5259 33.4741 87.0366
1
60 510
28
108 56.7845 31.2155 97.3497
(26)
3 300 52.00108 35.99892 87.02052 Dan data keefektifitasan dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini,
Gambar 4.2 grafik efektifitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 40˚C)
Gambar 4.3 grafik efektifitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 50˚C)
(27)
Gambar 4.4 grafik efektifitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 60˚C)
Pada grafik diatas dapat disimpulkan bahwa seiring bertambahnya kapasitas laju aliran fluida dingin maka efektifitas alat penukar kalor shell and tube ini semakin menurun.
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian
Adapun data hasil pengujian yang telah dilakukan pada APK shell and tube dapat dilihat pada lampiran 1 dan dibawah ini adalah data yang telah diolah, dimana kapasitas aliran fluida panas yaitu yang mengalir pada laluan tabung (tube) adalah 510 L/j . Kemudian untuk fluida dingin yaitu air yang mengalir didalam cangkang (shell) adalah 108 L/j, 180 L/j dan 300 L/j.
Tabel 4.2 data hasil percobaan
Data Percobaan Hasil Percobaan
Efektifitas Percobaan (%) Kondisi
eksperimen
Thi
(ºC) Qh (l/j)
Tci (ºC)
Qc
(l/j) Tho(ºC) Tco (ºC) 1
510 27.8
108 39.6 33.7 45.39654
2 40 180 39.46 31.68 28.10517
(28)
1
50 510 27.8
108
49.57 35.7
30.33317
2 180 49.41 34.65 28.55107
3 300 49.21 32.66
19.67833 1
60 510 27.8
108
59.09 38.28
31.78914
2 180 58.58 35.45
22.035
3 300 58.41 33.5
15.14061
Data hasil percobaan tersebut kemudia diolah untuk mendapatkan keefektifitasan hasil pengujian. Dimana rumus efektifitas yaitu,
E = , bila (ṁ.Cp)min = ṁh.Cph dan
E = , bila (ṁ.Cp)min = ṁc.Cpc
Nilai dari (ṁ.Cp)min dicari untuk menentukan rumus efektifitas yang akan digunakan.
Dikarenakan nilai dari Cc dari metanol yang jauh lebih rendah dari nilai Ch dari air maka nilai dari Cc selalu menjadi nilai Cmin
(29)
Gambar 4.5 grafik efektifitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 40˚C)
Gambar 4.6 grafik efektifitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 50˚C)
(30)
Gambar 4.7 grafik efektifitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 60˚C)
Berikut adalah tabel perbandingan antara hasil teori (Metode NTU) dengan hasil yang didapat pada eksperimen (Hasil Pengujian) :
(31)
DATA TEORI Hasil Teori Hasil Praktek Efektifitas Teori (%) Efektivitas Praktek (%) Kondisi eksperimen Thi (ºC) Qh (l/j) Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) Tho (ºC) Tco (ºC) 1
510 28
108 38.8037 29.1963 39.6 33.7 97.396 45.3965
2 40 180 38.0923 29.9077 39.46 31.68 93.1619 28.1052
3 300 37.0259 30.9741 39.21 30.94 87.1023 21.9314
1
50 510
108 47.7986 30.2014 49.57 35.7 97.3743 30.3332
2 28 180 46.4891 31.5109 49.41 34.65 93.1245 28.5511
3 300 44.5259 33.4741 49.21 32.66 87.0366 19.6783
1
60 510
108 56.7845 31.2155 59.09 38.28 97.3497 31.7891
2 28 180 54.8708 33.1292 58.58 35.45 93.0814 22.035
3 300 52.0011 35.9989 58.41 33.5 87.0205 15.1406
Tabel 4.3 Perbandingan Data Teori dan Data Percobaan
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa perbedaan efektivitas teori dengan efektivitas praktek sangat besar. Hal ini disebabkan ada beberapa faktor yang menyebabkan efektivitas teori sangat rendah seperti panas yang keluar (heat loss) pada alat penukar kalor shell and tube karena isolasi yang tidak sempurna dan faktor cuaca .
(32)
4.3 Perbandingan Hasil Eksperimen Alat Penukar Kalor Tabung Shell and Tube dan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat.
Adapun data hasil pengujian yang telah dilakukan pada tim sebelumnya tentang APK tabung sepusat (annulus) dapat dilihat dibawah ini , dimana variasi yang dibuat yaitu kapasitas aliran fluida panas yaitu yang mengalir di dalam tabung dalam adalah 180 L/j, 240 L/j, 300 L/j, dan 360 L/j. Kemudian untuk fluida dingin yaitu air yang mengalir didalam ruang annulus adalah 180 L/j, 240 L/j dan 360 L/j.
Tabel 4.4 Data hasil percobaan APK tabung sepusat (kapasitas fluida dingin 240 L/j)
DATA TEORI Hasil eksperimen
efektifitas (%) Kondisi
eksperimen
Thi
(ºC) Qh (l/j)
Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) 1 40 180
34 240
39.9150
34.7380 12.3
2 240
39.7000
34.7700 12.83333333
3 300
39.1050
34.8630 14.38333333
4 360
39.0540
34.5320 8.866666667 5
45
180
35 240
42.0250
35.7770 7.77
6 240
41.8720
35.5720 5.72
7 300
42.1980
35.7260 7.26
8 360
42.8490
36.0790 10.79 9
50
180
36 240
46.7270
37.6850 12.03571429
10 240
46.2130
37.6700 11.92857143
11 300
46.9270
37.3810 9.864285714
12 360
46.8500
(33)
13
55
180
32 240
48.3560
36.2940 18.66956522
14 240
47.9600
36.4400 19.30434783
15 300
48.4300
36.9840 21.66956522
16 360
49.0130
36.2770 18.59565217
Tabel 4.5 Data hasil percobaan APK tabung sepusat (kapasitas fluida dingin 360 L/j)
DATA TEORI Hasil eksperimen
efektifitas (%) Kondisi
eksperimen
Thi
(ºC) Qh (l/j)
Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) 1 40 180
35 360
40.0620
35.2100 4.2
2 240
39.8120
35.2940 5.88
3 300
39.6430
35.1090 2.18
4 360
37.8990
35.2870 5.74 5
45
180
34 360
42.1250
34.8230 7.481818182
6 240
42.1370
35.0740 9.763636364
7 300
42.2270
35.0940 9.945454545
8 360
41.5930
35.0480 9.527272727 9
50
180
37 360
45.9470
37.5180 3.984615385
10 240
47.4490
37.6810 5.238461538
11 300
47.3350
38.1720 9.015384615
12 360
47.3230
38.3190 10.14615385 13
55
180
35 360
47.0300
37.5230 12.615
14 240
47.7020
(34)
15 300
47.9320
37.0030 10.015
16 360
48.3560
37.2300 11.15
Tabel 4.6 Data hasil percobaan APK tabung sepusat (kapasitas fluida dingin 180 L/j)
DATA TEORI Hasil eksperimen
efektifitas (%) Kondisi
eksperimen
Thi
(ºC) Qh (l/j)
Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) 1 40 180
34 180
40.9122
35.1132 18.55333333
2 240
39.4511
35.2130 20.21666667
3 300
39.2911
35.1223 18.705
4 360
39.0235
35.0123 16.87166667 5
45
180
34 180
42.1423
34.3432 3.12
6 240
42.1330
35.0521 9.564545455
7 300
42.0134
35.7623 16.02090909
8 360
42.3421
35.3412 12.19272727 9
50
180
35 180
47.4210
37.7710 18.47333333
10 240
46.7821
37.9120 19.41333333
11 300
46.9660
37.4310 16.20666667
12 360
46.8500
37.3112 15.408
13 180
49.3560
35.9940 9.495238095
14 240
49.1960
36.9210 13.90952381
15 300
48.8210
(35)
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa rata-rata efektivitas APK shell and tube lebih besar dari APK tabung sepusat , hal ini dapat disebabkan oleh bahan yang digunakan. Bahan yang digunakan pada tabung dalam APK sepusat adalah aluminium dengan nilai konduktivtas pipa aluminium yaitu 205 W/mK , lebih rendah dari bahan yang digunakan pada pipa alat penukar kalor shell and tube yang memiliki nilai konduktivitas, yaitu 410 W/mK.
(36)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pada penelitian kali ini didapatkan beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut:
1. Temperatur fluida panas dan fluida dingin efektif yang keluar dari alat penukar kalor shell and tube adalah untuk hasil eksperimen diperoleh pada debit aliran fluida dingin 108 l/j untuk suhu fluida panas 40ºC didapat sebesar 39.6 ºC (Th) dan 33.7 (Tc) , dan untuk hasil teori diperoleh pada debit aliran fluida dingin 108 l/j untuk suhu fluida panas 40ºC didapat sebesar 38.8037 % (Th) dan 29.1963 % (Tc) .
2. Diperloleh hasil keefektifan maksimum dari eksperimen sebesar 45.3965 % pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 510 L/jam dengan suhu 40ºC dan aliran fluida dingin 108 L/jam dengan suhu 27.8ºC. dan hasil keefektifan alat penukar kalor maksimum dari hasil teori (Metode NTU) sebesar 97.396 % pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 510 L/jam dengan suhu 40ºC dan aliran fluida dingin 108 L/jam dengan suhu 28ºC. 3. Pada alat penukar kalor shell and tube hasil efektivitas eksperimen
maksimum diperoleh sebesar 45.3965 % pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 510 L/jam dengan suhu 40ºC dan aliran fluida dingin 108 L/jam dengan suhu 28ºC , sedangkan pada alat penukar kalor tabung sepusat diperloleh hasil efektivitas eksperimen maksimum sebesar 21.66956522% pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 300 L/jam dengan suhu 55ºC dan aliran fluida dingin 240 L/jam dengan suhu 32ºC.
5.2 Saran
1. Perlu adanya modifikasi tambahan pada alat penukar kalor tabung shell and tube seperti dengan menggunakan baffle atau sekat.
2. Perlu adanya ketelitian lebih pada saat melakukan percobaan untuk mengurangi persen ralat akibat human error.
(37)
3. Isolasi pada pipa – pipa APK masih perlu disempurnakan untuk meminimalisir proses perpindahan panas yang merugikan proses pengujian.Pada tangki air panas juga perlu ditutup sempurna agar mengurangi kontak yang terjadi dengan udara luar dan meningkatkan ketasbilan suhu pada siklus air panas.
(38)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Defenisi Kalor
Kalor 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, kalor dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.
Proses terjadinya perpindahan kalor 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.
2.2 Teori Dasar Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor atau Heat Exchanger (HE) adalah alat yang digunakan untuk memindahkan kalor dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan dapat 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 kalor dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat berlangsung secara efisien. Pertukaran kalor terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida yang terdapat dinding pemisahnya, 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.
Alat penukar kalor adalah alat yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki temperatur yang berbeda
(39)
pemanasan dan sistem pengkondisian udara, proses-proses kimia dan proses pembangkitan tenaga. Alat penukar kalor berbeda dengan ruangan pencampuran yakni alat penukar kalor tidak memperbolehkan kedua fluida bercampur. Sebagai contoh, pada radiator mobil, panas dipindahkan dari air panas yang mengalir melalui pipa yang terdapat pada radiator yang ditambahkan plat pada jarak yang kecil dengan melewatkan udara diantaranya.
Perpindahan panas pada alat penukar kalor biasanya terdiri dari konveksi di setiap fluida dan konduksi pada dinding yang memisahkan kedua fluida. Pada saat menganalisa alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk menggunakan koefisien perpindahan panas menyeluruh U yang memungkinkan untuk menghitung seluruh efek dari perpindahan panas. Laju perpindahan panas diantara kedua fluida terletak pada alat penukar kalor yang bergantung pada perbedaan temperatur pada suatu titik, yang bervariasi sepanjang alat penukar kalor. Pada saat menganalisis alat penukar kalor, biasanya bekerja dengan menggunakan
logarithmic mean temperature difference LMTD, yang sebanding dengan
perbedaan temperatur rata-rata diantara kedua fluida sepanjang alat penukar kalor. Ketika dua temperatur tidak diketahui kita dapat menganalisisnya dengan metode keefektifitasan-NTU.
2.3 Jenis Alat Penukar Kalor
Secara umum, alat penukar kalor dapat dibagi berdasarkan fungsinya yakni :
a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida
sampai pada temperatur yang rendah. Temperatur fluida hasil pendinginan didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan dengan fluida pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini media pendingin biasanya digunakan amoniak atau Freon.
(40)
Gambar 2.1 Chiller [14]
b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap akan melepaskan panas atent kepada pendingin, misalnya pada pembangkit listrik tenaga uap yang mempergunakan condensing turbin, maka uap bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam kondensor, lalu diembunkan menjadi kondensat.
Gambar 2.2 Kondensor [3]
c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka pendingin coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan bantuan fan (kipas).
(41)
Gambar 2.3 Cooler [9]
d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan) suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrigerant cair.
Gambar 2.4 Evaporator [2]
e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil) serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu sendiri. Hal ini dapat dilihat pada penyulingan minyak pada gambar 2.2, diperlihatkan sebuah reboiler dengan mempergunakan minyak (665 °F) sebagai media penguap, minyak tersebut akan keluar dari boiler dan mengalir didalam tube.
(42)
Gambar 2.5 Thermosiphon Reboiler [7]
f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus, yaitu:
1. Memanaskan fluida
2. Mendinginkan fluida yang panas
Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan kebutuhannya. Pada gambar diperlihatkan sebuah heat exchanger, dimana fluida yang berada didalam tube adalah air, disebelah luar dari tube fluida yang mengalir adalah gas buangan yang semuanya berada didalam shell.
(43)
g. Vaporizer, secara umum vaporizer digunakan untuk menguapkan cairan. Uap yang dihasilkan digunakan untuk proses kimia, bukan sebagai sumber panas seperti halnya steam dan menggunakan elemen pemanas listrik.
Jenis-Jenis Vaporizer :
1. Vaporizer dengan sirkulasi paksa Cairan diumpankan ke dalam
vaporizer dengan menggunakan pompa.
2.
Vaporizer dengan sirkulasi alamiah Cairan umpan dapat mengalirsendiri dalam vaporizer dengan bantuan gaya gravitasi.
h. Heater, merupakan salah satu alat penukar kalor yang berfungsi memanaskan fluida proses, dan sebagai bahan pemanas a1at ini menggunakan steam.
Gambar 2.7 Heater [13]
2.4 Klasifikasi Alat Penukar Kalor
1. Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan panas a. Tipe kontak tidak langsung
1. Tipe dari satu fase 2. Tipe dari banyak fase
3. Tipe yang ditimbun (storage type) 4. Tipe fluidized bed
b. Tipe kontak langsung 1. Immiscible fluids 2. Gas liquid 3. Liquid vapor
(44)
2. Klasifikasi berdasarkan jumlah fluida yang mengalir a. Dua jenis fluida
b. Tiga jenis fluida
c. N – Jenis fluida (N lebih dari tiga)
3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan
a. Tipe penukar kalor yang kompak, Density luas permukaan > 700 m b. Tipe penukar kalor yang tidak kompak, Density luas permukaan < 700 m 4. Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas
a. Dengan cara konveksi, satu fase pada kedua sisi alirannya
b. Dengan cara konveksi pada satu sisi aliran dan pada sisi yang lainnya terdapat cara konveksi 2 aliran
c. Dengan cara konveksi pada kedua sisi alirannya serta terdapat 2 pass aliran masingmasing
d. Kombinasi cara konveksi dan radiasi 5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi
a. Konstruksi tubular (shell and tube) 1. Tube ganda (double tube)
2. Konstruksi shell and tube, Sekat plat (plate baffle), Sekat batang (rod
baffle)
3. Konstruksi tube spiral b. Konstruksi tipe pelat
1. Tipe pelat 2. Tipe lamella 3. Tipe spiral 4. Tipe pelat koil
c. Konstruksi dengan luas permukaan diperluas (extended surface) 1.Sirip pelat (plate fin)
2. Sirip tube (tube fin) 3.Heat pipe wall
4.Ordinary separating wall d. Regenerative
(45)
2. Tipe disk (piringan) 3 Tipe drum
4. Tipe matrik tetap
6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran a. Aliran dengan satu pass
1. Aliran Berlawanan 2.Aliran Paralel 3.Aliran Melintang 4.Aliran Split
5.Aliran yang dibagi (divided) b. Aliran multipass
a. Permukaan yang diperbesar (extended surface) 1.Aliran counter menyilang
2.Aliran paralel menyilang 3.Aliran compound
b. Multipass plat
Perlu diketahui bahwa untuk alat-alat ini terdapat suatu terminologi yang telah distandarkan untuk menamai alat dan bagian-bagian alat tersebut yang dikeluarkan oleh Asosiasi pembuat Heat Exchanger yang dikenal dengan Tubular
Exchanger Manufacture’s Association (TEMA). Standarisasi tersebut bertujuan
untuk melindungi para pemakai dari bahaya kerusakan atau kegagalan alat, karena alat ini beroperasi pada temperatur dan tekanan yang tinggi.
Didalam standar mekanik TEMA, terdapat dua macam kelas Heat Exchanger, yaitu :
1. Kelas R, yaitu untuk peralatan yang bekerja dengan kondisi berat, misalnya untuk industri minyak dan kimia berat.
2. Kelas C, yaitu yang dibuat untuk general purpose, dengan didasarkan pada segi ekonomis dan ukuran kecil, digunakan untuk proses-proses umum industri.
Berikut ini akan dijelaskan beberapa alat penukar kalor yang umum digunakan dalam dunia industri :
(46)
Double pipe heat exchanger atau consentric tube heat exchanger yang
adalah alat penukar panas dimana fluida panas dan dingin dipisahkan oleh susunan tabung concentric (double pipe), fluida panas dan dingin tersebut mengalir dalam arah yang sama maupun berlawanan. Pada saat dimana fluida panas dan dingin mengalir dalam arah yang sama, maka alat penukar kalor tersebut disebut parallel flow heat exchanger, sedangkan jika fluida panas dan dingin mengalir dalam arah yang berlawanan alat penukar kalor tersebut disebut dengan counter flow heat exchanger. Alat pemanas ini dapat dibuat dari pipa yang panjang dan dihubungkan satu sama lain hingga membentuk U. Double pipe heat
exchanger merupakan alat yang cocok dikondisikan untuk aliran dengan laju
aliran yang kecil.
Gambar 2.8 Aliran double pipe heat exchanger [6]
Gambar 2.9 Hair pin heat exchanger [12]
Exchanger ini menyediakan true counter current flow dan cocok untuk extreme temperature crossing, tekanan tinggi dan rendah untuk kebutuhan surface area
(47)
- Single tube (double pipe) atau berbagai tabung dalam suatu hairpin shell (multitube),
- Bare tubes, finned tube, U-Tubes,
- Straight tubes,
- Fixed tube sheets
Double pipe heat exchanger sangatlah berguna karena ini bisa digunakan
dan dipasang pada pipe-fitting dari bagian standar dan menghasilkan luas permukaan panas yang besar. Ukuran standar dari tees dan return head diberikan pada tabel berikut :
Tabel 2.1 : Double Pipe Exchanger fittings [4]
Outer Pipe, IPS Inner Pipe, IPS
3 2½ 3 4
1¼ 1¼ 2 3
Double pipe exchangers biasanya dipasang dalam 12-, 15- atau 20-ft
Panjang efektif, panjang efektif dapat membuat jarak dalam each leg over di mana terjadi perpindahan panas dan mengeluarkan inner pipe yang menonjol melewati
the exchanger section.
Susunan dari concentric tube ditunjukan pada gambar di bawah ini. Aliran dalam type heat exchanger dapat bersifat cocurrent atau counter current dimana aliran fluida panas ada pada inner pipe dan fluida dingin pada annulus pipe.
(48)
Gambar 2.10 Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter current [15]
Pada susunan cocurrent maka fluida di dalam tube sebelah dalam (inner
tubes) maupun yang di luar tube (dalam annulus), artinya satu lintasan tanpa
cabang. Sedangkan pada aliran counter current, di dalam tube sebelah dalam dan fluida di dalam annulus masing-masing mempunyai cabang seperti terlihat pada gambar 2.11 dan gambar 2.12.
(49)
Gambar 2.12 Double-pipe heat exchangers in series–parallel [6] Keuntungan dan kerugian penggunaan double pipe heat exchanger :
a) Keuntungan
1. Penggunaan longitudinal tinned tubes akan mengakibatkan suatu heat
exchanger untuk shell sides fluids yang mempunyai suatu low heat transfer coefficient.
2. Counter current flow mengakibatkan penurunan kebutuhan surface
area permukaan untuk service yang mempunyai suatu temperature cross.
3. Potensi kebutuhan untuk ekspansi joint adalah dihapuskan dalam kaitan dengan konstruksi pipa-U.
4. Konstruksi sederhana dalam penggantian tabung dan pembersihan. b) Kerugian
1. Bagian hairpin adalah desain khusus yang mana secara normal tidak dibangun untuk 16ndustry standar dimanapun selain ASME code.
2. Bagian multiple hairpin tidaklah selisih secara ekonomis bersaing dengan single shell dan tube heat exchanger.
(50)
2. Shell And Tube Heat Exchanger
Shell and tube heat exchanger biasanya digunakan dalam kondisi tekanan
relatif tinggi, yang terdiri dari sebuah selongsong yang di dalamnya disusun suatu
annulus dengan rangkaian tertentu (untuk mendapatkan luas permukaan yang
optimal). Fluida mengalir di selongsong maupun di annulus sehingga terjadi perpindahan panas antara fluida dengan dinding annulus misalnya triangular
pitch (Pola segitiga) dan square pitch (Pola segiempat).
Gambar 2.13 Bentuk susunan tabung [5]
Keuntungan square pitch adalah bagian dalam tube-nya mudah dibersihkan dan
pressure drop-nya rendah ketika mengalir di dalamnya (fluida)
Gambar 2.14 shell and tube heat exchanger [8] Keuntungan dari shell and tube:
1. Konfigurasi yang dibuat akan memberikan luas permukaan yang besar dengan bentuk atau volume yang kecil.
2. Mempunyai lay-out mekanik yang baik, bentuknya cukup baik untuk operasi bertekanan.
(51)
4. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material, dimana dapat dipilih jenis material yang digunakan sesuai dengan temperatur dan tekanan operasi. 5. Mudah membersihkannya.
6. Prosedur perencanaannya sudah mapan (well-astablished). 7. Konstruksinya sederhana, pemakaian ruangan relatif kecil.
8. Pengoperasiannya tidak berbelit-belit, sangat mudah dimengerti (diketahui oleh para operator yang berlatar belakang pendidikan rendah).
9. Konstruksinya dapat dipisah-pisah satu sama lain, tidak merupakan satu kesatuan yang utuh, sehingga pengangkutannya relatif gampang
Kerugian penggunaan shell and tube heat exchanger adalah semakin besar jumlah lewatan maka semakin banyak panas yang diserap tetapi semakin sulit perawatannya.
3. Plate Type Heat Exchanger
Plate type heat exchanger terdiri dari bahan konduktif tinggi seperti stainless steel atau tembaga. Plate dibuat dengan design khusus dimana tekstur permukaan plate saling berpotongan satu sama lain dan membentuk ruang sempit antara dua plate yang berdekatan. Jika menggabungkan plate-plate menjadi seperti
berlapis-lapis, susunan plate-plate tersebut tertekan dan bersama-sama membentuk saluran alir untuk fluida. Area total untuk perpindahan panas tergantung pada jumlah
plate yang dipasang bersama-sama seperti gambar dibawah
(52)
4. Jacketed Vessel With Coil and Stirrer
Unit ini terdiri dari bejana berselubung dengan coil dan pengaduk, tangki air panas, instrumen untuk pengukuran flowrate dan temperatur. Fluida dingin dalam
vessel dipanaskan dengan mengaliri selubung atau koil dengan fluida panas.
Pengaduk dan baffle disediakan untuk proses pencampuran isi vessel. Volume isi tangki dapat divariasikan dengan pengaturan tinggi pipa overflow. Temperatur diukur pada inlet dan outlet fluida panas, vessel inlet dan isi vessel
Gambar 2.16 Jacketed Vessel With Coil And Stirrer [3]
2.4.1 Konduksi
Sebuah batang silinder dengan material tertentu diisolasi pada sisi terluarnya dan pada kedua ujung permukaannya memiliki suhu yang berbeda yakni T1 > T2 . Perbedaan temperatur tersebut menyebabkan perpindahan
panas secara konduksi pada arah x positif. Dapat diukur laju perpindahan panas qx, dan kita dapat menentukan qx bergantung pada variabel-variabel berikut : ΔT, yakni perbedaan temperatur ; Δx, yakni panjang batang ; dan A,
(53)
Jika ΔT dan Δx adalah konstan dan hanya memvariasikan A, maka
kita dapat melihat bahwa qx berbanding lurus dengan A. Dengan cara yang sama, jika ΔT dan A adalah konstan, kita dapat melihat bahwa qx berbanding terbalik dengan Δx. Apabila A dan Δx konstan, maka kita dapat melihat
bahwa qx berbanding lurus dengan ΔT. Sehingga kita dapat menyimpulkan
bahwa
qx ∞ A (2.1)
Berikut ini adalah gambar perpindahan panas secara konduksi melalui sebuah percobaan.
Gambar 2.17 Perpindahan Panas secara Konduksi [15]
Dengan memperhatikan material batang, sebagai contoh plastik, kita akan menemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun, kita juga menemukan bahwa untuk nilai A, Δx, dan ΔT yang sama, akan menghasilkan nilai qx yang lebih kecil untuk plastik daripada bermaterial logam. Sehingga kesebandingan diatas dapat ditulis dalam bentuk persamaan dengan memasukkan koefisien yang dipengaruhi oleh material. Sehingga diperoleh,
qx = kA (2.2)
k, adalah konduktivitas thermal (W/m.K), yang adalah merupakan sifat material
yang penting. Dengan menggunakan limit Δx 0 kita mendapatkan persamaan
untuk laju perpindahan panas,
(54)
atau persamaan flux panas menjadi,
= = - k
(2.4)
2.4.2 Konveksi
Mekanisme perpindahan panas dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi dan konveksi adalah membutuhkan media perantara dalam proses perpindahan panasnya. Berbeda dengan konduksi, pada konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk dapat memindahkan panas.
Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat bergantung pada sifat-sifat fluida seperti viskositas dinamis μ, konduktivitas termal k, massa jenis ρ, dan spesifik panas Cp, dan dipengaruhi oleh kecepatan fluida Ѵ. Konveksi juga bergantung pada bentuk dan kekasaran permukaan, dan bahkan juga dipengaruhi oleh tipe aliran seperti laminar atau turbulen. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa perpindahan panas secara konveksi adalah kompleks karena bergantung pada banyak variabel. Oleh karena itu, konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang paling kompleks.
Gambar 2.18 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa [15] Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju perpindahan panas secara konveksi berbanding lururs dengan perbedaan temperatur dan dapat ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan.
Qkonveksi = hAs (Ts - T∞) (2.5)
(55)
h merupakan koefisien perpindahan panas konduksi, As merupakan area permukaan perpindahan panas, Ts merupakan temperatur permukaan benda, T∞ merupakan temperatur lingkungan sekitar benda.
2.4.3 Radiasi
Radiasi berbeda dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi dan secara konveksi. Perpindahan panas secara radiasi tidak membutuhkan kehadiran suatu material sebagai media perpindahan panas. Faktanya, energi yang ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan dapat terjadi pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi terjadi dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Pada radiasi, perpindahan panas dapat terjadi pada 2 benda yang memiliki temperatur yang tinggi dan dipisahkan oleh benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah.
Dengan menganggap permukaan benda yang kecil As, emisifitas ε, dan kemampuan untuk menyerap α pada temperatur T yang terdiri dari keisotermalan yang besar dalam bentuk yang tertutup pada benda blackbody.
Blackbody dapat didefenisikan sebagai pemancar dan penyerap radiasi yang
sempurna. Pada temperatur dan panjang gelombang tertentu, tidak ada permukaan yang dapat memancarkan energi yang lebih banyak daripada
blackbody. Blackbody menyerap semua radiasi tanpa memperhatikan panjang
gelombang dan arahnya. Blackbody juga memancarkan energi radiasi yang merata dalam segala arah dalam setiap unit area searah dengan arah emisi,yang disebut sebagai pemancar diffuse. Diffuse dapat diartikan sebagai arah yang bebas untuk berdiri sendiri. Hal ini dapat kita lihat pada gambar berikut
(56)
Gambar 2.19 Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas [15] Energi radisi yang dipancarkan oleh sebuah blackbody tiap satuan waktu dan tiap satuan luasan area ditetapkan secara eksperimental oleh Joseph Stefan pada tahun 1879 dan dapat dituliskan
Eb (T) = σT 4 (w/m2) (2.6)
σ = 5,67 x 10-8 W/m2.K4 adalah konstanta Stefan-Boltzmann dan T adalah temperatur absolut dari suatu permukaan (K). Persamaan ini diverifikasi secara teori pada tahun 1884 oleh Ludwig Boltzman. Eb merupakan kekuatan emisifitas
blackbody.
2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
Sebuah alat penukar kalor terdiri dari 2 fluida yang mengalir yang dipisahkan oleh sebuah dinding yang solid. Pertama sekali panas dipindahkan dari fluida panas ke dinding melalui konveksi, kemudian melewati dinding melalui konduksi, dan dari dinding ke fluida dingin lagi melalui konveksi. Efek radiasi apapun biasanya termasuk didalam koefisien perpindahan panas konveksi. Jaringan tahanan panas dihubungkan dengan proses perpindahan panas ini yang terdiri dari dua tahanan panas konveksi dan satu tahanan panas konduksi seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut
(57)
Huruf kecil i dan o adalah permukaan dalam dan permukaan luar tabung. Untuk alat penukar kalor tabung sepusat, Ai = DiL dan Ao = DoL, sehingga tahanan termal dinding tabung adalah
Rdinding =
(2.7)
Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis [15]
Di ≈Do dan Ai ≈Ao (2.8)
k adalah konduktivitas termal dinding dan L adalah panjang tabung. Sehingga
tahanan termal total menjadi
R = Rtotal = Ri + Rdinding + Ro = + + (2.9)
Dalam menganalisis alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk menggabungkan semua tahanan panas yang terjadi pada fluida panas sampai fluida dingin menjadi sebuah tahanan panas R, dan laju perpindahan panas diantara kedua fluida adalah
Q = = UA ΔT = UiAi ΔT = UoAo ΔT (2.10)
U adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2°C).
Rumus diatas menjadi :
= = = R = + Rdinding + (2.11)
(58)
2.6 Faktor Kotoran (Fouling Factor)
Performansi alat penukar kalor biasanya semakin menurun dengan bertambahnya waktu pemakaian sebagai akibat terjadinya penumpukan kotoran pada permukaan alat penukar kalor. Lapisan kotoran tersebut menimbulkan hambatan tambahan pada proses perpindahan panas dan mengakibatkan penurunan laju perpindahan panas pada alat penukar kalor. Penumpukan kotoran pada alat penukar kalor disebut faktor kotoran Rf yang menjadi ukuran dalam
tahanan termal.
Faktor kotoran adalah nol untuk alat penukar kalor yang baru dan meningkat dengan meningkatnya lama pemakaian sehingga kotoran menempel pada permukaan alat penukar kalor. Faktor kotoran bergantung pada temperatur operasi dan kecepatan fluida, dan sebanding dengan panjang alat penukar kalor. Kotoran akan meningkat dengan meningkatnya temperatur dan menurunnya kecepatan.
Persamaan koefisien perpindahan menyeluruh telah diberikan sebelumnya yang berlaku untuk permukaan alat penukar kalor yang bersih. Persamaan sebelumnya perlu dimodifikasi sebagai efek dari kotoran pada permukaan dalam dan luar tabung. Untuk alat penukar kalor tabung cangkang yang tidak memiliki sirip, persamaan sebelumnya menjadi :
=
=
=
R = ++ + + (2.12)
Ai = DiL dan Ao = DoL adalah luas area permukaan dalam dan luar alat
penukar kalor.
Rf,i dan Rf,o adalah faktor kotoran permukaan dalam dan luar alat penukar kalor. Tabel 2.2 : Faktor kotoran untuk berbagai fluida [15]
Fluid Rr, m2, oC/W
Distiled water, sea water, river water, boiler feedwater:
0,0001
(59)
Above 50oC
Fuel oil 0,0009
Steam (oil free) 0,0001 Refrigerants
(liquid) 0,0002
Refrigerants
(vapor) 0,0004
Alcohol vapors 0,0001
air 0,0004
2.7 Metode LMTD
Evaluasi performansi thermal sebuah alat penukar kalor pada keadaan tunak (steady)
Persamaan perpindahan panas lokal melalui elemen ds dari sebuah apk.
Jika Th dan Tc adalah suhu kedua fluida yang berada di elemen da dari permukaan APK maka laju perpindahan panas diantara kedua fluida melalui elemen ds dituliskan dengan rumus
dq = U dA ( Th - Tc) (2.13) Dimana :
dq = Laju perpindahan panas kedua fluida (W)
U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2°C) dA = luas penampang tabung (m2)
Th = Suhu fluida panas (°C) Tc = Suhu fluida dingin (°C)
2.7.1 Metode LMTD Aliran pararel (sejajar)
Laju perpindahan panas pada fluida panas sama dengan laju perpindahan panas pada fluida dingin. Artinya perpindahan panas antara kedua fluida di dalam APK sama besarnya baik ditinjau dari fluida panas
(60)
ataupun dari fluida dingin. Pernyataan tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut
dq = ṁh Cph (-dTh) = ṁc Cpc (dtc) (2.14) dimana : ṁh = laju aliran massa fluida panas (kg/s)
ṁc = laju aliran massa fluida dingin (kg/s) Cph = panas jenis fluida panas (J/kg K) Cpc = panas jenis fluida dingin (J/kg K)
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa dTh < 0 dan dTc> 0 dan secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
dTh = - ; dTc = (2.15)
persamaan diatas diturunkan sebagai berikut :
dTh – dTc = d (Th – Tc) = - - (2.16) dimana :
= dan = (2.17)
Maka setelah disubstitusikan persamaan 2.17 ke 2.16, maka akan didapatkan:
d (Th – Tc) = -dq (2.18)
dan dengan mensubstitusikan persamaan 2.13 ke 2.18, maka didapat: d (Th – Tc) = -U dA ( Th - Tc) (2.19) selanjutnya persamaan 2.19 disederhanakan menjadi berikut:
= - U dA (2.20)
Dengan mengintegralkan persamaan 2.20 dan menganggap bahwa U dan adalah konstan dan batas integral ditunjukan pada gambar distribusi suhu maka didapatkan:
(2.21) Maka hasil dari integral persamaan 2.21 didapat:
(61)
ln = - U A (2.23) Berdasarkan neraca entalpi bahwa laju pindahan panas q :
Q = ṁh Cph (Thi – Tho) = ṁc Cpc (Tco – Tci) (2.24) ṁhCph = ; ṁcCpc = (2.25) dengan mensubstitusikan persamaan 2.25 ke 2.23 maka didapatkan ln = - U A (2.26)
q = U A (2.27)
Dimana berdasarkan gambar dari distribusi suhu :
∆Ta = (2.28) ∆Tb= (2.29) Jadi : q = U A atau q = U A (2.30)
2.7.2 Metode LMTD untuk aliran berlawanan
Variasi dari temperatur fluida dingin dan fluida panas pada APK dengan arah aliran berlawanan ditunjukan pada gambar dibawah ini. Pada kasus ini fluida dingin dan panas mengalir pada arah yang berlawanan. Temperatur keluaran fluida dingin dapat melebihi temperatur keluaran fluida panas, namun hal seperti ini jarang dijumpai. Normalnya temperatur keluaran fluida dingin tidak melebihi temperatur keluaran fluida panas karena hal ini tidak sesuai dengan pernyataan hukum kedua dari termodinamika.
(62)
Gambar 2.22 Distribusi suhu APK aliran berlawanan [Autocad]
Untuk temperatur masuk dan keluar fluida yang telah ditetapkan, harga dari LMTD untuk APK aliran berlawanan lebih besar dibandingkan dengan APK aliran sejajar dan untuk luasan pun APK aliran berlawanan lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan terlebih dahulu kita menentukan persamaan LMTD untuk aliran berlawanan berikut.
dq = ṁh Cph (-dTh) = ṁc Cpc (-dtc) (2.31) pada persamaan 2.31 dapat dilihat bahwa nilai dari dTh dan dtc adalah negatif hal ini berbeda dengan APK aliran sejajar maka dengan perbedaan tersebut dapat kita lihat bahwa:
dTh = - ; dTc =- (2.32) persamaan 2.32 kemudian diturunkan menjadi:
dTh – dTc = d (Th – Tc) = - - (2.33) dimana berdasarkan persamaan 2.17 yang kemudian disubstitusikan ke persamaan 2.33, maka didapat:
d (Th – Tc) = -d q (2.34) dan dengan mensubstitusikan persamaan 2.13 ke 2.34, didapat:
(63)
= - U dA (2.36) Menurut neraca entalpi pada persamaan 2.23 dan 2.24 kemudian mengintegralkan persamaan 2.34 dengan menganggap U dan
adalah konstan serta batas atas dan bawah yang ditunjukan pada gambar distribusi suhu APK aliran berlawanan maka didapat:
= (2.37)
Maka hasil integral dari persamaan 2.37 didapat:
ln (Tho – Tci) – ln (Thi – Tco) = - U A (2.38)
ln = - U A (2.39)
kemudian persamaan 2.39 diturunkan sehingga didapat:
ln = -U A (2.40)
dengan mensubstitusikan persamaan 13 ke 28 maka didapat:
Q = U A (2.41)
Berdasarkan gambar distribusi suhu:
∆Ta = (2.42)
∆Tb = (2.43)
Jadi : q = U A atau q =U A (2.44) Berdasarkan penurunan rumus yang telah dibahas sebelumnya maka didapat:
LMTD = = = (2.45)
Untuk aliran sejajar : ∆Ta = ; ∆Tb = (2.46) Untuk aliran berlawanan : ∆Ta = ; ∆Tb = (2.47) Catatan:
(64)
1. Panas jenis fluida dianggap konstan saat melewati APK. Dalam perhitungan praktis dicari panas jenis fluida pada suhu rata-rata didalam APK. Hal ini tidak jauh beda dengan kondisi sebenarnya. 2. Koefisien perpindahan panas menyeluruh U dianggap konstan
untuk sepanjang permukaan APK.
3. Jika ∆Ta tidak berbeda lebih dari 50% dari ∆Tb, maka LMTD dapat ∆TRL dapat diganti dengan ∆Tr aritmetik. Kesalahannya hanya dibawah 1%.
4. ∆TRL atau LMTD dapat juga dihitung dengan menggunakan grafik sebgai fungsi ∆Ta dan ∆Tb
5. APK aliran berlawanan lebih efektif dibandingkan APK aliran sejajar.
Pada pembahasan sebelumnya telah disinggung mengenai luas APK aliran sejajar yang lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar. Hal ini dapat dibuktikan dengan menganggap bahwa koefisien pindahan panas menyeluruh konstan nilai dari panas jenis fluida yang digunakan dan suhu masukkan dan keluaran kedua fluida baik fluida dingin maupun panas dianggap sama. Sebagai contoh temperatur fluida panas masuk dan keluaran berturut-turut adalah 180oC dan 100oC sedangkan temperatur fluida dingin masuk dan keluar berturut-turut adalah 40oC dan 80oC, maka dapat dilihat bahwa:
= =
Dengan menghitung dari nilai dari masing-masing pada setiap aliran maka didapat:
= 1 =
= = 1,27
(65)
Dari perbandingan diatas dapat disimpulkan bahwa luas apk yang dibutuhkan untuk kondisi yang sama namun konfigurasi yang berbeda maka harga luas yang didapat pun berbeda. Dari perhitungan diatas didapat harga luas APK aliran berlawan jauh lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar.
Untuk beberapa aliran, LMTD atau perlu dikoreksi dengan mengalikannya dengan faktor koreksi F. aliran menyilang dalam hal ini yang perlu dikalikan dengan factor koreksi f. sehingga untuk rumus perpindahan panas yang terjadi di dalam APK menjadi:
Q = U A F (2.48)
Dimana harga F didapat melalui grafik fungsi P dan R:
P = ; R = (2.49)
Dimana:
Ti = suhu fluida masuk cangkang To= suhu fluida keluar cangkang ti = suhu fluida masuk tabung to= suhu fluida keluar tabung
2.8 Metode NTU
Metode perhitungan dengan LMTD dapat digunakan bila keempat suhu dari 2 fluida diketahui, yaitu fluida masuk (fluida panas dan dingin), suhu fluida keluar (fluida panas dan dingin). Tetapi sering dalam persoalan APK yang diketahui suhu fluida panas dan dingin yang masuk. Maka dari itu digunakan metode NTU yang diperkenalkan oleh Nusselt.
Dalam hal ini diperkenalkan notasi dari keefektifan APK yang didefinisikan sebagai berikut:
Perpindahan laju pindahan panas real dengan perpindahan panas maksimum secara teori dapat terjadi dengan kondisi fluida masuk sama ke dalam APL (fluida, kapasitas, suhu sama)
Atau secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
(66)
Dalam APK aliran sejajar, ∆Tmax tidak pernah tercapai. ∆Tmax tercapai untuk aliran berlawanan, dimana pada gambar B Tco mendekati Thi dan untuk gambar C Tho mendekati Tci. Kemudian perkalian antara laju aliran massa dengan panas jenis disebut kapasitas panas yang dinotasikan dengan C.
C = ṁ.Cp (2.51)
Untuk kapasitas fluida panas dituliskan:
ṁh . Cph = Ch (2.52) dan untuk kapasitas fluida dingin dituliskan:
ṁc . Cpc = Cc (2.53) perpindahan panas maksimum yang terjadi berdasarkan teori dihitung dengan menggunakan rumus
qmax = (ṁ.Cp) min (Thi-Tci) (2.54) Maka berdasarkan persamaan yang telah kita tuliskan keefektifan APK menjadi:
E = dan E = (2.55)
Bila (ṁ.Cp)min = ṁh.Cph , maka keefektifan E menjadi,
E = (2.56)
Bila (ṁ.Cp)min = ṁc.Cpc , maka keefektifan E menjadi,
E = (2.57)
Sehingga dengan mengetahui keefektifan E dari APK, maka kita dapatkan laju pindahan panas Q,
q = E Cmin (Thi-Tci) dimana Cmin = (ṁ Cp)min (2.58) Pada saat kita membahas metode perhitungan APK dengan metode LMTD, kita mendapatkan persamaan yaitu:
ln = - U a (2.59)
(67)
ln = - U a (2.60)
= (2.61)
Sebelumnya telah diketahui bahwa,
dq = U dA ( Th - Tc) (2.62)
berdasarkan neraca entalpi bahwa dq adalah:
dTh = - ; dTc = (2.63)
q = ṁh Cph (Thi – Tho) = ṁc Cpc (Tco – Tci) (2.64) Dengan mensubstitusikan Ch dan Cc maka didapatkan,
Ch(Thi – Tho) = Cc (Tco – Tci) (2.65)
Tco = Tci + (Thi – Tho) (2.66)
Persamaan diatas diselesaikan dengan manipulasi matematika, dimana pada ruas kiri dan kanan masing-masing ditambahkan Tho-Tho dan Thi-Thi. maka didapatkan,
Tco + Tho - Tho = Tci + Thi –Thi + (Thi – Tho) (2.67) Dengan menyusun kembali persamaan diatas maka didapatkan, -(Tho – Tco) + Tho = -( Thi – Tci)+ Thi + (Thi – Tho) (2.68) -(Tho – Tco) = -( Thi – Tci) + Thi –Tho + (Thi – Tho) (2.69) Dengan membagi persamaan diatas dengan -(Thi – Tci) maka didapatkan,
= 1 – (2.70)
Dimana E bila Ch = Cmin =
Exp = 1 – E - (E) (2.71)
Exp = 1 – E (1 + (2.72)
Maka nilai E didapatkan,
(1)
vi
2.7.1 Metode LMTD Pada Aliran Paralel (Sejajar) ... 26
2.7.2 Metode LMTD untuk Aliran Berlawanan ... 28
2.8 Metode NTU ... 32
2.9 Metanol ... 37
2.10 Persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan ... 38
BAB III METODE PENELITIAN ... 40
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 40
3.1.1 Tempat Penelitian ... 40
3.1.2 Waktu Penelitian ... 40
3.2 Metode Penelitian ... 40
3.3 Populasi dan Sampel ... 40
3.3.1 Populasi Penelitian ... 41
3.3.2 Sampel Penelitian ... 41
3.3.3 Teknik Sampling ... 41
3.4 Teknik Pengumpulan Data ... 42
3.5 Instrumen Penelitian ... 43
3.5.1 Bahan Penelitian ... 43
3.5.2 Alat Penelitian... 43
3.5.3 Skema Uji Penelitian ... 47
3.5.4 Diagram Alir Proses Penelitian... 48
3.5.5 Proses Percobaan ... 50
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 51
4.1 Perhitungan Teoritis ... 51
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian ... 59
4.3 Perbandingan Hasil Eksperimen APK Shell and Tube dan APK Tabung Sepusat... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 68
5.1 Kesimpulan ... 68
5.2 Saran ... 68
(2)
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Chiller ... 7
Gambar 2.2 Kondensor ... 7
Gambar 2.3 Cooler ... 8
Gambar 2.4 Evaporator ... 8
Gambar 2.5 Thermosiphon Reboiler ... 9
Gambar 2.6 Konstruksi Heat Exchanger ... 9
Gambar 2.7 Heater ... 10
Gambar 2.8 Aliran double pipe heat exchanger ... 13
Gambar 2.9 Hairpin heat exchanger ... 13
Gambar 2.10 Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter current ... 15
Gambar 2.11 Double-pipe heat exchangers in series ... 15
Gambar 2.12 Double-pipe heat exchangers in series–parallel ... 16
Gambar 2.13 Bentuk susunan tabung ... 17
Gambar 2.14 Shell and tube heat exchanger ... 17
Gambar 2.15Plate type heat exchanger dengan aliran countercurrent ... 18
Gambar 2.16 Jacketed Vessel With Coil And Stirrer ... 19
Gambar 2.17 Perpindahan Panas secara Konduksi... 20
Gambar 2.18 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa . 21 Gambar 2.19 Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas .. 22
Gambar 2.20 Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor tabung sepusat ... 23
Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis ... 24
Gambar 2.22 Distribusi suhu APK aliran berlawanan ... 29
Gambar 2.23 Grafik efektifitas untuk aliran sejajar ... 36
Gambar 2.24 Grafik efektifitas untuk aliran berlawanan ... 37
(3)
viii
Gambar 3.2 Termometer ... 45
Gambar 3.3 Flowmeter ... 45
Gambar 3.4 Alat pengatur suhu fluida panas ... 46
Gambar 3.5 Pompa fluida panas ... 46
Gambar 3.6 Water Heater ... 47
Gambar 3.7 Tabung Shell and Tube ... 47
Gambar 3.8 Skema Uji Penelitian ... 48
Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian ... 49
Gambar 4.1 Dimensi APK tabung shell and tube ... 51
Gambar 4.2 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 40°C)... 58
Gambar 4.3 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 50°C)... 58
Gambar 4.4 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 60°C)... 59
Gambar 4.5 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 40°C)... 61
Gambar 4.6 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 50°C)... 61
Gambar 4.7 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j dengan suhu fluida panas 60°C)... 62
(4)
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Double Pipe Exchanger fittings ... 14
Tabel 2.2 Faktor kotoran untuk berbagai fluida ... 25
Tabel 2.3 Hubungan efektifitas dengan NTU dan c ... 36
Tabel 3.1 Variasi Sampel Penelitian ... 41
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan berdasarkan Metode Iterasi 57 Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan ... 59
Tabel 4.3 Perbandingan Data Teori dan Data Percobaan ... 63
Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin 240 L/j) ... 64
Tabel 4.5 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 2 (kapasitas fluida dingin 360 L/j) ... 65
Tabel 4.6 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin 180 L/j) ... 66
(5)
x
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
A luas penampang tegak lurus bidang m2
Ai Luas area permukaan dalam APK m2
Ao Luas area permukaan luar APK m2
As Area permukaan perpindahan panas m2
Cc Kapasitas Fluida Dingin W/K
Ch Kapasitas Fluida Panas W/K
cp,c Panas Jenis fluida dingin J/kg.K
cp,h Panas Jenis fluida panas J/kg.K
cp Panas Jenis Fluida J/kg.K
Diameter Pipa m
Dh Diameter hidrolik m
Do Diameter Luar Tabung m
Di Diameter Dalam Tabung m
ε Emisifitas
σ konstanta Stefan-Boltzmann W/m2.K4
h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m2K
k Konduktifitas thermal W/m.K
L Panjang tabung m
ṁ Laju aliran massa fluida kg/s
ṁc Laju aliran massa fluida dingin kg/s
ṁh Laju aliran massa fluida panas kg/s
Nu Bilangan Nusselt
Nui Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nuo Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
p Keliling penempang pipa m
Pr Bilangan Prandtl
(6)
xi
Q Laju Perpindahan Panas W
Tahanan Termal m2. °C/W
Re Bilangan Reynold
ΔT Perbedaan Temperatur oC
Th Suhu fluida panas °C
Tc Suhu fluida dingin °C
Th,i Temperatur fluida panas masuk °C
Th,o Temperatur fluida panas keluar °C
Tc,i Temperatur fluida dingin masuk °C
Tc,o Temperatur fluida dingin keluar °C
ΔTRL Beda Suhu rata-rata logaritma °C
Ts Temperatur Permukaan Benda oC
T∞ Temperatur lingkungan sekitar benda oC U Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh W/m2°C
V Kecepatan Fluida m/s
μ Viskositas Dinamis N.s/m2