LAPORAN PENGESAHAN LABORA TORIUM OPERASI
LAPORAN PENGESAHAN
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Judul Percobaan
: HE Steam To Water
Tanggal Percobaan
: 02 Oktober 2015
Dosen Pembimbing
: Ramli Thahir,ST.,MT
Kelas
: IV A / S1 Terapan
Kelompok
: VI ( Enam )
Nama Mahasiswa / NIM
: 1. Harna Dwi utami / 13 644 015
2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021
3. Yudha Pradana / 13 644 047
4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Telah diperiksa dan disahkan pada
tanggal…...................... 2015
Mengetahui
Dosen Pembimbing
Ramli
Thahir,ST.,MT
NIP. 19741004
2001121 001
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Disusun Oleh :
Nama / NIM
: 1. Harna Dwi utami / 13 644 015
2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021
3. Yudha Pradana / 13 644 047
4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Kelas
:VA
Kelompok
: VI
Dosen Pembimbing
: Ramli Thahir,ST.,MT
PRAKTIKUM SATUAN OPERASI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Tujuan Percobaan
1. Mengamati secara visualisasi kondensasi lapisan film dan pendidihan inlet nukleat
2. Mengamati kenaikan panas pada alat Heat Exchanger
3. Memeriksa pengaruh penambahan flowrate
4. Menghitung panas air dingin dan panas pada steam
5. Menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan laju alir air dingin
6. Dapat
menentukan
dan
mengukur
parameter-parameter
dalam
peristiwa
perpindahan panas dan mengoperasikannya.
1.2
Dasar Teori
1.2.1
Perpindahan Panas
Perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah
ke daerah lain sebagai akibat dari beda suhu antara daerah tersebut. Dalam beragam
aplikasi diperlukan untuk memindahkan panas dari fluida yang panas ke fluida yang
dingin dan berbagai bentuk alat penukar panas telah dikembangkan untuk tujuan
tersebut. Perpindahan panas dikenal dangan 3 cara, yaitu sebagai berikut.
a. Perpindahan Panas Konduksi
Jika dalam suatu bahan kontinu terdapat gradien (landaian) suhu, maka kalor
akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor seperti ini disebut
konduksi atau hantaran.
Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung dengan media gas,
cairan, atau padatan. Jika media untuk perpindahan panas konduksi berupa gas yang
suhunya tinggi, molekul – molekul gas yang akan bergerak dengan kecepatan lebih
tinggi dari pada molekul gas yang suhunya lebih rendah.
Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q=
k A( T 1−T 2)
…...………………………………………..............................Pers(1)
x
Keterangan :
Q
: Kecepatan perpindahan panas (kal/s)
K
: Konduktivitas panas pada dinding (kal/s.m)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
x
: Tebal dinding pipa (m)
b. Perpindahan Panas Konveksi
Bila arus atau partikel – partikel makroskopik fluida melintas suatu permukaan
tertentu, seperti umpamanya, bidang batas suatu volum kendali, arus itu akan ikut
membawa serta sejumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi demikian disebut konveksi.
Perpindahan panas secara konveksi dapat berlangsung dengan media cairan atau
gas yang suhunya lebih tinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah,
memberikan panasnya pada permukaan yang suhunya lebih rendah. Kecepatan
perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = h. A. (T1 – T2)..…………………...............................................................Pers(2)
Keterangan :
Q
kal
: Kecepatan perpindahan panas ( s ¿
h
: Koefisien perpindahan panas lapisan fluida (kal/s.m2oC)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2
: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
c. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan energi melalui ruang oleh
gelombang – gelombang
elektromagnetik. Jika radiasi berlangsung melalui ruang
kosong, ia tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk – bentuk energi lain, dan
ia tidak pula akan terbelok dari lintasannya. Tetapi, sebaliknya bila terdapat zat pada
lintasannya, radiasi akan mengalami transmisi (diteruskan), refleksi (dipantulkan), dan
absorbsi (diserap). Hanya energi itu saja yang menjadi kalor, dan transformasi ini
bersifat kuantitatif.
Perpindahan panas radiasi berlangsung elektromagnetik dengan panjang
gelombang pada intervel tertentu. Jadi perpindahan panas radiasi tidak memerlukan
media, sehingga perpindahan panas radiasi berlangsung diruang hampa udara.
Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = σ . A . (T14 - T24)................................................................................................(3)
Keterangan :
Q
kal
: Kecepatan perpindahan panas ( s ¿
σ
: Tetapan Stefan-Boltzman = 4.88 × 10 -8 kkal / (jam.m2.K4)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2
: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
Panas adalah salah satu bentuk energi. jika suatu zat menerima atau melepas
panas, maka ada dua kemungkinan yang terjadi. Pertama, terjadinya perubahan
temperatur dari zat tersebut yang disebut panas sensibel (sensibel heat) dan yang kedua
adalah terjadinya perubahan fase zat yang disebut panas laten (latent heat).
a. Panas sensible (sensibel heat)
Apabila suatu zat menerima kalor sensible maka akan mengalami peningkatan
temperatur, namun jika zat tersebut melepas kalor maka akan mengalami penurunan
temperatur. Persamaan panas sinsibel adalah sebagai berikut:
Q=m. Cp. ∆ T ………………………………………......................................….Pers(3)
Keterangan :
Q
=
energi panas yang dilepas atau diterima suatu zat (J)
m
=
massa zat yang mengalami perubahan temperatur (kg)
Cp
=
kalor jenis zat(J/kg.K)
∆T
=
perubahan temperatur yang terjadi (K)
b. Panas Laten (latent heat)
Jika suatu zat menerima atau melepas panas, pada awalnya akan terjadi
perubahan temperatur, namun demikian hal tersebut suatu saat akan mencapai keadaan
jenuhnya dan menyebabkan perubahan fase. Panas yang demikian itu disebut panas
laten. Pada suatu zat terdapat dua macam panas laten yaitu panas laten pembekuan atau
peleburan dan panas laten penguapan atau pengembunan. Panas laten suatu zat
biasanya lebih besar dari panas sensible. Hal ini dikarenakan diperlukan energi yang
besar untuk merubah suatu fase suatu zat.
Secara umum panas laten mengunakan persamaan sebagai berikut :
Q=m. λ………………………………………………………..............................Pers(4)
Keterangan :
Q
=
energi panas yang dilepas atau diterima suatu zat (J)
m
=
massa zat yang mengalami perubahan temperatur (kg)
λ
=
panas laten (kJ/kg)
1.2.2 Koefisien Transfer Panas Overall
Dimana ∆ T adalah perbedaan suhu rata-rata steam dan air pendingin dengan
menentukan transfer panas yang terjadi dalam heat exchanger diintegrasikan dengan
panjang heat exchanger, maka persamaan perbedaan suhu rata-rata dapat dinyatakan
dengan:
∆ T LMTD=
( T 1−T 2 ) −(T 1−T 3)
T −T
ln ( T 1 −T 2 )
1
…………………….................................................……
3
Pers(5)
Persamaan diatas dengan perbedaan suhu rata-rata logaritmik (LMTD).
Koefisien panas overall (U) diperoleh dengan asumsi hal-hal mempengaruhi
perhitungan HE adalah mendekati konstan walaupun dari beberapa kasus asumsi ini
tidak cukup baik analisis yang lebih akurat dibutuhkan. Faktor yang mempengaruhi
transfer panas overall steam to water HE antara lain luas permukaan (A) transfer panas
steam pada tube, konduktivitas termal bahan tube, dan luas permukaan transfer panas
tube terhadap pendingin.
1.2.3 Koefisien Transfer Panas pada Steam
A. Bagian tube terus menerus ditutupi dengan pembentukkan lapisan film dari
kondensat. Dalam hal ini untuk tube vertikal yang digunakan pada HILTON HE
steam to water lapisan film kira-kira sama dengan seluruh area keliling tube dan
semakin lama akan bertambah bersama dengan aliran kondensat yang menetes
meninggalkan tube.
B. Aliran dari lapisan tipis ini dapat berupa aliran laminer atau hampir turbulen
tergantung pada panjang tube, kecepatan kondensasi aliran penguapan lokal.
C. Ketika aliran kondensat laminer, nilai koefisien luas teransfer panas dapat dihitung
dengan asumsi, yaitu:
1.aliran kondensat dalam kondisi laminer
2.perpindahan panas yang terjadi hanya konduksi
3.suhu lapisan yang menetes sedangkan suhu saturasi uap bagian dalam dan luar
lapisan tersebut
4.aliran kondensat hanya dipengaruhi gaya gravitasi tidak ada gaya dorong seperti
pada efek aliran penguapan
1.2.4 Koefisien Transfer Panas Permukaan Air
Pada tube dengan aliran laminer dimungkinkan untuk menganalisis secara
teoritis untuk mendapatkan nilai koefisien luas transfer panasnya, kecuali untuk
beberapa kondisi, seperti pada kondisi aliran turbulen tidak dapat dianalisa begitu saja
secara keseluruhan dan kondisi air dilakukan secara praktikal pada HE tersebut. Salah
satu metode yang dapat digunakan adalah prinsip kesamaan dinamik. Metode ini dapat
dilakukan untuk aliran laminer atau turbulen:
a.
kecepatan distribusi diantara dua batas sama ketika bilangan Reynold dari
keduanya sama
b.
distribusi temperatur diantara dua batas akan sama (A) ketika bilangan prandh
keduanya sama
c.
ketika (A) dan (B) sudah pasti, kemudian bilangan Nusselt untuk hubungan antara
elemen kedua lapisan sama dan dengan itu nilai dapat dikatakan rata-rata bilangan
Nusselt untuk kedua lapisan juga akan sama
Kondisi ini dapat disimpulkan menjadi:
Nu=f ( ℜ. Pr)…………………………………………......................................Pers(6)
Dari persamaan di atas dengan menambahkan analisa dimensional maka:
Nu=C ( ℜ. m. Pr . n)……………………………………….................................Pers(7)
Untuk kondisi pipa dengan aliran turbulen, secara umum dapat dinyatakan sbagaai:
Nu=0.023( ℜ .0.8 . Pr .0 .4)…………………………...................................…Pers(8)
1.2.5 Pengaruh Udara (Gas Noncondensible) pada Kondensor
Secara umum diketahui bahwa kebocoran udara kecil saja pada proses
kondensasi steam di unit power plant akan menyebabkan efek yang buruk pada
efisiensi kerja yang kemudian akan mempengaruhi efek tekanan parsialnya sehingga
semua pada kondisi atmosferik dimana terjadi kondensasi udara dan steam akan
bercampur dalam bentuk campuran sangat homogen.
BAB II
METODOLOGI
2.1
Alat dan Bahan
2.1.1
Alat yang digunakan
- Satu set alat HE H930
- Satu set Hydraulic Bench
2.1.2
Bahan yang digunakan
- Air
2.2
Prosedur Kerja
1.
Menghubungkan aliran air masuk dari Hydraulic Bench ke alat HE
2.
Menghubungkan steker pada alat HE dan Hydraulic Bench ke stop kontak
3.
Menghidupkan alat HE dan Hydraulic Bench
4.
Menghidupkan elemen pemanas pada HE
5.
g
Mengatur laju alir (condensor flowmeter )pada level 10 s
6.
Mengamati dan mencatat temperatur yaitu pada T1, T2, dan T3 sampai temperatur
konstan.
7.
Mengamati dan mencatat tekanan pada pressure guage berdasarkan perubahan laju
alir air dingin
8.
Melakukan prosedur yang sama pada nomor 6 – 7 untuk variasi waktu 3, 6, 9, 12
dan 15 menit.
9.
Setelah melakukan percobaan, mematikan dan memutuskan aliran arusl istrik pada
pompa dan alat HE
10. Membersihkan alat percobaan.
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data Pengamatan
Tabel 3.1.1 Data pengamatan dengan variasi Flowrate Steam (g/s)
Flowrate
T0
T2
T3
P
Waktu
(g/s)
2
4
6
8
(oC)
102,2
97,3
90,8
84,8
(oC)
59,7
56
50,7
48,4
(oC)
87,9
79,9
67,0
56,6
(kN/m2)
4
-10
-30
-44
(menit)
3
Tabel 3.1.2 Data Perhitungan
Waktu
(menit)
3
Flowrate
∆ LMTD ∆ LMTD
o
( C)
o
( F)
Cp
o
m
(gmol/s)
Q
Q
0,204
(cal/s)
957,145
(Btu/jam)
13674,585
A (ft2)
(g/s)
3,68
20,47
68,85
(cal/gmol C)
229,208
7,35
20,48
68,86
193,993
0,408
1620,974
23158,609
1,682
11,03
19,81
67,66
132,028
0,613
1603,286
22905,904
1,693
14,71
16.19
61,14
66,323
0,817
877,270
12533,423
1,025
0,993
3.2 Pembahasan
Heat Exchanger merupakan alat perpindahan panas yang menggunakan dua fluida
yang suhunya berbeda dan jenis Heat Exchanger yang digunakan dalam percobaan ini adalah
Heat Exchanger jenis Shell and Tube. Prinsip percobaan ini adalah apabila ada dua sistem
yang suhunya berbeda dikontakkan, maka terjadi perpindahan energi (perpindahan panas),
dimana pada bagian shell terdapat steam sebagai fluida panas sedangkan pada bagian tube
terdapat air sebagai fluida dingin.
Proses perpindahan panas dalam percobaan ini berlangsung dengan cara konduksi dan
konveksi, dimana konduksi merupakan perpindahan panas yang mengalir tanpa disertai oleh
sesuatu gerakan zat, jadi terjadi dari dinding tube bagian luar ke dinding tube bagian dalam.
Sedangkan untuk konveksi terjadi dari dinding tube bagian dalam ke air sehingga panas
berpindah mengenai air.
Pada percobaan kali ini dilakukan pengamatan terhadap variable T 1 , T 2 , dan T 3.
dengan melakukan variasi flowrate dengan waktu masing-masing variasi 3 menit. Dimana T1
adalah pembacaan suhu pada air yang dipanaskan, tetapi cukup dengan membaca suhu steam
karena dianggap suhu steam sama dengan suhu kondensat (T 0 ¿ . Sedangkan T2 adalah suhu
air pendingin masuk ke dalam tube dan T3 adalah suhu air pendingin yang keluar dari tube
dan steam tidak mengalami penurunan temperature.
Dari hasil pengamatan yang dilakukan bahwa semakin besar flowrate, maka
temperature air dingin keluar (T 3 ¿ semakin kecil. Untuk nilai LMTD berbanding terbalik
dengan flowrate, dimana semakin besar flowrate maka semakin rendah nilai LMTD. Nilai
dari luasan perpindahan panas juga berbanding lurus dengan kecepatan perpindahan panas,
dimana semakin tinggi nilai kecepatan perpindahan panas, maka nilai luasan perpindahan
panasnya akan semakin tinggi pula.
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Semakin besar flowrate, maka temperature air ingin keluar semakin kecil
Semakin besar flowrate, maka nilai LMTD semakin kecil.
semakin tinggi nilai kecepatan perpindahan panas, maka nilai luasan perpindahan
panasnya akan semakin tinggi pula.
DAFTAR PUSTAKA
Tim Penyusun. 2015. Penentuan Praktikum Termodinamika dan Perpindahan Panas.
Politeknik Negeri Samarinda. Samarinda.
PERHITUNGAN
A. Perhitungan Laju Alir Steam :
Terukur pada flowmeter
g
: 8 sec
Hasil kalibrasi
500 ml
ml
: 34 sec = 14,71 sec
Laju alir masa
ml
g
g
: 14,71 sec x 1 ml = 14,71 sec
-
8
14,71
X
-
8
14,71
X
-
8
14,71
X
=
6
x
g
= 11,03 sec
=
4
x
g
= 7,35 sec
=
2
x
g
= 3,68 sec
B. Peritungan Luas Perpindahan masa
Diketahui:
t
= 3 menit
T1
= 102,2 OC
T2
= 59,7 OC
T3
= 87,9 OC
Mr H2O
= 18 g/gmol
Laju alir masa Steam = 3,68 g/sec
ρair
= 1 g/cm3
U
= 200
Btu
Jam ft 2 ℉
Penyelesaian:
1. Menghitung ∆ LMTD
∆ LMTD = ¿ ¿ =
( 102,2−87,9 ) − ( 87,9−59,7 )
( 102,2−87,9 )
¿ ( 87,9−59,7 )
= 20,47 OC
= 68,85 OF
2. Menghitung Cp air
87,9
−2
−5 2
−9 3
Cp= ∫ 33.46+ 0.688 x 10 T +0.7604 x 10 T −3.593 x 10 T ×0.2390
59,7
cal
= 229,208 gmol ℃
3. Menghitung Qterima
Qterima=m Cp ∆ LMTD
g
3,68 s
m =
g
18 gmol
m = 0,204 gmol/s
Qterima = m x Cp x ∆ LMTD
Qterima
= 0.204
gmol
cal
× 229,208
×20,47 ℃
s
gmol ℃
cal
= 957,145 s
Btu
= 13674,585 jam
Q Terima = Q lepas
m× cp × ∆ LMTD= m × λ
4. Mencari Luas Perpindahan Panas (A)
Q = U × A × ∆ LMTD
Q
U . ∆ LMTD
13674,585 Btu/ jam
¿
Btu
200
. 68,85 ℉
Jamft 2 ℉
A=
= 0,993 ft2
Melakukan langkah perhitungan yang sama untuk menghitung data selanjutnya.
LAMPIRAN
Flowrate vs Q
1800
1600
Q (cal/sec)
1400
1200
f(x) = − 7.05 x + 1329.47
R² = 0.01
1000
Linear ()
800
600
400
200
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Flowrate (gram/sec)
Grafik 1. Pengaruh Flowrate terhadap Kalor
Luas Perpindahan Panas (ft2)
Flowrate vs Luas Perpindahan Panas
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
f(x) = 0 x + 1.32
R² = 0
Linear ()
2
4
6
8
10
12
14
16
Flowrate (gram/sec)
Grafik 2. Pengaruh Flowrate terhadap luas perpindahan panas
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Judul Percobaan
: HE Steam To Water
Tanggal Percobaan
: 02 Oktober 2015
Dosen Pembimbing
: Ramli Thahir,ST.,MT
Kelas
: IV A / S1 Terapan
Kelompok
: VI ( Enam )
Nama Mahasiswa / NIM
: 1. Harna Dwi utami / 13 644 015
2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021
3. Yudha Pradana / 13 644 047
4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Telah diperiksa dan disahkan pada
tanggal…...................... 2015
Mengetahui
Dosen Pembimbing
Ramli
Thahir,ST.,MT
NIP. 19741004
2001121 001
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
HE STEAM TO WATER
Disusun Oleh :
Nama / NIM
: 1. Harna Dwi utami / 13 644 015
2. Syarifa Imma Najma / 13 644 021
3. Yudha Pradana / 13 644 047
4. Ikmas / 13 644 048
5. Firdaus / 13 644 054
Kelas
:VA
Kelompok
: VI
Dosen Pembimbing
: Ramli Thahir,ST.,MT
PRAKTIKUM SATUAN OPERASI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Tujuan Percobaan
1. Mengamati secara visualisasi kondensasi lapisan film dan pendidihan inlet nukleat
2. Mengamati kenaikan panas pada alat Heat Exchanger
3. Memeriksa pengaruh penambahan flowrate
4. Menghitung panas air dingin dan panas pada steam
5. Menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan laju alir air dingin
6. Dapat
menentukan
dan
mengukur
parameter-parameter
dalam
peristiwa
perpindahan panas dan mengoperasikannya.
1.2
Dasar Teori
1.2.1
Perpindahan Panas
Perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah
ke daerah lain sebagai akibat dari beda suhu antara daerah tersebut. Dalam beragam
aplikasi diperlukan untuk memindahkan panas dari fluida yang panas ke fluida yang
dingin dan berbagai bentuk alat penukar panas telah dikembangkan untuk tujuan
tersebut. Perpindahan panas dikenal dangan 3 cara, yaitu sebagai berikut.
a. Perpindahan Panas Konduksi
Jika dalam suatu bahan kontinu terdapat gradien (landaian) suhu, maka kalor
akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor seperti ini disebut
konduksi atau hantaran.
Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung dengan media gas,
cairan, atau padatan. Jika media untuk perpindahan panas konduksi berupa gas yang
suhunya tinggi, molekul – molekul gas yang akan bergerak dengan kecepatan lebih
tinggi dari pada molekul gas yang suhunya lebih rendah.
Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q=
k A( T 1−T 2)
…...………………………………………..............................Pers(1)
x
Keterangan :
Q
: Kecepatan perpindahan panas (kal/s)
K
: Konduktivitas panas pada dinding (kal/s.m)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
x
: Tebal dinding pipa (m)
b. Perpindahan Panas Konveksi
Bila arus atau partikel – partikel makroskopik fluida melintas suatu permukaan
tertentu, seperti umpamanya, bidang batas suatu volum kendali, arus itu akan ikut
membawa serta sejumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi demikian disebut konveksi.
Perpindahan panas secara konveksi dapat berlangsung dengan media cairan atau
gas yang suhunya lebih tinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah,
memberikan panasnya pada permukaan yang suhunya lebih rendah. Kecepatan
perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = h. A. (T1 – T2)..…………………...............................................................Pers(2)
Keterangan :
Q
kal
: Kecepatan perpindahan panas ( s ¿
h
: Koefisien perpindahan panas lapisan fluida (kal/s.m2oC)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2
: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
c. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan energi melalui ruang oleh
gelombang – gelombang
elektromagnetik. Jika radiasi berlangsung melalui ruang
kosong, ia tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk – bentuk energi lain, dan
ia tidak pula akan terbelok dari lintasannya. Tetapi, sebaliknya bila terdapat zat pada
lintasannya, radiasi akan mengalami transmisi (diteruskan), refleksi (dipantulkan), dan
absorbsi (diserap). Hanya energi itu saja yang menjadi kalor, dan transformasi ini
bersifat kuantitatif.
Perpindahan panas radiasi berlangsung elektromagnetik dengan panjang
gelombang pada intervel tertentu. Jadi perpindahan panas radiasi tidak memerlukan
media, sehingga perpindahan panas radiasi berlangsung diruang hampa udara.
Kecepatan perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Q = σ . A . (T14 - T24)................................................................................................(3)
Keterangan :
Q
kal
: Kecepatan perpindahan panas ( s ¿
σ
: Tetapan Stefan-Boltzman = 4.88 × 10 -8 kkal / (jam.m2.K4)
A
: Luas daerah normal dari aliran panas (m2)
T1&T2
: Temperatur permukaan panas pada dinding (oC)
Panas adalah salah satu bentuk energi. jika suatu zat menerima atau melepas
panas, maka ada dua kemungkinan yang terjadi. Pertama, terjadinya perubahan
temperatur dari zat tersebut yang disebut panas sensibel (sensibel heat) dan yang kedua
adalah terjadinya perubahan fase zat yang disebut panas laten (latent heat).
a. Panas sensible (sensibel heat)
Apabila suatu zat menerima kalor sensible maka akan mengalami peningkatan
temperatur, namun jika zat tersebut melepas kalor maka akan mengalami penurunan
temperatur. Persamaan panas sinsibel adalah sebagai berikut:
Q=m. Cp. ∆ T ………………………………………......................................….Pers(3)
Keterangan :
Q
=
energi panas yang dilepas atau diterima suatu zat (J)
m
=
massa zat yang mengalami perubahan temperatur (kg)
Cp
=
kalor jenis zat(J/kg.K)
∆T
=
perubahan temperatur yang terjadi (K)
b. Panas Laten (latent heat)
Jika suatu zat menerima atau melepas panas, pada awalnya akan terjadi
perubahan temperatur, namun demikian hal tersebut suatu saat akan mencapai keadaan
jenuhnya dan menyebabkan perubahan fase. Panas yang demikian itu disebut panas
laten. Pada suatu zat terdapat dua macam panas laten yaitu panas laten pembekuan atau
peleburan dan panas laten penguapan atau pengembunan. Panas laten suatu zat
biasanya lebih besar dari panas sensible. Hal ini dikarenakan diperlukan energi yang
besar untuk merubah suatu fase suatu zat.
Secara umum panas laten mengunakan persamaan sebagai berikut :
Q=m. λ………………………………………………………..............................Pers(4)
Keterangan :
Q
=
energi panas yang dilepas atau diterima suatu zat (J)
m
=
massa zat yang mengalami perubahan temperatur (kg)
λ
=
panas laten (kJ/kg)
1.2.2 Koefisien Transfer Panas Overall
Dimana ∆ T adalah perbedaan suhu rata-rata steam dan air pendingin dengan
menentukan transfer panas yang terjadi dalam heat exchanger diintegrasikan dengan
panjang heat exchanger, maka persamaan perbedaan suhu rata-rata dapat dinyatakan
dengan:
∆ T LMTD=
( T 1−T 2 ) −(T 1−T 3)
T −T
ln ( T 1 −T 2 )
1
…………………….................................................……
3
Pers(5)
Persamaan diatas dengan perbedaan suhu rata-rata logaritmik (LMTD).
Koefisien panas overall (U) diperoleh dengan asumsi hal-hal mempengaruhi
perhitungan HE adalah mendekati konstan walaupun dari beberapa kasus asumsi ini
tidak cukup baik analisis yang lebih akurat dibutuhkan. Faktor yang mempengaruhi
transfer panas overall steam to water HE antara lain luas permukaan (A) transfer panas
steam pada tube, konduktivitas termal bahan tube, dan luas permukaan transfer panas
tube terhadap pendingin.
1.2.3 Koefisien Transfer Panas pada Steam
A. Bagian tube terus menerus ditutupi dengan pembentukkan lapisan film dari
kondensat. Dalam hal ini untuk tube vertikal yang digunakan pada HILTON HE
steam to water lapisan film kira-kira sama dengan seluruh area keliling tube dan
semakin lama akan bertambah bersama dengan aliran kondensat yang menetes
meninggalkan tube.
B. Aliran dari lapisan tipis ini dapat berupa aliran laminer atau hampir turbulen
tergantung pada panjang tube, kecepatan kondensasi aliran penguapan lokal.
C. Ketika aliran kondensat laminer, nilai koefisien luas teransfer panas dapat dihitung
dengan asumsi, yaitu:
1.aliran kondensat dalam kondisi laminer
2.perpindahan panas yang terjadi hanya konduksi
3.suhu lapisan yang menetes sedangkan suhu saturasi uap bagian dalam dan luar
lapisan tersebut
4.aliran kondensat hanya dipengaruhi gaya gravitasi tidak ada gaya dorong seperti
pada efek aliran penguapan
1.2.4 Koefisien Transfer Panas Permukaan Air
Pada tube dengan aliran laminer dimungkinkan untuk menganalisis secara
teoritis untuk mendapatkan nilai koefisien luas transfer panasnya, kecuali untuk
beberapa kondisi, seperti pada kondisi aliran turbulen tidak dapat dianalisa begitu saja
secara keseluruhan dan kondisi air dilakukan secara praktikal pada HE tersebut. Salah
satu metode yang dapat digunakan adalah prinsip kesamaan dinamik. Metode ini dapat
dilakukan untuk aliran laminer atau turbulen:
a.
kecepatan distribusi diantara dua batas sama ketika bilangan Reynold dari
keduanya sama
b.
distribusi temperatur diantara dua batas akan sama (A) ketika bilangan prandh
keduanya sama
c.
ketika (A) dan (B) sudah pasti, kemudian bilangan Nusselt untuk hubungan antara
elemen kedua lapisan sama dan dengan itu nilai dapat dikatakan rata-rata bilangan
Nusselt untuk kedua lapisan juga akan sama
Kondisi ini dapat disimpulkan menjadi:
Nu=f ( ℜ. Pr)…………………………………………......................................Pers(6)
Dari persamaan di atas dengan menambahkan analisa dimensional maka:
Nu=C ( ℜ. m. Pr . n)……………………………………….................................Pers(7)
Untuk kondisi pipa dengan aliran turbulen, secara umum dapat dinyatakan sbagaai:
Nu=0.023( ℜ .0.8 . Pr .0 .4)…………………………...................................…Pers(8)
1.2.5 Pengaruh Udara (Gas Noncondensible) pada Kondensor
Secara umum diketahui bahwa kebocoran udara kecil saja pada proses
kondensasi steam di unit power plant akan menyebabkan efek yang buruk pada
efisiensi kerja yang kemudian akan mempengaruhi efek tekanan parsialnya sehingga
semua pada kondisi atmosferik dimana terjadi kondensasi udara dan steam akan
bercampur dalam bentuk campuran sangat homogen.
BAB II
METODOLOGI
2.1
Alat dan Bahan
2.1.1
Alat yang digunakan
- Satu set alat HE H930
- Satu set Hydraulic Bench
2.1.2
Bahan yang digunakan
- Air
2.2
Prosedur Kerja
1.
Menghubungkan aliran air masuk dari Hydraulic Bench ke alat HE
2.
Menghubungkan steker pada alat HE dan Hydraulic Bench ke stop kontak
3.
Menghidupkan alat HE dan Hydraulic Bench
4.
Menghidupkan elemen pemanas pada HE
5.
g
Mengatur laju alir (condensor flowmeter )pada level 10 s
6.
Mengamati dan mencatat temperatur yaitu pada T1, T2, dan T3 sampai temperatur
konstan.
7.
Mengamati dan mencatat tekanan pada pressure guage berdasarkan perubahan laju
alir air dingin
8.
Melakukan prosedur yang sama pada nomor 6 – 7 untuk variasi waktu 3, 6, 9, 12
dan 15 menit.
9.
Setelah melakukan percobaan, mematikan dan memutuskan aliran arusl istrik pada
pompa dan alat HE
10. Membersihkan alat percobaan.
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data Pengamatan
Tabel 3.1.1 Data pengamatan dengan variasi Flowrate Steam (g/s)
Flowrate
T0
T2
T3
P
Waktu
(g/s)
2
4
6
8
(oC)
102,2
97,3
90,8
84,8
(oC)
59,7
56
50,7
48,4
(oC)
87,9
79,9
67,0
56,6
(kN/m2)
4
-10
-30
-44
(menit)
3
Tabel 3.1.2 Data Perhitungan
Waktu
(menit)
3
Flowrate
∆ LMTD ∆ LMTD
o
( C)
o
( F)
Cp
o
m
(gmol/s)
Q
Q
0,204
(cal/s)
957,145
(Btu/jam)
13674,585
A (ft2)
(g/s)
3,68
20,47
68,85
(cal/gmol C)
229,208
7,35
20,48
68,86
193,993
0,408
1620,974
23158,609
1,682
11,03
19,81
67,66
132,028
0,613
1603,286
22905,904
1,693
14,71
16.19
61,14
66,323
0,817
877,270
12533,423
1,025
0,993
3.2 Pembahasan
Heat Exchanger merupakan alat perpindahan panas yang menggunakan dua fluida
yang suhunya berbeda dan jenis Heat Exchanger yang digunakan dalam percobaan ini adalah
Heat Exchanger jenis Shell and Tube. Prinsip percobaan ini adalah apabila ada dua sistem
yang suhunya berbeda dikontakkan, maka terjadi perpindahan energi (perpindahan panas),
dimana pada bagian shell terdapat steam sebagai fluida panas sedangkan pada bagian tube
terdapat air sebagai fluida dingin.
Proses perpindahan panas dalam percobaan ini berlangsung dengan cara konduksi dan
konveksi, dimana konduksi merupakan perpindahan panas yang mengalir tanpa disertai oleh
sesuatu gerakan zat, jadi terjadi dari dinding tube bagian luar ke dinding tube bagian dalam.
Sedangkan untuk konveksi terjadi dari dinding tube bagian dalam ke air sehingga panas
berpindah mengenai air.
Pada percobaan kali ini dilakukan pengamatan terhadap variable T 1 , T 2 , dan T 3.
dengan melakukan variasi flowrate dengan waktu masing-masing variasi 3 menit. Dimana T1
adalah pembacaan suhu pada air yang dipanaskan, tetapi cukup dengan membaca suhu steam
karena dianggap suhu steam sama dengan suhu kondensat (T 0 ¿ . Sedangkan T2 adalah suhu
air pendingin masuk ke dalam tube dan T3 adalah suhu air pendingin yang keluar dari tube
dan steam tidak mengalami penurunan temperature.
Dari hasil pengamatan yang dilakukan bahwa semakin besar flowrate, maka
temperature air dingin keluar (T 3 ¿ semakin kecil. Untuk nilai LMTD berbanding terbalik
dengan flowrate, dimana semakin besar flowrate maka semakin rendah nilai LMTD. Nilai
dari luasan perpindahan panas juga berbanding lurus dengan kecepatan perpindahan panas,
dimana semakin tinggi nilai kecepatan perpindahan panas, maka nilai luasan perpindahan
panasnya akan semakin tinggi pula.
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Semakin besar flowrate, maka temperature air ingin keluar semakin kecil
Semakin besar flowrate, maka nilai LMTD semakin kecil.
semakin tinggi nilai kecepatan perpindahan panas, maka nilai luasan perpindahan
panasnya akan semakin tinggi pula.
DAFTAR PUSTAKA
Tim Penyusun. 2015. Penentuan Praktikum Termodinamika dan Perpindahan Panas.
Politeknik Negeri Samarinda. Samarinda.
PERHITUNGAN
A. Perhitungan Laju Alir Steam :
Terukur pada flowmeter
g
: 8 sec
Hasil kalibrasi
500 ml
ml
: 34 sec = 14,71 sec
Laju alir masa
ml
g
g
: 14,71 sec x 1 ml = 14,71 sec
-
8
14,71
X
-
8
14,71
X
-
8
14,71
X
=
6
x
g
= 11,03 sec
=
4
x
g
= 7,35 sec
=
2
x
g
= 3,68 sec
B. Peritungan Luas Perpindahan masa
Diketahui:
t
= 3 menit
T1
= 102,2 OC
T2
= 59,7 OC
T3
= 87,9 OC
Mr H2O
= 18 g/gmol
Laju alir masa Steam = 3,68 g/sec
ρair
= 1 g/cm3
U
= 200
Btu
Jam ft 2 ℉
Penyelesaian:
1. Menghitung ∆ LMTD
∆ LMTD = ¿ ¿ =
( 102,2−87,9 ) − ( 87,9−59,7 )
( 102,2−87,9 )
¿ ( 87,9−59,7 )
= 20,47 OC
= 68,85 OF
2. Menghitung Cp air
87,9
−2
−5 2
−9 3
Cp= ∫ 33.46+ 0.688 x 10 T +0.7604 x 10 T −3.593 x 10 T ×0.2390
59,7
cal
= 229,208 gmol ℃
3. Menghitung Qterima
Qterima=m Cp ∆ LMTD
g
3,68 s
m =
g
18 gmol
m = 0,204 gmol/s
Qterima = m x Cp x ∆ LMTD
Qterima
= 0.204
gmol
cal
× 229,208
×20,47 ℃
s
gmol ℃
cal
= 957,145 s
Btu
= 13674,585 jam
Q Terima = Q lepas
m× cp × ∆ LMTD= m × λ
4. Mencari Luas Perpindahan Panas (A)
Q = U × A × ∆ LMTD
Q
U . ∆ LMTD
13674,585 Btu/ jam
¿
Btu
200
. 68,85 ℉
Jamft 2 ℉
A=
= 0,993 ft2
Melakukan langkah perhitungan yang sama untuk menghitung data selanjutnya.
LAMPIRAN
Flowrate vs Q
1800
1600
Q (cal/sec)
1400
1200
f(x) = − 7.05 x + 1329.47
R² = 0.01
1000
Linear ()
800
600
400
200
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Flowrate (gram/sec)
Grafik 1. Pengaruh Flowrate terhadap Kalor
Luas Perpindahan Panas (ft2)
Flowrate vs Luas Perpindahan Panas
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
f(x) = 0 x + 1.32
R² = 0
Linear ()
2
4
6
8
10
12
14
16
Flowrate (gram/sec)
Grafik 2. Pengaruh Flowrate terhadap luas perpindahan panas