Modifikasi Kondensor Sistem Distilasi Etanol Dengan Menambahkan Sistem Sirkulasi Air Pendingin COVER
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
MODIFIKASI KONDENSOR SISTEM DISTILASI ETANOL
DENGAN MENAMBAHKAN SISTEM SIRKULASI AIR
PENDINGIN
Disusun oleh:
BENNY ADAM
I8311007
DEKA HERMI AGUSTINA
I8311009
DONSIUS
I8311011
GINANJAR ADY GUNAWAN
I8311021
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2014
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang mana atas rahmat dan
karunia-Nya penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan
baik. Penyusunan Laporan Tugas Akhir bertujuan untuk memenuhi salah satu
syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma III Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil dari
hasil percobaan yang telah dilakukan. Melalui kesempatan ini penyusun
mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Bapak Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi
DIII Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2.
Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
3.
Orang tua yang telah memberikan doa dan semangat kepada kami.
4.
Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir
ini.
Penyusun menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih banyak
kekurangan, oleh sebab itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari para pembaca untuk kesempurnaan laporan ini. Semoga Laporan
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun khususnya dan bagi para
pembaca umumnya.
Surakarta, Agustus 2014
(Penyusun)
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul .................................................................................................
i
Lembar Pengesahan ........................................................................................
ii
Lembar Konsultasi ..........................................................................................
iii
Kata Pengantar ................................................................................................
v
Daftar Isi ..........................................................................................................
vi
Daftar Tabel ....................................................................................................
viii
Daftar Gambar .................................................................................................
ix
Daftar Simbol .................................................................................................... x
Intisari .............................................................................................................
BAB I
BAB II
BAB III
xi
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ........................................................................
1
B. Rumusan Masalah ....................................................................
2
C. Tujuan.......................................................................................
2
D. Manfaat.....................................................................................
2
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka .....................................................................
3
A.1. Perpindahan Panas .........................................................
3
A.2. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) ...........................
3
A.3. Alat Penukar Panas Kompak …………………………..
4
A.4. Radiator ..........................................................................
6
B. Kerangka Pemikiran ................................................................
8
METODOLOGI
A. Rangkaian Kegiatan ................................................................
9
B. Alat dan Bahan..........................................................................
11
C. Desain Alat...............................................................................
13
D. Lokasi Pembuatan ....................................................................
14
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
E. Langkah Kerja .........................................................................
BAB IV
BAB V
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil ........................................................................................
15
A.1. Desain Alat .....................................................................
15
A.2. Pengoperasian Alat .........................................................
16
A.3. Pengujian ........................................................................
17
B. Pembahasan ..............................................................................
19
PENUTUP
A. Kesimpulan ..............................................................................
22
B. Saran ........................................................................................
22
Daftar Pustaka .................................................................................................
23
Lampiran .........................................................................................................
L-1
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Hasil Pengukuran Temperatur Sistem Sirkulasi pada Sistem
Pendingin Air Kondensor pada Distilasi Etanol …………………….. 18
Tabel IV.2 Analog Suhu Rata-rata pada Beberapa Percobaan ............................... 19
Tabel IV.3 Analog Perhitungan Desain dan Percobaan Tiap Tanggal Percobaan .. 19
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Susunan Pelat-Sirip ……………………...……………………….... 5
Gambar II.2 Pipa Tunggal Bersirip …………………………………………….... 5
Gambar II.3 Skema Kerangka Pemikiran ………………………………………... 8
Gambar III.1 Rangkaian Alat Sirkulasi Air Pendingin Kondensor ……………... 13
Gambar IV.1 Sistem Sirkulasi Air Pendingin Kondensor ………………………. 15
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Q
= Panas (kj/jam)
m
= Massa (kg)
Hv
= Heating Value (kj/jam)
Thi
= Temperatur air panas masuk radiator (K)
Tho
= Temperatur air dingin keluar radiator (K)
Tci
= Temperatur udara dingin masuk radiator (K)
Tco
=Temperatur udara panas keluar radiator (K)
A
= Luas permukaan (m2)
∆TLMTD= Log Mean Temperature Difference (K)
k
= konduktivitas thermal (kj/kg.k)
µ
= Viscosity (cp)
D
= Diameter (m)
G
= Mass Velocity (kg/jam.m2)
Re
= Bilangan Reynold
Pr
= Bilangan Prandlt
Nu
= Bilangan Nusselt
hi
= Koefisien konveksi fluida panas (w/m2.K)
Cp
= Kapasitas panas (kj/kg.k)
St
= Bilangan Staton
ho
= Koefisien konveksi fluida dingin (w/m2.K)
UC
= Koefisien perpindahan panas clean (w/m2.K)
UD
= Koefisien perpindahan panas overall (w/m2.K)
Rd
= Fouling factors
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Benny Adam, Deka Hermi Agustina, Donsius, dan Ginanjar Ady Gunawan
2014. ”Modifikasi Kondensor Sistem Distilasi Etanol Dengan Menambahkan
Sistem Sirkulasi Air Pendingin”. Program Studi Diploma III Tenik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Perpindahan panas adalah perpindahan energi yang terjadi karena adanya
perbedaan temperatur diantara benda atau material. Pada perpindahan panas,
energi berpindah dari fluida panas ke fluida dingin. Proses perpindahan panas
dalam kondensor terjadi antara uap hasil distilasi yang bertemperatur tinggi
dengan air kondensor yang bertemperatur rendah. Panas dari uap berpindah ke air
pendingin, hal ini menyebabkan turunnya temperatur uap dan perubahan fase
menjadi cair (pengembunan), sedangkan temperatur air pendingin menjadi naik
(pemanasan). Karena naiknya temperatur air pendingin selama proses distilasi
berlangsung, maka air pendingin harus dibuang dan diganti dengan air pendingin
yang baru. Modifikasi kondensor ini bertujuan untuk mendinginkan dan
mensirkulasikan air pendingin kondensor, sehingga dapat menghemat penggunaan
air.
Sistem sirkulasi air pendingin ini terdiri dari radiator, fan dan pompa. Luas
permukaan perpindahan panas radiator yang dibutuhkan berdasarkan perhitungan
sebesar 4,7 m2, sedangkan luas permukaan perpindahan panas radiator yang
digunakan sebesar 6 m2. Radiator yang digunakan berupa radiator bekas yang
masih layak pakai. Laju alir pompa yang digunakan sebesar 12 liter/menit.
Selama proses distilasi berlangsung, air pendingin kondensor mengalami
kenaikan temperatur. Air yang bertemperatur tinggi dialirkan melalui tube dengan
bantuan pompa, pada saat bersamaan udara dialirkan melalui dinding radiator
dengan menggunakan kipas. Dalam radiator terjadi transfer panas dari air ke
udara, hal ini menyebabkan air mengalami penurunan temperatur sedangkan udara
mengalami kenaikan temperatur. Air yang telah mengalami penurunan temperatur
dialirkan kembali ke dalam kondensor. Proses pendinginan dan sirkulasi
dilakukan secara berulang untuk menjaga suhu air pendingin kondensor tetap
dingin.
Dari hasil pengujian didapatkan koefisien perpindahan panas overall
sebesar 141,88 W/m2.K , fouling factors sebesar 0,0025 dengan ∆TLMTD sebesar
4,52 K dan penurunan temperatur air sebesar 4,62 K. Sedangkan berdasarkan
percobaan terakhir (28/06/2014) didapatkan koefisien perpindahan panas overall
sebesar 127,6 W/m2.K dengan ∆TLMTD sebesar 5,03 K dan penurunan temperatur
air sebesar 4,6 K.
commit to user
xi
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
MODIFIKASI KONDENSOR SISTEM DISTILASI ETANOL
DENGAN MENAMBAHKAN SISTEM SIRKULASI AIR
PENDINGIN
Disusun oleh:
BENNY ADAM
I8311007
DEKA HERMI AGUSTINA
I8311009
DONSIUS
I8311011
GINANJAR ADY GUNAWAN
I8311021
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2014
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang mana atas rahmat dan
karunia-Nya penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan
baik. Penyusunan Laporan Tugas Akhir bertujuan untuk memenuhi salah satu
syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma III Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil dari
hasil percobaan yang telah dilakukan. Melalui kesempatan ini penyusun
mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Bapak Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi
DIII Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2.
Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
3.
Orang tua yang telah memberikan doa dan semangat kepada kami.
4.
Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir
ini.
Penyusun menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih banyak
kekurangan, oleh sebab itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari para pembaca untuk kesempurnaan laporan ini. Semoga Laporan
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penyusun khususnya dan bagi para
pembaca umumnya.
Surakarta, Agustus 2014
(Penyusun)
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul .................................................................................................
i
Lembar Pengesahan ........................................................................................
ii
Lembar Konsultasi ..........................................................................................
iii
Kata Pengantar ................................................................................................
v
Daftar Isi ..........................................................................................................
vi
Daftar Tabel ....................................................................................................
viii
Daftar Gambar .................................................................................................
ix
Daftar Simbol .................................................................................................... x
Intisari .............................................................................................................
BAB I
BAB II
BAB III
xi
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ........................................................................
1
B. Rumusan Masalah ....................................................................
2
C. Tujuan.......................................................................................
2
D. Manfaat.....................................................................................
2
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka .....................................................................
3
A.1. Perpindahan Panas .........................................................
3
A.2. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) ...........................
3
A.3. Alat Penukar Panas Kompak …………………………..
4
A.4. Radiator ..........................................................................
6
B. Kerangka Pemikiran ................................................................
8
METODOLOGI
A. Rangkaian Kegiatan ................................................................
9
B. Alat dan Bahan..........................................................................
11
C. Desain Alat...............................................................................
13
D. Lokasi Pembuatan ....................................................................
14
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
E. Langkah Kerja .........................................................................
BAB IV
BAB V
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil ........................................................................................
15
A.1. Desain Alat .....................................................................
15
A.2. Pengoperasian Alat .........................................................
16
A.3. Pengujian ........................................................................
17
B. Pembahasan ..............................................................................
19
PENUTUP
A. Kesimpulan ..............................................................................
22
B. Saran ........................................................................................
22
Daftar Pustaka .................................................................................................
23
Lampiran .........................................................................................................
L-1
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Hasil Pengukuran Temperatur Sistem Sirkulasi pada Sistem
Pendingin Air Kondensor pada Distilasi Etanol …………………….. 18
Tabel IV.2 Analog Suhu Rata-rata pada Beberapa Percobaan ............................... 19
Tabel IV.3 Analog Perhitungan Desain dan Percobaan Tiap Tanggal Percobaan .. 19
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Susunan Pelat-Sirip ……………………...……………………….... 5
Gambar II.2 Pipa Tunggal Bersirip …………………………………………….... 5
Gambar II.3 Skema Kerangka Pemikiran ………………………………………... 8
Gambar III.1 Rangkaian Alat Sirkulasi Air Pendingin Kondensor ……………... 13
Gambar IV.1 Sistem Sirkulasi Air Pendingin Kondensor ………………………. 15
commit to user
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR SIMBOL
Q
= Panas (kj/jam)
m
= Massa (kg)
Hv
= Heating Value (kj/jam)
Thi
= Temperatur air panas masuk radiator (K)
Tho
= Temperatur air dingin keluar radiator (K)
Tci
= Temperatur udara dingin masuk radiator (K)
Tco
=Temperatur udara panas keluar radiator (K)
A
= Luas permukaan (m2)
∆TLMTD= Log Mean Temperature Difference (K)
k
= konduktivitas thermal (kj/kg.k)
µ
= Viscosity (cp)
D
= Diameter (m)
G
= Mass Velocity (kg/jam.m2)
Re
= Bilangan Reynold
Pr
= Bilangan Prandlt
Nu
= Bilangan Nusselt
hi
= Koefisien konveksi fluida panas (w/m2.K)
Cp
= Kapasitas panas (kj/kg.k)
St
= Bilangan Staton
ho
= Koefisien konveksi fluida dingin (w/m2.K)
UC
= Koefisien perpindahan panas clean (w/m2.K)
UD
= Koefisien perpindahan panas overall (w/m2.K)
Rd
= Fouling factors
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Benny Adam, Deka Hermi Agustina, Donsius, dan Ginanjar Ady Gunawan
2014. ”Modifikasi Kondensor Sistem Distilasi Etanol Dengan Menambahkan
Sistem Sirkulasi Air Pendingin”. Program Studi Diploma III Tenik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Perpindahan panas adalah perpindahan energi yang terjadi karena adanya
perbedaan temperatur diantara benda atau material. Pada perpindahan panas,
energi berpindah dari fluida panas ke fluida dingin. Proses perpindahan panas
dalam kondensor terjadi antara uap hasil distilasi yang bertemperatur tinggi
dengan air kondensor yang bertemperatur rendah. Panas dari uap berpindah ke air
pendingin, hal ini menyebabkan turunnya temperatur uap dan perubahan fase
menjadi cair (pengembunan), sedangkan temperatur air pendingin menjadi naik
(pemanasan). Karena naiknya temperatur air pendingin selama proses distilasi
berlangsung, maka air pendingin harus dibuang dan diganti dengan air pendingin
yang baru. Modifikasi kondensor ini bertujuan untuk mendinginkan dan
mensirkulasikan air pendingin kondensor, sehingga dapat menghemat penggunaan
air.
Sistem sirkulasi air pendingin ini terdiri dari radiator, fan dan pompa. Luas
permukaan perpindahan panas radiator yang dibutuhkan berdasarkan perhitungan
sebesar 4,7 m2, sedangkan luas permukaan perpindahan panas radiator yang
digunakan sebesar 6 m2. Radiator yang digunakan berupa radiator bekas yang
masih layak pakai. Laju alir pompa yang digunakan sebesar 12 liter/menit.
Selama proses distilasi berlangsung, air pendingin kondensor mengalami
kenaikan temperatur. Air yang bertemperatur tinggi dialirkan melalui tube dengan
bantuan pompa, pada saat bersamaan udara dialirkan melalui dinding radiator
dengan menggunakan kipas. Dalam radiator terjadi transfer panas dari air ke
udara, hal ini menyebabkan air mengalami penurunan temperatur sedangkan udara
mengalami kenaikan temperatur. Air yang telah mengalami penurunan temperatur
dialirkan kembali ke dalam kondensor. Proses pendinginan dan sirkulasi
dilakukan secara berulang untuk menjaga suhu air pendingin kondensor tetap
dingin.
Dari hasil pengujian didapatkan koefisien perpindahan panas overall
sebesar 141,88 W/m2.K , fouling factors sebesar 0,0025 dengan ∆TLMTD sebesar
4,52 K dan penurunan temperatur air sebesar 4,62 K. Sedangkan berdasarkan
percobaan terakhir (28/06/2014) didapatkan koefisien perpindahan panas overall
sebesar 127,6 W/m2.K dengan ∆TLMTD sebesar 5,03 K dan penurunan temperatur
air sebesar 4,6 K.
commit to user
xi