Senin, 13 Juni 2011

HE


HE
Tujuan Percobaan                  
1.       Tujuan percobaan Heat Exchanger adalah sebagai berikut :
2.       Mendemonstrasikan penggunaan salah satu jenis exchanger yang beroperasi dengan aliran bersamaan dan berlawanan.
3.       Menentukan koefisien perpindahan panas total (UD).
4.       Menaksir koefisien perpindahan panas (hi/ho) dengan memakai Hukum Nusselt.
5.       Mengetahui efisiensi Heat Exchanger.
Mekanisme Perpindahan Panas
1.       Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas yang melewati suatu bahan tertentu. Proses  yang mengikuti aliran ini dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut :
2.       Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas antara bagian panas dan dingin dari suatu fluida karena ampuran atau dapat dikatakan bahwa perpindahan panas yang terjadi disebabkan oleh adanya pergerakan medium. Perpindahan panas secara konveksi dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu :
Natural atau free convection, dimana pergerakan medium disebabkan oleh adanya perbedaan densitas atau temperatur dari medium tersebut.
Forced convection, dimana pergerakan medium disebabkan oleh adanya bantuan tenaga dari luar, misalnya pengadukan.
3.       Radiasi
Radiasi melibatkan perpindahan energi radiasi dari source ke receiver yang dilakukan oleh gelombang elektromagnetik. Perpindahan panas secara radiasi dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Double-pipe heat exchanger
                Exchanger yang paling sederhana adalah double-pipe atau concentric-pipe exchanger. dimana satu fluida mengalir di dalam pipa (inner pipe) sedangkan fluida yang lain mengalir dalam annular space diantara dua pipa. Fluida tersebut bisa dalam aliran co-current atau counter current. Exchanger itu bisa dibuat dari sepasang pipa tunggal panjang dengan fitting pada bagian akhir atau dari beberapa pasang yang dihubungkan secara seri. Exchanger tipe ini biasanya digunakan untuk aliran rate yang kecil.
DTLMTD untuk  co-current :
          Jika dua fluida memasuki exchanger pada dua ujung yang sama dan mengalir dengan arah yang sama, alirannya disebut parallel atau co-current flow.
                     T1                                                             T1
T2
 
  t1                                                                                                  t2                                                      
t2
 
                                                                                                                         
                                                        T2                          t1

Gambar II.1.4 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam co-current flow

                                                         (7)

DTLMTD untuk counter current : 
T1
 
          Ketika dua fluida memasuki exchanger pada ujung yang berbeda dan melewati exchanger unit dengan arah yang berlawanan, aliran tipe ini disebut counter flow atau counter current flow.
                                                                                     
t2
 
t1
 
                                                                                                                                  
                                                                                                                           
T2
 
                                                                                                                                                              


 

Gambar II.1.5 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam counter-current flow
                                                         (8)

PEMBAHASAN
Dari gambar IV.2.3-IV.2.6 hubungan antara Vh dan Vc dengan LMTD untuk aliran co – current dan counter current dapat diketahui bahwa harga LMTD cenderung mengalami penurunan seiring dengan kenaikan laju fluida. Namun ada beberapa yang mengalami kenaikkan. Ketidaksesuaian ini disebabkan karena pada percobaan untuk pembukaan valvenya kurang sesuai dan tidak sama dikarenakan hanya perkiraan saja, kemudian pada waktu pengambilan air yang keluar  belum konstan selain itu ketidaksesuaian ini disebabkan karena kurang teliti dalam mengukur suhu fluida dan kurang stabilnya proses pemanasan steam baik dalam bentuk tekanan boiler maupun sumber bahan bakar. Karena kenaikan Vh/Vc yang tidak tentu sehingga mejadi tidak konstan naik.
Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa perpindahan panas akan mempengaruhi LMTD. Jika laju aliran fluida panas bertambah cepat, maka perpindahan panas yang terjadi akan semakin besar dan T2 (suhu panas keluar) akan kecil.
            Dari hasil perhitungan juga dapat diketahui bahwa harga LMTD untuk aliran counter – current lebih besar daripada pada harga LMTD untuk aliran co – current. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa harga LMTD untuk aliran counter – current lebih besar dan memiliki driving force atau perbedaan suhu yang lebih besar dibandingkan dengan aliran co – current. Rumus untuk menghitung LMTD untuk aliran co – current dan counter current:
            Dari persamaan di atas dapat dilihat hubungan linier antara LMTD dengan perbedaan suhu dimana semakin besar perbedaan suhu (driving force) maka harga LMTD juga semakin besar (Kern, D. Q, 1965)
Dari gambar IV.2.7-IV.2.8 hubungan antara Vc dengan hi untuk aliran panas konstan co – current dan counter current dapat diketahui bahwa harga hi untuk fluida dingin cenderung konstan dengan adanya kenaikan laju alir fluida dingin (Vc). Hal ini sesuai dengan persamaan :
Dari persamaan tersebut terlihat bahwa hi sebanding dengan Nre, dimana Npr berbanding lurus dengan Gh (Nre = ). Gh berbanding lurus terhadap Wh dan Vh yang ditunjukkan pada persamaan berikut :
            Pada gambar IV.2.9-IV.2.10 hubungan antara Vh dengan hi untuk aliran dingin konstan co – current dan counter current dapat diketahui bahwa harga hi untuk fluida panas cenderung mengalami kenaikan dengan adanya kenaikan laju alir fluida panas (Vh) pada laju alir fluida dingin (Vc) konstan, baik untuk aliran co – current maupun counter current. Hal ini sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa harga hi untuk fluida panas cenderung mengalami kenaikan dengan adanya kenaikan laju alir fluida panas (Vh) pada laju alir fluida dingin (Vc) konstan.
            Dari gambar di atas juga dapat dilihat bahwa pada aliran counter - current maupun co – current, kenaikan laju alir panas sebanding dengan koefisien perpindahan panas. Hal ini disebabkan karena transfer panas dari fluida panas relative meningkat dengan bertambahnya rate aliran. Besarnya heat exchanger coeffisien individual dipengaruhi oleh jenis aliran fluida prosesnya. Berdasarkan literature untuk aliran laminar, koefisien heat transfer-nya lebih rendah jika dibandingkan dengan aliran turbulen. Hal ini sesuai dengan literature yang menyebutkan bahwa pada aliran laminar perpindahan panas hanya terjadi karena transfer panas secara konduksi, sedangkan untuk aliran turbulen selain konduksi juga terjadi transfer panas secara konveksi. Perpindahan panas secara konveksi tersebut merupakan hasil dari pencampuran fluida dalam aliran fluida.
Tipe aliran antara laminar maupun turbulen, keduanya memberikan pengauh pada koefisien heat transfer, dimana disebut dengan coefficient film. Koefisien ini bekerja jika ketahanan heat transfer pada lapisan tipis tertutup dinding. Akan tetapi untuk aliran turbulen sangat memberikan pengaruh besar terhadap coefficient heat transfer.
Dari gambar IV.2.11-IV.2.12 hubungan antara Vc dengan ho untuk aliran panas konstan co – current dan counter current dapat diketahui bahwa harga ho untuk fluida dingin cenderung mengalami kenaikan dengan adanya kenaikan laju alir fluida dingin (Vc). Hal ini sesuai dengan persamaan :
Dari persamaan tersebut terlihat bahwa hi sebanding dengan Nre, dimana Nre berbanding lurus dengan Gc (Nre = ). Gh berbanding lurus terhadap Wc dan Vc yang ditunjukkan pada persamaan berikut:
Namun pada grafik IV.2.11 pertama mengalami kenaikan tetapi kemudian mengalami penurunan sehingga tidak sesuai dengan literatur, hal ini disebabkan karena kesalahan pembukaan valve serta pengmbilan air yang keluar.
            Pada gambar IV.2.13-IV.2.14 hubungan antara Vh dengan ho untuk aliran dingin konstan co – current dan counter current dapat diketahui bahwa harga ho untuk fluida panas cenderung mengalami kenaikan tetapi kemudian mengalami penurunan dengan adanya kenaikan laju alir fluida panas (Vh) pada laju alir fluida dingin (Vc) konstan, baik untuk aliran co – current maupun counter current. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa harga ho untuk fluida panas cenderung mengalami kenaikan konstant dengan adanya kenaikan laju alir fluida panas (Vh) pada laju alir fluida dingin (Vc) konstan. Hal ini disebabkan karena transfer panas dari fluida panas relative meningkat dengan bertambahnya rate aliran. Besarnya heat exchanger coeffisien individual dipengaruhi oleh jenis aliran fluida prosesnya. Berdasarkan literature untuk aliran laminar, koefisien heat transfer-nya lebih rendah jika dibandingkan dengan aliran turbulen. Hal ini sesuai dengan literature yang menyebutkan bahwa pada aliran laminar perpindahan panas hanya terjadi karena transfer panas secara konduksi, sedangkan untuk aliran turbulen selain konduksi juga terjadi transfer panas secara konveksi. Perpindahan panas secara konveksi tersebut merupakan hasil dari pencampuran fluida dalam aliran fluida.
Tipe aliran antara laminar maupun turbulen, keduanya memberikan pengaruh pada koefisien heat transfer, dimana disebut dengan coefficient film. Koefisien ini bekerja jika ketahanan heat transfer pada lapisan tipis tertutup dinding. Akan tetapi untuk aliran turbulen sangat memberikan pengaruh besar terhadap coefficient heat transfer.
Dari gambar IV.2.15 - IV.2.18 hubungan antara Vh dan Vc dengan Ud untuk aliran co – current dan counter - current dapat diketahui bahwa harga Ud sebagian besar mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa hi mengalami kenaikkan seiring dengan kenaikkan Vh, dikarenakan aliran Vh tidak konstan maka ho tidak konstan. Ketidaksesuaian ini disebabkan karena pada percobaan untuk pembukaan valvenya kurang sesuai dan tidak sama dikarenakan hanya perkiraan saja, kemudian pada waktu pengambilan air yang keluar belum konstan selain itu ketidaksesuaian ini disebabkan karena kurang teliti dalam mengukur suhu fluida dan kurang stabilnya proses pemanasan steam baik dalam bentuk tekanan boiler maupun sumber bahan bakar sehingga mempengaruhi Ud.
Dalam literatur disebutkan bahwa harga Ud untuk aliran co – current lebih besar jika dibandingkan dengan harga Ud counter - current, hal ini disebabkan karena harga Ud berbanding terbalik dengan LMTD. Dimana untuk aliran co – current harga LMTDnya lebih kecil daripada counter current.
Dari persamaan empiris terlihat bahwa Ud berbanding lurus dengan Q (jumlah panas yang di transfer), yaitu
Jadi Ud ≈ Q ≈ W, sehingga semakin besar fluida yang mengalir akan semakin besar pula kecepatan aliranya, maka harga Ud akan cenderung naik
Pada gambar IV.2.19 dan IV.2.22 di dapatkan bahwa untuk rate panas konstan semakin besar rate aliran dari fluida panas maka effisiensi cenderung semakin naik namun kemudian mengalami penurunan. Hal ini tidak sesuai dengan literatur yang menyebutkan bahwa pada aliran panas konstan semakin besar ratenya harga effisiensi semakin naik. Ketidaksesuaian ini disebabkan karena kurang teliti dalam mengukur suhu fluida dan kurang stabilnya proses pemanasan steam baik dalam bentuk tekanan boiler maupun sumber bahan bakar. Ini disebabkan karena ∆ LMTD aliran panas yang diperoleh kecil seiring dengan naiknya laju alir fluida sehingga akan berdampak pada turunnya harga effisiensi.
Dalam literatur disebutkan bahwa effisiensi heat exchanger pada aliran counter -current relatif lebih besar daripada aliran co – current, karena dipengaruhi oleh adanya panas yang dikeluarkan oleh fluida panas (Qh) dan panas yang diterima oleh fluida dingin (Qc), serta adanya selisih temperature fluida dingin dengan fluida panas.
Effisiensi ditentukan dari jumlah panas yang ditransfer (dapat dinyatakan sebagai selisih suhu antara fluida masuk  dengan suhu keluarnya dan juga terhadap panas yang diterima atau dikeluarkan baik oleh fluida panas ataupun dingin), sehingga dengan adanya panas yang diterima atau dikeluarkan baik oleh fluida dapat ditentukan dengan cara mengambil garis pertemuan antara temperature fluida panas dengan temperature fluida dingin atau didasarkan terhadap perbedaan panas akibat fluida dingin (Qc) dan panas akibat fluida panas (Qh).
            Terhadap panas maksimum yang mungkin untuk ditransfer (dapat dinyatakan sebagai selisih suhu antara fluida masuk dengan suhu keluarnya dan juga terhadap panas yang diterima atau dikeluarkan baik oleh fluida  panas ataupun dingin), sehingga dari grafik di atas tampak bahwa effisiensi Heat exchanger akan naik dengan naiknya rate fluida panas dan akan turun dengan naiknya rate fluida dingin. Pada aliran searah suhu fluida panas keluar tidak dapat mendekati suhu fluida dingin masuk sehingga perpindahan panas aliran co – current lebih kecil daripada counter – current
KESIMPULAN.
  1. Harga LMTD untuk aliran counter – current lebih besar dan memiliki driving force atau perbedaan suhu yang lebih besar dibandingkan dengan aliran co – current.
  2. Koefisien perpindahan panas individu (hi, ho) akan semakin besar dengan penambahan rate aliran yang mengalir pada heat exchanger.
  3. Harga Ud untuk aliran co – current lebih besar jika dibandingkan dengan harga Ud counter – current.
  4. Efisiensi pada aliran counter current lebih besar dibandingkan dengan aliran co-current.
           
           







Tidak ada komentar:

Posting Komentar