...

Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh

by user

on
Category: Documents
1

views

Report

Comments

Transcript

Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh
 Eksergi, Vol XI, No. 02. 2014
ISSN: 1410-394X
Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh Laju Alir Massa, Temperatur
Umpan dan Arah Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
Study of Plate and Frame Heat Exchanger Performance : The Effects of Mass Flow Rate, Inlet
Temperature and Type of Flow Againts The Overall Heat Transfer Coefficient
Iqbal Syaichurrozia*, Afdwiyarny Metta Karinaa, Ahmad Imanuddina
a
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Jalan Jenderal Sudirman Km.3 Cilegon 42435,Banten, Indonesia
Artikel histori :
Diterima 17 Desember 2014
Diterima dalam revisi 23 Desember 2014
Diterima 24 Desember 2014
Online 28 Desember 2014
ABSTRAK: Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh laju alir, temperatur
umpan dan arah aliran terhadap koefisien perpindahan panas overal (U). Alat penukar panas
yang digunakan adalah Plate and Frame tipe TRIMGS 10. Laju alir fluida panas divariasikan
0,3 dan 0,253 kg/s; laju alir fluida dingin divariasikan 0,276 dan 0,22 kg/s; temperatur masuk
fluida panas 40, 45, 50oC; arah aliran divariasikan co-current dan counter-current. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa semakin besar laju fluida panas dan fluida dingin maka
koefisien perpindahan panas menyeluruh semakin besar. Semakin tinggi temperatur masuk
fluida panas maka koefisien perpindahan panas menyeluruh semakin besar. Nilai koefisien
perpindahan panas overall paling besar diperoleh pada temperatur fluida masuk 50°C, laju alir
fluida dingin 0,276 kg/s, laju alir fluida panas 0,3 kg/s yaitu sebesar 140,6532 W/m2°C pada
aliran counter-current dan 135,4576 W/m2°C pada aliran co-current. Jenis aliran countercurrent memberikan hasil yang lebih memuaskan dibanding jenis aliran co-current.
Kata Kunci: plate and frame, perpindahan panas, penukar panas, koefisien perpindahan panas
menyeluruh
ABSTRACT: The purpose of this study is to know the effects of mass flow rate, inlet
temperature and type of flow againts overall heat transfer coefficient (U). Heat exchanger used
in this study was plate and frame type of TRIMGS 10. Mass flow rate of hot fluida was
variated into 0.3 and 0.253 kg/s; mass flow rate of cold fluida was variated into 0.276 and 0.22
kg/s; inlet temperature of hot fluida was variated into 40, 45, 50 oC; type of flow was variated
into co-current and counter current. The results showed that mass flow rate of hot and cold
fluid influenced overall heat transfer coefficient. Also, the higher inlet temperature, the the
bigger overall heat transfer coefficient obtained. In this study, the biggest of U value was
obtained in variable of inlet temperatur 50°C, mass flow rate of cold fluid 0.276 kg/s, mass
flow rate of hot fluid 0.3 kg/s, which were 140.6532 W/m2°C using type of counter-current
flow and 135.4576 W/m2°C using type of co-current flow. Type of counter-current flow gave
more satisfactory result of U value than type of co-current flow
Keywords: plate and frame, heat transfer, heat exchanger, overall heat transfer coefficient
1.
Pendahuluan
Aplikasi dari perpindahan kalor di industri yaitu
perminyakan, pangan, farmasi dan lain-lain. Unit penukar
panas adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari
suatu fluida ke fluida yang lain (Holman, 1986). Sebagian
besar dari industri-industri yang berkaitan dengan
pemrosesan selalu menggunakan alat ini, karena alat
penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam
suatu proses produksi atau operasi. Salah satu tipe dari alat
penukar kalor yang banyak dipakai adalah tipe plate. Plate
heat exchanger adalah suatu alat perpindahan panas yang
1.1 Latar Belakang
Setiap benda memiliki panas atau kalor. Ketika terdapat
dua benda yang memiliki suhu berbeda dalam kontak
termal, maka panas atau kalor akan mengalir atau
berpindah dari suhu tinggi ke rendah. Dari perpindahan
panas atau kalor tersebut, kita dapat mengetahui banyaknya
panas yang berpindah dari dua benda tersebut dan
kesetimbangan suhu yang terjadi pada kedua benda
tersebut.
*
Corresponding Author: +6285641679534
Email: [email protected]
11
Citasi: Syaichurrozi, I., Karina, A.M., Imaduddin, A., 2014, Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh Laju Alir Massa, Temperatur
Umpan dan Arah Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Eksergi, 11(02), 11-18
berbentuk frame yang diberi plat sebagai sekat-sekat
(Holman, 1986).
~
dan dengan konstanta kesetimbangan (konduksi), maka
menjadi persamaan Fourier.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu menentukan
harga koefisien perpindahan kalor pada alat penukar panas
plate and frame tipe TRIGMS 10 tahun 1998 pada variasi
laju alir, temperatur dan aliran co-current dan countercurrent. Penelitian ini difokuskan pada kajian unjuk kerja
alat penukar panas plate and frame TRIGMS 10 tahun 1998
di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Jurusan Teknik
Kimia, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, CilegonIndonesia.
q = - k .A .
Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II
Termodinamika yaitu “kalor mengalir ke tempat yang lebih
rendah dalam skala temperatur” (Holman, 1986)
2.2.2 Konveksi
Konveksi merupakan proses perlindungan kalor dengan
media atau benda yang menghantarkan kalor juga turut
berpindah, seolah-olah kalor dibawa oleh media tersebut.
Proses perpindahan kalor ini umumnya terjadi dari benda
padat ke fluida baik cair maupun gas. Kalor yang
dipindahkan secara konveksi dinyatakan dengan persamaan
Newton.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan harga
koefisien perpindahan panas overall (U) sistem dua fluida,
mempelajari pengaruh variabel laju alir fluida, temperatur
fluida dan arah aliran terhadap koefisien panas overall (U)
dan untuk membandingkan kerja counter-current dan cocurrent. Alat penukar panas yang digunakan adalah jenis
plate and frame tipe TRIGMS 10 dengan nomor serial A10308 produksi APV HE Asia Tahun 1998. Gasket yang
digunakan berbahan nitril dengan temperatur operasi
maksimum 110oC. Jenis fluida yang digunakan adalah air
panas dan dingin pada temperatur tertentu sesuai variabel.
2.
q = - h .A .d T
Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II
Termodinamika, sedangkan panas yang dipindahkan selalu
mempunyai tanda (+).
2.2.3 Radiasi
Pada proses radiasi, panas diubah menjadi gelombang
elektromagnetik yang merambat tanpa melalui ruang media
penghantar. Jika gelombang tersebut mengenai suatu
benda, maka gelombang dapat mengalami transisi
(diteruskan), refleksi (dipantulkan) dan absorpsi (diserap)
dan menjadi kalor. Hal itu tergantung pada jenis benda.
Menurut hukum Stefan Boltzman tentang radiasi panas
dan berlaku hanya untuk benda hitam, bahwa kalor yang
dipancarkan (dari benda hitam) dengan laju yang sebanding
dengan pangkat empat temperatur absolut benda itu dan
berbanding lurus dengan permukaan benda, secara
matematis dapat ditulis,
Tinjauan Pustaka
2.1 Definisi Penukar Kalor
Panas atau kalor merupakan suatu bentuk energi yang
berpindah karena adanya perbedaan temperatur. Panas atau
kalor tersebut akan bergerak dari temperatur tinggi ke
temperatur yang lebih rendah. Ketika panas atau kalor
bergerak maka akan terjadi pertukaran panas dan kemudian
akan berhenti ketika kedua tempat tersebut sudah memiliki
temperatur yang sama. Contohnya, kopi panas ke
lingkungan yang mempunyai suhu 20°C, hingga terjadi
kesetimbangan atau kesamaan suhu pada gelas dan
lingkungan (Cengel, 2003).
q = σ .A . T4
2.2 Mekanisme Perpindahan Panas
Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat berupa
konduksi, konveksi atau radiasi. Dalam aplikasinya, ketiga
mekanisme ini dapat terjadi secara simultan.
2.3 Alat Penukar Panas
Alat penukar panas adalah alat yang digunakan untuk
memindahkan panas dapat berfungsi sebagai pemanas
maupun pendingin.Penukar panas dirancang sebisa
mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat
berlangsung secara efisien.Pertukaran panas terjadi karena
adanya kontak balik antara fluida terdapat dinding yang
memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung
(direct contact).
Terdapat dua aliran penukaran panas yaitu penukaran
panas dengan aliran searah (co-current) dan penukaran
panas dengan aliran berlawanan arah (counter-current).
2.2.1 Konduksi
Suatu material bahan yang mempunyai gradient, maka
kalor akan mengalir tanpa disertai oelh suatu gerakan zat.
Aliran kalor seperti ini disebut konduksi atau hantaran.
Konduksi termal pada logam-logam padat terjadi akibat
gerakan elektron yang terikat dan konduksi termal
mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik.
Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan
molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan
gerakan molekul (Mc. Cabe, 1993).
Laju perpindahan kalor secara konduksi sebanding
dengan gradien suhu (Mc. Cabe, 1993),
2.3.1 Aliran Co-Current
Penukaran panas jenis ini , kedua fluida (dingin dan panas)
masuk pada sisi penukar yang sama, mengalir dengan arah
yang sama dan keluar pada sisi yang sama pula. Karakter
12
Eksergi, Vol XI, No. 02. 2014
ISSN: 1410-394X
penukar panas jenis ini, temperatur fluida dingin yang
keluar dari alat penukar panas tidak dapat melebihi
temperatur fluida panas yang keluar dari alat penukar
panas, sehingga diperlukan media pendingin/pemanas yang
banyak.
pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir
melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada
sekat (Artono, 2002).
Gambar 3. Penukar Panas Plat and Frame
Gambar 1. Profil Temperatur Aliran Co-Current (Cengel,
2003)
3.
Neraca panas yang terjadi:
3.1 Diagram Alir
Metode Penelitian
Melakukan sirkulasi total air panas dan air dingin mc . (Tcb – Tca) = mh . (Tha – Thb)
Dengan asumsi nilai kapasitas panas spesifik (Cp)
fluida dingin dan panas konstan, tidak ada kehilangan
panas ke lingkungan serta keadaan steady state, maka kalor
yang dipindahkan,
q = U . A ∆TLMTD
Melakukan kalibrasi laju alir fluida dingin dan panas 2.3.2 Aliran Counter-Current
Penukar panas jenis ini, kedua fluida (panas dan dingin)
masuk dan keluar pada sisi yang berlawanan.Temperatur
fluida dingin yang keluar dari penukar panas lebih tinggi
dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar dari
penukar kalor, sehingga dianggap lebih baik dari aliran
searah.
Mencatat temperatur masukkan keluar HE pada air panas dan air dingin 3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian penukar panas
antara lain:
a) Rangkain plate and frame heat exchanger tipe TRIMGS
10 dengan nomor serial A-10308 produksi APV HE
Asia Tahun 1998. Gasket yang digunakan berbahan
nitril dengan temperatur operasi maksimum 110oC.
Rangkaian alat penukar panas yang digunakan pada
penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 4.
b) Stopwatch
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian penukar
panas adalah air (sebagai fluida dingin dan panas).
3.3 Prosedur Penelitian
Langkah-langkah dalam melakukan penelitian yaitu
memastikan semua alat percobaan dalam kondisi baik,
memastikan semua sistem perpipaan serta valve telah siap
untuk dioperasikan. Setelah itu, memompakan air dingin
dan air panas untuk sirkulasi ke masing-masing tangki
penampung. Kemudian melakukan kalibrasi laju alir untuk
masing-masing sistem aliran. Pengambilan data dilakukan
di akhir percobaan untuk aliran searah dan berlawanan arah
dengan mencatat temperatur masuk dan keluar HE Plate
Gambar 2. Profil Temperatur Aliran Counter-Current
(Cengel, 2003)
2.4 Plate and Frame Heat Exchanger
Alat penukar panas ini terdiri dari pelat-pelat tegak lurus,
bergelombang atau profil lainnya. Pemisah antara pelat
tegak lurus dipasang penyekat lunak. Pelat-pelat dari sekat
ditentukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap
sudut pelat terdapat lubang pengalir fluida, fluida mengalir
13
Citasi: Syaichurrozi, I., Karina, A.M., Imaduddin, A., 2014, Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh Laju Alir Massa, Temperatur
Umpan dan Arah Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Eksergi, 11(02), 11-18
and Frame tipe TRIGMS 10 tahun produksi 1998 pada
masing-masing sistem aliran.
3.4 Variabel Penelitian
Variabel pada penelitian ini divariasikan pada laju alir
massa fluida panas, laju alir massa fluida dingin dan suhu
umpan fluida panas. Variasi variabel dapat dilihat pada
Tabel 1.
CoCurrent
Tabel 1. Variabel Penelitian
Arah
aliran
CounterCurrent
ṁH
ṁC
TH in
TC in
0,3
0,3
0,253
0,253
0,3
0,3
0,253
0,253
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
50
50
50
50
45
45
45
45
32
32
32
32
32
32
32,5
32,5
0,3
0,3
0,253
0,253
0,3
0,3
0,253
0,253
0,3
0,3
0,253
0,253
0,3
0,3
0,253
0,253
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
0,276
0,22
40
40
40
40
50
50
50
50
45
45
45
45
40
40
40
40
30
30
30
30
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
Gambar 4. Rangkaian Alat Penukar Panas Plate and Frame Tipe TRIGMS 10
4. Pembahasan
4.1 Pengaruh laju alir massa fluida terhadap harga
koefisien perpindahan panas overall menyeluruh
(U) pada aliran Counter-Current
Penelitian dilakukan pada laju alir massa fluida panas
konstan pada aliran Counter-Current. Gambar 5a dan
Gambar 5b menunjukkan bahwa semakin besar laju alir
massanya, maka semakin besar pula harga koefisien
perpindahan panas menyeluruhnya (U).
Fenomena ini dapat terjadi, karena semakin besar laju
alir massa fluidanya, maka semakin besar pula nilai
koefisien konveksinya, karena laju alir massa
mempengaruhi harga dari bilangan tak berdimensi, yakni
bilangan Reynolds (NRe), dengan persamaan (Mc Cabe,
1993) :
Sehingga persamaan yang didapat
Di mana dari persamaan ini menunjukkan bahwa
bilangan Reynolds (NRe) berbanding lurus terhadap laju
alir massa. Harga NRe ini mempunya hubungan terhadap
bilangan Nusselts (NNu)
Bilangan Nusselt adalah bilangan tak berdimensi yang
menjelaskan rasio perpindahan panas konveksi dan
konduksi pada permukaan fluida, dimana semakin besar
14
Eksergi, Vol XI, No. 02. 2014
ISSN: 1410-394X
harga NNu, maka nilai konveksinya akan lebih besar
dibandingkan dengan konduksinya (Chengel, 2003)
Hubungan antara NRe dengan NNu didapat dari
persamaan (Chengel, 2003):
Hal ini dimungkinkan karena penggunaan alat penukar
panas dan fluida yang digunakan. Pada percobaan ini HE
yang digunakan berupa plate and frame, dengan fluida
panas dan fluida dinginnya ialah air. Sedangkan pada
penelitian (Titahelu, 2010), HE yang digunakan ialah shell
and tube dengan fluida panasnya ialah oli dan fluida
dinginnya berupa air tawar.
Dari bilangan Nusselts (NNu) ini, didapatkan
persamaan koefisien konveksi, yakni:
Harga NRe akan mempengaruhi harga koefisien C, m
dan n. dari percobaan didapatkan harga NRe berkisar antara
0.3-0.7, sehingga harga koefisien dari C, m dan n berturutturut ialah 0.664, 0.5 dan 1/3, sehingga persamaannya
menjadi:
Dimana k adalah koefisien konduksi (14.9) sedangkan L
adalah panjang dari HE (0.037). Semakin besar bilangan
Nusselt, maka semakin besar pula harga koefisien konveksi
yang didaptkan, sehingga harga dari koefisien perpindahan
overall (U) yang didaptkan akan semakin besar pula.
Dimana nilai U berbanding lurus dengan koefisien
konveksi (h) (Chengel, 2003), yaitu :
Persamaan NNu yang didapatkan berbeda dengan
penelitian yang dilakukan oleh (Titahelu, 2010) yang
dilakukan dengan menggunakan alat penukar panas berupa
shell and tube, yakni:
(a)
(b)
Gambar 5. Grafik hubungan antara laju alir massa fluida dingin (mc) terhadap koefisien perpindahan panas overall (U) pada
aliran Counter-Current dengan laju alir massa fluida panas (mh) konstan (a) mh 0.3 kg/s dan (b) mh 0.253 kg/s
Gambar 5a menunjukkan harga U terhadap laju alir
fluida dingin (0.276 dan 0.22 kg/s) pada keadaan laju alir
fluida panas (mh) konstan (0.3). harga U terbesar yang
diperoleh ialah pada temperatur 50oC sebesar
137.6022W/m2oC dan 140.6532 W/m2oC pada mc 0.22 dan
0.276 kg/s. Sedangkan gambar 5b dengan mc yang sama
dan harga mh sebesar 0.253 kg/s, didapatkan harga U
terbesar pada temperatur 50 oC yakni 130.4533 W/m2oC
pada mc 0.22 kg/s dan 136.3462 W/m2oC pada mc 0.276
kg/s
Naik dan Matawala (2013) melaporkan bahwa harga U
pada alat penukar panas plate dan frame pada rentang 410
sampai 570 W/m2K sedangkan pada penelitian ini harga U
maksimal adalah 140,6532 W/m2oC. Perbedaan ini diduga
karena perbedaan temperatur masuk antara fluida panas dan
dingin pada penelitian Naik dan Matawala (2013) lebih
besar dibandingkan penelitian ini. Temperatur umpan
fluida panas dan dingin sebesar 70oC dan 32,1 oC pada
Naik dan Matawala (2013); 40~50 oC dan 30~33 oC pada
penelitian ini. Telah diuraikan diatas bahwa, variasi
temperatur umpan mempengaruhi harga U. Selain itu,
perbedaan
fluida
yang
digunakan
juga
dapat
memepengaruhi perbedaan nilai U. Naik and Matawala
(2013) menggunakan fluida oil (minyak) dengan air
sedangkan penelitian ini menggunakan air dengan air.
Hasil penelitian ini juga berbeda dengan penelitian yang
dilakukan oleh Titahelu (2010) dimana harga U yang
didapatkan ialah 14000 W/m2oC dan harga U yang didapat
oleh Wibowo dan Prawoto (2010) adalah 6250,5 W/m2 K.
Perbedaan harga U yang sangat jauh ini dapat terjadi
karena perbedaan jenis alat penukar panas yang digunakan.
Adapun pada penelitian ini dilakukan menggunakan HE
jenis plate and frame dan pada kedua penelitian yang
dijadikan sebagai pembanding menggunakan HE jenis shell
and tube.
15
Citasi: Syaichurrozi, I., Karina, A.M., Imaduddin, A., 2014, Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh Laju Alir Massa, Temperatur
Umpan dan Arah Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Eksergi, 11(02), 11-18
4.2 Pengaruh Tekanan dan Temperatur terhadap
harga koefisien perpindahan panas overall
menyeluruh (U) pada aliran Counter-Current
Gambar 6a dan Gambar 6b merupakan grafik hubungan
antara laju alir massa fluida panas (0.253 dan 0.3 kg/s)
terhadap U pada laju alir massa fluida dingin konstan
(0.276 dan 0.22 kg/s).
Dari Gambar 6a terlihat bahwa harga U berbanding
lurus dengan laju alir massanya, namun berbanding terbalik
dengan Tekanan yang diberikan oleh compressor pada
fluida. Hal ini dapat terjadi karena hubungan antara tekanan
terhadap laju alir massa, dimana semakin besar tekanan
yang diberikan, maka laju alir massanya akan semakin
kecil. Hal ini dikarenakan :
(a)
(b)
Gambar 6. Grafik hubungan antara laju alir massa fluida panas (mh) terhadap koefisien perpindahan panas overall (U) pada
aliran Counter-Current dengan laju alir massa fluida dingin (mc) konstan (a) mc 0.276 kg/s dan (b) mc 0.22 kg/s
Pada penelitian ini tekanan yang digunakan pada fluida
dingin dengan fluida panas berbeda. Pada fluida panas
digunakan tekanan 0.4 dan 0.6, sehingga didapatkan harga
mh sebesar 0.3 dan 0.253 kg/s. pada fluida dingin tekanan
yang digunakan ialah 0.8 dan 0.9, sehingga nilai mc nya
ialah 0.276 dan 0.22. harga dari laju alir massa fluida ini
didapatkan dari hasil kalibrasi yang dilakukan sebelum
penelitian.
Pada Gambar 6a dengan mc 0.276, didapatkan harga U
sebesar 140.6532 pada mh 0.3 kg/s dan 137.6022 pada mh
0.253. pada Gambar 6b dengan mc 0.22 didapatkan harga
U sebesar 134.4992 pada mh 0.3 kg/s dan 131.6309 pada
mh 0.253 kg/s. hasil yang diperoleh sesuai dengan teori
yang digunakan.
Penelitian selanjutya dilakukan pada aliran Co-Current.
Hasil yang serupa didapatkan, dimana laju alir massa
berbanding luruh terhadap harga koefisien perpindahan
panas overall, baik pada laju alir massa fluida dingin
konstan maupun pada fluida panas.
Pada Gambar 7 menunjukkan harga U terhadap laju alir
fluida dingin (0.276 dan 0.22 kg/s) pada keadaan laju alir
fluida panas (mh) konstan. harga U terbesar yang diperoleh
ialah pada temperatur 50oC sebesar 132.5564W/m2oC pada
mh 0.253 kg/s dan 135.4576 W/m2oC pada mh 0.3 kg/s.
sedangkan pada gambar 8 dengan laju alir massa fluida
dingin konstan (mc), didapatkan harga U terbesar pada
temperatur 50 oC yakni 135.4576W/m2oC pada mc 0.22
kg/s dan 131.6638W/m2oC pada mc 0.198 kg/s.
4.3 Pengaruh laju alir massa fluida terhadap harga
koefisien perpindahan panas overall menyeluruh
(U) pada aliran Co-Current
(a)
(b)
Gambar 7. Grafik hubungan antara laju alir massa fluida dingin (mc) terhadap koefisien perpindahan panas overall (U) pada
aliran Co-Current dengan laju alir massa fluida panas (mc) konstan (a) mc 0.253 kg/s dan (b) mc 0.3 kg/s
16
Eksergi, Vol XI, No. 02. 2014
ISSN: 1410-394X
(a)
(b)
Gambar 8. Grafik hubungan antara laju alir massa fluida panas (mh) terhadap koefisien perpindahan panas overall (U) pada
aliran Counter-Current dengan laju alir massa fluida panas (mc) konstan (a) mc 0.227 kg/s dan (b) mc 0.198 kg/s
4.4 Pengaruh laju alir massa fluida terhadap
LMTD
dan harga koefisien perpindahan panas overall
menyeluruh (U) pada aliran Counter-Current dan
Co-Current
Gambar 9 menunjukkan grafik hubungan laju alir massa
(m) dengan harga U pada kedua aliran, yaitu aliran
Counter-Current dengan aliran Co-Current. Pada aliran
Counter-Current didapatkan harga U sebesar 140.6532 dan
137.6022 dan pada aliran Co-Current sebesar 135.4576 dan
132.5564 pada laju alir massa 0.3 dan 0.257 kg/s berturutturut.
Terlihat dari Gambar 9, bahwa aliran Counter-Current
memiliki harga U yang lebih besar dibandingkan dengan
harga U pada aliran Co-Current, hal ini dapat terjadi karena
pada proses perpindahan panas pada HE plate and frame
pada aliran counter-current memiliki perpindahan panas
yang lebih baik dibandingkan dengan aliran co-current. Hal
ini terlihat dengan temperatur keluaran fluida dingin yang
lebih tinggi dibandingkan keluaran temperatur fluida panas
pada aliran counter-current, sedangkan pada aliran cocurrent tidak. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 10.
Gambar 10. Perubahan Temperatur pada Aliran CounterCurrent (Chengel , 2003)
Pengaruh dari temperatur keluaran yang lebih
besar pada fluida dingin dibandingkan dengan fluida panas,
akan memengaruhi harga
LMTD, dimana harga
LMTD
diperoleh dari persamaan :
Dimana
pada aliran Co-Current
Dan
pada aliran Counter-Current
Sehingga harga U yang didapatkan pun akan berpengaruh,
karena memliki hubungan yakni ;
Gambar 9. Grafik hubungan antara laju alir massa fluida
terhadap koefisien perpindahan panas overall (U) pada
aliran Counter-Current dan aliran Co-Curent
17
Citasi: Syaichurrozi, I., Karina, A.M., Imaduddin, A., 2014, Kajian Performa Alat Penukar Panas Plate and Frame : Pengaruh Laju Alir Massa, Temperatur
Umpan dan Arah Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Eksergi, 11(02), 11-18
Tabel 2. harga
LMTD,
U dan juga Q pada aliran Counter-Current
ṁH
(kg/s)
TH in
(oC)
TC out
(oC)
1
(oC)
TH out
(oC)
TC in (oC)
(oC)
0.3
50
35
14
32
32
1
0.3
50
36
13
33
32
0.253
50
35
14
32
0.253
50
35
13
32
ṁH
(kg/s)
TH in
(oC)
0.3
50
Q
(W)
13.62108
140.7482
183.3095
2
11.93151
134.4992
153.4425
32.5
1
13.62108
137.6022
179.2121
32.5
2
11.93151
131.6309
150.1702
Tabel 3.harga
LMTD, U dan juga Q pada aliran Co-Current
1
TC out
TH out
(oC)
(oC)
(oC)
TC in (oC)
(oC)
34.5
17
35
33
LMTD
U
(W/m2.oC)
Q
(W)
0.5
16.85821
135.4576
218.3461
0.3
50
35
17
36
33
1
16.64704
131.6638
209.5724
0.253
50
34.5
17
35
33
0.5
16.85821
132.5564
213.6696
0.253
50
34.5
17
36
33
1.5
16.38214
128.9229
201.9442
Engineering and Advanced Technology (IJEAT), Vol. 2
(4) :362-369.
Titahelu, Nicolas., 2010, Analisis Pengaruh Kecepatan
Fluida
PanasAliran
Sejarah
terhadap
KarakteristikHeat Exchanger Shell and Tube,
Maluku:Teknik Mesin Fakultas Teknik Unpatti.
Dari data diatas, terlihat bahwa harga
berbanding lurus dengan harga U dan berbanding lurus
dengan harga Q. percobaan ini sesuai dengan teori yang
ada pada (Cengel, 2003) yang menunjukkan :
5.
U
(W/m2.oC)
LMTD
Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat
disimpulkan bahwa :
1. Nilai koefisian perpindahan panas overall (U)
maksimum terjadi pada temperatur 50℃, yakni :
Aliran counter-current : 140,6532 W/m2℃
Aliran co-current : 135,4576 W/m2℃
2. Laju alir massa berbanding lurus dengan nilai U, begitu
juga dengan temperatur.
3. Nilai koefisien perpindahan panas overall (U) pada
counter-current lebih besar dibandingkan pada cocurrent karena perpindahan panas yang lebih baik.
Daftar Pustaka
Artono Koestoer, Raldi., 2002, Perpindahan
Kalor,
Jakarta: Salemba Teknika.
Cengel, Yunus A., 2003, Heat Transfer A Practical
Approach, Second Edition, Singapura:Mc.Graw-Hill
Book.
Holman, J.P., 2002, Perpindahan Kalor, Jakarta:Erlangga
Mc.Cabe, W.L., 1999, Operasi Teknik Kimia, Jilid I Edisi
4, Jakarta:Erlangga.
Naik, V.R., Matawala, V.K., 2013, Experimental
Investigation of single phase Chevron Type Gasket
Plate Heat Exhanger. International Journal of
18
Fly UP