SlideShare a Scribd company logo
1 PRAKTIKUM 1
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan
(Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 2
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan
(Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang
mudah.
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
Shell in Shell outTube out
Tube in
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 3
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple
Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi
Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang
mudah.
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 4,33 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 4
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple
Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi
Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang
mudah.
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 5
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida
Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube
(LPM)
Debit Shell
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Tube
(kg/s)
Laju
massa
Shell
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis
kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor
yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 6
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida
Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi tube sementara sisi shell dikondisikan konstan.
Debit Shell
(LPM)
Debit Tube
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Shell
(kg/s)
Laju
massa
Tube
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
1 PRAKTIKUM 7
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple
Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan
Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang
mudah.
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube
(LPM)
Debit Shell
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Tube
(kg/s)
Laju
massa
Shell
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 8
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple
Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Panas di Sisi Shell dan
Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang
mudah.
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 10 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
Shell in Shell outTube out
Tube in
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Shell
(LPM)
Debit Tube
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Shell
(kg/s)
Laju
massa
Tube
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat
menggunakan baffle single segemental !
1 PRAKTIKUM 9
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan
(Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 5 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
Shell in Shell outTube out
Tube in
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
1 PRAKTIKUM 10
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan
(Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 5 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
Shell in Shell outTube out
Tube in
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama.
Debit
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis
kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor
yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
1 PRAKTIKUM 11
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida
Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 5 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
Shell in Shell outTube out
Tube in
f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Tube
(LPM)
Debit Shell
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Tube
(kg/s)
Laju
massa
Shell
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis
kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor
yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !
1 PRAKTIKUM 12
1.1 Judul Praktikum
Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single
Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida
Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube)
1.2 Tujuan
Mahasiswa diharapkan dapat:
a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger.
b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien
perpindahan panas, dan efektivitas.
c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell-
and-tube heat exchanger secara keseluruhan.
1.3 Teori Penunjang
Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering
digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi.
Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan
baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin,
sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan
menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki
karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah.
Log Mean Temperature Difference
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
(βˆ†π‘‡ln⁑
)𝑐𝑓 =
βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1
ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 )
βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓
Keterangan:
π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC)
𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC)
𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC)
𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC)
𝑁 : Jumlah laluan shell
Untuk R≠1, maka:
∝= (
1 βˆ’ 𝑅𝑃
1 βˆ’ 𝑃
)
1/𝑁
𝑆 =
1βˆ’βˆ
∝ βˆ’π‘…
𝐹 =
βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑(
1 βˆ’ 𝑆
1 βˆ’ 𝑅𝑆
)
( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1)
2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1)
]
Kesetimbangan Energi
Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum
dapat dijabarkan melalui persamaan berikut.
𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ
βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖
)
π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ
βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖
)
𝑄 =
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
Keterangan:
𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt)
π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt)
𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt)
𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC)
𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC)
π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC)
π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC)
π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s)
π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s)
Koefisien Perpindahan Panas
Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger
untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari
fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger
tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada
besar perpindahan panas yang terjadi.
β„Ž π‘œ =
𝑄 𝑐
𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š
β„Žπ‘– =
π‘„β„Ž
𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š
Keterangan:
𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2)
𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2)
β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K)
β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K)
βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC)
𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿
𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿
π‘ˆ = [
π·π‘œ
β„Žπ‘– 𝐷𝑖
+
1
β„Ž π‘œ
+
π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖
⁄ )
2π‘˜
+
𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ
𝐷𝑖
+ 𝑅 π·π‘œ ]
βˆ’1
Keterangan:
π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W)
𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W)
𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W)
π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K)
π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
Efektivitas
Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju
perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ).
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
πœ€ =
𝑄
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯
=
𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž
2
⁄
𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖)
Keterangan:
πœ€ : Efektivitas
𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K)
πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K)
𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt)
𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt)
1.4 Skema
Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar
di bawah ini.
Reservoir Panas
Pompa Air Panas
T
F
Flowmeter 1
Shell-And-Tube Heat Exchanger
Reservoir Dingin
Pompa Air Dingin
T
F
Flowmwter 2
Spesifikasi Unit:
Parameter Nilai
Shell ID 16 cm
Panjang tube 50 cm
Panjang header 10 cm
Tube OD 12,7 mm
Tube ID 11,54 mm
Jumlah tube 30
Tebal baffle 2 mm
Jarak antarbaffle 5 cm
Baffle Cut 31,25 %
Konfigurasi tube Staggered 30o
Pitch 25 mm
1.5 Langkah-Langkah Percobaan
k. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak.
l. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel.
m. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o
C.
n. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida
panas hingga temperatur 75o C.
o. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan
dengan menekan tombol push button pada panel.
Shell in Shell outTube out
Tube in
p. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell.
q. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga
didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter
yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger.
r. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian
catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube.
s. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan
pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda.
t. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada
bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa
dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3.
1.6 Tabel Data Praktikum
Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini.
Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan.
Debit Shell
(LPM)
Debit Tube
(LPM)
Laju massa
(kg/s)
𝑻 𝒄,π’Š
(oC)
𝑻 𝒉,π’Š
(oC)
𝑻 𝒄,𝒐
(oC)
𝑻 𝒉,𝒐
(oC)
F
βˆ†Tm
(oC)
6
2 29 60
4 29 60
6 29 60
8 29 60
10 29 60
1.7 Tabel Data Percobaan
Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah
ini.
Laju
massa
Shell
(kg/s)
Laju
massa
Tube
(kg/s)
𝑻 𝒄,𝒐
(o
C)
𝑻 𝒉,𝒐
(o
C)
F
βˆ†Tm
(o
C)
Qcold
(Watt)
Qhot
(Watt)
hi
(W/m2
.K)
ho
(W/m2
.K)
U
(W/m2
.K)
Q
(Watt)
Qmax
(Watt)
Efektivitas
1.8 Pembahasan
1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta
analisis kurva yang terbentuk.
2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan
faktor yang berpengaruh !
3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan !
4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle
spacing 10 cm !

More Related Content

What's hot

Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar KalorModul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Ali Hasimi Pane
Β 
Evaporator
EvaporatorEvaporator
Evaporator
Ricco Riyan Kurniawan
Β 
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Intan Dian Heryani
Β 
reaktor CSTR dan PFR
reaktor CSTR dan PFRreaktor CSTR dan PFR
reaktor CSTR dan PFR
sartikot
Β 
Falling film evaporator
Falling film evaporatorFalling film evaporator
Falling film evaporatorIffa M.Nisa
Β 
Pompa sentrifugal
Pompa sentrifugalPompa sentrifugal
Pompa sentrifugalIffa M.Nisa
Β 
Turbin Uap
Turbin UapTurbin Uap
Turbin Uap
Lulu Arisa
Β 
Laporan Mixing and Blending
Laporan Mixing and Blending Laporan Mixing and Blending
Laporan Mixing and Blending
Nugraha Teguh
Β 
Judul prarancangan pabrik kimia teknik kimia
Judul prarancangan pabrik kimia  teknik kimia Judul prarancangan pabrik kimia  teknik kimia
Judul prarancangan pabrik kimia teknik kimia
wahyuddin S.T
Β 
Modul thermodinamika (penyelesaian soal siklus pembangkit daya)
Modul thermodinamika (penyelesaian soal  siklus pembangkit daya)Modul thermodinamika (penyelesaian soal  siklus pembangkit daya)
Modul thermodinamika (penyelesaian soal siklus pembangkit daya)
Ali Hasimi Pane
Β 
Debit air turbin dan kecepatan spesifik
Debit air turbin dan kecepatan spesifikDebit air turbin dan kecepatan spesifik
Debit air turbin dan kecepatan spesifik
Ady Purnomo
Β 
Kompressor
Kompressor Kompressor
Kompressor
farid hasannudin
Β 
Pertemuan 3 boiler.ok
Pertemuan 3 boiler.okPertemuan 3 boiler.ok
Pertemuan 3 boiler.ok
Marfizal Marfizal
Β 
Vaporizer
VaporizerVaporizer
Vaporizertsaniaifah
Β 
Siklus daya gas
Siklus daya gasSiklus daya gas
Siklus daya gasRock Sandy
Β 
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
Iim Fatimura
Β 
Pompa mesin fluida ajar
Pompa mesin fluida ajarPompa mesin fluida ajar
Pompa mesin fluida ajar
Khairul Fadli
Β 

What's hot (20)

Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar KalorModul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Modul Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
Β 
Evaporator
EvaporatorEvaporator
Evaporator
Β 
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Heat exchanger [ Alat Penukar Panas]
Β 
reaktor CSTR dan PFR
reaktor CSTR dan PFRreaktor CSTR dan PFR
reaktor CSTR dan PFR
Β 
Falling film evaporator
Falling film evaporatorFalling film evaporator
Falling film evaporator
Β 
Pompa sentrifugal
Pompa sentrifugalPompa sentrifugal
Pompa sentrifugal
Β 
Double Pipe Heat Excanger
Double Pipe Heat ExcangerDouble Pipe Heat Excanger
Double Pipe Heat Excanger
Β 
Turbin Uap
Turbin UapTurbin Uap
Turbin Uap
Β 
Pompa kompresor
Pompa kompresorPompa kompresor
Pompa kompresor
Β 
Laporan Mixing and Blending
Laporan Mixing and Blending Laporan Mixing and Blending
Laporan Mixing and Blending
Β 
Judul prarancangan pabrik kimia teknik kimia
Judul prarancangan pabrik kimia  teknik kimia Judul prarancangan pabrik kimia  teknik kimia
Judul prarancangan pabrik kimia teknik kimia
Β 
Modul thermodinamika (penyelesaian soal siklus pembangkit daya)
Modul thermodinamika (penyelesaian soal  siklus pembangkit daya)Modul thermodinamika (penyelesaian soal  siklus pembangkit daya)
Modul thermodinamika (penyelesaian soal siklus pembangkit daya)
Β 
Debit air turbin dan kecepatan spesifik
Debit air turbin dan kecepatan spesifikDebit air turbin dan kecepatan spesifik
Debit air turbin dan kecepatan spesifik
Β 
Kompressor
Kompressor Kompressor
Kompressor
Β 
Pertemuan 3 boiler.ok
Pertemuan 3 boiler.okPertemuan 3 boiler.ok
Pertemuan 3 boiler.ok
Β 
Vaporizer
VaporizerVaporizer
Vaporizer
Β 
Siklus daya gas
Siklus daya gasSiklus daya gas
Siklus daya gas
Β 
Kelompok 3 PP(dekanter)
Kelompok 3 PP(dekanter)Kelompok 3 PP(dekanter)
Kelompok 3 PP(dekanter)
Β 
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
153335269 tutorial-hysys-untuk-mahasiswa-1
Β 
Pompa mesin fluida ajar
Pompa mesin fluida ajarPompa mesin fluida ajar
Pompa mesin fluida ajar
Β 

Viewers also liked

Bab 7-current-meter-2
Bab 7-current-meter-2Bab 7-current-meter-2
Bab 7-current-meter-2
julmiyati detuage
Β 
Fisika Dasar I - 10
Fisika Dasar I - 10Fisika Dasar I - 10
Fisika Dasar I - 10
jayamartha
Β 
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesinAplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Ronny wisanggeni
Β 
Membuat Pompa Hidram
Membuat Pompa HidramMembuat Pompa Hidram
Membuat Pompa Hidram
khatulistiwa.info
Β 
Fisika Dasar I - 7
Fisika Dasar I - 7Fisika Dasar I - 7
Fisika Dasar I - 7
jayamartha
Β 
Tik bab 4
Tik bab 4Tik bab 4
Tik bab 4
Edo Yunanta Putra
Β 
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and ApplicationsCartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Deven Singh
Β 
Perpan ii pertemuan 2 ok
Perpan ii pertemuan 2 okPerpan ii pertemuan 2 ok
Perpan ii pertemuan 2 ok
Marfizal Marfizal
Β 
Laporan praktikum air bersih
Laporan praktikum air bersihLaporan praktikum air bersih
Laporan praktikum air bersih
Septian Firdaus Yoga Pratama
Β 
Bab1 perpan
Bab1 perpanBab1 perpan
Bab1 perpan
aldi rizaldi
Β 
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panas
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panasPenerapan hukum fourier pada perpindahan panas
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panas
iwandra doank
Β 
Kuliah 3-4-dinamika
Kuliah 3-4-dinamikaKuliah 3-4-dinamika
Kuliah 3-4-dinamika
Marfizal Marfizal
Β 
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datarStudi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Ali Hasimi Pane
Β 
Termodinamika 1
Termodinamika 1Termodinamika 1
Termodinamika 1
Sitti Nurrahmi
Β 
Pompa air
Pompa airPompa air
Pompa air
Irna Nurhidayah
Β 
Superheater & reheater
Superheater & reheaterSuperheater & reheater
Superheater & reheater
Kornelia Pakiding
Β 
Fis 17-termodinamika
Fis 17-termodinamikaFis 17-termodinamika
Fis 17-termodinamika
SMA Negeri 9 KERINCI
Β 

Viewers also liked (20)

Bab 7-current-meter-2
Bab 7-current-meter-2Bab 7-current-meter-2
Bab 7-current-meter-2
Β 
Fisika Dasar I - 10
Fisika Dasar I - 10Fisika Dasar I - 10
Fisika Dasar I - 10
Β 
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesinAplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Aplikasi excel-2007-dalam-bidang-teknik-mesin
Β 
Membuat Pompa Hidram
Membuat Pompa HidramMembuat Pompa Hidram
Membuat Pompa Hidram
Β 
Ppt perpan shell and tube
Ppt perpan shell and tubePpt perpan shell and tube
Ppt perpan shell and tube
Β 
Fisika Dasar I - 7
Fisika Dasar I - 7Fisika Dasar I - 7
Fisika Dasar I - 7
Β 
Tik bab 4
Tik bab 4Tik bab 4
Tik bab 4
Β 
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and ApplicationsCartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Cartridge Heaters – Specifications, Configuration and Applications
Β 
9304
93049304
9304
Β 
Perpan ii pertemuan 2 ok
Perpan ii pertemuan 2 okPerpan ii pertemuan 2 ok
Perpan ii pertemuan 2 ok
Β 
Laporan praktikum air bersih
Laporan praktikum air bersihLaporan praktikum air bersih
Laporan praktikum air bersih
Β 
Bab1 perpan
Bab1 perpanBab1 perpan
Bab1 perpan
Β 
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panas
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panasPenerapan hukum fourier pada perpindahan panas
Penerapan hukum fourier pada perpindahan panas
Β 
Kuliah 3-4-dinamika
Kuliah 3-4-dinamikaKuliah 3-4-dinamika
Kuliah 3-4-dinamika
Β 
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datarStudi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Studi kasus perpindahan panas konduksi 2-Dimensi pada permukaaan datar
Β 
Termodinamika 1
Termodinamika 1Termodinamika 1
Termodinamika 1
Β 
Bab ii perpindahan panas
Bab ii perpindahan panasBab ii perpindahan panas
Bab ii perpindahan panas
Β 
Pompa air
Pompa airPompa air
Pompa air
Β 
Superheater & reheater
Superheater & reheaterSuperheater & reheater
Superheater & reheater
Β 
Fis 17-termodinamika
Fis 17-termodinamikaFis 17-termodinamika
Fis 17-termodinamika
Β 

Similar to Modul Praktikum Shell-And-Tube Heat Exchanger

alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
alat-penukar-panas (Heat Exchanger)alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
Ricco Riyan Kurniawan
Β 
Alat penukar kalor bagian 1.pdf
Alat penukar kalor bagian 1.pdfAlat penukar kalor bagian 1.pdf
Alat penukar kalor bagian 1.pdf
AryoRaga
Β 
tugas Perpan 5 david.pptx
tugas Perpan 5 david.pptxtugas Perpan 5 david.pptx
tugas Perpan 5 david.pptx
DavidRianMahendra
Β 
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptxBAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
RaihanTaufiqurrahman
Β 
tugas Perpan 4.pptx
tugas Perpan 4.pptxtugas Perpan 4.pptx
tugas Perpan 4.pptx
DavidRianMahendra
Β 
TPK kls A.pptx
TPK kls A.pptxTPK kls A.pptx
TPK kls A.pptx
TeknikkimiaAhmadSufy
Β 
Otk 2 he kelompok a 19
Otk 2 he kelompok a 19Otk 2 he kelompok a 19
Otk 2 he kelompok a 19
Ulil Anshori
Β 
Bab vii
Bab viiBab vii
Bab viiRandy MC
Β 
134856909 plate-he
134856909 plate-he134856909 plate-he
134856909 plate-he
St Satrio
Β 
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptxAlat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
RifqiSufra
Β 
Waste Heat Recovery
Waste Heat RecoveryWaste Heat Recovery
Waste Heat Recovery
Sugesty Nurchadjati
Β 
STUDI PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER TYPE SHELL AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
STUDI PERHITUNGAN  HEAT EXCHANGER TYPE SHELL  AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...STUDI PERHITUNGAN  HEAT EXCHANGER TYPE SHELL  AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
STUDI PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER TYPE SHELL AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
Iriansyah Putra
Β 
2298 2859-1-sm
2298 2859-1-sm2298 2859-1-sm
2298 2859-1-sm
Doni Rahman
Β 
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.pptfdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
RifqiSufra
Β 
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
Mirmanto
Β 
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
sumadhijono
Β 
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIKEFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
MohammadAgungDirmawa
Β 

Similar to Modul Praktikum Shell-And-Tube Heat Exchanger (20)

alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
alat-penukar-panas (Heat Exchanger)alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
alat-penukar-panas (Heat Exchanger)
Β 
Alat penukar kalor bagian 1.pdf
Alat penukar kalor bagian 1.pdfAlat penukar kalor bagian 1.pdf
Alat penukar kalor bagian 1.pdf
Β 
tugas Perpan 5 david.pptx
tugas Perpan 5 david.pptxtugas Perpan 5 david.pptx
tugas Perpan 5 david.pptx
Β 
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptxBAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
BAB XXIII. HEAT EXCHANGERS.pptx
Β 
tugas Perpan 4.pptx
tugas Perpan 4.pptxtugas Perpan 4.pptx
tugas Perpan 4.pptx
Β 
TPK kls A.pptx
TPK kls A.pptxTPK kls A.pptx
TPK kls A.pptx
Β 
Otk 2 he kelompok a 19
Otk 2 he kelompok a 19Otk 2 he kelompok a 19
Otk 2 he kelompok a 19
Β 
Bab vii
Bab viiBab vii
Bab vii
Β 
134856909 plate-he
134856909 plate-he134856909 plate-he
134856909 plate-he
Β 
Presentasi pengendali suhu
Presentasi pengendali suhuPresentasi pengendali suhu
Presentasi pengendali suhu
Β 
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptxAlat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
Alat_penukar_panas_heat_exchanger.pptx
Β 
Waste Heat Recovery
Waste Heat RecoveryWaste Heat Recovery
Waste Heat Recovery
Β 
Thermo mklh 1
Thermo mklh 1Thermo mklh 1
Thermo mklh 1
Β 
STUDI PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER TYPE SHELL AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
STUDI PERHITUNGAN  HEAT EXCHANGER TYPE SHELL  AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...STUDI PERHITUNGAN  HEAT EXCHANGER TYPE SHELL  AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
STUDI PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER TYPE SHELL AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LI...
Β 
2298 2859-1-sm
2298 2859-1-sm2298 2859-1-sm
2298 2859-1-sm
Β 
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.pptfdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
fdokumen.com_alat2-penukar-panas.ppt
Β 
3 steam jet
3 steam jet3 steam jet
3 steam jet
Β 
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
1 pengaruh debit terhadap unjuk kerja alat penukar kalor dan penurunan suhu r...
Β 
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI TEKANAN KETEL DAN BUKAAN KATUP BAHAN BAK...
Β 
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIKEFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
EFEK PANAS DARI ARUS LISTRIK
Β 

Recently uploaded

Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
ArumNovita
Β 
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
ProfesorCilikGhadi
Β 
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
LEESOKLENGMoe
Β 
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptxPPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
emiliawati098
Β 
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
athayaahzamaulana1
Β 
MATERI KIMIA KELAS X NANOTEKNOLOGI.pptx
MATERI KIMIA KELAS X  NANOTEKNOLOGI.pptxMATERI KIMIA KELAS X  NANOTEKNOLOGI.pptx
MATERI KIMIA KELAS X NANOTEKNOLOGI.pptx
emiliawati098
Β 
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptxMI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
almiraulimaz2521988
Β 
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
nadyahermawan
Β 

Recently uploaded (8)

Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
Asam, Basa, Garam - materi kimia kelas 7
Β 
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
Presentasi vitamin secara umum yang terdiri dari vitamin larut lemak dan laru...
Β 
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
Sistem Pencernaan Manusia Sains Tingkatan 2
Β 
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptxPPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
PPT Partikel Penyusun Atom dan Lambang Atom.pptx
Β 
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
SOAL GEOGRAFI-SMA NEGERI 1 YOGYAKARTA BAB 7_ ULANGAN HARIAN DINAMIKA HIDROSFE...
Β 
MATERI KIMIA KELAS X NANOTEKNOLOGI.pptx
MATERI KIMIA KELAS X  NANOTEKNOLOGI.pptxMATERI KIMIA KELAS X  NANOTEKNOLOGI.pptx
MATERI KIMIA KELAS X NANOTEKNOLOGI.pptx
Β 
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptxMI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
MI-P2-P3-Metabolisme Mikroorganisme.pptx
Β 
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
481605266-11-CPOB-ppt.ppt FARMAKOLOGI NEW UP
Β 

Modul Praktikum Shell-And-Tube Heat Exchanger

  • 1. 1 PRAKTIKUM 1 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 2. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 3. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 4. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 5. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 6. 1 PRAKTIKUM 2 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah. 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 7. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 8. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 9. 1 PRAKTIKUM 3 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah. 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 10. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 4,33 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 11. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 12. 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat menggunakan baffle single segemental !
  • 13. 1 PRAKTIKUM 4 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah. 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 14. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 15. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 16. 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat menggunakan baffle single segemental !
  • 17. 1 PRAKTIKUM 5 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 18. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 19. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 20. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 21. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan. Debit Tube (LPM) Debit Shell (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Tube (kg/s) Laju massa Shell (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 22. 1 PRAKTIKUM 6 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 10 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 23. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 24. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 25. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 26. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi tube sementara sisi shell dikondisikan konstan. Debit Shell (LPM) Debit Tube (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Shell (kg/s) Laju massa Tube (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan !
  • 27. 1 PRAKTIKUM 7 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah. 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 28. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 29. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan. Debit Tube (LPM) Debit Shell (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Tube (kg/s) Laju massa Shell (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat menggunakan baffle single segemental !
  • 30. 1 PRAKTIKUM 8 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Triple Segmental dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat, fleksibel, serta pemeliharaan dan perawatan yang mudah. 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 31. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 10 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 32. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan. Debit Shell (LPM) Debit Tube (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Shell (kg/s) Laju massa Tube (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat menggunakan baffle single segemental !
  • 33. 1 PRAKTIKUM 9 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 34. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 35. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 36. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 5 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 37. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle spacing 10 cm !
  • 38. 1 PRAKTIKUM 10 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Laju Massa Sisi Shell dan Sisi Tube Konstan (Fluida Panas di Sisi Shell dan Fluida Dingin di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 39. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 40. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 41. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 5 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 42. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Fluida panas dan fluida dingin dikondisikan pada laju aliran yang sama. Debit (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle spacing 10 cm !
  • 43. 1 PRAKTIKUM 11 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Shell (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 44. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 45. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 46. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 5 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan a. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. b. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. c. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. d. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. e. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 47. f. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. g. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. h. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. i. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. j. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan. Debit Tube (LPM) Debit Shell (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Tube (kg/s) Laju massa Shell (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle spacing 10 cm !
  • 48. 1 PRAKTIKUM 12 1.1 Judul Praktikum Analisis Performa Shell-And-Tube Heat Exchanger dengan Baffle Jenis Single Segmental (Baffle Spacing = 5 cm) dengan Variasi Laju Massa di Sisi Tube (Fluida Dingin di Sisi Shell dan Fluida Panas di Sisi Tube) 1.2 Tujuan Mahasiswa diharapkan dapat: a. Memahami prinsip kerja shell-and-tube heat exchanger. b. Mengetahui pengaruh laju aliran massa terhadap nilai perpindahan panas, koefisien perpindahan panas, dan efektivitas. c. Mengetahui pengaruh jenis baffle terhadap karateristik aliran dan performa shell- and-tube heat exchanger secara keseluruhan. 1.3 Teori Penunjang Shell-and-tube heat exchanger merupakan alat penukar kalor yang paling sering digunakan dalam industri karena mampu beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi. Shell-and-tube heat exchanger terdiri atas tiga komponen utama, yaitu shell, tube, dan baffle. Shell dan tube berfungsi sebagai tempat mengalir fluida panas dan fluida dingin, sementara baffle berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas antarfluida dengan menghambat aliran dalam shell. Selain itu shell-and-tube heat exchanger memiliki karakteristik konstruksi yang kuat serta memiliki pemeliharaan yang mudah. Log Mean Temperature Difference (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 (βˆ†π‘‡ln⁑ )𝑐𝑓 = βˆ†π‘‡2 βˆ’ βˆ†π‘‡1 ln⁑(βˆ†π‘‡2 /βˆ†π‘‡1 ) βˆ†π‘‡ π‘š = 𝐹(βˆ†π‘‡π‘™π‘›) 𝑐𝑓 Keterangan: π‘‡π‘Ž : Temperatur masuk sisi shell (oC) 𝑇𝑏 : Temperatur keluar sisi shell (oC) 𝑑 π‘Ž : Temperatur masuk sisi tube (oC) 𝑑 𝑏 : Temperatur keluar sisi tube (oC) 𝑁 : Jumlah laluan shell Untuk Rβ‰ 1, maka: ∝= ( 1 βˆ’ 𝑅𝑃 1 βˆ’ 𝑃 ) 1/𝑁 𝑆 = 1βˆ’βˆ ∝ βˆ’π‘…
  • 49. 𝐹 = βˆšπ‘…2 + 1 Γ— ln⁑( 1 βˆ’ 𝑆 1 βˆ’ 𝑅𝑆 ) ( 𝑅 βˆ’ 1)⁑ln⁑[ 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 βˆ’ βˆšπ‘…2 + 1) 2 βˆ’ 𝑆(𝑅 + 1 + βˆšπ‘…2 + 1) ] Kesetimbangan Energi Besar energi yang dipindahkan melalui proses perpindahan panas secara umum dapat dijabarkan melalui persamaan berikut. 𝑄 𝑐 = π‘šΜ‡ 𝑐 𝑐 𝑝(𝑇𝑐 π‘œ βˆ’ 𝑇𝑐 𝑖 ) π‘„β„Ž = π‘šΜ‡ β„Ž 𝑐 𝑝(π‘‡β„Ž π‘œ βˆ’ π‘‡β„Ž 𝑖 ) 𝑄 = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 Keterangan: 𝑄 𝑐 : Besar perpindahan panas aliran fluida dingin (Watt) π‘„β„Ž : Besar perpindahan panas aliran fluida panas (Watt) 𝑄 : Besar perpindahan panas rata-rata (Watt) 𝑇𝑐 𝑖 : Temperatur masuk fluida dingin (oC) 𝑇𝑐 π‘œ : Temperatur keluar fluida dingin (oC) π‘‡β„Ž 𝑖 : Temperatur masuk fluida panas (oC) π‘‡β„Ž π‘œ : Temperatur keluar fluida panas (oC) π‘šΜ‡ 𝑐 : Laju massa fluida dingin (kg/s) π‘šΜ‡ β„Ž : Laju massa fluida panas (kg/s) Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas menunjukkan kemampuan sebuah heat exchanger untuk mentransfer panas melalui hambatan yang berbeda sesuai dengan properti dari fluida yang dilalui meliputi temperatur, laju massa, dan geometri dari heat exchanger tersebut. Nilai koefisien perpindahan panas pada sisi shell dan sisi tube bergantung pada besar perpindahan panas yang terjadi. β„Ž π‘œ = 𝑄 𝑐 𝐴 π‘œ βˆ†π‘‡ π‘š β„Žπ‘– = π‘„β„Ž 𝐴𝑖 βˆ†π‘‡ π‘š Keterangan: 𝐴𝑖 : Luas area perpindahan panas sisi dalam tube (m2) 𝐴 π‘œ : Luas area perpindahan panas sisi luar tube (m2) β„Žπ‘– : Koefisien perpindahan panas sisi tube (w/m2.K) β„Ž π‘œ : Koefisien perpindahan panas sisi shell (W/m2.K) βˆ†π‘‡ π‘š : Perbedaan temperatur rata-rata (oC) 𝐴 π‘œ = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘œ 𝐿 𝐴𝑖 = 𝑛𝑑 πœ‹π·π‘– 𝐿 π‘ˆ = [ π·π‘œ β„Žπ‘– 𝐷𝑖 + 1 β„Ž π‘œ + π·π‘œ ln(π·π‘œ 𝐷𝑖 ⁄ ) 2π‘˜ + 𝑅 𝐷𝑖 π·π‘œ 𝐷𝑖 + 𝑅 π·π‘œ ] βˆ’1 Keterangan:
  • 50. π‘…π‘‘β„Ž : Resistansi termal (K/W) 𝑅 𝐷𝑖 : Fouling factor sisi tube (m2.K/W) 𝑅 π·π‘œ : Fouling factor sisi shell (m2.K/W) π‘˜ : Konduktivitas material tube (W/m.K) π‘ˆ : Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K) Efektivitas Efektivitas heat exchanger, Ξ΅, didefinisikan sebagai rasio antara laju perpindahan panas aktual, 𝑄, dengan laju perpindahan panas maksimal (𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ ). πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ πœ€ = 𝑄 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑄 𝑐 + π‘„β„Ž 2 ⁄ 𝐢 π‘šπ‘–π‘›( π‘‡β„Ž,𝑖 βˆ’ 𝑇 𝑐,𝑖) Keterangan: πœ€ : Efektivitas 𝐢 𝑐 : Kapasitas kalor fluida dingin (J/K) πΆβ„Ž : Kapasitas kalor fluida panas (J/K) 𝑄 : Besar perpindahan panas aktual (Watt) 𝑄 π‘šπ‘Žπ‘₯ : Besar perpindahan panas maksimal (Watt) 1.4 Skema Skema modul shell-and-tube heat exchanger praktikum ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Reservoir Panas Pompa Air Panas T F Flowmeter 1 Shell-And-Tube Heat Exchanger Reservoir Dingin Pompa Air Dingin T F Flowmwter 2
  • 51. Spesifikasi Unit: Parameter Nilai Shell ID 16 cm Panjang tube 50 cm Panjang header 10 cm Tube OD 12,7 mm Tube ID 11,54 mm Jumlah tube 30 Tebal baffle 2 mm Jarak antarbaffle 5 cm Baffle Cut 31,25 % Konfigurasi tube Staggered 30o Pitch 25 mm 1.5 Langkah-Langkah Percobaan k. Menghubungkan kabel power modul dengan stop kontak. l. Menyalakan sistem dengan memutar switch pada panel. m. Menyalakan komponen AC untuk mendinginkan fluida dingin hingga temperatur 8o C. n. Menyalakan heater dengan menekan tombol pada panel untuk memanaskan fluida panas hingga temperatur 75o C. o. Setelah temperatur fluida dingin dan fluida panas sesuai, kemudian pompa dinyalakan dengan menekan tombol push button pada panel. Shell in Shell outTube out Tube in
  • 52. p. Fluida panas akan masuk ke sisi tube, dan fluida dingin masuk ke sisi shell. q. Pengaturan debit fluida dilakukan dengan memutar valve sedemikian rupa sehingga didapatkan debit fluida sesuai kebutuhan. Debit fluida dapat diamati pada flowmeter yang terhubung pada pipa aliran sebelum masuk ke unit heat exchanger. r. Tunggu selama 3-5 menit agar berlangsung perpindahan panas antarfluida, kemudian catat temperatur masuk dan keluar dari sisi shell dan sisi tube. s. Setelah pengambilan data temperatur dan debit selesai, matikan tombol heater dan pompa pada panel untuk melakukan pengujian dengan variasi debit yang berbeda. t. Lakukan drain air pada heat exchanger dengan membuka kran yang terdapat pada bagian bawah unit. Setelah semua fluida terkuras dari heat exchanger barulah bisa dilakukan pengujian ulang dengan mengulangi langkah ke-3. 1.6 Tabel Data Praktikum Data praktikum yang diperoleh ditampilkan sesuai dengan tabel di bawah ini. Variasi debit dilakukan pada sisi shell sementara sisi tube dikondisikan konstan. Debit Shell (LPM) Debit Tube (LPM) Laju massa (kg/s) 𝑻 𝒄,π’Š (oC) 𝑻 𝒉,π’Š (oC) 𝑻 𝒄,𝒐 (oC) 𝑻 𝒉,𝒐 (oC) F βˆ†Tm (oC) 6 2 29 60 4 29 60 6 29 60 8 29 60 10 29 60 1.7 Tabel Data Percobaan Sajikan data hasil perhitungan dan pengolahan data seperti pada tabel di bawah ini. Laju massa Shell (kg/s) Laju massa Tube (kg/s) 𝑻 𝒄,𝒐 (o C) 𝑻 𝒉,𝒐 (o C) F βˆ†Tm (o C) Qcold (Watt) Qhot (Watt) hi (W/m2 .K) ho (W/m2 .K) U (W/m2 .K) Q (Watt) Qmax (Watt) Efektivitas 1.8 Pembahasan 1. Buatlah kurva hubungan laju aliran massa dengan Q, U, dan efektivitas serta analisis kurva yang terbentuk. 2. Analisis nilai Qcold dan Qhot. Apakah ada perbedaan nilai? Jika ada jelakskan faktor yang berpengaruh ! 3. Bagaimana hubungan antara hi dan ho dengan nilai U, jelaskan ! 4. Bagaimana pengaruh laju massa terhadap nilai efektivitas, jelaskan ! 5. Bandingkan dan analisis hasil yang diperoleh dengan variasi sebelumnya saat baffle spacing 10 cm !