LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014

MODUL : Plate Heat Exchanger

PEMBIMBING :

Praktikum : 30 September 2013

Penyerahan : 07 Oktober 2013

(Laporan)

Oleh:

Kelompok : 1 (satu)

Nama : 1. Donny Wiryawan NIM.101411011

2. Ajeng Megawati Iskandar NIM.111411003

3. Azka Marta Kintara NIM.111411005

4. Didin Sodikin NIM.111411006

Kelas : 3A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

I. Tujuan :

Memahami fungsi alat penukar kalor jenis pelat

Memahami mekanisme operasi alat penukar kalor jenis pelat

Mengetahui komponen-komponen utama alat penukar kalor jenis pelat

Mengetahui cara menghitung total heat transfer coefficient alat penukar kalor pelat

yang ada di Laboratorium Pilot Plant

II. Dasar Teori

Apabila dua benda yang suhunya berbeda berada dalam kontak termal, maka kalor

akan mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebig rendah.

Pengaliran kalor itu dapat berlangsung dengan tiga macam mekanisme, yaitu sebagai berikut:

1. Perpindahan kalor secara rambatan (konduksi), yaitu perpindahan kalor tanpa disertai

oleh sesuatu gerakan zat yang terjadi dalam suatu bahan kontinu yang memiliki gradien

suhu. Contoh : perpindahan kalor dalam zat padat buram yang tak tembus cahaya

(dinding logam pada tabung).

2. Perpindahan kalor secara pancaran (konveksi), yaitu perpindahan kalor di dalam fluida

secara memancar yang biasanya diserta perpindahan massa. Contoh : perpindahan entalpi

oleh pusaran-pusaran (eddy) aliran turbulen dan oleh arus udara panas yang mengalir

melintas dan menjauhi radiator (pemanas) biasa.

3. Perpindahan kalor secara radiasi, yaitu perpindahan energi melalui ruang oleh

gelombang-gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan media penghantar (fluida atau

padat).

Tidak jarang ditemukan bahwa kalor mengalir dengan cara radiasi serta konduksi-

konveksi bersama-sama. Contohnya ialah proses hilangnya kalor dari radiator atau pipa uap

tanpa isolasi ke udara ruang sekitar. Beberapa jenis alat penukar panas adalah :

1. Plate heat exchanger

2. Double pipe heat exchanger

3. Shell and tube heat exchanger

4. Spiral heat exchanger

Plate Heat Exchanger

Plate heat exchanger terdiri dari lempeng standar sebagai permukaan berlangsungnya

perpindahan kalor dan rangka penyangga tempat susunan lempeng tersebut. Penurunan

tekanan (pressure drop) yang terjadi antar plate heat exchanger relatif kecil. Permukaan plate

heat exchanger berlubang untuk memberikan efek turbulensi terhadap aliran. Kelebihan plate

heat exchanger adalah mudah untuk melakukan perawatan dan pembersihan serta dapat

digunakan untuk berbagai macam fluida (tergantung dari bahan konstruksi yang digunakan)

dan mudah untuk dilakukan modifikasi (penambahan luas permukaan perpindahan kalor atau

mengubah posisi keluar masuk fluida)

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus,

bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat

lunak( biasanya terbuat dari karet). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat

penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir

fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain,

sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena

ada sekat.

Penukar panas jenis pelat and Frame

Gambar 2. Penukar panas jenis pelat and Frame

Dalam peralatan PHE, panas dipindahkan dengan semua cara, namun yang dominan

terjadi dengan dua cara secara simultan, yaitu dengan konduksi dan konveksi. Perpindahan

kalor secara konduksi, perpindahan ini biasanya terjadi pada benda padat, panas merambat

dari satu bagian kebagian lain secara merambat tanpa ada material yang berpindah.

Perpindahan kalor secara konveksi, Perpindahan ini terjadi karena adanya aliran massa yang

berpindah. Aliran massa tersebut bisa terjadi secara difusi maupun adanya tenaga dari luar.

Tenaga dari luar tersebut bisa berupa pengadukan maupun fluida mengalir. Penukar panas

pada PHE terdiri dari susunan lempeng sesuai dengan luas permukaan yang diperlukan.

Kelebihan Plate Heat Exchanger (PHE) dibanding penukar panas jenis lain adalah

kemudahan dalam perawatan dan pembersihan dengan berbagai macam fluida. Selain itu juga

mudah melakukan modifikasi terhadap luas permukaan, baik itu menambah maupun

mengurangi.

Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)

a. Menggunakan Neraca Energi

Harga Q dapat dihitung dari :

Q = (M.Cp.△T)1 .. Kalor yang diberikan fluida panas

= (M.Cp.△T)2 .. Kalor yang diterima fluida dingin

Efisiensi kalor yang dipertukarkan :

Q = Laju Alir Kalor (Watt)

A = Luas Permukaan (m2)

U = Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)△Tlm = Perbedaan Suhu logaritmik (K)

△T1 = Thi – Tco

△T2 = Tho – Tci

III. Alat dan Bahan

Seperangkat Alat PHE

Gelas Beaker Plastik 2000 ml

Gelas Kimia 1000 ml

Termometer

Stopwach

Air

IV. Langkah Kerja

1. Kalibrasi alat pengukur laju alir cairan panas dan cairan dingin

nyalakan kompor pemanas sehingga suhu air mencapai lebih kurang 600C

Hidupkan pompa air panas (P1) dan aturlah keran air panas (V1) hingga laju alir

air panas yang terbaca pada “rotameter” pengukur aliran mencapai kira-kira 100

L/jam

Tunggu sampai konstan, kemudian tampunglah air panas yang mengalir keluar

pipa (sebelum masuk ke bejana air panas) selama waktu tertentu (missal 5 detik)

dnegan menggunakan bejana ukur plastic. Hitung berapa banyak volume air panas

yang tertampung dalam bejana tersebut. Konversikan satuannya menajdi 1 L/jam

Atur kembali keran air panas (V1) hingga laju alr kira-kira 200 L/jam. Kemudian

lakukan kembali kangkah c

Buat grafik hubungan antara laju alir yang terbaca dengan rotameter dan laju alir

yang dihitung dari pengukuran dengan bejana ukur

Lakukan hal yang sama untuk kalibrasi laju alir air dingin. (catatan : untuk

pengukuran laju alir dingin, airnya tidak perlu dipanaskan, tetapi diukur pada suhu

kamar dan dicatat suhunya)

2. Pengamatan Suhu dan Laju Alir Cairan

Nyalakan kompor pemanas sehingga suhu air mencapai lebih kurang 600C

Hidupkan pompa air panas (P1) dan aturlah keran air panas (V1) hingga laju alir

air panas yang terbaca pada “rotameter” pengukur aliran mencapai kira-kira 200

L/jam

Tunggu sampai konstan. Catat suhu masuk air panas ke alat (Tin)

Nyalakan pompa air dingin (P2) dan aturlah keran air dingin (V2) hingga laju alir

air dingin yang terbaca pada “rotameter” pengukur aliran mencapai kira-kira 100

L/jam

Baca secara serentak suhu ari panas masuk (Tin), suhu air panas keluar (Tout), suhu

air dingin masuk (tin) dan suhu air dingin keluar (tout)

Lakukan langkah d dan e dengan mengatur laju alir dingin berturut-turut, 200

L/jam; 300 L/jam; 400 L/jam

Usahakan agar suhu air panas selalu berada pada sekitar 60 0C dengan cara

mengatur pemanasan, dan suhu air dingin selalu di bawah 300C dengan cara

mengeluarkan air yang sudah panas dari bak penampung dan menambah air

dingin ke dalam bak penampung.

GAMBARAN KERJA

Panaskan fluida (air) di dalam drum sampai suhu

yang dikehendakiSiapkan air dingin

Siapkan alat PHE, saluran- saluran, serta

alat-alat ukur

Siapkan listrik untuk aliran pompa

Atur pompa dan laju alir setelah suhu yang

diinginkan tercapai

Ambil data sesuai pada data pengamatan

Matikan pemanas pada tangki fluida pemanas

Rapikan dan bersihkan peralatan PHE seperti

keadaan semula

Matikan aliran fluida pemanas dan biarkan

aliran air dingin.

Matikan aliran pendingin setelah suhu keluaran tidak

terlalu tinggi

V. DATA PENGAMATAN

Data Kalibrasi laju alir air panas dan dingin

Kalibrasi Laju Air Panas

No

Suhu

Air

(0C)

Pembacaan

Rotameter

(L/jam)

Waktu

(detik)

Volume air

panas

(Liter)

Laju alir hasil

pengukuran

(L/jam)

1 60 100 5 0,14 100,8

2 60 200 5 0,28 201,6

3 60 300 5 0,42 302,4

4 60 400 5 0,56 403,2

5 60 500 5 0,71 511,2

Kalibrasi Laju Alir Air Dingin

NoSuhu Air

(0C)

Pembacaan

Rotameter

(L/jam)

Waktu

(detik)

Volume air

panas

(Liter)

Laju alir hasil

pengukuran

(L/jam)

1

Sesuai

suhu air

dingin

100 5 0,13 93,6

2 200 5 0,28 201,6

3 300 5 0,42 302,4

4 400 5 0,56 403,2

5 500 5 0,70 504

Tabel data pengamatanuntuk mencatat hasil pengukuran laju alir dan suhu

1. Data suhu aliran air panas dan air dingin

RUN 1

No

Air Panas (Laju Tetap) Air Dingin (Laju Berubah)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Thi), (0C)

Suhu Masuk

(Tho), (0C)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

1 200 60 43 100 28 40

2 200 60 45 200 28 39

3 200 60 45 300 28 38

4 200 62 44 400 28 37

5 200 62 41 500 28 36

RUN 2

No

Air Panas (Laju Berubah) Air Dingin (Laju Tetap)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

1 100 60 47 200 28 35

2 200 60 46 200 28 37

3 300 60 48 200 28 38

4 400 61 54 200 28 39

5 500 61 57 200 28 40

2. Koreksi laju alir masing-masing cairan dnegan menggunakan table hasil kalibrasi

No Air Panas (Laju Tetap) Air Dingin (Laju Berubah)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Thi), (0C)

Suhu Masuk

(Tho), (0C)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

1 201,6 60 43 93,6 28 40

2 201,6 60 45 201,6 28 39

3 201,6 60 45 302,4 28 38

4 201,6 62 44 403,2 28 37

5 201,6 62 41 504 28 36

No

Air Panas (Laju Berubah) Air Dingin (Laju Tetap)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

Laju alir

(1 L/jam)

Suhu Masuk

(Tin), (0C)

Suhu Masuk

(Tout), (0C)

1 100,8 60 47 201,6 28 35

2 201,6 60 46 201,6 28 37

3 302,4 60 48 201,6 28 38

4 403,2 61 54 201,6 28 39

5 511,2 61 57 201,6 28 40

VI. PENGOLAHAN DATA

1. Kalibrasi laju alir air panas

No Laju alir nyata Laju alir terukur Laju alir terukur

(L/jam) (L/s) (L/jam)

1 100 0,028 100,8

2 200 0,056 201,6

3 300 0,084 302,4

4 400 0,112 403,2

5 500 0,142 511,2

2. Kalibrasi laju alir air dingin

NoLaju alir nyata

(L/jam)Laju alir terukur

(L/s)Laju alir terukur

(L/jam)

1 100 0,026 93,6

2 200 0,056 201,6

3 300 0,084 302,4

4 400 0,112 403,2

5 500 0,14 504

3. RUN 1 ( Laju Alir Air Panas Tetap 200 L/jam)

a. Menghitung kalor (Q)

Q = m x Cp x ΔT

∆T panas (oC)

∆T dingin (oC)

Laju Alir Air Panas

(L/h)

m

(Kg/h)Cp (kJ/kg.K) Qp (Kj/h) Qd (Kj/h)

17 12 100.8 100.8 4.2 7197.12 5080.32

15 11 201.6 201.6 4.2 12700.8 9313.92

15 10 302.4 302.4 4.2 19051.2 12700.8

18 9 403.2 403.2 4.2 30481.92 15240.96

21 8 511.2 511.2 4.2 45087.84 17176.32

b. Menghitung 𝜂 dan nilai U berdasarkan persamaan neraca energi dan persamaan

empiris

Diketahui : P = 0,4 m L = 0,1 m Jumlah Plate = 25 buah

A = 0,4 x 0,1 x 25 = 1 m2

ΔTLMTD = (ΔT1 – ΔT2) / (ln ΔT1/ΔT2)

U = Qpanas atau dingin / (A x ΔTLMTD)

ɳ = (Qdingin / Qpanas ) * 100%

Q panas (Kj/h)

Q dingin (Kj/h)

Q panas (watt)

A (m2)

ΔT1

(Thi -

Tco)

ΔT2

(Thi - Tco) ∆TmU

(W/m2 K)ɳ

7197.12 5080.32 1999.2 1 20 15 17.380 115.0 0.71

12700.8 9313.92 3528 1 21 17 18.930 186.4 0.73

19051.2 12700.8 5292 1 22 17 19.393 272.9 0.67

30481.92 15240.96 8467.2 1 25 16 20.166 419.9 0.50

45087.84 17176.32 12524.4 1 26 13 18.755 667.8 0.38

4. RUN 2 ( Laju Alir Air Dingin Tetap 200 L/jam)

c. Menghitung kalor (Q)

Q = m x Cp x ΔT

∆T panas (oC)

∆T dingin (oC)

Laju Alir Air Dingin

(L/h)

m

(Kg/h)Cp (kJ/kg.K) Qp (Kj/h) Qd (Kj/h)

13 10 93.6 93.6 4.2 5110.56 3931.2

14 11 201.6 201.6 4.2 11854.08 9313.92

12 10 302.4 302.4 4.2 15240.96 12700.8

11 8 403.2 403.2 4.2 18627.84 13547.52

12 8 504 504 4.2 25401.6 16934.4

d. Menghitung 𝜂 dan nilai U berdasarkan persamaan neraca energi dan persamaan

empiris

Diketahui : P = 0,4 m L = 0,1 m Jumlah Plate = 25 buah

A = 0,4 x 0,1 x 25 = 1 m2

ΔTLMTD = (ΔT1 – ΔT2) / (ln ΔT1/ΔT2)

U = Qpanas/dingin / (A x ΔTLMTD)

ɳ = (Qdingin / Qpanas ) * 100%

Q panas (Kj/h)

Q dingin (Kj/h)

Q panas (watt)

A (m2)

ΔT1

(Thi -

Tco)

ΔT2

(Thi - Tco) ∆TmU

(W/m2 K)ɳ

5110.56 3931.2 1419.6 1 22 19 20.463 69.4 0.77

11854.08 9313.92 3292.8 1 21 18 19.461 169.2 0.79

15240.96 12700.8 4233.6 1 22 20 20.984 201.8 0.83

18627.84 13547.52 5174.4 1 25 22 23.468 220.5 0.73

25401.6 16934.4 7056 1 27 23 24.947 282.8 0.67

VII. KESIMPULAN

Perpindahan panas dapat terjadi dengan 3 cara, yaitu : konduksi, konveksi, dan

radiasi. Pada alat Plate Heat Exchanger (PHE) perpindahan panas terjadi secara

konduksi dan konveksi.

Sebagai alat perpindahan panas, PHE memiliki keunggulan lebih mudah dilakukan

pembersihan dan modifikasi

Pada percobaan fluida panas tetap, diperoleh nilai U terbesar dengan perhitungan =

667,8 W/m2K

Efisiensi alat dari Plate Heat Exchanger pada fluida panas tetap = 0,3 – 0,73 artinya

kisaran 30 – 73%

Pada percobaan fluida dingin tetap, diperoleh nilai U terbesar dengan perhitungan

= 282,8 W/m2K

Efisiensi alat dari PHE pada fluida dingin tetap = 0,67 – 0,87 atau kisaran 67-87%

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Jobsheet praktikum Pilot Plant. “Plate Heat Exchanger”. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik

Negeri Bandung.

Geankoplis J. Christie. 1983.”transport Processes and unit operations”. Amerika

Artono Koestoer, Raldi .”Perpindahan Kalor”. Salemba Teknika. Jakarta 2002

Holman, JP. Alih bahasa E.Jasifi. “Perpindahan Kalor”. Penerbit Erlangga.Jakarta.1995

Kays,W.M. and London, A.L, “Compact Heat Exchanger”, 2 nd Edition McGraw-Hill, New

York, 1964

LAMPIRAN

Pompa Fluida Panas

Kelompok 1Didin-Ajeng-Donny-Azka

Pemanasan Drum Penampung Air Panas

Pompa Fluida Dingin

Seperangkat AlatPlate Heat Exchanger

Penampung Ari Dingin Penampung Air Panas