Muhammad Fattah R 2313100090_Maria Dominica C 2313100166_lapres 2

8/17/2019 Muhammad Fattah R 2313100090_Maria Dominica C 2313100166_lapres 2

1/18

LAPORAN PENYELESAIAN MASALAH

LABORATORIUM APLIKASI TEKNIK KIMIA II

DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGING SYSTEM

Hari : Senin

Kelompok : 12

Nama Praktikan : 1 M!"amma# $atta" Rom#"oni %2&1&1'''(')

2 Maria *omini+a ,itta N - %2&1&1''1..)

Pro/lem Statement

•

Suatu aliran larutan encer panas harusdidinginkan secepatnya untuk

menghindari kerusakan panas pada

produk yang terkandung didalamnya.

• Temperatur awal dari aliran tersebut

adalah 45 ℃ atau lebih tinggi dan

temperatur akhir tidak boleh lebih dari

37 ℃ .

• Air pendingin diambil dari sumber

lokal dengan biaya Rp. 30.000 per

m3

. Air pendingin yang digunakan

didinginkan dalam sistem pendingin

dan dapat dipakai kembali.

•Air pendingin dibutuhkan untuk

mendinginkan 00 liter!menit aliran

panas.

Per0oalan an "ar!0 #i0ele0aikan

• "#aluasi apakah alat tersebut dapat

beker$a pada kapasitas yang

dibutuhkan dan bagaimana kondisi

operasi yang digunakan.

• %apasitas maksimum alat dan &aktor

penghambatnya• %etika alat yang digunakan tidak

dapat melakukan peker$aannya' perlu

melakukan scale up desain dan

mendeskripsikan detail seperti prinsip

dasar yang digunakan' data atau

parameter yang digunakan'

penyesuaian dimensi' dsb.

T!3!an

• (endesain heat exchanger yang

digunakan dapat beker$a sesuai

kapasitas yang dibutuhkan dan operasi

bagaimana yang akan digunakan.

• (encari kapasitas maksimum dari

peralatan yang digunakan dan &actor)

&aktor apa sa$a yang dapat

menghambat.

• *ika peralatan yang digunakan tidak

dapat melakukan peker$aannya'

engineer diminta untuk melakukan

scale up terhadap desain peralatan dan

mendeskripsikan peker$aan sesuai

detail sebagai berikut +

,rinsip dasar yang digunakan


2/18

-ata atau parameter yang

digunakan

,enyesuaian dimensi' dsb.

Lanka" Penele0aian

angkah)langkah penyelesaian yang

dapat ditempuh untuk menyelesaikan

persoalan adalah sebagai berikut+

. ,enentuan larutan dan kondisi

operasi yang digunakan

,endinginan larutan panas dapat

digunakan menggunakan heat

exchanger yang tersedia dengan air

sebagai pendingin. Air pendingin

berasal dari kran dengan suhu

sesuai dengan suhu kamar yaitu

sekitar 30/. Suhu awal yang

larutan panas yang akan

didinginkan yaitu 45/ atau lebih

tinggi dan suhu akhirnya men$adi

37/. .

1. ,encarian ,rosedur 2perasi

(engalirkan aliran menggunakan

dua $enis aliran countercurrent dan

cocurrent

3. "#aluasi ,eralatan yang ada dan

,erhitungan %ebutuhan ,anas

%apasitas yang dibutuhkan dalam problem statement yaitu

mendinginkan 00 liter!menit

larutan panas.

4. ,encarian %apasitas (aksimum yang

digunakan dan aktor)&aktor yang

dapat (enghambat 2perasi

5. ,erhitungan biaya operasi' yaitu

berdasarkan la$u air pendingin yang

digunakan dan $uga biaya listrik

yang terpakai dalam melakukan

operasi.

Pro0e#!r Per+o/aan:

. (engalirkan larutan air panas

kedalam heater atas sampai o#er

&low.

1. (enyalakan pompa dan

mensirkulasikan larutan air panas

dengan pompa.

3. (engatur suhu pada heater

menyalakan heater.

4. (engatur &low rate larutan air

panas dengan mengatur bukaan

#al#e.

5. (engalirkan air pendingin'

mengatur agar alirannya counter-

current dan mengatur &low rate

dengan mengatur bukaan #al#e.

6. (engukur suhu aliran air

pendingin dan larutan panas yang

keluar setiap menitnya

4am/ar Alat


3/18

4am/ar 1 Tampak depan alat Double

Pipe Heat Exchanger

4am/ar 2 Tampak belakang alat Double

Pipe Heat Exchanger

HASIL No T1 ( oC) T2( oC) t1( oC) t2( oC) Florate h (l!"am) Florate c (l!"am)

1 #$ %&' %2' %* 1 $*

2 &1'& %$ %&'& %* 1 $*

% #$'+ %$ %* %1'% %* 1*

# #&'% %$ %1'2 %* #* 1*

PEMBAHASAN

erdasarkan pengambilan data yang

dilakukan didapatkan bahwa &lowrate

maksimum dari air pendingin pada alat

yang ada adalah 80 l!$am sehingga dari

#ariabel yang ada didapatkan &lowrate

maksimal air panas yang sesuai dengan

kondisi minimal dari problem statement

adalah 40 l!$am dengan suhu masuk 45.3

o

dan suhu keluar 37o

sementara air

pendingin suhu masuk 30 o dan suhu

keluar 3.1 o dimana aliran yang

digunakan adalah countercurrent. Aliran

countercurrent digunakan karena

kemampuan trans&er panas untuk kondisi

isothermal lebih baik dibandingkan aliran

parallel atau concurrent kern'983.

%arena kondisi alat tidak

memenuhi kebutuhan pendinginan 00

l!menit' maka alat yang ada harus discale

up. (etode scale up yang digunakan

berasaskan perhitungan :T; e&&ecti#eness

atau :umber o& Trans&er ;nit

e&&ecti#eness. :T; digunakan karena

mampu menyederhanakan persamaan

al$abar dalam memperkirakan per&orma

dari aliran comple< :a#aro'1007.

-iameter pipa yang digunakan

pada alat adalah inch dan = inch dengan

sch 40 sehingga luas permukaan tube dan

shell tidak $auh berbeda yaitu 0.00146 &t1

dan 0.00104 &t1 dimana aliran panas

mengalir pada bagian shell sedangkan

aliran dingin mengalir pada bagian tube.


4/18


5/18

4am/ar & Tube Side >eat)Trans&er ur#e

Sumber: kern,1983


6/18

%emudian untuk nilai #iskositas' constanta

heat trans&er dan kondukti#itas termal dari

aliran dingin dan aliran panas adalah

sebagai berikut + 1.057 lb!&t.$am untuk

aliran dingin dan .573 lb!&t.$am untuk

aliran panas' 0.41 btu!lb. o' dan 0.356

tu!$am.&t1o!&t.

erdasarkan persamaan

Ho∅o

= jH . K De (

cμk )

1 /3

???????

Hi

∅i

= jH . K

D (cμ

k )1/3

???????

? 1

-idapatkan nilai

Ho

∅o

sebesar 39.09 dan

Hi

∅i sebesar 38.45. nilai tersebut

digunakan untuk menentukan suhu pada

dinding pipa tube. %arena air bersi&at tidak

memiliki #iskositas atau ber#iskositas

rendah maka suhu kalorik adalah suhu

rata)rata aliran pendingin.

t average=t 1+t 2

2 ???????

3

t average=88.16+86

2=87.08

o

Sehingga'


7/18

tw=t +( Ho

∅o

Ho

∅o

+ Hi

∅i

)(T −t ) ?????4

tw@ 9.16 o

Ho= Ho

∅o

∗( μ μw )0.4

??????? 5

Hi= Hi

∅i

∗( μ μw )0.4

?????...? 6

-ari nilai temperature dinding

maka didapatkan #iskositas pada dinding

tube yaitu .86 lb!&t.$am erdasarkan

persamaan dan didapatkan nilai >o dan

>i sebesar 36.5 tu!&t1o.$am dan 44.38

tu!&t1o.$am .

Setelah >i dan >o didapatkan' maka

selan$utnya >i akan dirubah men$adi >io

dengan persamaan berikut +

Hio= Hi . ID

OD ???????7

-ari perhitungan didapatkan >io

sebesar 5.4103 tu!&t1o $am. >io dan

>o kemudian dimasukan kedalam

persamaan

Uc= Hio.Ho

Hio+ Ho ???.

???????8

untuk mendapatkan ;c yang akan

digunakan dalam data :T;. erdasarkan

perhitungan didapat ;c Sebesar

27.75945 tu!&t1o $am.

,ermodelan :T; e&&ecti#eness memuat

beberapa persamaan antara lain+

Cc=m.cp ??????..????

9

Ch=m.cp ??????..?...??

0

NTU =U . A

Cmin ??????..???..

ϵ =1−exp [− NTU (1+c )]1+cexp[− NTU (1−c )] ?????

?..1

@min!ma


8/18

maka bisa disimpulkan bahwa :T;

e&&ecti#eness metode bisa digunakan untuk

scale up alat.

-alam penger$aan scale up mula)

mula digunakan perbandingan aliran panas

dan aliran dingin +1. -idapatkan data

pan$ang pipa yang dibutuhkan adalah 6

meter dengan suhu keluar 97.4 o dan

90.3 o namun dikarenakan perubahan

tekanan diatas 0 psi yaitu 36 psi hal ini

dikarenakan aliran yang begitu cepat

sementara luas permukaan pipa kecil

sehingga menyebabkan perubahan tekanan

yang cukup tinggi sehingga aliran seri

tidak dapat digunakan.

;ntuk mencegah hal itu ter$adi

dilakukan percobaan kedua dengan

merubah diameter pipa men$adi .15 inch

dan 1 inch. erdasarkan perhitungan

didapatkan pan$ang pipa yang dibutuhkan

adalah 4 meter dan perubahan tekanan di

tube dan annulus sebesar 0.07 psi dan 1.4

psi sehingga design .15 inch dan 1 inch

dengan pan$ang 4 meter bisa digunakan.

-engan pan$ang pipa meter maka $umlah

hairpin yang dibutuhkan adalah 7 buah.

Suhu keluar dari pipa adalah 98. o dan

89.7 o

-engan harga air pendingin adalah

Rp 30.000!m3 maka kebutuhan biaya air

pendingin adalah Rp 710.000 dimana

penggunaan air pendingin bisa dilakukan

sebanyak 3 kali proses sebelum nilai og

(ean Temperature -i&&erent men$adi nol

karena suhu keluar dari kedua aliran

adalah sama.

Ke0imp!lan

. alat tidak memenuhi kapasitas yang

dibutuhkan karena &low maksimal air

pendingin adalah 80 l!$am dan &lowrate

air panas 40 l!$am dengan suhu air panas

T@45'3 o dan suhu keluar 37 o

1. aliran operasi yang digunakan adalah

countercurrent

3.data scale up yang memenuhi adalah

pipa ukuran .15 inch dan 1 inch dengan

pan$ang meter dan hairpin 7 buah dengan

biaya operasi Rp 710.000.

4. &actor yang mempengaruhi adalah luas

permukaan' kecepatan aliran' dan

kondukti#itas termal.

Re5eren0i

%ern'-.B' 983. Process Heat

Trans,er' Tokyo. (cCraw)>ill

:a#arro' >. A.dan . . abeDas)

CEmeD.1007. "&&ecti#eness ) :tuomputation Fith A (athematical (odel

or ross)low >eat "


9/18


10/18


11/18

,erhitungan

ounter urrent

T 45.3 oc 3.54 o

T1 37 oc 98.6 o

G 40 l!hr 88.8 lb!$am

t 3.1 oc 88.6 o

t1 30 oc 86 o

# 80 l!hr 396.8 lb!$am

OD ID De A

Pipa Luar 1 inch .19583 !"

.87417

!"

.391#7

!" .214# !"

2

Pipa Da$am1%2inch .7 !"

.51833!" .214 !"2

Taverage=T 1+T 2

2 @06.07

taverage=t 1+t 2

2=88.16+86

2=87.08

>ot luid old luid HT3.54 >igher Temp 88.6 15.38 1


12/18

98.6 ower Temp 86 1.6

1.78

$%TD=& t 2−& t 1

ln & t 2& t 1

=18.25

o

' =(

A

ℜ=' . D

μ

$>' u' ' k didapatkan dari gra&ik 14 uku kern

Tube cold water

F 88578.1 lb!$am.&t1

u 1.057 lb!&t.$am

Re 475.89

$> 5

0.41 btu!lb.

k 0.356 tu!$am.&t1o!&t


13/18

anulus hot water

F 4093.59 1 lb!$am.&t1

u .573 lb!&t.$am

Re 013.103

$> 3.5

0.41 btu!lb.

k 0.356 tu!$am.&t1o!&t

Ho

∅o

= jH . K

De (cμ

k )1 /3

Hi

∅i

= jH . K

D (cμ

k )1/3


14/18

h&%p'i 39.9

hi%p'i138.4

5

tw=t +

( Ho

∅o

Ho

∅o

+ Hi

∅i )(T −t )

[email protected] o

uw .86

Ho= Ho

∅o

∗( μ μw )0.4

Hi= Hi∅i

∗( μ μw )

0.4


15/18

>o 36.55 tu!&t1o $am

>i 44.38 tu!&t1o $am

Hio= Hi . ID

OD

>[email protected] tu!&t1o $am


16/18

Ai 0.96 &t1

Alm .3 &t1

Ao .1986 &t1

Uc= Hio.Ho Hio+ Ho

(27.75

945)"u%*"2.&*

:T; metode

Cc=m.cp @37.0356 tu!o

Cc=m.cp

@ 66.65 tu!o

min 37.0356 tu!o

ma< 66.656 tu!o

NTU =U . A

Cmin

:tu@ 0.846974

ϵ =1−exp [− NTU (1+c ) ]

1+cexp[− NTU (1−c )]

∈=0.4825

@min!ma<

@0.1118

∈ =act!a"

max

= act!a"

mcpmin(Thot −Tco"#)

[email protected] tu!$am

Thot =Thotin−act!a"

Chot

Tc o"#=Tco"#in+act!a"

Cco"#

Thot@ 06.4993 o

"ror@ 7.9

[email protected] o

"[email protected]

1 Trial $lo6 Rate air pen#inin 2:1 air Pana0

:T; metode

Cc=m.cp @5544 tu!o

Ch=m.cp @ 088 tu!o

min 5544 tu!o

ma< 088 tu!o

NTU =U . A

Cmin

:tu@ .45

ϵ =1−exp [− NTU (1+c )]1+cexp[− NTU (1−c )]

∈=0.313089

@min!ma<

@0.5

∈ =act!a"

max =

act!a"

mcpmin(Thot −Tco"#)

[email protected] tu!$am


17/18

Thot =Thotin−act!a"

Chot

Tco"#=Tco"#in+act!a"

Cco"#

Thot@ 04.975 o

"ror@ 7.9

Thot real@ 97.4585 o

[email protected] o

didapatkan@ 6 meter

-elta , annulus@ 36 ,si

Trial $lo6 Rate 1:2 #iameter pipaa 27128 in+i

@4 (eter

-eI@2-)J-

[email protected] &t

[email protected]

) =0.0035+0.264

ℜ0.42

&@ 0.00675

s@

p=62.5 x*=62.5

& +a= 4 ) '

2 $

2g p2 De,

& +a=0.27265

G@F!3600p

[email protected] &ps

+ =3 (

2

2 g ,

@ 1.3477 &t

& - a=( + + +a )∗*

144 =2.466 psi

-elta , annulus@ 1.466 ,si

) =0.0035+0.264

ℜ0.42

&@ 0.00675

s@

p=62.5 x*=62.5

& + a= 4 ) '

2 $

2g p2 D e

,

) =0.0035+0.264

ℜ0.42

&@ 0.00675

s@

p=62.5 x*=62.5

& - a=& + a . *

144

& -a=0.07

-elta , tube @ 0.07 ,si


18/18

Documents

Muhammad Fattah R 2313100090_Maria Dominica C 2313100166_lapres 2