LAPORAN PRAKTIKUM

LABORATORIUM TEKNIK KIMIA II

HEAT EXCHANGER

Oleh :

Kelompok : LTK - II - 05
Nama Praktikan : 1. M Arya Abiyasa (NIM : 2311181038)
2. Ilham Ibadurrohman (NIM : 2311181058)
Nama Asisten : M Taufiq Ramadhan (NIM : 2311171040)
Nama Dosen Pembimbing : Qifni Yasa Ash, S, ST., MT. (NID : 412190391)

LABORATORIUM TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI
CIMAHI
2021
 BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Heat Exchanger merupakan alat penukar kalor yang sangat penting dalam
proses industri. Penukar panas atau Heat Exchanger adalah suatu alat yang
memungkinkan perpindahan panas dan bisa berfungsi sebagai pemanas
maupun sebagai pendingin. Prinsip kerja Heat Exchanger adalah perpindahan
panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan berfungsi
sebagai pemanas maupun pendingin suatu fluida. Biasanya, medium pemanas
menggunakan air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai
air pendingin (cooling water).
Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar
fluida dapat berlangsung secara efisien. Sebelum bahan masuk ke reaktor,
biasanya bahan dimasukkan terlebih dahulu ke dalam alat penukar kalor agar
suhu bahan sesuai dengan spesifikasi jenis reaktor yang digunakan. Penukar
panas atau Heat Exchanger sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang
minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigasi,
pembangkit listrik dan lain-lain. Dalam suatu proses produksi di industri alat
penukar kalor sangat diperlukan. Oleh karena itu, untuk mengetahui cara
kerja koefisien perpindahan kalor, jenis dari alat penukar kalor dan berbagai
hal yang menyangkut Heat Exchanger maka dilakukan percobaan dalam
skala laboratorium dengan menggunakan Heat Exchanger tipe Shell and
Tube.

1.2 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dalam percobaan ini adalah :
1. Mempelajari dan memahami shell and tube heat exchanger.
2. Mempelajari pengaruh perubahan laju alir air panas dan dingin.
3. Menentukan kinerja alat penukar kalor yang digunakan.

2
4. Membandingkan sirkulasi aliran searah (co-current ) dan aliran berlawan
arah (conter current)

3
 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Alat Penukar Panas

Alat penukar kalor atau Heat Exchanger (HE) adalah suatu alat yang
digunakan untuk memindahkan panas antara dua buah fluida atau lebih yang
memiliki perbedaan temperatur yaitu fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida
yang bertemperatur rendah. Tujuan perpindahan panas dari heat exchanger di
dalam proses industri diantaranya adalah untuk memanaskan atau mendinginkan
fluida hingga mencapai temperatur tertentu yang dapat memenuhi persyaratan
untuk proses selanjutnya (Diktat operasi teknik kimia II).

2.2 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor terjadi karena adanya perbedaan temperatur. Kalor
mengalir dari bagian yang bertemperatur lebih tinggi ke bagian yang
bertemperatur lebih rendah. Perpindahan kalor biasanya berlangsung
bersamaan dengan satuan operasi teknik kimia lain, seperti pengeringan,
distilasi, pembakaran, penguapan dan sebagainya. Perpindahan kalor dapat
berlangsung mengikuti satu atau lebih mekanisme perpindahan.
2.2.1 Jenis Perpindahan Kalor Pada Heat Exchanger
Perpindahan kalor yang terjadi pada heat exchanger yaitu
perpindahan secara konveksi, secara konduksi, dan secara konveksi
yang ditunjukan oleh gambar 2.1

4
 Gambar 2.1 Perpindahan kalor pada Heat Exchanger

a. Perpindahan kalor secara konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor dengan cara transfer
energi gerakan antar molekul yang berdekatan. Molekul yang lebih
panas memiliki energi lebih besar dan gerakannya lebih cepat akan
memberikan energinya ke molekul berdekatan yang tingkat
energinya lebih kecil. Perpindahan kalor konduksi satu dimensi
melalui padatan diatur oleh hukum Fourier, yang dalam bentuk
satu dimensi dapat dinyatakan sebagai :

dT
q=−k . A ............................................................................... (1)
dx

b. Perpindahan kalor secara konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor oleh gerakan ruang
fluida dari bagian fluida yang lebih panas ke bagian fluida yang
lebih dingin. Perpindahan kalor secara konveksi terbagi menjadi
konveksi paksa dan konveksi alamiah. Konveksi paksa
berlangsung bila fluida dipaksa mengalir melalui permukaan
padatan menggunakan pompa, fan dan alat mekanik lain. Konveksi
alamiah berlangsung bila fluida bergerak melalui permukaan
padatan karena perbedaan densitas yang dihasilkan oleh perbedaan
temperatur fluida. Persamaan dasar untuk menghitung laju
perpindahan panas konveksi yaitu:

5
 q=h . A . ∆ T ............................................................................... (2)
Dimana : q = Laju perpindahan panas (W)

h = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/ m2.°C)

A = Luas permukaan (m2)

∆T = Perbedaan temperatur (°C)

2.2.2 Proses Perpindahan Kalor Pada Heat Exchanger
Pada dasarnya proses alat penukar kalor memindahkan
panas secara langsung ataupun tidak langsung, dapat dijelaskan sebagai
berikut:
a.Secara kontak langsung
Panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui
permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua
fluida. Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase /
penghubung antara kedua fluida. Contoh : aliran steam pada kontak
langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur),
gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.
Macam-macam dari heat exchanger tipe ini antara lain adalah:
 Immiscible Fluid Exchangers Heat Exchanger
Tipe ini melibatkan dua fluida dari jenis berbeda untuk
dicampurkan sehingga terjadi perpindahan panas yang diinginkan.
Proses yang terjadi kadang tidak akan mempengaruhi fase dari
fluida, namun bisa juga diikuti dengan proses kondensasi maupun
evaporasi. Salah satu penggunaan heat exchanger ini adalah pada
sebuah alat pembangkit listrik tenaga surya berikut.
b. Secara kontak tak langsung
Perpindahan kalor terjadi antara fluida melalui dinding pemisah.
Dalam sistem ini kedua fluida akan mengalir.

6
Pertukaran panas yang terjadi adalah pertukaran secara tidak
langsung.
Heat exchanger jenis ini masih dibagi menjadi beberapa jenis lagi,
yaitu:
 Direct-Transfer
Pada heat exchanger tipe ini, fluida-fluida kerja mengalir secara
terus-menerus dan saling bertukar panas dari fluida panas ke fluida
yang lebih dingin dengan melewati dinding pemisah. Yang
membedakan heat exchanger tipe ini dengan tipe kontak tak
langsung lainnya adalah aliran fluida-fluida kerja yang terus-
menerus mengalir tanpa terhenti sama sekali. Heat exchanger tipe
ini sering disebut juga dengan heat exchanger recuperator.
 Storage
Heat exchanger tipe ini memindahkan panas dari fluida panas ke
fluida dingin secara intermittent (bertahap) melalui dinding
pemisah. Sehingga pada jenis ini, aliran fluida tidak secara terus-
menerus terjadi, ada proses penyimpanan sesaat sehingga energi
panas lebih lama tersimpan di dinding-dinding pemisah antara
fluida-fluida tersebut. Tipe ini biasa pula disebut dengan
regenerative heat exchanger.
 Fluidized
Heat exchanger tipe ini menggunakan sebuah komponen solid
yang berfungsi sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida
panas yang melewatinya. Fluida panas yang melewati bagian ini
akan sedikit terhalang alirannya sehingga kecepatan aliran fluida
panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di dalamnya
dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida
dingin mengalir melalui saluran pipa-pipa yang dialirkan melewati
padatan penyimpan panas tersebut, dan secara bertahap panas yang
terkandung di dalamnya ditransfer ke fluida dingin. Perbedaan

7
 proses pertukaran kalor secara langsung (direct) dan secara tidak
langsung (indirect) dijelaskan dalam gambar berikut:

Gambar 2.2 perbandingan proses perpindahan kalor kontak

secara langsung dan tak langsung

2.2.3 Jenis Aliran Pada Pertukaran Kalor

Berdasarkan alirannya, pertukaran kalor dapat dibedakan menjadi:
(Hartono, 2008)
1. Pertukaran kalor dengan aliran searah (co-current/parallel flow)
Pertukaran jenis ini, kedua fluida (panas dan dingin) masuk pada sisi
yang sama, mengalir dengan arah yang sama dan keluar pada sisi yang
sama pula.

8
 Gambar 2.3 Aliran temperatur dengan aliran searah

2. Pertukaran kalor dengan aliran berlawanan arah (counter flow)

Pertukaran kalor pada sistem ini yaitu kedua fluida (panas dan dingin)
masuk penukar kalor dengan arah berlawanan dan keluar pada sisi yang
berlawanan (Hartono, 2008).

Gambar 2.4 Aliran temperatur pada aliran berlawanan arah

9
2.3 Jenis-jenis Heat Exchanger
a. Penukar kalor pipa rangkap (double pipe heat exchanger)
Salah satu jenis penukar kalor adalah susunan pipa ganda. Dalam
jenis penukar kalor dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah
aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam
ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa.
Alat penukar kalor pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standar
yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak
penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida
kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam.
Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang
kecil dan tekanan operasi yang tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang
lebih besar digunakan penukar kalor jenis selongsong dan buluh (shell
and tube heat exchanger).

Gambar 2.5 Heat exchanger pipa rangkap (double pipe)

b. Penukar kalor cangkang dan buluh (shell and tube heat exchanger)
Alat penukar kalor cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel
pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa
mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa,
sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama,

10
berlawanan, atau bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada
penunjang pipa yang menempel pada mantel. Untuk meningkatkan
effisiensi pertukaran kalor, biasanya pada alat penukar panas cangkang
dan buluh dipasang sekat (buffle). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi
aliran fluida dan menambah waktu tinggal (residence time), namun
pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan
menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang
dipertukarkan kalornya harus diatur.

Gambar 2.6 Heat exchanger cangkang dan buluh

(Shell and Tube Heat Exchanger)

Dengan heat exchanger jenis ini dapat diperoleh luas bidang

perpindahan panas yang besar dengan volume alat yang relative lebih
kecil. Untuk pipa bisa dibuat dari berbagai jenis bahan kontruksi,
disesuaikan dengan sifat korosif fluida yang ditangani. Heat exchanger
ini dapat digunakan untuk pemanasan/penguapan dan pendinginan atau
kondensasi segala macam fluida.

11
 1) Tubes
Pipa yang digunakan dalam heat exchanger bukanlah pipa – pipa
biasa, tetapi pipa-pipa yang khusus dibuat untuk heat exchanger,
dibuat dari berbagai material. Umumnya digunakan pipa berukutran
diameter luar ¾ inch atau 1 inch. Tetapi tersedia juga pipa-pipa
dengan dengan diameter luar1/4; 1,75; 1,50 inch.
2) Shell
Biasanya digunakan baja karbon untuk ukuran kecil dapat
digunakan pada standar baja karbon. Untuk ukuran besar dibuat dari
pelat yang di roll atau di- las.
3) Baffle
Dipasang dengan tujuan untuk mengarahkan aliran didalam shell,
sehingga seluruh bagian terkena aliran. Adanya baffle juga
memperbesar dan membuat turbulen aliran sehingga didapatkan
koefisien perpindahan panas yang besar. Luas baffle lebih kurang
75% penampang shell. Spasi antar baffle tidak lebih dekat dari 1/5
diameter shell, bila terlalu dekat akan didapat kehilangan tekanan
yang besar.

2.4 Faktor-faktor Yang Dapat Mempengaruhi Perpindahan Kalor

Beberapa faktor yang mempengaruhi terjadinya perpindahan panas pada heat
exchanger diantaranya :
a. Suhu
b. Jenis fluida
c. Jenis aliran (co -current, counter current )
d. Laju alir fluida
e. Luas permukaan pipa
f. Laju perpindahan panas
( Diktat Operasi Teknik Kimia II)

12
2.5 Perhitungan – Perhitungan yang Digunakan Heat Exchanger
2.5.1 Perhitungan Kalor
Dengan asumsi nilai kapasitas panas spesifik (Cp) fluida dingin
dan panas konstan, tidak ada kehilangan panas pada lingkungan serta
keadaan steady state, maka besarnya kalor yang dipindahkan:
Q=U . A . ∆ T LM ...................................................................................(3)
Dimana:
U : Koefisien perpindahan panas keseluruhan (W/m2 K)
A : Luas perpindahan panas (m2)
ΔTLM : Log mean temperature differential (K)
2.5.2 Perhitungan Koefisien Perpindahan Keseluruhan (U)
Menghitung Koefisien Pindah Panas Keseluruhan (U)
q
h= .............................................................................................
A.∆T
(4)

Q
U= ...........................................................................................
A.∆TM
(5)

Dimana :
Q : Laju Alir Kalor (Watt)
A : Luas Permukaan (m2)
U : Koefisien Pindah panas Keseluruhan (W/m2.K)
ΔTM : Perbedaan Suhu logaritmik (K)

13
 Harga Q dapat dihitung dari :
Kalor yang dilepaskan fluida panas
Q= ṁ. C p (T h 1−T h 2) ............................,........................................(6)
Kalor yang diterima fluida dingin
Q= ṁ. C p (T co −T ci) ......................................................................(7)
Untuk Aliran Co-Current
T1 = Tho – Tco ..................................................................................(8)
T2 = Thi – Tci ....................................................................................(9)
Untuk Aliran Counter-Current
T1 = Thi – Tco .................................................................................(10)
T2 = Tho – Tci .................................................................................(11)
∆ T M =FT . ∆ T LM ..............................................................................
(12)
∆ T 2−∆ T 1
∆ T LM =
∆T2 ..............................................................................
ln
∆T1
(13)

2.6 Faktor Koreksi

Pada shell and tube heat exchanger (1-2) dan (2-4) terdapat grafik untuk
menentukan nilai faktor koreksi dengan Gambar 2.4. Pada shell and tube heat
exchanger single pass (1-1) memiliki nilai Ft = 1.

14
 Gambar 2.4 Faktor koreksi suhu rata-rata logaritmik untuk 1-2 STHE
Sumber : C.J. Geankoplis,2003

 untuk 1-2 exchanger FT > 0,75. jika FT pada 1-2 Exchanger < 0,75 maka
gunakan 2-4 Exchanger.
 FT dihitung karena di dalam tube terjadi perubahan arah aliran. Sebagai
contoh untuk 1-2 exchanger, lewatan merupakan gabungan antara aliran
searah dan lawan arah. Dengan demikian dalam 1-2 exchanger tersebut jika
dihitung LMTD untuk counter current maka harus dihitung faktor koreksi
FT.

2.7 Keefektifan
Keefektifan heat exchanger adalah ratio/perbandingan transfer panas
aktual dengan transfer panas maksimum yang mungkin terjadi (Diktat operasi
teknik kimia II).
Keefektifan heat exchanger (ε)
Jika Ch > Cc

qact mcp 1 h . ( T h,in −T h,out )

ε= =
qmax ( mcp )min ( T h,in −T c,in )
...............................................................(14)

Jika Cc > Ch

15
 qact mcp 1 h . ( T c,out−T c,in )
ε= =
qmax ( mcp )min ( T h,in −T c,in )
............................................................(15)

Karena itu, jika kita mengetahui keefektifan heat exchanger, kita bisa
menentukan kecepatan transfer panas:
q=q act=ε .q max
......................................................................................(16)

q=ε . ( mcp )min ( T h,in −T c,in )

...........................................................................
(17)

16
 BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Prosedur Percobaan

Pada pratikum Heat Exchanger tipe Shell and tube terbagi menjadi tiga
tahap yaitu tahap preparasi, tahap kalibrasi dan tahap operasi.
3.1.1 Tahap Preparasi
Pada tahap prepasi harus memastikan semua kerangan ditutup dan
memasukan air kedalam tangki penampung air dingin dan air panas, kemudian
menyalakan sistem untuk memulai pratikum.

Ditutup semua kerangan yang berada pada sistem

Dialirkan air kedalam tangki penampung air panas dan tangki

penampung air dingin

Dihentikan supply air pada saat ketinggian air telah menutupi

konduktor didalam tangki penampung air panas

Dihentikan supply air tawar pada tangki penampung air dingin saat
ketinggian air telah sejajar dengan tinggi air di tangki penampung
air panas

Dihidupkan sistem dengan dihubungkan cord power ke stop

kontak listrik dan lampu indikator power on menyala

Dimasukkan Es Batu kedalam tangki yang berisi air

Diaktifkan saklar main switch dengan cara ditekan

Gambar 3.1 Diagram alir tahap preparasi

17
 3.1.2 Tahap Kalibrasi
Untuk mengetahui waktu sebenarnya dari setiap laju alir dilakukan tahap
kalibrasi air dingin dan air panas.
3.1.2.1 Tahap Kalibrasi Air Dingin
Pada tahap kalibrasi laju alir air dingin membuka kerangan aliran
searah dan aliran berlawanan air kemudian menyalakan pompa air dingin dan
mengatur kerangan lajur alir air dingin lalu mengukur volume air keluaran setiap
per menit.

Dinyalakan pompa laju alir airdingin kemudian mengatur kerangan

laju alir yang dingin

Diatur kerangan laju alir 3 LPM dan 4 LPM kemudian dibuka

kerangan (co-current/parallel flow) untuk aliran searah

Diukur volume air keluaran dalam satu menit. Dilakukan secara

triplo kemudian mengolah data yang didapat

Gambar 3.2 Diagram Alir Tahap Kalibrasi Laju Alir Dingin.

3.1.2.2 Tahap Kalibrasi Air Panas

Pada tahap kalibrasi laju alir air panas hal yang dilakukan yaitu
menyalakan pompa dan mengatur kerangan lajur alir air panas kemudian
menyalakan pompa air panas dan mengukur volume air keluaran setiap per menit.

Dinyalakan pompa laju alir air panas kemudian mengatur kerangan

laju alir yang panas

Diatur kerangan laju alir 3 LPM dan 4 LPM kemudian dibuka

kerangan (co-current/parallel flow)untuk aliran searah

Diukur volume air keluaran dalam satu menit. Dilakukan secara

triplo kemudian mengolah data yang didapat

Gambar 3.3 Diagram Alir Tahap Kalibrasi Laju Alir Panas.

18
 3.1.3 Tahap Operasi
Untuk mengetahui temperatur air panas masuk, temperatur air panas
keluar, temperatur air dingin masuk dan temperatur air dingin keluar,melakukan
tahap operasi dengan membuka kerangan aliran searah atau aliran berlawanan
arah kemudian dinyalakan tombol pompa laju alir air panas dan air dingin dan
mengatur laju alir yang sudah ditentukan.

Dipanaskan pemanas hingga temperatur air sesuai dengan

temperatur yang berada di set point

Dinyalakan pompa laju alir air dingin dan pompa laju alir
air panas

Diatur bukaan kerangan laju alir air dingin dan laju alir air
panas sesuai dengan variasi yang diberikan.
Melakukan
hal yang
sama untuk Diatur bukaan kerangan sesuai variasi arah aliran.
variasi yang
berbeda
Dicatat temperatur air panas masuk dan keluar serta
temperatur air dingin masuk dan keluar setiap selang
waktu tertentu hingga keadaan temperatur masuk dan
keluar air dingin dan temperature masuk dan keluar air
panas konstan.

Ditutup seluruh kerangan

Dimatikan pompa laju alir air panas dan pompa laju alir air
dingin

Dinonaktifkan saklar main switch dengan menekannya

sambil memutar berlawanan arah jarum jam

Dilepaskan cord power dari sumber arus listrik

Gambar 3.4 Diagram Alir Tahap Operasi

19
3.2 Alat Percobaan
Alat yang digunakan pada percobaan kali ini adalah :
1. Shell and Tube Heat Exchanger (Single Pass)
2. Gelas ukur 1000 mL
3. Stopwatch
4. Termometer

3.3 Bahan Percobaan

Bahan yang digunakan pada percobaan kali ini adalah :
1. Air
2. Es Batu

20
3.4 Skema Alat
Adapun gambar alat yang digunakan disajikan pada gambar-gambar berikut :

Gambar 3.5 Gambar Alat Percobaan (tampak depan)

Keterangan :
1 = Heat Exchanger
2 = Tangki Penampung Air Panas
3 = Tangki Penampung Air Dingin
4 = Flow meter air dingin
5 = flow meter air panas

21
6 = control

22
 Gambar 3.6 Gambar Alat Percobaan (tampak belakang)

Keterangan :
1 = Heat Exchanger
2 = Tangki Penampung Air Panas
3 = Tangki Penampung Air Dingin
7,8 = Kerangan Laju Alir Air Panas
9,10= Kerangan Laju Alir Air Dingin
11 = Pompa Air Panas
12 = Pompa Air Dingin

23
 Gambar 3.7Alat Percobaan (tampak kiri)

Keterangan :
CO = Kerangan untuk aliran searah
CC = Kerangan untuk aliran berlawanan arah

24
 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada praktikum ini menggunakan heat exchanger tipe Shell and Tube.
Percobaan ini dilakukan untuk membandingkan efektifitas dari alat penukar kalor
berdasarkan variasi laju alir yaitu pada kondisi laju alir air panas sebesar 3 dan 4
LPM dan laju alir air dingin 3 dan 4 LPM. Pada temperatur operasi 44 ℃ dengan
aliran searah.
4.1 Pengaruh Laju Alir terhadap Efektivitas (ɛ)
Efektivitas merupakan rasio antara laju perpindahan panas yang sebenarnya
(Q) dengan laju perpindahan panas maksimum yang mungkin dicapai. Efektivitas
bernilai antara 0 sampai 1. Semakin kecil nilai efektivitas maka semakin kecil laju
perpindahan panas aktual dan semakin jauh nilainya dengan Qmax. Efektifitas
semakin meningkat seiring bertambahnya laju alir, hal ini dikarenakan pada
perbedaan laju alir yang lebih besar fluida panas akan mengalami kontak lebih
lama sehingga perpindahan kalor berlangsung lebih baik.

25
 0.3000

0.2500

0.2000
Efektifitas

0.1500 3 LPM Dingin

4 LPM Dingin

0.1000

0.0500

0.0000
3 LPM panas 4 LPM Panas

Gambar 4.1 Pengaruh Laju Panas Alir terhadap Efektifitas

Menurut literatur semakin kecil nilai efektivitas maka semakin kecil laju
perpindahan panas aktual dan semakin jauh nilainya dengan Qmax. Efektivitas
semakin meningkat seiring bertambahanya laju alir, hal ini dikarenakan pada
perbedaan laju alir yang lebih besar fluida panas akan mengalami kontak lebih
lama sehingga perpindahan kalor berlangsung lebih baik .Namun, pada gambar
4.1 tidak menunjukan bahwa nilai efektifitas dipengaruhi oleh laju alir fluida.
Pada dasarnya, semakin besar laju alir maka semakin besar nilai efektifitas dari
alat heat exchanger tersebut

26
4.2 Pengaruh Laju Alir terhadap LMTD (Log Mean Temperature
Difference)
∆LMTD merupakan salah satu parameter yang dibutuhkan untuk menetukan
kefektifitasan alat Heat Exchanger. Penentuan ∆LMTD tergantung pada jenis
aliran yang diaplikasikan pada alat penukar kalor tersebut. Jenis Aliran yang
dipakai yaitu searah. Dari hasil perhitungan kemudian dibuat grafik hubungan
antara LMTD terhadap laju alir dalam bentuk histogram.
18.00

16.00

14.00

12.00

10.00
∆TLM

3 LPM Dingin
8.00 4 LPM Dingin

6.00

4.00

2.00

0.00
3 LPM panas 4 LPM Panas

Gambar 4.2 Pengaruh Laju Alir Panas terhadap LMTD

Laju alir merupakan salah satu faktor yang juga mempengaruhi nilai LMTD
karena semakin besar perbandingan laju alir air panas terhadap air dingin maka
akan menghasilkan nilai LMTD yang lebih besar.

27
 Berdasarkan teori pada hubungan ∆LMTD terhadap laju alir yaitu semakin
besar laju alir maka semakin besar nilai ∆LMTD. hasil yang didapat ∆LMTD
berbanding lurus dengan kenaikan laju alir. maka dapat disimpulkan semakin
besar perbandingan laju alir, akan semakin banyak panas yang di transfer
.

4.3 Pengaruh Laju Alir terhadap QCW

QCW menunjukan besar kalor yang diterima oleh fluida dingin. Besar kalor
yang digunakan dalam perhitungan yaitu kalor yang diterima oleh fluida dingin
(QCW). Hal tersebut dikarenakan, jika menggunakan kalor yang diterima oleh
fluida panas akan menimbulkan hilang panas (Q loss). Dari hasil perhitungan
kemudian dibuat grafik hubungan antara QCW terhadap laju alir untuk setiap jenis
aliran dalam bentuk histogram.
1800
1600
1400
1200
Q (Watt)

1000
800 Kalor Panas
600 Kalor Dingin
400
200
0
1 2
Laju Alir (LPM)

Gambar 4.3 Pengaruh Laju Alir Panas terhadap QCW

28
 Laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan laju alir massa, berdasarkan
persamaan berikut:
Q=m. Cp. ∆ T
Maka semakin besar m semakin besar pula nilai Q. pada Gambar 4.3 nilai
Qcw cenderung mengalami kenaikan. Nilai kalor (Q) tentu sangat dipengaruhi
oleh nilai selisih temperatur dan laju alir massa dalam sistem. Nilai laju alir juga
mempengaruhi besarnya laju perindahan kalor yang terjadi dan semakin besar
nilai laju alir yang didapatkan maka semakin besar pula nilai Q.Dan pada Gambar
4.3 dilihat dari diagram terdapat Q yang mengalami kenaikan pada laju alir 3
LPM panas 4 LPM dingin ke 4 LPM panas 3 LPM dingin, hal ini disebabkan
karena temperature dan nilai laju alir mempengaruhi nilai Q

4.4 Pengaruh Laju Alir terhadap UHW

Koefisien perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau tidaknya panas
berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas
menyeluruh sebagai gabungan mekanisme proses konduksi dan konveksi
(Holman,1995). Koefisien perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau
tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin. Pada percobaan ini
grafik hubungan U dan Laju alir disajikan dalam grafik berbentuk histogram
sebagai berikut

29
 400.0000

350.0000

300.0000

250.0000
U(Watt/m²K)

200.0000 3 LPM Dingin

4 LPM Dingin
150.0000

100.0000

50.0000

0.0000
3 LPM panas 4 LPM Panas

Gambar 4.4 Pengaruh Laju Alir Panas terhadap UH

Semakin tinggi laju alir air dingin dan laju alir air panas, maka hasilnya
semakin baik. Hal ini dikarenakan semakin tinggi laju alir air dingin yang
melewati alat penukar kalor, maka semakin besar panas yang diserap dari laju alir
air panas. Semakin tinggi laju alir air panas yang melewati alat penukar kalor,
maka semakin besar panas yang diberikan kepada laju alir air dingin. Hal ini
menyebabkan nilai koefisien pertukaran panas keseluruhan (U) semakin
meningkat. Yang dapat dilihat pada laju alir air panas 3 LPM dengan laju alir air
dingin 4 LPM memiliki nilai U yang paling besar. Semakin besar nilai U
menunjukan hasil yang semakin baik karena kalor yang diserap atau dilepas (Q)
lebih besar per satuan luas.

30
 BAB V

KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1. Efektivitas semakin meningkat seiring bertambahanya laju alir.
2. Semakin besar perbandingan laju alir air panas terhadap air dingin maka akan
menghasilkan nilai LMTD yang lebih besar.
3. Semakin besar nilai laju alir yang didapatkan maka semakin besar pula nilai Q.
4. Semakin tinggi laju alir air dingin dan laju alir air panas, maka hasilnya nilai
koefisien pertukaran panas keseluruhan (U) semakin meningkat.

31
 DAFTAR PUSTAKA

C.J. Geankoplis. 1993. Transport Processes and Separation Process Principles.

Prentice Hall. Upper Saddle River. New Jersey.
Hartono, Rudi. 2008. Penukar Panas. Cilegon : Jurusan Teknik Kimia Universitas
Sultan Ageng Tirtayasa
Team Lab. TK UNJANI (2020), Diktat Petunjuk Praktikum Laboratorium Teknik
Kimia II. Fakultas Teknik, Universitas Jenderal Achmad Yani, Cimahi
 LAMPIRAN A

DATA LITERATUR

A.1 Data Densitas Air Cair

Tabel A.1 Data Literatur Densitas dan Kapasitas Panas Air
Cp
T (℃ ) T (K) ρ (kg/m 3)
(kJ/kg.K)
20 293 998.23 4.185
30 303 995.68 4.181
40 313 992.25 4.181
50 323 988.07 4.183

Sumber : C. J. Geankoplis Transport Processes and Separation Process Principles

LAMPIRAN B
 DATA PERCOBAAN

Data Percobaan pada Suhu 44 °C pada Aliran Searah

B.1. Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air Dingin 4 LPM
Tabel B.1 Data Laju Alir Air Panas 3 LPM,Laju Alir Air Dingin 4 LPM
Hot Hot Cold Cold
No
t (min) Water in Water Water In Water Out
.
(°C) mid (°C) (°C) (°C)
1 0 43 39.9 22 24
2 2 41 38.9 21.8 24.2
3 4 41.4 37.5 20.5 23.8
4 6 40.5 37.3 20.4 21.8
5 8 40.5 36.8 20.7 22.5
6 10 40.5 36.2 22 21.8
7 12 40.7 36.7 21.8 22.6
8 14 41.4 36.5 22.3 23.1
9 16 41.5 36.1 22.5 24.9
10 18 41.7 36.1 23.3 24.7
11 20 40.9 36.1 22.8 24.6
12 22 40 35.9 23.3 24.4
13 24 41.5 35.9 23.4 24.4
14 26 40 35.9 23.6 24.4

B.2. Laju Alir Air Panas 4 LPM, Laju Alir Air Dingin 3 LPM
Tabel B.2 Data Laju Alir Air Panas 4 LPM,Laju Alir Air Dingin 3 LPM
No t (min) Hot Hot Cold Cold
. Water in Water out Water In Water out
 (°C) (°C) (°C) (°C)
1 0 41.3 35.2 24.4 25.4
2 2 40.7 35.3 24.4 26.9
3 4 39.9 35.6 24.7 26.7
4 6 40.7 35.9 24.7 25.7
5 8 41.5 35.8 25.2 26.7
6 10 41.7 35.6 25.4 26.3
7 12 40.5 35.3 25.2 26.3
8 14 41.5 35.3 25.4 26.3
9 16 41.7 35.3 25.7 26.3

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN ANTARA

C.1 Pertihungan ΔT1, ΔT2, ΔTLM, Z, Y, dan ΔTm

C.1.1 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air Dingin 2
LPM
Tabel C.1.1 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air
Dingin 4 LPM
 FHW FCW
∆T1(K) ∆T2 (K) ∆TLM (K) Z y Ft ∆Tm (K)
(LPM) (LPM)
3 4 11.2 21 15.59 2.4 0.1 1 15.59

C.1.2 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 4 LPM, Laju Alir Air Dingin 3
LPM
Tabel C.1.2 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air
Dingin 3 LPM
FHW FCW
∆T1(K) ∆T2 (K) ∆TLM (K) Z y Ft ∆Tm (K)
(LPM) (LPM)
4 3 9 16.9 12.54 3.2 0.31 1 12.54

C.2 Perhitungan MHW, MCW, ΔTHW, ΔTCW, ΔTLM, QHW, QCW, UHw, UCw, dan
Efektivitas (ε)
C.2.1 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air Dingin 2
LPM
Tabel C.2.1 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air
Dingin 2 LPM
ΔTH ΔTC ΔTL UHW UCW ε
MHW MCW QHW QCW
W W M (KW/m2. (KW/m2.
(kg/s) (kg/s) (kW) (kW)
(K) (K) (K) K) K)
0.049 0.066 15.5 1.425 0.803 0.245
6.9 2.9 247.1540 139.3095
4 3 9 9 7 0
C.2.2 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air Dingin 3
LPM
Tabel C.2.2 Percobaan pada Laju Alir Air Panas 3 LPM, Laju Alir Air
Dingin 3 LPM
ΔTH ΔTC ΔTL UHW UCW ε
MHW MCW QHW QCW
W W M (KW/m2. (KW/m2.
(kg/s) (kg/s) (kW) (kW)
(K) (K) (K) K) K)
0.065 0.049 12.5 1.653 0.395 0.149
6 1.9 356.3109 85.1467
9 7 4 2 1 0

LAMPIRAN D
CONTOH PERHITUNGAN

D.1. Menghitung ∆ T cw dan ∆ T hw

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
∆ T cw = Tco-Tci
= 297,9 – 295 = 2,9 K
 ∆ T hw = Thi-Tho
= 316 – 309,1 = 6,9 K

D.2. Menghitung Mcw dan Mhw

Pada suhu 44°C dan 20°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM
dan laju alir air dingin 4 LPM
Mcw =  ρ × v
kg 1 m3 1ment
= 9 94,308 3 × x 4 LPM ×
m 1000l 60 s
kg
= 0,0663
s

Mhw =  ρ × v
kg 1 m3 1ment
= 998 , 07 3 × x 3 LPM ×
m 1000l 60 s
kg
= 0,0494
s
D.3. Menghitung Qcw dan Qhw
Pada suhu 44°C dan 20°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM
dan laju alir air dingin 4 LPM
qcw=Mcw x Cpcw x ∆ Tcw
kg kj
= 0,0663 x 4,18 5 x 2,9 K
s kg
kj j
= 0,8047 = 8047
s s

qhw=Mhw x Cphw x ∆ Thw

kg kj
= 0,0494 x 4,18 18 x 6,9 K
s kg
kj j
= 1,4255 = 14255
s s

D.4. Menghitung ∆ T 1 dan T 2 Aliran searah

 Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
∆ T 1 = Tho – Tco =309,1 – 297,9 = 11,2 K
∆ T 2 = Thi – Tci = 316 – 295 = 21 K

D.5. Menghitung Log Mean Temperature Difference (∆TLM)

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
∆ T 2−∆ T 1
∆TLM = ∆T 2
ln
∆T 1
21−1 1,2
= 21 = 15,59 K
ln
11,2

D.6. Menghitung Z dan Y

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
Z = (Thi – Tho) / (Tco – Tci)
= (316 – 309,1)/(297,9 - 295) = 2,4
Y = (Tco – Tci)/ (Thi – Tci)
= (297,9 – 295)/(316 – 295) = 0,1

D.7. Mencari nilai FT

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
FT = 1

D.8. Menghitung ∆ Tm
Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
ΔTm = FT × ∆TLM
 = 1 x 15,59= 15,59 K

D.9. Menghitung Luas penampang (A)

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
A =  π × d × L × n
= 3,14 x 0,0127 m x 0,58 m x 16
= 0,37 m2

D.10. Menghitung Koefisien perpindahan panas (U)

Pada suhu 72°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 2 LPM
qcw
Ucw =
A X ∆ Tm
803,7 watt watt
= 2 = 139,3095 2
0,37 m x 15,59 K m .K
qhw
Uhw =
A X ∆ Tm
1 425,9 watt watt
= 2 = 247,1540 2
0,37 m x 1 5,59 K m .K

D.11. Menghitung Cc dan Ch

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
Ccw = Mcw x Cpcw
kg kj kj
= 0,0663 x 4,181 = 0,2772
s kg s

Chw = Mhw x Cphw

kg kj kj
= 0,0494 x 4,18 30 = 0,2067
s kg s
Cmin = Ccw

D.12. Menghitung Efektivitas perpindahan panas (ε)

Pada suhu 44°C dengan aliran searah laju alir air panas 3 LPM dan laju
alir air dingin 4 LPM
Chw > Ccw Cmin = Ccw
Chw x (T hi −T ho)
ε=
C cw x (T hi −T ci )
0 ,2067 x (316−3 09,1)
¿ = 0,2450
0 , 2771 x (3 16−295)