WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021 MODUL PRAKTIKUM BAB III WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH 3.1 Tujuan Praktikum 1. Mempelajari formulasi dasar dari heat exchanger sederhana. 2. Memahami prinsip keseimbangan panas pada heat exchanger. 3. Memahami pengukuran koefisien perpindahan panas berdasarkan kuantitas aliran fluida 3.2 Alat Pengujian 3.2.1 Spesifikasi Alat Hot water source Head tank with square weir Flow rate meter (rotameter) : 200 liter/jam Termometer pada inlet & outlet : 0 – 100oC Electrically immersion heater : 5 kW & 3 kW Cold water source Head tank with square weir Flow rate meter (rotameter) : 500 liter/jam Termometer pada inlet & outlet : 0 – 100 o C Heat exchanger Double tubes water to water heat exchanger : Diameter 1’ x Panjang 1000 mm Katup pengatur aliran : katup 3 arah Controller unit Hot water temperature control unit 3.2.2 Teori Pendukung Heat exchanger atau penukar kalor pipa ganda terdiri dari tabung tunggal dan jacket (lihat gambar 3.1).
Transcript
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
BAB III
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
3.1 Tujuan Praktikum
1. Mempelajari formulasi dasar dari heat exchanger sederhana.
2. Memahami prinsip keseimbangan panas pada heat exchanger.
3. Memahami pengukuran koefisien perpindahan panas berdasarkan kuantitas aliran
fluida
3.2 Alat Pengujian
3.2.1 Spesifikasi Alat
Hot water source
Head tank with square weir
Flow rate meter (rotameter) : 200 liter/jam
Termometer pada inlet & outlet : 0 – 100oC
Electrically immersion heater : 5 kW & 3 kW
Cold water source
Head tank with square weir
Flow rate meter (rotameter) : 500 liter/jam
Termometer pada inlet & outlet : 0 – 100oC
Heat exchanger
Double tubes water to water heat exchanger : Diameter 1’ x Panjang 1000 mm
Katup pengatur aliran : katup 3 arah
Controller unit
Hot water temperature control unit
3.2.2 Teori Pendukung
Heat exchanger atau penukar kalor pipa ganda terdiri dari tabung tunggal dan jacket
(lihat gambar 3.1).
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Gambar 3.1 Double Tube Heat Exchanger
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
Saat fluida dengan temperatur tinggi mengalir pada tabung dan fluida bertemperatur
rendah mengalir pada jacket maka kalor sejumlah Q akan berpindah melalui dinding
tabung dalam keadaan tunak (steady state), jumlah panas yang dilepas pada fluida
bertemperatur tinggi akan sama dengan jumlah panas yang diterima pada fluida
bertemperatur rendah. Sehingga keseimbangan panasnya menjadi:
Keterangan :
Qw = Kalor yang dilepas (kcal / jam)
= Kalor yang diterima (kcal / jam)
T = Temperatur fluida bertemperatur tinggi (oC)
t = Temperatur fluida bertemperatur rendah (oC)
W = Laju alir fluida bertemperatur tinggi (kg/ jam)
w = Laju alir fluida bertemperatur rendah (kg/ jam)
Cp = Panas spesifik (kcal/kgoC)
Jika ditentukan rata-rata perbedaan temperatur antara kedua fluida sebagai Δtm, maka
jumlah panas (q):
Dimana :
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Keterangan :
q = Jumlah panas yang ditukar (kcal / jam)
A = Area permukaan perpindahan kalor (m2) dalam kasus tabung A = πdL
U = Koefisien transmisi kalor / heat transmission coefficient
Δtm = Rata-rata (logaritmik) perbedaan temperatur (oC)
Gambar 3.2 Profil Temperatur Heat Exchanger
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
Untuk paralel flow
Untuk counter flow
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Sehingga dapat ditentukan nilai koefisien transmisi kalor (U)
Nilai efisiensi heat exchanger (ηh)
Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan regime aliran apakah laminar atau
turbulen. Didapatkan dengan persamaan :
d merupakan diameter pipa dan v merupakan kecepatan alir fluida didapatkan dengan
persamaan: v = W/A
Luas penampang (A) tabung dan jacket dapat diketahui dengan fungsi diameternya seperti
pada gambar 3.3
Gambar 3.3 Penampang Heat Exchanger
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Air panas
Passing area :
dengan di = 1,7 x 10
-2 m
Dimana W dengan satuan liter/jam dengan mensubtitusikan nilainya pada persamaan
maka:
Sehingga :
ℎ adalah viskositas kinematik (m2/s) pada temperatur rata-rata air panas dalam tabung
Air dingin
Passing area :
Nilai d untuk perhitungan bilangan Reynolds
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Sehingga bilangan Reynolds untuk air dingin
⁄
Dengan subtitusi besaran di atas maka:
adalah viskositas kinematik (m2/s) pada temperatur rata-rata air dingin dalam tabung
Tabel 3.1
Properti Air
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
3.2.3 Gambaran Umum
Gambar 3.4 Gambaran Umum
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Gambar 3.5 Double Pipe Heat Exchanger
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
Gambar 3.5 Diagram Pemipaan
Sumber : Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Universitas Brawijaya (2020)
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
3.3 Cara Pengambilan Data
Air panas mengalir melalui tabung dan air dingin melalui jacket. Eksperimen aliran
parallel dan counter flow dilakukan dengan merubah arah aliran air dingin dengan
memutar katup 3 arah (A) dan (B). Dengan mengatur debit aliran air panas dan air dingin
aliran laminar dan turbulen dapat diatur. Tabel berikut menunjukkan kombinasi
eksperimen:
1) Set temperatur
Atur temperatur air panas pada head tank dengan TEMP. SET pada control unit.
Tunggu hingga pembacaan termometer air panas mencapai stabil.
2) Set aliran laminar dan turbulen
Dengan mengatur katup no (3) dan (19) aturlah debit air panas dan air dingin
sesuai dengan tabel berikut:
3) Pengukuran
Ukurlah nilai T1, T2, t1, t2, W dan w dan tulis data dalam lembar pengambilan data
yang telah disediakan.
4) Perhitungan
a. Hitung nilai Δtm dengan persamaan (4) dan (5).
b. Hitung nilai (T1 + T2) / 2 kemudian tentukan nilai viskositas kinematic vh pada
tabel properti air.
WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2020/2021
MODUL PRAKTIKUM
c. Hitung nilai qw dan QW dengan persamaan (1).
d. Hitung nilai (t1 + t2) / 2 kemudian tentukan nilai viskositas kinematic vl pada
tabel properti air.
e. Hitung nilai ReW dengan persamaan (8) dan Rew dengan persamaan (9) f. Hitung
nilai efisiensi dengan persamaan (7) g. Hitung nilai U dengan persamaan (6).
