Praktikum Pindah Panas

LAPORAN PRAKTIKUM

SATUAN OPERASI INDUSTRI

PINDAH PANAS

Oleh :

 Nama                           : Daniel Olovan S

NPM                           : 240110090084

Hari, Tgl Praktikum    : Jumat, 6 Mei 2011

Asisten                        : Anggita Agustin

LABORATORIUM PASCA PANEN  DAN TEKNOLOGI PROSES

JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2011


BAB I

PENDAHULUAN

 

1.1  Latar Belakang

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain sering terjadi berulang-ulang dalam industri pangan. Seperti proses memasak, membakar, sterilisasi ataupun pendinginan termasuk ke dalam perpindahan panas. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran ka1or, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung.

Pindah panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan pindah panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panasnya.

Oleh karena itu, untuk lebih memahami proses pindah panas, terutama dalam proses pendinginan dan pemanasan uap. Maka dilakukanlah praktikum destilasi dengan media daun salam.

 

1.2  Tujuan Percobaan

Tujuan percobaan ini terbagi dua, yaitu:

  • Tujuan Pembelajaran Umum (TPU)

Mahasiswa dapat mempelajari pindah panas dalam unit operasi industri hasil pertanian.

  • Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK)

Mahasiswa dapat mempelajari dan menerapkan analisis pindah panas dalam pendinginan uap.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

  1. Heat Exchanger

Heat exchanger adalah adalah sistem yang efisien untuk menukarkan panas dari satu medium ke medium lainnya. Objek heat exchanger ini yaitu fluida, sehingga prosesnya mengalir. Kinerja heat exchanger dapat dipengaruhi oleh penambahan dalam satu atau dua arah, yang akan meningkatkan luas permukaan dan dapat saluran aliran fluida atau menyebabkan turbulensi. Untuk efisiensi, heat exchanger dirancang untuk memaksimalkan luas permukaan dinding antara kedua cairan, dan meminimalkan resistensi terhadap aliran fluida melalui exchanger tersebut. Suhu yang terdapat dalam aliran heat exchanger disebut Log Mean Temperature.

1.1 Jenis Aliran Heat Exchanger

Adapun jenis aliran heat exchanger, di antaranya :

    • ounter current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir berlawanan.
    • Co current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir searah.
    • Cross flow, yaitu terjadi ketika salah satu aliran fluida tegak lurus terhadap cairan kedua, yaitu, satu aliran fluida melalui tabung dan cairan kedua melewati sekitar saluran di sudut 90 °. Biasanya ditemukan pada kondisi perubahan cairan 2 fasa. Contohnya adalah sistem uap kondensor, di mana uap keluar turbin memasuki sisi shell kondensor, dan air dingin yang mengalir di tabung menyerap panas dari uap, kondensasi itu ke dalam air.

1.2        Tipe Heat Exchanger

Beberapa tipe heat exchanger, antara lain :

  • Shell and tube heat exchanger, terdiri dari serangkaian tabung yang berisi fluida yang akan dipanaskan ataupun didinginkan. Sehingga aliran tersebut akan mengalami perubahan panas karena akan melepaskan ataupun menyerap kalor. Tipe ini biasanya digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi (dengan tekanan yang lebih besar dari 30 bar dan suhu lebih besar dari 260° C). Hal ini karena desainnya yang kuat. Hal yang perlu diperhatikan dalam tabung tipe ini yaitu diameter tabung, panjang tabung, tube corrugation, tube pitch dan tube layout.
  • Plate heat exchanger , terdiri dari lempengan logam tipis yang memiliki luas permukaan yang sangat besar sebagai penampang aliran fluida untuk mentransfer panas.
  • Adiabatic wheel heat exchanger, menggunakan cairan untuk menahan panas. Contohnya adalah roda adiabatik , yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas fluida.
  • Plate fin heat exchanger, desainnya mencakup gabungan crossflow dan counterflow dengan konfigurasi berbagai sirip seperti sirip lurus, offset sirip dan sirip bergelombang.
  1. Perpindahan Panas Konduksi

Adalah suatu proses perpindahan energi panas dimana energi panas tersebut mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam suatu medium padat atau fluida yang diam.

Persamaan umum laju konduksi dikenal dengan hukum Fourier (Fourier’s Law) [5] dirumuskan dengan :

Di mana :

Q = laju pindah panas konduksi (Watt)

k = koefisien pindah panas konduksi (W/mK)

A = luas permukaan bahan (m2)

dT= perubahan suhu (K)

dx = perubahan panjang bahan (m)

Tanda negatif (-) menyatakan bahwa panas berpindah dari media bertemperatur tinggi ke media yang bertemperatur lebih rendah.

  1. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir (begerak) atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperature.

Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan (Newton’s Law of Cooling) [5] yang dirumuskan dengan :

Di mana :

Q = laju pindah panas konveksi (Watt)

h = koefisien pindah panas konveksi (W/m2K)

A = luas permukaan bahan (m2)

∆T= perubahan suhu antara permukaan bahan dan lingkungan (K)

Besarnya konveksi tergantung pada :

a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (DT).

c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

  • viscositas fluida
  • kecepatan fluida
  • perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
  • kapasitas panas fluida
  • rapat massa fluida
  • bentuk permukaan kontak
  1. Destilasi

Destilasi (penyulingan) adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan.

Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal destilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.


BAB III

METODOLOGI PENGAMATAN DAN PENGUKURAN

 

3.1 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan yaitu :

  • Labu destilasi                          ● Baskom
  • Kolom vigreux                        ● Timbangan
  • Termometer                             ● Cawan ukur
  • Kondensor                              ● Pisau
  • Labu penampung                    ● Kompor listrik
  • Selang
  • Kawat
  • Tiang statif

Bahan yang digunakan, yaitu :

  • 400 mL air
  • 27 g daun salam
  • vaseline

 

3.2 Prosedur Percobaan

  1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
  2. Praktikum dilakukan bersama-sama, namun dilakukan pembagian tugas.
  3. Memasang alat destilasi seoerti gambar di bawah ini.
  4. Mengiris tipis daun salam
  5. Menimbang daun salam yang sudah teriris
  6. Mengukur diameter dan panjang pipa serta mengukur diameter dan tinggi air pada baskom.
  7. Mengukur air sebanyak
  8. Mengukur suhu awal air.
  9. Memasukkan air dan daun salam ke dalam labu destilasi.
  10. Memasangkan termometer di atas labu ukur
  11. Mengontakkan sistem ke listrik
  12. Menjalankan proses pendinginan dan pemanasan.
  13. Mengukur suhu dan kondensat setiap selang 2 menit.
  14. Menampung kondensat pada saat suhu termometer menunjukkan nilai konstan.
  15. Mengganti penampung kondensat pada saat suhu meningkat.
  16. Menghitung banyaknya air yang digunakan pada proses pendinginan.
  17. Mencatat hasil pengamatan ke dalam tabel
  18. Membersihkan dan merapihkan alat yang telah terpakai.
  19. Menghitung laju kalor, laju kondensat dan log mean temperatur.

 

 

BAB IV

HASIL PERCOBAAN

 

Data Hasil Pengamatan :

Waktu, t (menit)

Suhu (0C)

Kondensat (ML)

0

27

0

2

27,5

0

4

28

0

6

28,5

0

8

29,5

0

10

30,5

0

12

31,5

0

14

33

0

16

34,5

0

18

37

0

20

39

0

22

41

0

24

44,5

0

26

49,5

0

28

55,5

0

30

65

0

32

90

0

34

92

2,5

36

92,5

4

38

92,5

6,5

40

93

9

42

93

12

44

93

15

46

93

18

48

93

20,5

50

93

24

52

93

28

54

93

30

Diketahui :

Volume air dalam labu ukur : 300 ml

Volume air dalam wastafel :  (menggunakan rumus ¼ . π . d)

Diameter wastafel : 34 cm

Tinggi air dalam wastafel : 9 cm

Diameter pipa kaca : 3 cm

Panjang pipa kaca : 53,5 cm

Luas pipa kaca : π . d . p = 3,14 . 3. 53,5 = 504,225 cm2

92oC

93oC

25oC

24oC

ΔT1 = 67oC                     ΔT2 = 69oC

Perhitungan :

a)      Heat balance

Cp = 4,19 KJ

Pemanas :   –   suhu air awal (TC1) = 24oC

–       Suhu air akhir (TC2) = 25oC

–       Banyaknya air (m) = ρ . V

Dimana, V = ¼ . π . d2 . t

= ¼ . 3,14 . 342 . 9

= 8171 cm3 = 8,171 × 10-3 m3

Jadi, banyaknya air (m) = 1000 . 8,171 × 10-3 = 8,17 Kg

Maka, Pindah panas / menit = Qair =  m . Cp . ΔT

=  8,17 × 4,19 × (1) = 34,23 KJ

Dan laju kondensat =

= 30 / 54 = 0,55

b)      Luas area pindah panas

Apipa = π . r2 = 3,14 . (1,52) = 7,068 cm2

c)      Uap panas yang didinginkan (teoritis) atau log mean temperatur

Hitung pindah panas / menit

Q b/t  =  mb . Cp . ΔT

= 25 × 10-3 . 1 . 2,88

= 0,072 KJ/menit

Maka, ΔTLMTD  =    ΔT2 – ΔT1

ln ()

=    69 – 67

ln ()

=  2,88

d)     Perbandingan Qair dan Qb

Qair  =  m . C . ΔTair

Qair  =  34,23 KJ

Qair = U. massa air

34,23 = U. 8,17

U   = 4,189 KJ/Kg

dan,

Qb  =  m . C . ΔT + m . ub

Q = 0,072 + (25 × 10-3. . 4,189)

BAB V

PEMBAHASAN

 

Praktikum kali ini berjudul pindah panas, yaitu mencoba melakukan proses pendinginan dan pemanasan air dalam destilasi.

Percobaan yang dilakukan menggunakan alat destilasi. Karena destilasi bertujuan untuk menghasilkan minyak dari bahan hasil pertanian, maka kaitan antara destilasi dengan pindah panas ini yaitu terjadinya aliran bahan dalam sebuah penampang, di mana suhu hasil aliran tersebut akan berbeda dengan suhu awalnya karena adanya pemanasan , pendinginan, juga kondensat sebagai produk yang dihasilkan dari proses tersebut. Kondensat bisa disebut sebagai minyak hasil penyulingan. Pemilihan daun salam sebagai bahan destilasi bukan karena maksud lain. Karena semua daun atau semua bahan hasil pertanian dapat disuling untuk menghasilkan minyak.

Pada percobaan ini, aliran yang terjadi yaitu aliran tipe counter current, karena aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanasa) berlawanan arah

Aliran pemanasan dan pendinginan ini dapat dihitung menggunakan tiga metode, yaitu :

  1. kesetimbangan energi sederhana
  2. analisis konveksi dan konduksi
  3. persamaan heat exchanger

Dalam kenyataan, untuk menghasilkan data yang akurat, seharusnya metode yang digunakan adalah metode no 2 dan Oleh karena itu, dua metode ini tidak digunakan.

Sehingga, metode yang digunakan dalam perhitungan hasil praktikum ini yaitu metode kesetimbangan energi sederhana , yaitu

Qlepas = Qterima.

Sehingga

* nilai m. U bahan = 2240 kal. Nilai tersebut dikonversikan ke

dalam bentuk Joule, yaitu :

= 9,376 kJ

Hal ini dipengaruhi oleh perpindahan kalor yang terjadi ketika bahan mengalir dalam pipa destilasi. Panas bahan tersebut dipengaruhi oleh panas ruangan pipa. Juga ketika bahan menetes ke labu ukur, panas bahan terpengaruh oleh suhu ruangan. Yaitu karena penempatan labu ukur yang tepat di atas ubin.  Selain itu karena salah perkiraan ketika membaca suhu kondensat. Termometer yang diletakkan di dalam labu terhalangi oleh penutup labu, sehingga terjadi kesalahan perkiraan suhu. Oleh karena itu, nilai ∆T bahan yang seharusnya lebih besar.

Sedangkan untuk nilai Log Mean Temperature diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Di mana :

Tc1 = suhu awal air yang diukur di dalam baskom (0C)

Tc2 = suhu akhir air setelah proses praktikum selesai (0C)

Th1 = suhu kondensat yang telah konstan sampai menit

terakhir( 0C)

Th2 = suhu uap awal , yaitu ketika mulai terjadi kondensat (0C)

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

 

6.1 Kesimpulan

  • Heat exchanger adalah adalah sistem yang efisien untuk menukarkan panas dari satu medium ke medium lainnya.
  • Jenis aliran heat exchanger,  yaitu counter current, co current dan cross flow.
  • Tipe heat exchanger, antara lain shell and tube, plate, plate fin, dan adiabatic wheel heat exchanger.
  • Pendinginan adalah uap panas yang didinginkan dengan media air, sehingga akan diproduksi kondensat.
  • Pemanasan adalah air yang digunakan untuk mendinginkan uap panas yang mengalami perubajan temperatur karena adanya transfer energi dari uap ke air.
  • Kalor dapat berubah dengan cepat karena pengaruh kondisi lingkungan disekitarnya.
  • Log Mean Temperature adalah suhu yang terdapat dalam aliran heat exchanger.
  • Destilasi (penyulingan) adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan.
  • Semua jenis daun dapat menjadi bahan untuk melakukan destilasi, karena bahan yang digunakan adalah bahan hasil pertanian. Contohnya minyak nilam, minyak atsiri, minyak kayu putih, minyak jarak, dll.

6.2 Saran

Walaupun terdapat keterbatasan alat, Sebaiknya seluruh praktikan ikut berpatisipasi selama kegiatan praktikum berlangsung.

 


DAFTAR PUSTAKA

 

Earle,R.L. 1983. Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan.

 

Holman, JP. 1995. Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga.

 

http://ejournal.unud.ac.id/abstrak/1.cakram%20v2n1%20-%20sunupnb.pdf

http://e-course.usu.ac.id/content/teknik0/perpindahan/textbook.pdf

http://www.wikipedia.com

About Olovan

Ordinary people with extraordinary life

Posted on May 16, 2011, in Satuan Operasi Industri. Bookmark the permalink. Leave a comment.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: