BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Perhitungan Teoritis
Dalam perhitungan keefektifitasan alat penukar kalor secara teoritis digunakan metode iterasi. Adapun bentuk perhitungan iterasi yang dibuat adalah
sebagai berikut.
Gambar 4.1 distribusi suhu pada alat penukar kalor Sumber : output Autocad 2007, Februari 2015
gambar 4.2 dimensi dari alat penukar kalor Sumber : output Autocad 2007, Februari 2015
gambar 4.3 dimensi dari alat penukar kalor Sumber : output Autocad 2007, Februari 2015
Kedua fluida adalah air
Konfigurasi aliran adalah sejajar
Misalkan:
Th = 45
o
C 318K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 990,219 kgm
3
Cp = 4179,806 JkgK Pr = 3,92008
μ= 5,9789.10
-4
Pa.s k= 0.6375 WmK.
Tc = 30
o
C 303K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut, ρ = 995,6943 kgm
3
Cp = 4178,261 JkgK Pr = 5,394997
μ = 7,974.10
-4
Pa.s k=0,6178WmK.
Tabung Dalam fluida panas
Q
h
= 50 lj = 1,389.10
-5
m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 990,219 kgm
3 .
1,389.10
-5
m
3
s = 0,0137 kgs Re
h
=
4 ṁ
h
�Diμ
=
4 0,0137 �.0.017.5,9789.10−4
= 1723,669 aliran laminar
Nu = 3,66 +
0,065
D
l Re Pr 1 + 0,04 [DL Re Pr]
23
Nu = 3,66 +
0,065 0.0171 1723.669 3,92008
1 + 0,04 [0.0171 1723.669 3,92008 ]
23
Nu = 7.498363539
h
h
=
Nu
h
.k Di
=
7,4983 . 0,6375 0,017
= 281.19 Wm
2
K
Ruang annulus fluida dingin
Q
c
= 200 lj = 5.556.10
-5
m
3
s ṁ
c
= ρ.Q
c
= 995,6943 kgm
3 .
5,556.10
-5
m
3
s = 0,055 kgs Re
c
=
4 ṁ
c
�Do +Di μ
=
4 0,055 �.0.0276+0,019.5,9789.10−4
= 1893,219 aliran laminar
Nu
c
= 3,66 +
0,065
D
l Re Pr 1 + 0,04 [DL Re Pr]
23
Nu
c
= 3,66 +
0,065 8,6 .10
−3
l 1893,219 . 5,394997
1 + 0,04 [ 8,6 .10
−3
1 1893,219 . 5,394997]
23
Nu
c
= 6.20590445 h
c
=
Nu
c
.k Dh
=
6.2059 . 0,6178 0,0086
= 445.85 Wm
2
K R
f,i
= 0,0002 m
2
°CW R
f,o
= 0,0002 m
2
°CW A
i
= D
i
L = 3,14 0,017 1 = 0,05338 m
2
A
o
= D
o
L = 3,14 0,019 1 = 0,05966 m
2
k
pipa
= 401 Wm.K Pipa Tembaga
1 UA
s
=
1 U
i
A
i
=
1 U
o
A
o
=
R =
1 h
i
A
i
+
R
f,i
A
i
+
ln D
o
D
i
2 kL
+
R
f,o
A
o
+
1 h
o
A
o
R =
1 281,19 0,05338
+
0,0002 0,05338
+
ln 1719 2
401 1
+
0,0002 0,05966
+
1 445,85 0,05966
R = 0.11106735 U =
1 �
�
�
U = 168.6689 Wm
2
K Ch
= 57,26 WK Cc
= 229,804 WK , Ch sebagai C
min
dan Cc sebagai C
max
c = C
min
C
max
= 57,26 229,804 = 0,2491 NTU = UA
s
C
min
= 168.6689 0,05338 57,26 = 0.156624139 Eparalel =
1 − exp [NTU 1+c]
1+c
=
1 − exp [0,156624 1+0,2491]
1 + 0,2941
= 0,1422
E =
Thi – Tho Thi – Tci
0,1422 =
50 – Tho 50
−29
Tho = 47,01255
o
C Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
ChCc Thi-Tho = Tco-Tci 0,2491 50-47,01255 = Tco-29
Tco = 29,74
o
C
Th yang didapat = 50+46,97162= 48,50
o
C tidak sama dengan pemisalan 45
o
C
Tc yang didapat = 29+29,752 = 29,371
o
C tidak sama dengan pemisalan 30
o
C Dilakukan iterasi yang kedua dengan pemisalan:
Th = 48,50
o
C , maka didapat sifat fisik sebagai berikut, ρ = 988,6954kgm
3
Cp = 4180,722 JkgK Pr = 3,66362
μ=5.6225.10
-4
Pa.s k= 0.6416 WmK.
Tc = 29,371
o
C , maka didapat sifat fisik sebagai berikut, ρ = 995,881 kgm
3
Cp = 4178,322 JkgK Pr = 5,4789
μ= 8,0796.10
-4
Pa.s k= 0,6169 WmK.
Tabung Dalam fluida panas
Q
h
= 50 lj = 1,389.10
-5
m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 988,6954 kgm
3 .
1,389.10
-5
m
3
s = 0,013733 kgs Re
h
=
4 ṁ
h
�Diμ
=
4 0,013733 �.0.017.5,624.10−4
= 1830,123 aliran laminar
Nu
h
= 3,66 +
0,065 0.0171 1830,123 3,920079
1 + 0,04 [0.0171 1830,123 3,920079 ]
23
Nu = 7.47834
h
h
=
Nu
h
.k Di
h
h
= 282,257 Wm
2
K
Ruang annulus
fluida dingin Q
c
= 200 ljam = 5.556.10
-5
m
3
s
ṁ
c
= ρ.Q
c
= 995,881 kgm
3 .
5,556.10
-5
m
3
s = 0,05533 kgs Re
c
=
4 ṁ
c
�Do +Diμ
=
4 0,05533 �.0.0276+0,019.8,0796.10−4
= 1871,7532 aliran laminar
Nu
c
= 3,66 +
0,065 8,6 .10
−3
l 1871,7532 . 5,4753
1 + 0,04 [ 8,6 .10
−3
1 1871,7532 . 5,4753]
23
Nu
c
= 6.2087 h
c
=
Nu
c
.k Dh
=
6.2087 . 0,6169 0,0086
= 445.408 Wm
2
K
R =
1 282,257 0,05338
+
0,0002 0,05338
+
ln 1719 2
401 1
+
0,0002 0,05966
+
1 445,408 0,05966
R = 0.1108528 U =
1 �
�
�
U = 168.99542 Wm
2
K Ch
= 57.4092 WK Cc
= 231.173 WK , Ch sebagai C
min
dan Cc sebagai C
max
c = C
min
C
max
= 57,4092 231,173 = 0.24834 NTU = UA
s
C
min
= 168,99542 0,05338 57,4092 = 0.15713 Eparalel =
1 − exp [NTU 1+c]
1+c
=
1 − exp [0,157131+0,24834]
1 + 0,24834
= 0,1464
E =
Thi – Tho Thi – Tci
0,14268=
50 – Tho 50
−29
Tho = 47,0037
o
C Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
ChCc Thi-Tho = Tco-Tci
0,2483 50-47,0037 = Tco-29 Tco = 29,74
o
C
Th yang didapat = 50+46.922= 48,50
o
C sama dengan pemisalan 48,50
o
C
Tc yang didapat = 29+29,762 = 29,37
o
C sama dengan pemisalan 29,37
o
C Untuk hasil dari iterasi selanjutnya pada tiap kondisi dikerjakan pada
program microsoft excel dan hasil dari iterasi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut beserta data keefektifitasannya.
Tabel 4.1 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
kondisi Qh lj
Thi ºC Tci ºC Qc lj Tho ºC Tco ºC
E 1
50 50
29 200 46.9146
29.742719 14.6924 2
100 50
29 200 47.3661
30.3082 12.5424 3
150 50
29 200 48.0581
30.44 9.24714 4
200 50
29 200 48.4578
30.5317 7.34381 5
50 60
29 200
55.54 30.1035 14.3871
6 100
60 29
200 56.1328 30.9137 12.4748
7 150
60 29
200 57.1431 31.1203 9.21581
8 200
60 29
200 57.7282 31.2478 7.32839
9 50
70 29
200 61.7062 31.0454 20.2288
10 100
70 29
200 64.7612 31.5824 12.7776
11 150
70 29
200 66.1438 31.8506 9.40537
12 200
70 29
200 66.9409 32.0147 7.46122
13 50
80 29
200 69.407
31.6025 20.7706 14
100 80
29 200 73.3478
32.2662 13.0435 15
150 80
29 200 75.1187
32.5593 9.57118 16
200 80
29 200 76.1353
32.793 7.57784 hasil teori
Sumber : output Microsoft Excell, Februari 2015 Dan data keefetifitasan dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini,
Gambar 4.4 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 200 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
2 4
6 8
10 12
14 16
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 50
o
C
kapasitas aliran dalam lj
Gambar 4.5 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 200 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
Gambar 4.6 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 200 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
2 4
6 8
10 12
14 16
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 60
o
C
kapasitas aliran dalam lj
5 10
15 20
25
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 70
o
C
kapasitas aliran dalam lj
Gambar 4.7 grafik efektifitas perhitungan teorikapasitas fluida dingin 200 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
Selanjutnya dengan menggunakan metode iterasi yang sama pada variasi kapasitas aliran dingin 400 lj dapat dilihat suhu keluaran dan efektifitas pada
tabel di bawah ini, Tabel 4.2 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
kondisi Qh ljam
Thi C Tci C
Qc ljam Tho C Tco C E
1 50
50 29
400 46.118
29.2409 18.48571429
2 100
50 29
400 45.93
30.003 19.38095238
3 150
50 29
400 46.6077
30.26 16.15380952
4 200
50 29
400 47.1132
30.4333 13.74666667
5 50
60 29
400 54.2181
29.71545 18.65129032
6 100
60 29
400 53.6726
30.5814 20.41096774
7 150
60 29
400 54.7774
30.9389 16.84709677
8 200
60 29
400 55.5891
31.1831 14.22887097
9 50
70 29
400 59.5732
30.2861 25.43121951
10 100
70 29
400 61.227
31.1638 21.39756098
11 150
70 29
400 62.8493
31.6447 17.44080488
12 200
70 29
400 63.9955
31.9605 14.64512195
13 50
80 29
400 66.0349
30.7166 27.38258627
14 100
80 29
400 68.6731
31.7834 22.20960784
15 150
80 29
400 70.8509
32.371 17.93941176
16 200
80 29
400 72.3505
32.7569 14.99901961
hasil teori
Sumber : output Microsoft Excell, Februari 2015
5 10
15 20
25
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 80
o
C
kapasitas aliran dalam lj
Dan data dari keefetifitasan dapat dilihat dapat juga dilihat dalam grafik seperti di bawah ini.
Gambar 4.8 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 400 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
Gambar 4.9 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 400 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
5 10
15 20
25
50 100
150 200
250
suhu masuk fluida panas 50
o
C
kapasitas aliran dalam lj
E
5 10
15 20
25
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 60
o
C
kapasitas aliran dalam lj
Gambar 4.10 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 400 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
Gambar 4.11 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida dingin 400 lj Sumber : output Microsft Excell, Februari 2015
5 10
15 20
25 30
35
50 100
150 200
250
E
E
kapasitas aliran dalam lj suhu masuk fluida panas 70
o
C
5 10
15 20
25 30
35
50 100
150 200
250
E
E
suhu masuk fluida panas 80
o
C
kapasitas aliran dalam lj
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian
Kategori