Jarak Baffle
mm Jumlah
Baffle Re
c
Nu
c
h
c
Wm
2
K 40
22 712.188
6.666 360.041
44 20
709.581 6.667
360.296 49
18 707.638
6.667 360.472
55 16
704.423 6.668
360.808 63
14 701.237
6.669 361.162
73 12
699.339 6.670
361.414
Tabel 5.5. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas pada sisi cangkang. Jarak
Baffle mm
Jumlah Baffle
Re
h
J
C
J
L
J
B
J
μ
h
h,ideal
Wm
2
K h
h
Wm
2
K 40
22 2336.418
0.936 0.757
0.658 0.998
2976.062 1372.750 44
20 2134.521
0.936 0.776
0.658 0.997
2811.449 1327.941 49
18 1924.327
0.936 0.795
0.658 0.997
2635.001 1276.115 55
16 1726.402
0.936 0.814
0.658 0.997
2460.198 1221.759 63
14 1519.332
0.936 0.835
0.658 0.996
2269.303 1158.868 73
12 1320.523
0.936 0.855
0.658 0.996
2077.717 1086.198
Tabel 5.6. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektivitas
Jarak Baffle
mm Jumlah
Baffle U
Wm
2
K ε
∆P kPa
40 22
267.050 36.956
19.318 44
20 265.459
34.058 17.945
49 18
263.423 31.884
16.670 55
16 261.217
28.261 15.984
63 14
258.419 24.638
13.238 73
12 254.755
22.464 12.458
5.3 Pembahasan
Dalam penelitian ini, koefisien perpindahan panas menyeluruh U
o
dan perubahan tekanan
∆P dipengaruhi oleh jarak baffle. Dengan pemasangan baffle ini, akan dibentuk pola aliran fluida yang melintas pada sisi cangkang yaitu air.
Dan dengan adanya perubahan jarak baffle maka akan berubah pula pola aliran air yang melintas pada sisi cangkang. Perubahan pola aliran air yang melintas pada
sisi cangkang ini yang kemudian memberikan dampak pada berubahnya nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh dan perbedaan tekanan pada sisi
cangkang. Koefisien perpindahan panas menyeluruh yang tinggi menunjukkan terjadinya proses perpindahan panas yang baik. Perbedaan tekanan yang tinggi
menunjukkan beban pompa yang dikenakan pada pompa untuk mengalirkan air. Dengan demikian, diharapkan koefisien perpindahan panas menyeluruh yang
tinggi dan perbedaan tekanan yang rendah untuk menentukan jarak baffle optimum.
Dari pengolahan data, dapat ditunjukkan hubungan antara bilangan Reynold dengan koefisien perpindahan panas menyeluruh pada sisi cangkang. Dari
Gambar 5.1., dapat dilihat bahwa semakin besar bilangan Reynold maka semakin besar pula koefisien perpindahan panas menyeluruh alat penukar kalor. Dan dapat
dilihat, koefisien perpindahan panas tertinggi terjadi pada bilangan Reynold 2336.418, yaitu pada jarak baffle 40 mm.
50 100
150 200
250 300
500 1000
1500 2000
2500
Gambar 5.1. Grafik hubungan antara bilangan Reynold, Re
h
, dengan perpindahan panas menyeluruh, U.
Dari Gambar 5.2., dapat dilihat bahwa semakin besar jarak baffle maka semakin tinggi pula temperatur air fluida panas keluar. Padahal, temperatur air
keluar yang diharapkan adalah rendah dingin. Dan dapat dilihat, temperatur air keluar yang paling rendah terjadi pada jarak baffle 40 mm.
5 10
15 20
25 30
35 40
45
20 40
60 80
Gambar 5.2. Grafik jarak baffle dengan temperatur panas keluar, T
ho
. U Wm
2
K
Re
h
T
ho o
C
Jarak baffle mm
Dari Gambar 5.3., dapat dilihat bahwa semakin besar jarak baffle maka semakin kecil koefisien perpindahan panas menyeluruh alat penukar kalor.
Sementara, yang diharapkan adalah koefisien perpindahan panas yang tinggi. Dan dapat dilihat, koefisien perpindahan panas menyeluruh tertinggi terjadi pada jarak
baffle 40 mm.
50 100
150 200
250 300
20 40
60 80
Gambar 5.3. Grafik hubungan antara jarak baffle dengan perpindahan panas menyeluruh, U.
Dari Gambar 5.4., dapat dilihat bahwa semakin kecil jarak baffle maka semakin tinggi perbedaan tekanan yang terjadi pada sisi cangkang. Dan yang
diharapkan adalah perbedaan tekanan yang kecil untuk meringankan beban pompa. Dan dapat dilihat, perbedaan tekanan terkecil terjadi pada jarak baffle 40
mm.
5 10
15 20
25
20 40
60 80
Gambar 5.4. Grafik hubungan antara jarak baffle dengan perubahan tekanan, ∆P.
U Wm
2
K
Jarak baffle mm ∆P kPa
Jarak baffle mm
Dari Gambar 5.5., dapat dilihat bahwa semakin besar perbedaan tekanan yang terjadi pada sisi cangkang maka semakin besar pula koefisien perpindahan panas
menyeluruh alat penukar kalor. Dan dapat dilihat, koefisien perpindahan panas menyeluruh tertinggi terjadi pada perubahan tekanan 19.318 kPa, yaitu pada jarak
baffle 40 mm.
50 100
150 200
250 300
5 10
15 20
25
Gambar 5.5. Grafik hubungan antara perubahan tekanan, ∆P, dengan perpindahan
panas menyeluruh, U. Dari Gambar 5.6., dapat dilihat semakin besar jarak baffle maka semakin
kecil efektivitas alat penukar kalor. Dan dapat dilihat, efektivitas tertinggi terjadi pada jarak baffle 40 mm. Hal ini menunjukkan bahwa pada daerah inilah unjuk
kerja APK paling efektif.
Gambar 5.6. Grafik hubungan antara jarak baffle , dengan efektivitas, ε.
Ε
Jarak baffle mm U Wm
2
K
∆P kPa
Dari Gambar 5.7., dapat dilihat hubungan antara jarak Baffle vs koefisien pindahan panas konveksi fluida panas. Dan koefisien pindahan panas konveksi
fluida panas tertinggi dapat dilihat pada jarak baffle 40 mm.
200 400
600 800
1000 1200
1400 1600
20 40
60 80
Gambar 5.7. Grafik hubungan antara jarak baffle, dengan koefisien pindahan panas konveksi fluida panas h
h
. Dari Gambar 5.8., dapat dilihat hubungan antara Baffle Cut vs koefisien
pindahan panas konveksi fluida dingin. Dan koefisien pindahan panas konveksi fluida dingin tertinggi dapat dilihat pada jarak baffle 73 mm.
50 100
150 200
250 300
350 400
20 40
60 80
Gambar 5.8. Grafik hubungan antara jarak baffle, dengan koefisien pindahan panas konveksi fluida dingin h
c
. Jarak baffle mm
h
h
Wm
2
K
Jarak baffle mm h
c
Wm
2
K
5.4. Validasi Data
Untuk melakukan validasi data, dilakukan perhitungan teoritis dengan menggunakan metode-NTU untuk mendapatkan temperatur keluar kedua fluida.
Data yang diketahui adalah temperatur masuk kedua fluida, laju aliran massa kedua fluida, dan bentuk geometris APK.
Gambar 5.9. Grafik Distribusi Temperatur APK. Dimisalkan temperatur rata-rata kedua fluida adalah
C 33
T
c
° =
, untuk air laut dan K
313 C
40 T
h
= °
= , untuk air. Dengan demikian, dari tabel sifat-sifat air laut,
diperoleh sifat-sifat fluidanya sebagai berikut: Tabel 5.7. Sifat-sifat air laut pada salinitas 29,2 gkg
T °C μ kgm.s
c
p
Jkg.K k Wm.K
Pr 30
0,000849 4031,856
0,616 5,565
33 μ
c
= 0,00080 c
pc
= 4032,683 k
c
= 0,620 Pr
c
= 5,241 40
0,000698 4034,612
0,62808 4,485
Dan dari tabel sifat-sifat air, diperoleh sifat-sifat fluidanya sebagai berikut: Tabel 5.8. Sifat-sifat air
T K μ kgm.s
c
p
Jkg.K k Wm.K
Pr 310
0,000695 4178
0,628 4,620
313 μ
h
= 0,00066 c
ph
= 4178,6 k
h
= 0,6316 Pr
h
= 4,344 315
0,000631 4179
0,634 4,160
Koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung dihitung dengan: Laju aliran massa air laut di tiap tabung, adalah:
kgs 0,0054
37 0,2
N m
m
c i
= =
=
Maka bilangan Reynold pada tabung, adalah:
731,682 00080
, 0,0117
0054 ,
4 μ
πd m
4 Re
c i
i c
= ×
= =
π
Maka bilangan Nusselt pada tabung dapat diperoleh dengan:
6,661 0,977
0,0117 5,2412
731,682 1,86
L d
Pr Re
1,86 Nu
3 1
3 1
i c
c c
= ⋅
⋅ ⋅
= ⋅
⋅ ⋅
=
Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung sebesar:
K Wm
352,752 0,0117
620 ,
661 ,
6 d
k Nu
h
2 i
c c
c
= ×
= =
Untuk menentukan koefisien perpindahan panas konveksi yang sebenarnya pada sisi cangkang, terlebih dahulu ditentukan koefisien perpindahan panas konveksi
yang ideal pada sisi cangkang dengan: Luas aliran menyilang pada sumbu bundle,
2 m
m t
tp eff
tb, ctl
bb bc
m
m 0,00167
S 0,0127
0,0175 0,0003
0,105 0,013
0,04 S
D L
L D
L L
S
=
−
+ =
− +
=
, maka kecepatan massa:
s kgm
119,617 0,00167
0,2 S
m G
2 m
h h
= =
=
, sehingga diperoleh bilangan Reynold:
turbulen 2313,644
0,00066 119,617
0,0127 μ
G d
Re
h h
o h
= =
× =
=
Dari Tabel 2.2., untuk bilangan Reynold
2313,644
dan susunan tabung segitiga 30°, diperoleh a
1
= 0,321; a
2
= -0,388; a
3
= 1,45; a
4
= 0,519. Dengan demikian,
0,165 2313,644
0,14 1
1,45 0,14Re
1 a
a
0,519 a
h 3
4
= +
= +
=
, maka:
016 ,
2313,644 0,0127
0,0175 1,33
0,321 Re
D L
1,33 a
j
388 ,
0,16474 a
h a
t tp
1 I
2
= ×
=
=
−
Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas yang ideal pada sisi selongsong sebesar:
K Wm
2966,118 h
4,344 119,617
4178,6 016
, Pr
G c
j h
2 ideal
h, 3
2 3
2 h
h ph
I ideal
h,
= =
=
− −
Kemudian ditentukan faktor-faktor koreksi berdasarkan potongan baffle J
C
, kebocoran baffle J
L
, by pass bundle J
B
, ketidaksamaan jarak baffle J
S
, aliran laminar J
R
, dan viskositas fluida pada temperatur dinding J
μ
, sebagai berikut: Faktor koreksi berdasarkan potongan baffle J
C
: Sudut antara baffle cut relatif terhadap sumbu alat penukar kalor,
° =
− =
− =
− −
399 ,
128 100
32,65 2
1 0,105
0,1317 2cos
100 B
2 1
D D
2cos θ
1 c
ctl s
1 ctl
, fraksi dari luas area yang dibentuk oleh jendela sekat,
232 ,
2 π
399 ,
128 sin
360 399
, 128
2 π
sin θ
360 θ
F
o ctl
o ctl
w
= °
− °
= −
=
