4.2. Pengolahan Data
Untuk data pengujian pada kecepatan udara 12 ms dilakukan pengolahan data sebagai berikut :
Kondisi pengoperasian, sisi udara :
Temperatur udara masuk T
ci
= 30 C = 303 K
Laju aliran massa udara
ṁ
c
Kecepatan udara v = 12 ms
Luas penampang radiator A
fr
= 345 x 417 10
-6
m
2
= 0,143865 m
2
Dari tabel diperoleh ρ
udara
30
o
C = 1,151416 kgm
3
Maka, m
c
= v . A
fr
. ρ = 12 ms 0,143865 m
2
1,151416 kgm
3
= 1,98778 kgs
Kondisi pengoperasian, sisi air
Temperatur air masuk T
hi
= 80 C = 353 K
Laju aliran massa air
ṁ
h
Laju aliran air = 1,8927.10
-4
m
3
s Dari
tabel diperoleh ρ
air
80
o
C = 972,0062 kgm
3
Maka, m
h
= 0,1839 kgs
Karakteristik radiator
Panjang pipa L
1
= 0,345 m
Tebal pipa δ
t
= 0,00025 m
Dimensi dalam pipa l
t,i
x t
t,i
= 0,01 m
×
0,002 m
Dimensi luar pipa l
t,o
x t
t,o
= 0,0105 m
×
0,0025 m
Universitas Sumatera Utara
Jumlah baris pipa N
t,t
= 34
Jumlah kolom pipa N
t,l
= 2
Susunan pipa = segiempat
Jarak antar pipa P
t
= 0,009 m
Tebal sirip δ
f
=0,000125 m
Jarak antar puncak sirip P
f
= 0,004 m
Jumlah puncak siripbaris N
P,f
= 86
Jumlah baris sirip N
t,f
= 35
jumlah kolom sirip N
l,f
= 2
lebar sirip l
t,o
= 0,0105 m
panjang sirip = 0,01 m
material sirip k
f
= 400 Wm.K
tebal radiator L
2
= 0,04 m
lebar radiator L
3
= 0,417 m
Dari data diatas maka karakteristik radiator selanjutnya dapat diperoleh, antara lain : A.
sisi udara
Luas permukaan pipa A
to
A
to
=
2 0,0105+ 0,0025 × 0,345× 68= 0,60996 m
2
Luas sirip A
f
A
f
=
70× 86× 2× 2 0,01× 0,0105 + 1,25.10
-4
× 0,01
=
2,
5585
m
2
Luas total sisi udara A
c
=
A
t o
+ A
f
= 0,60996 + 2,5585 = 3,16846 m
Area frontal
A
fr,c
=
L
1
× L
3
=
0,345× 0,417= 0,
14386
m
2
Universitas Sumatera Utara
Area bebas alir A
o,c
A
o,c
=
A
fr ,c
- 2,5.10 × 0,345× 34 + 1,25.10
-4
× 0,01× 2× 86× 35
=
0,10701 m
2
Aiameter hidrolik D
h,c
=
4A
oc
.L A
c
=
4 × 0,10701× 0,04
3,16846
=
0,0054038 m
B. Sisi air
Luas total sisi air A
h
=
2 0,01+ 0,002 × 0,345× 68= 0,
56304
m
2
Area frontal A
fr,h
=
L
2
× L
3
= 0,04 × 0,417 = 0,01668 m
Area bebas alir A
o,h
=
0,01 × 0,002 × 68 = 0,00136 m
Diameter hidrolik D
h,h
=
0,00333 m
kondisi temperatur masuk dan keluar fluida air dan udara dari tabel 4.11 T
ci
= 30 C = 303 K
T
hi
= 80 C = 353 K
T
co
= 34 C = 307 K
T
ho
= 65 C = 338 K
Gambar 4.1. Distribusi temperatur radiator
T
hi
= 80 C
ṁ
h
= 0,061324 kgs T
ho
= 65 T
co
= 34 ṁ
c
= 0,828242 kgs T
ci
= 30 C
Universitas Sumatera Utara
T
c
=
T
co
+ T
ci
2
=
305,6+ 303 2
=
304,3 K T
h
=
T +T
ho
2
=
353+338 2
=
345,5 K Dari nilai temperatur rata-rata diatas maka sifat-sifat udara dan air dapat diperoleh
melalui tabel seperti yang dilampirkan berikut ini. Tabel 4.12. Sifat udara pada T
c
= 304,3 K T K
N.sm Cp
c
Jkg.K k Wm.K
Pr v m
3
kg 300
0,00001846 1007
0,0263 0,707
0,86103 304,3
0,00001866 1007,172
0,026617 0,7064
0,873414
350 0,00002082
1009 0,03
0,700 1,00503
Tabel 4.13. Sifat air pada T
h
= 345,5 K T K
N.sm Cp
h
Jkg.K k Wm.K
Pr v m
3
kg 345
0,000389 4191
0,668 2,45
1,024 345,5
0,0003866 4191,4
0,668 2,434
1,0243
350 0,000365
4195 0,668
2,29 1,027
Bilangan Reynolds
Sisi udara
G =
ṁ
A
,
= 1,98778
0,10701 = 18,57566
kg s. m
⁄
Re = D
,
× G µ
= 0,0054038 × 18,57566
0,00001866 Re = 5378,52305
Sisi air
G =
ṁ
A
,
= 0,1839
0,00136 = 135,22059
k g s. m
⁄
Universitas Sumatera Utara
Re = D
,
× G µ
= 0,00333 × 135,22059
0,0003866 Re =
1164,73
Bilangan Stanton dan f
Sisi udara Tabel 4.14. Karakteristik sirip 14.77
Re StPr
23
f
14.77
6000 0,00367
0,0101 5378,52305
0,00361322 0,010373
5000 0,00352
0,0106 Maka bilangan stanton-nya St
= 0,00361322
0,793097 = 0,004555
Bilangan Nusselt
Dari gambar 2.10, dapat diperoleh bilangan nusselt dengan karakteristik pipa : a = 0,002 m ; b = 0,01 m dengan panas masuk konstan.
Setelah diinterpolasi, maka diperoleh bilangan Nusselt air di dalam pipa : Nu = 5,7059
Koefisien Perpindahan Panas
Sisi udara
h = St . G. Cp = 0,004558 × 18,57566 × 1007,2 = 85,22681 W m
⁄
. K
Sisi air
h = Nu. k
D =
5,7059 × 0,668 0,00333
= 1144,61 W m . K
Universitas Sumatera Utara
Perpindahan Panas Menyeluruh
Sisi udara Dengan
melakukan pendekatan pada gambar 2.12 diperoleh η
f
, pada :
m =
2. h k.
δ
= 2 × 85,22681
400 × 0,000125 = 58,40229
m
m. l = 58,40229 × 0,009
2 = 0,2628
Sehingga, η
= 0,96
η
,
= 1
−
A A
1
− η
= 1
−
2,5585 3,16846
1
−
0,96 = 0,9677
Sementara nilai η
o,h
=1, sebab tidak terdapat sirip pada bagian dalam pipa radiator. Untuk dampak fouling juga dapat diabaikan karena kondisi radiator masih baru dan
durasi penelitian tidak sampai menimbulkan pengotoran pada dinding dalam pipa. Maka perpindahan panas menyeluruh sisi dingin, adalah :
1 U
= 1
η
. h +
1 A
A
⁄
h 1
U =
1 0,9677 × 85,22681
+ 1
0,56304 3,16846
⁄
1144,60697 U = 58,6802921
W m . K
⁄ Dan perpindahan panas menyeluruh sisi panas, adalah :
1 U
= 1
h +
1 A
A
⁄ η
,
.h 1
U =
1 1144,60697
+ 1
3,16846 0,56304
⁄
0,9677 × 85,22681 U =
330,2183829 W m .K
⁄
Universitas Sumatera Utara
Efektivitas Radiator
C = C
×
ṁ
= 1007,172 × 1,982 = 1996,2149 W K
⁄ = C
max
C = C
×
ṁ
= 4191,4 × 0,1839 = 770,7985 W K
⁄ = C
min
Maka, dengan menggunakan persamaan 2.18 untuk C
h
= C
min
diperoleh ; ε
= T
−
T T
−
T =
353
−
338 353
−
305,6 = 0,31646
Penurunan Tekanan
Dengan menggunakan persamaan 2.21 maka: Penurunan tekanan udara,
∆
P = G
2. g v.
L r
= 18,57566
2 1 0,86967 × 0,010415
0,04 0,0054038 4
⁄ ∆
= 46,2693 Pa
Penurunan tekanan air, ∆
P = G
2. g v.
L r
Dengan melihat grafik pada gambar 2.11 untuk pipa persegi panjang dengan ba = 5, diperoleh f .Re = 19, maka
= 19
1164,73 = 0,016313
Sehingga, ∆
P = 135,22059
2. 1 1,0243 × 0,016313
0,345 0,00333 4
⁄ ∆
P = 63 306,96875
Pa = 63,307 kPa
Nilai koefisien konveksi, perpindahan panas menyeluruh, efisiensi dan penurunan tekanan pada kedua fluida untuk kondisi kecepatan udara yang lain seperti
yang ditampilkan pada tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.11 dapat diperoleh dengan
Universitas Sumatera Utara
melakukan perhitungan yang sama seperti diatas. Adapun hasil perhitungannnya
dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.15. Hasil perhitungan pada setiap variasi kecepatan udara v
udara
ms
h
c
Wm
2
.K
h
h
Wm
2
.K U
c
Wm
2
.K U
h
Wm
2
.K ∆
P
udara
Pa
∆
P
air
kPa
2 24,6752
1144,6069 21,9585
123,5695 16,31
3,1788 63,4256
3 30,5589
1144,6069 26,5119
149,1934 15,19
5,2979 63,4224
4 37,1592
1144,6069 31,3554
176,4497 13,61
7,8865 63,4089
5 43,7876
1144,6069 35,9597
202,36003 22,69
10,9186 63,3996
6 50,4495
1144,6069 40,3454
227,0406 22,96
14,4529 63,3935
7 56,7786
1144,6069 44,3044
249,3195 23,46
18,4552 63,3861
8 62,9329
1144,6069 47,9739
269,9695 24,13
23,1249 63,3792
9 68,6049
1144,6069 51,2092
288,1757 24,97
28,0446 63,3713
10 74,3105
1144,6069 54,3304
305,7399 27,41
33,7749 63,3472
11 79,6707
1144,6069 57,1483
321,5973 29,10
39,8949 63,3305
12 85,2268
1144,6069 59,9589
337,4137 31,64
46,2806 63,3069
4.3. Pembahasan
Kategori