Latar Belakang Masalah PENDAHULUAN

commit to user 1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi untuk meningkatkan perpindahan panas heat transfer enhancement technology pada penukar kalor banyak dikembangkan dan dipergunakan pada beberapa aplikasi penukar kalor antara lain pada sistem pendingin, otomotif, proses industri, dan pemanas air tenaga surya. Tujuan utama dari peningkatan perpindahan panas adalah untuk mengakomodasi fluks panas atau koefisien perpindahan panas yang tinggi. Sampai saat ini, telah banyak percobaan untuk mengurangi ukuran dan biaya dari sebuah penukar kalor. Variabel-variabel yang paling signifikan dalam pengurangan ukuran dan biaya dari sebuah penukar kalor pada dasarnya adalah koefisien perpindahan panas dan penurunan tekanan pressure drop. Penurunan tekanan ini sangat berpengaruh terhadap besarnya energi dari pompa yang digunakan untuk mengalirkan fluida tersebut atau yang biasa disebut dengan daya pemompaan pumping power. Peningkatan perpindahan panas dalam penukar kalor dapat dicapai dengan banyak teknik, dan teknik-teknik ini dapat diklasifikasikan dalam 3 kelompok yaitu; teknik pasif, teknik aktif dan teknik campuran. Dalam teknik aktif, peningkatan perpindahan panas dilakukan dengan memberikan tambahan energi aliran ke fluida. Dalam teknik pasif, peningkatan perpindahan panas diperoleh tanpa menyediakan tambahan energi aliran. Dalam teknik campuran, dua atau lebih dari teknik aktif dan pasif digunakan secara simultan untuk menghasilkan peningkatan perpindahan panas, dimana peningkatan perpindahan panas lebih tinggi daripada jika teknik-teknik peningkatan perpindahan panas dioperasikan secara terpisah. Penggunaan twisted tape insert dalam sebuah pipa ini merupakan teknik peningkatan perpindahan panas dengan metode pasif yang paling sering digunakan dalam penukar kalor karena harganya murah, ringkas dan perawatannya mudah. Lapis batas termal thermal boundary layer adalah hal yang penting sekali dalam perpindahan panas antara fluida dan dinding pipa. Lapis batas termal commit to user 2 berkaitan dengan jenis aliran fluida, dan ketebalan lapis batas termal lebih besar dalam aliran laminar. Sehingga, perpindahan panas dalam aliran turbulen terjadi lebih cepat daripada yang terjadi dalam aliran laminar, karena lebih tipis ketebalan lapis batas termal, dan pusaran-pusaran mengangkut energi termal sangat cepat dari satu tempat ke tempat dalam inti turbulen dari aliran . Teknologi penyisipan twisted tape insert banyak digunakan pada berbagai industri yang menggunakan penukar kalor. Penambahan twisted tape insert pada pipa penukar kalor merupakan teknologi peningkatan perpindahan panas konveksi yang sederhana dengan menghasilkan aliran yang turbulen. Penambahan twisted tape insert membuat lapis batas termal pada permukaan pipa penukar kalor menjadi tidak beraturan, karena perubahan fluks panas yang terus menerus pada permukaan. Aliran turbulen dan berputar swirl flow pada pipa penukar kalor menyebabkan lapis batas termal menjadi lebih tipis dan akibatnya menghasilkan koefisien perpindahan panas konveksi yang tinggi. Penurunan tekanan fluida mempunyai hubungan langsung dengan perpindahan kalor dalam penukar kalor, operasi, ukuran, dan faktor–faktor lain, termasuk pertimbangan ekonomi. Semakin besar penurunan tekanan maka semakin besar pula daya pemompaan yang diperlukan, dimana hal ini berhubungan dengan adanya gesekan fluida fluid friction dan kontribusi penurunan tekanan lain sepanjang lintasan aliran fluida. Adanya penurunan tekanan berarti terdapat kehilangan energi karena adanya gesekan antara fluida dengan permukaan saluran. Oleh sebab itu, peningkatan koefisien perpindahan kalor konveksi dengan meningkatkan turbulensi aliran dalam pipa harus dikaitkan dengan nilai penurunan tekanan yang dihasilkan akibat peningkatan turbulensi aliran fluida tersebut. Efektivitas optimum dari modifikasi ini adalah perbandingan koefisien perpindahan kalor konveksi yang baik diikuti dengan penurunan tekanan yang kecil. Teknik peningkatan perpindahan panas sebagian besar dirancang untuk alat penukar kalor yang ringkas. Hampir semua penukar kalor ringkas dengan penyisipan twisted tape insert yang diteliti mempunyai penampang lingkaran, dan belum banyak penelitian mengenai penukar kalor dengan penampang persegi rectangular, walaupun banyak ditemukan penukar kalor dengan penampang commit to user 3 persegi dalam aplikasi industri, misalnya pada plate fin heat exchangers. Jika dibandingkan dengan penukar kalor penampang lingkaran, penukar kalor dengan penampang persegi memberikan perbandingan luas permukaan terhadap volume yang lebih tinggi. Meskipun pada sudutnya merupakan tempat yang kurang efektif untuk perpindahan panas. Karena twisted tape insert menimbulkan pusaran aliran sekunder dengan efek mengaduk, maka akan lebih baik mempelajari unjuk kerja dari twisted tape insert yang disebabkan oleh pusaran aliran yang melalui saluran persegi. Ray, S., 2003. Oleh karena itu, penelitian mengenai peningkatan perpindahan panas pada sebuah penukar kalor dengan twisted tape insert penting untuk dikembangkan. Penelitian ini akan menguji pengaruh variasi bilangan Reynolds aliran air di pipa dalam inner tube dan pengaruh penambahan classic twisted tape insert dan perforated twisted tape insert di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik saluran persegi terhadap karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekannya.

1.2 Perumusan Masalah