Validasi karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekan plain tube

a. Validasi karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekan plain tube

Dilakukan validasi karakteristik perpindahan panas (Nu) dan faktor gesekan (f) plain tube dengan korelasi-korelasi empirik untuk perpindahan panas dan faktor gesekan yang

Gambar 4. Letak termokopel-termokopel di seksi uji ada. Karakteristik perpindahan panas plain tube dibanding- kan dengan korelasi Gnielinski, Petukhov dan Dittus Boelter,

Koefisien perpindahan panas rata-rata di annulus dapat sedangkan untuk karakteristik faktor gesekan dibandingkan ditentukan dari persamaan (2) dan (3) :

dengan persamaan Blasius, Petukhov dan Colebrook.

m c .C p .(T c,out –T

c,in )

o = h A o .(T w ,o –T (5)

b ,o )

Persamaan (1) dapat juga dinyatakan dengan parameter koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dalam pipa dalam :

h =U i .A Q i . T LMTD

Koefisien perpindahan panas overall, U i , pada penukar kalor konsentrik ini dinyatakan dengan :

+ d i.ln do di +

Dari persamaan (1) dan (6), maka nilai U i dapat dihitung:

m h .C p .(T –T

h ,in h ,out

i LMTD

A . ∆T

Dengan diperoleh nilai h o dari persamaan (5) dan U i dari Gambar 5. Grafik hubungan Nu i dengan Re persamaan (8), maka koefisien perpindahan panas konveksi

rata-rata di sisi pipa dalam, h i dapat dihitung dengan Dari Gambar 5, rata-rata penyimpangan nilai aktual Nu i menggunakan persamaan :

plain tube

dengan korelasi Dittus-Boelter sebesar 18,99%,

h i = 1 d i.ln do di di

Gnielinski sebesar 1,77 sedangkan dengan korelasi Petukhov

− d o .h o sebesar 2,35%. Rata-rata penyimpangan nilai Nu i disban- Bilangan Nusselt rata-rata di sisi pipa dalam, Nu i dapat

Ui − 2.k i

dingkan dengan korelasi Gnielinski dan Petukhov cukup dihitung dengan persamaan :

kecil sehingga nilai Nu i plain tube adalah valid. Korelasi

Dittus –Boelter mempunyai akurasi ± 25% 4, sehingga nilai

Nu i = i .d i

aktual Nu i plain tube adalah valid.

Bilangan Reynolds aliran air panas di pipa dalam, dihitung dengan persamaan : ρ.V.d Re = i

Penurunan tekanan ( P) yang terjadi pada aliran air di pipa dalam ditentukan dengan manometer pipa U. Faktor gesekan dihitung menggunakan persamaan :

Jika P telah diketahui, maka daya pemompaan di pipa dalam, dapat ditentukan dari :

𝑊 𝑝𝑢𝑚𝑝 = 𝑉. ∆𝑃 (13) Gambar 6. Grafik hubungan f dengan Re untuk plain tube Unjuk kerja termal didefinisikan sebagai perbandingan

antara koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dari Dari Gambar 6, nilai aktual f plain tube rata-rata menyim- pipa dalam dengan twisted tape insert dengan koefisien

pang sebesar 10,31% dari persamaan Blasius, 10,76% dari perpindahan panas konveksi rata-rata dari pipa dalam tanpa

persamaan Petukhov dan 12,89% dari persamaan Colebrook. twisted tape insert (plain tube) pada daya pemompaan yang

Rata-rata penyimpangan f pada Re < 10.000 cukup besar sama.

(15,4%), hal ini terjadi karena pada kisaran Re tersebut aliran

dalam daerah transisi. Sedangkan pada daerah Re > 10.000 = s h

p (14)

terjadi penyimpangan rata-rata cukup kecil (12,1%). Sehing-

pp

ga f aktual plain tube adalah valid.

b. Karakteristik perpindahan panas pada bilangan

Oleh karena itu, laju perpindahan panas yang tinggi di pipa

Reynolds yang sama

dalam dengan S-DWT dan O-DWT insert ini dapat disebab- kan oleh efek sinergi dari sirkulasi pusaran (vorteks) bersama

Karakteristik perpindahan panas pipa dalam dari penukar dengan aliran sekunder yang dihasilkan oleh bagian delta kalor pipa konsentrik ini dapat dilihat pada Gambar 7.

winglet , dan aliran pusaran utama yang dihasilkan oleh twisted tape . Pengaruh ini menghasilkan peningkatan per-

pindahan panas lebih baik dari yang dihasilkan oleh CT insert yang hanya menghasilkan aliran berputar.

Pipa dalam dengan penambahan S-DWT dan O-DWT insert menghasilkan Nu i yang lebih besar dibandingkan plain tube dan pipa dalam dengan penambahan CT insert. Penambahan O-DWT insert menghasilkan Nu i tertinggi dibandingkan dengan S-DWT insert dan CT insert. Hal ini serupa dengan penelitian Eimsa-ard et al 1. Hal ini berhubungan secara langsung dengan geometri kedua jenis tape . Pada kedalaman pemotongan sayap yang sama, O-DWT dapat dipilin secara lebih efektif, sehingga O-DWT memiliki bagian menonjol yang lebih besar dari S-DWT. Konsekuensinya, laju perpindahan panas dan juga faktor gesekan yang diperoleh lebih besar untuk O-DWT 1.

Gambar 7. Grafik hubungan Nu i dengan Re