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.
0.05 0.1
0.15 0.2
0.25 0.3
0.35 0.4
20 40
60 80
Gambar 5.6. Grafik hubungan antara jarak baffle , dengan efektivitas, ε.
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.
Jarak baffle vs ε
ε
Jarak baffle
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. 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 5,5652
33 μ
c
= 0,00080 c
pc
= 4032,6828 k
c
= 0,61962 Pr
c
= 5,2412 40
0,000698 4034,612
0,62808 4,4852
Dan dari tabel sifat-sifat air, diperoleh sifat-sifat fluidanya sebagai berikut: Tabel 5.3. Sifat-sifat air
T K μ kgm.s
c
p
Jkg.K k Wm.K
Pr 310
0,000695 4178
0,628 4,62
313 μ
h
= 0,00066 c
ph
= 4178,6 k
h
= 0,6316 Pr
h
= 4,344 315
0,000631 4179
0,634 4,16
Koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung dihitung dengan: Laju aliran massa air laut di tiap tabung, adalah:
kgs 0,005405
37 0,2
N m
m
c i
= =
=
Maka bilangan Reynold pada tabung, adalah: 731,682
00080 ,
0,0117 005405
, 4
μ πd
m 4
Re
c i
i c
= ×
= =
π
Maka bilangan Nusselt pada tabung dapat diperoleh dengan:
6,6608 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
352,7525 0,0117
61962 ,
6608 ,
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
0,00167m S
0,0127 0,0175
0,0175 0,105
0,013 0,04
S D
L L
D L
L S
=
−
+ =
− +
=
, maka kecepatan massa: s
kgm 119,61722
0,001672 0,2
S m
G
2 m
h h
= =
=
, sehingga diperoleh bilangan Reynold: turbulen
2313,64416 0,00066
119,6172 0,0127
μ G
d Re
h h
o h
= =
× =
=
Dari Tabel 2.2., untuk bilangan Reynold
2313,64416
dan susunan tabung segiempat, diperoleh a
1
= 0,107; a
2
= -0,266; a
3
= 1,187; a
4
= 0,37. Dengan demikian,
0,34307 2313,64416
0,14 1
1,187 0,14Re
1 a
a
0,519 a
h 3
4
= +
= +
=
, maka:
01360 ,
2313,64416 0,0127
0,0175 1,33
0,107 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
2553,21355 h
4,344 119,6172
4178,6 01360
, 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,
° =
− =
− =
− −
08277 ,
119 100
30,37 2
1 0,102
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,
19170 ,
2 π
08277 ,
119 sin
360 08277
, 119
2 π
sin θ
360 θ
F
o ctl
o ctl
w
= °
− °
= −
=
, fraksi aliran melintang di antara baffle tips, 61661
, 19170
, 2
1 2F
1 F
w c
= −
= −
= , sehingga diperoleh faktor koreksi potongan baffle:
99396 ,
61661 ,
0,72 0,55
0,72F 0,55
J
c C
= +
= +
= Faktor koreksi berdasarkan kebocoran baffle J
L
: Sudut baffle cut,
° =
− =
− =
− −
76725 ,
133 100
30,37 2
1 2cos
100 B
2 1
2cos θ
1 c
1 ds
, luas kebocoran selongsong dengan baffle,
2 sb
o sb
ds o
sb s
sb
m 0,00013
S 133,76725
360 0,001
0,1317 0,00436
S θ
360 L
D 0,00436
S =
° −
× ×
× =
− ×
× ×
=
, luas kebocoran tabung ke lubang baffle,
[ ]
[ ]
2 tb
2 2
tb w
tt 2
t 2
tb t
tb
m 0,00018
S 0,19170
1 37
0,0127 0,0003
0,0127 4
π S
F 1
N D
L D
4 π
S
= −
× ×
− +
= −
× ×
− +
=
, maka, 0,41769
0,00018 0,00013
0,00013 S
S S
r
tb sb
sb s
= +
= +
=
18601 ,
0,00167 0,00018
00013 ,
S S
S r
m tb
sb lm
= +
= +
=
, sehingga diperoleh faktor koreksi kebocoran baffle:
[ ]
[ ]
0,75021 J
18601 ,
2,2 exp
0,41769 1
0,44 1
0,4549047 1
0,44 J
2,2r exp
r 1
0,44 1
r 1
0,44 J
L L
lm s
s L
= ×
− −
− +
− =
− −
− +
− =
Faktor koreksi berdasarkan by pass bundle J
B
: Luas by pass,
[ ]
pl otl
s bc
b
L D
D L
S +
− =
, L
pl
= 0, karena tidak ada by pass lane.
[ ]
2 b
b
m 0,00068
S 0,1147
0,1317 0,04
S =
+ −
=
, perbandingan luas by pass dan luas aliran-silang, 0,40670
0,00167 0,00068
S S
F
m b
sbp
= =
=
Dikarenakan Re
h
turbulen, maka C
bh
= 1,25. Sehingga diperoleh faktor koreksi by pass bundle:
[ ]
3 ss
sbp bh
B
2r 1
F C
exp J
− −
= , r
ss
= 0, karena tidak ada sealing strips.
[ ]
0,60147 J
2 1
0,40670 1,25
exp J
B 3
B
= ×
− ×
− =
Faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle J
S
: Dengan jumlah baffle N
b
= 22 buah, jarak baffle dengan ujung sisi masuk L
bi
= 46,5 mm; jarak baffle dengan ujung sisi keluar L
bo
= 46,5mm; dan n = 0,6 Re 100, maka:
99139 ,
5 ,
46 5
, 46
46,546,5 1
- N
5 ,
46 5
, 46
46,546,5 1
- 22
J
b n
- l
S
= +
+ +
+ =
−n l
Faktor koreksi berdasarkan aliran laminar J
R
dapat diabaikan, karena aliran yang terjadi adalah turbulen.
Faktor koreksi berdasarkan viskositas fluida pada temperatur dinding J
μ
:
K 312,20963
T 0,0117
7525 ,
352 0,0127
21355 ,
2553 06
3 0,0117
7525 ,
352 313
0,0127 21355
, 2553
d h
d h
T d
h T
d h
T
w i
c o
h c
i c
h o
h w
= +
+ =
+ +
=
Dari tabel sifat-sifat air, pada temperatur dinding, dengan interpolasi, diperoleh viskositas sebesar, μ
w
= 0,00067 kgm.s. Sehingga:
0,99786 0,00067
0,00066 μ
μ J
0,14 0,14
w h
μ
=
=
=
Dengan demikian, koefisien perpindahan panas konveksi sebenarnya pada sisi cangkang dapat ditentukan dengan:
K Wm
1132,84470 h
21355 ,
2553 0,99786
991389 ,
60147 ,
75021 ,
0,99396 h
h J
J J
J J
h
2 h
h ideal
h, μ
S B
L C
h
= ×
× ×
× =
=
Dari tabel sifat-sifat air laut, pada temperatur dinding, dengan interpolasi, diperoleh viskositas se
besar, μ
p
= 0,0007097 kgm.s. Maka koefisien perpindahan panas konveksi pada sisi tabung akibat viskositas fluida pada temperatur dinding,
adalah:
K Wm
358,96377 0,0007097
0,00080 7525
, 352
μ μ
7525 ,
352 h
2 0,14
0,14 p
c c
=
⋅
=
⋅
=
Dari Tabel A.1. Frank P. Incropera, pada temperatur dinding T
w
=312,20963 K, dengan interpolasi, diperoleh konduktivitas termal dinding tabung k
w
= 400,02323 WmK.
Dengan demikian, koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat ditentukan dengan:
K Wm
88967 ,
255 U
1132,84470 1
0,0117 0,0127
ln 400,02323
2 0,0107
358,96377 1
0,0117 0,0127
1 U
h 1
d d
ln 2k
d h
1 d
d 1
U
2 o
o h
i o
i c
i o
o
= +
+ =
+
+
=
Keefektifan alat penukar kalor ditentukan dengan:
JsK 806,536
6828 ,
032 4
0,2 c
m C
pc c
c
= ×
= =
JsK 835,72
6 ,
4178 0,2
c m
C
ph h
h
= ×
= =
Dapat dilihat bahwa C
c
= C
min
, maka: 0,965
72 ,
835 536
, 806
C =
= =
h c
C C
2 o
t o
m 1,44
0,977 0,0127
π 37
L d
π N
A =
⋅ ⋅
⋅ =
⋅ ⋅
⋅ =
0,45759 536
, 806
44 ,
1 88967
, 255
N =
⋅ =
⋅ =
c o
o
C A
U
Sehingga, diperoleh efektivitas sebesar:
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
946 ,
23 23946
, ε
965 ,
1 45759
, exp
1 965
, 1
45759 ,
exp 1
965 ,
1 965
, 1
2 ε
C 1
N exp
1 C
1 N
exp 1
C 1
C 1
2 ε
1 2
1 2
2 1
2 2
1 2
1 2
1 2
2 1
2 2
1 2
= =
+ −
− +
− +
× +
+ +
=
+
− −
+ −
+ ×
+ +
+ =
− −
Temperatur keluar air laut dihitung dengan cara:
C 31,54402
T C
28 C
42,8 0,23946
C 28
T T
T ε
T T
T T
T T
ε
co co
ci hi
ci co
ci hi
ci co
° =
° −
° +
° =
− +
= −
− =
Dengan menggunakan rumus kesetimbangan termodinamika, maka:
T T
C C
T T
T T
C T
T C
T T
cp m
T T
cp m
Q
ci co
h c
hi ho
ho hi
h ci
co c
ho hi
h h
ci co
c c
− ⋅
− =
− ⋅
= −
⋅ −
⋅ ⋅
= −
⋅ ⋅
=
C 39,37974
T C
28 C
31,54402 835,72
806,536 C
42,8 T
ho ho
° =
° −
° ⋅
− °
=
Kemudian, T
co
dan T
ho
diuji pada harga temperatur rata-ratanya:
C 41.08987
2 39,275
42,8 2
T T
T C
29,77201 2
31,54402 28
2 T
T T
ho hi
h co
ci c
° =
+ =
+ =
° =
+ =
+ =
Dikarenakan harga
c
T
dan
h
T akhir belum sama dengan harga
c
T
dan
h
T yang dimisalkan, maka proses berulang, dengan memisalkan harga
c
T
dan
h
T langsung dari harga
c
T
dan
h
T akhir. Dan diperoleh harga yang sama konvergen pada iterasi ke-4, dengan harga
c
T
dan
h
T masing-masing adalah 29,77201
o
C dan 41,08987
o
C. Dengan dengan cara yang sama untuk setiap variasi jarak baffle diperoleh hasil seperti pada tabel berikut:
Jarak Baffle
Tho Tco
Uo E
40
39.36475 31.56052 257.48701 0.24058
44
39.39066 31.53367 254.77653 0.23876
49
39.42229 31.50089 251.49144 0.23655
55
39.45911 31.46274 247.70128 0.23397
63
39.50627 31.41386 242.89730 0.23067
73
39.56229 31.35582 237.26617 0.22674
Dengan membandingkan hasil teoritis pada data ekperimental, dapat dilihat grafik sebagai berikut:
Gambar 5.7. Grafik Jarak Baffle vs temperatur keluar air Tco Jarak Baffle
Gambar5.8. Grafik Jarak Baffle vs temperatur keluar air , T
ho
. Dari kedua gambar grafik diatas dapat dilihat, baik teori maupun
eksperimen, menunjukkan karakteristik yang mendekati sama dengan harga yang tidak jauh berbeda. Hal ini menunjukkan data pengujian dalam eksperimen ini
adalah valid. Jarak Baffle
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
