BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Metode Penelitian
Metode analisa data yang diterapkan adalah dengan cara membandingkan data yang diambil dari lapangan yaitu temperatur air panas keluar T
h,o
dan temperatur fluida dingin keluar T
c,o
terhadap hasil perhitungan secara teori dengan metode NTU
Untuk perhitungan secara teori digunakan metode NTU karena yang diketahui hanya suhu masuk dan suhu keluar , selanjutnya hasil perhitungan
secara menyeluruh akan ditampilkan dalam bentuk tabel. Temperatur fluida panas masuk T
h,i
40 °C , 50°C ,60°C dan temperatur fluida dingin masuk T
c,i
28 °C pada debit masuk fluida panas 510ljam dan variasi debit masuk fluida dingin
108ljam, 180 ljam, 300 ljam. Fluida yang dianalisis sebagai fluida panas adalah air dan fluida dingin adalah metanol.
Pada APK terdapat 1 cangkang dan 2 laluan pipa dalam. Diameter pipa cangkang dan pipa dalam APK adalah 70mm dan 12mm. Panjang dari pipa
cangkang adalah 1.35m sedangkan panjang laluan pipa dalam adalah 2.7m
Gambar 4.1 Dimensi APK tabung shell and tube Misalkan:
Iterasi I
Tho = 50
o
C 323K maka
didapat harga sifat fisik sebagai berikut, ρ = 988,1 kgm
3
Cp = 4181 JkgK Pr = 3,55
μ= 5,47.10
-4
Pa.s k= 0.644 WmK.
Tco = 28
o
C 301K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
Universitas Sumatera Utara
ρ = 780.96 kgm
3
Cc = 2564.6 kgK Pr = 6.7804
μ = 5.2444.10
-4
Pa.s k=0,19814 WmK.
Tabung Pipa Dalam fluida panas
Q
h
= 510 Lj = 0.00014167 m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 988,1 kgm
3 .
0.00014167 m
3
s = 0,139984127 kgs Re
h
= =
= 27153.15755 aliran turbulen f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln27153.15755-1,64
-2
f = 0.024222 Nu
=
Nu =
Nu = 145.908
h
h
= =
= 7830.37 Wm
2
K
Tabung Cangkang fluida dingin
Q
c
= 108 Lj = 0.00003 m
3
s ṁ
c
= ρ.Q
c
= 780.96 kgm
3 .
3.10
-5
m
3
s = 0.02343 kgs Re
c
= =
= 685.656 aliran laminar f = 64 Re
f = 64 685.656
Universitas Sumatera Utara
f = 0.08075 Nu
c
=
Nu =
Nu = 6.3735
h
c
= =
= 22.1552 Wm
2
K A
i
= D
i
L = 3,14 0,012 2.7 = 0,10174 m
2
A
o
= D
o
L = 3,14 0,066 1.35 = 0,279774 m
2
k
pipa
= 410 Wm.K Pipa Tembaga
= + +
= +
+ U = 22.0914 Wm
2
K
C
h
= ṁ
h
c
p,h
= 0,13998 4181 = 585.26 WK............................................... C
c
= ṁ
c
c
p,c
= 0.02343 2564.6 = 60.0855 WK........................................... c
= C
min
C
max
= 60.0855 585.26 = 0.10266 WK NTU = UA
s
C
min
= 22.0914 60.0855 = 0,02026 NTU1 = NTU Np = 0.02026 2 = 0.01013049
Eparalel = 2 x
= 2 x
Universitas Sumatera Utara
= 0,97382 Karena C
c
= C
min
maka rumus keefektifan ε
ε =
0.97382= = 30.1995 °C
Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi C
h
T
h,i
– T
h,o
= C
c
T
c,o
– T
c,i
585.2650 –T
h,o
= 60.0855 30.1995 – 28 T
h,o
= 47.8005°C
Th yang didapat = 50+47.80052= 48.9003
o
C tidak sama dengan pemisalan 50
o
C
Tc yang didapat = 28+30.19952 = 29.0997
o
C tidak sama dengan pemisalan 28
o
C
Iterasi II
Tho = 48.9003
o
C 321.9003K maka
didapat harga sifat fisik sebagai berikut, ρ = 988,54944 kgm
3
Cp = 4180.78005 JkgK Pr = 3.62918186
μ= 5,5778.10
-4
Pa.s k= 0.644 WmK.
Tco = 29.099748
o
C 302.099748K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 779.937234 kgm
3
Cc = 2571.41844 kgK Pr = 6.69329996
μ = 5.1584.10
-4
Pa.s k=0,19806302 WmK.
Tabung Pipa Dalam fluida panas
Q
h
= 510 Lj = 0.00014167 m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 988,54944 kgm
3 .
0.00014167 m
3
s = 0,14004 kgs Re
h
= =
= 26653.5 aliran turbulen
Universitas Sumatera Utara
f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln26653.5-1,64
-2
f = 0.02433 Nu
=
Nu =
Nu = 144.947
h
h
= =
= 7760.2 Wm
2
K
Tabung Cangkang fluida dingin
Q
c
= 108 Lj = 0.00003 m
3
s ṁ
c
= ρ.Q
c
= 779.937234 kgm
3 .
3.10
-5
m
3
s = 0.0234 kgs Re
c
= =
= 696.175 aliran laminar f = 64 Re
f = 64 696.175 f = 0.0802
Nu
c
=
Nu =
Nu = 6.37734
Universitas Sumatera Utara
h
c
= =
= 22.1599 Wm
2
K A
i
= D
i
L = 3,14 0,012 2.7 = 0,10174 m
2
A
o
= D
o
L = 3,14 0,066 1.35 = 0,0279774 m
2
k
pipa
= 410 Wm.K Pipa Tembaga
= + +
= +
+ U = 22.0956 Wm
2
K
C
h
= ṁ
h
c
p,h
= 0,14004 4180.78005 = 585.495 WK.........................................
C
c
= ṁ
c
c
p,c
= 0.0234 2571.41844 = 60.1663 WK...........................................
c = C
min
C
max
= 60.1663 585.495 = 0.10276 WK NTU = UA
s
C
min
= 22.0956 60.1663 = 0,02024 NTU1 = NTU Np = 0.02024 2 = 0.01011878
Eparalel = 2 x
= 2 x
= 0,97374 Karena C
c
= C
min
maka rumus keefektifan ε
ε =
Universitas Sumatera Utara
0.97374= = 30.2014 °C
Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi C
h
T
h,i
– T
h,o
= C
c
T
c,o
– T
c,i
585.49550 –T
h,o
= 60.1663 30.2014 – 28 T
h,o
= 47.7986°C
Th yang didapat = 50+47.79862= 48.8993
o
C tidak sama dengan pemisalan 50
o
C
Tc yang didapat = 28+30.20142 = 29.1007
o
C tidak sama dengan pemisalan 28
o
C Untuk hasil dari iterasi selanjutnya pada tiap kondisi dikerjakan pada
program microsoft excel dan hasil dari iterasi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut beserta data keefektifitasannya.
Berikut merupakan lampiran tabel perhitungan teori dengan laju aliran fluida panas 510 ljam dan variasi laju aliran fluida dingin 108 , 180 , 300
ljam. Tabel 4.1 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
DATA TEORI Hasil Teori
Efektifitas teori Kondisi
eksperimen Thi
ºC Qh lj
Tci ºC
Qc lj
ThoºC Tco ºC
1 510
28 108
38.8037 29.1963
97.396 2
40 180
38.0923 29.9077
93.1619 3
300 37.0259
30.9741 87.1023
1 50
510 28
108 47.7986
30.2014 97.3743
2 180
46.4891 31.5109
93.1245 3
300 44.5259
33.4741 87.0366
1 60
510 28
108 56.7845
31.2155 97.3497
2 180
54.87076 33.12924
93.08144
Universitas Sumatera Utara
3 300
52.00108 35.99892
87.02052
Dan data keefektifitasan dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini,
Gambar 4.2 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida panas 510 Lj dengan suhu fluida panas 40
˚C
Gambar 4.3 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida panas 510 Lj dengan suhu fluida panas 50
˚C
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 grafik efektifitas perhitungan teori kapasitas fluida panas 510 Lj dengan suhu fluida panas 60
˚C
Pada grafik diatas dapat disimpulkan bahwa seiring bertambahnya kapasitas laju aliran fluida dingin maka efektifitas alat penukar kalor shell and tube ini
semakin menurun.
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian
Kategori