commit to user
6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Kumar dkk 2000 melakukan penelitian untuk menyelidiki perpindahan panas, faktor gesekan friction factor, dan unjuk kerja termal dari pemanas air
tenaga surya solar water heater tanpa mengggunakan twisted tape insert pada pipa, dan membandingkannya dengan penambahan twisted tape insert. Air yang
dipanaskan berada di dalam pipa yang terbuat dari aluminium dengan panjang 92 cm dan 10 lekukan dengan cat warna hitam yang ditempatkan pada plat penyerap
absorber plate, dimana kolektor menggunakan single glass cover. Dalam percobaan ini twisted tape inserts mempunyai perbandingan twist picth terhadap
diameter pipa Y antara 3 – 12. Pengambilan data dilakukan pada bilangan Reynolds Re 4.000 – 21.000, swirl Reynolds number Re
sw
= 5.000 – 23.000 dan laju aliran massa air 0,040 – 0,02 kgs, sedangkan intensitas radiasi matahari
antara 800 – 1.000 Wm
2
. Dari percobaan tersebut didapatkan bahwa kenaikan perpindahan panas antara 18 – 70 dan penurunan tekanan pressure drop naik
antara 87-132 dari pipa tanpa penambahan twisted insert tape plain tube, serta terjadi kenaikan unjuk kerja termal ± 30.
Naphon 2006 melakukan penelitian untuk menyelidiki karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan pada penukar kalor pipa ganda double
pipes heat exchanger tanpa twisted tape insert, dan membandingkannya dengan
menggunakan twisted tape insert dengan berbagai nilai twist pitch. Seksi uji yang digunakan adalah pipa tembaga lurus dengan panjang 2.000 mm dan ukuran
diameter pipa dalam inner tube dan pipa luar outer tube berturut-turut adalah 8,10 mm dan 9,54 mm. Twisted tape insert berupa aluminium strip dengan tebal 1
mm dan panjang 2.000 mm. Dalam pengujian tersebut fluida yang digunakan adalah air panas pada suhu 40
o
C dan 45
o
C dan air dingin pada suhu 15
o
C dan 20
o
C, dan twisted tape insert dibuat 2 variasi twist pitch yaitu 2,5 mm dan 3,0 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa twisted tape insert mempunyai
pengaruh yang besar terhadap peningkatan laju perpindahan panas, akan tetapi penurunan tekanan yang terjadi juga bertambah besar. Semakin besar bilangan
commit to user
7 Reynolds maka laju perpindahan panas semakin tinggi, dimana twisted tape insert
dengan twist pitch 2,5 cm mempunyai laju perpindahan panas yang paling tinggi. Hal ini juga terjadi pada koefisien perpindahan panas, semakin tinggi bilangan
Reynolds maka koefisien perpindahan panas semakin tinggi pula, dimana twisted tape insert
dengan twist pitch 2,5 cm mempunyai koefisien perpindahan panas yang paling tinggi. Sedangkan semakin tinggi bilangan Reynolds maka faktor
gesekan friction factor juga akan semakin tinggi. Pada penelitian ini terlihat jelas pengaruh ada tidaknya twisted tape insert terhadap faktor gesekan, akan
tetapi perbedaan twist pitch tidak mempunyai pengaruh yang berarti pada faktor gesekan.
Noothong dkk 2006 melakukan penelitian untuk menyelidiki pengaruh twisted tape insert
pada penukar kalor pipa konsentrik. Pipa terbuat dari bahan plexiglas
yang dihubungkan dengan flange pada interval 1 m. Diameter dalam pipa luar outer tube 50 mm dan lintasan aliran di annulus 20 mm dalam arah
radial dari pusat pipa dalam. Air sebagai fluida dingin dipompa dari mesin pendingin dengan kapasitas 0,3 mm
3
, sedangkan pemanas elektrik dikontrol sesuai tegangan listrik masukannya. Udara panas mengalir di pipa dalam inner
tube dari sebuah blower kapasitas 7,5 kW dengan variasi bilangan Reynolds
2.000-12.000. Twisted tape terbuat dari stainless steel strip dengan tebal 1 mm dan lebar 19,5 mm dengan twist ratio y; sebesar 0,6 dan 0,8. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kenaikan laju perpindahan panas karena twisted tape insert dipengaruhi secara kuat karena twisted tape menimbulkan gerakan berputar swirl
motion atau gerakan vortek vortex motion. Bilangan Nusselt maksimum dengan
twist ratio y = 5 adalah 188 dan untuk y = 7 adalah 159 lebih tinggi
dibandingkan dengan pipa tanpa twisted tape insert plain tube. Faktor gesekan friction factor turun seiring dengan penambahan kecepatan aliran atau bilangan
Reynolds, tetapi peningkatan efisiensinya akan menjadi lebih tinggi. Penukar kalor dengan twisted tape insert y = 5 mempunyai peningkatan efisiensi paling
tinggi dibandingkan penukar kalor dengan twisted tape insert y = 7 dan plain tube. Thianpong dkk 2009 melakukan penelitian tentang sebuah penukar kalor
menggunakan dimpled tube dengan penambahan twisted tape insert terhadap nilai perpindahan panas dan faktor gesekannya friction factor. Pada penelitian ini
penukar kalor dengan penambahan twisted tape insert dan dimpled tube
commit to user
8 dibandingkan dengan penukar kalor dengan pipa tanpa dimpled dan twisted tape
insert plain tube. Terdapat dua jenis seksi uji yang digunakan dalam percobaan
ini yaitu pipa konsentrik tanpa penambahan twisted tape insert dan dimpled plain tube
pada pipa dalam inner tube dan pipa konsentrik dengan penambahan twisted tape insert
dan dimpled pada pipa dalam. Pada plain tube diameter dalam pipa dalam Di = 22 mm dengan panjang pipa adalah 1.500 mm yang terbuat dari
tembaga. Sedangkan pada pipa konsentrik dengan dimpled pada pipa dalam mempunyai diameter D = 22,2 mm, dengan ketebalan t = 0,8 mm. Panjang
dimpled dimpled pitch, p mempunyai beberapa variasi yang berbeda yaitu 15,5
mm dan 22,2 mm sedangkan pitch ratio PR = pD berturut-turut 0,7 dan 1,0. Cekungan dimpled mempunyai diameter d 3 mm dan kedalaman e 2 mm.
Diameter pipa luar outer tube yang digunakan pada kedua buah penukar kalor sama yaitu Do 38 mm yang terbuat dari stainless steel. Sementara itu twisted
tape insert terbuat dari aluminium dengan lebar w 22 mm dengan ketebalan 0,5
mm dan mempunyai panjang twist pitch yang bervariasi yaitu berturut-turut 66, 110, dan 154 mm, sedangkan twist ratio berturut-turut adalah 3, 5, dan 7. Dalam
pengujian tersebut fluida yang digunakan adalah air panas pada suhu 70
o
C dengan variasi angka Reynolds antara 12.000 sampai 44.000, dan air dingin pada suhu
28˚C. Hasil penelitian menunjukkan hubungan antara perpindahan panas dan penurunan tekanan. Dimpled dan twisted tape insert sangatlah berpengaruh pada
besarnya angka Nusselt dan faktor gesekan. Pada penukar kalor dengan penambahan dimpled dan twisted tape insert angka Nusselt bertambah 15
sampai 56 jika dibandingkan dengan penukar kalor dengan penambahan dimpled
dan tanpa twisted tape insert, sedangkan jika dibandingkan dengan plain tube
kenaikan angka Nusselt antara 66 sampai dengan 303. Seiring dengan bertambahnya angka Nusselt maka faktor gesekan bertambah karena adanya
pengaruh twist tape insert dan dimpled tube. Rata-rata nilai faktor gesekan dari penukar kalor dengan penambahan twisted tape insert dan dimpled pada pipa
dalam 2,12 kali lebih besar jika dibandingkan tanpa adanya penambahan twisted tape insert
dan 5,58 kali lebih besar jika dibandingkan dengan plain tube. Faktor gesekan juga dipengaruhi oleh nilai twist ratio, semakin kecil twist ratio maka
faktor gesekan semakin besar.
commit to user
9
2.2. Dasar Teori 2.2.1. Dasar Perpindahan Panas
Kategori