lanjutan Tabel 3.2. k
L 349.1916897
0.86934767 322.6671842 0.940811451
315.4377438 0.962373678 313.3893334 0.968664053
312.8024655 0.970481423 312.6337927 0.971005019
312.5852698 0.971155749 312.5713073
0.97119913 312.5672892 0.971211615
312.5661329 0.971215208 312.5658002 0.971216242
312.5657044 0.971216539 312.5656768 0.971216625
312.5656689
0.97121665 312.5656666 0.971216657
312.565666 0.971216659
312.5656658 0.971216659 312.5656657 0.971216659
Cangkang pada bagian ini digunakan sebagai saluran air. Bahan yang digunakan untuk cangkang pada bagian ini adalah stainless steels. Dimensi
cangkang pada bagian ini adalah diameter cangkang 0,1317 m tebal 4 mm, dan panjang 0,977 m.
Gambar 3.3. Cangkang alat penukar kalor.
Pipa tube digunakan sebagai saluran air laut. Bahan yang digunakan untuk pipa tube adalah tembaga. Dimensi pipa sesuai dengan hasil
perhitungan pada bab 3 yaitu diameter luar pipa 0,0127 m, tebal pipa 0,5 mm, dan panjang pipa 1 m. Serta jumlah pipa adalah 37 buah.
Gambar 3.4. Tabung alat penukar kalor dengan susunan tabung segitiga.
Bagian depan yang tetap front end stationary head cangkang pada bagian ini digunakan sebagai saluran masuk air laut. Bahan yang digunakan untuk pada
bagian ini adalah stainless steels. Dimensi pada bagian ini adalah diameter 0,1317 m, tebal 4 mm, dan panjang 120 mm.
Gambar 3.5. Header alat penukar kalor.
Sekat baffle digunakan untuk membuat aliran air didalam shell menjadi aliran menyilang cross flow. Bahan yang digunakan untuk sekat baffle
adalah aluminium. Dimensi sekat baffle adalah diameter sekat 0,1307 m dan tebal sekat adalah 2 mm. Serta jumlah sekat adalah 37 buah.
Gambar 3.6. Baffle alat penukar kalor dengan baffle cut 32,65.
Tubesheet digunakan sebagai dudukan tabung pada kedua ujung cangkang, yang dipasang diantara cangkang dan header. Bahan yang digunakan untuk
Tubesheet adalah aluminium dengan tebal 2 mm dan diameter luar 170 mm.
Gambar 3.7. Tubesheet alat penukar kalor untuk susunan tabung segitiga.
Baut dan mur digunakan untuk mengikat bagian depan front endhead dengan cangkang serta mengikat bagian ujung belakang rear end head dengan
cangkang. Baut dan mur yang digunakan adalah baut dan mur 10 mm. Jumlah baut dan mur yang digunakan adalah 16 buah
Gambar 3.8. Baut dan mur.
a.
b. Gambar 3.9. Alat penukar kalor yang telah dirakit. a. bagian dalam; b. bagian
luar.
Gambar 3.10. Pola aliran fluida dalam APK.
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4.2. Bahan dan Alat
Bahan-bahan penelitian yang akan dirakit terdiri atas: 1.
Tabung tembaga dengan diameter luar 12,7 mm. 2.
Bahan cangkang terbuat dari stainless steel dengan diameter dalam 131,7 mm.
3. Bahan pelat aluminium sebagai baffle dengan tebal 2 mm.
4. Lem silicon sebagai bahan perekat.
5. Selang plastik yang tahan panas untuk alat ukur tekanan.
6. Pipa cast iron ¾ in.
7. Header dengan terbuat dari stainless steel.
8. Triplek sebagai isolator tanki air.
9. Paking tahan panas dengan tebal 2 mm
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1.
Pompa Sirkulasi, untuk mensirkulasikan air, dengan data-data teknis sebagai berikut:
Model : AQVA 125B
Head : H = 35m
Kapasitas : Q = 42 liter menit Daya
: P = 125 watt Putaran
: 2850 rpm
Gambar 4.1 Pompa Sirkulasi
2. Termo resistance PT 100 ohm, untuk mengukur suhu, dengan data-
data teknis: Diameter
= 0,50 Material
= RTD BuLB Tipe
= PT 100 ohm Continious = 0 – 500
o
C Sensitivitas
= 6 μV
o
C
Gambar 4.2 Termo resistance.
3. Panel indikator temperatur dan jarum termokopel.
Gambar 4.3. Panel indikator temperatur. Gambar 4.4. Jarum Termokopel. 4.
Tanki pemanas, tempat untuk memanaskan air.
Gambar 4.5 Tangki Pemanas. 5.
Pemanas air 5000 W, alat pemanas yang dicelupkan kedalam air pada tanki pemanas.
Gambar 4.6. Pemanas air 5000 W.
6. Katup kontrol, untuk mengatur laju aliran air yang mengalir.
Gambar 4.7 Katup Kontrol. 7.
Manometer air pipa U untuk mengukur perbedaan tekanan dalam cangkang.
Gambar 4.8 Manometer Air. 8.
Katup, elbow, water mur, dan sambungan pipa.
4.3 Dimensi Utama Penelitian
Maka dimensi utama APK cangkang dan tabung yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1. Perancangan Alat. Parameter
Dimensi Panjang cangkang
977 mm Diameter dalam cangkang
131,7 mm Diameter luar tabung
12,7 mm Pitch ratio
17,5 mm Jumlah tabung
37 Baffle cut
9,11; 21,26; 32,65; 44,04 Tebal baffle
2 mm Jarak baffle
40 mm Susunan tabung
Segitiga
Susunan beberapa komponen peralatan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4.9.
Gambar 4.9 Skema alat uji penelitian
Keterangan gambar: 1.
Katup bola. 2.
Manometer U. 3.
Tangki air. 4.
Pemanas. 5.
Termokopel. 6.
Alat penukar kalor cangkang tabung. 7.
Pompa sirkulasi.
4.4. Pelaksanaan Penelitian.
4.4.1. Persiapan Pendahuluan. 1.
Jarak baffle dan baffle cut diatur sesuai yang diinginkan. 2.
Alat dan bahan penelitian dirangkai menjadi peralatan yang siap. dipergunakan. Termokopel dipasang pada titik yang telah
direncanakan dan dihubungkan dengan alat penunjuk suhu, demikian juga pemasangan alat ukur tekanan, flowmeter dan katup
sebagai pengatur aliran. 4.4.2.
Tahap pengambilan data. Dapat dilaksanakan setelah seluruh tahap persiapan rampung.
Pengambilan data diawali dengan: 1.
Memanaskan lebih dahulu air di dalam tangki pemanas dengan menghidupkan heater, sementara katup tetap ditutup agar proses
pemanasan air berlangsung cepat. Setelah beberapa lama maka pompa air demineralisasi dijalankan beberapa kali untuk
mensirkulasikan air panas agar suhu air pada sistem menjadi seragam.
2. Setelah suhu air dalam tangki penampung mencapai suhu
pengujian 42,8
o
C kemudian pompa air demineralisasi dijalankan secara kontinu selama pengujian, demikian juga laju aliran diatur
pada katup sebesar 0,2 kgs. 3.
Kemudian pompa air laut dijalankan dengan kapasitas 0,2 kgs. 4.
Setelah besaran-besaran dari penunjukan alat ukur menjadi stabil, maka pencatatan besaran-besaran tersebut dapat dilakukan dan
hasilnya diambil sebagai data pengamatan penelitian. 5.
Setiap kali pengamatan, dilakuan dengan cara yang sama pada baffle cut 9,11; 21,26; 32,65; 44,04 dengan jarak baffle 40
mm.
4.5. Analisa Data.
Dengan menggunakan persamaan-persamaan yang diberikan dalam tinjauan pustaka, data hasil pengukuran digunakan untuk menghitung bilangan Reynold,
bilangan Nusselt, koefisen perpindahan kalor menyeluruh. Data eksperimental APK cangkang dan tabung ditabulasi seperti berikut:
Tabel 4.2 Analisa Data. Baffle
Cut Jarak
baffle mm
T
1m
C T
1k
C T
2m
C T
2k
C m
1
kgs m
2
kgs ∆P
kPa 9,11
40 42,8
0,2 0,2
21,26 42,8
0,2 0,2
32,65 42,8
0,2 0,2
44,04 42,8
0,2 0,2
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Data Hasil Pengujian
Adapun data yang diperoleh dari hasil penelitian yang dilakukan di Laboratorium, adalah sebagai berikut:
Tabel 5.1. Data Pengujian Baffle
Cut Jarak
Baffle mm
T
hi
°C T
ho
°C T
ci
°C T
co
°C ΔP
kPa 44,04
40 42,8 38,5
29 33,9
17,357 32,65
40 42,8 38,2
29 34,1
19,318 21,26
40 42,8 37,7
29 34,7
21,083 9,11
40 42,8 37,2
29 35,2
23,829
5.2 Pengolahan Data
Untuk data pengujian pada baffle cut 44,04, dilakukan pengolahan data sebagai berikut:
Fluida dalam tabung tube adalah air dingin, maka diperoleh:
C 45
, 31
2 9
, 33
29 2
T T
T
co ci
c
° =
+ =
+ =
Sifat-sifat air laut pada temperature T
c
= 31,45°C, dapat diperoleh dari tabel sifat- sifat air laut Mostafa H. Sharqawy [31], dengan interpolasi, maka:
Tabel 5.2. 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 5,565
31,45 μ
c
= 0,000827 c
pc
= 4032,256 k
c
= 0,618 Pr
c
= 5,409 40
0,000698 4034,612
0,628 4,485
Laju aliran massa air laut di tiap tabung, adalah:
kgs 0,00540
37 0,2
N m
m
c i
= =
=
Maka bilangan Reynold pada tabung, adalah: 882
, 710
000827 ,
0,0117 00540
, 4
μ πd
m 4
Re
c i
i c
= ×
= =
π
Maka bilangan Nusselt pada tabung dapat diperoleh dengan:
667 ,
6 Nu
270,977 5,409.0,01
. 710,882
86 ,
1 Nu
L Pr.d
. Re
86 ,
1 Nu
t 3
1 t
3 1
o t
t
= =
=
Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas pada sisi tabung sebesar: K
Wm 992
, 351
0,0117 0,618
667 ,
6 d
k Nu
h
2 i
c c
c
= ×
= =
Fluida dalam cangkang shell adalah air panas, maka:
K 65
, 13
3 C
40,65 2
38,5 42,8
2 T
T T
ho hi
h
= =
+ =
+ =
Sifat-sifat air pada temperatur T
h
= 313,65 K, dapat diperoleh dari Tabel A.6. Frank P. Incropera [32], dengan interpolasi, maka:
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 4,620
313,6 μ
h
= 0,000648 c
ph
= 4178,73 k
h
= 0,632 Pr
h
= 4,284 315
0,000631 4179
0,634 4,160
Untuk menentukan koefisien perpindahan panas yang sebenarnya pada sisi cangkang, terlebih dahulu ditentukan koefisien perpindahan panas yang ideal pada
sisi cangkang dengan:
