Data Hasil Pengujian Perhitungan Data

commit to user 40

BAB IV DATA DAN ANALISA

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh bilangan Reynolds dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah aliran udara streamwise direction terhadap karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja termal dari sirip pin persegi berlubang yang disusun selang-seling dalam saluran segiempat. Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan aliran udara masuk antara 0,5 ms – 6 ms, dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah aliran udara yaitu sebesar 25, 30, 37,5 dan 50 mm. Data yang diperoleh dalam pengujian ini, yaitu kecepatan aliran udara masuk, temperatur udara masuk seksi uji, temperatur udara keluar seksi uji, temperatur permukaan plat dasar, penurunan tekanan serta tegangan listrik dan arus listrik yang disuplai ke heater dan fan hisap. Sistem dijalankan sampai didapatkan temperatur pada kondisi tunak steady state pada tiap variasi pengujian. Proses pengambilan data adalah setiap 10 menit hingga tercapai kondisi tunak.

4.1 Data Hasil Pengujian

Pengujian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dari hasil pengamatan temperatur udara masuk seksi uji, temperatur udara keluar seksi uji, temperatur permukaan plat dasar, penurunan tekanan, kecepatan aliran udara masuk serta tegangan listrik dan arus listrik yang disuplai ke heater dan fan hisap saat pengujian pada kondisi tunak, diperoleh data seperti pada tabel 4.1 – 4.8 di bawah ini : Gambar 4.1 Posisi titik pengukuran temperatur udara commit to user 41

4.2. Perhitungan Data

Berikut contoh perhitungan untuk spesimen 1 dan spesimen 5 Data spesimen dan seksi uji: Panjang seksi uji L t = 250 mm = 0,25 m Tinggi sirip H = 75 mm = 0,075 m Sisi-sisi sirip persegi = 12,7 mm x 12,7 mm = 0,0127 m x 0,0127 m Panjang spesimen L = 200 mm = 0,2 m Lebar spesimen W b = 150 mm = 0,15 m Jari-jari lubang pada sirip r = 3 mm = 0,003 m Jarak lubang dari plat dasar = 15 mm = 0,015 m Contoh perhitungan 1. Spesimen 1 S x D = 2,95; S y D = 1,97 pada kecepatan aliran udara 0,5 ms Data hasil pengujian: Tegangan heater = V h = 34 V T in, rata-rata = in T = 26,2 o C = 299,2 K Arus heater = I h = 2,4 A T out,, rata-rata = out T = 38,1 o C = 311,1 K Tegangan fan = V f = 95 V T base, rata-rata = b T = 60,0 o C = 333,0 K Arus fan = I f = 1,2 A Beda ketinggian fluida manometer = h = 0,9 mm · Pumping power j cos I V P f f fan . . = 0,8 x A 1,2 x V 95 = W 2 , 91 = · Temperatur film 2 out in f T T T + = 2 K 311,1 2 , 99 2 + = K 2 , 305 = commit to user 42 · Properti udara ρ 299,2 = 1,1651328 tabel Incropera 2 4 10 ] 2 10 7 , 7 8185 , 9 [ x T T x x C out in p + + = - 2 4 10 ] 2 , 305 10 7 , 7 8185 , 9 [ x x x - + = kg.K J 1005,3504 = 3 2 10 ] 2 10 495 , 7 7415 , 3 [ - - + + = x T T x x k out in 3 2 10 ] 2 , 305 10 495 , 7 7415 , 3 [ - - + = x x x m.K W 0,02661624 = 6 2 10 ] 2 10 483 , 4 9934 , 4 [ - - + + = x T T x x out in m 6 2 10 ] 2 , 305 10 483 , 4 9934 , 4 [ - - + = x x x m.s kg 8 0,0000186 = · Luas penampang melintang saluran udara b W H A . = m 0,15 x m 0,075 = 2 m 0,01125 = · Luas total permukaan perpindahan panas = 0,15 m x 0,2 m + 2 x 0,0127 m + 0,0127 m x 0,075 m x 25 + 2 x p x 0,003 m x 0,0127 m x 25 – 2 x p x 0,003 2 m x 25 – 0,0127 m x 0,0127 m x 25 2 m 0,126 = · Diameter hidrolik saluran udara P A D h 4 = b b W H W H + = 2 . . 4 f f f f b s N b a N r N a r N H b a L W A .. . . . . 2 . . . . 2 . . 2 . 2 - - + + + = p p commit to user 43 m 0,15 m 0,075 x 2 m 0,15 x m 0,075 x 4 + = m 0,1 = · Laju aliran panas dari heater j cos . I . V Q h h elect = 1 x A 4 , 2 x V 34 = Watt 81,6 = · Laju aliran massa udara V A m . . r = s m 0,5 x m 01125 , x m kg 1,1651328 2 3 = s kg 0,00655 = · Laju perpindahan panas konveksi in out p conv T T C m Q - = . . K 299,2 311,1 x kg.K J 1005,3504 x s kg 0,00655 - = W 36 , 78 = · Heat losses yang terjadi pada seksi uji 100 x Q Q Q Q conv conv elect loss - = 100 x W 36 , 78 W 36 , 78 81,6W - = 1 , 4 = · Koefisien perpindahan panas konveksi rata - rata [ ] 2 . . . in out b s in out p a T T T A T T C m h + - - = [ ] 2 K 2 , 99 2 1 , 11 3 K , 33 3 x m 126 , K 2 , 99 2 1 , 11 3 kg.K J 3504 , 005 1 x s kg 00655 , 2 + - - = x .K m W 36 , 22 2 = commit to user 44 · Bilangan Nusselt Ø Duct Nusselt number k D h Nu h a . = m.K W 0,02661624 m 0,1 x .K m W 36 , 22 2 2 = 01 , 84 = · Bilangan Reynolds Ø Duct Reynolds number m r h D V Re . . = m.s kg 0,00001868 m 0,1 x s m 0,5 x m kg 1,1651328 2 3 = 66 , 3118 = · Penurunan tekanan h g P . . r = D m 0009 , s m 81 , 9 m kg 800 2 3 x x = Pa 0632 , 7 = · Faktor gesekan ú ú û ù ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ÷÷ ø ö çç è æ = 2 Δ 2 V ρ D L P f h t ú ú û ù ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ÷÷ ø ö çç è æ = 2 s m 5 , m kg 1,1651328 m 1 , m 25 , Pa 7,0632 2 3 x 399 , 19 = commit to user 45 2. Spesimen tanpa sirip pada pumping power = 91,2 W Data hasil pengujian: Tegangan heater = V h = 19 V T in, rata-rata = in T = 26,1 o C = 299,1 K Arus heater = I h = 1 A T out,, rata-rata = out T = 27,7 o C = 300,7 K Tegangan fan = V f = 95 V T base, rata-rata = b T = 60,0 o C = 333,0 K Arus fan = I f = 1,2 A · Temperatur film 2 out in f T T T + = 2 K 7 , 300 1 , 99 2 + = = 299,9 K · Properti udara ρ 299,1 = 1,1655994 kgm 3 tabel Incropera 2 4 10 ] 2 10 7 , 7 8185 , 9 [ x T T x x C out in p + + = - 2 4 10 ] 9 , 299 10 7 , 7 8185 , 9 [ x x x - + = kg.K J 9423 , 004 1 = 3 2 10 ] 2 10 495 , 7 7415 , 3 [ - - + + = x T T x x k out in 3 2 10 ] 9 , 299 10 495 , 7 7415 , 3 [ - - + = x x x m.K W 0,02621901 = 6 2 10 ] 2 10 483 , 4 9934 , 4 [ - - + + = x T T x x out in m 6 2 10 ] 9 , 299 10 483 , 4 9934 , 4 [ - - + = x x x m.s kg 0,00001844 = · Luas penampang melintang saluran udara b W H A . = m 0,15 . m 0,075 = 2 m 0,01125 = · Luas total permukaan perpindahan panas commit to user 46 b s W L A . = m 0,15 x m 0,2 = 2 m 0,03 = · Diameter hidrolik saluran udara P A D h 4 = b b W H W H + = 2 . . 4 m 0,15 m 0,075 x 2 m 0,15 x m 0,075 x 4 + = m 0,1 = · Laju aliran panas dari heater j cos . I . V Q h h elect = 1 x A 1 x V 19 = W 19 = · Laju aliran massa udara V A m . . r = s m 0,9 x m 01125 , x m kg 1,1655994 2 3 = s kg 0,01180 = · Perpindahan panas konveksi in out p conv T T C m Q - = . . K 299,1 - 300,7 x kg.K J 1004,9423 x s kg 0,01180 = W 9 , 18 = · Heat loss yang terjadi 100 x Q Q Q Q conv conv elect loss - = 100 x W 8,9 1 W 9 , 18 W 9 1 - = 5 , = commit to user 47 · Koefisien perpindahan panas konveksi rata - rata [ ] 2 . . . in out b s in out p s T T T A T T C m h + - - = [ ] 2 K 299,1 7 , 00 3 K , 33 3 x m 0,03 K 1 , 99 2 7 , 00 3 kg.K x J 9423 , 004 1 x s kg 0,01180 2 + - - = .K m W , 19 2 = · Bilangan Reynolds Ø Duct Reynolds number m r h D V Re . . = m.s kg 00001844 , m 0,1 x s m 0,9 x m kg 1,1655994 2 3 = 93 , 5688 = · Bilangan Nusselt Ø Duct Nusselt number k D h Nu h s . = m.K W 0,02621901 m 0,1 x .K m W 9,0 1 2 2 = 47 , 72 = · Penurunan tekanan h g P . . r = D m 0006 , s m 81 , 9 m kg 800 2 3 x x = Pa 7088 , 4 = · Faktor gesekan ú ú û ù ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ÷÷ ø ö çç è æ = 2 Δ 2 V ρ D L P f h t commit to user 48 ú ú û ù ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ÷÷ ø ö çç è æ = 2 s m 9 , m kg 1,1655994 m 1 , m 25 , 4,7088Pa 2 3 x 9899 , 3 = · Unjuk kerja termal pada pin-fin array p s a h h = h .K m W , 19 .K m W 36 , 22 2 2 = 2 , 1 = commit to user 49 4.3 Analisis Data 4.3.1. Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip