R =
1 n,,mºm 0,04082
+
0,0002 0,04082
+
ln 1532 2237 1
+
0,0002 , ¢,
+
1 n n,¹¢n¹ 0,0471
R =
1 ¹,,º
+0,0048995+
,,º,m 1488,36
+ 0,004247+
1 ¢,nºm,
R = 0,0077118 + 0,0048995-0,00009614+0,004247+0,069853
R = 0,086201066 U =
d
?
U =
, ¢ m . , m
U = 284,1936449 Wm
2
K
C
h
= ṁ
h
c
p,h
= 0,0661533074178,77 = 276,4394533 WK C
c
= ṁ
c
c
p,c
= 0,049752234178,152 = 207,8723793WK
C
min
C
max
=
H
G
H
D
= C =
,,m,n,¹n 276,4394533
= 1,329851779
NTU = UA
i
C
min
= 284,1936449 0,04082 207,8723793 = 0,05586817 Eparalel =
ƒ„… [¿Lz O] O
=
ƒ„… [ , ººmm,,n¹mº,,¹] ,n¹mº,,¹
= 0,052807244
E =
LMT – LMS LMT – LOT
0,052807244=
¢ – LMS ¢ n
0,052807244=
¢ – LMS m
Tho = 39,5813
o
C Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
ChCc Thi-Tho = Tco-Tci 1,32985 40 -39,5813 = Tco-32
0,556809 = Tco-32 Tco = 32,556
o
C Th yang didapat = 40+39,58132= 39,7904
o
C sama dengan pemisalan 39,7904
o
C Tc yang didapat = 32+32,5562 = 32,2791
o
C sama dengan pemisalan32,2791
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 efektifitasnya.
Berikut ini adalah hasil perhitungan untuk kapasitas air dingin 180 lj dapat dilihat suhu keluaran dan efektifitas pada tabel di bawah ini
Tabel 4.1 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
kondisi Qh lj
Thi ºC Tci ºC Qc lj
Tho ºC Tco ºC
E 1
180 40
32 180
39,5882 32,4115
5,1469 2
240 40
32 180
39,5813 32,5563
5,2881 3
300 40
32 180
39,5781 32,7026
5,3635 4
360 40
32 180
39,5775 32,8444
5,4009 5
180 45
32 180
44,3303 32,6693
5,1517 6
240 45
32 180
44,3183 32,9085
5,3249 7
300 45
32 180
44,3133 33,1437
5,3723 8
360 45
32 180
44,3121 33,3749
5,4116 9
180 50
32 180
49,0735 32,9258
5,1415 10
240 50
32 180
49,0571 33,2563
5,3456 11
300 50
32 180
49,0508 33,5810
5,3931 12
360 50
32 180
49,0494 33,8999
5,4143 13
180 55
32 180
53,8162 33,1830
5,1345 14
240 55
32 180
53,7952 33,6053
5,3624 15
300 55
32 180
53,7871 34,0202
5,4567 16
360 55
32 180
53,7854 34,4276
5,4876 HASIL TEORI
Sumber : output Microsoft Excel, Juli 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.4 Grafik teori perbandingan efektifitas aliran fluida panas variasi 4 suhu kapasitas aliran fluida dingin 180 lj
Selanjutnya dengan menggunakan metode iterasi yang sama pada variasi kapasitas aliran dingin 300 lj dapat dilihat suhu keluaran dan efektifitas pada
tabel di bawah ini
4,9 5
5,1 5,2
5,3 5,4
5,5 5,6
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Tabel 4.2 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
kondisi Qh ljam
Thi C Tci C
Qc ljam Tho C Tco C
E 1
180 40
32 300
39,7094 32,9739
5,2509 2
240 40
32 300
39,6994 33,6404
5,7241 3
300 40
32 300
39,9948 32,3305
5,891 4
360 40
32 300
39,6920 33,3693
5,9401 5
180 45
32 300
44,5278 33,2827
5,3071 6
240 45
32 300
44,5115 33,3905
5,7717 7
300 45
32 300
44,5040 33,4956
5,9686 8
360 45
32 300
44,4995 33,2111
6,0102 9
180 50
32 300
49,3462 33,3914
5,2559 10
240 50
32 300
49,3237 33,5407
5,833 11
300 50
32 300
49,3133 33,6863
6,0731 12
360 50
32 300
49,3071 33,8310
6,1843 13
180 55
32 300
54,1646 33,5001
5,3245 14
240 55
32 300
54,1358 33,6909
5,8914 15
300 55
32 300
49,3133 32,6863
6,1749 16
360 55
32 300
49,3071 34,8310
6,2245 HASIL TEORI
Sumber : output Microsoft Excel, Juli 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.5Grafik teori perbandingan efektifitas aliran fluida panas variasi 4 suhu kapasitas aliran fluida dingin 300 lj
Selanjutnya dengan menggunakan metode iterasi yang sama pada variasi kapasitas aliran dingin 420 lj dapat dilihat suhu keluaran dan efektifitas pada
tabel di bawah ini
4,6 4,8
5 5,2
5,4 5,6
5,8 6
6,2 6,4
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Tabel 4.3 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
kondisi Qh ljam
Thi C Tci C
Qc ljam Tho C
Tco C E
1 180
40 32
420
39,7701 32,9083
5,2591
2 240
40 32
420
39,7609 33,1365
5,7186
3 300
40 32
420
39,7563 32,7140
5,9712
4 360
40 32
420
39,7533 32,7113
6,1768
5 180
45 32
420
44,6263 32,4218
5,3123
6 240
45 32
420
44,6115 32,7302
5,5567
7 300
45 32
420
44,6040 33,2827
5,9747
8 360
45 32
420
44,5991 33,4442
6,4927
9 180
50 32
420
49,4826 33,2212
5,5437
10 240
50 32
420
49,4621 32,9072
6,0798
11 300
50 32
420
49,4517 33,3914
6,1374
12 360
50 32
420
49,4449 33,4755
6,2058
13 180
55 32
420
54,3389 34,2827
5,4448
14 240
55 32
420
54,3127 34,3925
5,8876
15 300
55 32
420
54,2994 34,5001
6,0289
16 360
55 32
420
54,2907 34,6075
6,2937
HASIL TEORI
Sumber : output Microsft Excel, Juli 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.6Grafik teori perbandingan efektifitas aliran fluida panas variasi 4 suhu kapasitas aliran fluida dingin 420 lj
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian
Adapun data hasil pengujian yang telah dilakukan pada APK tabung sepusat annulus dapat dilihat dibawah ini , dimana variasi yang dibuat yaitu kapasitas
aliran fluida panas yaitu yang mengalir di dalam tabung dalam adalah 180 lj, 240 lj, 300 lj, dan 360 lj. Kemudian untuk fluida dingin yaitu air yang mengalir
didalam ruang annulus adalah 180 lj, 300lj, dan 420 lj.
1 2
3 4
5 6
7
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Tabel 4.4Data Hasil pengujian kapasitas fluida dingin 180 lj
kondisi Qh lj
Thi ºC Tci ºC Qc lj
Tho ºC Tco ºC
E 1
180 40
32 180
39,6145 32,1991
4,818 2
240 40
32 180
38,9776 32,6456
8,07 3
300 40
32 180
38,1212 32,8545
10,68 4
360 40
32 180
38,8778 32,9998
12,49 5
180 45
32 180
44,3039 31,9098
5,354 6
240 45
32 180
43,3839 33,1721
9,016 7
300 45
32 180
43,1876 33,4763
11,35 8
360 45
32 180
43,3438 33,6065
12,35 9
180 50
32 180
48,9656 33,0710
5,746 10
240 50
32 180
48,7132 33,7850
9,916 11
300 50
32 180
48,9215 34,0289
11,27 12
360 50
32 180
48,8211 34,1176
11,76 13
180 55
32 180
53,9125 32,4456
4,72 14
240 55
32 180
53,2147 34,0164
8,76 15
300 55
32 180
52,3422 34,3865
10,37 16
360 55
32 180
52,8456 34,8908
12,56 HASIL PENGUJIAN
Sumber : pengujian lab Instalasi Uap, Juni 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.7 grafik efektifitas untuk pengujian kapasitas fluida dingin 180 lj
2 4
6 8
10 12
14
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Tabel 4.5Data Hasil Pengujian kapasitas fluida dingin 300 lj
kondisi Qh ljam
Thi C Tci C
Qc ljam Tho C Tco C
E 1
180 40
32 300
39,3810 32,9570
7,7375
2 240
40 32
300
39,0900 33,5850
11,375
3 300
40 32
300
38,8640 33,3220
14,2
4 360
40 32
300
39,0540 33,3090
16,36
5 180
45 32
300
43,9928 32,5450
7,74
6 240
45 32
300
43,6090 32,5830
10,7
7 300
45 32
300
43,3239 32,8200
12,89
8 360
45 32
300
43,1870 33,2108
9,31
9 180
50 32
300
48,6910 33,2500
7,27
10 240
50 32
300
47,9992 33,2347
11,11
11 300
50 32
300
47,7940 33,4230
12,25
12 360
50 32
300
47,2480 34,5417
14,12
13 180
55 32
300
52,9840 33,4590
8,76
14 240
55 32
300
52,1670 33,5890
12,31
15 300
55 32
300
51,8860 35,5470
13,53
16 360
55 32
300
51,0130 35,3830
14,71
HASIL PENGUJIAN
Sumber : pengujian lab Instalasi Uap, Juni 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.8 grafik efektifitas untuk pengujian kapasitas fluida dingin 300 lj
2 4
6 8
10 12
14 16
18
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Tabel 4.6Data Hasil Pengujian kapasitas fluida dingin 420 lj
kondisi Qh ljam
Thi C Tci C
Qc ljam Tho C Tco C
E 1
180 40
32 420
38,6720 32,7193
8,99
2 240
40 32
420
39,0392 32,7560
12,01
3 300
40 32
420
39,2770 32,9957
12,44
4 360
40 32
420
38,9440 32,7360
13,2
5 180
45 32
420
43,9150 32,4040
8,34
6 240
45 32
420
43,4730 32,6630
11,74
7 300
45 32
420
43,2640 33,1440
13,35
8 360
45 32
420
43,1770 33,3240
14,02
9 180
50 32
420
48,5880 33,7290
7,84
10 240
50 32
420
46,0190 32,8390
22,11
11 300
50 32
420
46,7710 33,1390
17,93
12 360
50 32
420
46,7250 33,4120
18,19
13 180
55 32
420
52,9920 34,0530
8,73
14 240
55 32
420
51,3010 34,5170
16,08
15 300
55 32
420
51,2840 34,6030
16,15
16 360
55 32
420
51,0450 34,7370
17,19
HASIL PENGUJIAN
Sumber : pengujian lab Instalasi Uap, Juni 2015 Dan data efektifitas dapat dilihat juga dalam grafik seperti di bawah ini
Gambar 4.9 grafik efektifitas untuk pengujian kapasitas fluida dingin 420 lj
5 10
15 20
25
180 240
300 360
40 ℃
45 ℃
50 ℃
55 ℃
Dari perhitungan data pengujian eksperimen diperoleh efektifitas APK minimum adalah 4,818 pada temperatur fluida panas masuk T
h,i
40 °C dan temperatur fluida dingin masuk T
c,i
32 °C pada debit masuk fluida panas 180 ljam dan debit masuk fluida dingin 180ljam. Sedangkan efektifitas APK
maksimum adalah 22,11 pada temperatur fluida panas masuk T
h,i
50 °C dan temperatur fluida dingin masuk T
c,i
32 °C pada debit masuk fluida panas 240 ljam dan debit masuk fluida dingin 420 ljam.
Dari perhitungan secara menyeluruh yang telah ditampilkan diatas dapat dilihat bahwa perhitungan efektifitas APK di lapangan jauh lebih tinggi
dibandingkan dengan perhitungan efektifitas APK secara teori dengan metode NTU. Hal tersebut umumnya dapat terjadi yang diakibatkan oleh berbagai hal
seperti pembacaan alat ukur yang kurang, tidak stabilnya kapasitas aliran yang masuk, dan faktor kesalahan alat ukur.
Dalam penelitian ini diperoleh bahwa faktor kesalahan alat ukur dan tidak stabilnya kapasitas aliran yang masuk adalah hal yang menyebabkan selisih
efektifitas APK di lapangan dengan secara teori tinggi. Alat ukur dalam hal ini yang dimaksud adalah flowmeter dan termokopel. Untuk mendapatkan hasil ukur
yang akurat, alat ukur harus dikalibrasi. Namun hal tersebut tidak dilakukan pada flowmeter dan termokopel saat pengujian, yang mengakibatkan tidak akuratnya
hasil pengukuran alat ukur tersebut. Hal tersebut dapat dilihat dari perbedaan temperatur yang tinggi temperatur keluar fluida dingin dan fluida panas.
Dalam penelitian ini dapat dilihat juga kapasitas aliran yang masuk tidak stabil. Hal ini mengakibatkan hasil penunjukan alat ukur yang tidak tepat, yang
akan menyebabkan perhitungan efektifitas APK yang tidak tepat. Dibutuhkan kapasitas aliran yang konstan pada suatu kondisi untuk memperoleh hasil
perhitungan efektifitas yang tepat. Sebagai perbandingan, dalam penelitian ini juga disertakan hasil
perhitungan dengan menggunakan software yaitu Ansys Fluent.
4.3 Perhitungan Dengan Simulasi
Perhitungan juga dikerjakan dengan menggunakan software ansys 14.5. Kegunaan dari perhitungan sebagai data pembanding dengan hasil uji
eksperimental dengan hasil perhitungan teori, karena didapatkan perbedaan antara kedua hasil tersebut maka simulasi ditujukan sebagai referensi tambahan untuk
mendukung hasil dari perhitungan teori. Adapun langkah dalam pengerjaan simulasi dengan menggunakan software ansys 14.5 adalah sebagai berikut
Langkah pengerjaan simulasi dengan program Ansys 14.5
1. Mengatur geometry dimana dalam hal ini nama dari bagian benda atau
objek yang akn disimulasikan diganti sesuai dengan yang kita kehendaki. Pada bagian ini ditentukan juga mana bagian yang bertindak sebagai fluida
dan solid.
Gambar 4.10 mengatur geometry 2.
Mengatur mesh dengan menggunakan inflationatau bidang sebagai referensi kita dalam menganalisa, dalam hal ini diatur nama dari bagian
yang akan dianalisa dalam hal ini parameter yang dimasukkan yaitu isolasi, air panas masuk dan keluar serta air dingin masuk dan keluar.
Gambar 4.11 mengatur mesh 3.
Setelah geometry dan mesh diatur langkah selanjutnya adalah mengatur setup atau mengatur metode perhitungan yang akan dikerjakan. Pada
models diatur energy pada posisi on seperti gambar dibawah ini.
Gambar 4.12 mengatur setup
Setelah itu diatur viscous sesuai dengan kondisi fluida dalam hal ini viscous diatur laminar karena pada simulasi dengan variasi laju aliran
fluida dingin 180 lj dan kapasitas fluida panas 180 lj aliran dalam keadaan laminar.
Gambar 4.13 mengatur viscous Selajutnya diatur heat exchanger sesuai dengan kondisi yang telah
ditentukan, kemudian setelah setting dilakukan klik apply.
Gambar 4.14 mengatur setup heat exchanger
Pada cell zone condition diatur material yang telah dipilih pada materials sebelumnya.
Gambar 4.15 mengatur setup cell zone condition Pada bagian boundary conditions diatur type dari bagian yang telah diatur
contohnya pada air panas dipilih type yaitu velocity inlet setelah itu diatur berapa suhu masuk beserta kecepatan fluida masuk ke dalam APK.
Gambar 4.16mengatur setupboundary conditions
