commit to user
6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Ray S. dan Date, A.W 2003 melakukan penelitian mengenai karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan pada pipa saluran persegi dengan
twisted tape insert . Pipa persegi mempunyai panjang sisi 9,5 mm, tebal 5 mm dan
panjang 3.000 mm. Pada 1.000 mm pertama dari saluran tersebut merupakan daerah masuk entrance region dan diharapkan aliran kembang penuh akan
terjadi pada panjang 2.000 mm berikutnya. Pipa persegi ditutup dengan plat acrylic
dengan tebal 5 mm dan dibalut serapat mungkin untuk memperkecil kehilangan energi panas ke lingkungan. Penelitian dilakukan pada pipa saluran
persegi sepanjang 2.000 mm setelah entrance region. Tekanan diukur dengan menggunakan manometer yang terpasang pada bagian atas dari pipa saluran
persegi dan dihubungkan ke pressure taps. Air dengan temperatur yang dijaga konstan digunakan sebagai fluida kerja dalam penelitian ini. Suhu air diukur untuk
menghitung sifat fluida. Pada bilangan Reynolds, 100 Re 3.000, fluida dialirkan dari tangki atas, dimana ketinggian dijaga konstan Sedangkan untuk laju
kecepatan aliran yang tinggi, air dipompakan secara langsung dari pompa sentrifugal tanpa adanya hambatan ke seksi uji. Kecepatan aliran dihitung dengan
mengumpulkan air dalam wadah yang dikalibrasi secara volumetrik untuk waktu sekitar 5-10 menit, tergantung pada kecepatan aliran. Penelitian dilakukan pada
pipa persegi dengan twisted tape insert dan tanpa twisted tape insert. Twisted tape insert
dibuat dengan memvariasikan rasio twisted tape menjadi 3 jenis yaitu 10,28, 5,64 dan 3,14. Pada penelitian ini twisted tape insert dibuat dari metalic
strips dengan ketebalan 0,3 mm. Penelitian dilakukan pada daerah laminar 100
Re 3.000, transisi 1.500 Re 3.000 dan turbulen 8.000 Re 87.000. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa angka Nusselt dan faktor gesekan
friction factor tertinggi adalah penelitian dengan menambahkan twisted tape insert
dengan twist ratio 3,14. Noothong W., Eiamsa-ard S. dan Promvonge P. 2006 meneliti tentang
pengaruh twisted tape insert pada pipa penukar kalor. Penukar kalor berupa pipa
commit to user
7
konsentrik lurus yang terbuat dari plexiglas yang disambung secara teratur dengan flange
pada jarak 1,0 m. Penukar kalor mempunyai diameter dalam pipa luar outer tube 50 mm dan lintasan aliran di annulus 20 mm dalam arah radial dari
pusat pipa dalam. Udara panas dialirkan dari blower 7,5 kW secara langsung ke sisi pipa dalam dan air dingin dipompakan ke sisi annulus. Aliran yang diamati
mempunyai rentang bilangan Reynolds antara 2.000-12.000. Sisipan pita terpilin twisted tape insert mempunyai rasio putiran 5,0 dan 7,0. Twisted tape insert
terbuat dari aluminium dengan ketebalan 1 mm dan lebar 19,5 mm yang dipuntir dibawah tekanan tariknya dalam pipa lurus dengan posisi mendatar saat salah satu
ujungnya dijepit. Penurunan tekanan sepanjang pipa diukur dengan manometer pipa U, yang diisi cairan manometer dengan nilai SG = 0,826. Flowmeter udara
dan flowmeter air digunakan untuk mengukur laju aliran udara panas dan laju aliran air dingin. Temperatur udara panas dan dingin diukur dengan termokopel
tipe-K. Hasil penelitian menunjukkan bahwa angka Nusselt pada pipa dalam meningkat 188 untuk twisted tape insert dengan rasio puntiran 5,0 dan
meningkat sebesar 159 untuk twisted tape insert dengan rasio puntiran 7,0 dibandingkan dengan penukar kalor tanpa twisted tape insert. Sedangkan faktor
gesekan untuk untuk twisted tape insert dengan rasio puntiran 5,0 meningkat 3,37 kali dan untuk twisted tape insert dengan rasio puntiran 7,0 meningkat 2,94 kali
dibandingkan penukar kalor tanpa twisted tape insert. Ahamed, J.U dkk. 2007 melakukan penelitian mengenai perpindahan
panas pada aliran turbulen pada sebuah pipa dengan menyisipkan perforated twisted tape inserts
. Pipa yang digunakan mempunyai diameter 70 mm dan panjang 1.500 mm. Pipa diisolasi untuk meminimalkan hilangnya energi panas ke
lingkungan. Fluida yang digunakan berupa udara yang temperaturnya dijaga pada temperatur tertentu dan mempunyai bilangan Reynolds berkisar 1,3 x 10
4
sampai dengan 5,2 x 10
4
. Twisted tape inserts terbuat dari mild steel mempunyai panjang 1.500 mm dan mempunyai lebar 55 mm. Penelitian menggunakan 7 variasi
perforated twisted tape insert yang mempunyai twist ratio y yang sama sebesar
4,55, akan tetapi diameter lubang divariasi antara 3 mm sampai 9 mm dengan jarak antar lubang pada arah aksial sebesar 15 mm dan jarak lubang pada arah
melintang sebesar 20 mm. Pengukuran dilakukan terhadap kecepatan udara,
commit to user
8
temperatur udara, temperatur dinding pipa dan penurunan tekanan pada pipa baik yang menggunakan twisted tape insert maupun tanpa menggunakan twisted tape
insert . Penelitian bertujuan untuk menghitung koefisien perpindahan panas,
bilangan Nusselt, dan daya pemompaan pumping power. Hasil dari percobaan menunjukkan bahwa pada bilangan Reynolds yang sama koefisien perpindahan
panas pada pipa dengan perforated twisted tape inserts meningkat sampai dengan 5,5 kali dibandingkan plain tube dan daya pemompaan juga meningkat sampai 1,8
kali dan efektifitas dari penukar kalor meningkat sampai 4,0 kali dengan adanya perforated twisted tape inserts.
Chiu, Y.W dan Jang J.Y. 2009 mempelajari tentang karakteristik aliran udara pada pipa dalam penukar kalor cangkang dan pipa shell and tube heat
exchanger dengan longitudinal strip inserts dan twisted tape inserts. Penelitian
menggunakan 2 buah longitudinal strip inserts dengan lubang dan tanpa lubang dan 3 plat tipis yang dipilin tanpa dilubangi dengan perbedaan sudut puntir
15,3
o
, 24,4
o
dan 34,3
o
, laju aliran udara pada pipa-pipa tubes sebesar 3-18 ms yang disuplai oleh fan sentrifugal 0,75 kW. Fluida kerja pada cangkang shell
menggunakan Downterm tipe SR-1 yang mempunyai massa jenis, panas jenis, konduktivitas termal dan viskositas absolut pada temperatur 150
o
C berturut-turut adalah, 984,53 kgm
3
, 3,9 kJkg.K, 0,5044 Wm.K, dan 0,3846 CP. Temperatur fluida Downterm pada sisi masuk dijaga pada 150
o
C dengan termostat. Penurunan tekanan diukur dengan sensor transducer tekanan, sedangkan pembacaan
temperatur menggunakan RTDs Resistance Temperature Detector, Pt-100 Hasil percobaan tersebut menunjukkan bahwa pipa dengan twisted tape insert
menghasilkan koefisien perpindahan panas 13-61 lebih besar daripada pipa tanpa twisted tape insert plain tube, dan menghasilkan penurunan tekanan 150-
370 lebih besar daripada pipa tanpa twisted tape insert plain tube. Pipa dengan longitudinal strip
tanpa lubang menghasilkan koefisien perpindahan panas 7-16 lebih besar daripada pipa tanpa twisted tape insert plain tube, dan menghasilkan
penurunan tekanan 100-170 lebih besar daripada pipa tanpa twisted tape insert plain tube. Pipa dengan longitudinal strip dengan lubang menghasilkan
koefisien perpindahan panas 13-28 lebih besar daripada pipa tanpa twisted tape
commit to user
9
insert plain tube, dan menghasilkan penurunan tekanan 140-220 lebih besar
daripada pipa tanpa twisted tape insert plain tube. Rahimi dkk 2009 melakukan penelitian karakteristik perpindahan panas
dan faktor gesekan pada penukar kalor yang dilengkapi dengan modifikasi twisted tape insert
. Modifikasi twisted tape insert tersebut adalah classic, perforated, notched
dan jagged twisted tape.
a b
c d
Gambar 2.1
a. Classic twisted tape; b. Perforated twisted tape; c. Notched twisted tape
; d. Jagged twisted tape Seksi uji yang digunakan adalah pipa tembaga sepanjang 6,5 meter yang
dibengkokan dengan diameter dalam 17 mm dan ketebalan 1 mm. Pipa tembaga tersebut dialiri air panas dengan suhu 42
o
C pada sisi masuk dan dengan laju aliran massa dari 0,0275 sampai 0,1111 kgs dan bilangan Reynolds dari 2.950 sampai
11.800. Pipa tersebut dimasukkan ke dalam bak berukuran 30 cm × 60 cm × 60 cm yang dialiri air dingin dengan suhu 16
o
C pada sisi masuk dan laju aliran massa dibuat konstan 0,333 kgs. Twisted tape insert terbuat dari stainless steel dengan
lebar 15 mm, panjang pitch 5 mm, twist ratio 2,94 dan ketebalan 1 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan twisted tape insert angka
Nusselt lebih tinggi dibandingkan tanpa twisted tape insert. Dari keempat modifikasi twisted tape insert tersebut didapatkan angka Nusselt yang terbesar
adalah jagged twisted tape insert, sedangkan yang paling rendah adalah perforated twisted tape insert
. Dengan penambahan twisted tape insert faktor gesekannya meningkat, faktor gesekan yang tertinggi pada jagged twisted tape
insert . Dengan semakin tinggi bilangan Reynolds maka angka Nusselt juga
semakin tinggi, sedangkan untuk faktor gesekannya semakin menurun. Untuk penambahan unjuk kerja dari twisted tape yang paling tinggi adalah jagged
twisted tape dengan penambahan sebesar 22 sedangkan penambahan angka
Nusselt sebesar 31.
commit to user
10
2.2 Dasar Teori
Kategori