64
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Perhitungan Teoritis
Dalam perhitungan keefektifitasan alat penukar kalor secara teoritis digunakan metode iterasi. Adapun bentuk perhitungan iterasi yang dibuat adalah
sebagai berikut.
Gambar 4.1 distribusi suhu pada alat penukar kalor Sumber : output Autocad 2007, Juli 2015
gambar 4.2 dimensi dari alat penukar kalor Sumber : output Autocad 2007, Juli 2015
gambar 4.3 dimensi dari alat penukar kalor
Universitas Sumatera Utara
65 Sumber : output Autocad 2007, Juli 2015
Fluida panas berupa air H
2
O Fluida dingin berupa methanol
Konfigurasi aliran adalah sejajar Thi = 50
˚C 323K Tci = 36
˚C 309K Misalkan:
Tho = 49
o
C 322K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut,
ρ = 988,3 kgm
3
Cp = 4180,9 JkgK Pr = 3,586
μ= 5,519.10
-4
Pa.s k= 0.6433 WmK.
Tco = 37
o
C 310K maka didapat harga sifat fisik sebagai berikut, ρ = 773.875 kgm
3
Cp = 2620.55 kgK Pr = 6.2689
μ = 4.7426.10
-4
Pa.s k=0,19756 WmK.
Tabung Dalam
fluida panas Q
h
= 360 Lj = 0.0001 m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 988,3 kgm
3 .
0.0001 m
3
s = 0,09883 kgs Re
h
=
4 ṁ
h
Di μ
=
4 0.09883 .0.013.5.519.10
−4
= 17547.5 aliran transisi f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln17547.5-1,64
-2
f = 0.027 Nu
=
8
−1000 1+12,7
8 1
2 2
3
−1
Universitas Sumatera Utara
66 Nu
=
0,027 8
17547,5−1000 3,586 1+12,7
0,027 8
1 2
3,586
2 3
−1
Nu = 100.735
h
h
=
Nu
h
.k Di
=
100.735 . 0,6433 0,013
= 4984.84 Wm
2
K
Ruang annulus fluida dingin
Q
c
= 240 Lj = 6.66667.10
-5
m
3
s ṁ
c
= ρ.Q
c
= 773.875 kgm
3 .
6.66667.10
-5
m
3
s = 0.05159kgs Re
c
=
4 ṁ
c
Do −Di μ
=
4 0,05159 .0.032
−0,015.4,7426.10−4
= 2948.463 aliran transisi f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln2948.463-1,64
-2
f = 0.0458 Nu
c
=
8
−1000 1+12,7
8 1
2 2
3
−1
Nu =
0,0458 8
2948,463−1000 6,2689 1+12,7
0,0458 8
1 2
6,2689
2 3
−1
Nu = 21.1596
h
c
=
Nu
c
.k Dh
=
21,1596 . 0,19756 0,017
= 248.786Wm
2
K R
f,i
= 0,0002 m
2
°CW R
f,o
= 0,0001 m
2
°CW A
i
= D
i
L = 3,14 0,013 1 = 0,04082 m
2
A
o
= D
o
L = 3,14 0,015 1 = 0,0471 m
2
Universitas Sumatera Utara
67 k
pipa
= 237 Wm.K Pipa Aluminium
1 UA
s
=
1 U
i
A
i
=
1 U
o
A
o
=
R =
1 h
i
A
i
+
R
f,i
A
i
+
ln D
o
D
i
2 kL
+
R
f,o
A
o
+
1 h
o
A
o
R =
1 4984,84 0,04082
+
0,0002 0,04082
+
ln 1513 2
237 1
+
0,0001 0,0471
+
1 248,786 0,0471
= 0,097373288 °CW U =
1 �
U = 251.5864 Wm
2
K C
h
= ṁ
h
c
p,h
= 0,09883 4180,9 = 413.1983 WK............................................... C
c
= ṁ
c
c
p,c
= 0.05159 2620.55 = 135.0326 WK........................................... c
= C
min
C
max
= 135.0326 413.1983 = 0.32679 NTU = UA
s
C
min
= 251.5864 0,04082 135.0326 = 0,0760538 Eparalel =
1 − exp [NTU 1+c ]
1+c
=
1 − exp [0,0760538 1+0,32679 ]
1 +0,32679
= 0,072342 Karena C
c
= C
min
maka rumus keefektifan ε
ε =
T
c,o
– T
c,i
T
h,i
– T
c,i
0,072342=
T
c,o
–36 50
– 36
T
c,o
= 37,0128 °C Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
C
h
T
h,i
– T
h,o
= C
c
T
c,o
– T
c,i
413,1983 50 –T
h,o
= 135.0326 37,0128 – 36
T
h,o
= 49.669°C Th yang didapat = 50+49.6692= 49.8345
o
C tidak sama dengan pemisalan 49
o
C Tc yang didapat = 36+37,01282 = 36.506
o
C tidak sama dengan pemisalan 37
o
C
Universitas Sumatera Utara
68 Dilakukan iterasi yang kedua dengan pemisalan:
Th = 49.8345
o
C , maka didapat sifat fisik sebagai berikut, ρ = 988,1331 kgm
3
Cp = 4180,983 JkgK Pr = 3,5559
μ=5,4781.10
-4
Pa.s k= 0,64388 WmK.
Tc = 36.506
o
C , maka didapat sifat fisik sebagai berikut, ρ = 773,15965 kgm
3
Cp = 2618,8951 JkgK Pr = 6,2205574
μ= 4,6953.10
-4
Pa.s k= 0,19749WmK.
Tabung Dalam fluida panas
Q
h
= 360 Lj = 0.0001 m
3
s ṁ
h
= ρ.Q
h
= 988,1331 kgm
3 .
0.0001 m
3
s = 0,09881kgs Re
h
=
4 ṁ
h
Di μ
=
4 0,09881 .0.013.5,4781.10
−4
= 17675,50 aliran transisi f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln17675,50-1,64
-2
f = 0,026996 Nu
=
8
−1000 1+12,7
8 1
2 2
3
−1
Nu =
0,026996 8
17675,5−1000 3,5559 1+12,7
0,026996 8
1 2
3,5559
2 3
−1
Nu = 101.0117
h
h
=
Nu
h
.k Di
=
101,0117 . 0,64388 0,013
= 5003.064Wm
2
K
Ruang annulus fluida dingin
Q
c
= 240 lj = 6.66667.10
-5
m
3
s ṁ
c
= ρ.Q
c
= 773,15965 kgm
3 .
6.66667.10
-5
m
3
s = 0.05154 kgs
Universitas Sumatera Utara
69 Re
c
=
4 ṁ
c
Do −Di μ
=
4 0,05154 .0.032
−0,015.4,6953.10−4
= 2975,4057 aliran transisi f = 0,79 lnRe-1,64
-2
f = 0,79 ln2975.4057-1,64
-2
f = 0.045686 Nu
c
=
8
−1000 1+12,7
8 1
2 2
3
−1
Nu =
0,045686 8
2975,4057−1000 6,22 1+12,7
0,045686 8
1 2
6,22
2 3
−1
Nu = 21.3527
h
c
=
Nu
c
.k Dh
=
21,3527 . 0,19749 0,017
= 248,068 Wm
2
K R =
1 5003.064 0,04082
+
0,0002 0,04082
+
ln 1513 2
237 1
+
0,0001 0,0471
+
1 248,068 0,0471
= 0,0976023°CW U =
1 �
U = 250,9959Wm
2
K C
h
= ṁ
h
c
p,h
= 0,09881 4180,983 = 413,13681WK........................... C
c
= ṁ
c
c
p,c
= 0.05154 2618,8951 = 134,988 WK.................................. c
= C
min
C
max
= 134.988 413.13681= 0,32674 NTU = UA
s
C
min
= 250,9959 0,04082 0,32674 = 0,0759 Eparalel =
1 − exp [NTU 1+c ]
1+c
=
1 − exp [0,0759 1+0,32674 ]
1 + 0,32674
= 0,0722
Universitas Sumatera Utara
70 ε =
T
c,o
– T
c,i
T
h,i
– T
c,i
0,0722=
T
c,o
–36 50
– 36
T
c,o
= 37,010 °C Mendapatkan harga Tco digunakan kesetimbangan entalpi
C
h
T
h,i
– T
h,o
= C
c
T
c,o
– T
c,i
413,136 50 –T
h,o
= 1354,988 37,010 – 36
T
h,o
= 49.669°C Th yang didapat = 50+49,6692= 49,8
o
C mendekati hasil dengan pemisalan 49.8345
o
C Tc yang didapat = 36+37,0102 = 29,37
o
C mendekati hasil pemisalan 36.506
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 keefektifitasannya.
Berikut merupakan lampiran tabel perhitungan teori dengan variasi laju aliran fluida dingin 240Ljam dan laju aliran fluida panas 180, 240, 300, 360
Ljam Tabel 4.1 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi
DATA TEORI Hasil Teori
efektifitas teori
Kondisi eksperimen
Thi ºC
Qh lj Tci
ºC Qc
lj Tho
ºC Tco
ºC 1
40 180
34 240
39.7698 34.3545
6.6870 2
240 39.7733
34.4650 6.8721
3 300
39.7641 34.6054
6.9870 4
360 39.7626
34.7310 7.0666
5 45
180 35
240 44.6119
35.5956 6.7796
6 240
44.6062 35.8060
6.9600
Universitas Sumatera Utara
71 7
300 44.6070
36.0162 7.0730
8 360
44.6000 36.2266
7.1510 9
50 180
36 240
49.4500 36.8300
6.8700 10
240 49.4484
37.1250 7.0477
11 300
49.4437 37.4180
7.1589 12
360 49.7200
36.8560 7.2356
13
55 180
32 240
54.1005 33.3800
6.6940 14
240 54.0880
33.8650 6.8550
15 300
54.0808 34.3500
6.9566 16
360 54.5379
33.4177 7.0264
Tabel 4.2 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi DATA TEORI
Hasil Teori efektifitas
Kondisi eksperimen
Thi ºC
Qh lj
Tci ºC
Qc lj
Tho ºC
Tco ºC
1
40 180
35 360
39.8216 34.1831
6.5110 2
240 39.8180
34.2860 6.7780
3 300
39.8164 34.3140
6.9478 4
360 39.8150
34.3797 7.0661
5
45 180
34 360
44.6719 34.3360
6.5290 6
240 44.6660
34.4560 6.7839
7 300
44.6630 34.5760
6.9460 8
360 44.6600
34.6960 7.0591
9 50
180 37
360 49.6130
37.3950 6.6740
Universitas Sumatera Utara
72 10
240 49.6060
37.5350 6.9291
11 300
49.6020 37.6755
7.0918 12
360 49.5990
37.8160 7.2055
13
55 180
35 360
54.4010 35.6100
6.6460 14
240 54.3920
35.8360 6.8888
15 300
54.3860 36.0420
7.0437 16
360 54.3820
36.2590 7.1519
Tabel 4.3 hasil perhitungan berdasarkan metode iterasi DATA TEORI
Hasil Teori efektifitas
Kondisi eksperimen
Thi ºC
Qh lj
Tci ºC
Qc lj
Tho ºC
Tco ºC
1
40 180
34 180
39.7190 34.5750
2.9850 2
240 39.7160
34.7770 3.0120
3 300
39.7135 34.9800
3.0288 4
360 39.7120
35.1830 3.0398
5
45 180
34 180
44.5330 35.9570
2.9850 6
240 44.5260
36.2930 3.0105
7 300
44.5220 36.6390
3.0261 8
360 44.5200
36.9650 3.0366
9
50 180
35 180
49.2970 36.4530
2.9888 10
240 49.2880
36.9380 3.0130
11 300
49.2830 37.4405
3.0281 12
360 49.2790
37.9430 3.0380
13 55
180 34
180 54.0040
35.0051 2.9970
Universitas Sumatera Utara
73 14
240 54.0010
36.7150 3.0204
15 300
53.9940 37.4180
3.0328 16
360 53.9890
38.1210 3.0440
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian