Perhitungan Teoritis Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

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

Dokumen yang terkait

Analisis Dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Dengan Variasi Kapasitas Aliran Fluida Panas, Kapasitas Aliran Fluida Dingin, Dan Suhu Masukan Fluida Panas Dengan Aliran Sejajar

2 84 112

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Berlawanan dengan Variasi Temperatur Air Panas Masuk Pada Kapasitas Aliran yang Konstan

2 65 102

Analisis dan simulasi keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat dengan variasi kapasitas aliran fluida panas, kapasitas aliran fluida dingin, dan suhu masukan fluida panas dengan aliran sejajar

0 35 126

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

0 0 45

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

0 0 1

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

0 0 20

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

0 0 1

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

0 0 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Analisis Dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Dengan Variasi Kapasitas Aliran Fluida Panas, Kapasitas Aliran Fluida Dingin, Dan Suhu Masukan Fluida Panas Dengan Aliran Sejajar

1 3 42

Analisis Dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Dengan Variasi Kapasitas Aliran Fluida Panas, Kapasitas Aliran Fluida Dingin, Dan Suhu Masukan Fluida Panas Dengan Aliran Sejajar

0 0 13