5.1 Analisa Perhitungan
a. Eksperimen 1 pada Bilangan Reynolds Fluida Dingin 2.760 1 Perhitungan Temperatur Keluar Fluida Dingin Teoritis T
co, t
. Perhitungan temperatur keluar fluida dingin teoritis dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan kesetimbangan panas, karena ada dua variabel yang belum diketahui, maka dilakukan suatu metode
iterasi agar besarnya kalor yang masuk sama dengan kalor yang keluar. Sehingga:
h c
q q
=
g f
h eksp
ci t
co c
p c
h m
T T
c m
, ,
, ,
⋅ =
− ⋅
⋅
3 ,
,
10 56
, 2436
461 ,
2 00
. 30
0253 ,
× ⋅
= −
⋅ ⋅
t co
c p
T c
3
10 56
, 2436
461 ,
2 00
, 30
78 ,
86 189
, 4174
0253 ,
× ⋅
= −
⋅ ⋅
5996,365 = 5996,374 W 2 Perhitungan Pelepasan Kalor Yang Keluar Ke Lingkungan.
ekp co
t co
c p
c L
T T
c m
q
, ,
,
− ⋅
⋅ =
07 ,
31 78
, 86
484 ,
183 .
4 0253
, −
⋅ ⋅
=
465 ,
5896 =
W
3 Propertis Fluida Dingin Pada Temperatur Rata-Rata.
2
, ,
, eksp
ci t
co t
cm
T T
T +
=
2 00
, 3
78 ,
86 +
=
39 ,
58 =
o
C 39
, 331
= K
Tabel A.6.
3 f
10 016556
. 1
V
−
× =
m
3
kg 556
, 4184
c
c p,
= Jkg K
6 f
10 992
, 478
−
× =
µ N sm
2
3 f
10 668
, 651
k
−
× =
Wm K 074
, 3
p
f r,
= 4 Propertis Fluida Panas Pada Temperatur Rata-Rata.
2
ho hi
hm
T T
T +
=
2 09
, 30
61 ,
95 +
=
85 ,
62 =
o
C 85
, 335
= K
Tabel A.6. 8605
, 6
V
g
= m
3
kg
3 g
f,
10 96
, 2351
h ×
=
Jkg
6 g
10 524
, 10
−
× =
µ N sm
2
3 g
10 051
, 22
k
−
× =
Wm K 917
, p
g r,
= 5 Perhitungan Bilangan Reynolds Teoritis Fluida Dingin.
µ ρ
h m
D U
Re ⋅
⋅ =
Dimana:
A Q
U
c m
=
1 f
c c
V m
Q
−
=
1 3
10 016556
, 1
0253 ,
− −
× =
5
10 535
, 2
−
× =
m
3
s Sehingga:
A Q
U
c m
=
2 5
024 ,
4 1
10 535
, 2
⋅ ⋅
× =
−
π 056
, =
ms
Jadi besarnya bilangan Reynolds teoritis fluida dingin adalah:
µ ρ
h m
D U
Re ⋅
⋅ =
6 1
3
10 992
, 478
024 ,
056 ,
10 016556
, 1
− −
−
× ⋅
⋅ ×
=
195 ,
2760 =
6 Perhitungan Bilangan Nusselt Fluida Dingin. Karena aliran yang terjadi pada tube annulus laminar, maka
besarnya bilangan Nusselt dapat dicari dengan menggunakan tabel 1, yaitu dengan cara membagi d
o
D
i
, sehingga:
0497 ,
0257 ,
D d
i o
=
52 ,
= Karena hasil dari d
o
D
i
dalam tabel 1 tidak ada, maka dilakukan metode iterasi, sehingga:
74 ,
5 74
, 5
86 ,
4 50
, 00
, 1
50 ,
52 ,
Nu
d
+ −
⋅ −
− =
71 ,
5 =
7 Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Fluida Dingin. Dari hasil perhitungan bilangan Nusselt dan berdasarkan sifat
konduktivitas thermal fluida, maka koefisien perpindahan panas konveksi pada tube annulus dapat ditentukan dengan persamaan:
h d
o
D k
Nu h
⋅ =
024 ,
10 668
, 651
71 ,
5
3 −
× ⋅
=
042 ,
155 =
Wm
2
K 8 Perhitungan Bilangan Reynolds Fluida Panas.
µ ρ
i m
d U
Re ⋅
⋅ =
Dimana:
A Q
U
h
=
h
1 g
h h
V m
Q
−
=
1 3
860 ,
6 10
461 ,
2
− −
× =
01688 ,
= m
3
s Sehingga:
A Q
U
h
=
h
2
0235 ,
4 1
01688 ,
⋅ ⋅
= π
917 ,
38 =
ms Jadi besarnya bilangan Reynolds fluida panas adalah:
µ ρ
i h
d U
Re ⋅
⋅ =
6 1
10 524
, 10
0235 ,
917 ,
38 860
, 6
− −
× ⋅
⋅ =
907 ,
666 .
12 =
9 Perhitungan Bilangan Nusselt Fluida Panas. Karena aliran yang terjadi untuk fluida panas adalah turbulen,
maka besarnya bilangan Nusselt dapat ditentukan dengan persamaan:
3 ,
5 4
Pr Re
023 ,
⋅ ⋅
=
D d
Nu
3 ,
8 ,
91753 ,
907 ,
666 .
12 023
, ⋅
⋅ =
919 ,
42 =
10 Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Fluida Panas Dari hasil perhitungan bilangan Nusselt dan berdasarkan sifat
konduktivitas thermal fluida, maka koefisien perpindahan panas konveksi pada tube bagian dalam dapat ditentukan dengan persamaan:
i d
i
d k
Nu h
⋅ =
0235 ,
10 051
, 22
919 ,
42
3
−
× ⋅
=
274 ,
40 =
Wm
2
K
11 Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Besarnya koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat diperoleh
dari harga masing-masing koefisien perpindahan panas fluida kerja yang ditentukan dengan persamaan:
i i
o i
o o
o o
h r
r r
r k
r h
U 1
ln 1
1 ⎟⎟
⎠ ⎞
⎜⎜ ⎝
⎛ +
⎟⎟ ⎠
⎞ ⎜⎜
⎝ ⎛
+ =
1
273 ,
40 1
0117 ,
0127 .
0117 ,
0127 ,
ln 386
0127 ,
042 ,
155 1
−
⎥ ⎦
⎤ ⎢
⎣ ⎡
⋅ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ +
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
⋅ +
=
937 ,
29 =
Wm
2
K 12 Perhitungan Daya Pompa
Besarnya daya masuk kedalam pompa dapat ditentukan dengan persamaan:
I V
P
in
⋅ =
= 2 ,
1 5
, 211 x
= 253,8 W Sedangkan besarnya daya pompa yang dibutuhkan untuk
mengalirkan fluida dingin dapat ditentukan dengan persamaan:
c f
out
m P
V P
⋅ ∆
⋅ =
0253 ,
45 ,
1077 10
016556 ,
1
3
⋅ ⋅
× =
−
771 ,
2 =
W
Untuk eksperimen 1 sampai 4 pada bilangan Reynolds 629 ,
2864 dapat disajikan pada tabel 3. Dengan cacatan bahwa untuk properties
fluida dingin maupun fluida panas dapat dilihat pada lampiran tabel properties.
13 Perhitungan efektifitas sirip h
o
= 153,424 Wm
2
.K T
h,m
= 65,585
C t
= 0,005 m T
c,m
= 35,268
C L
f
= 0,005 m k
= 59 Wm d
f,i
= d
o
= 0,0257 m s
= 0,060 m n
= 50 fin r
f,o
= 0,01785 m r
f,i
= 0,01285 m
a. mencari q tanpa sirip L
d A
o f
no
⋅ ⋅
= π
,
= π · 0,0257 · 1,5
= 0,121108 m
2
T A
h q
f no
o f
no
∆ ⋅
⋅ =
, ,
=
39 ,
58 85
, 62
121108 ,
042 ,
155 −
⋅ ⋅
= 83,744 W b. mencari perpindahan kalor dengan sirip dan luasan pada sirip
dapat dirumuskan sebagai berikut :
01285 ,
005 ,
01785 ,
2 1
, 2
1 ,
⋅ +
= ⋅
+
i f
o f
r t
r
5836 ,
1 =
t k
h t
L
f
⋅ ⋅
⋅ +
=
2 1
ξ
005 ,
59 042
, 155
005 ,
005 ,
2 1
⋅ ⋅
⋅ +
=
1719 ,
=
t r
r r
A
o f
i f
o f
f
⋅ ⋅
⋅ +
⋅ ⋅
− ⋅
=
, 2
, 2
,
2 2
π π
π 005
, 01785
, 2
2 01285
, 01785
,
2 2
⋅ ⋅
⋅ +
⋅ ⋅
− ⋅
=
π π
π
001525 ,
=
m
2 max
q q
f f
⋅ =
η atau
T A
h
f o
f
∆ ⋅
⋅ ⋅
η
39 ,
58 85
, 62
001525 ,
042 ,
155 97
, −
⋅ ⋅
⋅ =
02288 ,
1 =
W
c. Tidak semua bagian annulus diselimuti oleh sirip, maka perumusannya juga lain. Untuk pipa yang tidak diselimuti sirip
dapat dirumuskan sebagai berikut :
s d
A
i f
f un
⋅ ⋅
=
, ,
π
060 ,
0257 ,
⋅ ⋅
=
π
009689 ,
=
m
2
T A
h q
f un
o f
un
∆ ⋅
⋅ =
, ,
39 ,
58 85
, 62
009689 ,
042 ,
155 −
⋅ ⋅
= 69982
, 6
=
W d. Perpindahan kalor total pada sirip didefinisikan sebagai
berikut:
f f
un f
tot
q q
n q
+ ⋅
=
, ,
02288 ,
1 69982
, 6
25 +
⋅ =
06751 ,
193 =
W e. Peningkatan atau keefektifan dari sirip dapat dihitung dengan
rumus :
f no
f tot
increase
q q
q
, ,
− =
744 ,
83 067
, 193
− =
323 ,
109 =
W
f. Jadi efiktifitas dari sirip dapat dirumuskan sebagai berikut :
nf tot
f tot
overall f
q q
, ,
,
=
ε
744 ,
83 06751
, 193
=
= 2,305 = Efektif
5.2 Pembahasan