Analisa Perfomansi Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Dengan Aliran yang Terbagi Dalam Konfigurasi Aliran Berlawanan Arah dan Searah
LAMPIRAN I
ANALISA PERHITUNGAN DATA EKSPERIMEN DAN TEORITIS UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIGA SALURAN SATU LALUAN
ALIRAN TERBAGI DENGAN KONFIGURASI ALIRAN YANG BERLAWANAN ARAH
(2)
1.1 Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Pipa
Diketahui :
D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m Dtembaga = 0,6 mm = 0,0006 m
Dh3i = D2in – D1out = 0,001572 m Dh2o = D3in – Dtembaga = 0,00426 m
Dengan memeperhatikan asumsi-asumsi pada bab IV dan menginterpolasi pada tabel 2.2 dan grafik pada gambar 2.23, maka diperoleh
r* = r3/r4 = 0,329 maka, Nuoo= 4,933, θo = 0,16 r* = r1/r2 = 0,872 maka, Nuii = 5,7, Ɵi = 0,71
Dengan memperhatikan asumsi-asumsi pada point 1 dan 2 maka dengan persamaan 2.3a dan 2.3b diperoleh
Nui = Nuᵢᵢ
1−(q₀"/qᵢ")Ɵi
=
Nui =5,53 1−(0)0,71 Nui = 5,7
Nuo = Nu₀₀
1−(qᵢ"/q₀")Ɵo
=
4,933 1−(0)0,16 Nuo = 4,933
Sehingga koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata pada pipa dalam (Ch3) dan luar (Ch3), dengan persamaan 2.2a dan 2.2b
hi
=
Nui . kDh
=
h2i = 2318.05 W/m 2 oK
hi
=
Nui . kDh
=
h3o = 884,655 W/m 2 oK
Bilangan nusselt pada sisi dalam Nuiidan sisi luar Nu00 pada pipa tembaga yang berada di tengah (channel 1) diasumsikan masing-masing dinding dalam (Ch3) dan luar dipanaskan atau didinginkan secara terpisah adalah
D1i = 0,00806 m D1o = 0,00936 m
(3)
Maka perbandingan D1i
/
D1o = 0,87, kemudian kita peroleh nilai Nuii dan Nuoo dengan cara menginterpolasi pada tabel 2.2 atau grafik pada gambar 2.23 maka kita peroleh, hasil interpolasi sebagai berikut :Nuii = 5,7 dan Ɵ*i = 0,3 Nuoo = 5,2 dan Ɵ*o = 0, 4
Perbandingan antara fluks panas pada sisi luar dengan sisi dalam maupun sebaliknya, dapat diperoleh denggan persamaan 2.1a dan 2.1b, maka diperoleh qo”/ qi” dan qi”/ qo”, yaitu :
− qo”/ qi” = h2i/ h3o=
2318 ,05
884,655
=
2,598− qi”/ qo” = h3o/ h2i =
884,655
2318 ,05
=
0,384917Bilangan Nusselt untuk masing-masing sisi diperoleh dari persamaan 2.3a dan 2.3b, sebagai berikut :
Nui = Nuᵢᵢ
1−(q0”/qᵢ”)Ɵi
=
Nui =5,7 1−(2,598)0,3 Nui = -142,86
Nuo = Nu₀₀
1−(qᵢ"/q₀")Ɵo
=
5,2 1−(0,385)0,4 Nuo = 5,87886
Untuk bilangan nusselt di dalam (Nui) diperoleh negatif hanya karena perhitungan matematis dimana (qo”/ qi”) Ɵ*i lebih besar dari pada 1, sedangkan pada implementasinya dalam penetuaan koefisien perpindahan panas konveksi dianggap sama.
Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata pada sisi dalam dan luar sebagai berikut :
hi
=
Nui . kDh
=
hi = 27436, 6 W/m 2. K
hi
=
Nui . kDh
=
ho = 2614, 283 W/m 2(4)
Kemudian hasil perhitungan koefisien perhitungan panas konveksi diatas digunakan dalam penentuan nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh pada masing-masing sisi saluran.
Koefisien perpindahan panas menyeluruh, U ditentukan dari persamaan 4.1 berikut :
U1
=
1 hi+
Dout 2k
ln
�
Dout Din
�
+
1 ho
�
Dout Din�
1 U=
1 27436 ,6m 2.W�
+
0,008006 2�401m 2Kw �ln
�
0,00935 0,008006
�
+
1 2614 ,283
�
0,008006
0,00935
�
=
0,0002 U = 4074,6 W/m2.KMaka, U12P12L = 39,798 W/o K U1
=
1hi
+
Dout2k
ln
�
DoutDin
�
+
1 ho�
Dout Din�
1 U=
1 27436 ,6 Wm 2.�
+
0,006352(401 w m 2K)
ln
�
0,00635 0,00483�
+
1 2614 ,283
�
0,00635
0,00483
�
=
0,00051 U = 1970,3 W/m2.KMaka,U13P13L = 15,624 W/o K
1.2 Analisa Perhitungan Data Eksperimen Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi
(5)
T1in = 67,7 °C Tsin = 8,4 °C Q1 = 1,02 lpm Q2 = 0,51 lpm Q3= 0,52 lpm T1o = 36,8 °C T2o = 46,1 °C T3o = 30,7 °C
D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m Ditanya :
• ε ...?
• NTU Penyelesaian
Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera
Saat :
T1in = 67,7 °C
ρ = 979,0292 kg/m3
Cp1 = 4,19556 Kj/Kg. K
μ = 0,000416 N.s/m2
Tsin = 8,4 °C
ρ = 1000 kg/m3
Cp2 = 4,19408 Kj/Kg. K
μ = 0,001367 N.s/m2
(6)
Dalam menentukan efektifitas terdapat beberapa parameter dan sesuai kasus atau keadaan tertentu, sesuai pembahasan pada bab II, berikut cara perhitungan menentukan efektifitas.
Maka, Q1 = 1,02 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
1,02 litr /min
60 s .1000 = 0,000017 m 3
/s
Q2 = 0,51 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,51 litr /min
60 s .1000 = 0,0000085 m 3
/s
Q3= 0,52 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,52 litr /min
60 s .1000 = 8,6667 . 10 -6
m3/s
ρ = �� , sehingga ṁ= ρ.Q, maka massa untuk masing-masing fluida :
ṁ1 = 979,0292 kg/m3 . 0,000017 m3/s = 0,016643 kg/s
ṁ2 = 1000 kg/m3 . 0,0000085 m3/s = 0,0085 kg/s
ṁ3 = 1000 kg/m3 . 8,6667.10-6 m3/s = 0,008667 kg.s
Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold
V = �
�
=
4.�
�.�²
• Kecepatan fluida di saluran 1 v1 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,000017 m ³/s
3,14 . ((0,008062)−(0,006352)) = 0,910931 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 2 v2 =
4.Q
π.D² =
4. 0,0000085 m ³/s
3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,339782 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 3 v3 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,0000086667 m ³/s
3,14 . ((0,0048262)) = 0,474032 m/s
(7)
Re = ρ.V.D
μ
− Re1 =
979,0292kg
m 3 0,339782 m
s (0,008006−0,00635 m )
0,000416 N.s/m ² = 3553,066
− Re2 = 1000kg
m 3 0,339782 m
s (0,010922−0,00935 m )
0,001367 N.s/m ² = 390,7824
− Re3 = 1000kg
m 3 0,474032 m
s (0,004826 m )
0,001367 N.s/m ² = 16073,699 Menentukan laju kapasitas aliran :
C1 = ṁ1 . cp1 = 0,016643 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,069829 kW/K C2 = ṁ2. cp2 = 0,0085 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03565 kW/K C3 = ṁ3. cp3 = 0,008667 kg.s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03649 kW/K Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :
Cs = C2 + C3
= 0,03565 kW/K + 0,03649 kW/K = 0,071998
Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,
Maka, Cmin = C1 = 0,069829 kW/K .
Dengan menggunakan persamaan 4.2 dan 4.3 kita tentukan nilai efektifitas (ε)
hasil ekperimen, yaitu :
ε
o =C1 (T1in−T1out ) Cmin (T1in−Tsin )
=
0,069829 kW /K (67,7−36,8 °C)0,069829 kW/K (67,7−8,7 °C)
=
0,521078 = 52,2 %ε
s=
C2 (T2out−T2in )+C3 (T3out−T3in ) Cmin (T1in−Tsin )
=
0,03565 kW /K (46,1−8,4°C )+0,036349 kW /K(30,7−8,4°C)0,069829 kW/K (67,7−8,7 °C)
=
0,520319 = 52 %*)
Lakukan hal yang sama pada analisa perhitungan efektifitas data eksperimen aliran searah (paralel flow)(8)
B. Menentukan NTU Pada Alat Penukar Panas
Dalam menentukan NTU pada alat penukar kalor tiga saluran kita menggunakan persamaan 2.69 atau 2.70. Untuk kasus α₁.α₄ ≠ α₂.α₃ kita menggunakan parameter pada persamaan 2.67a, 2.67b , sedangkan untuk kasus
α₁.α₄= α₂. α₃ menggunakan parameter pada persamaan 2.68a dan 2.68b. Pada kasus ini α₁.α₄ = α₂. α₃, sehingga
ϴ = 1
2α [ a4 ua - a2 va + 1
2α (a1ua +a2 va)(1 – e -2α)]
= 1
−0,75127 [ -4,4623 - 7,97267 + 1
−0,75127 (-12,1933 +7,97267)(1 – e
-(-0,75127) )]
= 24,92753
φ= 1
−0,75127 [ a1 va - a3 ua + 1
2α (a3ua +a4 va)(1 – e -2α
)]
φ= 1
−0,75127 [ -20,0574 - 12,7179 + 1
−0,75127 (12,7179 +-7,34348)(1 – e
-(-0,75127)
)]
= 32,96469
Maka, NTU1 =
U₁₂ P₁₂ L
Cmin = 0,573587 dan NTU2 =
U₁₃ P₁₃ L
Cmin
=
0,741894 Sehingga sesuai persamaan 2.70, maka NTU,NTU =
�
Ntu₁ϴ +Ntu₂Øλϴ + (1 – λ)Ø
�
= 0,741894*Lakukan hal yang sama untuk kasus α₁.α₄ ≠ α₂.α₃, baik aliran berlawanan (counter flow) dan searah ( paralel flow).
1.3 Analisa Perhitungan Secara Teoritis Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi dengan Konnfigurasi Aliran Berlawanan Arah
Diketahui :
(9)
Tsin = 8,4 °C Q1 = 1,02 lpm Q2 = 0,51 lpm Q3= 0,52 lpm
D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m Ditanya :
• ε
Penyelesaian
Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera
Saat :
T1in = 67,7 °C
ρ = 979,0292 kg/m3
Cp1 = 4,19556 Kj/Kg. K
μ = 0,000416 N.s/m2
Tsin = 8,4 °C
ρ = 1000 kg/m3
Cp2 = 4,19408 Kj/Kg. K
μ = 0,001367 N.s/m2
Maka, Q1 = 1,02 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
1,02 litr /min
60 s .1000 = 0,000017 m 3
/s
Q2 = 0,51 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,51 litr /min
60 s .1000 = 0,0000085 m 3
/s
Q3= 0,52 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,52 litr /min
60 s .1000 = 8,6667 . 10 -6
m3/s
(10)
ṁ1 = 979,0292 kg/m3 . 0,000017 m3/s = 0,016643 kg/s
ṁ2 = 1000 kg/m3 . 0,0000085 m3/s = 0,0085 kg/s
ṁ3 = 1000 kg/m3 . 8,6667.10-6 m3/s = 0,008667 kg.s
Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold
V = �
�
=
4.�
�.�²
• Kecepatan fluida di saluran 1 v1 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,000017 m ³/s
3,14 . ((0,008062)−(0,006352)) = 0,910931 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 2 v2 =
4.Q
π.D² =
4. 0,0000085 m ³/s
3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,339782 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 3 v3 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,0000086667 m ³/s
3,14 . ((0,0048262)) = 0,474032 m/s
Menentukan laju kapasitas aliran :
C1 = ṁ1 . cp1 = 0,016643 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,069829 kW/°K C2 = ṁ2. cp2 = 0,0085 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03565 kW/°K C3 = ṁ3. cp3 = 0,008667 kg.s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03649 kW/°K Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :
Cs = C2 + C3
= 0,03565 kW/K + 0,03649 kW/K = 0,071998 kW/K
Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,
(11)
Rasio kapasitas aliran seperti pad persamaan 2.32
S1 = C1/C2 = (0,069829 kW/°K) / ( 0,03565 kW/°K) = 1,95875 S2 = C1/C3 = (0,069829 kW/°K) / (0,03649 kW/°K) = 1,9210811 C1/Cs = (0,069829 kW/°K) / (0,071998 kW/°K) = 0,969886 = 1
Berdasarkan perhitungan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh pada alat penukar kalor pada Bab IV persamaan 4.1 maka diperoleh :
U12P12L = 39,8 W/o K
U13P13L = 15,264 W/o K
Pada persamaan 2.31 maka parameter penentu efektifitas aliran berlawanan arah, sebagai berikut :
�₂ =U₁₃ P₁₃ L C₁
=
40,053 �°� 0,069829 ��°� .1000 �
1 ��
=
0,21892�₃ =U₁₂ P₁₂ L
C₁
=
15,264 �°� 0,069829 �°�1000 �
1 ��
=
0,573589Lalu, koefisien a1 dan a4 dapat dinyatakan dalam a2 dan a3 pada persamaaan 2.34 untuk konfigurasi aliran berlawanan sebagai berikut :
a1 = a3 ( I- s1 ) = 0,573589 (1-1,95875) = -0,54993
a4 = a2 ( I - s2 ) = 0,218592 (1 – 1,9210811) = -0,20134
α1.α4 = 0,110723
α2.α3 = 0,12538
Pada persamaan 2.44 kita menentukan nilai α dan β sebagai parameter
pennetu temperatur keluaran,
α = (a1 + a4)/2
= (-0,54993 + -0,20134)/2
= -0,3756
β = �([(�₁ − �₂)²/4] +�₁�₂).
(12)
Dalam menentukan temperatur keluaran pada masing-masing saluran,
perlu mengetahui keadaan apakah α1.α4 sama dengan α2.α3 atau tidak dan apakah nilai C1/Cs sama dengan (mendekati) satu atau tidak.
Dalam kasus ini α1.α4 = α2.α3 dan C1/Cs = 1, maka menggunakan pendekatan formula untuk parameter tersebut, sebagai berikut :
b1 = b2.b6 – b3.b5
= (-2,00926 . ,63582) – (1,22146 . -0,98347) = -0,07625 b2 = a3 + a4 – s1.a3 e-2α
=0,573589 + (-0,20134) – (1,95875 . 0,573589. e--2(-0,3756))= -2,00926 b3 = s2. a2 . e-2α – a1 –a2
= 1,95875 . 0,21859. e--2(-0,3756) – (-0,54993) - (0,21859) = 1,22146 b4= 2α (T3i – T2i)
= 2. (-0,375634) (8,4 – 8,4°C) = 0
b5 = a4 - 2.α
s1
+
a1 e -2α= (-0,20134) – 2.(−0,375634 )
1,9587 + (-0,54993) . e
--2(-0,3756)
= -0,98347
b6 = -a2 - 2.α
s2
+
a2. e -2α= -(0,21859)-2.(−0,375634 )
1,9210811 + 0,21859 . e
--2(-0,3756)
= 0,63582
b7= 2α [(T1i – T2i)(1- 1 s₁) -
1
s2(T1i – T3i)]
= 2.(-0,3756) {(67,7 – 8,4°C)(1- (1/1,9587))- ((1/1,9210811)*(67,7 – 8,4°C))} = 1,3842
Maka, parameter ua dan va dapat ditentukan,berdasarkan persamaan 2.59 dan 4.6 yaitu :
uA = 1
b₁ (b₄.b₆ - b₃. b₇)
= 1
−0,07625 (0 – 1,22146 . 1,38418 ) = 22,1725
va = - ua.
�
b2 b3�
(13)
= - (
22,1725) (−2,009261,22146 ) = 36,47288
Untuk menentukan temperatur keluaran untuk masing-masing saluran berdasarkan persamaan 2.61, 2.62 dan 2.63, yaitu :
T1o = T1i + 1
s₁(T2i + uA – T1i) + 1
s₂ (T3i + vA – T1i)
= 67,7 °C + ((1/1,958749).(8,4 °C +22,1725-67,7°C)) + ((1/1,9211).(8,4°C +36,47288-67,7°C))
= 36,86 °C T2o = T1i - uA
= 67,7°C – 22,1725 = 45,527 °C
T3o = T1i - vA
= 67,7°C – 36,47288 = 31,22712 °C
Setelah diperoleh temperatur keluaran maka dapat dicari efektifitas dari alat penukar kalor dari persamaan 4.2, yaitu :
ε
o =�1 (�1�� −�1���)
���� (�1�� −����)
=
ε
o =0,069829 ��/°� (67,7°C − 36,86 °C) 0,069829 ��/°� (67,7 °C −8,4 °C)
ε
o = 0,520017 = 52 %* Lakukan hal yang sama untuk menentukan temperatur keluaran dan efektifitas pada konfigurasi aliran berlawanan pada kasus yang sama seperti diatas.
* Jika pada kasus dimana α1.α4 ≠ α2.α3 maka gunakan parameter yang berbeda pada kasus diatas sesuai persamaan pada bab II.
* Jika pada kasus dimana α1.α4 ≠ α2.α3 dan C1/Cs ≠ 1 (tidak mendekati 1) maka gunakan parameter yang berbeda pada kasus diatas sesuai persamaan 2.104 – 2.110 pada bab II.
(14)
Tabel 1.1 Pengujian Hasil Pengukuran Sesuai Kriteria Neraca Energi Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
1,43
0,56 0,54 56,3 26,2 38,7 46,1 43,9 4090,52 670,97 2717,80 1415,13 657,17 588,70 0,687
0,5 0,54 47,87 5,3 27,7 37,5 30,8 3680,36 349,06 1583,57 1991,86 1127,65 964,46 0,708
0,41 0,54 47,7 5 27,7 35,7 30,6 3591,04 283,62 1656,31 1930,88 881,76 1022,22 0,719
0,1 0,55 47,3 5,3 30,1 45,2 40,2 3567,09 69,81 1612,89 1660,76 279,46 1344,42 0,986
1,35 0,72 0,61 53,7 4 32,1 28,0 20,7 3044,60 1306,44 4649,38 2313,22 1211,27 846,63 0,575
0,4 0,6 47,7 4 26,4 36,1 32,3 3514,09 268,55 1692,07 2012,33 900,04 1190,24 0,696
1,3
0,73 0,82 62,4 6,9 38,7 33,2 20,1 4289,31 535,92 2528,74 2801,17 1343,37 1325,39 0,568
0,46 0,65 52,2 30,4 36,5 46,9 45,2 3606,92 654,53 3354,29 1406,17 537,37 625,98 0,661
0,54 0,66 52 30,3 42,7 40,7 37,1 3594,56 823,03 3182,84 975,91 454,35 382,09 0,592
0,43 0,67 52 30,4 38,6 45,7 43,3 3594,56 562,94 3684,52 1110,21 456,20 552,87 0,639
0,69 0,62 50,8 30,6 40,5 39,6 39,1 3517,91 907,17 3424,07 922,52 430,59 365,41 0,593
0,22 0,58 41,09 13,5 31,3 32,4 25,4 3499,69 230,40 2010,12 879,40 342,49 447,88 0,801
0,43 0,67 38,76 11,17 21,8 33,5 30,6 2837,10 358,07 2343,63 1090,35 530,43 537,59 0,636
0,37 0,63 39,69 12,56 22,7 35,4 30,6 2887,21 320,55 2292,68 1068,72 465,88 476,57 0,683
0,25 0,65 40,1 12,7 28,9 35,9 24,4 2909,86 226,00 2336,86 1006,36 420,53 522,04 0,681
1,28 0,59 0,61 54,2 6,1 30,2 31,4 24,7 3596,30 422,25 1863,89 2080,40 1044,97 807,31 0,801
0,11 0,54 42,62 16,19 31,4 38,4 35,4 3005,64 142,32 1992,76 992,19 231,67 670,12 0,920
1,22 0,59 0,61 53,2 6,9 30,6 31,3 24,8 3375,54 396,44 2097,00 1866,68 921,94 851,69 0,614
1,19
0,2 0,5 53,5 27 41,6 50,1 44,1 3005,64 142,32 1992,76 966,42 320,75 593,60 0,880
0,56 0,56 53,5 26,9 41,6 40,2 35,6 2025,36 1132,60 4757,56 1138,41 517,09 439,33 0,638
0,5 0,62 53,5 26,9 41,9 42,2 35,4 2025,36 1011,25 5267,29 1031,94 531,11 499,32 0,619
(15)
Q1 (liter/min Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
1,19 0,61 0,6 46,2 26,9 37,8 35,6 32,4 2973,36 743,49 3071,88 2670,36 1163,83 873,64 1,040
0,5 0,6 47,8 26,9 38,6 39,1 33,1 3057,52 609,42 3071,88 1171,07 562,62 427,52 0,621
1,1
0,56 0,55 66,3 6,8 32,4 36,5 29,5 3924,61 409,80 1690,65 1154,73 438,77 666,48 0,664
0,78 0,67 54,4 29,8 39,2 40,2 39,0 3206,13 1008,33 3638,26 1222,94 651,92 517,48 0,694
0,4 0,8 53,5 27 39,4 42,8 39,0 3361,98 488,51 4104,07 1314,13 659,79 582,19 0,564
0,41 0,53 43,1 7,3 19,8 37,4 31,6 2726,02 297,08 1684,66 2157,71 1343,99 810,58 0,754
0,28 0,52 43,1 7 21,4 37,1 32,8 2603,05 301,97 1639,71 1677,79 803,46 849,82 0,760
1
0,5 0,51 67,7 8,4 36,8 46,1 30,7 3553,07 390,78 1673,70 1722,99 830,30 771,96 0,742
0,42 0,68 55,5 10,2 31,1 37,6 26,2 2896,75 339,43 2308,46 1326,58 647,67 519,82 0,000
0,37 0,64 49,7 3,3 24,7 35,3 20,5 2654,25 243,38 1768,37 1135,62 484,02 552,05 0,679
0,37 0,58 42,7 5,8 25,6 30,8 17,6 2303,38 262,33 1727,35 771,78 243,89 382,81 0,704
0,28 0,6 42,5 5,6 17,9 36,4 37,1 2295,61 197,29 1775,85 1694,79 703,49 861,14 1,000
0,26 0,54 41,3 26,6 30,1 40,1 36,8 2289,19 314,50 2743,77 738,25 432,31 297,51 0,804
0,91
0,26 0,65 53,4 4 25,8 42,6 24,9 2535,32 174,55 1833,08 927,47 401,09 421,28 0,670
0,67 0,64 49,1 28,8 40,6 37,1 30,8 2364,14 848,39 3404,17 1733,41 919,87 741,22 0,850
0,41 0,69 52 28,8 40,1 42,9 35,6 2523,35 519,17 3670,12 1452,35 707,98 724,16 0,740
0,9 0,37 0,63 54,5 5,5 30,8 41 20,4 2580,15 259,90 1858,89 2670,36 1163,83 873,64 0,746
0,89 0,36 0,59 52,2 11,9 33,8 39,3 22,1 2634,27 306,80 2112,09 1171,07 562,62 427,52 0,784
0,8
0,26 0,53 54,8 3,6 31,2 41,3 19,7 2303,66 172,52 1477,24 1568,09 672,67 821,25 0,822
0,72 0,62 54,5 37,3 40,3 39,2 35,7 2436,81 956,62 3583,96 947,18 482,45 361,63 0,914
0,33 0,52 53,8 3,1 26 37,8 21 2355,17 215,82 1428,55 1587,72 687,40 652,82 0,819
0,6 0,6 52,2 28,5 43,2 36,6 30,8 2218,33 755,12 3171,93 732,72 391,35 333,06 0,954
0,28 0,52 49,7 3,6 27,1 37,6 18,4 2123,40 185,79 1449,37 1301,19 667,49 576,06 0,804
0,26 0,57 49,4 29,1 37,3 43,8 37,8 2112,37 331,26 3050,58 645,14 229,07 344,03 0,766
(16)
Q1 (liter/min
Q2 (liter/min)
Q3
(liter/min)
T1in
(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
0,72
0,74 0,6 54,1 29,7 36,0 37,2 36,9 1963,64 954,63 3359,72 854,53 384,94 309,62 1,131
0,22 0,53 49,6 3,7 26,7 36,0 19,0 1960,73 146,40 1481,56 1167,93 498,20 568,52 0,787
0,15 0,57 49,4 28,9 39,9 42,5 36,6 1821,92 190,31 3037,81 451,80 141,52 304,48 0,785
0,48 0,62 49,1 28,8 41,9 37,2 29,4 1812,51 607,80 3297,79 680,14 379,65 275,30 1,067
0,61 0,22 0,53 49,6 3,7 28,2 35,0 18,9 1960,73 146,48 1482,31 1091,43 482,78 564,80 0,833
0,59 0,11 0,54 49,6 3,9 26,9 36,6 19,9 1642,78 73,63 1518,39 969,99 252,15 605,67 0,832
0,54 0,78 0,56 53,8 29,7 35,7 36,3 35,8 1674,16 1006,23 3034,58 734,82 357,06 236,93 1,337
0,5 0,11 0,49 49,6 3,2 26,1 44,5 18,5 1563,29 72,15 1350,01 955,59 318,61 525,77 0,877
(17)
Eksperimen
Teoritis
Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
4090,52 670,97 2717,80 1,27 0,51 56,3 26,2 39,6 43,1 40,9 0,637 0,561 38,9 48,9 45,1 0,717
3680,36 349,06 1583,57 1,35 0,48 47,87 5,3 27,7 37,5 30,8 0,642 0,674 25,5 39,1 32,5 0,712
3591,04 283,62 1656,31 1,41 0,42 47,7 5 27,7 35,7 30,6 0,659 0,650 25,9 40,4 32,3 0,719
3567,09 69,81 1612,89 2,12 0,15 47,3 5,3 30,1 45,2 40,2 0,869 0,849 28,5 47,1 44,8 0,949
3044,60 1306,44 4649,38 1,00 0,54 53,7 4 28,8 28,0 23,8 0,501 0,446 32,4 29,6 20,1 0,428
3514,09 268,55 1692,07 1,35 0,40 47,7 4 26,4 36,1 32,3 0,657 0,682 24,0 40,8 32,6 0,730
4289,31 535,92 2528,74 0,84 0,47 62,4 6,9 31,7 33,2 30,0 0,553 0,527 38,2 34,5 20,8 0,436
3606,92 654,53 3354,29 1,16 0,45 52,2 30,4 36,5 45,9 45,2 0,838 0,693 37,5 48,9 46,3 0,784
3594,56 823,03 3182,84 1,07 0,52 52 30,3 41,1 40,7 39,8 0,536 0,459 42,6 37,9 0,5 0,464
3594,56 562,94 3684,52 1,17 0,08 52 30,4 39,6 45,7 42,3 0,674 0,612 37,5 49,3 46,3 0,789
3517,91 907,17 3424,07 0,99 0,53 50,8 30,6 40,5 39,6 39,1 0,510 0,440 41,9 41,3 37,1 0,439
3499,69 230,40 2010,12 1,61 0,33 41,09 13,5 31,3 32,4 25,4 0,572 0,514 28,5 38,4 31,6 0,735
2837,10 358,07 2343,63 1,17 0,39 38,76 11,17 26,6 28,9 22,7 0,515 0,504 27,0 30,5 21,3 0,497
2887,21 320,55 2292,68 1,29 0,07 39,69 12,56 27,8 30,6 23,4 0,565 0,498 28,3 33,2 23,8 0,542
2909,86 226,00 2336,86 1,43 0,29 40,1 12,7 28,9 35,9 24,4 0,585 0,548 28,3 36,6 26,7 0,616
3596,30 422,25 1863,89 1,02 0,49 54,2 6,1 30,2 31,4 24,7 0,499 0,444 32,8 34,1 22,2 0,445
3005,64 142,32 1992,76 1,95 0,23 42,62 16,19 31,4 38,4 35,4 0,829 0,753 31,1 42,0 37,6 0,848
3375,54 396,44 2097,00 0,97 0,44 53,2 6,9 30,6 31,3 24,8 0,488 0,464 31,8 35,0 21,6 0,461
3005,64 142,32 1992,76 1,95 0,23 53,5 27 41,6 50,1 44,1 0,753 0,713 41,1 51,9 46,1 0,785
2025,36 1132,60 4757,56 1,05 0,50 53,5 26,9 37,6 40,2 38,2 0,550 0,462 41,2 43,0 36,7 0,487
2025,36 1011,25 5267,29 1,05 0,45 53,5 26,9 40,9 42,2 38,5 0,499 0,498 41,3 44,0 36,4 0,484
2969,76 609,41 3071,88 1,07 0,45 49,27 26,9 37,3 38,8 36,5 0,564 0,467 39,0 41,3 35,1 0,484
(18)
Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
2973,36 743,49 3071,88 0,98 0,50 46,2 26,9 35,7 37,7 34,7 0,886 0,804 37,2 37,9 33,4 0,759
3057,52 609,42 3071,88 1,07 0,45 47,8 26,9 35,7 37,7 34,7 0,886 0,804 37,2 37,9 33,4 0,759
3924,61 409,80 1690,65 1,01 0,50 66,3 6,8 32,4 36,5 29,5 0,578 0,441 37,9 42,4 28,6 0,484
3206,13 1008,33 3638,26 0,77 0,54 54,4 29,8 39,2 40,2 39,0 0,618 0,522 42,1 41,4 36,7 0,500
3361,98 488,51 4104,07 0,98 0,33 53,5 27 39,4 42,8 39,0 0,532 0,509 41,2 46,0 35,6 0,464
2726,02 297,08 1684,66 1,21 0,43 43,1 7,3 27,8 30,6 21,0 0,518 0,495 26,7 33,4 22,7 0,556
2603,05 301,97 1639,71 1,15 0,44 43,1 7 25,8 30,0 22,7 0,553 0,523 25,8 32,8 22,4 0,552
3553,07 390,78 1673,70 0,97 0,50 67,7 8,4 36,8 46,1 30,7 0,521 0,520 36,9 45,5 31,2 0,520
2896,75 339,43 2308,46 0,90 0,38 55,5 10,2 31,1 37,6 28,1 0,539 0,531 31,6 41,3 25,6 0,528
2654,25 243,38 1768,37 0,97 0,37 49,7 3,3 24,7 35,3 20,5 0,539 0,501 25,4 37,4 20,9 0,524
2303,38 262,33 1727,35 1,02 0,39 42,7 5,8 23,1 30,8 18,6 0,540 0,476 23,3 33,1 20,8 0,536
2295,61 197,29 1775,85 1,11 0,32 42,5 5,6 25,8 30,4 18,8 0,502 0,458 28,0 32,8 14,2 0,393
2289,19 314,50 2743,77 1,24 0,33 41,3 26,6 30,1 40,1 36,8 0,948 0,770 31,8 40,1 37,5 0,803
2535,32 174,55 1833,08 0,97 0,29 53,4 4 25,8 42,6 22,9 0,558 0,515 24,2 45,8 26,6 0,589
2364,14 848,39 3404,17 0,68 0,51 49,1 28,8 40,6 37,1 30,8 0,420 0,367 41,0 36,9 31,9 0,398
2523,35 519,17 3670,12 0,82 0,37 52 28,8 37,2 42,9 37,6 0,638 0,566 38,8 44,8 36,5 0,568
2580,15 259,90 1858,89 0,88 0,37 54,5 5,5 26,5 41,0 22,3 0,571 0,548 26,6 41,1 23,8 0,570
2634,27 306,80 2112,09 0,99 0,38 52,2 11,9 30,0 40,1 29,5 0,582 0,574 30,4 42,0 28,3 0,573
2303,66 172,52 1477,24 0,99 0,33 54,8 3,6 26,3 40,5 25,7 0,495 0,471 23,0 46,8 29,4 0,551
2436,81 956,62 3583,96 0,60 0,53 54,5 37,3 37,3 39,2 37,7 0,696 0,584 42,4 39,5 34,4 0,488
2355,17 215,82 1428,55 0,96 0,39 53,8 3,1 26,0 32,8 21,0 0,548 0,463 23,6 42,0 25,6 0,595
2218,33 755,12 3171,93 0,66 0,50 52,2 28,5 43,2 36,6 30,8 0,380 0,332 43,5 37,6 30,9 0,369
(19)
Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
2112,37 331,26 3050,58 0,96 0,31 49,4 29,1 37,7 41,8 37,8 0,576 0,512 36,7 46,3 39,0 0,627
2090,66 778,80 3003,25 0,68 0,52 48,8 29,2 40,56 37,1 30,8 0,420 0,367 41,0 36,9 31,8 0,398
1963,64 954,63 3359,72 0,50 0,54 54,1 29,7 36,0 37,2 36,9 0,740 0,602 38,4 39,5 35,2 0,641
1960,73 146,40 1481,56 0,97 0,29 49,6 3,7 26,7 36,0 19,0 0,536 0,489 29,4 41,5 16,6 0,487
1821,92 190,31 3037,81 0,95 0,21 49,4 28,9 39,9 42,5 36,6 0,441 0,436 41,0 47,5 34,6 0,410
1812,51 607,80 3297,79 0,62 0,44 49,1 28,8 41,9 37,2 29,4 0,354 0,316 42,3 37,4 29,7 0,335
1960,73 146,48 1482,31 0,97 0,29 49,6 3,7 28,2 35,0 18,9 0,466 0,448 29,4 41,5 16,6 0,454
1642,78 73,63 1518,39 0,94 0,17 49,6 3,9 26,9 36,6 19,9 0,497 0,439 31,2 46,9 17,3 0,403
1674,16 1006,23 3034,58 0,44 0,58 53,8 29,7 35,7 36,3 35,8 0,751 0,607 35,7 38,9 35,8 0,751
1563,29 72,15 1350,01 0,97 0,18 49,6 3,2 26,1 44,5 18,5 0,506 0,448 30,0 46,6 17,5 0,437
(20)
Tabel 1.3 Data Hasil Eksperimen dan Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Aliran Berlawanan Arah
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
39,6 43,1 40,9 38,9 48,9 45,1 1,9 11,9 9,4
27,7 37,5 30,8 25,5 39,1 32,5 8,0 4,0 5,2
27,7 35,7 30,6 25,9 40,4 32,3 6,6 11,7 5,3
30,1 45,2 40,2 28,5 47,1 44,8 5,3 4,1 10,3
28,8 28,0 23,8 32,4 29,6 20,1 11,1 5,4 15,7
26,4 36,1 32,3 24,0 40,8 32,6 8,9 11,6 0,9
31,7 33,2 30,0 38,2 34,5 20,8 17,0 3,7 30,6
36,5 45,9 45,2 37,5 48,9 46,3 2,7 6,2 2,4
41,1 40,7 39,8 43,9 40,8 35,7 6,4 0,4 10,4
39,6 45,7 42,3 37,5 49,3 46,3 5,3 7,3 8,6
40,5 39,6 39,1 41,9 41,3 37,1 3,4 4,2 5,0
31,3 32,4 25,4 28,5 38,4 31,6 8,9 15,6 19,5
26,6 28,9 22,7 27,0 30,5 21,3 1,5 5,5 6,2
27,8 30,6 23,4 28,3 33,2 23,8 1,7 7,7 1,6
28,9 35,9 24,4 28,3 36,6 26,7 2,0 1,8 8,7
30,2 31,4 24,7 32,8 34,1 22,2 7,9 7,9 10,0
31,4 38,4 35,4 31,1 42,0 37,6 0,8 8,6 5,8
30,6 31,3 24,8 31,8 35,0 21,6 3,9 10,6 12,7
41,6 50,1 44,1 41,1 51,9 46,1 1,2 3,4 4,3
37,6 40,2 38,2 41,2 43,0 36,7 8,7 6,5 3,9
40,9 42,2 38,5 41,3 44,0 36,4 0,9 4,1 5,5
(21)
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
35,7 37,7 34,7 37,2 37,9 33,4 4,1 0,5 3,6
37,5 39,1 35,7 39,8 38,5 31,9 5,8 1,4 10,7
32,4 36,5 29,5 37,9 42,4 28,6 14,5 14,0 2,9
39,2 40,2 39,0 42,1 41,4 36,7 6,9 2,8 5,8
39,4 42,8 39,0 41,2 46,0 35,6 4,4 7,0 8,6
27,8 30,6 21,0 26,7 33,4 22,7 4,1 8,4 7,6
25,8 30,0 22,7 25,8 32,8 22,4 0,2 8,6 1,5
36,8 46,1 30,7 36,9 45,5 31,2 0,2 1,2 1,7
31,1 37,6 28,1 31,6 41,3 25,6 1,5 9,0 8,8
24,7 35,3 20,5 25,4 37,4 20,9 2,6 5,7 2,1
23,1 30,8 18,6 23,3 33,1 20,8 0,7 6,8 10,7
25,8 30,4 18,8 28,0 32,8 14,2 7,9 7,2 24,6
30,1 40,1 36,8 31,8 40,1 37,5 5,4 0,0 1,9
25,8 42,6 22,9 24,2 45,8 26,6 6,0 6,9 13,9
37,2 38,1 35,5 37,3 39,0 34,6 0,2 2,3 2,4
37,2 42,9 37,6 38,8 44,8 36,5 4,2 4,2 2,8
26,5 41,0 22,3 26,6 41,1 23,8 0,4 0,2 6,1
30,0 40,1 29,5 30,4 42,0 28,3 1,2 4,5 4,2
26,3 40,5 25,7 23,0 46,8 29,4 12,4 13,5 12,6
37,3 39,2 37,7 42,4 39,5 34,4 12,1 0,7 8,8
(22)
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
38,9 37,9 36,5 43,5 37,6 30,9 10,5 0,6 15,3
26,1 37,6 19,4 29,2 38,3 16,5 10,5 2,0 14,9
37,7 41,8 37,8 36,7 46,3 39,0 2,7 9,7 3,1
35,9 38,1 36,0 36,4 39,6 35,4 1,5 3,7 1,6
36,0 37,2 36,9 38,4 39,5 35,2 6,3 5,7 4,5
26,7 36,0 19,0 29,4 41,5 16,6 9,1 13,3 12,6
39,9 42,5 36,6 41,0 47,5 34,6 2,7 10,5 5,4
34,8 40,2 35,2 35,1 40,9 35,0 0,8 1,7 0,7
28,2 35,0 18,9 29,4 41,5 16,6 4,0 15,7 12,1
26,9 36,6 19,9 31,2 46,9 17,3 13,7 21,9 12,9
35,7 36,3 35,8 35,7 38,9 35,8 0,0 6,8 0,1
26,1 44,5 18,5 30,0 46,6 17,5 13,0 4,4 5,6
(23)
LAMPIRAN II
ANALISA PERHITUNGAN DATA EKSPERIMEN DAN TEORITIS UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIGA SALURAN SATU LALUAN
ALIRAN TERBAGI DENGAN KONFIGURASI ALIRAN YANG SEARAH
(24)
2.1. Analisa Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi dengan Konfigurasi Aliran Searah
Diketahui :
T1in = 37,7 °C Tsin = 27,2 °C Q1 = 0,69 lpm Q2 = 0,65 lpm Q3= 0,61 lpm
D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m Ditanya :
• ε
Penyelesaian
Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera
Saat :
T1in = 37,7 °C
ρ = 992,7726 kg/m3
Cp1 = 4,18028 Kj/Kg. K
μ = 0,000686 N.s/m2
Tsin = 27,2 °C
ρ = 996,9295 kg/m3
Cp2 = 4,17804 Kj/Kg. K
μ = 0,000852 N.s/m2
Maka, Q1 = 0,69 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,69 litr /min
60 s .1000 = 1, 15 .10 -5
m3/s
Q2 = 0,65 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,65 litr /min
60 s .1000 = 1,08.10 -5
m3/s
Q3= 0,61 lpm => Q1 =
�
Q60 s .1000
�
=
0,61 litr /min
60 s .1000 = 1,02 . 10 -5
(25)
ρ = �� , sehingga ṁ= ρ.Q, maka massa untuk masing-masing fluida :
ṁ1 = 992,7726 kg/m3 . 1, 15 .10-5 m3/s = 0,011417 kg/s
ṁ2 = 996,9295 kg/m3 . 1,08.10-5 m3/s = 0,0108 kg/s
ṁ3 = 996,9295 kg/m3 . 1,02 . 10-5 m3/s = 0,010135 kg/s
Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold
V = �
�
=
4.�
�.�²
• Kecepatan fluida di saluran 1 v1 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,0000115 m ³/s
3,14 . ((0,008062)−(0,006352)) = 0,616218 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 2 v2 =
4.Q
π.D² =
4. 0,0000108 m ³/s
3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,43305 m/s
• Kecepatan fluida di saluran 3 v3 =
4.Q
π.D²
=
4. 0,0000102 m ³/s
3,14 . ((0,0048262)) = 0,556076 m/s
Menentukan laju kapasitas aliran :
C1 = ṁ1 . cp1 = 0,011417 kg/s. 4,18028 Kj/Kg. K = 0,047726 kW/°K C2 = ṁ2. cp2 = 0,0108 kg/s. 4,17804 Kj/Kg. K = 0,045123 kW/°K C3 = ṁ3. cp3 = 0,010135 kg.s . 4,17804 Kj/Kg. K = 0,042346 kW/°K Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :
Cs = C2 + C3
= 0,045123 kW/°K + 0,042346 kW/°K
(26)
Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,
Maka, Cmin = C1 = 0,047726 kW/K .
Rasio kapasitas aliran seperti pad persamaan 2.32
S1 = C1/C2 = (0,047726 kW/°K) / (0,045123 kW/°K) = 1,057679 S2 = C1/C3 = (0,069829 kW/°K) / (0,042346 kW/°K) = 1,127035 C1/Cs = ((0,047726 kW/°K) / (0,087469 kW/°K) = 0,545628
Berdasarkan perhitungan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh pada alat penukar kalor pada Bab IV persamaan 4.1 maka diperoleh :
U12P12L = 39,8 W/o K
U13P13L = 15,264 W/o K
Pada persamaan 2.31 maka parameter penentu efektifitas aliran berlawanan arah, sebagai berikut :
�₂ =U₁₃ P₁₃ L C₁
=
40,053 �°� 0,047726 ��°�1000 1 �
��
=
0,319827�₃ =U₁₂ P₁₂ L
C₁
=
15,264 �°� 0,047726 ��°�1000 �
1 ��
=
0,839232Lalu, koefisien a1 dan a4 dapat dinyatakan dalam a2 dan a3 pada persamaaan 2.33 untuk konfigurasi aliran searah sebagai berikut :
a1 = a3 ( I+s1 ) = 0,839232 (1+ 1,057679)
a4 = a2 ( I + s2 ) = 0,319827 (1 + 1,127035)
α1.α4 = 1,174761
α2.α3 = 0,268409
Pada persamaan 2.44 kita menentukan nilai α dan β sebagai parameter pennetu
temperatur keluaran,
α = (a1 + a4)/2 = (1,72687 + 0,680281)/2 = 1,203577
(27)
= �([(1,72687−0,31987)²/4] + (1,72687 . 0,319827).
= 0,8737
Panjang Alat penukar kalor (L) = 1,22 m
ϒ = (a4 - a1)/2 = (0,680281 - 1,72687)/2 = 0,52329
Untuk menentukan temperatur keluaran masing-masing saluran dibutuhkan beberapa parameter penentu hal tersebut seperti pada persamaan 2.54, 2.55, 2.53 dan 2.52 diantaranya yaitu :
uA = T1i – T2i = 37,7 °C – 27,2 °C = 10,5 °C vA = T1i – T3i = 37,7 °C – 27,2 °C = 10,5 °C uL = e-αL [ uA cosh βL +
1
β (ϒ uA – α2 vA) sinh βL] = e-1,203577 . 1,22 { 10,5 °C . (cosh 0,8737. 1,22 m +
((1/0,8737)(0,52329 . 10,5°C - 0,319827).sinh 0,8737. 1,22 m)) = 0,941145
vL = e-αL [vA cosh βL - 1
β (ϒ vA – α3 uA) sinh βL]
= e-1,203577 . 1,22 ((10,5 °C . cosh 0,8737. 1,22 m) – (((1/0,8737)(0,52329 . 10,5°C - 0,839232).sinh 0,8737. 1,22 m))
= 2,80812
Maka, untuk menentukan temperatur keluar sesuai persamaan 2.56, 2.57 dan 2.58
T1o =
C₁ T₁ᵢ + C₂(UL + T₂ᵢ) + C₃ (vL + T₃ᵢ) C₁ + C₂ + C₃
=
0,047726kW
°K. 37,7 °C + 0,045123 kW/°K (0,941145 + 27,2 ) + 0,042346 kW/°K (2,80812 + 27,2)
(0,047726 + 0,045123 + 0,042346 )kW/°K = 32,15919 °C
T2o = T1o - uL
= 32,15919 °C - 0,941145 = 31,15919 °C
T3o = T1o - vL
= 32,15919 °C - 2,80812 = 29,29221 °C
(28)
Setelah diperoleh temperatur keluaran maka dapat dicari efektifitas dari alat pe nukar kalor dari persamaan 4.2, yaitu :
ε
= �1 (�1�� −�1���)���� (�1�� −����)
=
ε
o =0,047726 ��/°� (37,7°C − 32,15919 °C) 0,047726 ��/°� (37,7 °C −8,4 °C)
ε
= 0,533299 = 53 %*Lakukan hal yang sama untuk menentukan temperatur keluaran dan efektifitas pada konfigurasi aliran searah pada kasus yang sama seperti diatas.
(29)
Tabel 2.1 Pengujian Hasil Pengukuran Sesuai Kriteria Neraca Energi Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
1,13 0,83 0,57 53,60 28,70 42,80 37,60 36,60 3197,11 1048,85 3025,64 808,73 512,54 280,80 0,631
1,09 0,63 0,57 61,00 29,30 48,50 42,60 37,70 3442,30 805,99 3063,20 935,11 581,24 332,14 0,553
1,02 0,76 0,54 62,70 29,20 46,40 42,40 39,90 3303,49 970,30 2895,99 1140,47 695,93 400,83 0,680
1,00
0,30 0,47 62,80 29,20 47,50 45,10 43,00 3243,30 383,01 2520,58 1049,47 330,90 449,94 0,472
0,61 0,49 57,00 8,40 33,70 28,10 25,40 2976,75 467,41 1577,14 1710,65 840,00 582,28 0,632
0,56 0,46 56,80 8,90 33,70 28,10 25,40 2967,64 435,37 1502,23 1587,15 751,33 530,37 0,616
0,98
0,65 0,62 59,60 29,10 44,60 41,20 36,00 3030,24 828,15 3318,17 1009,24 545,63 296,78 0,592
0,43 0,67 59,20 29,00 46,40 43,30 36,60 3012,27 546,73 3578,39 861,31 426,60 353,26 0,401
0,24 0,46 56,00 7,20 38,50 36,50 25,80 2873,11 177,75 1431,08 1178,80 491,94 598,55 0,452
0,30 0,50 56,00 7,20 34,00 30,20 24,90 2873,11 222,19 1555,52 1481,92 482,58 618,96 0,434
0,13 0,47 55,80 7,10 42,20 40,60 24,70 2866,61 96,01 1458,13 916,87 304,68 578,73 0,427
0,96
0,50 0,43 55,80 7,10 34,10 29,70 24,20 2806,00 369,28 1334,03 1432,03 790,57 514,43 0,617
0,51 0,49 55,60 7,60 35,50 27,70 23,30 2797,58 381,97 1541,59 1326,57 716,94 538,04 0,570
0,41 0,48 55,60 7,20 35,50 30,70 24,20 2797,58 303,65 1493,30 1326,57 674,04 570,85 0,508
0,65 0,51 55,60 8,20 33,50 27,70 22,70 2797,58 495,20 1632,10 1458,57 886,12 516,99 0,670
0,46 0,54 51,20 29,40 41,20 40,10 36,70 2616,43 589,72 2908,00 661,32 341,42 273,44 0,489
0,52 0,58 51,10 29,40 40,70 37,20 36,40 2611,66 666,64 3123,41 687,78 281,35 281,63 0,520
0,59 0,51 55,10 8,80 33,20 25,90 23,70 2776,74 457,36 1660,66 1445,73 705,05 531,04 0,624
0,26 0,54 50,90 29,30 42,90 41,70 36,10 2602,46 332,63 2901,98 529,11 223,65 254,72 0,384
(30)
Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
0,91
0,33 0,49 62,90 29,30 47,50 43,80 43,80 2955,58 422,19 2633,28 961,22 331,93 492,87 0,453
0,15 0,63 57,80 30,50 42,90 40,20 40,50 2740,27 826,53 3031,03 931,33 423,74 381,37 0,657
0,63 0,55 57,80 30,50 42,90 40,20 38,80 2736,30 561,75 2853,58 831,34 375,71 346,17 0,493
0,15 0,63 58,00 30,30 47,70 46,40 40,80 2748,25 198,19 3496,64 643,77 167,47 458,72 0,312
0,30 0,55 57,10 30,60 45,60 43,20 40,20 2712,73 394,42 3037,48 718,94 262,10 366,10 0,384
0,52 0,43 55,70 7,10 32,50 30,00 25,10 2655,86 382,99 1330,33 1451,35 833,16 541,54 0,657
0,72 0,50 55,00 9,60 32,70 26,00 23,80 2628,21 571,46 1666,99 1395,53 824,73 495,90 0,756
0,78 0,67 50,60 30,90 39,80 37,40 36,50 2453,82 1032,1 3723,99 677,15 351,50 260,13 0,688
0,72 0,58 45,10 27,00 35,80 35,10 31,80 2229,51 879,32 2975,45 584,07 404,89 193,28 0,440
0,90 0,78 0,63 63,40 29,00 43,80 41,20 38,60 2943,97 991,74 3364,76 1209,69 660,19 419,59 0,571
0,89
0,63 0,44 55,60 7,40 33,30 27,20 22,70 2593,59 469,21 1376,53 1364,48 872,53 470,89 0,758
0,65 0,60 51,70 30,70 40,90 38,40 36,90 2599,42 481,94 1868,71 662,05 347,02 257,93 0,651
0,69 0,60 49,70 26,90 38,70 35,50 33,00 2362,28 840,66 3070,64 674,72 411,98 254,10 0,680
0,87 0,72 0,50 56,20 6,60 30,60 23,90 20,80 2558,35 523,52 1527,14 1530,71 871,72 496,89 0,788
0,60 0,51 55,10 6,60 29,60 24,40 22,50 2549,33 436,27 1557,68 1526,49 747,43 567,50 0,687
0,80
0,26 0,44 57,10 8,30 36,80 33,80 25,80 2384,82 198,65 1412,14 1115,67 463,48 538,28 0,412
0,37 0,44 56,90 7,90 33,50 28,10 25,30 2377,75 279,48 1396,09 1286,14 522,62 535,34 0,534
0,48 0,42 56,30 7,70 33,10 27,80 23,50 2356,08 360,52 1325,10 1275,53 674,72 464,08 0,694
0,59 0,43 56,20 7,40 32,30 25,60 23,50 2352,51 439,42 1345,24 1314,08 751,10 484,25 0,806
(31)
Q1 (liter/min)
Q2 (liter/min)
Q3
(liter/min)
T1in
(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C) Re1 Re2 Re3
q1
(Watt)
q2
(Watt)
q3
(Watt) NTU
0,74 0,59 0,59 40,90 27,10 33,10 32,30 31,60 1682,14 721,98 3032,73 399,81 212,99 184,32 0,595
0,80 0,63 49,80 31,50 39,30 37,50 36,30 1867,80 1072,35 3547,29 549,96 332,71 209,61 0,818
0,69 0,65 0,61 37,70 27,20 32,60 30,00 29,80 1476,71 796,98 3141,74 243,40 126,34 110,10 0,779
0,35 0,60 43,50 27,00 34,70 33,10 32,60 1644,04 427,45 3078,05 419,25 148,22 233,27 0,461
0,67 0,35 0,60 43,60 27,00 35,70 33,10 31,60 1599,13 427,45 3078,05 365,46 148,22 191,61 0,456
0,65 0,67 0,57 46,40 27,70 36,20 33,70 32,20 1616,14 829,71 2965,09 457,38 279,02 178,03 0,876
0,09 0,52 45,60 26,80 38,60 37,90 33,20 1606,21 109,35 2653,99 313,89 69,34 230,99 0,377
(32)
Tabel 2.2 Hasil Perhitungan Eksperimen dan Teoritis Alat Penukar Panas Searah
Eksperimen Teori
Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
3197,11 1048,85 3025,64 0,80 0,59 53,60 28,70 42,80 37,60 36,60 0,418 0,410 43,32 38,33 34,89 0,413
3442,30 805,99 3063,20 0,90 0,53 61,00 29,30 48,50 42,60 37,70 0,394 0,385 48,47 43,72 37,06 0,395
3303,49 970,30 2895,99 0,78 0,58 62,70 29,20 46,40 42,40 39,90 0,487 0,468 48,21 42,46 37,61 0,433
3243,30 383,01 2520,58 1,28 0,39 62,80 29,20 47,50 45,10 43,00 0,585 0,435 51,98 50,33 38,48 0,414
2976,75 467,41 1577,14 0,89 0,55 57,00 8,40 33,70 28,10 25,40 0,512 0,379 37,01 30,18 21,38 0,411
2967,64 435,37 1502,23 0,96 0,55 56,80 8,90 33,70 28,10 25,40 0,482 0,389 37,68 31,43 22,33 0,399
3030,24 828,15 3318,17 0,76 0,51 59,60 29,10 44,60 41,20 36,00 0,492 0,411 46,44 42,28 35,88 0,432
3012,27 546,73 3578,39 0,88 0,39 59,20 29,00 46,40 43,30 36,60 0,424 0,384 47,60 45,35 35,31 0,384
2873,11 177,75 1431,08 1,38 0,34 56,00 7,20 38,50 36,50 25,80 0,493 0,456 41,37 39,88 20,77 0,412
2873,11 222,19 1555,52 1,20 0,38 56,00 7,20 34,00 30,20 24,90 0,543 0,403 39,90 37,66 19,94 0,397
2866,61 96,01 1458,13 1,61 0,22 55,80 7,10 42,20 40,60 24,70 0,449 0,432 44,27 43,99 20,55 0,380
2806,00 369,28 1334,03 1,01 0,54 55,80 7,10 34,10 29,70 24,20 0,452 0,412 36,61 31,12 21,27 0,400
2797,58 381,97 1541,59 0,94 0,51 55,60 7,60 35,50 27,70 23,30 0,419 0,396 36,34 31,08 20,26 0,401
2797,58 303,65 1493,30 1,06 0,46 55,60 7,20 35,50 30,70 24,20 0,440 0,413 37,53 33,60 20,17 0,396
2797,58 495,20 1632,10 0,81 0,56 55,60 8,20 33,50 27,70 22,70 0,466 0,449 35,15 28,38 20,33 0,431
2616,43 589,72 2908,00 0,95 0,46 51,20 29,40 41,20 40,10 36,70 0,459 0,426 42,69 40,72 34,77 0,390
2611,66 666,64 3123,41 0,87 0,47 51,10 29,40 40,70 37,20 36,40 0,479 0,392 42,25 39,99 34,46 0,408
2776,74 457,36 1660,66 0,86 0,54 55,10 8,80 33,20 25,90 23,70 0,473 0,400 35,65 29,70 20,66 0,420
2602,46 332,63 2901,98 1,19 0,33 50,90 29,30 42,90 41,70 36,10 0,441 0,399 44,03 43,40 34,64 0,379
(33)
Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
2955,58 422,19 2633,28 1,10 0,40 62,90 29,30 47,50 43,80 43,80 0,503 0,432 50,83 49,13 38,11 0,394
2740,27 826,53 3031,03 0,76 0,53 57,80 30,50 42,90 40,20 40,50 0,546 0,472 45,65 42,19 37,02 0,445
2736,30 561,75 2853,58 0,95 0,45 57,80 30,50 42,90 40,20 38,80 0,485 0,421 46,86 44,73 37,15 0,395
2748,25 198,19 3496,64 1,16 0,19 58,00 30,30 47,70 46,40 40,80 0,430 0,418 50,38 50,42 36,41 0,318
2712,73 394,42 3037,48 1,06 0,06 57,10 30,60 45,60 43,20 40,20 0,460 0,402 47,81 46,83 36,97 0,372
2655,86 382,99 1330,33 0,94 0,55 55,70 7,10 32,50 30,00 25,10 0,477 0,452 35,60 30,16 21,02 0,414
2628,21 571,46 1666,99 0,73 0,59 55,00 9,60 32,70 26,00 23,80 0,491 0,465 34,22 27,40 21,20 0,458
2453,82 1032,09 3723,99 0,62 0,54 50,60 30,90 39,80 37,40 36,50 0,548 0,495 41,24 38,30 34,92 0,475
2229,51 879,32 2975,45 0,70 0,06 45,10 27,00 35,80 35,10 31,80 0,514 0,421 36,75 34,15 31,14 0,461
2943,97 991,74 3364,76 0,63 0,55 63,40 29,00 43,80 41,20 38,60 0,452 0,404 46,96 41,83 36,33 0,379
2593,59 469,21 1376,53 0,82 0,59 55,60 7,40 33,30 27,20 22,70 0,463 0,456 34,19 27,72 20,87 0,444
2599,42 481,94 1868,71 0,71 0,52 51,70 30,70 40,90 38,40 36,90 0,515 0,471 42,09 39,48 35,35 0,458
2362,28 840,66 3070,64 0,68 0,53 49,70 26,90 38,70 35,50 33,00 0,482 0,476 39,11 36,07 31,94 0,464
2558,35 523,52 1527,14 0,70 0,59 56,20 6,60 30,60 23,90 20,80 0,516 0,461 32,82 25,69 19,06 0,471
2549,33 436,27 1557,68 0,77 0,54 55,10 6,60 29,60 24,40 22,50 0,526 0,453 33,25 27,52 18,63 0,451
2384,82 198,65 1412,14 1,12 0,37 57,10 8,30 36,80 33,80 25,80 0,416 0,374 39,66 38,31 21,73 0,357
2377,75 279,48 1396,09 0,97 0,46 56,90 7,90 33,50 28,10 25,30 0,478 0,393 37,04 34,22 21,25 0,405
2356,08 360,52 1325,10 0,87 0,53 56,30 7,70 33,10 27,80 23,50 0,477 0,426 34,99 30,69 21,32 0,438
2352,51 439,42 1345,24 0,77 0,58 56,20 7,40 32,30 25,60 23,50 0,490 0,460 33,45 27,96 20,78 0,466
(34)
Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin
(°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
1682,14 721,98 3032,73 0,63 0,50 40,90 27,10 33,10 32,30 31,60 0,485 0,481 34,02 32,79 30,01 0,427
1867,80 1072,35 3547,29 0,53 0,56 49,80 31,50 39,30 37,50 36,30 0,559 0,551 40,09 37,78 35,17 0,517
1476,71 796,98 3141,74 0,55 0,52 37,70 27,20 32,60 30,00 29,80 0,49 0,47 32,10 31,16 29,29 0,533
1644,04 427,45 3078,05 0,72 0,37 43,50 27,00 34,70 33,10 32,60 0,533 0,485 36,10 35,63 30,43 0,448
1599,13 427,45 3078,05 0,70 0,37 43,60 27,00 35,70 33,10 31,60 0,462 0,430 36,02 35,58 30,42 0,444
1616,14 829,71 2965,09 0,52 0,54 46,40 27,70 36,20 33,70 32,20 0,545 0,545 36,06 34,42 31,53 0,553
1606,21 109,35 2653,99 1,06 0,15 45,60 26,80 38,60 37,90 33,20 0,394 0,377 39,97 40,09 31,50 0,317
(35)
Tabel 2.3 Data Hasil Eksperimen dan Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Aliran Searah
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
42,80 37,60 36,60 43,32 38,33 34,89 1,2 1,9 4,7
48,50 42,60 37,70 48,47 43,72 37,06 0,1 2,6 1,7
46,40 42,40 39,90 48,21 42,46 37,61 3,8 0,1 5,7
47,50 45,10 43,00 51,98 50,33 38,48 8,6 10,4 10,5
33,70 28,10 25,40 37,01 30,18 21,38 8,9 6,9 15,8
33,70 28,10 25,40 37,68 31,43 22,33 10,6 10,6 12,1
44,60 41,20 36,00 46,44 42,28 35,88 4,0 2,5 0,3
46,40 43,30 36,60 47,60 45,35 35,31 2,5 4,5 3,5
38,50 36,50 25,80 41,37 39,88 20,77 6,9 8,5 19,5
34,00 30,20 24,90 39,90 37,66 19,94 14,8 19,8 19,9
42,20 40,60 24,70 44,27 43,99 20,55 4,7 7,7 16,8
34,10 29,70 24,20 36,61 31,12 21,27 6,8 4,6 12,1
35,50 27,70 23,30 36,34 31,08 20,26 2,3 10,9 13,0
35,50 30,70 24,20 37,53 33,60 20,17 5,4 8,6 16,7
33,50 27,70 22,70 35,15 28,38 20,33 4,7 2,4 10,4
41,20 40,10 36,70 42,69 40,72 34,77 3,5 1,5 5,3
40,70 37,20 36,40 42,25 39,99 34,46 3,7 7,0 5,3
33,20 25,90 23,70 35,65 29,70 20,66 6,9 12,8 12,8
42,90 41,70 36,10 44,03 43,40 34,64 2,6 3,9 4,0
31,30 29,80 29,50 32,22 30,62 29,07 2,8 2,7 1,5
47,50 43,80 43,80 50,83 49,13 38,11 6,6 10,9 13,0
(36)
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
42,90 40,20 38,80 46,86 44,73 37,15 8,5 10,1 4,3
47,70 46,40 40,80 50,38 50,42 36,41 5,3 8,0 10,8
45,60 43,20 40,20 47,81 46,83 36,97 4,6 7,8 8,0
32,50 30,00 25,10 35,60 30,16 21,02 8,7 0,5 16,3
32,70 26,00 23,80 34,22 27,40 21,20 4,4 5,1 10,9
39,80 37,40 36,50 41,24 38,30 34,92 3,5 2,3 4,3
35,80 35,10 31,80 36,75 34,15 31,14 2,6 2,7 2,1
43,80 41,20 38,60 46,96 41,83 36,33 6,7 1,5 5,9
33,30 27,20 22,70 34,19 27,72 20,87 2,6 1,9 8,1
40,90 38,40 36,90 42,09 39,48 35,35 2,8 2,7 4,2
38,70 35,50 33,00 39,11 36,07 31,94 1,0 1,6 3,2
30,60 23,90 20,80 32,82 25,69 19,06 6,8 7,0 8,4
29,60 24,40 22,50 33,25 27,52 18,63 11,0 11,3 17,2
36,80 33,80 25,80 39,66 38,31 21,73 7,2 11,8 15,8
33,50 28,10 25,30 37,04 34,22 21,25 9,6 17,9 16,0
33,10 27,80 23,50 34,99 30,69 21,32 5,4 9,4 9,3
32,30 25,60 23,50 33,45 27,96 20,78 3,4 8,4 11,6
30,10 23,70 22,90 32,86 27,34 19,94 8,4 13,3 12,9
33,10 32,30 31,60 34,02 32,79 30,01 2,7 1,5 5,0
39,30 37,50 36,30 40,09 37,78 35,17 2,0 0,8 3,1
32,60 30,00 29,80 32,10 31,16 29,29 1,5 3,7 1,7
(37)
Eksperimen Teori Persentase Perbedaan
T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)
35,70 33,10 31,60 36,02 35,58 30,42 0,9 7,0 3,7
36,20 33,70 32,20 36,06 34,42 31,53 0,4 2,1 2,1
38,60 37,90 33,20 39,97 40,09 31,50 3,4 5,5 5,1
(38)
LAMPIRAN III
(39)
(40)
DAFTAR PUSTAKA
(1) Basal B., Unal A., 2013. Numerical evaluation of triple concentric-tube latent
heat thermal energy storage. Journal Solar Energy, Vol. 92, hal. 196–
205
(2) Batmaz E., Sndeep., 2003. Overall heat transfer coefficients and axial
temperature distribution of fluids in a triple tube heat exchanger.
Journal Food Science, Vol. 1, hal. 1-34
(3) C.L. Ko dan G.L Wedenkind.1995. Analysis for the optimal performance of
three channel split flow heat exchanger. J.Heat and Mass Transfer Vol.
29, hal 691-705
(4) Cengel, Yunus.A. 2003. Heat Transfer: A Practical Approach, 2nd ed. New York : McGraw-Hill
(5) Garcia-valladares, O. 2004. Numerical simulation of triple concentric pipe
heat exchangers. International Journal of Thermal sciences. Vol. 43,
hal. 979-991.
(6) Ghiwala, Thejas.M dan V.K. Matalawa. 2014. Sizing of triple Concentric
Pipe Heat Exchanger. IJEDR. Vol. 2. Issue 2. hal 1683 – 1692
(7) Holman, J. P. 1997. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Jakarta : Erlangga
(8) Joshua, Folaranmi. 2009. Design and Construction of a Concentric Tube Heat Exchanger, AUJ.T. 13(2): 128 – 133
(9) Incropera, Franks. P dan David P dewitt. 1996. Intoduction to Heat Transfer. 3rd Edition. New York : John Wiley & Sons.
(10)Kays, W.M dan A.L. London. 1964. Compact Heat Exchanger, 2nd ed. New York : Mcgraw Hill
(11) Kreith, Frank. 1877. Principles Of Heat Transfer, 4th ed. New york : Harper and Row
(12)Kuppan,T. 2000. Heat Exchanger Design Handbook. New York : Marcel
(41)
(13) Mehrabian, M.A, Mansouri S.H, and Sheikhzadeh G.A. 2002. The overall
heat transfer characteristics of a double pipe heat exchanger: comparison of experimental data with predictions of standard correlations. IJE Transaction B : Applications, Vol. 15 No. 4, hal. 395–
406
(14) Mustaza Ma’a, Ary Bachtiar Krishna Putra. 2012. Karakteristik Perpindahan
Panas dan Pressure Drop pada Alat Penukar Kalor tipe Pipa Ganda dengan aliran searah. Proceding Applied Engineering Seminar. hal
18-22
(15) . 2013. Karakteristik Perpindahan Panas pada Double Pipe Heat
Exchanger perbandingan aliran parallel dan counter flow. Jurnal
Teknik Elektro dan Komputer, Vol.I, No.2, hal. 161-168
(16) Hidayat, Terang Ukur. 2000. Verifikasi Secara Eksperimental Penukar
Panas Tiga Saluran dengan Aliran yang Terbagi. Tesis Master Teknik
Mesin ITB Bandung
(17) Holman, J. P. 1997. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Jakarta : Erlangga (18) Pitts, Donald. 2008. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Erlangga : 2108 (19) Sitompul, Tunggul. 1993. Alat Penukar Kalor. Jakarta :Erlangga
(20) Quadir G. A., Jarallah S., Ahmed N. J. S., dan Badruddin I. A. 2013.
Experimental investigation of the performance of a triple concentric pipe heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer,
Vol. 62, hal. 562–566.
(21) Rajsekar. K; Palanisamy.S. 2008. Design and Analysis of Triple Tube Heat
Exchangers with Fins, IOSR Journal of Mechanical and Civil
Engineering. Hal. 1-5.
(22) Unal, Achmad. 1998. Theoretical analysis of triple concentric-tube heat
exchanger Part-1 Mathematical modelling. Journal International
Communication Heat Mass Transfer, vol. 25, hal. 949-958
(23) . 2001. Theoretical analysis of triple concentric-tube heat
exchanger Part-2 case studies, Journal International Communication
(42)
(24) . 2003. Effectiveness-NTU relation for triple concentric-tube
heat exchangers. Journa International Communication Heat Mass
Transfer, Vol. 30, hal. 261-272
(25) Zuritz C, A. 1990. On the design of triple concentric-tube heat exchangers. Journal of Food Process Engineering, Vol. 12, hal. 113-130
(43)
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Pendahuluan
Penukar panas yang digunakan dlaam penelitian dibuat sesuai dengan ukuran yang digunakan oleh C.L.Ko dan G. L. Wedekind. Perancangan sistem ini juga didilengkapi dengan alat ukur aliran dengan sensor.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian 3.2.1 Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi pengerjaan penelitian guna membuktikan kebenaran dari penelitian. Penelititan mengenai analisis untuk perfomansi optimal dari alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran yang terbagi yang dilakukan di laboratorium Proses Produksi, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kondisi lingkungan pada waktu pengujian dipekirakan bertemperatur 26-31 °C.
3.2.2 Waktu Penelitian
Waktu penelitian dikerjakan selama 7 hari yaitu pada tanggal 18 - 29 agutus 2016.
3.3 Metode Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dengan metode eksperimen dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap variabel yang sebelumnya telah ditentukan. Kemudian data yang diperoleh dari hasil eksperimen akan disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara variabel bebas dan terikat. Setelah didapatkan data eksperimen kemudian dilakukan perhitungan secara teori.
Metode eksperimen menurut Suharsimi Arikunto (1996) adalah suatu cara mencari hubungan sebab akibat (hubungan kausial) antara dua faktor yang sengaja
(44)
ditimbulkan oleh peneliti dengan menyisihkan faktor-faktor yang lain yang bisa mengganggu penelitian. Penelitian ini dikerjakan untuk mengetahui pengaruh variasi kapasitas aliran dengan suhu yang konstan terhadap efektivitas alat penukar kalor tabung sepusat dimana arah alirannya dibuat berlawanan (counter)
3.4 Populasi dan Sampel
Populasi dan sampel sangat perlu diperhatikan karena keduanya yang akan dianalisa nilainya sehingga didapat nilai kualitatifnya.
3.4.1 Populasi Penelitian
Populasi adalah keseluruhan objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1996:115). Populasi dalam penelitian ini adalah laju aliran massa yang bervariasi terhadap temperatur masuk fluida panas yang konstan.
3.4.2 Sampel Penelitian
Dalam penelitian alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi memiliki sampel penelitian untuk temperatur masukan pada fluida air dingin dengan temperatur 3°C-30°C dan fluida air panas dengan temperatur sekitar 45-62°C perubahan temperatur pada masing-masing fluida diharapkan tidak lebih dari ±1°C. Pada pengukuran dilakukan dengan banyak variasi kecepatan aliran yang berbeda, untuk kecepatan aliran masuk pada saluran 1 yaitu 0,42 – 1,2 ltr/min dan untuk kecepatan aliran masuk pada saluran 2 dan 3 yang bervariasi.
3.5 Teknik Pengumpulan Data
Pengumpulan data yang akan dikerjakan adalah pengumpulan data primer serta data sekunder. Dalam hal ini data sekunder berfungsi sebagai data pendukung sebagai referensi penelitian. Pengumpulan data ada beberapa variabel. Variabel itu sendiri adalah objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993 : 91). Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
(45)
Variabel bebas merupakan himpunan sejumlah gejala yang memiliki aspek atau unsur, yang berfungsi mempengaruhi atau menentukan munculnya variabel lain yang disebut dengan variabel terikat. Variabel bebas menentukan perubahan yang akan terjadi terhadap variabel terikat. Dengan kata lain jika variabel bebas berubah maka akan terjadi perubahan pula terhadap variabel terikat. Adapun yang menjadi variabel bebas pada penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida panas dan dingin pada saluran 1 dengan kecepatan aliran 0,42 – 1 ltr/min dan kecepatan aliran masuk pada saluran 2 dan 3 yang bervariasi. Pada suhu masukan fluida air dingin dengan temperatur 3 - 30°C dan fluida air panas dengan temperatur ruang sekitar 40 - 60°C perubahan temperatur pada masing-masing fluida diharapkan tidak lebih dari ±1°C.
2) Variabel Terikat
Variabel terikat adalah himpunan sebuah gejala yang memiliki pula sejumlah aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi atau menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut dengan variabel bebas. Variabel terikat dapat dikatakan sebagai sesuatu yang dipengaruhi terhadap sesuatu yang lain. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah efektifitas alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi untuk aliran berlawanan (counter flow) dan aliran searah (paralel).
3) Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikanagar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benar-benar karena variabel bebas yang telah ditentukan. Pengendalian variabel ini digunakan agar tidak ada hal variabel yang mempengaruhi variabel terikat dalam hal ini efektifitas alat penukar kalor tabung sepusat selain dari variasi kapasitas aliran serta temperature suhu masukan.
Pengendalian ini akan menghasilkan variabel terikat yang benar-benar diinginkan karena sebelumnya kita telah mengontrol setiap variabel lain tidak ada
(46)
yang mempengaruhi selain dari variabel bebas yang telah ditentukan. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah :
1. Alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi 2. Isolasi pada alat penukar kalor
3. Alat ukur yang digunakan
3.6 Instrumen Penelitian 3.6.1 Bahan Penelitian
3.6.1.1 Sumber Air Panas
Air panas diperoleh dari tangki yang mempunyai drum heater sebagai pemanas dan terdapat termostat untuk mengatur temperatur pada drum heater. Temperatur yang dibutuhkan untuk air panas 40 – 60 °C. Untuk menjaga kestabilan temperatur pada tangki air panas maka tangki diisolasi dengan glasswool setebal ±8 cm dan dilapisi dengan aluminium foil.
3.6.1.2 Sumber Air dingin
Air dingin diperoleh dari tangki yang diisi es batu dan air pdam. Penggunaan es balok diharapakan memeberikan temperatur yang stabil pada air dengan suhu 3 - 30°C. Untuk menjaga kestabilan temperatur pada tangki air dingin tangki diisolasi dengan glasswall setebal ±5 cm dan dilapisi dengan aluminium foil.
3.6.2 Alat
Dalam penelitian ini alat yang digunakan sebagai berikut : 1. Alat penukar kalor
Dalam penetuan suatu efektifitas dan Ntu dari sebuah alat penukar kalor diperlukan beberapa titik pengukuran temperatur dan laju volume aliran fluidanya. Nilai efektifitas ditentukan beberapa kali dengan perubahan kecepatan aliran pada
(47)
masing-masing saluran dan temperatur kemudian dibandingkan dengan teori dasar yang diperoleh oleh C.L.Ko dan G.L. Wedekind.
Alat penukar kalor tiga saluran aliran terbagi menggunakan pipa tembaga
dengan diameter luar (Do) 12,7 mm, 9,53 mm dan 6,35 mm dengan
masing-masing ketebalan 0,77 mm, 0,77 mm dan 0,89 mm dengan panjang 1,22 m, kemudian agar meminimalisir masuknya udara kedalam alat penukar kalor terdapat kabel tembaga dengan diameter 0,6 mm.
Pengujian dilakukan dengan memberikan aliran fluida laminar. Untuk memperoleh aliran yang telah berkembang penuh maka pada pipa masukan diberikan sambungan saluran dengan diameter yang tidak berbeda jauh dan panjang minimal lebih dari 10 kali diameter pipa alat penukar kalor tersebut.
Gambar 3.1. Alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi :
konfigurasi aliran searah (untuk aliran berlawanan, pengukur aliran sebelah kiri saluran 1 dipindahkan ke sebalah kanan saluran 1, dan arah aliran dalam saluran pertama juga diubah)
2. Alat Ukur, meliputi :
(48)
Pengukuran temperatur dilakuakan pada fluida air yang mengalir pada alat penukar panas. Termokopel menggunakan sensor dengan tipe K, tipe ini dengan bahan Nickel chromium (kutub +), Nickel aluminium (kutub -) dan konstanta yang mempunyai daya tahan terhadap korosi. Jangkauan pengukuran dari termokopel ini adalah -200 s/d 1372 °C. Adapun gambar termokopel type K, sebagai berikut :
Gambar 3.2. Termokopel Type K
Pada pengujian jumlah pengukuran temperatur pada penukar panas berjumlah lima buah, yaitu T1in, Tsin, T1out, T2out, T3out. Adapun penempatan termokopel pada tabung, sebagai berikut :
Gambar 3.3. Penempatan kabel termokopel tipe K pada tabung
b. Data acquisition module type 18200-400
Akuisisi data berfungsi untuk menkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh suatu komputer. Dalam hal ini data akuisisi menkorversikan bentuk sinyal digital ke komputer dari sensor
(49)
termokopel tipe K, yang kemudian diolah oleh software Instacall dan Tracerdaq di komputer. Adapun gambar Data acquisition module type 18200-400, yaitu :
Gambar 3.4 Data acquisition module type 18200-400
Sumber : http://www.omega.com
c. Flowmeter,
Pengukuran aliran fluida menggunakan 3 water flowmeter dengan 2 tipe flowmeter, yaitu :
Waterflow sensor + Arduino Uno R3
Pengujian ini menggunakan 2 buah Waterflow sensor yang diletakkan pada aliran keluar saluran 2 dengan aliran masuk saluran 1. Adapun gambar waterflow sensor, sebagai berikut :
Gambar 3.5. WaterFlow sensor
(50)
Adapun Spesifikasi waterflow sensor adalah :
− kapasitas aliran 0 – 6 liter/menit
− ketahanan temperatur -25°C - 80°C
− Ketahanan tekana fluida 2 MPa
− Power Input 5VDC
− Kabel merah : power supply ; kabel hitam : Grounding; Kabel kuning :
sinyal pulse
Pada waterflow sensor pembacaan sinyal pulse menggunakan rangkaian Arduino Uno R3 yang berfungsi untuk membaca sensor dari flowmeter dalam bentuk sinyal digital ke komputer atau LCD, adapun rangkaian waterflow sensor, arduino Uno R3 dan LCD , yaitu :
Gambar 3.6. Rangkaian water flow sensor dan Arduino Uno R3 Sumber : https://partelektrik.files.wordpress.com
Setelah merangkai waterflow sensor dengan Arduino Uno R3 dan LCD maka untuk membaca data dari arduino menggunakan software arduino kemudian diperlukan coding untuk pembacaan data ke arduino, sebelum membuat coding waterflow sensor perlu di kalibrasi, untuk mendapatkan
factor calibrate dan formula coding. Hasil kalibrasi waterflow sensor,
(51)
Gambar 3.7. Display LCD dan Arduino Uno R3 pada waterflow sensor
Liquid Flowameter Mc Millan
Liquid flowmeter merupakan alat ukur aliran yang didesain menggunakan
putaran microturbine, jenis turbin yang digunakan turbin pelton dengan ukuran diameter 16 mm dan ketebalan 0,75 mm. Ketika aliran mengalir ke flowmeter akan menggerakan roda turbin, terdapat led sinar infra merah dan phototransistor untuk membaca sinyal pulse dari putaran microturbine yang nantinya akan ditampilkan di lcd (liquid crystal display).
Flowmeter akan diletakkan pada aliran masuk saluran 2 aliran terbagi saluran 3. Adapun gambar Liquid flowmeter sebagai berikut :
(52)
Adapun spesifikasi Liquid flowmeter, sebaagi berikut :
− Type liquid flowmeter Mc. Millan range 8
− Akurasi : 5% F.S
− Ketahanan tekanan fluida : 100 psig
− Ketahanan tempertur : 0 – 80°C
− Terdapat 4 pin kabel : pin 1 : power suplay; pin 2 : outpit signal; pin 3 : grounding, pin 4 : tidak digunakan.
− Power : 12 VDC
− Output signal : 5VDC
− Kapasitas aliran : 0 – 5 liter/min
3. Drum Heater
Air panas diperoleh dari tangki yang mempunyai drum atau disebut drum
heater. Adapun gambar drum heater, sebagaii berikut :
Gambar 3.9. Drum Heater
Spesifikasi drum heater sebagai berikut :
− Input tegangan : 120 atau 240 V
(53)
Dibutuhkan 2 buah pompa pada alat pengujian ini, masing-masing pompa digunakan untuk mengalirkan fluida panas ke saluran 1, dan mengalirkan fluida dingin ke saluran 2 dan 3 pada alat penukar kalor. Adapun gambar pompa sentrifugal, sebagai berikut :
Gambar 3.10. Pompa aquarium sentrifugal
Spesifikasi pompa aquarium sebagai berikut : Merk : Armada pump
Arus : 220 – 240 V ; Frekuensi : 50 Hz Watt : 60 W
Max. Kecepatan aliran : 3000 L/H
3.7 Set Up Eksperimen
Set up eksperimen seperti pada Gambar 3.13., data yang diperoleh dari sensor temperatur (termokopel) diubah menjadi digital oleh sebuah data akuisisi produksi cole parmer dengan 8 saluran termokopel. Data kemudian diolah dengan sofware instacall dan TracerDaq, dan kemudian data yang tersimpan dalam bentuk notepad dan Ms. Excel.
Untuk pengaturan kecepatan aliran diukur oleh flowmeter dan waterflow sensor dan data dari waterfow sensor diubah menjadi digital oleh sebuah Arduino Uno R3 dan data kemudian bisa dilihat di lcd dan software arduino.
(54)
3.8 Pengujian dan Pengambilan Data
Pengujian dan pengambilan data dilakukan dengan berbagai tahap, sebagai berikut :
1. Temperatur fluida panas diatur dengan temperatur sekitar 40 - 60°C. Selama pengukuran, diharapkan perubahan temperatur diharapkan tidak lebih dari ±1°C.
2. Temperatur fluida dingin diatur dengan temperatur sekitar 3 - 30°C. Selama pengukuran, diharapkan perubahan temperatur diharapkan tidak lebih dari ±1°C.
3. Data pengukuran diambil dalam keadaan stedi. Keadaan stedi dapat dilihat dari grafik pengukuran temperatur pada komputer dimana tidak ada variasi temperatur yang besar pada temperatur keluaran pada masing-masing saluran. 4. Data pengukuran yang diperoleh harus sesuai dengan kriteria neraca energi :
ṁ1.cp1. (T1in – T1out) = ṁ2.cp2. (T2in – T2out) + ṁ3.cp3. (T3in – T3out) 3.1 Kriteria ini diharapkan dapat menunjukkan bahwa perpindahan panas yang terjadi betul-betul antara ketiga aliran dan keadaannya stedi. Untuk toleransi data diperoleh terhadap kriteria neraca energi sekitar 20%.
5. Pengukuran dilakukan dengan banyak variasi kecepatan aliran masukan, pada saluran 1 kecepatan alirannya tetap sekitar 0,5 – 1,3 liter/menit dan untuk kecepatan aliran pada saluran 2 dan 3 yang bervariasi.
6. Hasil pengukuran pada flowmeter digunakan sebagai data kecepatan aliran
yang nantinya digunakan untuk mendapatkan efektifitas alat penukar panas.
7. Pengujian dilakukan dengan cara menghidupkan pompa, dan kemudian
kecepatan aliran pada saluran 1 dan saluran 2, 3 diatur dengan ball valve dengan memperhatikan display flowmeter.
8. Program instacal dan tracerDaq pada data aquisition merekam temperatur masuk dan keluar pada masing-masing saluran, dan pengukuran dilakukan dalam keadaan steadi dengan memperhatikan grafik pada tarcerdaq saat pengukuran tempertaur pada masing-masing saluran.
9. Pengukuran dilakukan selama ± 5 menit/sample.
10. Temperatur masukan dan keluaran pada masing-masing saluran nantinya
(55)
11. Pengukuran dilakukan dengan dua jenis aliran, yaitu aliran berlawanan (counter flow) dan aliran searah (paralel flow).
Gambar 3.11 berikut adalah proses yang dilakukan dalam pengujian alat penukar kalor tiga saluran aliran terbagi .
Gambar 3.11. Skema alat pengujian APK dengan konfigurasi aliran searah
Untuk Skema alat pengujian dengan konfigurasi aliran berlawana dengan mengubah saluran masuk menjadi saluran output pada channel 1 sehingga arah aliran channel 1 berlawanan arah dengan channel ekuivalen atau channel 1 dan 2.
Adapun diagram alir yang dilakukan untuk proses pengumpulan data pengujian terdapat pada Gambar 3.12
T
1in, Q
1inT
sin, Q
sinT
1outT
2outT
3outT
3in, Q
3inT
2in, Q
2inChannel 1
Channel 2 Channel 3
(56)
• Mengisi fluida dingin dan panas ke dalam masing-masing tanki.
• memasukkan es balok ke dalam tanki fluida dingin.
• Menghidupkan pompa.
• Membuka ball valve.
• Mengatur thermostat.
• Mengatur debit masuk pada
saluran 1 dan saluran 2.
• Mengatur termokopel data aquisition .
Menjalankan program instacal dan tracerdaq pada komputer dan menyimpan
data temperatur keluaran masing-maisng saluran.
Apakah ada variasi variabel ?
• Menguji kriteria neraca energi
• Menghitung efektifitas APK
Selesai Mulai
Ya
(57)
(58)
3.9 Metode Pengolahan Data
3.9.1 Pengolahan Data Eksperimental
Setelah melakukan eksperimen maka akan diperoleh data temperatur keluar masing-masing saluran. Untuk menguji bahwa perpindahan panas benar-benar terjadi antara ketiga saluran dan dalam keadaan stedi maka perlu diuji kriteria neraca energi minimal 20% perbedaan antara perubahan energi yang terjadi antara saluran 1 dengan saluran 2 dan 3. Data yang diatas 20% maka data tersebut tidak akan diolah (tidak ditindaklajuti) dalam mencari efektifitas alat penukar kalor. Setelah sudah sesuai dengan kriteria neraca energi maka temperatur keluaran akan digunakan untuk menghitung rasio kapasitas panas dan efektifitas. Berikut diagram alir proses pengolahan data eksperimen.
3.9.2 Pengolahan Data Secara Teoritis
Untuk memvalidasi hasil pengukuruan maka perlu dibandingkan dengan data secara teoritis. Untuk itu data temperatur masukan fluida panas dan dingin masing-masing saluran dan laju aliran fluida digunakan sebagai dasar perhitungan seacar teoritis untuk memperoleh nilai temperatur keluaran masing-masing saluran dan efektifitas APK menurut teori. Dalam penentuan efektifitas dan temperatur keluaran juga mengunakan asumsi-asumsi yang digunakan dalam menentukan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh, ydan asumsi tersebut sesuai keadan alat penukar kalor. Berikut gambar 3.14 diagram alir proses pengolahan data secara teori :
(59)
Gambar 3.14. Diagram alir proses pengolahan data teoritis
• Menetukan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh
pada pipa, dengan beberapa asumsi yang dilakukan.
• Menentukan properties fluida panas dan dingin dari tempeartur
masuk, meliputi ρ, μ, cp,
• Menghitung ṁh, ṁc,
• Menghitung C1, C2, C3, Cs, & Cmin
• Menghitung koefisien a1 s.d a4 (formula sesuai jenis aliran)
• Menghitung parameter s1, s2, β, ϒ, α,
• Menghitung parameter b1 s.d b7 (formula sesaui sama atau tidaknya nilai a1.a4 dan a2.a3)
• Menghitung parameter Ua, Va (counter flow) dan UL , VL (Paralel flow)
• Menghitung temperatur keluaran masing-masing saluran dan
efektifitas.
Selesai Mulai
Mengambil data temperatur masuk & keluar pada masing-masing saluran dari hasil eksperimen di Ms. Excel (output penyimpanan data akuisisi)
(60)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penentuan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Pipa
Dalam pengujian alat penukar panas ini aliran yang terjadi merupakan aliran laminar dan profil temperatur telah berkembang penuh dengan fluks panas konstan, sehingga dalam penentuan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada pipa diperoleh melalui interpolasi Tabel 2.2, dengan asumsi yang dilakukan adalah :
1. Tidak adanya perpindahan panas dari kawat tembaga dalam pipa dengan
ukuran diameter 6,35 mm atau pada persamaan 2.3b, nilai qi” sama dengan nol dan persamaan 2.3a dianggap sama dengan nol.
2. Tidak adanya perpindahan panas dari sisi luar pada pipa luar (diameter 12,7 mm) karena pipa luar diisolasi secara sempurna atau dianggap dinding mengalami adiabatik, sehingga proses perpindahan panas benar-benar terjadi pada ketiga pipa tersebut.
3. Perpindahan panas pada pipa tengah (diameter 9,53 mm), perbedaan
temperatur antara sisi luar dan dalam dianggap sama pada titik z = 0, sehingga perbandingan qi”/ qo” adalah perbandingan hi/ho.
Dari asumsi-asumsi diatas menghasilkan nilai-nilai sebagai berikut :
Dengan menginterpoolasi pada Tabel 2.2 atau grafik pada Gambar 2.23 maka di peroleh nilai Nuoo dan Nuii berikut
r* = r3/r4 = 0,329 maka, Nuoo = 4,933 r* = r1/r2 = 0,872 maka, Nuii = 5,53
Dengan memperhatikan asumsi-asumsi pada point 1 dan 2 maka dengan persamaan 2.3a dan 2.3b diperoleh
Nuo = Nuoo = 4,933 Nui = Nuii = 5,5
(1)
Gambar 2.26 Distribusi temperatur untuk aliran paralel alat peukar kalor
25
Gambar 2.27 Distribusi temperatur untuk aliran berlawanan alat peukar kalor
28
Gambar 2.28 Skematik alat penukar kalor tiga saluran 31 Gambar 3.1 Alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi 48
Gambar 3.2 Termokopel Type K 49
Gambar 3.3 Penempatan kabel termokopel tipe K pada tabung 49
Gambar 3.4 Data acquisition module type 18200-400 50
Gambar 3.5 WaterFlow sensor 50
Gambar 3.6 Rangkaian water flow sensor dan Arduino Uno R3 51 Gambar 3.7 Display LCD dan Arduino Uno R3 pada waterflow
sensor
51
Gambar 3.8 Liquid flowmeter 52
Gambar 3.9 Drum Heater 53
Gambar 3.10 Pompa aquarium sentrifugal 54
Gambar 3.11 Skema alat pengujian dengan konfigurasi aliran searah 54
Gambar 3.12 Diagram alir pengumpulan data 57
Gambar 3.13 Set Up Ekperimen 58
Gambar 3.14 Diagram alir proses pengolahan data teoritis 60 Gambar 4.1 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 1,02 ≥ C1/Cs ≥ 1
66
Gambar 4.2 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 1,07 ≥ C1/Cs ≥ 1,05
66
Gambar 4.3 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 0,99 ≥ C1/Cs ≥ 0,95
67
Gambar 4.4 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 1,11 ≥ C1/Cs≥ 1,17
(2)
Gambar 4.5 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 1,21 ≥ C1/Cs ≥ 1,29
68
Gambar 4.6 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 1,21 ≥ C1/Cs ≥ 1,29
68
Gambar 4.7 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 0,82 ≥ C1/Cs≥ 0,94
69
Gambar 4.8 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran berlawanan arah dengan 0,6 ≥ C1/Cs≥ 0,77
69
Gambar 4.9 Persentase Kesalahan efektifitas hasil eksperimen dan teoritis
71
Gambar 4.10 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas (ε) alat penukar panas aliran searah dengan 1,12 ≥ C1/C2 ≥ 1,01
72
Gambar 4.11 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas (ε) alat penukar panas aliran searah dengan 0,9 ≥ C1/Cs ≥ 0,97
72
Gambar 4.12 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran searah dengan 0,8 ≥ C1/Cs ≥ 0,88
73
Gambar 4.13 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran searah dengan 0,62 ≥ C1/C2 ≥ 0,78
73
Gambar 4.14 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran searah dengan 0,62 ≥ C1/Cs ≥ 0,78
74
Gambar 4.15 Hubungan rasio kapasitas aliran (C1/Cs) dan efektifitas
(ε) alat penukar panas aliran searah dengan 0,62 ≥C1/Cs ≥ 0,78
(3)
Gambar 4.16 Pengaruh distribusi aliran terbagi terhadap perfomansi alat penukar kalor tiga saluran dengan konfigurasi aliran berlawanan.
81
Gambar 4.17 Pengaruh distribusi aliran terbagi terhadap perfomansi alat penukar kalor tiga saluran dengan konfigurasi aliran searah
(4)
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
k Konduktifitas thermal W/m.K
A Satuan luas permukaan pipa m2
A1i Luas perpindahan panas antara saluran 1 dan i m2 α Parameter tak berdimensi
B Koefisien tak tentu b Parameter tak berdimensi
cp Panas Jenis Fluida kJ/kg.K
Ci Laju kapasitas panas aliran dalam saluran i W/°K
Di Koefisiesn dalam saluran i
� Diameter Pipa m
Dh Diameter hidrolik m
Do Diameter luar pipa m
Di Diamter dalam pipa m
L Panjang total alat penukar panas m
mi Laju massa aliran dari aliran dalam saluran i (i = 1,2, dan 3) Kg/s Nu Bilangan Nusselt
Ntu Jumlah unit perpindahan panas P1i
Keliling perpindahan panas antara saluran 1 dan saluran i
(i = 2 dan 3) m
Q Debit aliran m3/s
q Laju perpindahan panas total Watt
Q1i Laju perpindahan panas antara aliran-aliran dalam saluran 1 dan
saluran i (i = 2 dan 3) Watt
S1 Parameter tak berdimensi
Ti Temperatur saluran i (i = 1,2, dan 3) °C
Ts Temperatur ekuivalen °C
U Koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh
u Perbedaan temperatur °C
v Perbedaan temperatur °C
(5)
z Koordinat aksial yang dinormalisasikan ε Efektifitas perpindahan panas
α Parameter tak berdimensi β Parameter tak berdimensi ϒ Parameter tak berdimensi λ Rasio kapasitas panas μ Rasio kapasitas aliran
ρ Massa jenis fluida Kg/m3
V Kecepatan fluida m/s
μ Viskositas dinamik N.s/m2
Ɵ*
i Koefisien berpengaruh dalam Ɵ*
o Koefisien berpengaruh luar
Cmin Kapasitas aliran minimum W/°K
ΔT Perbedaan temperatur °K
Th Temperatur fluida panas °K
Tc Temperatur fluida dingin °K
Re Bilangan reynold
(6)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Analisa Perhitungan Data
Lampiran II Hasil perhitungan teksperimen dan teoritis untuk penukar kalor dengan konfigurasi aliran
berlawanan arah (Counter flow)
Lampiran III Hasil perhitungan teksperimen dan teoritis untuk penukar kalor dengan konfigurasi aliran searah (Paralel flow)