BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
5.1 Data Hasil Pengujian
Adapun data yang diperoleh dari hasil penelitian yang dilakukan di Laboratorium, adalah sebagai berikut:
Tabel 5.1. Data Pengujian Jarak
Baffle mm
Baffle Cut
T
hi
°C T
ho
°C T
ci
°C T
co
°C ΔP
kPa 40
30,37 42,8 38,4 29 33,9
17.161 44
30,37 42,8 39 29
33,4 15.690
49 30,37 42,8 39,7 29
33,1 14.807
55 30,37 42,8 40,2 29
32,8 11.767
63 30,37 42,8 40,7 29
32,3 9.806
73 30,37 42,8 41,4 29
31,9 9.512
5.2 Pengolahan Data
Untuk data pengujian pada jarak baffle 40 mm, dilakukan pengolahan data sebagai berikut:
Fluida dalam tabung tabung adalah air dingin, maka diperoleh: C
45 ,
31 2
9 ,
3 3
29 2
T T
T
co ci
c
° =
+ =
+ =
Sifat-sifat air laut pada temperature T
c
= C
45 ,
31
, dapat diperoleh dari tabel sifat- sifat air laut Mostafa H. Sharqawy [30], dengan interpolasi, maka:
Tabel 5.2. Sifat-sifat air laut pada salinitas 29,2 gkg T °C
μ kgm.s c
p
Jkg.K k Wm.K
Pr 30
0,000849 4031,856
0,616 5,5652
31,45 μ
c
= 0,000827 c
pc
= 4032,256 k
c
= 0,617752 Pr
c
= 5,4086 40
0,000698 4034,612
0,62808 4,4852
Laju aliran massa air laut di tiap tabung, adalah: kgs
0,005405 37
0,2 N
m m
c i
= =
=
Maka bilangan Reynold pada tabung, adalah:
8824 ,
710 000827
, 0,0117
005405 ,
4 μ
πd m
4 Re
c i
i c
= ×
= =
π
Maka bilangan Nusselt pada tabung dapat diperoleh dengan:
6.666598 Nu
0.0006621 0.000827
01170,997 .5.4086.0,
8824 ,
710 1,86
Nu μ
μ .DL
1,86Re.Pr Nu
c 14
, 13
c 14
, P
13 c
= =
=
Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas pada sisi tabung sebesar: 6
360.032361 0,0117
0,617752 6.666598
d k
Nu h
i c
c c
= ×
= =
Fluida dalam cangkang adalah air panas, maka: K
313,6 C
40,6 2
38,4 42,8
2 T
T T
ho hi
h
= =
+ =
+ =
Sifat-sifat air pada temperatur T
h
=
K 313,6
, dapat diperoleh dari Tabel A.6. Frank P. Incropera [31], dengan interpolasi, maka:
Tabel 5.3. Sifat-sifat air T K
μ kgm.s c
p
Jkg.K k Wm.K
Pr 310
0,000695 4178
0,628 4,62
313,6 μ
h
= 0,000649 c
ph
= 4178,72 k
h
= 0,63232 Pr
h
= 4,2888 315
0,000631 4179
0,634 4,16
Untuk menentukan koefisien perpindahan panas yang sebenarnya pada sisi cangkang, terlebih dahulu ditentukan koefisien perpindahan panas yang ideal pada
sisi cangkang dengan: Luas aliran menyilang pada sumbu bundle,
2 m
m t
tp eff
tb, ctl
bb bc
m
m 0,001672
S 0,0127
0,017 0,0003
0,102 0,016
0,04 S
D L
L D
L L
S
=
−
+ =
− +
=
, maka kecepatan massa: s
kgm 119,6172
0,001672 0,2
S m
G
2 m
h h
= =
=
, sehingga diperoleh bilangan Reynold: turbulen
2341,026 0,000649
119,6172 0,0127
μ G
d Re
h h
o h
= =
× =
=
Dari tabel 2.2 untuk bilangan Reynold 2341,026 dan susunan tabung segiempat 90°, diperoleh a
1
= 0,107; a
2
= -0,266; a
3
= 1,187; a
4
= 0,37. Dengan demikian,
, maka:
013557 ,
2341,026 0,0127
0,017 1,33
0,107 Re
D L
1,33 a
j
266 ,
0,348898 a
h a
t tp
1 I
2
= ×
=
=
−
Sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas yang ideal pada sisi cangkang sebesar:
K Wm
119 ,
567 2
h 4,2888
119,6172 4178,72
0,013557 Pr
G c
j h
2 ideal
h, 3
2 3
2 h
h ph
I ideal
h,
= =
=
− −
342012 ,
2341,026 0,14
1 1,187
0,14Re 1
a a
0,37 a
h 3
4
= +
= +
=
Kemudian ditentukan faktor-faktor koreksi berdasarkan potongan baffle J
C
, kebocoran baffle J
L
, by pass bundle J
B
, ketidaksamaan jarak baffle J
S
, aliran laminar J
R
, dan viskositas dinding J
μ
, sebagai berikut: Faktor koreksi berdasarkan potongan baffle J
C
: Sudut antara baffle cut relatif terhadap sumbu alat penukar kalor,
° =
− =
− =
− −
0828 ,
119 100
30,37 2
1 0,102
0,1317 2cos
100 B
2 1
D D
2cos θ
1 c
ctl s
1 ctl
, fraksi dari luas area yang dibentuk oleh jendela sekat,
191697 ,
2 π
119,0828 sin
360 119,0828
2 π
sin θ
360 θ
F
o ctl
o ctl
w
= °
− °
= −
=
, fraksi aliran melintang di antara baffle tips, 616606
, 191697
, 2
1 2F
1 F
w c
= −
= −
= , sehingga diperoleh faktor koreksi potongan baffle:
99395632 ,
0,616606 0,72
0,55 0,72F
0,55 J
c C
= +
= +
= Faktor koreksi berdasarkan kebocoran baffle J
L
: Sudut baffle cut,
° =
− =
− =
− −
7672 ,
133 100
30,37 2
1 2cos
100 B
2 1
2cos θ
1 c
1 ds
luas kebocoran cangkang dengan baffle,
2 sb
o sb
ds o
sb s
sb
m 0,00013
S 133,7672
360 0,001
0,1317 0,00436
S θ
360 L
D 0,00436
S =
° −
× ×
× =
− ×
× ×
=
luas kebocoran tabung ke lubang baffle,
[ ]
w tt
2 t
2 tb
t tb
F 1
N D
L D
4 π
S −
× ×
− +
=
[ ]
2 tb
2 2
tb
m 0,000181
S 191697
, 1
37 0,0127
0,0003 0,0127
4 π
S =
− ×
×
−
+ =
maka, 0,4176943
0,000181 0,00013
0,00013 S
S S
r
tb sb
sb s
= +
= +
=
1860085 ,
0,001672 0,000181
00013 ,
S S
S r
m tb
sb lm
= +
= +
=
sehingga diperoleh faktor koreksi kebocoran baffle:
[ ]
[ ]
0,769642 J
0,1673767 2,2
exp 4268555
, 1
0,44 1
0,4268555 1
0,44 J
2,2r exp
r 1
0,44 1
r 1
0,44 J
L L
lm s
s L
= ×
− −
− +
− =
− −
− +
− =
Faktor koreksi berdasarkan by pass bundle J
B
: Luas by pass,
[ ]
pl otl
s bc
b
L D
D L
S +
− =
, L
pl
= 0, karena tidak ada by pass lane.
[ ]
2 b
b
m 0,00068
S 0,1147
0,1317 0,04
S =
+ −
=
, perbandingan luas by pass dan luas aliran-silang, 0,406699
0,001672 0,00068
S S
F
m b
sbp
= =
=
Dikarenakan Re
o
turbulen, maka C
bh
= 1,25. Sehingga diperoleh faktor koreksi by pass bundle:
[ ]
3 ss
sbp bh
B
2r 1
F C
exp J
− −
= , r
ss
= 0, karena tidak ada sealing strips.
[ ]
0,601473 J
2 1
0,406699 1,25
exp J
B 3
B
= ×
− ×
− =
Faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle J
S
: Dengan jumlah baffle N
b
= 22 buah, jarak baffle dengan ujung sisi masuk L
bi
= 46,5 mm; jarak baffle dengan ujung sisi keluar L
bo
= 46,5; dan n = 0,6 Re 100, maka:
991389 ,
5 ,
46 5
, 46
46,546,5 1
- N
5 ,
46 5
, 46
46,546,5 1
- 22
J
b n
- l
S
= +
+ +
+ =
−n l
Faktor koreksi berdasarkan aliran laminar J
R
dapat diabaikan, karena aliran yang terjadi adalah turbulen.
Faktor koreksi berdasarkan viskositas dinding J
μ
:
K 312,4326
T 0,0117
407,5263 0,0127
2567,119 304,45
0,0117 407,5263
313,6 0,0127
119 ,
567 2
d h
d h
T d
h T
d h
T
w i
c o
h c
i c
h o
h w
= +
+ =
+ +
=
Dari tabel sifat-sifat air, pada temperatur dinding, dengan interpolasi, diperoleh viskositas sebesar, μ
w
= 0,0006639 kgm.s. Sehingga:
0,996818 0,0006639
0,000649 μ
μ J
0,14 0,14
w h
μ
=
=
=
Dengan demikian, koefisien perpindahan panas sebenarnya pada sisi cangkang dapat ditentukan dengan:
K Wm
823 ,
137 1
h 119
, 567
2 991389
, 996818
, 601473
, 750214
, 0,993956
h J
J J
J J
h
2 h
ideal h,
S μ
B L
C h
= ×
× ×
× =
=
Dari Tabel A.1. Frank P. Incropera [32] pada temperatur dinding T
w
=312,4326 K, dengan interpolasi, diperoleh konduktivitas termal dinding tabung k
w
= 400,005395 WmK.
Dengan demikian, koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat ditentukan dengan:
K Wm
256.7551 U
1137,823 1
0,0117 0,0127
ln 400,005395
2 0,0117
407,5263 1
0,0117 0,0127
1 U
h 1
d d
ln 2k
d h
1 d
d 1
U
2 h
i o
i c
i o
= +
+ =
+
+
=
Keefektifan alat penukar kalor ditentukan dengan:
JsK 806,4511
4032,256 0,2
c m
C
pc c
c
= ×
= =
JsK 744
, 35
8 72
, 4178
0,2 c
m C
ph h
h
= ×
= =
Dapat dilihat bahwa C
c
= C
min
, maka:
355072 ,
9 2
42,8 9
2 9
, 3
3 T
T T
T ε
ci hi
ci co
= −
− =
− −
=
Dengan cara yang sama, maka hasil perhitungan untuk setiap pengujian dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 5.4. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas pada sisi tabung. Jarak Baffle
mm Jumlah
Baffle Re
c
Nu
c
h
c
Wm
2
K 40
22 710.8824
6.666598 360.0324
44 20
707.6378 6.667498
360.3228 49
18 705.7053
6.668034 360.6108
55 16
703.7833 6.668567
360.7805 63
14 700.6031
6.669449 360.9355
73 12
698.0795 6.670149
361.134
Tabel 5.5. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas pada sisi cangkang. Jarak
Baffle mm
Jumlah Baffle
Re
h
J
C
J
L
J
B
J
μ
h
h,ideal
Wm
2
K h
h
Wm
2
K 40
22 2341.026 0.993956 0.750214 0.601473 0.996818 2567.119 1137.823
44 20
2140.874 0.993956 0.768937 0.601473 0.996416 2400.109 1089.973 48
18 1935.862 0.993956 0.788775 0.601473 0.995961 2224.815 1038.105
55 16
1733.336 0.993956 0.808541 0.601473 0.99549 2048.558 979.3913
63 14
1520.865 0.993956 0.829814 0.601473 0.994872 1858.383 914.8717 73
12 1321.865 0.993956 0.850597 0.601473 0.994117 1673.247
843.731 Tabel 5.6. Hasil perhitungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan
efektivitas.
Jarak Baffle
mm Jumlah
Baffle U
Wm
2
K ε
∆P kPa
40 22
256.7551 35.5072
17.161 44
20 254.397
31.8841 15.690
48 18
251.6207 29.7101
14.807 55
16 248.1084
27.5362 11.767
63 14
243.836 23.913
9.806 73
12 238.5781
21.0145 9.512
5.3 Pembahasan
Kategori