Analisis dan simulasi efektifitas alat penukar kalor tabung sepusat aliran berlawanan dengan variasi temperaturairpanas yang mengalir dalam tabung dalam (tube)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Alat penukar kalor merupakan salah satu alat yang digunakan untuk
memindahkan kalor dari suatu fluida ke fluida yang lain atau dengan kata lain ,
panas yang dipindahkan dari fluida panas akan sama dengan panas yang diterima
oleh fluida dingin.
Sebagai contoh,kebutuhan manusia dari zaman dahulu sudah ada yaitu
ketika memasak air sampai mendidih dengan memindahkan panas dari api sampai
ketel kemudian panas tersebut memanaskan air di dalam ketel dan air paling dasar
yang menerima kalor terlebih dahulu akan naik ke permukaan dan bersikulasi
dengan air dingin dan siklus ini menghangatkan air secara terus menerus sehingga
ketel ini juga termasuk alat penukar kalor (APK).Berbagai cara dilakukan
manusia untuk memodifikasi APK tersebut untuk memenuhi kebutuhannya yang
beragam.
Tidak hanya itu, kondensor dan blower pendingin ruangan yang digunakan
pada mesin pendingin ruangan juga termasuk alat penukar kalor jadi terdapat
beragam alat penukar kalor dalam kehidupan manusia yang telah dimodifikasi
sesuai dengan kebutuhan .
Pada salah satu laboratorium PTKI (Pendidikan Teknologi Kimia Industri)
yaitu laboratorium OTK (Operasi Teknik Kimia) terdapat sebuah alat penukar
kalor tabung sepusat. Alat ini sudah digunakan lebih dari 30 tahun dan menurut
informasi dari mahasiswa pendahulu penulis yang diperolehdari kepala
laboratorium PTKI, alat penukar kalor tersebut belum pernah sekalipun
dikalibrasi. Hal ini memungkinkan terjadinya penurunan efektifitas dari alat
penukar kalor tersebut. Dengan usia alat yang sudah melewati 30 tahun dan belum
sekalipun dikalibrasi akan sangat rentan terhadap kesalahan perhitungan antara
hasil teori dengan hasil percobaan yang dilakukan menggunakan alat penukar
2
kalor tersebut. Sehingga dilakukan suatu percobaan oleh mahasiswa pendahulu
penulis untuk menganalisa sejauh mana penurunan prestasi dari alat penukar kalor
tersebut dan didapat hasil dengan perbandingan keefektifan alat penukar kalor
tersebut secara eksperimen lebih tinggi daripada secara teori.Hal ini tidak
memungkinkan karena hakikatnya hasil eksperimen suatu penelitian lebih tinggi
daripada secara teori.
Demikianlahdilakukan suatu percobaan yang bertujuan untuk menganalisa
ulang seberapa besar persen ralat prestasi alat penukar kalor tersebut secara
eksperimen daripada secara teori yang dilakukan pada sebuah alat penukar kalor
yang menyerupai alat penukar kalor yang terdapat di PTKI .
1.2 Tujuan Penelitian
1.Untuk mengetahui temperatur fluida panas dan fluida dingin yang keluar
dari alat penukar kalor tabung sepusat dengan arah aliran berlawanan,
yakni yang terjadi di lapangan, perhitungan teori, dan hasil simulasi
2. Untuk mengetahui keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat aliran
berlawanan, yakni yang terjadi di lapangan,perhitungan teori, dan hasil
simulasi
3. Untuk memperbandingkan keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat
aliran berlawananyang diperoleh, yakni yang terjadi di lapangan,
perhitungan teori, dan hasil simulasi.
4. Untuk menjadi bahan referensi untuk peneliti selanjutnya di Departemen
Teknik Mesin USU
1.3 Batasan Masalah Penelitian
1. Alat penukar kalor (pipa dalam) yang diteliti memiliki tebal pipa yang
tipis sehingga tebalnya dapat diabaikan.
2. Tidak ada kehilangan panas yang terjadi pada APK karena permukaan
luarnya telah diisolasi.
3. Kapasitas aliran yang terjadi di lapangan dianggap konstan.
4. Perhitungan dilakukan pada tekanan yang konstan.
5. Metode perhitungan keefektifitasan dilakukan dengan metode NTU.
3
1.4 Manfaat Penelitian
1. Diperoleh perbedaan efektifitas yang terjadi di lapangan, perhitungan teori,
dan hasil simulasi.
2. Diperoleh bahan pertimbangan bagi peneliti selanjutnya dalam melakukan
perawatan yaitu hasil perhitungan yang dilakukan melalui percobaan,
perhitungan teori, dan menggunakan simulasi.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari dari alat
penukar kalor yang dibangun oleh tim penulis.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
•
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
penelitian.
•
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai neraca
energi, jenis-jenis alat penukar kalor, metode LMTD, metode NTU.
4
•
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengambilan
data, alat-alat yang digunakan, dan cara melakukan penelitian serta skema
uji dan diagram alir cara melakukan penelitian
•
Bab IV : Hasil dan Analisa Penelitian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari lapangan dan
dibandingkan
dengan
hasil
perhitungan
secara
teoritis
dengan
menggunakan metode NTU.
•
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
•
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
•
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Alat penukar kalor merupakan salah satu alat yang digunakan untuk
memindahkan kalor dari suatu fluida ke fluida yang lain atau dengan kata lain ,
panas yang dipindahkan dari fluida panas akan sama dengan panas yang diterima
oleh fluida dingin.
Sebagai contoh,kebutuhan manusia dari zaman dahulu sudah ada yaitu
ketika memasak air sampai mendidih dengan memindahkan panas dari api sampai
ketel kemudian panas tersebut memanaskan air di dalam ketel dan air paling dasar
yang menerima kalor terlebih dahulu akan naik ke permukaan dan bersikulasi
dengan air dingin dan siklus ini menghangatkan air secara terus menerus sehingga
ketel ini juga termasuk alat penukar kalor (APK).Berbagai cara dilakukan
manusia untuk memodifikasi APK tersebut untuk memenuhi kebutuhannya yang
beragam.
Tidak hanya itu, kondensor dan blower pendingin ruangan yang digunakan
pada mesin pendingin ruangan juga termasuk alat penukar kalor jadi terdapat
beragam alat penukar kalor dalam kehidupan manusia yang telah dimodifikasi
sesuai dengan kebutuhan .
Pada salah satu laboratorium PTKI (Pendidikan Teknologi Kimia Industri)
yaitu laboratorium OTK (Operasi Teknik Kimia) terdapat sebuah alat penukar
kalor tabung sepusat. Alat ini sudah digunakan lebih dari 30 tahun dan menurut
informasi dari mahasiswa pendahulu penulis yang diperolehdari kepala
laboratorium PTKI, alat penukar kalor tersebut belum pernah sekalipun
dikalibrasi. Hal ini memungkinkan terjadinya penurunan efektifitas dari alat
penukar kalor tersebut. Dengan usia alat yang sudah melewati 30 tahun dan belum
sekalipun dikalibrasi akan sangat rentan terhadap kesalahan perhitungan antara
hasil teori dengan hasil percobaan yang dilakukan menggunakan alat penukar
2
kalor tersebut. Sehingga dilakukan suatu percobaan oleh mahasiswa pendahulu
penulis untuk menganalisa sejauh mana penurunan prestasi dari alat penukar kalor
tersebut dan didapat hasil dengan perbandingan keefektifan alat penukar kalor
tersebut secara eksperimen lebih tinggi daripada secara teori.Hal ini tidak
memungkinkan karena hakikatnya hasil eksperimen suatu penelitian lebih tinggi
daripada secara teori.
Demikianlahdilakukan suatu percobaan yang bertujuan untuk menganalisa
ulang seberapa besar persen ralat prestasi alat penukar kalor tersebut secara
eksperimen daripada secara teori yang dilakukan pada sebuah alat penukar kalor
yang menyerupai alat penukar kalor yang terdapat di PTKI .
1.2 Tujuan Penelitian
1.Untuk mengetahui temperatur fluida panas dan fluida dingin yang keluar
dari alat penukar kalor tabung sepusat dengan arah aliran berlawanan,
yakni yang terjadi di lapangan, perhitungan teori, dan hasil simulasi
2. Untuk mengetahui keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat aliran
berlawanan, yakni yang terjadi di lapangan,perhitungan teori, dan hasil
simulasi
3. Untuk memperbandingkan keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat
aliran berlawananyang diperoleh, yakni yang terjadi di lapangan,
perhitungan teori, dan hasil simulasi.
4. Untuk menjadi bahan referensi untuk peneliti selanjutnya di Departemen
Teknik Mesin USU
1.3 Batasan Masalah Penelitian
1. Alat penukar kalor (pipa dalam) yang diteliti memiliki tebal pipa yang
tipis sehingga tebalnya dapat diabaikan.
2. Tidak ada kehilangan panas yang terjadi pada APK karena permukaan
luarnya telah diisolasi.
3. Kapasitas aliran yang terjadi di lapangan dianggap konstan.
4. Perhitungan dilakukan pada tekanan yang konstan.
5. Metode perhitungan keefektifitasan dilakukan dengan metode NTU.
3
1.4 Manfaat Penelitian
1. Diperoleh perbedaan efektifitas yang terjadi di lapangan, perhitungan teori,
dan hasil simulasi.
2. Diperoleh bahan pertimbangan bagi peneliti selanjutnya dalam melakukan
perawatan yaitu hasil perhitungan yang dilakukan melalui percobaan,
perhitungan teori, dan menggunakan simulasi.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari dari alat
penukar kalor yang dibangun oleh tim penulis.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
•
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
penelitian.
•
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai neraca
energi, jenis-jenis alat penukar kalor, metode LMTD, metode NTU.
4
•
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengambilan
data, alat-alat yang digunakan, dan cara melakukan penelitian serta skema
uji dan diagram alir cara melakukan penelitian
•
Bab IV : Hasil dan Analisa Penelitian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari lapangan dan
dibandingkan
dengan
hasil
perhitungan
secara
teoritis
dengan
menggunakan metode NTU.
•
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
•
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
•
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar