commit to user
Gambar 4.2. Grafik hubungan faktor gesekan f dengan Re untuk plain tube.
4.3.2. Pengaruh Bilangan Reynolds dan Twisted Tape Insert Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas.
Pada pengujian karakteristik perpindahan panas penukar kalor pipa konsentrik ini dilakukan dengan memvariasikan bilangan Reynolds aliran air di
pipa dalam, dan memvariasikan dengan penambahan twisted tape insert di pipa dalam inner tube dengan twist ratio yang berbeda, yaitu sebesar 4, 6, dan 8.
Pengaruh variasi bilangan Reynolds aliran air di pipa dalam dan pengaruh penambahan twisted tape insert dengan twist ratio yang berbeda di pipa dalam
dari penukar kalor pipa konsentrik saluran annular dapat dilihat pada gambar 4.3. Karakteristik perpindahan panas dari penukar kalor pipa konsentrik ini dapat
dilihat dari hubungan antara bilangan Nusselt Nu dengan bilangan Reynolds Re.
Manglik dan Bergles mengembangkan korelasi untuk twisted tape insert dalam daerah turbulen dan valid untuk temperatur dinding konstan dan fluks kalor
konstan. Dari hasil pengujian, nilai bilangan Nusselt pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert dengan twist ratio 4, 6 dan 8 jika dibandingkan
dengan korelasi Manglik – Bergles memiliki penyimpangan rata-rata berturut- turut sebesar 0,4, 3,8 dan 10,1 .
0,000 0,010
0,020 0,030
0,040 0,050
0,060 0,070
0,080 0,090
0,100
5000 10000
15000 20000
25000 30000
35000 Ĩ
Re
Plain Tube Blasius
commit to user
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara Nu dengan Re
Dari gambar 4.3 dapat dilihat bahwa semakin besar bilangan Reynolds, maka bilangan Nusselt rata-rata semakin besar. Dengan bertambahnya bilangan
Nusselt berarti perpindahan panas yang terjadi di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik juga semakin besar. Hal ini terjadi pada semua kasus, yaitu pada
plain tube, pipa dalam dengan twisted tape insert dengan twist ratio 4, 6, dan 8.
Dengan kenaikan bilangan Reynolds, maka semakin tinggi laju aliran massa air dan semakin tinggi tingkat turbulensi aliran air di pipa dalam, sehingga kalor yang
berpindah dari air panas di pipa dalam ke air dingin di annulus dari penukar kalor pipa konsentrik semakin besar. Pada bilangan Reynolds yang sama, pipa dalam
dari penukar kalor pipa konsentrik dengan twisted tape insert, bilangan Nusselt lebih besar dibandingkan dengan pipa dalam tanpa twisted tape insert plain tube.
Karena komponen kecepatan tangensial dan luas penampang aliran lebih kecil, percampuran fluida antara fluida pada daerah dinding pipa dalam dan fluida pada
daerah inti aliran yang ditimbulkan oleh gaya sentrifugal, mempunyai kemampuan yang signifikan untuk menaikkan laju perpindahan panas Naphon, 2006.
Dari gambar 4.3 juga terlihat bahwa dengan semakin kecil twist ratio dari twisted tape insert
, maka akan semakin besar bilangan Nusselt rata-rata pada bilangan Reynolds yang sama. Fenomena ini serupa dengan penelitian Naphon
20 40
60 80
100 120
140 160
180 200
5000 10000
15000 20000
25000
Nu ,i
Re
Plain Tube Twist Ratio 4
Twist Ratio 6 Twist Ratio 8
Manglik - Bergles Twist Ratio 4 Manglik - Bergles twist ratio 6
Manglik - Bergles Twist Ratio 8
commit to user
2006, Noothong 2006 dan Eiamsa-ard, S 2010. Hal ini disebabkan dengan semakin kecil twist ratio dari twisted tape insert, maka akan menghasilkan
intensitas aliran fluida yang berputar swirl flow yang semakin kuat. Semakin berputar aliran fluida di pipa dalam, mengakibatkan lapis batas boundary layer
sepanjang dinding pipa dalam akan semakin tipis sehingga lebih banyak panas yang dipindahkan ke fluida di annulus. Selain itu, twisted tape insert dengan twist
ratio yang semakin kecil, maka panjang aliran flow length semakin besar
Naphon, 2006, dimana hal ini akan memperbesar proses perpindahan panas yang terjadi ke fluida di annulus. Pada bilangan Reynolds yang sama, dengan
penambahan twisted tape insert dengan berbagai twist ratio di pipa dalam, maka nilai bilangan Nusselt rata–rata mengalami kenaikan sebesar 56,6 untuk twist
ratio 4, 33,49 untuk twist ratio 6, dan 19,54 untuk twist ratio 8 jika
dibandingkan dengan plain tube. Akan tetapi dengan penambahan twisted tape insert di pipa dalam dari
penukar kalor pipa konsentrik, maka diperlukan daya pemompaan yang lebih besar karena adanya penurunan tekanan yang besar. Oleh karena itu, analisa
pengaruh penambahan twisted tape insert di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik juga dilakukan pada daya pemompaan yang sama. Pengaruh
penambahan twisted tape insert di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik terhadap karakteristik perpindahan panas pada daya pemompaan yang sama dapat
dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara Nu dengan Re pada daya pemompaan yang sama.
50 100
150 200
5000 10000
15000 20000
25000 30000
35000
Nu
Re
Plain Tube Twist ratio 4
Twist ratio 6 Twist ratio 8
commit to user
Dari gambar 4.4., dapat dilihat bahwa nilai bilangan Reynolds di pipa dalam dengan twisted tape insert pada daya pemompaan yang sama mempunyai
nilai yang lebih kecil jika dibandingkan plain tube. Penambahan twisted tape insert
mengakibatkan penurunan tekanan ∆P yang besar di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik. Penurunan tekanan yang besar ini akan merugikan,
dimana semakin besar penurunan tekanan maka semakin besar pula daya pemompaan yang diperlukan. Maka dari itu, keuntungan sebuah turbulator dalam
meningkatkan perpindahan panas harus memperhatikan parameter koefisien perpindahan panas per satuan penurunan tekanan secara tepat. Pada daya
pemompaan yang sama, nilai bilangan Nusselt rata – rata untuk pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert dengan twist ratio 4, 6, dan 8 berkurang
berturut - turut sebesar 1,62 , 13,58 dan 18,6 dibandingkan plain tube.
4.3.3.
Pengaruh Penambahan Twisted Tape Insert Terhadap Unjuk Kerja Termal.
Unjuk kerja termal η didefinisikan sebagai perbandingan antara
koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dari pipa dalam dengan twisted tape insert
dengan koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dari pipa dalam tanpa twisted tape insert plain tube pada daya pemompaan yang sama. Pada
penelitian ini dianalisa nilai η dari pipa dalam dengan penambahan twisted tape
insert dengan twist ratio yang berbeda. Karakteristik unjuk kerja termal
η untuk pipa dalam dengan penambahan twisted tapeinsert dapat dilihat pada gambar 4.5.
commit to user
Gambar 4.5. Grafik hubungan
η dengan Re
Dari gambar 4.5, terlihat bahwa semakin kecil twist ratio dari twisted tape insert
maka semakin besar nilai unjuk kerja termal. Ini terjadi pada keseluruhan nilai bilangan Reynolds. Fenomena ini serupa dengan penelitian Eiamsa-ard
2009. Nilai unjuk kerja termal η terbesar terjadi pada penambahan twisted tape
insert dengan twist ratio 4. Nilai
η rata-rata pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert
dengan twist ratio 4, 6, dan 8 berturut – turut adalah 0,98, 0,86 dan 0,81. Hal ini berarti bahwa pada daya pemompaan yang sama dengan plain
tube , nilai koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dari pipa dalam dengan
penambahan twisted tape insert lebih kecil dari nilai koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dari plain tube. Hal ini dikarenakan dengan penambahan
twisted tape insert pada pipa dalam dari alat penukar kalor pipa konsentrik
menyebabkan penurunan tekanan yang besar. Dengan nilai penurunan tekanan yang besar, maka dari persamaan daya pemompaan yang sama, nilai laju aliran
volumetrik akan lebih kecil yang berarti nilai bilangan Reynolds lebih kecil juga, yang berakibat laju perpindahan panas dari pipa dalam berkurang.
4.3.4.
Pengaruh Penambahan Twisted Tape Insert Terhadap Rasio Bilangan Nusselt.
Rasio bilangan Nusselt adalah rasio bilangan Nusselt rata-rata antara pipa dalam dengan twisted tape insert dengan pipa dalam tanpa twisted tape insert.
0,00 0,20
0,40 0,60
0,80 1,00
1,20 1,40
5000 10000
15000 20000
25000
η
Re
Twist Ratio 4 Twist Ratio 6
Twist Ratio 8
commit to user
Hubungan rasio bilangan Nusselt NuNu,
p
dengan bilangan Reynolds pada daya pemompaan yang sama untuk pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert
dapat dilihat pada gambar 4.6. Dari gambar 4.6, dapat dilihat bahwa semakin kecil twist ratio
dari twisted tape insert maka semakin besar rasio bilangan Nusselt, dimana rasio bilangan Nusselt terbesar adalah pada twist ratio 4. Nilai rasio
bilangan Nusselt pada penambahan twist tape insert dengan twist ratio 4, 6, dan 8 berturut – turut adalah 0,98, 0,86, dan 0,81. Ini menunjukkan bahwa laju
perpindahan panas dari pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert lebih kecil daripada plain tube pada daya pemompaan yang sama.
Gambar 4.6. Grafik hubungan NuNu,
p
dengan Re pada daya pemompaan yang sama
Gambar 4.7 menunjukkan nilai rasio bilangan Nusselt untuk pipa dalam dengan penambahan twisted tape insert dengan twist ratio 4, 6, dan 8 pada
bilangan Reynolds yang sama. Dari gambar 4.7, pada bilangan Reynolds yang sama rasio bilangan Nusselt mempunyai nilai lebih dari 1, yaitu berturut-turut
sebesar 1,57, 1,35, dan 1,20 untuk penambahan twisted tape insert dengan twist ratio
4, 6, dan 8. Hal ini menunjukkan pada bilangan Reynolds yang sama, nilai bilangan Nusselt pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik dengan
penambahan twisted tape insert lebih tinggi dibandingkan dengan plain tube.
0,00 0,20
0,40 0,60
0,80 1,00
1,20 1,40
1,60
5000 10000
15000 20000
25000
Nu Nu
,p
Re
Twist ratio 4 Twist ratio 6
Twist ratio 8
commit to user
Gambar 4.7.Grafik hubungan NuNu,
p
dengan Re
4.3.5. Pengaruh Penambahan Twisted Tape Insert Terhadap Efektivenes Penukar Kalor.
