conditions. Secara umum boundary conditions terdiri dari dua macam, inlet dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai tempat dimana
fluida memasuki domain control volume yang ditentukan. Berbagai macam kondisi didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan,
komposisi, temperatur, tekanan, laju aliran. Sedangkan pada outlet biasanya didefinisikan sebagai kondisi dimana fluida tersebut keluar
dari domain atau dalam suatu aplikasi CFD merupakan nilai yang didapat dari semua variabel yang didefinisikan dan diextrapolasi dari
titik atau sel sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh penerapan boundary conditions.
Gambar 2.26 Penerapan Boundary Condition Sumber : Microsoft visio 2007
5.Solusi dari persamaan Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel yang diketahui
dimasukkan kedalam persamaan dan diselesaikan menggunakan operasi numerik. Ketika iterasi dimulai maka seluruh persamaan
konservasi yang didefinisikan diselesaikan secara bersamaan secara paralel. Disinilah peran komputer yang sebenarnya. Berikut ini flow
charts dari salah satu aplikasi CFD Fluent dalam penyelesaian persamaan.
Gambar 2.27 Flowchart simulasi CFD Sumber : Microsoft visio 2007
2.11 Persamaan Rumus yang digunakan
Berikut ini adalah persamaan yang digunakan dalam menghitung keefektivitasan sebuah APK yaitu:
a. Kecepatan aliran didalam fluida yang dirumuskan dengan : › =
Ÿ
n,¢ ¢
£ R
[
Dimana: V = kecepatan aliran dalam fluida ms
Q = debit aliran kapasitas aliran lj, ¤
n
¥ Dh = diameter pipa dalam m
b. Setelah didapatkan nilai kecepatan maka dicari nilai bilangan reynold yaitu
= ’ › Rℎ
1000 ¦ Dimana:
= bilangan reynold ’ = massa jenis fluida
pu
› = kecepatan aliran fluida ms ¦ = viskositas kinematik ¥¤
c. Kemudian mencari nilai massa persatuan waktu yaitu: ¤§§
[
= ’. Ÿℎ ¤§
\
= ’. Ÿ© Dimana :
¤§
[
= massa aliran panas persatuan waktu kgs ¤§
\
= massa aliran dingin persatuan waktu kgs
d. Setelah itu kemudian mencari nilai kekasaran pipa f yaitu: 0 = 0,79 ln 6 − 1,64
Dimana: Re = Bilangan reynold
F = faktor nilai kekasaran pipa
e. Setelah itu mencari nilai bilangan Nusselt :
i
=
ª m
6 − 1000«¬ 1 + 12,708
«¬
n
− 1
Dimana: Re = bilangan reynold
Pr = Bilangan Prandtl
f. Untuk mencari nilai koefisien konveksi h maka:
ℎ = ®
ℎ
Dimana: Dh = Diameter pipa dalam m
K = Konduktivitas fluida WmK ℎ = koefisien konveksi
℃
g. Luas bagian luar pipa dalam Ai
¯ = 3,14 ℎ
k
Dimana: L= panjang pipa APK m
Ai = Luas bagian luar pipa m h.
Luas bagian dalam pipa luar Ao
± = 3,14 ℎ±
k
Dimana:
ℎ± = diamter luar pipa dalam m i.
Tahanan panas R: R = R
total
= R
i
+ R
dinding
+ R
o
=
1 h
i
A
i
+
lnD
o
D
i
2kL
+
1 h
o
A
o
Dimana: Do = Diameter luar pipa m
Di = Diameter dalam pipa m
j. Koefisien panas menyeluruh U:
= 1
¯ Dimana:
R = Tahanan panas ℃
Ai = Luas bagian luar pipa m U = Koefisien panas menyeluruh
℃
k. Kapasitas panas C:
Kapasitas panas aliran panas Ch q
[
= ¤§
[
©
I[
Dimana: q
[
= kapasitas panas aliran panasWK ¤§
[
= laju aliran massa kgs ©
I[
= panas jenis untuk fluida panasKJkgK
Kapasitas panas aliran dinginCc q
\
= ¤§
\
©
I\
Dimana: q
[
= kapasitas panas aliran dinginWK ¤§
[
= laju aliran massa kgs ©
I\
= panas jenis untuk fluida dingin KJkgK l.
Perbandingan kapasitas panas aliran C: q =
qℎ q©
Dimana: q
[
= kapasitas panas aliran panasWK q
\
= kapasitas panas aliran dinginWK
m. Nilai NTU Number Transit of Unit yaitu:
Z = ¯
q© Dimana:
U = Koefisien panas menyeluruh
℃
NTU = Number Transit of Unit
n. Nilai Efektifitas
Efektifitas teori untuk APK sejajar: ² =
1 − ž£x[− Z 1 + ©] 1 + ©
Dimana: C = Perbandingan kapasitas panas aliran
Efektifitas eksperimen dan simulasi dicari dari rumus: Jika Cc = Cmin, maka:
² = Z
\
− Z
\
Z
[
− Z
\
Jika Ch = Cmin, maka: ² =
Z
[
− Z
[
Z
[
− Z
\
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi pengerjaan penelitian dikerjakan guna membuktikan kebenaran dari penelitian. Penelititan mengenai analisis
pengaruh variasi kapasitas aliran fluida panas dan dingin dengan temperatur masuk fluida panas yang juga divariasikan dan dengan arah aliran yang
sejajar akan dilakukan di laboratorium Instalasi Uap, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.1.2Waktu Penelitian
Waktu penelitian akan dikerjakan selama 3 hari yaitu pada tanggal 22Juni dan tanggal 24 Juni 2015. Selang waktu yang terjadi
diakibatkanheater karena habis waktu terlalu lama dalam memanaskan air.
3.2 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 dan secara simulasi dengan
menggunakan software. Metode eksperimen menurut Suharsimi Arikunto 1996 adalah suatu cara
mencari hubungan sebab akibat hubungan kausial antara dua faktor yang sengaja 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 sejajar pararel
3.3 Populasi dan Sampel
Populasi dan sampel sangat perlu diperhatikan karena keduanya yang akan dianalisa nilainya sehingga didapat nilai kualitatifnya.
3.3.1 Populasi Penelitian
Populasi adalah keseluruhan objek penelitian Suharsimi Arikunto, 1996:115. Populasi dalam penelitian ini adalah laju aliran massa yang
bervariasi terhadap temperature masuk fluida panas yang konstan.
3.3.2 Sampel Penelitian
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida panas alat penukar kalor tabung sepusat masuk yaitu 180lj , 240 lj,
300lj, dan360 lj. dengan temperatur masuk fluida panas yaitu sebesar 40
o
C. kemudian variasi kapasitas aliran juga diuji pada temperatur masuk fluida
panas lainnya yaitu 45
o
C, 50
o
C, dan 55
o
C. Selanjutnya untuk laju aliran fluida dingin divariasikan menjadi tiga yaitu 180 lj, 300 lj, dan 420 lj.
Masing-masing variasi kapasitas aliran dan suhu diambil sebanyak 3 kali sehingga jumlah keseluruhan data menjadi 96 data.
Tabel 3.1 variasi sampel penelitian
1 180
2 240
3 300
4 360
5 180
6 240
7 300
8 360
9 180
10 240
11 300
12 360
13 180
14 240
15 300
16 360
kondisi kapasitas fluida
panas lj suhu masuk fluida
panas ºC kapasitas fluida
dingin lj 40
50 55
180 180
180 180
45 suhu masuk fluida
dingin ºC 32
32 32
32
Tabel 3.2 Variasi Sampel Penelitian
1 180
2 240
3 300
4 360
5 180
6 240
7 300
8 360
9 180
10 240
11 300
12 360
13 180
14 240
15 300
16 360
kondisi kapasitas fluida
panas lj suhu masuk fluida
panas ºC kapasitas fluida
dingin lj 40
50 55
300 300
300 300
45 suhu masuk fluida
dingin ºC 32
32 32
32
Tabel 3.3 Variasi Sampel Penelitian
1 180
2 240
3 300
4 360
5 180
6 240
7 300
8 360
9 180
10 240
11 300
12 360
13 180
14 240
15 300
16 360
suhu masuk fluida dingin ºC
32 32
32 32
50 55
420 420
420 420
45 kondisi
kapasitas fluida panas lj
suhu masuk fluida panas ºC
kapasitas fluida dingin lj
40
3.3.3Teknik Sampling
Tujuan digunakannya teknik sampling adalah menentukan seberapa banyak sampel yang akan diambil. Teknik sampling yang akan digunakan
untuk mengumpulkan data dari berbagai sumber data adalah purposive sampling. Yaitu teknik pengambilan data dimana apa dan dan siapa yang
harus memberikan data ditentukan secara subjektif sesuai dengan kebutuhan yang telah ditentukan guna tercapai tujuan yang telah ditentukan. Karena
data yang dikumpulkan dari pihak yang terkait langsung dengan permasalahan yang diteliti.
Penelitian dilakukan dengan menguji alat penukar kalor tabung sepusat dengan variasi-variasi yang telah ditentukan guna mendapatkan hasil
perbandingan perhitungan hasil percobaan, hasil teori, dan hasil simulasi.
3.4 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. Didalam pengumpulan data ada beberapa variabel. Variabel itu sendiri adalah objek penelitian Suharsimi Arikunto, 1993 :
91. Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1
Variabel Bebas 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
suhu masukan fluida panas yang dibuat konstan. Kapasitas aliran yang akan digunakan pada penelitian ini adalah 180 lj, 240 lj, 300 lj, dan360
lj. Kapasitas aliran tersebut akan diuji masing-masing pada temperatur masuk fluida panas 40
o
C, 45
o
C, 50
o
C, dan 55
o
C. Pada fluida dingin suhu yang digunakan adalah suhu kamar dengan kapasitas aliran 180 lj,300 lj,
dan 420 lj 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 tabung sepusat. 3
Variabel Kontrol
