1 JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA

  JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA Endrid Gusman 20400417 JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA 2006

  Abstraksi

Alat penukar kalor / panas(heat exchanger) dengan bermacam tipe digunkan dalam

sistem permesinan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari koefisien perpindhan

panas total didalam pipa konsentrik dengan aliran searah dan berlawanan arah.

Pipa koesentrik dengan diameter dalam 0,5 in, diameter pipa luar 1 in dipasang secara

horizontal, sirkulasi air dengan pompa dimana air panas mengalir di dalam dan air

dingin diluar. Temperartur air panas dan air dingin di ukur sebelum masuk dan di ukur

pada saat keluar. Variasi laju aliran di ukur dengan gelas ukur. Hasil di tunujkkan dalam

grafik, dimana debit aliran atau angka bilangan Reynolds, selisih temperature, material

pipa, diameter pipa, angka Nusselt sangat berpengaruh terhdap koefisien perpindahan panas.

  berdimensi.yang mana maksud dari

  Pendahuluan

  Perkembangan teknologi saat ini sangat persamaan di atas tersebut adalah untui berkembang dengan pesat seiring dengan menentukan laju aliran perpindahan panas proses globalisasi dalam segala bidang, pada pipa kosentrik dan bentuk aliran fluida salah satunya dalam bidang ilmu yang di gunakan adalah air panas yang pengetahuan dan teknolgi, terutama yang dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu erat kaitannya dalam hal industri sehingga 100ºC. sangat di butuhkan temuan – temuan Untuk mempermudah penulisan inovtive yang dapat mendukung khususnya dalam perhitungan data maka perkembangan industri tersebut yang dapat dilakukan pembatasan pembatasan – berupa teori – teori atau pun berupa alat – masalah dan asumsi- asumsi. Pembatasan alat. Temuan tersebut tentu harus sudah masalah dan asumsi tersebut antara lain: melalui proses banyak penelitian dan

  1.Tipe alat penukar panas yang digunakan percobaan untuk menghasilkan efesiensi adalah sebuah pipa yang mana pipa yang yang besar. digunakan adalah pipa pvc dan pipa aluminium yang merupakan cangkang.

  Permasalahan dan Batasan Masalah 2.Fluida yang digunakan adalah air panas.

  Dalam perpindahan panas (heat

  3.Salah satu fluida (air) mengalir melalui exchanger) pada pipa kosentrik yang mana pipa di dalamnya, fluida tersebut mengalir pipa – pipa tersebut terdiri dari pipa melalui cincin yang berbentuk silinder aluminium dan pipa pvc, yang digabungkan pipa, maupun silinder dalam dan silinder menjadi satu, yang mana fungsinya untuk luar.Karena kedua aliran fluida melintas mencari nilai koesifien perpindahan panas penukar panas hanya sekali, maka tersebut yang terjadi di dalam pipa dinamakan satu lintas saja(single pass), aluminium. Sehingga kita menggunkan lalu dalam penelitian alat ini kedua fluida sebuah rumus perpindahan panas yang itu mengalir dalam arah yang sama atau utama yaitu : berbarengan (parallel flow), dan juga terdapat aliran berlawan arah(counter dq U.d.A. T flow), yang mana terdapat beda suhu

  = ∆

  antara fluida yang panas dan fluida yang Dalam persamaan tersebut U adalah dingin tidak konstan nilainya pada koefisien perpindahan panas yang tidak

  sepanjang pipa dan laju aliran panasanya aluminium (Al), dan (Cu) di dalam pipa akan berbeda- beda. kosentrik dengan aliran searah dan

  4.Dalam penelitian alai ini menggunkan berlawanan arah dan perpindahan panas sebuah pompa air yang jenis tipe semi jet yang terjadi pada pipa pvc, yang mana di pump. dalam pipa pvc terdapat pipa aluminium.

  5.Analisa penelitian menggunakan dasar- Pada penelitian ini menggunkan air panas dasar teori termodinamika yang hanya yang dipanaskan terlebih dahulu mencapi dipakai materinya yaitu konveksi dan suhu 100ºC. konduksi, radiasi tidak dipakai materinya. Tujuan penelitian ini yang kita uji coba adalah untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas total pada logam proses sirkulasi air panas menjadi dingin,

  Hasil Pembahasan

  yang mana hasil proses sirkulsinya dapat Desain alat yang digunakan pada diketahui di bak penampung air. Yang mana penelitian ini dari panjang pipa pvc terhadap ember tersebut berukuran sedang. Pada konduktivitas thermalnya dan nilai koefisien instalasi pipa ini teradapat komponen – thermalnya. Alat yang dibuat desain yaitu komponen di dalamnya yaitu: suatu perpindahan panas yang dilakukan -Strenggear. Yang gunannya untuk menggunakan pipa yang terbuat dari bahan sebagai tempat kedudukan tangki buat air aluminium yang gunannya untuk panas yang telah dipanaskan terlebih mengetahui konduktivitas thermalnya. dahulu. Untuk mendapatkan data yang benar penulis - Tangki air panas. Yang gunannya menggunakan sebuah rangakian atau untuk menampung air panas pada suhu instalasi pipa yang sederhana. Pada alat 100ºC. penelitian ini dipasang 3 buah katup, di setiap sambungan pipa pvc, yang mana - Bak penampung awal. Yang gunannya fungsinya untuk mengatur tekanan air yang untuk menampung air dingin yang di isi keluar di outlet pipa menuju ke bak terlebih dahulu.Yang mana fungsinya untuk penampung air dan pada percobaan ini terjadinya proses sirkulasi air panas menjadi menggunakan sebauh pompa sejenis jet dingin. pump yang gunanny auntuk untuk sebagai

• - Bak penampung terakhir. Yang Keterangan Gbr: Panjang pipa pvc =183 cm - gunannya untuk menampung air yang keluar dari ujung outlet pipa aluminium. Panjang pipaaluminium = - - Pipa aluminium. Yang gunannya untuk 202 cm. pengambilan data. Dengan berdiameter.1 inch. - Pipa pvc. Yang gunannya untuk menggabungkan pipa pvc dan pipa aluminium di jadi satu, yang fungsinya untuk menentukan cara proses kerja perpindahan panas (heat exchanger). - Pompa. Yang gunannya untuk mengalirkan air dingin dari bak penampung awal menuju ke sisitem pendingin dan untuk mempercepat tekanan air. - Termometer digital Yang gunannya untuk mengukur suhu pada pipa pvc dan aluminium yang dari mana ketelitian Gambar 3.1 Set up alat uji pipa aluminium bacanya 40 -150ºC (1 buah) & pipa pvc. - Stopwatch Yang gunannya untuk Pada Gbr 3.1. adalah sebuah rangkaian mengukur waktu yang diperlukkan pada pipa atau instalasi pipa pvc dan pipa saat mengalirkan air menuju ke bak aluminium. Yang mana pada rangakian pipa penampung. tersebut gunannya untuk mengetahui cara - Gelas ukur. Yang gunannya untuk perpindahan panas (heat exchanger),dan mengukur berapa liter air yang keluar dari menentukan nilai koefisien panas outlet pipa aluminium. thermalnya. Pada pengolahan data ini kembali di lakukan langkah – langkah pengambilan data sebagai berikut : 1.

  Untuk menentukan nila Reynolds : ud

  ρ

  Re

  = µ

  Dimana :

  4. Untuk menentukan waktu aliran air

  Re = Renould number ₃ menuju ke outlet pipa yaitu : = Kerapatan fluida (kg/m )

  ρ T T

  max min

  ∆ − ∆

  u = Kecepatan rata – rata terhadap waktu

  Tm ∆ =

  2 dalam arah (m/dt) d = Diameter pipa (m) Dimana : = Dinamika viskositas (Pa.dt).

  µ Tm Beda temperatur rata – rata di

  ∆ =

2. Untuk menentukan aliran koefisien dalam penukar kalor. perpindahan panas :

  T max Beda temperatur maksimum ∆ = h . l Nu

  =

   (rad)

  k T min = Beda temperatur minimum ∆

   Dimana : (rad) Nu = Nusslet number h = Koefisien perpindahan panas konvek ₂ Rekapitulasi Data. si.(W/m K) Untuk menentukkan temperatur pada L = Signifikan panjang pipa (m) ₂ k = Konduktivitas thermal (W/m K)

  T : Temperatur air panas yang masuk _{h 1}

3. Untuk menentukan nilai konveksi dari

  T : Temperatur air panas yang keluar _{h 2} dalam yaitu :

  T : Temperatur air dingin yang masuk _{c 1} Q = h - . l . A ( T T ) _{2 1} T : Temperatur air dingin yang masuk _{c 2} T : Temperatur air panas keseluruhan _h

   Dimana : nya ₃ T : Temperatur air dingin keseluruhan _c Q = Laju volume aliran fluida (air).(m ) nya

  h. l Koefisien perpindahan panas fasa cair =

  T : Beda temperature rata – rata kesel ₂ ∆ m

   an (W/m K) uruhanya

  T = Temperatur awal (ºC) ₂ T = Temperatur akhir (ºC) ₁

  Jumlah panas yang dibutuhkan Didalam analisa ini tak lupa penulis

  (Heat

  didalam perpindahan panas kemukakan data dari penelitian yang

  

exchanger ) dengan berbahan pipa PVC penulis lakukan dengan menghitung /

  yang dilapisi pipa aluminium adalah mengukur suatu penelitian yaitu :

  Dimeter dalam pipa (pipa dalam penukar kalor dengan rumus sebagai aluminium) = 0,5 inch , dimana berikut

• dengan menghasilkan beda suhu rata – rata

  :

  diameter dalam tersebut satuannya Untuk mencari perbedaan temperatur/ dijadikan m (meter).

  suhu rata – rata yaitu : Sehingga : 1 inch = 2,54 cm.

  ½ inch = 2,54 : 2

  Ti Te ∆ + ∆

  T = (°K) ∆ = _m =1,27cm = 0,0127 m.

  2

• Diameter luar pipa (pipa PVC ) = 1

  Dimana

  :

  inch = 0,0254 m

  º º Th = 90 C + 273 K = 363 ° K. ₁

• Luas penampang pipa aluminium =

  º º Tc = 55 C + 273 K = 328° K. ₁ ²

  8,05 m , dimana di dapat dari

  º º Th = 67 C + 273 K = 357 ° K.

  rumus : A = . d . L jadi luas

  π º º T c2 = 32 C + 273 K 305 ° K.

  penampang dapat kita hjitung T h = 703 ° K. dengan menggunakan rumus T c = 633 ° K. tersebut , hitungannya sebagai Sehingga kita dapat memasukkan data berikut :

  :

  tersebut ke dalam rumus sebagai berikut Dimana : A= Luas penampang pada perpinda

  T T T dan Te T T ∆ = − ∆ = − _{i h 1 c 2 h 2 c 1}

   han kalor (m²)

  π ∆ ∆ _{i e}

• T T = Jari – jari silender pada ujung

   = T =

  ∆ _m

  2 pipa (rad) = T 35 (°K).

  ∆ = _m

  d = diameter dalam pipa .(rad)

  Sehingga hasil yang didapat pada data diatas yaitu : A =

   A = 8,05 (m²). Jadi dari data diatas dapat kita masukkan kedalam rumus koefisien thermal dibawah ini : h =

  = 35

  ∆

  ² . _m T

   Diketahui : U = 1123 W/m ² °K A = 8,05 m

  T ∆ = Beda suhu rata – rata.

  .x (35° K) = 316,4 Watt. Dimana : U = Koefisien perpindahan kalor menye luruh A = Luas permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U _m

  ²

   = 1123 W/m ² x 8,05 m

  T ∆

   Dimana untuk menghitung perpindahan kalor pada pipa kosentrik di dapatkan ru mus sebagai berikut : q = U.A. _m

  ² º K). Perhitungan untuk mencari perpinda han kalor pada pipa kosentrik.

  8 290 = 36 (W/m

   = 05 ,

  A k

  : k = 290 (W/m° K) .

  π

  ) ( ^{2 1}

  .d. L = 3,14 x 0,0127m.2,02m = 8,05m

  ² .

  Panjang pipa Aluminium = 202 cm = 2,02 m .

  Perhitunganuntuk mencari konduktivitas panas (k), pada pipa aluminium pada pipa konsetrik yaitu :

   k = A xQ

  L T T ^{h h}

  −

   Diketahui

   = 290 (W/m

  ² º k ). Perhitungan untuk mencari koefisien panas yang terjadi pada pipa kosentrik yaitu :

   h =

  A k

   (W/m

  ² º K).

  º K.

  V = 4 x q / × D²

  Dimana untuk menghitung laju aliran π panas didapatkan rumus sebagai berikut ₂ = 4 × 316,4 m²/dt / 3,14 × (0,0254) m.

  : = 624,74 m /dt.

  dq = U ( T – T ) dA _{h c} dimana subskrip h dan c masing – masing

   Perhitungan untuk mencari Nusselt

  menandai fluida – panas dan fluida dingin

  h. l

  Diketahui : Nu =

  k

   U = 1123 W/m °K Diketahui : T = 706° K. _{h 2} h = 36,0 W/m K T = 633° K. _c L = 2,02 m.

  Sehingga dari data diatas mendapatkan hasil k = 290 W/m ° K. berikut : Sehingga dari data di atas mendapatkan dq = U ( T – T ) dA _{h c} hasil sebagai berikut : = 1123(703 K – 671 K) 0,0127 x 8, = 367,39 W/m² ° K

  h. l

  Nu =

  k Perhitungan untuk mencari kecepatan

  36 , x 2 ,

  02 = aliran pada pipa kosentrik. 290 = 0,250 Watt V = 4 × q / × D².

  π Perhitungan untuk mencari Reynolds yaitu :

  Diketahui

  : UxD

  Re = q = 316,4 m² /dt.

  µ D = 0,0254 m.

   = 3,14

  π

   Diketahui : Dari data di atas mendapatkan hasilnya seba gai berikut :

2 U = 1123 W /m °K

  ₂ D = 0,0254 m. _{6 2} = 20,92 x 10 (m /dt)

  µ

   (Viskositas kinematik dari tabel A4) Dari data di atas mendapatkan hasilnya sebagai berikut :

  Ux. d

   Re =

  µ ₂ x

  1123 , 0254 = ₆ 20 , 29 x

  10 ₈ = 6,815 x 10 Kesimpulan.

  1. Konduktivitas panas pada pipa alumini um terlihat konstan, mungkin disebabkan selisih temperatur dan laju aliran yang ren dah

  2. Nilai koefisien panas, (h) sangat di penga ruhi oleh laju aliran air dingin dan selisih temperatur.

  Saran.

  1. Perlu di buat alat yang lebih baik agar pe ngukuran temperature dan laju aliran lebih akurat

  2. Harus dibuat selisih temperatur yang bes ar, panjang pipa, debit aliran agar mudah mendapatkan data.

  4.1 Tabulasi Hasil Dari Pengambilan Data Keseluruhannya. _{1 h}

   (°K)

  5. P.K Tata McGraw-Hill “Heat Transfer”,13 ^th (Tata McGraw – Hill Publishing Company Limited, 7 West Patel Nagar, New Dehli, 2004

  4. Sears.Zemansky,”Fisika Mekanika Panas dan Bunyi “,(The City Collage of The City of The New York, Inc,1962.

  3. J.P Holman E. Jasjfi, “Perpindahan Kalor”,ed Ke-6, Jakarta Timur, 1995

  2. Frank Kreith Arko Prijono M.sc,”Prinsip – prinsip Perpindahan Panas “edisi Ke 3, Jakarta Timur, 1994.

  1. J.P. Holman “Heat Transfer”, 6 ^th ,ed, McGraw-Hill Book Company,1987.

  29 Daftar Pustaka

  32

  35

  T ∆

  T (° k) 363 342 333 _{1 C} T (°K)

   q (Watt) 316 250 307 k (W/m °K) 290 270 230 h (W/m ² °K) 36,0 34,0 32,0 Re 6,815 x10 ⁸ 6,421x10 ⁸ 5,931 x10 ⁷ _m

  T (°K) 703 689 678

  633 625 604 _h

  T (°K)

  310 305 297 _C

  T (°K)

  340 331 329 _{2 C}

  T (°K)

  328 321 295 _{2 h}

  6. Hand book ‘’Heat Transfer”