Analisis Efektivitas Alat Penukar Kalor Shell & Tube Dengan Medium Air Sebagai Fluida Panas dan Methanol Sebagai Fluida Dingin
ANALISIS EFEKTIFITAS ALAT PENUKAR KALOR
SHELL & TUBE DENGAN MEDIUM AIR SEBAGAI FLUIDA
PANAS DAN METHANOL SEBAGAI FLUIDA DINGIN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
KEVIN BASRI CIWIRA
(110401070)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
ABSTRAK
Pada zaman sekarang ini , alat penukar kalor sangat banyak dijumpai dalam
kehidupan manusia. Alat penukar kalor merupakan suatu alat untuk memindahkan
panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Salah satu alat penukar kalor yang paling
banyak dipakai adalah alat penukar kalor shell and tube. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui efektivitas alat penukar kalor shell and tube.
Dari penelitian ini diperoleh efektivitas APK dengan perhitungan metode
NTU dan data di lapangan. Untuk perhitungan metode NTU diperoleh efektivitas
APK maksimum sebesar 97.396 % pada keadaan kapasitas aliran masuk fluida panas
510 L/jam dengan suhu (Th,i) 40ºC dan kapasitas aliran masuk fluida dingin 108
L/jam dengan suhu (Tc,i) 28ºC. Untuk perolehan data di lapangan diperoleh efektivitas
APK maksimum sebesar 45.3965 % pada keadaan kapasitas aliran masuk fluida
panas 510 L/jam dengan suhu (Th,i) 40ºC dan kapasitas aliran masuk fluida dingin
108 L/jam dengan suhu (Tc,i) 28ºC.
Kata Kunci : Alat Penukar Kalor, Efektivitas, Fluida Panas dan Fluida Dingin
Universitas Sumatera Utara
ii
ABSTRACT
Nowadays, heat exchangers are often found in people's daily life. Heat
exchanger is a device used for transferring heat from one fluid to another fluid. One
of the most highly used heat exchangers is shell and tube heat exchangers. The
purpose of this study is to understand better about the effectiveness of the shell and
tube heat exchanger.
The result of this research is acquired by using NTU method and calculating
effectiveness from site. By using NTU method, the maximum effectiveness is
obtained 97.396 % on hot fluid inlet (Th,i) 40ºC at 510 l/h flow rate and cold fluid
inlet (Tc,i) 28ºC at 108 l/h flow rate. By calculating effectiveness from site, the
maximum effectiveness is obtained 45.3965 % on hot fluid inlet (Th,i) 40ºC at 510 l/h
flow rate and cold fluid inlet (Tc,i) 28ºC at 108 l/h flow rate.
Keywords : Heat Exchanger, Effectiveness, Hot Fluid and Cold Fluid
Universitas Sumatera Utara
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji, syukur, dan hormat penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan penyertaanNya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini sebagai
syarat kelulusan tingkat Strata Satu di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini berjudul “Analisis Efektivitas Alat Penukar Kalor Shell & tube
dengan Medium Air sebagai Fluida Panas dan Methanol sebagai Fluida Dingin”.
Dalam penulisan skripsi ini, banyak tantangan dan hambatan yang penulis hadapi,
baik secara teknis maupun non teknis. Penulis telah berupaya keras dengan segala
kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta
bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapatkan bantuan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua Orang Tua penulis, yang tidak henti memberikan kasih yang begitu
tulus melalui doa, keringat, dan restu yang menjadi motivasi sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, D.E.A.selaku dosen pembimbing
yang
sudah
membimbing
dan
memberikan
solusi
dalam
berbagai
permasalahan yang penulis hadapi dalam proses penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Tulus B. Sitorus S.T M.T selaku dosen yang ikut membimbing dalam
proses pelaksanaan tugas skripsi ini.
4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
6. Rudianto dan Felix Wijaya, selaku rekan skripsi atas kesetiaan dan semangat
juang dikala suka maupun duka dalam menghadapi setiap permasalahan.
7. Adik dan kakak penulis yang terkasih, atas semangat dan doa yang diberikan.
Universitas Sumatera Utara
iv
8. Keluarga Besar Teknik Mesin USU Stambuk 2011, juga rekan-rekan yang
tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah mentransfer energi tak
terbatas dan memberikan masukan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
yang
bersifat
membangun
demi
penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhir kata penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.
Medan, 21 April 2016
Penulis,
KEVIN BASRI CIWIRA
NIM. 110401070
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ........................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. iix
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ........................................................................ 2
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 2
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5
2.1 Definisi Kalor ............................................................................................. 5
2.2 Teori Dasar Alat Penukar Kalor .................................................................. 5
2.3 Jenis Alat Penukar Kalor ............................................................................ 6
2.4 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ................................................................. 10
2.4.1 Konduksi............................................................................................ 19
2.4.2 Konveksi ............................................................................................ 21
2.4.3 Radiasi ............................................................................................... 22
2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ................................................ 23
2.6 Faktor Kotoran ( Fouling Factor ) ............................................................ 25
2.7 Metode LMTD ......................................................................................... 26
Universitas Sumatera Utara
vi
2.7.1 Metode LMTD Pada Aliran Paralel (Sejajar) ...................................... 26
2.7.2 Metode LMTD untuk Aliran Berlawanan ........................................... 28
2.8 Metode NTU ............................................................................................ 32
2.9 Metanol .................................................................................................... 37
2.10 Persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan ...................................... 38
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 40
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 40
3.1.1 Tempat Penelitian .............................................................................. 40
3.1.2 Waktu Penelitian ................................................................................ 40
3.2 Metode Penelitian ..................................................................................... 40
3.3 Populasi dan Sampel ................................................................................. 40
3.3.1 Populasi Penelitian ............................................................................. 41
3.3.2 Sampel Penelitian............................................................................... 41
3.3.3 Teknik Sampling ................................................................................ 41
3.4 Teknik Pengumpulan Data ........................................................................ 42
3.5 Instrumen Penelitian ................................................................................. 43
3.5.1 Bahan Penelitian ................................................................................ 43
3.5.2 Alat Penelitian.................................................................................... 43
3.5.3 Skema Uji Penelitian .......................................................................... 47
3.5.4 Diagram Alir Proses Penelitian........................................................... 48
3.5.5 Proses Percobaan ............................................................................... 50
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................................... 51
4.1 Perhitungan Teoritis ................................................................................. 51
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian ............................................................. 59
4.3 Perbandingan Hasil Eksperimen APK Shell and Tube dan APK Tabung
Sepusat...................................................................................................... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 68
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 68
5.2 Saran ........................................................................................................ 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xii
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Chiller ....................................................................................... 7
Gambar 2.2 Kondensor ................................................................................. 7
Gambar 2.3 Cooler ...................................................................................... 8
Gambar 2.4 Evaporator ................................................................................. 8
Gambar 2.5 Thermosiphon Reboiler ............................................................. 9
Gambar 2.6 Konstruksi Heat Exchanger ...................................................... 9
Gambar 2.7 Heater ....................................................................................... 10
Gambar 2.8 Aliran double pipe heat exchanger ............................................. 13
Gambar 2.9 Hairpin heat exchanger ............................................................ 13
Gambar 2.10 Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter
current .................................................................................... 15
Gambar 2.11 Double-pipe heat exchangers in series ..................................... 15
Gambar 2.12 Double-pipe heat exchangers in series–parallel ....................... 16
Gambar 2.13 Bentuk susunan tabung ............................................................ 17
Gambar 2.14 Shell and tube heat exchanger.................................................. 17
Gambar 2.15Plate type heat exchanger dengan aliran countercurrent ........... 18
Gambar 2.16 Jacketed Vessel With Coil And Stirrer ...................................... 19
Gambar 2.17 Perpindahan Panas secara Konduksi......................................... 20
Gambar 2.18 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa . 21
Gambar 2.19 Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas .. 22
Gambar 2.20 Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor
tabung sepusat ......................................................................... 23
Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung
yang tipis ............................................................................... 24
Gambar 2.22 Distribusi suhu APK aliran berlawanan .................................... 29
Gambar 2.23 Grafik efektifitas untuk aliran sejajar ....................................... 36
Gambar 2.24 Grafik efektifitas untuk aliran berlawanan ................................ 37
Gambar 3.1 Alat penukar kalor Shell and Tube ........................................... 44
Universitas Sumatera Utara
viii
Gambar 3.2 Termometer ............................................................................. 45
Gambar 3.3 Flowmeter ............................................................................... 45
Gambar 3.4 Alat pengatur suhu fluida panas ................................................ 46
Gambar 3.5 Pompa fluida panas ................................................................... 46
Gambar 3.6 Water Heater ............................................................................ 47
Gambar 3.7 Tabung Shell and Tube ............................................................. 47
Gambar 3.8 Skema Uji Penelitian ................................................................ 48
Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 49
Gambar 4.1 Dimensi APK tabung shell and tube .......................................... 51
Gambar 4.2 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 40°C).................................................. 58
Gambar 4.3 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 50°C).................................................. 58
Gambar 4.4 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 60°C).................................................. 59
Gambar 4.5 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 40°C).................................................. 61
Gambar 4.6 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 50°C).................................................. 61
Gambar 4.7 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 60°C).................................................. 62
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Double Pipe Exchanger fittings ..................................................... 14
Tabel 2.2 Faktor kotoran untuk berbagai fluida ............................................. 25
Tabel 2.3 Hubungan efektifitas dengan NTU dan c ...................................... 36
Tabel 3.1 Variasi Sampel Penelitian .............................................................. 41
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan berdasarkan Metode Iterasi
57
Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan .................................................................... 59
Tabel 4.3 Perbandingan Data Teori dan Data Percobaan ............................... 63
Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin
240 L/j) ......................................................................................... 64
Tabel 4.5 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 2 (kapasitas fluida dingin
360 L/j) ......................................................................................... 65
Tabel 4.6 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin
180 L/j) ......................................................................................... 66
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
A
luas penampang tegak lurus bidang
m2
Ai
Luas area permukaan dalam APK
m2
Ao
Luas area permukaan luar APK
m2
As
Area permukaan perpindahan panas
m2
Cc
Kapasitas Fluida Dingin
W/K
Ch
Kapasitas Fluida Panas
W/K
cp,c
Panas Jenis fluida dingin
J/kg.K
cp,h
Panas Jenis fluida panas
J/kg.K
cp
Panas Jenis Fluida
J/kg.K
Diameter Pipa
m
Dh
Diameter hidrolik
m
Do
Diameter Luar Tabung
m
Di
Diameter Dalam Tabung
m
ε
Emisifitas
σ
konstanta Stefan-Boltzmann
W/m2.K4
h
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi
W/m2 K
k
Konduktifitas thermal
W/m.K
L
Panjang tabung
m
ṁ
Laju aliran massa fluida
kg/s
ṁc
Laju aliran massa fluida dingin
kg/s
ṁh
Laju aliran massa fluida panas
kg/s
Nu
Bilangan Nusselt
Nui
Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nuo
Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
p
Keliling penempang pipa
Pr
Bilangan Prandtl
q”x
Fluks Panas
m
W/m2
Universitas Sumatera Utara
xi
Q
Laju Perpindahan Panas
W
Tahanan Termal
m2. °C/W
Re
Bilangan Reynold
ΔT
Perbedaan Temperatur
o
Th
Suhu fluida panas
°C
Tc
Suhu fluida dingin
°C
Th,i
Temperatur fluida panas masuk
°C
Th,o
Temperatur fluida panas keluar
°C
Tc,i
Temperatur fluida dingin masuk
°C
Tc,o
Temperatur fluida dingin keluar
°C
ΔTRL
Beda Suhu rata-rata logaritma
°C
Ts
Temperatur Permukaan Benda
o
T∞
Temperatur lingkungan sekitar benda
o
U
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
W/m2 °C
V
Kecepatan Fluida
m/s
μ
Viskositas Dinamis
N.s/m2
ρ
Massa Jenis
kg/m3
C
C
C
Universitas Sumatera Utara
SHELL & TUBE DENGAN MEDIUM AIR SEBAGAI FLUIDA
PANAS DAN METHANOL SEBAGAI FLUIDA DINGIN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
KEVIN BASRI CIWIRA
(110401070)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
ABSTRAK
Pada zaman sekarang ini , alat penukar kalor sangat banyak dijumpai dalam
kehidupan manusia. Alat penukar kalor merupakan suatu alat untuk memindahkan
panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Salah satu alat penukar kalor yang paling
banyak dipakai adalah alat penukar kalor shell and tube. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui efektivitas alat penukar kalor shell and tube.
Dari penelitian ini diperoleh efektivitas APK dengan perhitungan metode
NTU dan data di lapangan. Untuk perhitungan metode NTU diperoleh efektivitas
APK maksimum sebesar 97.396 % pada keadaan kapasitas aliran masuk fluida panas
510 L/jam dengan suhu (Th,i) 40ºC dan kapasitas aliran masuk fluida dingin 108
L/jam dengan suhu (Tc,i) 28ºC. Untuk perolehan data di lapangan diperoleh efektivitas
APK maksimum sebesar 45.3965 % pada keadaan kapasitas aliran masuk fluida
panas 510 L/jam dengan suhu (Th,i) 40ºC dan kapasitas aliran masuk fluida dingin
108 L/jam dengan suhu (Tc,i) 28ºC.
Kata Kunci : Alat Penukar Kalor, Efektivitas, Fluida Panas dan Fluida Dingin
Universitas Sumatera Utara
ii
ABSTRACT
Nowadays, heat exchangers are often found in people's daily life. Heat
exchanger is a device used for transferring heat from one fluid to another fluid. One
of the most highly used heat exchangers is shell and tube heat exchangers. The
purpose of this study is to understand better about the effectiveness of the shell and
tube heat exchanger.
The result of this research is acquired by using NTU method and calculating
effectiveness from site. By using NTU method, the maximum effectiveness is
obtained 97.396 % on hot fluid inlet (Th,i) 40ºC at 510 l/h flow rate and cold fluid
inlet (Tc,i) 28ºC at 108 l/h flow rate. By calculating effectiveness from site, the
maximum effectiveness is obtained 45.3965 % on hot fluid inlet (Th,i) 40ºC at 510 l/h
flow rate and cold fluid inlet (Tc,i) 28ºC at 108 l/h flow rate.
Keywords : Heat Exchanger, Effectiveness, Hot Fluid and Cold Fluid
Universitas Sumatera Utara
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji, syukur, dan hormat penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan penyertaanNya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini sebagai
syarat kelulusan tingkat Strata Satu di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini berjudul “Analisis Efektivitas Alat Penukar Kalor Shell & tube
dengan Medium Air sebagai Fluida Panas dan Methanol sebagai Fluida Dingin”.
Dalam penulisan skripsi ini, banyak tantangan dan hambatan yang penulis hadapi,
baik secara teknis maupun non teknis. Penulis telah berupaya keras dengan segala
kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta
bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapatkan bantuan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua Orang Tua penulis, yang tidak henti memberikan kasih yang begitu
tulus melalui doa, keringat, dan restu yang menjadi motivasi sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, D.E.A.selaku dosen pembimbing
yang
sudah
membimbing
dan
memberikan
solusi
dalam
berbagai
permasalahan yang penulis hadapi dalam proses penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Tulus B. Sitorus S.T M.T selaku dosen yang ikut membimbing dalam
proses pelaksanaan tugas skripsi ini.
4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
6. Rudianto dan Felix Wijaya, selaku rekan skripsi atas kesetiaan dan semangat
juang dikala suka maupun duka dalam menghadapi setiap permasalahan.
7. Adik dan kakak penulis yang terkasih, atas semangat dan doa yang diberikan.
Universitas Sumatera Utara
iv
8. Keluarga Besar Teknik Mesin USU Stambuk 2011, juga rekan-rekan yang
tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah mentransfer energi tak
terbatas dan memberikan masukan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
yang
bersifat
membangun
demi
penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhir kata penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.
Medan, 21 April 2016
Penulis,
KEVIN BASRI CIWIRA
NIM. 110401070
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ........................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. iix
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ........................................................................ 2
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 2
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5
2.1 Definisi Kalor ............................................................................................. 5
2.2 Teori Dasar Alat Penukar Kalor .................................................................. 5
2.3 Jenis Alat Penukar Kalor ............................................................................ 6
2.4 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ................................................................. 10
2.4.1 Konduksi............................................................................................ 19
2.4.2 Konveksi ............................................................................................ 21
2.4.3 Radiasi ............................................................................................... 22
2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ................................................ 23
2.6 Faktor Kotoran ( Fouling Factor ) ............................................................ 25
2.7 Metode LMTD ......................................................................................... 26
Universitas Sumatera Utara
vi
2.7.1 Metode LMTD Pada Aliran Paralel (Sejajar) ...................................... 26
2.7.2 Metode LMTD untuk Aliran Berlawanan ........................................... 28
2.8 Metode NTU ............................................................................................ 32
2.9 Metanol .................................................................................................... 37
2.10 Persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan ...................................... 38
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 40
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 40
3.1.1 Tempat Penelitian .............................................................................. 40
3.1.2 Waktu Penelitian ................................................................................ 40
3.2 Metode Penelitian ..................................................................................... 40
3.3 Populasi dan Sampel ................................................................................. 40
3.3.1 Populasi Penelitian ............................................................................. 41
3.3.2 Sampel Penelitian............................................................................... 41
3.3.3 Teknik Sampling ................................................................................ 41
3.4 Teknik Pengumpulan Data ........................................................................ 42
3.5 Instrumen Penelitian ................................................................................. 43
3.5.1 Bahan Penelitian ................................................................................ 43
3.5.2 Alat Penelitian.................................................................................... 43
3.5.3 Skema Uji Penelitian .......................................................................... 47
3.5.4 Diagram Alir Proses Penelitian........................................................... 48
3.5.5 Proses Percobaan ............................................................................... 50
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................................... 51
4.1 Perhitungan Teoritis ................................................................................. 51
4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian ............................................................. 59
4.3 Perbandingan Hasil Eksperimen APK Shell and Tube dan APK Tabung
Sepusat...................................................................................................... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 68
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 68
5.2 Saran ........................................................................................................ 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xii
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Chiller ....................................................................................... 7
Gambar 2.2 Kondensor ................................................................................. 7
Gambar 2.3 Cooler ...................................................................................... 8
Gambar 2.4 Evaporator ................................................................................. 8
Gambar 2.5 Thermosiphon Reboiler ............................................................. 9
Gambar 2.6 Konstruksi Heat Exchanger ...................................................... 9
Gambar 2.7 Heater ....................................................................................... 10
Gambar 2.8 Aliran double pipe heat exchanger ............................................. 13
Gambar 2.9 Hairpin heat exchanger ............................................................ 13
Gambar 2.10 Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter
current .................................................................................... 15
Gambar 2.11 Double-pipe heat exchangers in series ..................................... 15
Gambar 2.12 Double-pipe heat exchangers in series–parallel ....................... 16
Gambar 2.13 Bentuk susunan tabung ............................................................ 17
Gambar 2.14 Shell and tube heat exchanger.................................................. 17
Gambar 2.15Plate type heat exchanger dengan aliran countercurrent ........... 18
Gambar 2.16 Jacketed Vessel With Coil And Stirrer ...................................... 19
Gambar 2.17 Perpindahan Panas secara Konduksi......................................... 20
Gambar 2.18 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa . 21
Gambar 2.19 Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas .. 22
Gambar 2.20 Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor
tabung sepusat ......................................................................... 23
Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung
yang tipis ............................................................................... 24
Gambar 2.22 Distribusi suhu APK aliran berlawanan .................................... 29
Gambar 2.23 Grafik efektifitas untuk aliran sejajar ....................................... 36
Gambar 2.24 Grafik efektifitas untuk aliran berlawanan ................................ 37
Gambar 3.1 Alat penukar kalor Shell and Tube ........................................... 44
Universitas Sumatera Utara
viii
Gambar 3.2 Termometer ............................................................................. 45
Gambar 3.3 Flowmeter ............................................................................... 45
Gambar 3.4 Alat pengatur suhu fluida panas ................................................ 46
Gambar 3.5 Pompa fluida panas ................................................................... 46
Gambar 3.6 Water Heater ............................................................................ 47
Gambar 3.7 Tabung Shell and Tube ............................................................. 47
Gambar 3.8 Skema Uji Penelitian ................................................................ 48
Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 49
Gambar 4.1 Dimensi APK tabung shell and tube .......................................... 51
Gambar 4.2 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 40°C).................................................. 58
Gambar 4.3 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 50°C).................................................. 58
Gambar 4.4 Grafik efektivitas perhitungan teori (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 60°C).................................................. 59
Gambar 4.5 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 40°C).................................................. 61
Gambar 4.6 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 50°C).................................................. 61
Gambar 4.7 Grafik efektivitas percobaan (kapasitas fluida panas 510 L/j
dengan suhu fluida panas 60°C).................................................. 62
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Double Pipe Exchanger fittings ..................................................... 14
Tabel 2.2 Faktor kotoran untuk berbagai fluida ............................................. 25
Tabel 2.3 Hubungan efektifitas dengan NTU dan c ...................................... 36
Tabel 3.1 Variasi Sampel Penelitian .............................................................. 41
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan berdasarkan Metode Iterasi
57
Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan .................................................................... 59
Tabel 4.3 Perbandingan Data Teori dan Data Percobaan ............................... 63
Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin
240 L/j) ......................................................................................... 64
Tabel 4.5 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 2 (kapasitas fluida dingin
360 L/j) ......................................................................................... 65
Tabel 4.6 Data Hasil Percobaan Tabung Sepusat 1 (kapasitas fluida dingin
180 L/j) ......................................................................................... 66
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
A
luas penampang tegak lurus bidang
m2
Ai
Luas area permukaan dalam APK
m2
Ao
Luas area permukaan luar APK
m2
As
Area permukaan perpindahan panas
m2
Cc
Kapasitas Fluida Dingin
W/K
Ch
Kapasitas Fluida Panas
W/K
cp,c
Panas Jenis fluida dingin
J/kg.K
cp,h
Panas Jenis fluida panas
J/kg.K
cp
Panas Jenis Fluida
J/kg.K
Diameter Pipa
m
Dh
Diameter hidrolik
m
Do
Diameter Luar Tabung
m
Di
Diameter Dalam Tabung
m
ε
Emisifitas
σ
konstanta Stefan-Boltzmann
W/m2.K4
h
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi
W/m2 K
k
Konduktifitas thermal
W/m.K
L
Panjang tabung
m
ṁ
Laju aliran massa fluida
kg/s
ṁc
Laju aliran massa fluida dingin
kg/s
ṁh
Laju aliran massa fluida panas
kg/s
Nu
Bilangan Nusselt
Nui
Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nuo
Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
p
Keliling penempang pipa
Pr
Bilangan Prandtl
q”x
Fluks Panas
m
W/m2
Universitas Sumatera Utara
xi
Q
Laju Perpindahan Panas
W
Tahanan Termal
m2. °C/W
Re
Bilangan Reynold
ΔT
Perbedaan Temperatur
o
Th
Suhu fluida panas
°C
Tc
Suhu fluida dingin
°C
Th,i
Temperatur fluida panas masuk
°C
Th,o
Temperatur fluida panas keluar
°C
Tc,i
Temperatur fluida dingin masuk
°C
Tc,o
Temperatur fluida dingin keluar
°C
ΔTRL
Beda Suhu rata-rata logaritma
°C
Ts
Temperatur Permukaan Benda
o
T∞
Temperatur lingkungan sekitar benda
o
U
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
W/m2 °C
V
Kecepatan Fluida
m/s
μ
Viskositas Dinamis
N.s/m2
ρ
Massa Jenis
kg/m3
C
C
C
Universitas Sumatera Utara