ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA DENGAN SIRIP TEGAK BERALUR

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA DENGAN SIRIP TEGAK BERALUR

SKRIPSI

Oleh : MARTINA ENDAH TRI HASTUTI K 2506042

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

i


digilib.uns.ac.id

ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA DENGAN SIRIP TEGAK BERALUR

Oleh : MARTINA ENDAH TRI HASTUTI K 2506042

Skripsi Ditulis dan Diajukan untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana pada Program Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

ii


digilib.uns.ac.id

PERSETUJUAN

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

iii


digilib.uns.ac.id

iv


digilib.uns.ac.id

v


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT

Martina Endah Tri Hastuti. ANALYSIS HEAT TRANSFER IN DOUBLE PIPES HEAT EXCHANGER WITH STRAIGHT GROOVED FINS . Thesis, Surakarta: Faculty of Teacher Training and Education. Sebelas Maret University Surakarta, December 2010. The purpose of this study was investigated: (1) The effect of variation straight grooved fins of the heat transfer coefficient. (2) The effect of variation inside flow rates of the heat transfer coefficient. (3) The effect of variation external flow rates of the heat transfer coefficient. (4) The joint effect (interaction) between variation straight grooved fins and inside flow rates of the heat transfer coefficient. (5) The join effect (interaction) between variation straight grooved fins and external flow rates of the heat transfer coefficient. (6) The joint effect (interaction) between variation inside flow rates and external flow rates of the heat transfer coefficient. (7) The joint effect (interaction) between variation straight grooved fins, inside flow rates and external flow rates of the heat transfer coefficient. (8) The effect that produces an optimal heat transfer coefficient between variation straight grooved fins, inside flow rates and external flow rates. This research was conducted in the laboratory production of Mechanical Engineering Education Program JPTK FKIP UNS. This research used experimental methods. The population used in this research was varied forms variation straight grooved fins with a few variations water flow rates. The sample used in this study are straight pipe grooved fins with variations, straight pipe grooved fins with one arch, and straight pipe grooved fins with two arch. The variation inside flow rates used 0,06 lt/s, and 0,08 lt/s, and 0,1 lt/s. External flow rate used 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, and 0,13 lt/s. The data analysis technique in this study using three-way anova test. The results of this study were: (1) There were significant influence between variation straight grooved fins and the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that Fobs= 41980.7 greater than Ftable = 5.01 (F obs > Ftable). (2) There were significant influence between

vi


digilib.uns.ac.id

straight pipe without arch inside flow rates and the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that Fobs = 500 051 is greater than F table

= 5.01 (Fobs > F table). (3) There were significant influence

between external flow rates and the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that Fobs = 30522.71 greater than F table = 5.01 (Fobs > F table) (4) There were no joint effect (interaction) significant between variation straight grooved fins and inside flow rates of the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that Fobs = -14859.44 smaller than Ftable = 3.68 (Fobs < Ftable). (5) There were no joint effect (interaction) significant between variation straight grooved fins and external flow rates with heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that Fobs = -14913.09 smaller than Ftable = 3.68 (Fobs < Ftable). (6) There were no joint effect (interaction) significant between variation inside flow rates and external flow rates of the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that F obs = -269.61 is smaller than Ftable = 3.68 (Fobs < Ftable). (7) There were joint effect (interaction) is significant between variation straight grooved fins, inside flow rates and external flow rates of the heat transfer coefficient. It can be seen on the results of test data analysis which states that F obs = 140.24 is greater than Ftable = 2.83 (F obs > F table) but does not increase the heat transfer coefficient. (8) The joint effect (interaction) between variation straight grooved fins, inside flow rates and external flow rates that produce optimum heat transfer coefficient is variation straight pipe without arch, inside flow rate 0,08 lt/s and external flow rate 0,13 lt/s with equal 0,04867.

vii


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK

Martina Endah Tri Hastuti. ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA DENGAN SIRIP TEGAK BERALUR. Skripsi, Surakarta : Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Unversitas Sebelas Maret Surakarta, Desember 2010. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui : (1) Pengaruh variasi sirip tegak beralur terhadap koefisien perpindahan kalor. (2) Pengaruh variasi laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. (3) Pengaruh variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. (4) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. (5) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. (6) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. (7) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. (8) Pengaruh yang menghasilkan koefisien perpindahan kalor optimal antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar. Penelitian ini dilakukan di laboratorium produksi Program Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Populasi yang digunakan pada penelitian ini adalah pipa bersirip tegak bervariasi bentuk dengan beberapa variasi laju aliran air. Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah pipa bersirip tegak beralur dengan variasi bentuk yaitu pipa bersirip tegak tanpa lengkung, pipa bersirip tegak satu lengkung, dan pipa bersirip tegak dua lengkung. Adapun variasi laju aliran air yang digunakan untuk laju aliran dalam menggunakan variasi 0,06 lt/s, 0,08 lt/s, dan 0,1 lt/s. Laju aliran luar menggunakan variasi 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0,13 lt/s. Teknik analisis data pada penelitian ini menggunakan uji anava tiga arah. Hasil penelitian ini adalah : (1) Ada pengaruh yang signifikan dengan pada variasi bentuk sirip terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada

viii


digilib.uns.ac.id

hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = 41980,7 lebih besar daripada Ftabel = 5,01 (F observasi > Ftabel). (2) Ada pengaruh yang signifikan pada variasi laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = 500051 lebih besar daripada Ftabel = 5,01 (Fobservasi > F tabel). (3) Ada pengaruh yang signifikan pada variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = 30522,71 lebih besar daripada Ftabel = 5,01 (Fobservasi

> Ftabel). (4) Tidak ada pengaruh bersama

(interaksi) yang signifikan pada variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = - 14859,44 lebih kecil daripada Ftabel =

3,68

(F observasi < F tabel). (5) Tidak ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan pada variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = -14913,09 lebih kecil daripada Ftabel = 3,68 (Fobservasi < Ftabel). (6) Tidak ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan pada variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobservasi = -269,61 lebih kecil daripada Ftabel = 3,68 (F observasi < Ftabel). (7) Ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan pada variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobservasi = 140,24 lebih besar daripada Ftabel = 2,83 (Fobservasi > Ftabel). (8) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar yang menghasilkan koefisien perpindahan kalor optimal adalah pada bentuk sirip tanpa lengkung, laju aliran dalam 0,08 lt/s dan laju aliran luar 0,13 lt/s yaitu sebesar 0,04867.

ix


digilib.uns.ac.id

MOTTO

tunas itu menjadikan tanaman itu kuat lalu menjadi besarlah ia dan tegak lurus di atas pokoknya; tanaman itu menyenangkan hati penanam-penanamnya. (QS. Al-Fath 29)

Dan terhadap nikmat Tuhanmu maka hendaklah kamu menyebut-nyebutnya (dengan bersyukur). (QS. Adh Dhuhaa : 11)

Jika engkau berada di sore hari, jangan menunggu pagi hari. Jika engkau berada di pagi hari, jangan menunggu sore hari. Gunakan sehatmu untuk waktu sakitmu. Dan hidupmu untuk mempersiapkan matimu. (HR. Bukhari)

Belajarlah dari lumut, walaupun kerdil ia mampu menghancurkan karang yang terjal. Diri ini memang kerdil, tapi itu bukan penghalang untuk menggapai semua mimpi-mimpi kita. ( Penulis )

x


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan mengucap puji syukur ke hadirat Allah SWT, dengan segala kerendahan hati, karya ini saya persembahkan kepada:

Ibunda dan Ayahanda tercinta yang senantiasa membimbingku dan selalu

Kakak saya tercinta yang selalu jadi temanku di rumah.

Richa Andi Susanto menjadi motivasiku meskipun kau jauh.

Indah Rian Widowati, Erna Ari Trisnawati, Titis Setyawan, Edwin Valentino Saputra dan Prasetyo Nur Ahmadi yang sudah menjadi teman dekat dan ikut mendukung sampai selesai.

Semua Dosen PTM yang telah membimbing saya selama kuliah di PTM.

Teman-teman PTM angkatan 2006 seperjuangan.

Kampus V UNS yang menjadi tempat kuliah dan jauh dari fasilitas pusat.

xi


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas rahmatNya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini menghadapi hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan berbagai pihak, hambatan dan kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang dengan sepenuh hati memberi bantuan, dorongan, motivasi, bimbingan dan pengarahan sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta seluruh stafnya. 2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS. 3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 4. Koordinator Skripsi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 5. Bapak Ir. Husin Bugis, M.Si selaku Pembimbing Akademik. 6. Bapak Drs. Subagsono, MT selaku Pembimbing I. 7. Bapak Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng selaku Pembimbing II. 8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 9. Segenap karyawan Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS. 10. Ibu dan Bapak tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moril maupun materil. 11. Teman-teman seperjuangan di Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS terutama angkatan 2006. Menyadari bahwa

terbatasnya

ilmu pengetahuan yang dimiliki

menyebabkan kurang sempurnanya penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi kesempurnaan skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Surakarta,

Desember 2010

Penulis xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL .....................................................................................

i

HALAMAN PENGAJUAN...........................................................................

ii

HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................

iii

HALAMAN SURAT PERNYATAAN.........................................................

iv

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................

v

HALAMAN ABSTRAK ...............................................................................

vi

HALAMAN MOTTO....................................................................................

x

HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................

xi

KATA PENGANTAR ...................................................................................

xii

DAFTAR ISI..................................................................................................

xiii

DAFTAR TABEL..........................................................................................

xv

DAFTAR GAMBAR .....................................................................................

xvi

DAFTAR LAMPIRAN..................................................................................

xviii

BAB I.

PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah...........................................................

1

B. Identifikasi Masalah .................................................................

2

C. Pembatasan Masalah ................................................................

2

D. Perumusan Masalah..................................................................

3

E. Tujuan Penelitian......................................................................

3

F.

4

Manfaat Penelitian....................................................................

BAB II. LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka .......................................................................

6

1. Pengertian Perpindahan Kalor .............................................

6

2. Cara-cara Perpindahan Kalor...............................................

7

3. Alat Penukar Kalor ..............................................................

10

4. Sirip (fin)..............................................................................

11

5. Koefisien Perpindahan Kalor Total .....................................

12

xiii


digilib.uns.ac.id

6. Beda Suhu Rata-rata log (LMTD) .......................................

15

7. Metode NTU- Efektivitas untuk Menganalisis Perpindahan Kalor pada Penukar Kalor.......................................

18

8. Efisiensi Permukaan Total...................................................

20

9. Bilangan Reynolds...............................................................

21

10. Bilangan Prandtl ..................................................................

23

11. Bilangan Nusselt..................................................................

23

B. Penelitian yang Relevan ............................................................

24

C. Kerangka Berpikir .....................................................................

25

D. Hipotesis Penelitian ...................................................................

27

BAB III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................

29

B. Metode Penelitian ......................................................................

29

C. Populasi dan Sampel..................................................................

30

D. Teknik Pengumpulan Data ........................................................

32

E. Teknik Analisis Data .................................................................

37

BAB IV. HASIL PENELITIAN A. Deskripsi Data ...........................................................................

44

B. Uji Prasyaratan Analisis ............................................................

49

1. Uji Normalitas .....................................................................

49

2. Uji Homogenitas..................................................................

51

C. Pengujian Hipotesis ...................................................................

51

D. Pembahasan Hasil Analisis Data...............................................

54

BAB V. SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan Penelitian...................................................................

56

B. Implikasi....................................................................................

57

C. Saran .........................................................................................

58

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................

60

LAMPIRAN.....................................................................................................

61

xiv


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1

Konstanta Menurut Hilpert, Knudsen, dan Katz .............................

24

Tabel 2

Variasi Parameter Sampel Penelitian ..............................................

30

Tabel 3

Pengumpulan Data ..........................................................................

38

Tabel 4

Jumlah AB .......................................................................................

41

Tabel 5

Jumlah AC .......................................................................................

41

Tabel 6

Jumlah BC .......................................................................................

42

Tabel 7

Jumlah ABC ....................................................................................

42

Tabel 8

Rangkuman Analisis Variansi Tiga Jalan .......................................

43

Tabel 9

Data Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor ....................

44

Tabel 10 Rerata Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor .................

45

Tabel 11 Hasil Uji Normalitas dengan Metode Liliefors ...............................

50

Tabel 12 Ringkasan Hasil Uji F untuk Anava Tiga Jalan ..............................

52

xv


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1

Perpindahan Konveksi pada Suatu Plat ......................................

8

Gambar 2

Perpindahan Panas Radiasi .........................................................

9

Gambar 3

Klasifikasi Penukar Kalor berdasarkan Aliran Fluida ................

10

Gambar 4

Kondensor ...................................................................................

10

Gambar 5

Variasi Sirip ................................................................................

11

Gambar 6

Aliran Kalor Satu Dimensi melalui Silinder Berlubang .............

12

Gambar 7

Analogi Tahanan untuk Silinder Berlubang dan Analogi Listriknya ...............................................................................................

13

Gambar 8

Pipa Dalam dengan 3 Sirip .........................................................

15

Gambar 9

Profil Suhu untuk Aliran Sejajar dan Aliran Lawan Arah dalam Penukar Kalor Pipa Ganda..........................................................

16

Gambar 10 Efektivitas untuk Aliran Lawan Arah .........................................

19

Gambar 11 Penampang Sirip Rectangular ....................................................

20

Gambar 12 Efisiensi Sirip..............................................................................

21

Gambar 13 Aliran Silang yang Melintas pada Suatu Silinder .......................

22

Gambar 14 Skema Paradigma Penelitian.......................................................

26

Gambar 15 Pipa Tembaga Bersirip Tegak Beralur........................................

33

Gambar 16 Desain Eksperimen Alat Penukar Kalor .....................................

35

Gambar 17 Diagram Alir Proses Penelitian...................................................

36

Gambar 18 Pengaruh Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam 0,1 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,13 lt/s, 0,1 lt/s da 0,07 lt/s................

46


46


47

Gambar 21 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa tanpa Sirip ...................

47

Gambar 22 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak tanpa Lengkung ....................................................................................

xvi

48


digilib.uns.ac.id

Gambar 23 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak Satu Lengkung ....................................................................................

48

Gambar 24 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak Dua Lengkung ....................................................................................

xvii

49


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1

Data Hasil Pengukuran Temperatur .........................................

61

Lampiran 2

Kalibrasi Sensor Termokopel...................................................

65

Lampiran 3

Data Hasil Pengukuran Temperatur Setelah Kalibrasi ............

68

Lampiran 4

Contoh Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor ..................

72

Lampiran 5

Uji Normalitas..........................................................................

81

Lampiran 6

Uji Homogenitas ......................................................................

96

Lampiran 7

Uji Analisis Variansi Tiga Jalan ..............................................

99

Lampiran 8

Tabel Sifat-sifat Air (Zat Air Jenuh)........................................ 105

Lampiran 9

Tabel Peluang Normal Baku.................................................... 106

Lampiran 10 Tabel Nilai Kritik untuk Uji Liliefors ...................................... 107 Lampiran 11 Tabel Nilai

.......................................................................... 108

Lampiran 12 Tabel Nilai Uji F ........................................................................ 109 Lampiran 13 Foto Dokumentasi Penelitian................................................... 113

Lampiran Surat-Surat Administrasi Skripsi Lampiran 1

Presensi Seminar Proposal Skripsi...........................................

Lampiran 2

Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi ............................... 120

Lampiran 3

Surat Keputusan Dekan FKIP UNS .........................................

Lampiran 4

Surat Permohonan Ijin Research.............................................. 122

Lampiran 5

Surat Keterangan Telah Melaksanakan Penelitian .................. 123

xviii

118

121


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi selalu mengalami kemajuan yang begitu pesat. Dalam berbagai hal dapat dijumpai banyak sekali suatu pengembangan dari teori-teori yang telah ada sebelumnya. Teori yang ada sebelumnya dijadikan suatu landasan untuk dapat melakukan pengembangan lebih lanjut. Sebagai contoh pada dunia industri kebanyakan sering melakukan suatu penelitian yang bertujuan untuk kemajuan industri tersebut. Hal ini dilakukan dengan tujuan agar pelaksanaan produksi dapat berjalan lancar dan perhitungan efisiensi. Dalam

perkembangannya,

banyak

yang

menggunakan

analogi

perpindahan kalor terutama pada dunia industri. Pada dunia industri banyak peralatan yang menggunakan peralatan seperti heat exchanger (alat penukar kalor). Pada peralatan tersebut banyak dipasang pipa yang berbentuk silinder baik yang dipasang secara horisontal maupun vertikal. Penukar kalor atau heat exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan proses pertukaran kalor antara dua fluida baik cair (panas atau dingin) maupun gas di mana fluida ini mempunyai temperatur yang berbeda. Dalam aplikasi penukar kalor di lapangan, banyak permasalahan yang masih ditimbulkan misalnya panas yang ditransfer oleh penukar kalor belum maksimal dan terjadinya penurunan tekanan sehingga kerja pompa menjadi berat. Hal ini berindikasi pada tingginya biaya untuk listrik dan perawatan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut dapat dibantu dengan memperluas bidang perpindahan kalor, membuat aliran turbulen dalam pipa serta menggunakan bahan yang mempunyai konduktivitas yang tinggi. Untuk memperluas permukaan perpindahan kalor dilakukan dengan penambahan sirip pada pipa dalamnya yang sekaligus membentuk aliran turbulen pada pipa luarnya. Hal tersebut dilakukan karena kemampuan menerima kalor itu

1


digilib.uns.ac.id 2

dipengaruhi oleh tiga hal yaitu koefisien perpindahan kalor total (U), luas perpindahan kalor (A), dan selisih temperatur rata-rata (

).

Penukar kalor yang ideal mempunyai koefisien perpindahan kalor total (U) yang tinggi, sehingga mampu untuk mentransfer kalor dengan baik. Hal ini menjadi masalah yang perlu dikaji lebih jauh agar koefisien perpindahan kalornya tinggi. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan penambahan sirip berbentuk tegak beralur pada pipa tembaga dengan menggunakan variasi bentuk sirip pada pipa dalam (tube) pada alat penukar kalor pipa ganda. Dari berbagai variasi tersebut diharapkan dapat menghasilkan alat penukar kalor yang memiliki unjuk kerja yang baik yaitu alat penukar kalor yang memiliki koefisien perpindahan kalor total yang tinggi. Oleh karena itu penulis tertarik untuk mengambil judul

Analisis Perpindahan Kalor pada Alat

Penukar Kalor Pipa Ganda dengan Sirip Tegak Beralur . B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan di atas, menimbulkan beberapa masalah yaitu: 1. Penambahan sirip pada pipa dalam akan memperluas permukaan bidang dan dapat membantu meningkatkan koefisien perpindahan kalor. 2. Penambahan sirip tegak beralur akan mempengaruhi koefisien perpindahan kalor. 3. Perbedaan laju aliran dalam (air panas) akan mempengaruhi laju perpindahan kalor. 4. Perbedaan laju aliran luar (air dingin) akan mempengaruhi laju perpindahan kalor. 5. Pemilihan bahan tembaga yang digunakan akan meningkatkan laju perpindahan kalor karena mempunyai konduktivitas termal yang tinggi. 6. Pemakaian isolasi pada pipa luar mempengaruhi koefisien perpindahan kalor.


digilib.uns.ac.id 3

C. Pembatasan Masalah Untuk lebih memperjelas kajian dalam pemecahan masalah di atas, maka perlu beberapa batasan agar masalah dapat dikaji secara mendalam. Adapun batasan-batasannya yaitu: 1. Penambahan sirip tegak beralur dengan variasi tegak beralur tanpa lengkung, tegak beralur satu lengkung, dan tegak beralur dua lengkung. 2. Perbedaan laju aliran dalam. 3. Perbedaan laju aliran luar.

D. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang dan identifikasi masalah tersebut di atas, maka timbul beberapa pertanyaan: 1.

Bagaimana pengaruh variasi sirip tegak beralur terhadap koefisien perpindahan kalor?

2.

Bagaimana

pengaruh variasi laju aliran dalam terhadap koefisien

perpindahan kalor? 3.

Bagaimana pengaruh variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor?

4.

Bagaimana pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor?

5.

Bagaimana pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor?

6.

Bagaimana pengaruh bersama (interaksi) antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor?

7.

Bagaimana pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor?

8.

Manakah pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar yang menghasilkan koefisien perpindahan kalor optimal?


digilib.uns.ac.id 4

E. Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini yaitu : 1.

Untuk mengetahui pengaruh variasi sirip tegak beralur terhadap koefisien perpindahan kalor.

2.

Untuk mengetahui pengaruh variasi laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor.

3.

Untuk mengetahui pengaruh variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor.

4.

Untuk mengetahui pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor.

5.

Untuk mengetahui pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor.

6.

Untuk mengetahui pengaruh bersama (interaksi) antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor.

7.

Untuk mengetahui pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor.

8.

Untuk mengetahui pengaruh yang menghasilkan koefisien perpindahan kalor optimal antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar. F. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Teoritis Adapun manfaat teoritis penelitian ini adalah :

a. Dapat menambah pengetahuan mengenai pengaruh perpindahan kalor dengan variasi bentuk sirip tegak beralur pada suatu alat penukar kalor pipa ganda. b. Dapat memberikan informasi dan masukan kepada pembaca maupun penulis sebagai pengetahuan dan pengembangan serta penyempurnaan alat penukar kalor pipa ganda. c. Sebagai laporan pertanggungjawaban mahasiswa atas pengerjaan skripsi kepada pihak yang berkepentingan.


digilib.uns.ac.id 5

2. Manfaat Praktis Adapun manfaat praktis penelitian ini adalah : a. Sebagai bahan masukan untuk mendukung penelitian yang sejenis. b. Sebagai bahan masukan dan informasi serta bahan pertimbangan bagi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka 1. Pengertian Perpindahan Kalor Perpindahan kalor (heat transfer) adalah ilmu yang meramalkan tentang perpindahan energi karena adanya perbedaan suhu antara dua buah benda atau material (Frank Kreith, 1986:4) . Dari sudut pandang perekayasaan (engineering) terdapat masalah yang sangat berpengaruh yaitu tentang penentuan koefisien perpindahan kalor pada beda suhu yang ditentukan. Ukuran ketel, pemanas, mesin pendingin dan penukar kalor tergantung tidak hanya pada jumlah panas yang harus dipindahkan namun terlebih pada laju perpindahan kalor pada kondisi-kondisi yang ditentukan. Beroperasinya dengan baik komponen-komponen peralatan, seperti sudu-sudu turbin, atau dinding ruang bakar tergantung pada kemungkinan pendinginan bagian-bagian logam tertentu dengan membuang panas secara terus-menerus pada laju yang tinggi pada permukaan. Pada rancang bangun (design) mesin-mesin listrik, transformator, dan bantalan harus diadakan analisa perpindahan kalor untuk menghindari kondisi yang akan menyebabkan pemanasan berlebihan dan merusak peralatan yang ada. Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba untuk menjelaskan bagaimana energi panas itu berpindah dari suatu benda ke benda lain, tetapi juga meramalkan laju perpindahan kalor yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Sehingga dari pembahasan diatas dinyatakan bahwa sasaran untuk perpindahan kalor adalah dalam masalah laju perpindahannya. Sebagai contoh sederhana adalah suatu proses pendinginan sebuah baja panas yang dicelup ke dalam air. Dengan ilmu perpindahan kalor, dapat membantu kita untuk meramalkan suhu batangan baja atau air sebagai fungsi dari waktu.

6


digilib.uns.ac.id 7

2. Cara-cara Perpindahan Kalor a.

Perpindahan kalor secara konduksi. Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor

dimana kalor mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah dalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Secara umum laju aliran kalor secara konduksi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : .................................................................(1) keterangan : q

= laju aliran kalor (W)

k

= konduktifitas termal bahan (W/m 2.°C)

A

= luas penampang (m²)

dT/dx = gradien suhu terhadap penampang tersebut, yaitu laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas x. b. Perpindahan kalor secara konveksi Perpindahan kalor secara konveksi adalah proses tansport energi dengan kerja gabungan dari konduksi kalor, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cair atau gas. Perpindahan kalor secara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di atas suhu fluida di sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, kalor akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikelpartikel fluida tersebut. Kedua, partikel-partikel tersebut akan bergerak ke daerah suhu yang lebih rendah dimana partikel tersebut akan bercampur dengan partikelpartikel fluida lainnya.


digilib.uns.ac.id 8

Gambar 1. Perpindahan Konveksi pada Suatu Plat (Holman J.P, 1994 hal.:11)

Perpindahan kalor secara konveksi dapat dikelompokkan menurut gerakan alirannya, yaitu konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Apabila gerakan fluida tersebut terjadi sebagai akibat dari perbedaan densitas (kerapatan) yang disebabkan oleh gradien suhu maka disebut konveksi bebas atau konveksi alamiah (natural convection). Bila gerakan fluida tersebut disebabkan oleh penggunaan alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Laju perpindahan kalor antara suatu permukaan plat dan suatu fluida dapat dihitung dengan hubungan :

.......................................................(2) (Holman J.P, 1994 hal.:11) dimana = Laju perpindahan kalor secara konveksi (W) = Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2.K) A

= Luas perpindahan kalor (m²) = Beda antara suhu permukaan Tw dan suhu fluida T~


digilib.uns.ac.id 9

c.

Perpindahan Kalor Radiasi Perpindahan kalor radiasi adalah perpindahan kalor yang terjadi akibat

adanya energi yang dipancarkan oleh suatu zat atau benda yang mempunyai temperatur tertentu. Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi, dimana perpindahan energi terjadi melalui bahan antara, panas juga dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Mekanismenya adalah dengan sinaran atau radiasi elektromagnetik. Refleksi

Radiasi datang

absorbsi

transmisi Gambar 2. Perpindahan Panas Radiasi (Holman J.P,1994 hal.:343) Energi radiasi dikeluarkan oleh benda bersuhu tinggi kemudian dipindahkan melalui ruang antara, dalam bentuk gelombang elektromaknetik. Bila energi radiasi menimpa suatu bahan, maka sebagian radiasi dipantulkan, sebagian diserap, dan sebagian lagi diteruskan seperti pada gambar

2. Besarnya laju

perpindahan panas adalah :

.........................................(3) Dimana : = laju perpindahan panas (W) = konstanta Boltzman (5,669. A

= luas permukaan benda (

T

= suhu absolut benda (

)


digilib.uns.ac.id 10

3. Alat Penukar kalor Penukar kalor (heat exchanger) adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida lainnya. Penukar kalor mempunyai banyak jenis. Berdasarkan fluidanya penukar kalor dibedakan menjadi tiga macam, yaitu aliran sejajar (paralel flow), aliran lawan arah (counter flow), dan aliran silang (crossflow). Hot fluid in

Hot fluid out

cold fluid in a.

Hot fluid in

cold fluid out

Hot fluid out

cold fluid in

Paralel flow

b.

cold fluid out Counter flow

cold fluid in

Hot fluid in

Hot fluid out

cold fluid out c.

Cross flow

Gambar 3. Klasifikasi Penukar Kalor Berdasarkan Aliran Fluida

Penukar kalor banyak digunakan pada berbagai instalasi di industri, antara lain pada : boiler, kondensor, cooler, cooling tower, dan di industri otomotif banyak dijumpai radiator yang juga berfungsi sebagai penukar kalor.

Gambar 4. Kondensor



Penukar kalor pipa ganda adalah a1at perpindahan ka1or yang terdiri dari dua pipa konsentris (pipa kecil sebagai sentral, yang dibungkus oleh pipa yang lebih besar). Satu fluida menga1ir lewat pipa dalam sedangkan fluida yang lain mengalir lewat anulus, antara dinding pipa dalam dan dinding pipa luar. Alat ini digunakan da1am industri ska1a kecil. dan umumnya digunakan dalam skala laboratorium. Dalam penelitian ini menggunakan aliran lawan arah (counter flow) dimana aliran fluidanya bergerak secara berlawanan arah.

4. Sirip (fin) Dalam usaha untuk mendapatkan laju perpindahan panas yang lebih besar dan meningkatkan nilai efektifitas penukar kalor, salah satu metodenya yang digunakan adalah dengan cara menambah luas penampang yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas lebih besar, sesuai dengan persamaan umum penukar kalor di bawah ini :

meningkat bila luasan perpindahan kalor (A) ditambah. Untuk jenis-jenis sirip yang biasa digunakan, ada beberapa macam seperti pada gambar 5. antara lain : sirip lurus (longitudinal fin), sirip spiral (tranversal fin), sirip radial (radial fin), dan lain-lain.

Gambar 5. Variasi Sirip (Kern, Donald Q. 1965 hal.: 515) Untuk memudahkan dalam perhitungan sirip, maka diperlukan asumsi yang diberikan oleh Murray dan Gardner (Kern, Donald Q. 1965 hal.: 515) yaitu : a. Aliran panas dan distribusi temperatur yang melalui sirip tidak tergantung waktu (steady state).



b. Material dari sirip homogen dan isotropik c. Tidak ada sumber panas dari sirip d. Konduktifitas dari sirip konstan e. Koefisien perpindahan panas sama pada sisi masuk sirip f. Panas yang dipindahkan lewat sudut luar sirip diabaikan dibandingkan dengan yang melewati sirip g. Sambungan antara sirip dan pipa diasumsikan tidak ada hambatan.

5. Koefisien Perpindahan Kalor Total

r

L

r0

Gambar 6. Aliran Kalor Satu Dimensi melalui Silinder Berlubang Gambar 6 menunjukkan silinder panjang dengan jari-jari dalam ri , jari-jari luar r0, panjang L. Silinder ini mempunyai beda suhu Ti

T0 dan kita dapat

mengabaikan bahwa pada pada temperatur tertentu sepanjang dr, aliran panas berlangsung menurut arah radial adalah dT/dr, maka:

, dimana q= Q/L

Dengan kondisi batas: T= Ti pada r = ri T= T0 pada r = r 0 Dimana i dan o adalah permukaan dalam dan luar pipa, maka persamaan di atas menjadi:



jika d adalah diameter pipa, maka:

persamaan di atas menjadi:

Dengan persamaan di atas maka dapat didapatkan suhu pada bagian dalam dari pipa yaitu : Pada sisi masuk :

dimana

= Suhu pada bagian dalam inner pipe pada sisi masuk ( = Suhu pada dinding inner pipe pada sisi masuk ( q

= Laju perpindahan panas per satuan panjang (W/m)

k

= Konduktivitas termal (W/m )

Pada sisi keluar :

dimana

= Suhu pada bagian dalam inner pipe pada sisi masuk ( = Suhu pada dinding inner pipe pada sisi masuk ( q

= Laju perpindahan panas per satuan panjang (W/m)

k

= Konduktivitas termal (W/m )

Gambar 7. Analogi Tahanan untuk Silinder Berlubang dan Analogi Listriknya



Koefisien perpindahan panas total untuk silinder berlubang yang terkena lingkungan konveksi di permukaan bagian dalam dan luarnya, analogi tahanan listriknya sama dengan gambar 7 dimana

ialah suhu kedua fluida. Dalam

hal ini luas bidang konveksi tidak sama untuk kedua bidang fluida. Luas bidang ini tergantung dalam tabung dan tebal dinding. Dalam hal ini perpindahan kalor total dinyatakan dengan persamaan berikut ini :

Sesuai dengan jaringan termal sebagaimana ditunjukkan pada gambar 8. Besaran A1 merupakan luas penampang dalam dari pipa dan A0 adalah luas penampang luar dari pipa. Koefisien perpindahan panas total dapat dinyatakan dengan persamaan:

Koefisien perpindahan kalor pada masing-masing proses perpindahan kalor dapat dijabarkan sebagai berikut : a)

Koefisien perpindahan kalor konveksi pipa bagian dalam (hi) .................................................................(11)

dimana : Nu

= Bilangan Nusselt

k

= Konduktifitas termal (W/m².°C)

Dh

= Diameter hidrolis (m)

.........................................................(12) di

= Diameter dalam pipa sebelah dalam (m)

b)

Koefisien perpindahan kalor konveksi pada bagian luar (ho)

..................................................................(13)



dimana : Nu

= Bilangan Nusselt

k

= Konduktifitas termal (W/m².°C)

Dh

= Diameter hidrolis (m)

Gambar 8. Pipa Dalam dengan 3 Sirip

Diameter hidrolik untuk jumlah sirip 3 : .........................................(14)

6. Beda Suhu Rata-rata Log (LMTD) Pada umumnya beda suhu antara fluida panas dan fluida dingin di dalam penukar kalor berbeda dari satu titik ke titik lainnya sepanjang pipa. Untuk tahanan termal yang konstan sekalipun, laju aliran panasnya akan berbeda-beda dari penampang, karena nilainya tergantung dari beda suhu antara fluida yang panas dan fluida yang dingin pada penampang tertentu. Guna menentukan laju aliran panas harus digunakan suatu beda suhu rata-rata yang sama.



Gambar 9. Profil Suhu untuk Aliran Sejajar dan Aliran Lawan Arah dalam Penukar Kalor Pipa Ganda (Cengel, Yunus A. 2007 hal.: 668) Perpindahan panas dalam pipa ganda dapat dihitung dengan :

Dengan

= beda suhu rata- rata yang tepat digunakan untuk penukar kalor.

Gambar 9 menunjukkan profil suhu pada masing-masing aliran fluida pada pipa ganda, bahwa beda suhu antara fluida panas dan fluida dingin pada saat masuk dan saat keluar tidaklah sama, sehingga ditentukan nilai rata-rata agar dapat digunakan pada persamaan (15) di atas. Untuk penukar kalor aliran sejajar, panas yang dipindahkan melalui unsur luas dA dapat dituliskan sebagai berikut:

di mana subskrip h dan c masing-masing menandai fluida panas dan fluida dingin. Perpindahan panas dapat dinyatakan pula sebagai :

dari persamaan (15) :



di mana

adalah laju aliran massa, sedangkan

atau

adalah panas spesifik

masing-masing fluida. Jadi :

Jika dQ diselesaikan dari persamaan (17) dan disubstitusikan ke dalam persamaan (18), maka didapatkan :

Persamaan ini dapat diintegrasikan, yang hasilnya :

Kembali ke persamaan (16) , hasil kali

dan

dapat dinyatakan dalam

perpindahan panas total Q daan beda suhu total antara fluida panas dan fluida dingin. Jadi,

Jika kedua hubungan di atas disubstitusikan ke dalam persamaan (20) memberikan :

Jika persamaan (20) dibandingkan dengan persamaan (10), terlihat bahwa beda suhu rata-rata merupakan pengelompokan suku-suku dalam kurung. Jadi, Atau Penurunan rumus tersebut dilakukan dengan menggunakan asumsi sebagai berikut: 1. Koefisien perpindahan panas konveksi konstan 2. Panas spesifik konstan



Beda suhu ini disebut sebagai beda suhu rata-rata log (log mean temperature difference = LMTD), yaitu beda suhu pada satu ujung penukar kalor dikurangi beda suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah dari perbandingan kedua beda suhu tersebut.

7. Metode NTU- Efektivitas untuk Menganalisis Perpindahan Kalor pada Penukar Kalor Metode NTU

efektivitas merupakan metode yang berdasarkan atas

efektivitas penukar kalor dalam memindahkan sejumlah panas tertentu. Metode NTU-Efektivitas juga mempunyai beberapa keuntungan untuk menganalisa soalsoal yang harus membandingkan berbagai jenis penukar kalor guna memilih jenis yang terbaik untuk melaksanakan sesuatu tugas pemindahan panas tertentu. Efektivitas penukar kalor didefinisikan sebagai berikut : Efektivitas = Perpindahan kalor nyata dapat dihitung dari energi yang dilepaskan oleh fluida panas atau energi yang diterima oleh fluida dingin. Q=

(

(

..............................(23)

Perpindahan kalor maksimum dinyatakan sebagai : Q=

.(

.................................................(24)

Efektivitas untuk penukar kalor :

= =

(26)

dimana : = efektivitas penukar kalor dengan fluida panas sebagai fluida minimum = efektivitas penukar kalor dengan fluida dingin sebagai fluida minimum = laju aliran massa fluida panas (kg/s) = laju aliran massa fluida dingin (kg/s) = panas spesifik fluida panas I(kJ/kg C)



= panas spesifik fluida panas I(kJ/kg C) = temperatur fluida panas masuk penukar kalor ( C) = temperatur fluida panas keluar penukar kalor ( C) = temperatur fluida dingin masuk penukar kalor ( C) = temperatur fluida dingin keluar penukar kalor ( C) Secara umum, efektivitas dapat dinyatakan sebagai :

Analisis pada aliran berlawanan, didapatkan persamaan efektivitas sebagai berikut:

Gambar 10. Efektivitas untuk Aliran Lawan Arah (Cengel, Yunus A. 2007 hal.: 695)

Rasio laju kapasitas didefinisikan sebagai :

Number of transfer unit (NTU) pada penukar kalor didefinisikan sebagai :



NTU dengan aliran berlawanan arah :

8. Efisiensi Permukaan Total Efisiensi ini dihitung dengan persamaan : ) Dimana :

= Efisiensi permukaan total = Luas Sirip ( = Luas Permukaan total ( = Efisiensi Sirip

Untuk menunjukkan efektivitas sirip dalam memindahkan sejumlah kalor tertentu, dirumuskan suatu parameter baru yang disebut efisiensi sirip (fin efficiency):

Diasumsikan sirip dalam bentuk rectangular seperti pada gambar 12:

Gambar 11. Penampang Sirip Rectangular (Incropera, F.P. 2001 hal.: 125)



Efisiensi siripnya adalah:

Gambar 12. Efisiensi Sirip (Cengel, Yunus A. 2007 hal.:162)

9. Bilangan Reynolds Bila ada fluida mengalir sepanjang suatu permukaan, baik laminer atau turbulen, maka gerakan partikel di dekat permukaan akan diperlambat oleh gaya viskos. Pengaruh gaya viskos ini akan mempengaruhi fluida secara umum. Untuk mengetahui pengaruh gaya viskos ini, digunakan suatu besaran tanpa dimensi yang disebut bilangan Reynolds (Reynolds Number). Bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara gaya-gaya kelembaman terhadap gayagaya viskos. Bilangan Reynolds masing-masing aliran adalah : a. Aliran Fluida di Luar Pipa Aliran fluida yang melintas di luar pipa dapat terjadi bila fluida melewati pipa atau rangkuman pipa. Sistem perpindahan kalor untuk aliran luar pipa seperti pada aliran diatas plat datar, hanya perbedaannya pada perilaku lapisan batas. Fenomena pada aliran fluida dalam aliran lintang melewati silinder dapat dilihat pada gambar 13 berikut ini :



Gambar 13. Aliran Silang yang Melintas pada Suatu Silinder (Cengel, Yunus A. 2007 hal.: 380) Adapun bilangan Reynoldsnya :

Dimana : = Kerapatan fluida u

= Kecepatan aliran (m/s) = Diameter pipa luar (m) = = Viskositas fluida (

)

b. Aliran Fluida di dalam pipa Besarnya kecepatan aliran massa (mass velocity) adalah : ...............................................................(31) Jadi bilangan Reynoldsnya :

= dimana:

........................................................(32) = Laju aliran massa fluida dalam pipa (kg/s) = Diameter dalam inner pipe (m) = Viskositas fluida



10. Bilangan Prandtl Bilangan Prandtl merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara viskositas kinematik fluida dengan difusivitas termalnya dan dinyatakan sebagai : .................................................................(33) Viskositas kinematik fluida memberikan informasi tentang laju difusi momentum dalam fluida karena gerakan molekul. Difusivitas termal memberi petunjuk tentang hal yang serupa mengenai difusi panas dalam fluida. Jadi perbandingan antara kedua kuantitas tersebut menunjukkan besaran relatif antara difusi momentum dan difusi panas di dalam fluida. Kedua difusi inilah yang menentukan berapa tebal lapisan batas pada suatu medan aliran tertentu. Difusivitas yang besar menunjukkan bahwa pengaruh viskos atau pengaruh suhu terasa pada jarak yang lebih jauh dalam medan aliran. Jadi, angka Prandtl merupakan penghubungan antara medan kecepatan dan medan suhu. Bilangan Prandtl juga dapat dinyatakan dengan : ...........................(34) dimana : = viskositas kinematik = difusivitas termal fluida

11. Bilangan Nusselt Bilangan Nusselt untuk aliran dalam tabung didapatkan dengan persamaan sebagai berikut :

Untuk aliran fluida di luar tabung menurut Knudsen dan Katz untuk zat cair menunjukkan bahwa perpindahan panas rata-rata dapat dihitung :



Dimana nilai C dan n pada persamaan di atas dapat diperoleh dari : Tabel 1. Konstanta menurut Hilpert, Knudsen, dan Katz Redf 0,4 4 40 4000 40.000

C

n

4

0,989

0,330

40

0,911

0,385

4000

0,683

0,466

40.000

0,193

0,618

400.000

0,0266

0,805 (Holman J.P,1994 hal.:268)

B. Penelitian yang Relevan Beragam eksperimen dengan bahan yang berbeda ataupun sama telah dilakukan para peneliti sebelumnya antara lain oleh Mahendra (2004), mengkaji tentang performansi perpindahan kalor penukar kalor aliran silang bersirip radial dengan dua variasi slited fin untuk mendapatkan karakteristik dari penukar kalor. Menggunakan variasi pipa tanpa sirip, pipa bersirip radial tanpa slit, pipa bersirip radial dengan 8 slit, dan pipa bersirip radial 16 slit. Hasilnya menunjukkan bahwa dengan jarak sirip yang semakin kecil, maka akan mendapatkan efektifitas penukar kalor lebih besar dibandingkan dengan jarak antar sirip yang lebih besar. Muhammad Awaludin (2007), menganalisis perpindahan kalor pada heat exchanger pada pipa ganda dengan sirip berbentuk delta wing untuk mengetahui koefisien perpindahan kalor total, bertujuan untuk mengetahui seberapa

besar penurunan tekanan yang terjadi pada

variasi tersebut

menggunakan analogi perpindahan kalor pada heat exchanger pada pipa ganda. Melakukan variasi jumlah sirip 4 dan 6 pada masing-masing pipa serta jarak sirip antar sirip 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. Hasilnya menunjukkan bahwa pengaruh variasi jarak dan jumlah sirip pada permukaan tube dapat meningkatkan koefisien perpindahan kalor dengan peningkatan 3 % untuk variasi jumlah sirip 4 dengan



jarak 10 cm terhadap jumlah sirip 4 dengan jarak 20 cm dan menaikkan penurunan tekanan. Danar Susilo Wijayanto (2008), menganalisis pengaruh pipa bersirip radial terhadap karakteristik penukar kalor aliran silang, yang bertujuan untuk menentukan pengaruh pipa bersirip radial dengan variasi jarak antar sirip. Menggunakan variasi jarak antar sirip 1 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm sepanjang 105 mm. Hasilnya menunjukkan bahwa bilangan Nusselt meningkat dengan jarak antar sirip yang semakin rapat dan semakin rapat jarak antar sirip juga akan meningkatkan bilangan Nusselt. Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa keseluruhan penelitian ditujukan untuk meningkatkan koefisien perpindahan kalor dengan menggunakan penambahan sirip pada pipa penukar kalor. Oleh karena itu, ada kemungkinan dengan penambahan sirip berbentuk tegak beralur dengan variasi sirip tanpa lengkung, satu lengkung, dan dua lengkung dapat meningkatkan koefisien perpindahan kalor.

C. Kerangka Bepikir Dari sudut pandang perekayasaan (engineering) terdapat masalah yang sangat penting, yaitu tentang penentuan laju perpindahan kalor. Untuk memperluas permukaan penukar kalor dilakukan dengan penambahan sirip pada pipa dalamnya yang sekaligus membentuk aliran turbulen pada pipa luarnya. Hal tersebut dilakukan karena kemampuan menerima kalor itu dipengaruhi oleh tiga hal yaitu koefisien perpindahan kalor total (U), luas perpindahan kalor (A), dan selisih temperatur rata-rata (

).

Penukar kalor yang ideal mempunyai koefisien perpindahan kalor total (U) yang tinggi, sehingga mampu untuk mentransfer kalor dengan baik. Hal ini menjadi masalah yang perlu dikaji lebih jauh agar koefisien perpindahan kalornya tinggi. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan penambahan sirip berbentuk tegak beralur pada pipa tembaga dengan memvariasi sirip tegak beralur tanpa lengkung, tegak beralur satu lengkung dan tegak beralur dua lengkung.



Unjuk kerja maupun tingkat effisiensi penukar kalor, sering diidentikkan dengan nilai laju perpindahan kalor. Terdapat beberapa hal yang dapat memperngaruhi laju perpindahan kalor. Salah satu di antaranya adalah peran laju aliran air yang ada disekitar alat penukar kalor yang tidak dapat diabaikan begitu saja. Perpindahan kalor yang berlangsung pada proses alat pemanas air akan lebih efektif jika didukung dengan laju aliran air. Oleh karena itu digunakan perbedaan laju aliran dalam dan laju aliran luar. Dari uraian di atas maka dapat ditentukan suatu paradigma penelitian sebagai berikut :

Gambar 14. Skema Paradigma Penelitian Keterangan : A

= Variasi bentuk sirip

A1

= Bentuk sirip tegak tanpa lengkung

A2


A3


B

=Variasi laju aliran dalam

B1

= Laju aliran dalam 0,1 lt/s

B2


B3


C

=Variasi laju aliran luar



C1

= Laju aliran luar 0,13 lt/s

C2


C3


X

= Koefisien perpindahan kalor

1

= Pengaruh variasi bentuk sirip terhadap koefisien perpindahan kalor

2

= Pengaruh variasi laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor

3

= Pengaruh variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor

4

= Pengaruh interaksi variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor

5

= Pengaruh interaksi variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor

6

= Pengaruh interaksi variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor

7

= Pengaruh interaksi variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor

8

= Koefisien perpindahan kalor optimal D. Hipotesis Penelitian Berdasarkan rumusan masalah dan analisa kerangka pemikiran di atas

dapat diambil hipotesis yaitu : 1. Penggunaan variasi sirip tegak beralur berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. 2. Penggunaan

variasi laju aliran dalam berpengaruh terhadap koefisien

perpindahan kalor. 3. Penggunaan variasi laju aliran luar berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. 4. Interaksi antara variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. 5. Interaksi antara variasi bentuk sirip dan laju aliran luar berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor.



6. Interaksi antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. 7. Interaksi antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. 8. Didapatkan rata-rata koefisien perpindahan kalor optimal dari interaksi antara variasi bentuk sirip , laju aliran dalam dan laju aliran luar hasil perhitungan koefisien perpindahan kalor.


digilib.uns.ac.id

BAB III METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian Tempat penelitian merupakan lokasi dimana informasi diperoleh untuk menyatakan kebenaran penelitian. Eksperimen untuk menganalisis perpindahan kalor pada alat penukar kalor pipa ganda dengan menggunakan sirip tegak beralur dilakukan di laboratorium produksi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.

2. Waktu Penelitian Adapun jadwal penelitian sebagai berikut: a.

Seminar proposal penelitian pada tanggal 14 Mei 2010

b.

Perijinan proposal penelitian pada tanggal 11 Juni 2010 s/d 25 Juni 2010

c.

Pelaksanaan penelitian dan revisi pada tanggal 9 Agustus 2010 s/d 3 September 2010

d.

Penulisan laporan penelitian pada tanggal 6 September 2010 s/d 16 Desember 2010

B. Metode Penelitian Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap sejumlah benda uji, kemudian analisis datanya dengan menggunakan angka-angka. Suatu

penelitian

eksperimen

didesain

dimana

variabel

bebas

diperlakukan secara terkontrol dan pengaruhnya terhadap variabel tergantung dipantau dengan teliti. Sugiyono (2007: 72), mengemukakan bahwa penelitian dengan pendekatan eksperimen adalah suatu penelitian yang berusaha mencari pengaruh variabel tertentu terhadap variabel yang lain dalam kondisi yang terkontrol secara ketat, dan penelitian ini biasanya dilakukan di laboratorium.

29



Sedangkan menurut Suharsimi Arikunto (1996) metode eksperimen 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 diadakan untuk mengetahui pengaruh variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor.

C. Populasi dan Sampel 1. Populasi Penelitian Populasi adalah keseluruhan obyek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1996 :115). Populasi dalam penelitian ini adalah pipa bersirip tegak bervariasi bentuk dengan beberapa variasi kecepatan aliran air.

2. Sampel Penelitian Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah pipa bersirip tegak beralur dengan variasi bentuk yaitu pipa bersirip tegak tanpa lengkung, pipa bersirip tegak satu lengkung, dan pipa bersirip tegak dua lengkung. Adapun variasi laju aliran air yang digunakan untuk laju aliran dalam menggunakan variasi 0,1 lt/s, 0,08 lt/s, dan 0,06 lt/s. Laju aliran luar menggunakan variasi 0,13 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0,07 lt/s. Masing-masing variasi parameter spesimen penelitian diambil replikasi sebanyak tiga kali, sehingga jumlah datanya adalah 81.



Tabel 2. Variasi Parameter Sampel Penelitian Bentuk Sirip

Laju Aliran Pipa Luar (lt/s)

Laju Aliran Pipa Dalam (lt/s)

1

Tegak tanpa lengkung

0,13

0,1

2


0,1

0,1

3


0,07

0,1

4


0,13

0,08

5


0,1

0,08

6


0,07

0,08

7


0,13

0,06

8


0,1

0,06

9


0,07

0,06

10

Tegak satu lengkung

0,13

0,1

11

Tegak satu lengkung

0,1

0,1

12

Tegak satu lengkung

0,07

0,1

13

Tegak satu lengkung

0,13

0,08

14

Tegak satu lengkung

0,1

0,08

15

Tegak satu lengkung

0,07

0,08

16

Tegak satu lengkung

0,13

0,06

17

Tegak satu lengkung

0,1

0,06

18

Tegak satu lengkung

0,07

0,06

19

Tegak dua lengkung

0,13

0,1

20

Tegak dua lengkung

0,1

0,1

21

Tegak dua lengkung

0,07

0,1

22

Tegak dua lengkung

0,13

0,08

23

Tegak dua lengkung

0,1

0,08

24

Tegak dua lengkung

0,07

0,08

25

Tegak dua lengkung

0,13

0,06

26 27

Tegak dua lengkung Tegak dua lengkung

0,1 0,07

0,06 0,06

Kondisi Eksperimen



3. Teknik Sampling Tujuan digunakannya teknik sampling adalah untuk menentukan seberapa banyak sampel yang diambil. Teknik sampling yang digunakan untuk mengumpulkan data dari berbagai sumber data adalah purposive sampling, yaitu apa dan siapa yang harus memberikan data ditentukan secara subjektif sesuai dengan keperluan dalam rangka mencapai tujuan yang telah ditentukan karena data yang dikumpulkan dari pihak yang berkait langsung dengan permasalahan yang diteliti. Penelitian dilakukan dengan membuat sebuah alat penukar kalor dengan bahan tembaga dan membuat variasi bentuk sirip yang digunakan, sehingga laju perpindahan kalor akan meningkat.

D. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel Definisi variabel penelitian adalah sebagai objek penelitian, atau apa yang menjadi titik perhatian suatu penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993 : 91). Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Variabel Bebas Variabel bebas adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur, yang berfungsi mempengaruhi atau menentukan munculnya variabel lain yang disebut dengan variabel terikat. Demikian dapat pula terjadi bahwa jika variabel bebas berubah, maka akan muncul variabel terikat yang berbeda atau yang lain. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar. Variasi bentuk sirip yang dimaksudkan disini adalah pipa bersirip tegak tanpa lengkung, pipa bersirip tegak satu lengkung, dan pipa bersirip tegak dua lengkung. Laju aliran dalam menggunakan variasi 0,1 lt/s, 0,08 lt/s, dan 0,06 lt/s. Laju aliran luar menggunakan variasi 0,13 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0,07 lt/s. b. Variabel Terikat Variabel terikat adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki pula sejumlah aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi menerima atau



menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut dengan variabel bebas. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah koefisien perpindahan kalor. c. Varibel Kontrol Variabel kontrol adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikan agar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benarbenar karena variabel bebas yang tertentu. Pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak merubah atau menghilangkan variabel bebas yang akan diungkap pengaruhnya. Demikian pula pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak menjadi variabel yang mempengaruhi/menentukan variabel terikat. Dengan mengendalikan pengaruhnya berarti variabel ini tidak ikut menentukan ada atau tidaknya variabel terikat. Dengan kata lain kontrol yang dilakukan terhadap variabel ini, akan menghasilkan variabel terikat yang murni. Variabel kontrol dalam penelitian ini antara lain: 1) Pipa tembaga. 2) Plat tembaga. 3) Alat Pengujian. 4) Bahan pengelasan pipa tembaga dengan plat tembaga.

2. Instrumen Penelitian Instrumen penelitian yang digunakan untuk melaksanakan penelitian ini meliputi: a. Bahan Penelitian Bahan penelitian yang digunakan dalam mendapatkan data adalah air digunakan sebagai fluida cair. b. Alat Penelitian Dalam pelaksanaan eksperimen ini peneliti menggunakan peralatan sebagai berikut :



1. Pipa Tembaga a. Pipa lurus tanpa sirip tegak beralur dengan diameter 12,7 mm dan panjang 1500 mm. b. Pipa lurus dengan variasi bersirip tegak tanpa lengkung, satu lengkung dan dua lengkung.

Gambar 15. Pipa Tembaga Bersirip Tegak Beralur 2. Heater, sebagai pemanas air 3. Pompa, digunakan untuk mengalirkan air 4. Tangki, digunakan untuk tempat penyimpanan air yang dipanaskan dan air yang dingin. 5. Kran, digunakan untuk membuka dan menutup aliran air. 6. Flowmeter, digunakan untuk mengukur laju aliran air 7. Termokopel, digunakan untuk mengukur temperatur air masuk, temperatur air keluar, temperatur dinding pipa masuk, dan temperatur dinding pipa keluar. 8. Termokontrol, digunakan untuk menjaga temperatur dalam tangki agar tetap stabil sesuai dengan yang diinginkan.



3. Desain Eksperimen Penelitian ini menggunakan desain eksperimen sebagai berikut :

Gambar 16. Desain Eksperimen Alat Penukar Kalor



4. Diagram Alir Proses Penelitian Untuk melaksanakan penelitian ini menggunakan langkah-langkah sebagai berikut : Mulai

Pembuatan Pipa Lurus

Pembuatan Pipa Lurus Tanpa Sirip

Pembuatan Pipa Lurus Bersirip Tegak Beralur : tanpa lengkung, satu lengkung, dan dua lengkung

Setting Peralatan Uji Penukar Kalor Pipa Ganda Aliran Lawan Arah

Pipa Lurus Bersirip Tegak Beralur : tanpa lengkung, satu lengkung, dan dua lengkung

Pipa Lurus Tanpa Sirip

Pengujian

Analisis Data

Selesai

Gambar 17. Diagram Alir Proses Penelitian

Variasi : Laju Aliran Luar Laju Aliran Dalam



5. Proses Pengujian Peralatan yang diperlukan selama proses pengujian dipersiapkan dan disusun seperti terlihat pada gambar 16. Langkah-langkah pengujiannya sebagai berikut: 1. Memasang pipa polos kedalam pipa alumunium. 2. Sebelum pengujian, terlebih dahulu menghidupkan alat pemanas air. 3. Mengalirkan air panas ke pipa tembaga dengan laju aliran 0,1 lt/s dengan menghidupkan pompa. 4. Mengalirkan air dingin ke pipa alumunium dengan laju aliran 0,13 lt/s. 5. Setelah mencapai kondisi tunak, maka dilakukan pengambilan data-data yang diperlukan, yaitu temperatur air panas masuk, temperatur air panas keluar, temperatur air dingin masuk, dan temperatur air dingin keluar. 6. Mengulangi langkah pengujian nomor 4 untuk laju aliran air dingin 0,1 lt/s dan 0,07 lt/s dengan laju aliran air panas tetap 0,1 lt/s. 7. Mengulangi langkah pengujian nomor 3 s/d 5 diulangi untuk laju aliran air panas 0,08 lt/s dan 0,06 lt/s. 8. Mengulangi langkah pengujian nomor 1 s/d 7 untuk pipa bersirip bersirip tegak tanpa lengkung, tegak satu lengkung, dan pipa bersirip tegak dua lengkung. E. Teknik Analisis Data Teknik analisis data dalam penelitian ini adalah menggunakan analisis varian (anova) tiga arah. Sebelumnya dilakukan uji persyaratan analisis yaitu uji normalitas dan uji homogenitas. Berikut ini desain penelitian guna mempermudah analisis data. Desain data tersebut dapat dilihat pada tabel 3.



Tabel 3. Pengumpulan Data Faktor B Laju Aliran Dalam / Air Panas (lt/s) 0,06

0,08

0,1

Faktor C Laju

Faktor C Laju

Faktor C Laju

Aliran Luar / Air

Aliran Luar / Air

Aliran Luar / Air

Dingin ( lt/s )

Dingin ( lt/s )

Dingin ( lt/s )

0,07

0,1

0,13

0,07

0,1

0,13

0,07

0,1

0,13

X1111 X1211 X1311 X1121 X1221 X1321 X1131 X1231 X1331 Tegak tanpa lengkung

X1112 X1212 X1312 X1122 X1222 X1322 X1132 X1232 X1332 X1113 X1213 X1313 X1123 X1223 X1323 X1133 X1233 X1333

Rata-rata

1110

1210

1310

1120

1220

1320

1130

1230

1330

Jumlah

Faktor A ( Bentuk Sirip )

X2111 X2211 X2311 X2121 X2221 X2321 X2131 X2231 X2331 Tegak satu lengkung


Rata-rata

2110

2210

2310

2120

2220

2320

2130

2230

2330

Jumlah Tegak dua

X3111 X3211 X3311 X3121 X3221 X3321 X3131 X3231 X3331

lengkung


Rata-rata

3110

3210

3310

3120

3220

3320

3130

3230

3330

0110

0210

0310

0120

0220

0320

0130

0230

0330

Jumlah Rata-rata keseluruhan Jumlah Keseluruhan



1. Uji Persyaratan Analisis Data a. Uji Normalitas Uji ini bertujuan untuk mengetahui apakah data pada variabel-variabel penelitian berasal dari populasi yang berdistribusi normal atau tidak, uji normalitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah uji normalitas Liliefors (S). Adapun prosedur yang dilakukan adalah: 1) Tentukan hipotesis Ho = Sampel berasal dari populasi berdistribusi normal. Hi = Sampel tidak berasal dari populasi berdistribusi normal. 2) Tentukan taraf nyata

= 0,01

3) Menentukan harga S dengan rumus : SD

2

n

Xi

2

Xi

2

nn 1

Keteranagan : SD

: Simpangan baku atau deviasi standar

n

: Jumlah baris

Xi2 Xi2

: Jumlah keseluruhan kolom pangkat dua : Hasil pangkat dua Xi2 kemudian dijumlahkan keseluruhan

4) Pengamatan X 1, X2

n

menggunakan rumus : Zi =

dijadikan bilangan Z1, Z2

n

dengan

Xi X SD

5) Statistik uji yang digunakan L = Maks. F Zi

S Zi

Dengan F(Zi) = P(Z Zi); Z ~ N(0,1); S Zi

banyaknya Z1 , Z 2 , Z3 , Z N n

Zi

6) Daerah kritik uji DK = {L L > L ;n} Ho ditolak apabila Lo mak > L tabel. Hi diterima apabila Lo mak < L tabel. (Sumber: Budiyono, 2000:169)



b. Uji Homogenitas Untuk menguji persyaratan homogenitas digunakan uji chi kuadrat, adapun prosedur yang harus ditempuh sebagai berikut: 1) Tentukan hipotesis Ho : P1 = P2

Pk ; Hi : Tidak semua variansi sama

2) Tentukan taraf nyata

= 0,01

3) Untuk uji Bartlet digunakan statistik uji :

dimana : 4) Daerah kritik ( Daerah penolakan Ho ) diterima apabila

<

diterima apabila

>

(Sumber: Hasan. Iqbal, 2004: 190).

2. Uji Analisis Data a. Uji Hipotesis dengan Anava Tiga Jalan 1) Menentukan Hipotesis Pada analisis variansi tiga jalan, ada 7 pasang hipotesis (H 0 dan H1) yang dapat diuji, yaitu : a) H0A :

= 0 untuk setiap i= 1, 2, 3;

H1A : paling sedikit ada satu b) H0B :


H1B : paling sedikit ada satu c) H0C :

yang tidak nol


H1C : paling sedikit ada satu d) H0AB :

yang tidak nol

yang tidak nol

= 0 untuk setiap i= 1, 2, 3; dan j= 1, 2, 3;

H1AB : paling sedikit ada satu

yang tidak nol



e) H0AC :

= 0 untuk setiap i= 1, 2, 3; dan k= 1, 2, 3;

H1AC : paling sedikit ada satu f) H0BC :

yang tidak nol

0 untuk setiap j= 1, 2, 3; dan k= 1, 2, 3;

H1BC : paling sedikit ada satu g) H0ABC :

yang tidak nol

0 untuk setiap i= 1, 2, 3; j= 1, 2, 3; dan k= 1, 2, 3;

H1ABC : paling sedikit ada satu

yang tidak nol

2) Memilih taraf signifikasi tertentu ( = 0,01) 3) Komputasi Rumus-rumus yang digunakan untuk menganalisis data yaitu : Mendefinisikan notasi jumlah Ai, Bj, Ck, ABij, BCjk, ACik, dan ABCijk, seperti pada tabel 4 s/d tabel 7: Tabel 4. Jumlah AB Faktor A

Faktor B (Laju Aliran Pipa dalam) Total

(Bentuk Sirip)

0,1 lt/s

0,08 lt/s

0,06 lt/s


AB11

AB12

AB13

A1

Tegak satu lengkung

AB21

AB22

AB23

A2

Tegak dua lengkung

AB31

AB32

AB33

A3

Total

B1

B2

B3

G

Tabel 5. Jumlah AC Faktor A

Faktor C (Laju Aliran Pipa Luar) Total

(Bentuk Sirip)

0,13 lt/s

0,1 lt/s

0,07 lt/s


AC11

AC12

AC13

A1

Tegak satu lengkung

AC21

AC22

AC23

A2

Tegak dua lengkung

AC31

AC32

AC33

A3

Total

C1

C2

C3

G



Tabel 6. Jumlah BC Faktor B

Faktor C (Laju Aliran Pipa Luar)

(Laju Aliran Pipa

Total

0,13 lt/s

0,1 lt/s

0,07 lt/s

0.1 lt/s

BC11

BC12

BC13

B1

0.08 lt/s

BC21

BC22

BC23

B2

0.06 lt/s

BC31

BC32

BC33

B3

Total

C1

C2

C3

G

Dalam)

Tabel 7. Jumlah ABC c1

cr

b1

bq

b1

bq

a1

ABC111

ABC 1q1

ABC 11r

ABC 1qr

a2

ABC 211

ABC 2q1

ABC 21r

ABC 2qr

ap

ABC p11

ABC pq1

ABC p1r

ABC pqr

Pada analisis variansi tiga jalan dengan sel sama ini, didefinisikan 9 besaran sebagai berikut :



Terdapat 9 jumlah kuadrat pada analisis variansi tiga jalan, yang berdasarkan sifat-sifat tertentu dapat dirumuskan sebagai berikut : JKA

= (3) - (1)

JKC

= (5) - (1)

JKB

= (4) (1)

JKAB = (1) + (6) - (3)

(4)

JKAC = (1) + (7) (3) (5) JKBC = (1) + (8) (4) (5) JKABC= (3) + (4) + (5) + (9) - (1) JKG

= (2) (9)

JKT

= (2) (1)

(6) (7) (8)

Rerata kuadrat (RK) adalah Jumlah Kuadrat (JK) dibagi dengan Derajat Kebebasan (Dk) yang bersesuaian. Dan nilai F amatan (F obs) diperoleh dari membagi Rerata Kuadrat (RK) yang bersesuaian dengan Rerata Kuadrat Galat (RKG). Selanjutnya rangkuman analisis variansi tiga jalan sebagai berikut : Tabel 8. Rangkuman Analisis Variansi Tiga Jalan Sumber

JK

Dk

RK

F obs

Fa

A

JKA

p-1

RKA

Fa

F*

< atau >

Fb

F

*

< atau >

F

*

< atau >

F

*

< atau >

*

< atau >

B C AB

JKB JKC JKAB

q-1 r-1 (p-1)(q-1)

RKB RKC RKAB

Fc Fab

p

AC

JKAC

(p-1)(r-1)

RKAC

Fac

F

BC

JKBC

(q-1)(r-1)

RKBC

Fbc

F*

< atau >

*

< atau >

ABC

JKABC

(p-1)(q-1)(r-1)

RKABC

F abc

F

Galat

JKG

N-pqr

RKG

-

-

-

Total

JKT

N-1

-

-

-

-

*

Keterangan : p adalah probabilitas amatan; F adalah nilai yang diperoleh dari tabel 7. (Budiyono,2009:235-239).


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL PENELITIAN A. Deskripsi Data Seperti telah diuraikan pada bab III, penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang melibatkan tiga faktor. Faktor A adalah perlakuan variasi bentuk sirip yaitu: tegak tanpa lengkung, tegak satu lengkung dan tegak dua lengkung. Faktor B adalah variasi laju aliran luar yaitu: 0,13 lt/s; 0,1 lt/s; dan 0,07 lt/s. Sedangkan faktor C adalah variasi laju aliran dalam yaitu: 0,1 lt/s; 0,08 lt/s; dan 0,06 lt/s. Faktor A, B, dan C merupakan variabel bebas. Sebagai variabel terikatnya adalah koefisien perpindahan kalor hasil penelitian alat penukar kalor pipa ganda aliran berlawanan arah. Data dapat dideskripsikan sebagai berikut : Tabel 9. Data Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor

Faktor A ( Bentuk Sirip

Faktor B Laju Aliran Dalam (lt/s)

Tanpa Lengkung Satu Lengkung Dua Lengkung

0,1

0,08

0,06

Faktor C Laju Aliran



Luar ( lt/s )

Luar ( lt/s )

Luar ( lt/s )

0,13

0,1

0,07

0,13

0,1

0,07

0,13

0,1

0,07

0,04731 0,04731 0,04726 0,04704 0,04693 0,04690 0,04657 0,04654 0,04654

0,04296 0,04293 0,04289 0,04239 0,04239 0,04238 0,04075 0,04072 0,04073

0,03552 0,03553 0,03552 0,03513 0,03514 0,03508 0,03378 0,03368 0,03378

0,04866 0,04866 0,04866 0,04858 0,04858 0,04856 0,04695 0,04660 0,04661

0,04296 0,04294 0,04293 0,04255 0,04255 0,04255 0,04080 0,04079 0,04074

0,03543 0,03547 0,03546 0,03530 0,03533 0,03530 0,03362 0,03363 0,03362

0,04867 0,04865 0,04862 0,04845 0,04845 0,04844 0,04660 0,04668 0,04659

0,04289 0,04286 0,04282 0,04234 0,04235 0,04233 0,04063 0,04068 0,04070

0,03542 0,03543 0,03542 0,03527 0,03524 0,03525 0,03355 0,03357 0,03360

Data hasil pengukuran koefisien perpindahan kalor hasil penelitian alat penukar kalor pipa ganda aliran berlawanan arah seperti telah ditunjukkan dalam tabel 9 di atas, diperoleh atas dasar pengukuran suhu dengan menggunakan termokopel, kemudian dihitung dengan menggunakan rumus sesuai dasar teori dan dijabarkan pada lampiran 4.

44



Pada tabel 9 dapat dilihat bahwa data pengaruh variasi laju aliran luar dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor disusun berdasarkan kolom, sedangkan pengaruh variasi bentuk sirip terhadap koefisien perpindahan kalor. Untuk jelasnya dapat dilihat pada tabel 10. Tabel 10. Rerata Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor Faktor B Laju Aliran Dalam (lt/s) 0,1

0,08

0,06




Luar ( lt/s )

Luar ( lt/s )

Luar ( lt/s )

0,13

0,1

0,07

0,13

0,1

0,07

0,13

0,1

0,07

0,04729

0,04293

0,03553

0,04867

0,04294

0,03546

0,04864

0,04285

0,03543

0,04695

0,04239

0,03512

0,04857

0,04255

0,03531

0,04845

0,04234

0,03525

0,04655

0,04073

0,03375

0,04672

0,04078

0,03362

0,04663

0,04067

0,03357

Faktor A ( Bentuk

Tanpa Lengkung Satu Lengkung Dua Lengkung

Dari tabel 10 di atas didapat bahwa koefisien perpindahan kalor paling rendah terjadi pada interaksi bentuk sirip dua lengkung, laju aliran dalam 0,06 lt/s dan laju aliran luar 0,07 lt/s yaitu sebesar 0,03357, sedangkan koefisien perpindahan kalor paling tinggi terjadi pada interaksi bentuk sirip tanpa lengkung, laju aliran dalam 0,08 lt/s dan laju aliran luar 0,1 lt/s yaitu sebesar 0,04867. Untuk memahami lebih jelas perbandingan pengaruh masing-masing variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor dapat dilihat pada gambar 18, 19, dan 20 sebagai berikut :



0.1 0.09 0.08 Tanpa Sirip

Nu

0.07 0.06

Tegak Tanpa Lengkung

0.05

Tegak Satu Lengkung

0.04 0.03

Tegak Dua Lengkung

0.02 10000

14000

18000

22000

Re

Gambar 18. Pengaruh Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam 0,1 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,13 lt/s , 0,1 lt/s dan 0,07 lt/s 0.1 0.09 0.08

Tanpa Sirip

Nu

0.07 0.06


0.05

Tegak Satu Lengkung

0.04 0.03 0.02 10000

Tegak Dua Lengkung 14000

18000

22000

Re

Gambar 19. Pengaruh Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam 0,08 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,13 lt/s, 0,1 lt/s dan 0,07 lt/s



0.1 0.09 0.08

Tanpa Sirip

Nu

0.07 0.06


0.05

Tegak Satu Lengkung

0.04 0.03

Tegak Dua Lengkung

0.02 10000

14000

18000

22000

Re

Gambar 20. Pengaruh Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam 0,06 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,13 lt/s, 0,1 lt/s dan 0,07 lt/s Gambar 18, 19, dan 20 dapat diamati bahwa dengan adanya penambahan sirip tegak beralur tidak meningkatkan perpindahan kalor yang signifikan. Semakin bertambahnya sirip tegak beralur, maka semakin kecil koefisien perpindahan kalornya. Pada pipa tembaga dengan sirip tegak dua lengkung menunjukkan koefisien perpindahan kalor terrendah jika dibandingkan dengan

Nu

sirip lainnya.

0.095 0.09 0.085 0.08 0.075 0.07 0.065 0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 10000

0,1 lt/s 0,08 lt/s 0,06 lt/s

15000

20000

25000

Re

Gambar 21. Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa tanpa Sirip


digilib.uns.ac.id

Nu

48

0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 0.035

0,1 lt/s 0,08 lt/s

0.03 0.025 0.02 10000

0,06 lt/s

15000

20000

25000

Re

Gambar 22. Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak tanpa Lengkung

0.06 0.055 Nu

0.05 0.045 0.04

0,1 lt/s

0.035

0,08 lt/s

0.03

0,06 lt/s

0.025 0.02 10000

15000

20000

25000

Re

Gambar 23. Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak Satu Lengkung



0.06 0.055 0.05 Nu

0.045 0.04

0,1 lt/s

0.035

0,08 lt/s

0.03

0,06 lt/s

0.025 0.02 10000

15000

20000

25000

Re

Gambar 24. Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Pipa Bersirip Tegak Dua Lengkung Gambar 21, 22, 23, dan 24 dapat diamati bahwa dengan adanya variasi laju aliran dalam 0,1 lt/s, 0,08 lt/s dan 0,06 lt/s pada pipa tanpa sirip, pipa bersirip tegak tanpa lengkung, pipa bersirip tegak satu lengkung, dan pipa bersirip tegak dua lengkung tidak meningkatkan koefisien perpindahan kalor.

B. Uji Persyaratan Analisis Karena penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif, maka data yang diperoleh sebelum dianalisis dengan uji analisis variansi tiga jalan, maka dilakukan uji pendahuluan atau uji prasyarat analisis yang meliputi uji normalitas dan uji homogenitas. 1. Uji Normalitas Uji normalitas dipakai untuk menguji apakah data hasil penelitian yang didapatkan mempunyai distribusi yang normal atau tidak. Untuk uji ini dilakukan dengan menggunakan uji normalitas Lilliefors, dengan taraf signifikansi 1 %. Selanjutnya mencari harga Lmaks

F(Zi) - S(Zi)

pada masing-masing kelompok

perlakuan. Harga Lmaks dikonsultasikan dengan harga Ltabel yang didapatkan pada Tabel dengan N = 9 dan diperoleh Ltabel sebesar 0,311. Jika hasil perhitungan mendapatkan harga Lmaks lebih kecil dari harga Ltabel , maka data berdistribusi



normal. Adapun keputusan uji normalitas data selengkapnya tersebut dalam tabel 11. Tabel 11. Hasil Uji Normalitas dengan Metode Liliefors Sumber Perlakuan Kolom B 1C1

Data Hasil Uji Lobs= 0,061 < L(0,01;9) = 0,311

Keputusan Sampel berasal dari populasi yang berdistribusi normal

Kolom B1C2

Lobs= 0,200 < L(0,01; 9) = 0,311

Sampel berasal dari populasi yang berdistribusi normal

Kolom B1C3

Lobs= 0,200 < L(0,01; 9) = 0,311


Kolom B2C1

Lobs= 0,281 < L(0,01;9) = 0,311


Kolom B2C2

Lobs= 0,233 < L(0,01; 9) = 0,311


Kolom B2C3

Lobs= 0,270 < L(0,01; 9) = 0.311


Kolom B 3C1

Lobs= 0,264 < L(0,01; 9) = 0,311

Kolom B 3C2

Lobs= 0,204 < L(0,01; 9) = 0,311

Sampel berasal dari populasi yang berdistribusi normal Sampel berasal dari populasi yang berdistribusi normal

Kolom B 3C3

Lobs= 0,264 < L(0,01; 9) = 0,311


Baris A1

Lobs= 0,193 < L0.01; 27 = 0,200


Baris A 2

Lobs= 0,161 < L(0,01; 27) = 0,200


Baris A 3

Lobs= 0,169 < L(0,01; 27) = 0,200


Keputusan Uji Normalitas Karena Lmaks dari perlakuan tidak berada pada daerah kritik atau lebih kecil dari Ltabel maka Ho masing-masing perlakuan diterima. Jadi data hasil perhitungan koefisien perpindahan kalor dalam penelitian ini secara keseluruhan berasal dari populasi yang berdistribusi normal. Perhitungan selengkapnya ada pada lampiran 5.



2. Uji Homogenitas Uji homogenitas digunakan untuk menguji kesamaan beberapa buah ratarata. Pada penelitian ini, digunakan metode chi kuadrat untuk uji homogenitas. Dan pengambilan kesimpulan dengan taraf signifikansi 1 %. Jika didapatkan harga

hitung lebih

besar dari harga

tabel

{

(0,01)(8) =

20,090}, berarti data yang

didapatkan berasal dari sampel yang tidak homogen. Namun bila didapatkan harga

hitung lebih

kecil dari harga

tabel

{

(0,01)(8)

= 20,090} berarti data yang

didapatkan berasal dari sampel yang homogen. Data hasil pengujian homogenitas dengan metode chi kuadrat yang telah dilakukan adalah Karena

hitung

<

tabel

hitung

= 0,000107.

, maka data yang didapatkan berasal dari sampel yang

homogen. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 6.

C. Pengujian Hipotesis Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap tingkat koefisien perpindahan kalor, perlu dilakukan suatu pengujian statistik. Dalam penelitian ini, uji statistik yang digunakan adalah analisis variansi tiga jalan. Hasil pengujian analisis variansi tiga jalan tersebut adalah sebagai indikator ada tidaknya pengaruh variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap tingkat koefisien perpindahan kalor. Untuk melihat besarnya pengaruh masing-masing variabel serta interaksi antara ketiga variabel tersebut dapat ditunjukkan pada tabel 11, yaitu tabel ringkasan hasil uji F untuk anava tiga jalan sebagai berikut (perhitungan selengkapnya terdapat pada lampiran 7) :



Tabel 12. Ringkasan Hasil Uji F untuk Anava Tiga Jalan Sumber A B C AB AC BC ABC Galat Total

JK

Dk

RK

Fobs

0,00019

2

0,0000937

41980,7

0,00223 0,000136

2

0,0011

500051

2

0,000068

30522,71

-0,00013

4

-0,000033

-14859,44

-0,00013

4

-0,000033

-14913,09

-0,00013

4

-0,000033

-269,61

0,00013

8

0,0000169

140,24

0,00000012 0,00227

54 80

0,00000002 -

-

F

p

5,01

>

5,01

>

5,01

>

3,68

>

3,68 3,68 2,83

>

-

-

-

-

Keterangan : A

: Variasi bentuk sirip

B

: Variasi laju aliran dalam

C

: Variasi laju aliran luar

AB

: Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam

AC

: Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip dan laju aliran luar

BC

: Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar

ABC : Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar Berdasarkan tabel 8 dan rangkuman hasil uji F untuk anava tiga jalan pada tabel 12 dapat diambil keputusan uji sebagai berikut : a. Variasi Bentuk Sirip terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor A) Tabel 12 menunjukkan bahwa Fobservasi = 41980,7 dan Ftabel = 5,01. Karena F observasi > F tabel, maka hipotesis pertama dapat diterima dengan taraf signifikansi 1 %.



b. Variasi Laju Aliran Dalam terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor B) Tabel 12 menunjukkan bahwa Fobservasi = 500051 dan Ft = 5,01. Karena F observasi > Ftabel, maka hipotesis kedua dapat diterima dengan taraf signifikansi 1 %. c. Variasi Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor C) Tabel 12 menunjukkan bahwa Fobservasi = 30522,71 dan Ftabel = 5,01. Karena F observasi > Ftabel, maka hipotesis ketiga dapat diterima dengan taraf signifikansi 1 %. d. Interaksi Variasi Bentuk Sirip dan Laju Aliran Dalam terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor AB) Tabel 12 menunjukkan bahwa F observasi = - 14859,44 dan Ftabel = 3,68. Karena F observasi < Ftabel, maka hipotesis keempat tidak dapat diterima. e. Interaksi Variasi Bentuk Sirip dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor AC) Tabel 12 menunjukkan bahwa F observasi = - 14913,09 dan Ftabel = 3,68. Karena F observasi < Ftabel, maka hipotesis kelima tidak dapat diterima. f. Interaksi Variasi Laju Aliran Dalam dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor BC) Tabel 12 menunjukkan bahwa F observasi = - 269,61 dan Ftabel = 3,68. Karena F observasi < Ftabel, maka hipotesis kelima tidak dapat diterima. g. Interaksi Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam, dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor ABC) Tabel 12 menunjukkan bahwa F observasi = 140,24 dan F tabel = 2,83. Karena F observasi > Ftabel, maka hipotesis ketujuh dapat diterima dengan taraf signifikansi 1 %. h. Interaksi Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam, dan Laju Aliran Luar yang Menghasilkan Koefisien Perpindahan Kalor Optimal. Dari tabel 9 didapat bahwa koefisien perpindahan kalor optimal terjadi pada interaksi antara bentuk sirip tegak tanpa lengkung, laju aliran dalam 0,06 lt/s dan laju aliran luar 0,13lt/s yaitu 0,04867.



D. Pembahasan Hasil Analisis Data Analisis variansi yang dilakukan terhadap data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel anava harga F observasi dibandingkan dengan harga F tabel. Bila Fobservasi > Ftabel maka sumber perlakuan mempunyai pengaruh terhadap variabel yang diselidiki dan bila F observasi < Ftabel maka sumber perlakuan tidak atau sedikit memberi pengaruh p a. Variasi Bentuk Sirip terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor A) Dari tabel 12 didapatkan F observasi = 41980,7 dan F tabel = 5,01 sehingga F observasi > Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa variasi bentuk sirip berpengaruh secara signifikan dengan taraf signifikansi 1 % terhadap koefisien perpindahan kalor. b. Variasi Laju Aliran Dalam terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor B) Dari tabel 12 didapatkan F observasi = 500051 dan Ftabel = 5,01 sehingga F observasi > Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa variasi laju aliran dalam berpengaruh secara signifikan dengan taraf signifikansi 1 % terhadap koefisien perpindahan kalor . c. Variasi Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor C) Dari tabel 12 didapatkan Fobservasi = 30522,71 dan Ftabel = 5,01 sehingga F observasi > Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa variasi laju aliran luar berpengaruh secara signifikan dengan taraf signifikansi 1 % terhadap koefisien perpindahan kalor. d. Interaksi Variasi Bentuk Sirip dan Laju Aliran Dalam terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor AB) Dari tabel 12 didapatkan F observasi = - 14859,44 dan Ftabel = 3,68 sehingga F observasi < Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa interaksi variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam tidak berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. e. Interaksi Variasi Bentuk Sirip dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor AC) Dari tabel 12 didapatkan Fobservasi = - 14913,09 dan Ftabel = 3,68 sehingga F observasi < Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa interaksi variasi bentuk sirip dan laju aliran luar tidak berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor.



f. Interaksi Variasi Laju Aliran Dalam dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor BC) Dari tabel 12 didapatkan Fobservasi = - 269,61 dan Ftabel = 3,68 sehingga F observasi > Ftabel. Dapat disimpulkan bahwa interaksi variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar tidak berpengaruh terhadap koefisien perpindahan kalor. g. Interaksi Bersama Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam, dan Laju Aliran Luar terhadap Koefisien Perpindahan Kalor (Faktor ABC) Dari tabel 12 didapatkan Fobservasi = 140,24 dan Ftabel = 2,83 sehingga F observasi > F tabel. Dapat disimpulkan bahwa interaksi variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar berpengaruh secara signifikan dengan taraf signifikansi 1 % terhadap koefisien perpindahan kalor. h. Interaksi Variasi Bentuk Sirip, Laju Aliran Dalam, dan Laju Aliran Luar yang Menghasilkan Koefisien Perpindahan Kalor Optimal. Dari tabel 9 didapat bahwa koefisien perpindahan kalor optimal terjadi pada interaksi antara bentuk sirip tegak tanpa lengkung, laju aliran dalam 0,06 lt/s dan laju aliran luar 0,13lt/s yaitu sebesar 0,04867.


digilib.uns.ac.id

BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN

A. Simpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dan diuraikan pada bab IV dengan mengacu pada perumusan masalah, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Ada pengaruh yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % pada variasi bentuk sirip terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobservasi = 41980,7 lebih besar daripada F tabel = 5,01 (F observasi > Ftabel). 2. Ada pengaruh yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % pada variasi laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = 500051 lebih besar daripada Ftabel = 5,01 (Fobservasi > Ftabel). 3. Ada pengaruh yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % pada variasi laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobservasi = 30522,71 lebih besar daripada Ftabel = 5,01 (Fobservasi > Ftabel). 4. Tidak ada pengaruh bersama (interaksi) yang pada variasi bentuk sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = - 14859,44 lebih kecil daripada F tabel = 3,68 (Fobservasi < Ftabel). 5. Tidak ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan pada variasi bentuk sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobservasi = -14913,09 lebih kecil daripada Ftabel = 3,68 (Fobservasi < Ftabel). 6. Tidak ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan pada variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa F observasi = - 269,61 lebih kecli daripada Ftabel = 3,68 (Fobservasi < Ftabel).

56



7. Ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % pada variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa

Fobservasi

= 140,24 lebih besar daripada Ftabel = 2,83 (Fobservasi

> Ftabel). 8. Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar yang menghasilkan koefisien perpindahan kalor optimal adalah pada bentuk sirip tanpa lengkung, laju aliran dalam 0,08 lt/s dan laju aliran luar 0,13 lt/s yaitu sebesar 0,04867.

B. Implikasi Berdasarkan hasil penelitian yang didukung oleh landasan teori yang telah dikemukakan tentang pengaruh perbedaan yang signifikan antara variasi bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor dapat diterapkan ke dalam beberapa implikasi yang dapat dikemukakan sebagai berikut:

1. Implikasi Teoritis Di dalam penelitian ini menyelidiki pengaruh variasi bentuk sirip, laju aliran luar dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. Koefisien perpindahan kalor terbukti tergantung pada bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar menggunakan analisis variansi tiga jalan yang dilakukan dengan variable bebas bentuk sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar serta variable terikat koefisien perpindahan kalor. Dengan menggunakan variasi bentuk sirip tidak dapat meningkatkan koefisien perpindahan kalor.

2. Implikasi Praktis Penelitian ini dapat dijadikan suatu pertimbangan untuk memvariasikan bentuk sirip, laju aliran dalam, dan laju aliran luar yang dapat meningkatkan koefisien perpindahan kalor dengan memperhatikan tahanan termal yang dipasangkan pada sirip-sirip.



C. Saran Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh dan implikasi yang ditimbulkan, maka dapat disampaikan saran-saran sebagai berikut: 1. Untuk meningkatkan koefisien perpindahan kalor yang signifikan dapat dilakukan dengan memperhatikan bentuk sirip dan tahanan termal yang dipasangkan pada sirip-sirip. 2. Untuk penelitian selanjutnya yang sejenis sangat baik apabila dianalisis faktorfaktor atau variabel-variabel lain seperti jumlah sirip dan jarak antar sirip terhadap koefisien perpindahan kalor.

ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA DENGAN SIRIP TEGAK BERALUR

Recommend Documents