JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA
Endrid Gusman 20400417
JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA 2006
1
Abstraksi
Alat penukar kalor / panas(heat exchanger) dengan bermacam tipe digunkan dalam sistem permesinan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari koefisien perpindhan panas total didalam pipa konsentrik dengan aliran searah dan berlawanan arah. Pipa koesentrik dengan diameter dalam 0,5 in, diameter pipa luar 1 in dipasang secara horizontal, sirkulasi air dengan pompa dimana air panas mengalir di dalam dan air dingin diluar. Temperartur air panas dan air dingin di ukur sebelum masuk dan di ukur pada saat keluar. Variasi laju aliran di ukur dengan gelas ukur. Hasil di tunujkkan dalam grafik, dimana debit aliran atau angka bilangan Reynolds, selisih temperature, material pipa, diameter pipa, angka Nusselt sangat berpengaruh terhdap koefisien perpindahan panas.
2
berdimensi.yang
Pendahuluan
mana
maksud
dari
Perkembangan teknologi saat ini sangat persamaan di atas tersebut adalah untui berkembang dengan pesat seiring dengan menentukan laju aliran perpindahan panas proses globalisasi dalam segala bidang, pada pipa kosentrik dan bentuk aliran fluida salah
satunya
dalam
bidang
ilmu yang di gunakan adalah air panas yang
pengetahuan dan teknolgi, terutama yang dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu erat kaitannya dalam hal industri sehingga 100ºC. sangat di butuhkan temuan – temuan inovtive
yang
dapat
Untuk
mempermudah
penulisan
mendukung khususnya dalam perhitungan data maka
perkembangan industri tersebut yang dapat dilakukan
pembatasan
–pembatasan
berupa teori – teori atau pun berupa alat – masalah dan asumsi- asumsi. Pembatasan alat. Temuan tersebut tentu harus sudah masalah dan asumsi tersebut antara lain: melalui proses
banyak penelitian dan 1.Tipe alat penukar panas yang digunakan
percobaan untuk menghasilkan efesiensi
adalah sebuah pipa yang mana pipa yang
yang besar.
digunakan adalah pipa pvc dan pipa aluminium yang merupakan cangkang. 2.Fluida yang digunakan adalah air panas.
Permasalahan dan Batasan Masalah Dalam
perpindahan
panas
(heat 3.Salah satu fluida (air) mengalir melalui
exchanger) pada pipa kosentrik yang mana
pipa di dalamnya, fluida tersebut mengalir
pipa – pipa tersebut terdiri dari pipa
melalui cincin yang berbentuk silinder
aluminium dan pipa pvc, yang digabungkan
pipa, maupun silinder dalam dan silinder
menjadi satu, yang mana fungsinya untuk
luar.Karena kedua aliran fluida melintas
mencari nilai koesifien perpindahan panas
penukar
tersebut
pipa
dinamakan satu lintas saja(single pass),
aluminium. Sehingga kita menggunkan
lalu dalam penelitian alat ini kedua fluida
sebuah rumus perpindahan panas yang
itu mengalir dalam arah yang sama atau
utama yaitu :
berbarengan (parallel flow), dan juga
yang
terjadi
di
dalam
panas
hanya
sekali,
maka
terdapat aliran berlawan arah(counter
dq = U.d.A.∆T Dalam persamaan tersebut U adalah koefisien perpindahan panas yang tidak
flow), yang mana terdapat beda suhu antara fluida yang panas dan fluida yang dingin
tidak
konstan
nilainya
pada
sepanjang pipa dan laju aliran panasanya
aluminium (Al), dan (Cu) di dalam pipa
akan berbeda- beda.
kosentrik
dengan
aliran
searah
dan
4.Dalam penelitian alai ini menggunkan
berlawanan arah dan perpindahan panas
sebuah pompa air yang jenis tipe semi jet
yang terjadi pada pipa pvc, yang mana di
pump.
dalam pipa pvc terdapat pipa aluminium.
5.Analisa penelitian menggunakan dasar-
Pada penelitian ini menggunkan air panas
dasar teori termodinamika yang hanya
yang dipanaskan terlebih dahulu mencapi
dipakai materinya yaitu konveksi dan
suhu 100ºC.
konduksi, radiasi tidak dipakai materinya. Tujuan penelitian ini yang kita uji coba adalah untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas total pada logam
proses sirkulasi air panas menjadi dingin,
Hasil Pembahasan
yang mana hasil proses sirkulsinya dapat Desain
alat
yang
digunakan pada diketahui di bak penampung air. Yang mana
penelitian ini dari panjang pipa pvc terhadap ember tersebut berukuran sedang. Pada konduktivitas thermalnya dan nilai koefisien instalasi pipa ini teradapat komponen – thermalnya. Alat yang dibuat desain yaitu komponen di dalamnya yaitu: suatu perpindahan panas yang dilakukan
-Strenggear.
Yang
gunannya
untuk
menggunakan pipa yang terbuat dari bahan sebagai tempat kedudukan tangki buat air aluminium
yang
gunannya
mengetahui
konduktivitas
untuk panas
sebuah
telah
dipanaskan
terlebih
thermalnya. dahulu.
Untuk mendapatkan data yang benar penulis menggunakan
yang
rangakian
- Tangki air panas. Yang gunannya
atau untuk menampung air panas pada suhu
instalasi pipa yang sederhana. Pada alat 100ºC. penelitian ini dipasang 3 buah katup, di setiap sambungan pipa pvc, yang mana
- Bak penampung awal. Yang gunannya
fungsinya untuk mengatur tekanan air yang untuk menampung air dingin yang di isi keluar di outlet pipa menuju ke bak terlebih dahulu.Yang mana fungsinya untuk penampung air dan pada percobaan ini terjadinya proses sirkulasi air panas menjadi menggunakan sebauh pompa sejenis jet dingin. pump yang gunanny auntuk untuk sebagai
3
-
Bak
penampung
terakhir.
Yang
Keterangan Gbr:
gunannya untuk menampung air yang
-
Panjang pipa pvc =183 cm
keluar dari ujung outlet pipa aluminium.
-
Panjang pipaaluminium =
- Pipa aluminium. Yang gunannya untuk
202 cm.
pengambilan data. Dengan berdiameter.1 inch. - Pipa pvc. Yang gunannya untuk menggabungkan
pipa
pvc
dan
pipa
aluminium di jadi satu, yang fungsinya untuk
menentukan
cara
proses
kerja
perpindahan panas (heat exchanger). -
Pompa.
Yang
gunannya
untuk
mengalirkan air dingin dari bak penampung awal menuju ke sisitem pendingin dan untuk mempercepat tekanan air. - Termometer digital Yang gunannya untuk mengukur suhu pada pipa pvc dan aluminium
yang
dari
mana
ketelitian Gambar 3.1 Set up alat uji pipa aluminium
bacanya 40 -150ºC (1 buah)
& pipa pvc.
- Stopwatch Yang gunannya untuk
Pada Gbr 3.1. adalah sebuah rangkaian
mengukur waktu yang diperlukkan pada pipa atau instalasi pipa pvc dan pipa saat
mengalirkan air menuju ke bak aluminium. Yang mana pada rangakian pipa
penampung.
tersebut gunannya untuk mengetahui cara
- Gelas ukur. Yang gunannya untuk perpindahan mengukur berapa liter air yang keluar dari menentukan outlet pipa aluminium.
thermalnya.
panas(heat nilai
exchanger),dan
koefisien
panas
Pada pengolahan data ini
kembali di lakukan langkah – langkah pengambilan data sebagai berikut : 1. Untuk menentukan nila Reynolds :
Re =
5
ρud µ
Dimana :
4. Untuk menentukan waktu aliran air
Re = Renould number
menuju ke outlet pipa yaitu :
ρ = Kerapatan fluida (kg/m 3 )
∆Tm =
u = Kecepatan rata – rata terhadap waktu dalam arah (m/dt)
∆T max −∆T min 2
d = Diameter pipa (m) Dimana :
µ = Dinamika viskositas (Pa.dt).
rata di ∆Tm = Beda temperatur rata –
2. Untuk menentukan aliran koefisien
dalam penukar kalor.
perpindahan panas :
∆T max =Beda temperatur maksimum
h.l Nu = k
(rad) ∆T min = Beda temperatur minimum
Dimana :
(rad)
Nu = Nusslet number h = Koefisien perpindahan panas konvek
Rekapitulasi Data.
si.(W/m 2 K)
Untuk menentukkan temperatur pada
L = Signifikan panjang pipa (m)
penelitian alat ini yaitu :
k = Konduktivitas thermal (W/m 2 K)
Th1 : Temperatur air panas yang masuk
3. Untuk menentukan nilai konveksi dari
Th 2 : Temperatur air panas yang keluar
dalam yaitu :
Tc1 : Temperatur air dingin yang masuk Q = h.l. A(T2 - T1 )
Tc 2
: Temperatur air dingin yang masuk
Th
: Temperatur air panas keseluruhan
Dimana :
nya Tc
Q = Laju volume aliran fluida (air).(m 3 )
: Temperatur air dingin keseluruhan nya
h.l = Koefisien perpindahan panas fasa cair
∆Tm : Beda temperature rata – rata kesel
an (W/m 2 K)
uruhanya
T2 = Temperatur awal (ºC) T1 = Temperatur akhir (ºC)
6
Jumlah panas yang dibutuhkan didalam
perpindahan
panas
Didalam analisa ini tak lupa penulis
(Heat kemukakan
data
dari
penelitian
yang
exchanger ) dengan berbahan pipa PVC penulis lakukan dengan menghitung / yang dilapisi pipa aluminium
adalah mengukur suatu penelitian yaitu : • Dimeter
dengan menghasilkan beda suhu rata – rata
dalam
pipa
(pipa
dalam penukar kalor dengan rumus sebagai
aluminium) = 0,5 inch , dimana
berikut :
diameter dalam tersebut satuannya
Untuk mencari perbedaan temperatur/
dijadikan m (meter).
suhu rata – rata yaitu :
∆Tm =
∆Ti +∆Te = 2
Sehingga : 1 inch = 2,54 cm. ½ inch = 2,54 : 2 (°K)
=1,27cm = 0,0127 m. • Diameter luar pipa (pipa PVC ) = 1
Dimana :
inch = 0,0254 m
Th 1 = 90 ºC + 273 ºK = 363 ° K.
• Luas penampang pipa aluminium =
Tc 1 = 55 ºC + 273 ºK = 328° K.
8,05 m² , dimana di dapat dari
Th2 = 67 ºC + 273 ºK = 357 ° K.
rumus : A = π.d.L
Tc2 = 32 ºC + 273 ºK 305 ° K.
penampang
Th
= 703 ° K.
dengan
Tc
= 633 ° K.
tersebut
Sehingga kita dapat memasukkan data
berikut :
tersebut ke dalam rumus sebagai berikut :
Dimana :
,
dapat
jadi luas kita
hjitung
menggunakan
rumus
hitungannya
sebagai
A= Luas penampang pada perpinda
∆Ti =Th1 −Tc 2 dan ∆Te =Th 2 −Tc1
han kalor (m²) = ∆Tm =
π = Jari – jari silender pada ujung
∆Ti + ∆Te 2
pipa (rad)
= ∆Tm =35 (°K).
d = diameter dalam pipa .(rad)
7
Sehingga hasil yang didapat pada data
h =
diatas yaitu : A = π .d. L
=
= 3,14 x 0,0127m.2,02m = 8,05m².
k A
290 8,05
= 36 (W/m² ºK).
Perhitungan untuk mencari perpinda
Panjang pipa Aluminium = 202 cm
han kalor pada pipa kosentrik.
= 2,02 m. Dimana untuk menghitung perpindahan
Perhitunganuntuk mencari konduktivitas panas (k), pada pipa aluminium pada
kalor pada pipa kosentrik di dapatkan ru
pipa konsetrik yaitu :
mus sebagai berikut : q = U.A. ∆Tm
(Th1 −Th 2) k= A xQ L
= 1123 W/m 2 x 8,05 m².x (35° K) = 316,4 Watt.
= 290 (W/m² ºk ).
Perhitungan untuk mencari koefisien
Dimana :
panas yang terjadi pada pipa kosentrik U = Koefisien perpindahan kalor menye
yaitu :
luruh h =
k (W/m² ºK). A
A = Luas permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U
Diketahui :
∆Tm = Beda suhu rata – rata.
k
= 290 (W/m° K) .
A
= 8,05 (m²).
Diketahui : U = 1123 W/m 2 °K A = 8,05 m².
Jadi dari data diatas dapat kita masukkan
∆Tm = 35 ºK.
kedalam rumus koefisien thermal dibawah ini :
8
V = 4 x q / π × D²
Dimana untuk menghitung laju aliran panas didapatkan rumus sebagai berikut
= 4 × 316,4 m²/dt / 3,14 × (0,0254) 2 m. : = 624,74 m /dt. dq = U ( Th – Tc ) dA dimana subskrip h dan c masing – masing Perhitungan untuk mencari Nusselt
menandai fluida – panas dan fluida dingin
Diketahui :
Nu =
U
= 1123 W/m °K
h.l k
Diketahui : Th = 706° K. Tc = 633° K. Sehingga dari data diatas mendapatkan hasil
h
= 36,0 W/m 2 K
L
= 2,02 m.
k
= 290 W/m ° K.
berikut : Sehingga dari data di atas mendapatkan
dq = U ( Th – Tc ) dA
hasil sebagai berikut :
= 1123(703 K – 671 K) 0,0127 x 8, = 367,39 W/m² ° K
Nu =
h.l k
Perhitungan untuk mencari kecepatan =
aliran pada pipa kosentrik.
36,0 x 2,02 290
= 0,250 Watt V = 4 × q / π × D².
Perhitungan untuk mencari Reynolds yaitu :
Diketahui : Re =
q = 316,4 m² /dt. D = 0,0254 m.
π = 3,14
Diketahui :
Dari data di atas mendapatkan hasilnya seba gai berikut :
9
UxD µ
U = 1123 W /m 2 °K D = 0,0254 2 m. µ = 20,92 x 10 6 (m 2 /dt)
(Viskositas kinematik dari tabel A4)
Dari data di atas mendapatkan hasilnya sebagai berikut :
Re =
=
Ux.d µ 1123 x0,0254 2 20,29 x10 6
= 6,815 x 10 8
Kesimpulan.
1. Konduktivitas panas pada pipa alumini um terlihat konstan, mungkin disebabkan selisih temperatur dan laju aliran yang ren dah 2. Nilai koefisien panas, (h) sangat di penga ruhi oleh laju aliran air dingin dan selisih temperatur.
Saran.
1. Perlu di buat alat yang lebih baik agar pe ngukuran temperature dan laju aliran lebih akurat 2. Harus dibuat selisih temperatur yang bes ar, panjang pipa, debit aliran agar mudah mendapatkan data.
10
4.1 Tabulasi Hasil Dari Pengambilan Data Keseluruhannya.
Th1 (° k)
363
342
333
TC1 (°K)
328
321
295
Th2 (°K)
340
331
329
TC2 (°K)
310
305
297
TC (°K)
633
625
604
Th (°K)
703
689
678
q (Watt)
316
250
307
k (W/m °K)
290
270
230
h (W/m 2 °K)
36,0
34,0
32,0
Re
6,815 x10 8
6,421x10 8
5,931 x10 7
∆Tm (°K)
35
32
29
Daftar Pustaka
1. J.P. Holman “ Heat Transfer” , 6 th ,ed, McGraw-Hill Book Company,1987. 2. Frank Kreith Arko Prijono M.sc,” Prinsip – prinsip Perpindahan Panas “ edisi Ke 3, Jakarta Timur, 1994. 3. J.P Holman E. Jasjfi, “ Perpindahan Kalor” ,ed Ke-6, Jakarta Timur, 1995 4. Sears.Zemansky,” Fisika Mekanika Panas dan Bunyi “ ,(The City Collage of The City of The New York, Inc,1962. 5. P.K Tata McGraw-Hill “ Heat Transfer” ,13 th (Tata McGraw – Hill Publishing Company Limited, 7 West Patel Nagar, New Dehli, 2004 6. Hand book ‘ ’ Heat Transfer”
4
5
