JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2009

1

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI KETEBALAN TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN SILANG SUSUNAN SILINDER STAGGERED

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : DARMAWAN NIM. I 1407502

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2009

1

v

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI KETEBALAN TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN SILANG SUSUNAN SILINDER STAGGERED Disusun Oleh

Darmawan NIM. I 1407502 Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Syamsul Hadi, ST. MT. NIP. 132 206 655

Budi Kristiawan, ST. MT. NIP. 132 233 154

Telah dipertahankan di depan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 29 Juni 2009. 1. Ir. Santoso, M. Eng, Sc. NIP. 130 892 718

........................................

2. Eko Prasetya Budiyana, ST. MT. NIP. 132 230 849

........................................

3. Wibawa Endra Juwana, ST. MT. NIP. 132 258 059

........................................

Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan, ST. MT. NIP. 132 230 848

Syamsul Hadi, ST. MT. NIP. 132 206 655 v

vi

PENGHARGAAN

ALLAH SWT Terima kasih atas segala Kenikmatan yang telah Engkau limpahkan kepadaku Bapak & Ibu tersayang Untuk cinta dan kasih sayang tak bertepi yang kalian berikan di setiap hari-hariku kakakku Untuk doa dan dukungan yang telah kau berikan Bpk. Syamsul Hadi, ST., MT. Untuk bimbingan dan kesabarannya Bpk. Budi Kristiawan, ST., MT. Untuk bimbingan dan kesabarannya

vi

vii

MOTTO

“Berbuatlah yang terbaik untuk setiap detiknya Dan tak perlu kau pikirkan esok akan jadi apa”

”Ujilah batas kemampuan diri

dan pastikan untuk selalu mendekatinya”

“marah lebih baik dari pada putus asa”

“tua sudah biasa tetapi dewasa adalah pilihan”

vii

viii

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI KETEBALAN TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN SILANG SUSUNAN SILINDER STAGGERED DARMAWAN

ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan studi eksperimental tentang pengaruh variasi ketebalan turbulator tipe pita lurus terhadap koefisien perpindahan panas konveksi, angka Nusselt dan penurunan tekanan pada susunan silinder staggered dengan arah aliran secara melintang. Bahan yang digunakan adalah pipa tembaga f 7/8 inci, dengan aliran air panas bertemperatur ± 60oC. Material turbulator adalah sheet mika dengan panjang 150 mm dan lebar 5 mm, variasi ketebalan turbulator adalah 3,3 mm, 2,6 mm, 1,9 mm, 1,2 mm, 0,5 mm dan tanpa turbulator. Pemasangan turbulator dilakukan secara simetris pada sudut 70o terhadap arah aliran. Pengujian menggunakan Multi Purpose Air Duct dengan variasi kecepatan udara 1,0 m/s, 1,5 m/s, 2,0 m/s dan 2,5 m/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada ketebalan turbulator 0.5 mm memberikan peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terbaik untuk semua variasi kecepatan udara yaitu sebesar 299,86 W/m2.K, 449,82 W/m2.K, 599,92 W/m2.K dan 749,50 W/m2.K dengan prosentase peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi sebesar 16,64 %, 16,80 %, 16,99 % dan 17,01 % terhadap variasi tanpa turbulator. Juga memberikan peningkatan angka Nusselt terbaik dengan perumusan empirik adalah Nu = 0.02 Re 0.998 Pr 0.9825 yaitu sebesar 242,05, 363,58, 484,83 dan 606,01 dengan prosentase peningkatan angka Nusselt sebesar 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % dan 17,01 % terhadap variasi tanpa turbulator. Dan juga memberikan penurunan tekanan terkecil yaitu sebesar 4,87 Pa, 9,74 Pa, 19,47 Pa dan 30,83 Pa, dengan prosentase peningkatan penurunan tekanan sebesar 25 %, 20 %, 20 % dan 11,8 % terhadap variasi tanpa turbulator. Kata kunci : turbulator, tipe pita lurus, susunan selang-seling, aliran silang, koefisien perpindahan panas konveksi, angka Nusselt, penurunan tekanan viii

EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF VARIOUS THICKNESS TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) ON THE HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS IN CROSS FLOW OVER STAGGERED TUBE BUNDLE DARMAWAN ABSTRACT The purpose of this research was to know the effect of various thickness turbulator ( type straight tape strip ) to the convection heat transfer coefficient, Nusselt number and pressure drop in cross flow over staggered tube bundle. The material of the cylinder was copper pipe diameter 7/8 inch, were hot water current temperature ± 60oC. The material of turbulator was made from mica, it were 150 mm length and 5 mm wide, with the various thickness of turbulator were 3.3 mm, 2.6 mm, 1.9 mm, 1.2 mm, 0.5 mm and various without turbulator. It was applied at angle of 70o symmetrically to the flow direction. The research used multi purpose air duct at 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s and 2.5 m/s. The results showed that at turbulator 0.5 mm thickness had the best convection heat transfer coefficient for all various air velocity, it were 299,86 W/m2.K, 449,82 W/m2.K, 599,92 W/m2.K and 749,50 W/m2.K respectively, with percentage of enhancement were 16,64 %, 16,80 %, 16,99 % and 17,01 % in comparison without addition of turbulator. Also had the best Nusselt number value, which empirical correlation obtained was Nu = 0.02 Re 0.998 Pr 0.9825 , it were 242,05, 363,58, 484,83 and 606,01 respectively, with percentage of enhancement were 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % and 17,01 % in comparison without addition of turbulator. As well as provided smallest pressure drop, it were 4,87 Pa, 9,74 Pa, 19,47 Pa and 30,83 Pa respectively, with percentage of enhancement were 25 %, 20 %, 20 % and 11,8 % in comparison without addition of turbulator.

Keywords : turbulator, straight tape strip, staggered tube, cross flow, convection heat transfer coefficient, Nusselt number, pressure drop

2 KATA PENGANTAR

Alkhamdulillaah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan Semesta Alam, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator (tipe Straight Tape Strip) Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas Pada Aliran Silang Susunan Silinder Staggered ” Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, doa, dukungan dan semangat, baik moril maupun materiil kepada : 1. Bapak Dody Ariawan, ST. MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS. 2. Bapak Syamsul Hadi, ST. MT. selaku Pembimbing I tugas akhir, atas bimbingan, nasehat, kesabaran dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya. 3. Bapak Budi Kristiawan, ST. MT. selaku Pembimbing II tugas akhir, atas bimbingan, kesabaran, nasehat dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya. 4. Bapak Budi Santoso, ST. MT. selaku Pembimbing Akademik 1, atas saran dan nasehatnya selama ini. 5. Bapak Heru Sukanto, ST. MT. selaku Pembimbing Akademik 2, atas saran dan nasehatnya. 6. Bapak-bapak dosen dan staf karyawan di lingkungan Teknik Mesin UNS, atas didikan, nasehat, dan ilmu yang diajarkan. 7. Bapak dan Ibu, yang selalu mencintai, menyayangi, memperhatikan, melindungi, dan membimbingku dengan penuh kesabaran, keikhlasan, pengertian, pengorbanan dan selalu memenuhi kebutuhanku. Takkan pernah habis kata tuk haturkan terima kasih banyak.

3 8. Teman-teman seangkatan Ferry, Dedy, Akhyar, Hendro, Fendi, Mujanto, Petrus, Henry, Sugiono, Sunaris dan juga temen –temen seperjuangan dilab Perpan, Eko, Adit, Safik, Mahmudin, Apras. 9. Teman-teman yang senantiasa memberi semangat untuk segera menyelesaikan skripsi ini. 10. Semua pihak yang belum sempat disebutkan, yang telah membantu penelitian dan penyusunan laporan tugas akhir ini.

Penulis menyadari akan masih banyaknya kekurangan dalam penulisan laporan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik, saran, maupun masukkan yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan Skripsi ini. Semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.

Surakarta, Juni 2009

Penulis

4

DAFTAR ISI

Halaman Judul .................................................................................................. i Halaman Pengesahan ....................................................................................... ii Penghargaan ..................................................................................................... iii Motto ................................................................................................................ iv Abstrak ............................................................................................................ v Kata Pengantar ................................................................................................ vii Daftar isi .......................................................................................................... ix Daftar Tabel ..................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................. xiii Daftar Notasi .................................................................................................... xiv Daftar Lampiran ............................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................ 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ...................................................... 1.5 Sistematika Penulisan .................................................................... BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................ 2.2 Lapis Batas (Boundary layer)......................................................... 2.3 Angka Reynolds ............................................................................. 2.4 Separasi ......................................................................................... 2.5 Reattachment ................................................................................. 2.6 Turbulator ...................................................................................... 2.7 Karakteristik aliran melintasi staggered tube bundle secara cross flow ....................................................................................... 2.8 Penukar Kalor ................................................................................ 2.9 Kalibrasi ........................................................................................ 2.10 Perpindahan Panas ......................................................................... 2.11 Kajian Eksperimental Karakteristik Perpindahan Panas ............... 2.11.1 Persamaan Untuk Variasi Tanpa Turbulator ..................... 2.11.1.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding .......... 2.11.1.2 Metode Koefisien Pemisah .................................. 2.11.2 Persamaan Untuk Variasi Ketebalan Turbulator ................ 2.11.2.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............ 2.11.2.2 Metode Koefisien Pemisah ................................... 2.11.3 Perumusan Empirik .............................................................

1 2 2 3 3

4 6 8 8 10 11 11 13 15 16 17 17 17 19 22 22 23 25

5 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat Penelitian ............................................................................... 3.1.1 Multi Purpose Air Duct (MPAD) ........................................ 3.1.2 Pemanas Air (boiler) ............................................................ 3.1.3 Automatic Thermo-Controller .............................................. 3.1.4 Pompa Air ............................................................................. 3.1.5 Rotometer .......................................................................... 3.1.6 Instrumentasi dan Alat Ukur Temperatur.............................. 3.1.7 Anemometer Digital .............................................................. 3.1.8 Manometer miring ................................................................ 3.1.9 Stopwatch ............................................................................ 3.2 Bahan Penelitian ........................................................................... 3.2.1 PipaTembaga ....................................................................... 3.2.2 Akrilik .................................................................................. 3.2.3 Sheet Mika ............................................................................ 3.2.4 Gabus .................................................................................. 3.2.5 Seksi Uji .............................................................................. 3.3 Skema Susunan Pipa Pada Seksi Uji ............................................. 3.4 Skema Pemasangan Turbulator ...................................................... 3.5 Pemasangan Thermokopel ............................................................. 3.6 Skema Prinsip Kerja Alat Uji ......................................................... 3.7 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................... 3.8 Alur Penelitian ............................................................................... 3.9 Prosedur Dalam Pelaksanaan Penelitian ........................................ BAB IV ANALISA DATA 4.1 Kalibrasi ............................................................................. 4.2 Perhitungan Eksperimental ............................................................. 4.2.1 Perhitungan Pada Variasi Tanpa Turbulator ......................... 4.2.1.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............... 4.2.1.2 Metode Koefisien Pemisah ...................................... 4.2.2 Perhitungan Pada Variasi Ketebalan Turbulator 0.5 mm ..... 4.2.2.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............... 4.2.2.2 Metode Koefisien Pemisah ...................................... 4.2.3 Perhitungan Empirik ............................................................. 4.3 Analisa Hasil Percobaan ................................................................. 4.3.1 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ................................................ 4.3.2 Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ................................................ 4.3.3 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Angka Nusselt ...................................................................... 4.3.4 Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Angka Nusselt ..................................................................... 4.3.5 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Dan Variasi Kecepatan Udara Terhadap Penurunan Tekanan .................

26 26 26 26 27 27 27 27 27 27 28 28 28 28 28 28 29 29 30 30 31 32 33

34 36 36 37 40 41 42 45 48 52 52 54 56 58 59

6 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................... 5.2 Saran ..............................................................................................

61 61

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. .... xvii LAMPIRAN

DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas, Angka Nusselt Dan Pressure Drop ............................................................

47

Tabel 4.2 Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka Nusselt Variasi Tanpa Turbulator ...................................................

49

Tabel 4.3 Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka Nusselt Dengan Variasi Ketebalan Turbulator ................................ 50

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Nusselt number dan Heat transfer coefficient terhadap Re (Pethkool Somsak, dkk, 2006) .................................................. Gambar 2.2 Perpindahan panas dan pressure drop pada circulat tube (Hussein M Fahmy, dkk, 1989) .............................................. Gambar 2.3 Karakteristik lapis batas (Munson, B.R., dkk., 2002) .............. Gambar 2.4 Profil suhu lapis batas thermal (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... Gambar 2.5 Karakteristik aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... Gambar 2.6 Profil kecepatan aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... Gambar 2.7 Pengaruh turbulensi terhadap titik separation (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... Gambar 2.8 Bubble separation aliran laminar dengan reattachment aliran turbulent (Cesini, G., dkk, 2001) ............................................. Gambar 2.9 Pola aliran pada berkas pipa staggered

4 5 6 7 9 9 10 10

7

Gambar 2.10 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... Jenis-jenis penukar kalor aliran silang (Holman, J. P., 1994) ............................................................... Multi purpose air duct ............................................................. Instrumentasi dan alat pengukur temperatur ............................ Turbulator ............................................................................... Gabus ........................................................................................ Seksi uji .................................................................................... Skema susunan pipa pada seksi uji ........................................... Skema pemasangan turbulator .................................................. Gambar pemasangan thermokopel ............................................ Skema prinsip kerja alat uji ....................................................... Skema alat uji ........................................................................... Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs variasi ketebalan turbulator .................................................................. Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs angka Reynolds .................................................................................... Grafik angka Nusselt empirik vs variasi ketebalan turbulator... Grafik angka Nusselt empirik vs angka Reynolds .................... Grafik pressure drop vs angka Reynolds ................................. DAFTAR NOTASI

A α ai ao Cp Di Do Dh DP DTLMTD g hi

ho h' o

ho q

k kf

luas penampang duct diffusivitas thermal luas sisi dalam pipa luas sisi luar pipa panas jenis fluida diameter dalam pipa diameter luar pipa perbedaan ketinggian level oli pada manometer miring pressure drop logarithmic mean temperature different percepatan gravitasi koefisient perpindahan panas konveksi di dalam pipa koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dinding luar pipa koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode separating coefficient koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa konduktifitas termal material pipa konduktivitas termal udara

(m2) (m2/s) (m2) (m2) (kJ/kgoK) (m) (m) (m) (Pa) ( oK ) (m/s2) (W/m2.K) (W/m2 .K)

(W/m2 .K) (W/m2 .K) (W/m.oK)

11 14 26 27 28 28 28 29 29 30 30 31 52 54 56 58 59

8 berdasarkan temp. film konduktifitas termal fluida di dalam pipa panjang pipa uji lebar turbulator

(W/m2.oK) (W/m.oK) (m) (m) (kg/s) (N.s/m2)

Nu o q Pri Q(debit) Qudara Rei ReD ReD, max ri ro

laju aliran massa fluida viskositas dinamik fluida jumlah pipa uji jumlah data angka Nusselt di dalam pipa angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa angka Nusselt dinding luar pipa dengan metode separating coefficient angka Nusselt lokal dinding luar pipa angka Prandtl di dalam pipa debit aliran air di dalam pipa besar perpindahan panas angka Reynolds aliran di dalam pipa angka Reynolds angka Reynolds maximum jari-jari dalam pipa jari-jari luar pipa

ρ r oli SL ST sin q

massa jenis fluida massa jenis oli pada manometer miring longitudinal pitch transverse pitch sudut manometer miring

(kg/m ) (kg/m3) (mm) (mm) (deg)

T c ≈T ¥ Tc in Tc out Tf Th in Th out Two

temperatur rata-rata udara duct tempudara duct sebelum melewati seksi uji temp udara duct setelah melewati seksi uji temperatur film temp air panas sebelum masuk seksi uji temp air panas setelah keluar seksi uji temperatur permukaan dinding luar pipa

(oK) (oK) (oK) (oK) (oK) (oK) (oK)

T wo Uo

temperatur rata-rata dinding luar pipa koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa kecepatan fluida viskositas kinematik fluida kecepatan aliran udara maximum

(oK)

ki l l o

m µ N n Nui Nu o Nu' o

V ν Vmax

(m3/s) (Watt)

(m) (m) 3

(W/m2.K) (m/s) (m2/s) (m/s)

9

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1

Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tcin dan Tcout

Lampiran 2

Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 1 dan Tw 2

Lampiran 3


Lampiran 4


Lampiran 5

Data Kalibrasi Pada Thermometer digital Th 1 dan Th 2

Lampiran 6

Data-data Hasil Percobaan

Lampiran 7

Data-data Properties dan Hasil Perhitungan

Lampiran 8

Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tcin dan Tcout

Lampiran 9

Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 1 dan Tw 2

Lampiran 10 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 3 dan Tw 4 Lampiran 11 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 5 dan Tw 6 Lampiran 12 Grafik Kalibrasi Pada Thermometer digital Th 1 dan Th 2 Lampiran 13 Tabel Properties Udara (Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996) Lampiran 14 Tabel Konduktivitas Thermal Material (Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996) Lampiran 15 Tabel Properties Air (Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996) Lampiran 16 Tabel Properties Air (Holman, J. P., 1994) Lampiran 17 Perbandingan Perhitungan Qair - Qudara

10

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Dalam dunia industri banyak peralatan – peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat exchange), seperti ketel boiler, unit condenser & evaporator pada mesin chiller, heater dll. Dimana alat tersebut secara umum terdiri dari shell and tube. Telah banyak dikembangkan penelitian untuk meningkatkan efek perpindahan panas guna memperbesar efektivitas alat tersebut, baik pada struktur aliran secara searah (paralel flow), aliran berlawanan (counter flow), ataupun aliran melintang (cross flow). Untuk aliran melintang (cross flow) banyak dipakai dalam peralatan pemanas dan pendingin udara atau gas, dalam hal ini udara atau gas dialirkan menyilang terhadap pipa (tube) sedangkan fluida lain dialirkan di dalam pipa untuk memanaskan atau mendinginkan. Untuk meningkatkan perpindahan panas pada struktur aliran melintang (cross flow) salah satu cara yang telah dikembangkan adalah dengan penambahan alat pengganggu aliran separasi yang disebut turbulator yang dipasangkan pada posisi depan daerah separasi, dengan alat ini aliran laminar dipaksa untuk berubah menjadi aliran turbulent sebelum terjadi separasi sehingga akan ada penambahan energi pada aliran yang menyebabkan aliran udara menjadi lebih sulit untuk terlepas dari permukaan silinder. Kondisi aliran pada susunan silinder tersebut dipengaruh oleh separasi lapis batas dan intensitas turbulensi, yang merupakan fungsi dari kecepatan fluida, ukuran, dan susunan silinder yang akan mempengaruhi besarnya perpindahan panas. Sampai saat ini belum pernah ada penelitian yang dikembangkan mengenai pengaruh dari ketebalan turbulator tersebut. Oleh karena itu perlu dikembangkan penelitian lebih lanjut yang berhubungan dengan. pengaruh variasi

11 ketebalan turbulator tipe pita lurus (straight tape strip) terhadap karakteristik perpindahan panas pada aliran melintang (cross flow) susunan silinder staggered.

1.2. Perumusan Masalah Dari latar belakang masalah di atas timbul permasalahan yaitu bagaimana pengaruh variasi ketebalan turbulator tipe pita lurus (straight tape strip) terhadap koefisien perpindahan panas konveksi, Nusselt number dan penurunan tekanan (pressure drop) pada susunan silinder staggered dengan arah aliran secara melintang (cross flow).

1.3. Batasan Masalah Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah sebagai berikut: 1. Alat uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah Multi Purpose Air Duct. 2. Pipa yang digunakan untuk seksi uji adalah pipa tembaga dengan f 7/8 inci. 3. Susunan pipa adalah susunan staggered pipe dengan

ST

=3.0D dan

SL

=2.0D,

blockage ratio (D/W) = 0.2 4. Suhu air panas diset pada temperatur 60o C. 5. Variasi ketebalan turbulator { tipe pita lurus / straight tape strip} yang digunakan adalah tebal 0.5 mm, 1.2 mm, 1.9 mm, 2.6 mm, 3.3 mm (dengan lebar 5mm) dan tanpa turbulator. 6. Variasi kecepatan aliran udara adalah 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s dan 2.5 m/s. 7. Pemasangan turbulator dilakukan secara simetris pada sudut 70o terhadap arah aliran. 8. Konduktivitas termal material pipa (k) dianggap konstan. 9. Perpindahan panas keadaan tunak (steady state). 10. Pengaruh radiasi diabaikan. 11. Aliran udara masuk saluran udara secara uniform dengan suhu konstan. 12. Permukaan silinder sangat halus. 13. Isolasi terhadap seksi uji dianggap sempurna. 14. Analisa berdasarkan temperatur film.

12

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu : 1. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara terhadap koefisien perpindahan panas konveksi. 2. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara terhadap angka Nusselt. 3. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara terhadap penurunan tekanan (pressure drop).

Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Diharapkan nantinya dapat menambah wawasan dan pengetahuan dalam bidang mekanika fluida khususnya aerodinamika dan perpindahan panas.

1.5. Sistematika Penulisan Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah : BAB I

: Pendahuluan,

menjelaskan

tentang

latar

belakang

masalah,

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan penelitian terdahulu, kajian teoritis boundary layer, angka Reynolds, separasi, reattachment, turbulator, karakteristik aliran melintasi staggered tube bandle secara cross flow, penukar kalor, kalibrasi, perpindahan panas dan kajian eksperimental karakteristik perpindahan panas. BAB III : Metodologi penelitian, berisi tentang alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, skema prinsip kerja alat uji, waktu dan tempat penelitian, alur penelitian yang dilakukan dan prosedur cara pelaksanaan penelitian,.

13 BAB IV : Data dan analisis, berisi tentang perhitungan data-data yang diperoleh setelah melakukan penelitian dan analisa terhadap hasil-hasil yang diperoleh. BAB V : Penutup, berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran yang perlu diperhatikan untuk penelitian lebih lanjut.

BAB II DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Pethkool Somsak dkk, (2006), melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan “Louvered” Strip pada a Concentric pipe heat exchanger terhadap perpindahan panas. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa dengan penambahan “louvered” strip turbulator pada parallel-flow concentric double pipe heat exchanger dengan sudut 31° memberikan Nusselt number dan Heat transfer coefficient yang maksimum untuk semua variasi angka Reynolds dibandingkan dengan sudut 17° dan 26°, dengan trend line peningkatannya adalah linier, dimana Nusselt number terrendah terlihat pada plain tube (smooth-surface circular tube). Dengan penambahan “louvered” turbulator tersebut akan meningkatkan resirkulasi aliran turbulent dan meningkatkan gangguan pada lapis batas (boundary layer). Gambar 2.1. menunjukkan hasil dari Nusselt number vs angka Reynolds dan Heat transfer coefficient vs angka Reynolds. Dengan penambahan “louvered” strip turbulator juga akan meningkatkan pressure drop, dengan trend line non linear terhadap peningkatan angka Reynolds.

Gambar 2.1. Nusselt number dan Heat transfer coefficient terhadap Re Pethkool Somsak dkk, 2006

5

Yongsiri Kittisak dkk, (2006), melakukan penelitian tentang pengaruh dari aliran turbulent yang berputar terhadap peningkatan perpindahan panas dalam suatu tabung. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa dengan pembangkitan pusaran akan menghasilkan aliran turbulent atau aliran yang berputar sehingga akan dapat memperpanjang waktu kontak udara dalam seksi uji dan dapat meningkatkan laju perpindahan panas. Diperoleh juga bahwa dengan penambahan D-nozzle turbulator maka Nusselt number terbesar terjadi pada pitch ratio turbulator yang terkecil. Hussein M Fahmy dkk, (1989), melakukan studi eksperimental mengenai perpindahan panas dan penurunan tekanan untuk beberapa konfigurasi yang berbeda (surface extended) pada susunan rangkum tabung in-line dan staggered dengan arah aliran udara secara menyilang. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa dengan perluasan area permukaan (surface extended) akan dapat meningkatkan perpindahan panas tetapi juga akan meningkatkan penurunan tekanan (pressure drop). Pada susunan silinder staggered, terjadi peningkatan perpindahan panas dan penurunan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan susunan silinder in-line seperti terlihat pada gambar 2.2. dibawah ini.

Gambar 2.2. Perpindahan panas dan pressure drop pada circular tube Hussein M Fahmy dkk, 1989

6

Anggoro Wisnu, (2008), melakukan penelitian tentang pengaruh letak turbulator terhadap perpindahan panas pada aliran silang susunan silinder staggered. Dengan penambahan turbulator tidak akan selalu dapat meningkatkan laju perpindahan panasnya, tetapi laju perpindahan panas akan bertambah nilainya jika turbulator ditempatkan pada sudut yang tepat yaitu antara 70° - 80° (sebelum separasi) dan pada kondisi kecepatan aliran udara yang rendah.

2.2. Lapis Batas (Boundary layer) Boundary layer atau lapis batas pertama kali dikemukakan oleh Ludwig Prandtl pada Konggres Matematika di Heidelberg, Jerman pada tahun 1904. Ketika suatu aliran fluida mengalir melewati suatu permukaan dinding, fluida tersebut akan berkurang kecepatannya akibat adanya gaya geser antara fluida yang mempunyai viskositas dengan permukaan dinding. Bahkan kecepatan fluida tersebut adalah nol pada permukaan dinding. Namun tebal perbedaan kecepatan ini adalah sangat tipis dan inilah yang disebut boundary layer atau lapis batas. Profil kecepatan semakin menjauhi permukaan dinding maka kecepatannya akan mendekati kecepatan udara bebas yang bergerak tanpa terpengaruh adanya gesekan dengan permukaan dinding.

Gambar 2.3. Karakteristik lapis batas (Munson, B.R. dan Young, D.F., 2002)

7

Jadi lapis batas (Boundary layer) adalah lapisan tipis dari aliran fluida yang berdekatan dengan permukaan benda yang dilewatinya, dimana aliran menjadi lambat karena adanya gesekan antara fluida dan permukaan benda tersebut. Ketebalan lapis batas adalah jarak dari permukaan benda hingga kecepatan fluida 99% dari kecepatan fluida pada aliran bebas. Lapis batas (boundary layer) mungkin dapat berupa aliran laminar atau turbulent ditentukan oleh besarnya bilangan Reynolds. - Laminar Boundary Layer. Pada lapis batas laminar alirannya steady dan halus. Sebagai hasilnya, lapisannya sangat tipis, dan skin friction sangat kecil. - Turbulent Boundary Layer. Pada lapis batas turbulent alirannya unsteady dan tidak halus, lapisannya sangat tebal dan skin friction besar. Pada gambar 2.4. menunjukkan profil suhu lapis batas termal. Lapis batas termal (thermal boundary layer) didefinisikan sebagai daerah di mana terdapat gradien suhu. Gradien suhu terbentuk karena adanya proses pertukaran kalor antara fluida dan dinding. Pada bagian tepi muka, profil suhu seragam dengan T(y) = T∞. Partikel-partikel fluida menukar energi dengan permukaan dan gradient suhu pada fluida berkembang. Dengan meningkatnya jarak dari tepi muka efek dari perpindahan panas menembus ke dalam aliran bebas dan lapis batas termal tumbuh.

Gambar 2.4. Profil suhu lapis batas termal (Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

8

2.3. Angka Reynolds Dalam penelitiannya Reynolds melakukan visualisasi aliran cairan yang dilewatkan pada terowongan pipa, dimana terdapat lapisan tipis yang disebut sebagai dye. Dia menemukan bahwa, dye kadang-kadang mengalir melalui pipa sebagai aliran kontinue (laminar), tapi kadang-kadang menjadi rusak atau terjadi olakan (turbulent). Reynolds mengamati bahwa berat jenis, kekentalan, kecepatan fluida, dan diameter pipa berperan penting dalam menentukan aliran tersebut laminar atau turbulent. Sehingga Reynolds menggabungkan pengaruh dari semua faktor tersebut menjadi satu parameter non dimensional atau disebut sebagai Reynolds number (Re). V D rV D Re D = = n m

(1)

Dimana : ReD : angka Reynolds ρ

3

: massa jenis (kg/m )

V : kecepatan fluida (m/s) D : diameter (m) µ : viskositas dinamik fluida (N.s/m2) ν

: viskositas kinematik fluida (m2/s)

(Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

2.4. Separasi Bila energi kinetik fluida di dalam lapis batas tidak mampu lagi mengatasi gradien tekanan dari arah yang berlawanan, maka akan terjadi pembalikan lokal aliran di dalam lapis batas tersebut, di dekat titik ini lapis batas akan memisahkan diri (separation). Di belakang titik perpisahan, aliran di dekat permukaan terdiri dari pusaran-pusaran yang sangat tidak teratur (turbulent). Pada umumnya, lapis batas turbulent ini tidak akan mudah berpisah seperti lapis batas laminar karena memiliki energi kinetik partikel-partikel fluida yang lebih besar daripada lapisan batas laminar.

9

Gambar 2.5. Karakteristik aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) Gambar 2.5. dan gambar 2.6. menunjukkan aliran viskous pada suatu silinder, stream lines adalah simetris. Titik di mana profil kecepatan adalah nol adalah titik stagnasi dan distribusi tekanan adalah maksimal, selanjutnya akan membentuk suatu lapis batas. Dari titik stagnasi akan melintasi permukaan silinder dan terjadi kenaikkan kecepatan yang akan menyebabkan penurunan tekanan, selanjutnya pada suatu titik akan terjadi penurunan kecepatan yang berarti kenaikan tekanan. Di mana pada titik tersebut energi kinetik fluida di dalam lapis batas tidak mampu lagi mengatasi gradien tekanan dari arah yang berlawanan sehingga mengakibatkan terpisahnya lapis batas dari dinding dan terjadilah separasi lapis batas. Ketika aliran tersebut terus bergerak melewati titik pisah maka terjadi fenomena aliran balik yang pada akhirnya pada daerah bagian belakang silinder menjadi turbulen dan bergerak secara acak. -

Pada daerah favorable pressure gradient terjadi kenaikkan kecepatan (du∞/dx >0) yang akan menyebabkan penurunan tekanan (dp/dx < 0).

-

Pada daerah adverse pressure gradient terjadi penurunan kecepatan (du∞/dx <0) yang berarti terjadi kenaikan tekanan (dp/dx > 0).

-

Titik separasi terjadi apabila ( du/dy )s = 0.

Gambar 2.6. Profil kecepatan aliran melewati silinder (Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

10 Pada ReD ≤ 2.105 lapis batas adalah laminar dan titik separasi terjadi pada posisi sudut sekitar θ ≈ 80o yang diukur dari titik stagnasi. Pada bilangan Reynolds yang lebih besar daripada 105, titik separasi terjadi pada sudut θ ≈ 140o.

Gambar 2.7. Pengaruh turbulensi terhadap titik separation. (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) 2.5. Reattachment Lapis batas aliran udara laminar yang melewati permukaan silinder, umumnya pada titik tertentu akan mengalami transisi dari aliran laminar ke aliran turbulent. Pada daerah transisi ini seringkali diikuti terjadinya fenomena yang disebut sebagai gelembung separasi (bubble separation). Tiga karakteristik dari gelembung separasi adalah titik separasi, gelembung separasi dan titik reattachment. Gelembung separasi adalah gelembung yang disebabkan oleh terjadinya gradien tekanan aliran yang meningkat pada lapis batas. Ketika separasi terjadi, gangguan pada lapis batas menjadi besar dan terbentuk bubble separation sementara gradien tekanan akan semakin besar, kemudian lapis batas akan menempel kembali ke permukaan silinder (reattachment) dalam bentuk aliran turbulent. Terjadinya gelembung separasi ini akan menambah gaya hambat bentuk (form drag) dan fenomena ini sering terjadi pada beberapa aplikasi dengan angka Reynolds yang rendah.

Gambar 2.8 Bubble separation aliran laminar dengan reattachment aliran turbulent. (Cesini, G., dkk, 2001)

11

2.6. Turbulator Turbulator adalah sebuah alat pengganggu aliran. Dalam hal aliran laminar melintasi permukaan silinder, turbulator ditempatkan pada daerah sebelum separasi untuk memaksa aliran laminar terseparasi lebih awal hingga aliran akan menempel kembali ke permukaan (reattachment) dalam bentuk aliran turbulent. 2.7. Karakteristik aliran melintasi staggered tube bundle secara cross flow Perpindahan panas aliran melewati berkas pipa (tube bundle) bergantung sebagian besarnya pada pola aliran serta derajad turbulensinya, yang pada gilirannya merupakan fungsi dari kecepatan fluida, ukuran serta susunan pipa-pipa tersebut. Karakteristik aliran didominasi oleh effect separasi lapis batas dan pengaruh dari wake dimana faktor tersebut mempengaruhi besarnya perpindahan panas.

Gambar 2.9. Pola aliran pada berkas pipa staggered (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) Pada gambar 2.9. terlihat pola aliran pada berkas pipa staggered yang lebih berliku-liku apabila dibandingkan pada susunan in-line (aligned) juga pada susunan staggered ini akan memberikan area permukaan untuk aliran yang lebih besar sehingga akan memberikan pengaruh perpindahan panas yang lebih baik terutama pada aliran dengan angka Reynold yang rendah. Perhitungan besarnya angka Reynold (ReD) pada konfigurasi ini adalah berdasarkan atas kecepatan maximum yang terjadi pada tube bundle yaitu kecepatan yang melalui bidang aliran minimum.

12

Sehingga rumusan ReD, maximum adalah : Re D ,max =

(2)

Vmax Dh n

Dimana : ReD, max : angka Reynolds maximum Vmax

: kecepatan aliran udara maximum (m/s)

Dh

: diameter hidraulik (m) 4A 4 luas penampang duct : = P keliling duct (Holman, J. P., 1994 )

ν

: viskositas kinematik fluida (m2/s)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

Apabila

é 2 æ S ö2 ù S D = êS L + ç T ÷ ú è 2 ø úû êë

1

2

>

ST + D 2

(3)

Maka kecepatan fluida maximum (Vmax) di hitung menggunakan rumus : Vmax =

ST V ST - D

Dimana : V : kecepatan fluida (m/s) D : diameter pipa (mm) ST : transverse pitch (mm) SL : longitudinal pitch (mm) (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

(4)

13

Parameter-parameter tanpa dimensi adalah parameter yang sangat penting dalam analisa perpindahan panas. Parameter-parameter ini digunakan untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas. Dengan diketahuinya koefisien perpindahan panas maka keefektifitasan suatu alat penukar kalor dapat diketahui. Parametet-parameter terkait tersebut adalah : 1. Angka Reynolds (Reynolds Number) Angka Reynolds dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya inersia dengan gaya kekentalan. 2. Angka Prandtl (Prandtl Number) Bilangan Prandtl dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara diffusifitas momentum (v) dengan diffusifitas termal (a). Pr =

v m/r = k / r .Cp α

=

m .Cp k

(5)


3. Angka Nusselt (Nusselt Number) Angka Nusselt menyatakan gradien temperatur pada suatu permukaan. Angka ini menyediakan sebuah pertimbangan tentang transfer panas konveksi yang terjadi pada permukaan. Nu =

hD kf

(6)


2.8. Penukar Kalor Penukar kalor adalah sebuah alat dimana kalor dipindahkan dari fluida panas ke fluida dingin. Dalam hampir semua aplikasi, fluida-fluida tersebut tidak tercampur tetapi perpindahan panas melalui sebuah dinding pemisah dengan berbagai bentuk geometri. Klasifikasi penukar kalor berdasaran pola aliran fluida panas dan fluida dingin, dapat berupa penukar kalor aliran searah (parallel flow heat excharger), berlawanan arah (counter flow heat excharger), dan aliran silang (cross flow heat excharger).

14

Penukar kalor aliran silang banyak dipakai dalam pemanasan dan pendinginan udara atau gas. Pada penukar kalor aliran melintang dapat dibedakan menjadi single pass cross flow heat excharger with both fluids unmixed (kedua fluida tidak bercampur) dan cross flow heat excharger with one fluid mixed and the other unmixed (fluida satu campur dan fluida yang lain tak campur). Pada gambar 2.9. menunjukkan alat penukar kalor aliran silang (a), fluida yang mengalir melintas tabung disebut arus campur (mixed stream), sedang fluida di dalam tabung disebut arus tak campur (unmixed). Gas dikatakan bercampur karena dapat bergerak dengan bebas di dalam alat sambil menukar kalor. Fluida yang lain terkurung di dalam tabung saluran penukar kalor dan tidak dapat bercampur selama proses perpindahan panas. Penukar kalor aliran silang (b), gas mengalir melintas berkas tabung bersirip dan karena terkurung di dalam saluran-saluran di antara sirip-sirip, tidak tercampur pada waktu mengalir melalui penukar kalor.

(a)

(b)

Gambar 2.10. Jenis-jenis penukar kalor aliran silang. (Holman, J. P., 1994) Jika fluida tak campur, terdapat gradien suhu pada arah sejajar dengan aliran maupun arah normal terhadap aliran. Sedangkan jika fluida itu campur terdapat kecenderungan untuk suhu itu menjadi sama pada arah normal terhadap aliran, sebagai akibat dari percampuran.

15

2.9. Kalibrasi Kalibrasi merupakan hal mendasar yang perlu dilakukan sebelum melaksanakan penelitian. Alat yang akan digunakan dalam penggambilan data pada penelitian harus terlebih dahulu melalui proses kalibrasi agar data yang dihasilkan akurat.Kalibrasi dapat dilakukan dengan membandingkan dua data dari dua alat yang berbeda (salah satu alat sebagai acuan), dan dicari dengan menggunakan metode least square, sehingga didapatkan persamaan :

y = ax + b

(7)

y adalah data dari alat acuan x adalah data dari alat yang dikalibrasi (Holman, J. P., 1994 )

Untuk a dan b diperoleh dari :

a=

n å x i y i - (å x i )(å y i ) n å x i - (å x i )

(8)

2

2

(å y )(å x ) - (å x y )(å x ) b= n å x - (å x ) 2

i

i

i

i

i

(9)

2

2

i

i

dimana : n : jumlah data (Holman, J. P., 1994 )

Untuk mengecek keakuratan dari persamaan yang dihasilkan, kita perlu mencari koefisien korelasi (r) dan apabila r = 0 maka persamaan yang dihasilkan tidak akurat. Sedangkan apabila r mendekati 1 maka deviasi yang terjadi semakin kecil dan persamaan dapat dipergunakan. Koefisien korelasi (r) dapat didefinisikan sebagai :

é s 2 y,x ù r = ê1 - 2 ú s y û ë

1

2

é s 2 y,x ù @ r 2 = ê1 - 2 ú s y û ë

(10)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari s y yang merupakan standar deviasi y menggunakan rumus :

sy

é n 2 ù ê å (yi - ym ) ú ú = ê i =1 n -1 ê ú ê ú ë û

1

2

(11)

16

dimana untuk

ym =

åy

i

(12)

n

(Holman, J. P., 1994 )

Dan untuk mencari s y, x menggunakan rumus :

s y,x

é n 2 ù ê å ( y i - y ic ) ú ú = ê i =1 n-2 ê ú ê ú ë û

1

2

(13)

dimana untuk yic adalah hasil perhitungan dari persamaan yang telah diperoleh (Holman, J. P., 1994 )

2.10. Perpindahan Panas Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat beda temperature antara daerahdaerah tersebut. 1. Perpindahan panas konduksi (hantaran) adalah perpindahan panas melalui suatu bahan padat yang menyangkut pertukaran energi pada tingkat molekuler. Rumus dasar perpindahan panas konduksi : q = kA

Dt L

(14)


2. Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan panas yang terjadi antara permukaan dengan fluida yang mengalir apabila keduanya memiliki temperatur yang berbeda. Perpindahan panas konveksi mempunyai rumus dasar : q = h. A.(Tw - T f

)

(15)


3. Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas melalui pancaran gelombang cahaya dari suatu zat ke zat yang lain tanpa memalui perantara.

17

2.11. Kajian Eksperimental Karakteristik Perpindahan Panas. Dalam pengujian karakteristik perpindahan panas konveksi menggunakan 2 metode pengolahan data yaitu metode pengukuran temperatur dinding (wall temperature measuring method) dan metode koefisien pemisah (separating coefficient method). 2.11.1. Persamaan Untuk Variasi Tanpa Turbulator 2.11.1.1. Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature measuring method) Dasar dari metode ini dalam menganalisa karakteristik perpindahan panas konveksi dinding luar pipa adalah proses perpindahan panas konveksi yang terjadi dari permukaan dinding luar pipa ke udara yang mengalir di dalam duct pada kondisi steady. Proses perpindahan panas pada kondisi steady state yang terjadi, dengan asumsi bahwa konduktivitas termal material pipa (k) dianggap konstan, isolasi pada seksi uji dianggap sempurna. Dengan persamaan energinya adalah :

Q konveksi

fluida panas - dinding

= Q konduksi

dinding pipa

= Q konveksi

dinding - udara

= Q udara

Besar perpindahan panas Q pada kondisi steady adalah konstan, maka besar perpindahan panas Q konveksi

dinding - udara

= Q udara

Perumusan untuk mencari Qudara adalah : Qudarai = m . Cp . (T¥ out - T¥ in ) o

(16)

(Holman, J. P., 1994 ) o

dan untuk mencari m menggunakan rumus : o

m = r .V . A

Dimana : Qudara : besar perpindahan panas (Watt) o

m

: laju aliran massa udara duct (kg/s)

Cp

: panas jenis udara duct (kJ/kgoK)

T¥ out

: temperature udara duct setelah melewati seksi uji = Tc out (oK)

T¥ in

: temperature udara duct sebelum melewati seksi uji = Tc in (oK)

(17)

18

r

: massa jenis udara duct (kg/m3)

V

: kecepatan fluida (m/s)

A

: luas penampang duct (m2)

Perumusan untuk mencari Qkonveksi dinding – udara adalah : Q

konveksi dinding - udara

(

= h o . Awo . T wo - T ¥

)

(18)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa adalah dengan mensubstitusikan persamaan 16 dan 18 : ho q =

Qudara

[(p . Do .l ) . N ] . (T wo - T ¥ )

(19)

Dimana : ho q

: koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa (W/m2 .K)

Do

: diameter luar pipa (m)

l

: panjang pipa uji (m)

N

: jumlah pipa uji

T wo

: temperatur rata-rata dinding luar pipa (oK)

T¥

: temperatur rata-rata udara duct = T c (oK)

Sehingga koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : ho =

1 N å ho q N n =1

Perumusan untuk mencari angka Nusselt lokal dinding luar pipa adalah : h o q .D o Nu o q = kf

(20)

(21)


Dimana : Nu o q : angka Nusselt lokal dinding luar pipa ho q

: koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa (W/m2.oK)

Do


kf

: konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film (W/m2.oK)

19

Untuk mencari temperatur film digunakan rumus : Tf =

T

wo

+T¥ 2

(22)

Dan untuk mencari angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa ditentukan dengan persamaan : Nuo =

1 N å Nuo q N n =1

(23)

2.11.1.2. Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method ) Analisa karakteristik perpindahan panas konveksi dinding luar pipa yang dilakukan dengan metode ini dimulai dengan mengambil suatu persamaan empirik yang berlaku untuk perpindahan panas internal flow. Berdasarkan pada laju aliran air panas di dalam pipa uji dijaga konstan dan diset berupa fully developed turbulent flow in smooth tube ( Re > 10.000), sehingga angka Nusselt pada aliran dalam pipa (Nui ) dapat diperoleh dengan persamaan Dittus-Boelter : Nu i = 0.023 Re i

0.8

Pri

0.3

(0.7 £ Pr £160 , Re > 10.000)

(24)

(Holman, J. P., 1994 )

dimana : Nui

: angka Nusselt di dalam pipa

Rei

: angka Reynolds di dalam pipa

Pri

: angka Prandtl di dalam pipa

Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa ( hi ) dicari dengan persamaan: hi =

Nu i . k i Di

dimana : hi

: koefisient perpindahan panas di dalam pipa (W/m2.K)

Nui


ki

: konduktifitas termal fluida di dalam pipa (W/m.oK)

Di

: diameter dalam pipa ( m )

(25)

20

Untuk mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa (Uo) dapat dihitung melalui besar perpindahan panas Q pada kondisi steady : Q = U o . Awo . DTLMTD

(26)

(Holman, J. P., 1994 )

sehingga untuk mencari (Uo) persamaannya menjadi : Uo =

(27)

Q [(p . Do . l ) . N ] . DTLMTD

dimana : Q

: besar perpindahan panas (W)

Uo

: koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa (W/m2.K)

Do


l


N

: jumlah pipa uji

DTLMTD : logarithmic mean temperature different ( oK ) :

(T ln [(T

h in

- Tc out ) - (Th out - Tc in )

h in

]

- Tc out )/ (Th out - Tc in )

(28)

(Holman, J. P., 1994 )

Uo dapat dinyatakan dalam bentuk lain yaitu : Uo =

1 ao r 1 ao 1 + ln o + hi ai 2.p .k .l ri ho

(29)

(Holman, J. P., 1994 )

sehingga untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) adalah dengan memisahkan Uo dari persamaan (29) dan diperoleh persamaan sebagai berikut : h' o =

1 a 1 ao r 1 - o ln o Uo ai hi 2.p .k .l ri

(30)

21

dimana : h'o

: koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode separating coefficient (W/m2.K)

Uo

: koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa (W/m2.K)

ao

: luas sisi luar pipa (m2)

ai

: luas sisi dalam pipa (m2)

ro

: jari-jari luar pipa (m)

ri

: jari-jari dalam pipa (m)

hi

: koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (W/m2.K)

k

: konduktivitas temal bahan pipa (W/m.oK)

l


Sehingga angka Nusselt dinding luar pipa dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : Nu ' o =

h ' o .D o

(31)

kf

dimana : Nu' o

: angka Nusselt dinding luar pipa dengan metode separating coefficient

h'o

: koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode separating coefficient (W/m2.K)

Do


kf

: konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film rata-rata (W/m2.oK)

Untuk menghitung penurunan tekanan (pressure drop) dipergunakan rumus : DP = g . D h . sin q

= r oli . g . D h . sin q

dimana : DP

: pressure drop

r oli

: massa jenis oli pada manometer miring (kg/m3)

g

: percepatan gravitasi ( 9.81 m/s2)

Dh

: perbedaan ketinggian level oli pada manometer miring (m)

sin q : sudut manometer miring (deg)

(34)

22

2.11.2. Persamaan Untuk Variasi Ketebalan Turbulator 2.11.2.1. Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature measuring method) Besar perpindahan panas Q pada kondisi steady adalah konstan, maka besar perpindahan panas

Q konveksi

= Q udara

dinding - udara

Perumusan untuk mencari Qudara adalah : Qudarai = m . Cp . (T¥ out - T¥ in ) o

(35)

(Holman, J. P., 1994 ) o

dan untuk mencari m menggunakan rumus : o

m = r .V . A

(36)

Dimana : Qudara : besar perpindahan panas (Watt) o

: laju aliran massa udara duct (kg/s)

m

Cp

: panas jenis udara duct (kJ/kgoK)

T¥ out

: temperature udara duct setelah melewati seksi uji = Tc out (oK)

T¥ in

: temperature udara duct sebelum melewati seksi uji = Tc in (oK)

r

: massa jenis udara duct (kg/m3)

V

: kecepatan fluida (m/s)

A

: luas penampang duct (m2)

Perumusan untuk mencari Qkonveksi dinding – udara adalah : Q

konveksi dinding - udara

(

= h o . Awo . T wo - T ¥

)

(37)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi lokal dengan pemasangan turbulator adalah dengan mensubstitusikan persamaan 35 dan 37 : ho q =

Qudara

{[(p . Do ) - (l. 2 )].l . N } . (T wo - T ¥ )

(38)

dimana : ho q

: koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator (W/m2 .K)

23

Do


l

: lebar turbulator (m)

l


N

: jumlah pipa uji

T wo

: temperatur rata-rata dinding luar pipa (oK)

T¥

: temperatur rata-rata udara duct = T c (oK)

Sehingga koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : ho =

1 N

N

åh q

(39)

o

n =1

Perumusan untuk mencari angka Nusselt lokal dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator adalah : Nu o q =

h o q .D o kf

(40)


dimana : Nu o q : angka Nusselt lokal dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator ho q

: koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator (W/m2.oK)

Do


kf

: konduktivitas termal udara berdasarkan temp.film (W/m2.oK)

Dan untuk mencari angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator ditentukan dengan persamaan : Nuo =

1 N å Nuo q N n =1

(41)

2.11.2.2. Metode koefisien pemisah ( sparating coefficient method ) Persamaan Dittus-Boelter adalah : Nu i = 0.023 Re i

0.8

Pri

0.3

(0.7 £ Pr £160 , Re > 10.000) (Holman, J. P., 1994 )

(42)

24

dimana : Nui


Rei

: angka Reynolds di dalam pipa

Pri

: angka Prandtl di dalam pipa

Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (hi) dicari dengan persamaan: hi =

dimana :

Nu i . k i Di

(43)

hi

: koefisient perpindahan panas di dalam pipa (W/m2.K)

Nui


ki

: konduktifitas termal fluida di dalam pipa (W/m.oK)

Di

: diameter dalam pipa ( m )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa (Uo) dengan pemasangan turbulator dapat dihitung dengan persamaan : Uo =

Q {[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . DTLMTD

(44)

dimana : Q

: besar perpindahan panas (W)

Uo

: koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa dengan pemasangan turbulator (W/m2.K)

Do


l

: lebar turbulator (m)

l


N

: jumlah pipa uji

DTLMTD : logarithmic mean temperature different ( oK ) Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) dengan pemasangan turbulator adalah dengan mengurangkan luas sisi luar pipa dengan luas pemasangan turbulator sehingga persamaan (30) menjadi : h'o =

1

1 Uo

{[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . 1 (p . Di . l . N ) hi

-

{[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . ln ro 2.p .k .l

ri

(45)

25

dimana : h'o

: koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator (metode separating coefficient) (W/m2.K) Uo : koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator (W/m2.K) Do : diameter luar pipa (m) Di : diameter dalam pipa (m) ro : jari-jari luar pipa (m) ri : jari-jari dalam pipa (m) l : lebar turbulator (m) l : panjang pipa uji (m) N : jumlah pipa uji hi : koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (W/m2.K) k : konduktivitas temal bahan pipa (W/m.oK) Sehingga angka Nusselt dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : h ' o .D o Nu ' o = kf dimana : Nu' o

(47)

: angka Nusselt dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator (metode separating coefficient)

h'o

: koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan

Do

pemasangan turbulator (metode separating coefficient) (W/m2.K) : diameter luar pipa (m)

kf

: konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film rata-rata (W/m2.oK)

2.11.3. Perhitungan Empirik Rumus umum dari perhitungan angka Nusselt empirik diberikan dalam bentuk : (48) Nu = C Re m Pr n Untuk menyelesaikan persamaan diatas, maka dilakukan pelinieran terhadap persamaan tersebut menjadi : (49) Log Nu = Log C + m Log Re + n Log Pr Dimana : C, m dan n adalah konstanta yang ditentukan dari data percobaan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat Penelitian 3.1.1

Multi Purpose Air Duct (MPAD) Multi purpose air duct adalah alat yang dapat dipakai untuk barbagai macam percobaan. Terbuat dari kayu dimana pada bagian permukaannya dilapisi dengan cat tahan panas. Ukuran penampang melintang saluran ini 300 mm x 150 mm. Multi purpose air duct dilengkapi dengan fan centrifugal tipe TKE dengan kapasitas 2500 ft3/menit pada tekanan Ps = 112,8 mm H2O. daya motor 1.1 kW, 3 f, 380 V, 2820 r/min

Gambar 3.1. Multi purpose air duct 3.1.2 Pemanas Air ( Boiler) Digunakan sebagai penyedia air panas untuk proses perpindahan kalor. Boiler terbuat dari bahan stainless steel dengan ukuran 400mm x 400mm x 400mm. Dilengkapi dengan pemanas listrik sebesar 3 x 1 kW, 3 f, 380 V. 3.1.3 Automatic Thermo-Controller Digunakan sebagai alat untuk setting temperatur air boiler, digunakan tipeIL.70.110/220V dengan IL-80 EN Control egp, dilengkapi dengan magnetic contactor mitsubishi S-K20 dan 2 buah termometer digital untuk pengukuran temperatur air masuk dan keluar seksi uji, digunakan merek ST-2 dengan ketelitian 0,1 oC, Range -50oC s/d 70 oC.

27

3.1.4 Pompa air Digunakan untuk mensirkulasikan air panas melewati alat uji. Pompa air yang digunakan adalah DAB, kapasitas 42 L/menit, heat total 33 m, daya 125 W, rpm 2850, 220V/50 Hz/1Ph. 3.1.5 Rotometer Sebagai alat untuk mengukur debit aliran fluida panas. Rotometer yang digunakan adalah tipe SK-11. 3.1.6 Instrumentasi & Alat Pengukur Temperatur Dalam penelitian ini digunakan 6 buah thermokopel untuk pengukuran temperatur dinding luar pipa dan 2 buah thermokopel untuk pengukuran temperatur udara duct. Thermokopel yang digunakan untuk adalah tipe T berdiameter 0.1 mm. Dilengkapi dengan conector, selector dan reader indikator temperatur merek OMEGA dengan ketelitian 0.1 oC. Pemasangan thermokopel pada dinding luar pipa menggunakan lem Araldite yang terdiri dari pengeras (hardener) warna merah dan resin (warna putih).

Gambar 3.2. Instrumentasi dan alat pengukur temperatur 3.1.7 Anemometer Digital Anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan udara. Spesifikasinya adalah : - Merek

: Testo 400

- Tipe

: vane probe

- Ketelitian

: 0,1 m/s

3.1.8 Manometer miring Digunakan untuk mengukur pressure drop dengan skala pembacaan Δ h 3.1.9. Stopwatch Digunakan untuk mengukur waktu.

28

3.2. Bahan Penelitian 3.2.1 Pipa Tembaga Digunakan untuk membuat susunan pipa pada seksi uji, dengan Φ 7/8” 3.2.2. Akrilik Digunakan untuk membuat seksi uji dengan ukuran penampang melintang 300 mm x 150 mm. 3.2.3 Sheet mika Digunakan sebagai bahan untuk turbulator, dengan panjang 150 mm, lebar 5 mm, tebal 0.5 mm.

Gambar 3.3. Turbulator 3.2.4 Gabus Digunakan sebagai isolator untuk mengisolasi sambungan pipa seksi uji.

Gambar 3.4. Gabus 3.2.5 Seksi uji Dipergunakan sebagai alat penukar kalor untuk melakukan pengujian perpindahan panas konveksi paksa.

Gambar 3.5. Seksi uji

29

3.3 Skema Susunan Pipa Pada Seksi Uji

Gambar 3.6. Skema susunan pipa pada seksi uji Seksi uji terbuat dari bahan akrilik, dengan dimensi dan konfigurasi adalah sebagai berikut : 1. Lebar

: 150 mm

2. Tinggi

: 300 mm

3. Panjang

: 300 mm

4. Jumlah pipa

: 18 buah

5. Diameter luar pipa

: 22.2 mm

6. Diameter dalam pipa : 20 mm 7. Susunan pipa

: Staggered

8. Jarak antar pipa

: ST =3.0D ; SL =2.0D, (D/W) =0.2

9. Bahan pipa

: Tembaga ( Copper )

3.4 Skema Pemasangan Turbulator

Gambar 3.7. Skema pemasangan turbulator

30

3.5 Pemasangan Thermokopel Cara pemasangan thermokopel untuk mengukur temperatur dinding luar pipa adalah dengan membuat alur (titik lubang) pada permukaan pipa sebesar ujung dari thermokopel, setelah itu thermokopel ditempatkan pada alur tersebut kemudian direkatkan dengan lem Araldite.

Gambar 3.8. Gambar pemasangan thermokopel 3.6 Skema Prinsip Kerja Alat Uji

Gambar 3.9. Skema prinsip kerja alat uji

31

Keterangan : 1. Automatic thermo-controller 2. Heater 3. Boiler 4. Pompa 5. Rotometer 6. Th in temp. fluida masuk seksi uji 7. Seksi uji 8. Th out temp. fluida keluar seksi uji

Gambar 3.10. Skema alat uji 3.7 Tempat dan Waktu Penelitian Tempat : Laboratorium Termodinamika dan Perpindahan Panas, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Waktu

: 01 Maret – 31 Maret 2009.

32

3.8 Alur Penelitian

Mulai Mempersiapkan multi purpose air duct dan alat-alat ukur percobaan. Variasi awal ketebalan turbulator 3.3 mm. Mempersiapkan seksi uji. Memasang seksi uji pada Multi Purpose Air Duct Memanaskan air hingga mencapai suhu ± 60° C Menghidupkan fan centrifugal untuk variasi awal kecepatan udara 1 m/s

Steady state Δh manometer ; pengukuran (debit ? 350 L/jam); Th,i ; Th,o ; Tc,i ; Tc,o dan Tw out 1-6 Data

ya

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s, 2.0 m/s, 2.5 m/s tidak Variasi ketebalan : 2.6 mm, 1.9 mm, 1.2 mm, 0.5 mm dan tanpa turbulator tidak Analisa Kesimpulan Selesai

ya

33

3.9 Prosedur Dalam Pelaksanaan Penelitian adalah sebagai berikut : 1. Mempersiapkan alat pembacaan (reader dan selector) thermokopel. 2. Mempersiapkan seksi uji (untuk perubahan variasi ketebalan turbulator) 3. Mempersiapkan seksi uji pada Multi Purpose Air Duct. - Mengisolasi celah sambungan seksi uji dengan Multi Purpose Air Duct - Memasang isolator (gabus) pada kedua sisi sambungan pipa seksi uji. 4. Menghubungkan semua sistem dengan sumber listrik. 5. Menghidupkan heater pemanas air boiler dan mensetting Automatic thermoController hingga temperatur fluida panas masuk seksi uji ± 60° C. 6. Menghidupkan pompa fluida panas dan mengatur debit (skala rotometer) dengan katup bay-pass hingga aliran dalam pipa adalah kembang penuh (pada 350 L/jam). 7. Menghidupkan fan centrifugal. 8. Mengatur bukaan damper (sesuai variasi kecepatan aliran udara duct) dengan skala pengukuran menggunakan anemometer. 9. Menunggu hingga sistem steady. 10. Mencatat ho manometer. 11. Mencatat h1 manometer. 12. Mencatat debit fluida panas ; Th in ; Th out ; Tc in ; Tc out dan Tw out 1-2 (sebagai temp. pada θ= 90°), Tw out 3-4 (sebagai temp. pada θ= 0° / stagnasi), Tw out 5-6 (sebagai temp. pada θ= -90°) dalam selang waktu setiap 10 menit, hingga diperoleh 3 data steady. 13. Melakukan variasi kecepatan aliran udara, dengan mengulangi langkah percobaan pada no.8 s/d no. 12. (dilakukan variasi kecepatan aliran udara sebanyak 4 variasi) 14. Setelah selesai melakukan percobaan, mematikan sistem dan melepas sistem dari sumber listrik. 15. Mempersiapkan seksi uji untuk pengujian dengan variasi ketebalan turbulator yang berbeda, setelah itu mengulangi langkah percobaan pada no.3 s/d no.14. (dilakukan variasi ketebalan turbulator sebanyak 5 variasi dan 1 variasi tanpa turbulator). 16. Setelah semua data diperoleh, maka melakukan pengolahan data, analisa hasil dan penarikan kesimpulan.

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1. Kalibrasi Sebelum melakukan pengambilan data, untuk mendapatkan hasil yang presisi atau valid, perlu dilakukan kalibrasi terhadap alat ukur yang digunakan. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan alat ukur yang digunakan terhadap thermometer air raksa (yang masih normal). Data-data temperatur yang diambil dalam kalibrasi ini dengan rentang masing – masing pengambilan data 5 0C. Kalibrasi dilakukan menggunakan metode least square, sehingga akan didapat hubungan persamaan antara x dan y yaitu : y = ax + b Sebagai contoh perhitungan adalah kalibrasi pada thermokopel Tcin sebagai berikut :

n å x i y i - (å x i )(å y i )

a=

n å x i - (å x i )

=

untuk

2

2

14 x 61095 .5 - (882 .8 x 875 ) 14 x 61833 .82 - (882 .8 )

= 0.9600332

2

(å y )(å x ) - (å x y )(å x ) b= n å x - (å x ) 2

i

i

i

i

i

=

i

2

2

i

(875 x 61833 .82 ) - (61095 .5 x 882 .8 ) 2 14 x 61833 .82 - (882 .8 )

= 1 .96305

Sehingga akan kita dapatkan hubungan antara x dan y yaitu :

y = 0.9600332 x + 1.96305 Untuk mengetahui keakurasian persamaan tersebut, maka perlu dicari koefisien kerelasi (r). Apabila r = 0 maka persamaan yang dihasilkan tidak akurat, sedangkan apabila r mendekati 1 maka deviasi yang terjadi semakin kecil dan persamaan tersebut dapat dipakai.

35 Koefisien kerelasi (r) didefinisikan sebagai :

é s 2 y,x ù r = ê1 - 2 ú s y û ë

1

2

é s 2 y,x ù @ r 2 = ê1 - 2 ú s y û ë

Untuk s y adalah : 1

2 é n 2 ù ( ) y y m êå i ú ú s y = ê i =1 n -1 ê ú ê ú ë û å yi dengan y m = n 875 = = 62.5 14

sehingga

sy

é 5687 .50 ù =ê ú ë 13 û

1

2

= 20 .916501 Untuk s y, x adalah :

s y,x

é n 2 ù ê å ( y i - y ic ) ú ú = ê i =1 n-2 ê ú ê ú ë û

1

2

1

é 3.623495 ù 2 =ê ú 12 ë û = 0 .549507 Sehingga kita dapatkan nilai r adalah : 2 é ( 0 .549507 ) ù r = ê1 2 ú ë (20 .916501 ) û 2

= 0 .9993 Dari hasil r yang didapatkan dapat kita ketahui bahwa deviasi yang terjadi sangat kecil sehingga persamaan y = 0.9600332 x + 1.96305 dapat dipakai dalam perhitungan. Untuk kalibrasi thermokopel yang lainnya dilakukan dengan cara yang sama dengan kalibrasi thermokopel Tc

in

dan hasil selengkapnya seperti

terlihat pada lampiran 1 s/d 5 dan lampiran 8 s/d 12.

36 4.2. Perhitungan Eksperimental Dalam perhitungan ini menggunakan batasan dimana nilai konduktifitas thermal bahan adalah constan. Bahan pipa yang dipergunakan dalam penelitian adalah tembaga (copper) sehingga diambil nilai konduktifitas thermal bahan pada temperatur lingkungan berdasarkan tabel Incropera, F.P., and Dewitt, D.P.1990 (lampiran 14) diperoleh harga k pada temp. 3000K adalah 401 W/m.oK. Harga inilah yang dipergunakan dalam perhitungan. Data-data silinder pada seksi uji : ·

Do = 22.2 mm ; ro = 11.1 mm

·

Di = 20 mm

; ri = 10 mm

4.2.1. Perhitungan Pada Variasi Tanpa Turbulator. Sebagai contoh, perhitungan adalah pada kecepatan aliran udara 1.0 m/s. Data- data temperatur adalah temperatur rata-rata dari 3 data keadaan steady. Data yang diperoleh adalah : 1. Temp air panas masuk (Th in)

: 60.49 oC

2. Temp air panas keluar (Th out)

: 59.57 oC

3. Temp udara masuk (Tc in)

: 27.72 oC

4. Temp udara keluar (Tc out)

: 32.32 oC

5. Temp dinding luar θ : 90o - Temp ujung masuk (Two 1)

: 56.80 oC

- Temp ujung keluar (Two 2)

: 56.36 oC

6. Temp dinding luar θ : 0o (stagnasi) - Temp ujung masuk (Two 3)

: 56.49 oC


: 56.64 oC

7. Temp dinding luar θ : - 90o - Temp ujung masuk (Two 5)

: 55.50 oC


: 56.53 oC

8. ho manometer

: 9.5 cm

9. h1 manometer

: 9.62 cm

37 Dari data temperatur diatas dicari temperatur rata-rata dari ujung masuk dan keluar, sehingga diperoleh : 1. T h in - out

: 60.03 oC

2. T c in - out

: 30.02 oC

3. θ : 90o T wo in - out : 56.58 oC 4. θ : 0o

T wo in - out : 56.56 oC

5. θ : - 90o T wo in - out : 56.01 oC Properti air pada T h in - out = 60.03 oC adalah :

r : 983.28 kg/m3 m : 4.672 .10-4 kg/m.s ki : 0.65364 W/m.oK Pr : 2.9864 Cp : 4.1852 kJ/kgoK Properti udara pada T c in - out = 30.02 oC adalah :

r : 1.1513 kg/m3 Cp : 1.00712 kJ/kgoK

4.2.1.1

Metode

Pengukuran

Temperatur

Dinding

(wall

temperature

measuring method) Menghitung Qudara dengan persamaan (16) : = m . Cp . (Tc out - Tc in ) o

Q

udara

o

dan untuk mencari m dihitung menggunakan persamaan (17) sebagai berikut : o

m = r .v. A

Sehingga o

m = 1.1513 kg / m 3 .1.0 m / s . 0.045 m 2 = 0.0518 kg / s

Q

udara

= 0.0518 kg / s .1.00712 kJ / kg o K . [(32.32 - 27.72 ) + 273] o K = 14.4848 kJ / s = 14484 .8 Watt

38 Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada q : 90o dengan persamaan (19) sebagai berikut : ho 90 o =

Qudara [(p . Do .l ) . N ] . T wo - T ¥

(

ho 90 o =

)

14484.8 Watt

(3.14 . 0.0222. 0.15.18)m 2 .[(56.58 - 30.02) + 273] o K

= 256.92 W / m 2 K

Dengan cara yang sama, dihitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil ho

0o

= 256.93 W/m2.K

dan ho -90o = 257.40 W/m2.K Sehingga dapat dihitung koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dengan persamaan (20) dan diperoleh hasil h o = 257.08 W/m2.K Menghitung angka Nusselt lokal dinding luar pada q : 90o dengan persamaan (21) ho o .D o Nu o 90o = 90 kf dimana k f = konduktivitas termal udara duct berdasarkan temp.film dihitung dengan

persamaan (22) sebagai berikut : Tf =

Sehingga Tf =

T

wo

+T¥ 2

56 .58 o C + 30 .02 o C 2

= 43.30 o C » 316.30 o K

Dari tabel properties (lampiran 13) dengan cara interpolasi diperoleh harga kf = 0.02751 W/m.K Sehingga

Nu o 90 o =

256.92 W / m 2 .K x 0.0222 m 0.02751 W / m. o K

= 207.36

Dengan cara yang sama, dihitung angka Nusselt dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil Nu o 0o = 207.37 dan Nu o -90o = 207.90

39 Sehingga dapat dihitung angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan persamaan (23) dan diperoleh hasil Nu o = 207.54 Diperoleh data properti pada T

f

= 316.20 oK adalah :

Pr : 0.70473 v : 1.7520.10-5 m2/s Sehingga dapat dihitung Re max dengan langkah sebagai berikut : Mencari Vmax dengan persamaan (3) dan (4) : 1

é 2 æ S ö2 ù 2 S D = êS L + ç T ÷ ú è 2 ø úû êë 1 2 2 é æ 66.6 ö ù 2 = ê(44.4 ) + ç ÷ ú = 55.5 mm è 2 ø úû êë S +D Untuk T adalah 44.4 mm, karena hasilnya lebih kecil dari SD maka : 2 ST Vmax = V ST - D

=

66.6 mm 1 .0 m / s (66.6 - 22.2 ) mm

= 1 .5 m / s

Jadi Re max dapat dihitung menggunakan persamaan (2) : V D Re D ,max = max h n 1.5 m / s . 0.2 m = 1.7515 .10 -5 m 2 / s = 17123.8

Untuk menghitung penurunan tekanan dipergunakan persamaan (34) : DP = g . D h . sin q


Sehingga = 967.33 kg / m 3 . 9.81 m / s 2 . 0.0012 m . sin 20 o = 3.89 Pa

40 4.2.1.2 Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method ) Mencari kecepatan aliran air panas ( V ) Q (debit) V= ai =

350 L / jam

p .D i 4 = 0.30962 m / s 2

9.722 .10 -5 m 3 / s = 3.14 .10 - 4 m 2

Mencari angka Reynolds pada aliran dalam pipa dengan persamaan (1) : r .V . D i Re i = m =

1016.82 kg / m 3 . 0.30962 m / s . 0.020 m 4.6718 .10 - 4 kg / m.s

= 13477.82

Mencari angka Nusselt pada aliran dalam pipa (Nui) dengan persamaan (24): Nu i = 0.023 Re i

0.8

Pri

0.3

= 0.023 (13477.82)

0.8

(2.9864)0.3

= 64.264 Mencari koefisien perpindahan panas konveksi pada aliran dalam pipa (hi) dengan

persamaan (25): Nu i . k i hi = Di =

64.264 . 0.65364 (W / m o K ) 0.020 m

= 2100.26 W / m 2 .K

Mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa (Uo) dengan persamaan (27) : Q Uo = [(p . Do . l ) . N ] . DTLMTD Untuk DTLMTD dihitung menggunakan persamaan (28) : D TLMTD =

(T ln [(T

h in


h in

=

]

- Tc out ) / (Th out - Tc in )

(60 .49 - 32 .32 ) - (59 .57 - 27 .72 ) ln [(60 .49 - 32 .32 ) / (59 .57 - 27 .72 )]

= 29 .97 o C » 302 .97 o K

41 Sehingga Uo =

14484.8 Watt [(3.14 . 0.0222 . 0.15 ) .18] m 2 . 302.97 o K

= 254.0176 W / m 2 .K Mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) dengan

persamaan (30) : h' o =

=

1 a 1 ao r 1 - o ln o Uo ai hi 2.p .k .l ri 1 1 0.1882 m2 1 0.1882 m2 0.0111 m ln 2 2 2 o 254.0176 W / m .K 0.16956 m 2100.26 W / m .K 2 x 3.14 x 401 W / m. K x 0.15 m 0.010 m

= 299.232 W / m 2 .K

Mencari angka Nusselt dinding luar pipa dengan persamaan (31) : Nu ' o =

h ' o .D o kf

299.232 W / m 2 .K .0.0222 m = 0.02750 W / m.o K = 241.85

4.2.2. Perhitungan Pada Variasi Ketebalan Turbulator 0.5 mm. Sebagai contoh, perhitungan adalah pada kecepatan aliran udara 1.0 m/s. Data- data temperatur adalah temperatur rata-rata dari 3 data keadaan steady. Data yang diperoleh adalah : 1. Temp air panas masuk (Th in)

: 60.66 oC

2. Temp air panas keluar (Th out)

: 58.77 oC

3. Temp udara masuk (Tc in)

: 28.01 oC

4. Temp udara keluar (Tc out)

: 32.26 oC

5. Temp dinding luar θ : 90o - Temp ujung masuk (Two 1)

: 56.29 oC


: 56.06 oC

42 6. Temp dinding luar θ : 0o (stagnasi) - Temp ujung masuk (Two 3)

: 56.25 oC


: 56.24 oC

7. Temp dinding luar θ : - 90o - Temp ujung masuk (Two 5)

: 56.47 oC


: 56.46 oC

8. ho manometer

: 9.5 cm

9. h1 manometer

: 9.65 cm

Dari data temperatur diatas dicari temperatur rata-rata dari ujung masuk dan keluar, sehingga diperoleh : 1. T h in - out

: 59.71 oC

2. T c in - out

: 30.13 oC

3. θ : 90o T wo in - out : 56.17 oC 4. θ : 0o

T wo in - out : 56.25 oC

5. θ : - 90o T wo in - out : 56.47 oC Properti air pada T h in - out = 59.71 oC adalah :

r : 983.42 kg/m3 m : 4.6945 .10-4 kg/m.s ki : 0.65326 W/m.oK Pr : 3.0034 Cp : 4.1851 kJ/kgoK Properti udara pada T c in - out = 30.13 oC adalah :

r : 1.1510 kg/m3 Cp : 1.00713 kJ/kgoK 4.2.2.1

Metode

Pengukuran

Temperatur

Dinding

(wall

temperature

measuring method) Menghitung Qudara dengan persamaan (35) : = m . Cp . (Tc out - Tc in ) o

Q

udara

o

dan untuk mencari m dihitung menggunakan persamaan (36) sebagai berikut : o

m = r .v. A

43 Sehingga o

m = 1.1510 kg / m3 .1.0 m / s . 0.045 m 2 = 0.0518 kg / s

Q

udara

= 0.0518 kg / s .1.00713 kJ / kg o K .[(32.26 - 28.01) + 273] o K = 14.4618 kJ / s = 14461 .8 Watt

Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada q : 90o dengan persamaan (38) sebagai berikut : ho 90 o =

=

Qudara {[(p . Do ) - (l. 2)].l . N } . T wo - T ¥

(

)

14461 .8 Watt

{[(3.14 .0.0222 ) - (0.005. 2 )]. 0.15.18 } m 2 . [(56.17 - 30.13) + 273] o K

= 299.98 W / m 2 .K

Dengan cara yang sama, dihitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil ho

0o

= 299.91 W/m2.K

dan ho -90o = 299.69 W/m2.K Sehingga dapat dihitung koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator menggunakan persamaan (39) dan diperoleh hasil h o = 299.86 W/m2.K Menghitung angka Nusselt lokal dinding luar pada q : 90o dengan persamaan (40) ho o .D o Nu o 90o = 90 kf dimana k f = konduktivitas termal udara duct berdasarkan temp.film dihitung dengan

persamaan (22) sebagai berikut : Tf =

Sehingga Tf =

T

wo

+T¥ 2

56 .17 o C + 30 .13 o C 2

= 43.15 oC » 316.15 o K

Dari tabel properties (lampiran 13) dengan cara interpolasi diperoleh harga kf = 0.02750 W/m.K

44 Sehingga

Nu o 90 o =

299.98 W / m 2 .K x 0.0222 m 0.02750 W / m. o K

= 242.21

Dengan cara yang sama, dihitung angka Nusselt dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil Nu o 0o = 242.13 dan Nu o -90o = 241.88 Sehingga dapat dihitung angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator menggunakan persamaan (41) dan diperoleh hasil Nu o = 242.07 Diperoleh data properti pada T

f

= 316.21 oK adalah :

Pr : 0.70473 v : 1.7521.10-5 m2/s Sehingga dapat dihitung Re max dengan langkah sebagai berikut : Mencari Vmax dengan persamaan (4) : ST V ST - D 66.6 mm = 1 .0 m / s (66.6 - 22.2 ) mm

Vmax =

= 1 .5 m / s

Jadi Re max dapat dihitung menggunakan persamaan (2) : V D Re D ,max = max h n 1.5 m / s . 0.2 m = 1.7521.10 -5 m 2 / s = 17122.1

Untuk menghitung penurunan tekanan dipergunakan persamaan (34) : DP = g . D h . sin q


Sehingga = 967.33 kg / m 3 . 9.81 m / s 2 . 0.0015 m . sin 20 o = 4.87 Pa

45 4.2.2.2 Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method ) Mencari kecepatan aliran air panas ( V ) Q (debit) V= ai =

350 L / jam

p .D i 4 = 0.30962 m / s 2

9.722 .10 -5 m 3 / s = 3.14 .10 - 4 m 2

Mencari angka Reynolds pada aliran dalam pipa dengan persamaan (1) : r .V . D i Re i = m =

1016.92kg / m 3 . 0.30962 m / s . 0.020 m 4.6945 .10 - 4 kg / m.s

= 13413.9

Mencari angka Nusselt pada aliran dalam pipa (Nui) dengan persamaan (42): Nu i = 0.023 Re i

0.8

Pri

0.3

= 0.023 (13.413.9)

0.8

3.0034 0.3

= 64.129

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi pada aliran dalam pipa (hi) dengan persamaan (43): Nu i . k i hi = Di 64.129 . 0.65326 (W / m o K ) = 0.020 m = 2094.64 W / m 2 .K

Mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar pipa (Uo) dengan persamaan (44) : Q Uo = {[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . DTLMTD Untuk DTLMTD dihitung menggunakan persamaan (28) : D TLMTD =

(T ln [(T

h in


h in

]

- Tc out ) / (Th out - Tc in )

46 =

(60 .66 - 32 .26 ) - (58 .77 - 28 .01) ln [(60 .66 - 32 .26 ) / (58 .77 - 28 .01)]

= 29 .57 o C » 302 .57 o K

Sehingga Uo =

14461.8 Watt {[(3.14 . 0.0222) - (0.005. 2)]. 0.15 .18 } m 2 . 302.57 o K

= 296.487 W / m 2 .K

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) dengan persamaan (46) : h'o =

=

1

1 Uo

{[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . 1 (p . Di . l . N ) hi

-

{[(p . Do ) - (l. 2)]. l . N } . ln ro 2.p .k .l

ri

1 2

1 0.161212 m 1 0.161212 m 2 0.0111 m ln 2 2 2 296.487 W / m .K 0.16956 m 2094.64 W / m .K 2 x 3.14 x 401 W / m.o K x 0.15 m 0.010 m

= 338.853 W / m 2 .K

Mencari angka Nusselt dinding luar pipa dengan persamaan (47) : Nu ' o = =

h ' o .D o kf 338.853 W / m 2 .K .0.0222 m 0.02750 W / m.o K

= 275.92

Untuk hasil perhitungan dan properties selengkapnya dapat dilihat seperti pada lampiran (7). Perbandingan hasil perhitungan koefisien perpindahan panas konveksi dan angka Nusselt dengan menggunakan metode pengukuran temperatur dinding dan koefisien pemisah dapat dilihat seperti terlihat pada tabel 4.1. sebagai berikut :

47 Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas, Angka Nusselt Dan Pressure Drop Perbandingan Hasil Perhitungan Tanpa Turbulator Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

257.08 385.11 512.78 640.53

299.23 491.74 727.24 1015.25

207.54 311.32 414.84 518.59

241.85 397.96 589.00 822.91

Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

299.86 449.82 599.92 749.50

338.85 575.45 852.17 1191.59

242.07 363.49 484.95 605.98

273.86 465.54 689.63 964.51

Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

300.49 449.59 598.87 747.42

350.31 574.30 849.37 1185.47

242.57 363.07 483.95 604.23

283.10 464.30 687.15 959.43

Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

300.52 449.86 599.07 748.75

349.94 574.36 846.92 1187.91

242.86 363.60 484.65 605.21

283.11 464.75 685.93 961.25

Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

300.75 450.87 600.98 751.08

350.12 575.10 850.15 1189.46

242.59 364.46 486.17 607.90

282.77 465.42 688.51 963.90

Kecepatan udara

ho rata-rata

h'o

Nuo rata-rata

Nu'o

1.0 1.5 2.0 2.5

300.93 450.81 600.69 750.90

349.47 574.47 845.84 1189.02

243.29 364.46 486.21 607.78

282.85 464.96 685.41 963.49

DP

3.89 8.11 16.23 27.59

Turbulator 0.5 mm DP

4.87 9.74 19.47 30.83


6.49 12.98 25.96 40.57


8.11 14.61 29.21 45.44


9.74 17.85 35.70 53.55


11.36 22.72 42.19 63.29

48 Dari tabel 4.1. terlihat perbandingan hasil perhitungan antara metode pengukuran temperatur dinding dan metode koefisien pemisah. Terlihat bahwa nilai perhitungan dari metode koefisien pemisah lebih tinggi dari metode pengukuran temperatur dinding. Hal tersebut terjadi karena dalam metode koefisien pemisah tingkat keakurasiannya rendah dimana metode ini sering dilakukan untuk mengetahui karakteristik perpindahan panas ketika penerapan teknik pengukuran temperatur dinding sulit dilakukan sedangkan dengan metode pengukuran temperatur dinding memiliki tingkat keakurasian yang lebih tinggi karena dalam teknik ini dilakukan pengukuran temperatur dinding luar secara langsung untuk mengetahui karakteristik perpindahan panasnya.

4.3. Perhitungan Empirik Dalam perhitungan angka Nusselt empirik dilakukan berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan metode pengukuran temperatur dinding karena metode tersebut memberikan hasil perhitungan karakteristik perpindahan panas yang lebih akurat. Perumusan umum untuk perhitungan angka Nusselt empirik diberikan seperti pada persamaan (36) sebagai berikut :

Nu = C Re m Pr n Untuk menyelesaikan persamaan diatas, maka dilakukan pelinieran terhadap persamaan tersebut menjadi :

Log Nu = Log C + m Log Re + n Log Pr Dengan C, m dan n adalah konstanta yang diperoleh dari data percobaan. Untuk bentuk persamaan diatas maka penyelesaiannya adalah dengan regresi linear ganda karena log Nu adalah fungsi linear dari log Re dan log Pr. Data-data yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan angka Nusselt empirik dapat dilihat seperti pada tabel 4.2. sebagai berikut :

49 Tabel 4.2. Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka Nusselt Variasi Tanpa Turbulator : X12

X 22

X1X2

X1Y

X2Y

-0.151976 -0.151933 -0.151909 -0.151884

17.9234 19.4563 20.5805 21.4759

0.023097 0.023084 0.023076 0.023069

-0.64340 -0.67017 -0.68915 -0.70386

9.80969 10.99736 11.87621 12.58107

-0.35214 -0.37880 -0.39768 -0.41234

-0.607702

79.4360

0.092325

-2.70658

45.26432

-1.54096

Log Nu

Log Re

Log Pr

(Y)

(X1)

(X2)

1 2 3 4

2.317104 2.493208 2.617882 2.714827

4.233599 4.410926 4.536571 4.634206

n

10.143020

17.815303

No

Dari data-data tersebut diatas kemudian disusun dalam bentuk matrik menjadi :

én ê êå X 1 ê êëå X 2

åX åX åX

1

åX åX X åX

ù ú 1 2ú ú 2 úû 2

2

2 1 1

X2

ìå Y ü ìlog C ü ïï ïï ï ï ím ý = íå X 1Y ý ïn ï ï ï î þ îïå X 2 Y þï

Sehingga tersusun menjadi :

17.815303 - 0.607702 ù é4 ê17.815303 79.4360 - 2.70658 úú ê êë- 0.607702 - 2.70658 0.092325úû

ìlog C ü ì10.143020ü ï ï ï ï ím ý = í45.26432 ý ïn ï ï- 1.54096 ï î þ î þ

Dengan eliminasi Gauss diperoleh hasil : log C = -1.78991 Þ C = 0.0162 m = 0.99261 n = 0.6269 Sehingga perumusan empirik Nusselt number untuk variasi tanpa turbulator adalah : Nu = 0.016 Re 0.993 Pr 0.627 Sedangkan data untuk perumusan empirik angka Nusselt dengan variasi ketebalan turbulator dapat dilihat seperti pada tabel 4.3. berikut :

50 Tabel 4.3. Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka Nusselt Dengan Variasi Ketebalan Turbulator. Log Nu

Log Re

Log Pr

(Y)

(X1)

(X2)

No

X12

X22

X1X2

X1Y

X2Y

Turbulator 0.5 mm

1

2.383941

4.233557

-0.151977

17.9230

0.023097

-0.64340

10.09255

-0.36230

2

2.560495

4.410585

-0.151945

19.4533

0.023087

-0.67017

11.29328

-0.38905

3

2.685698

4.535827

-0.151934

20.5737

0.023084

-0.68915

12.18186

-0.40805

4

2.782456

4.632919

-0.151928

21.4639

0.023082

-0.70387

12.89089

-0.42273

n

10.41259

17.81289

-0.607785

79.4139

0.092351

-2.70659

46.45859

-1.58214

Turbulator 1.2 mm

1

2.384831

4.233514

-0.151979

17.9226

0.023098

-0.64340

10.09622

-0.36244

2

2.559993

4.409970

-0.151966

19.4478

0.023094

-0.67017

11.28949

-0.38903

3

2.684801

4.535542

-0.151944

20.5711

0.023087

-0.68915

12.17703

-0.40794

4

2.781203

4.632809

-0.151932

21.4629

0.023083

-0.70387

12.88478

-0.42255

n

10.41083

17.81183

-0.607821

79.4045

0.092362

-2.70659

46.44752

-1.58197

Turbulator 1.9 mm

1

2.385351

4.234535

-0.151943

17.9313

0.023087

-0.64341

10.10085

-0.36244

2

2.560620

4.410769

-0.151939

19.4549

0.023085

-0.67017

11.29430

-0.38906

3

2.685430

4.536570

-0.151909

20.5805

0.023076

-0.68915

12.18264

-0.40794

4

2.781905

4.632660

-0.151937

21.4615

0.023085

-0.70387

12.88762

-0.42267

n

10.41331

17.81453

-0.607728

79.4282

0.092333

-2.70659

46.46542

-1.58211

Turbulator 2.6 mm

1

2.384875

4.232941

-0.151999

17.9178

0.023104

-0.64340

10.09503

-0.36250

2

2.561655

4.410899

-0.151934

19.4560

0.023084

-0.67017

11.29920

-0.38920

3

2.686788

4.536527

-0.151910

20.5801

0.023077

-0.68915

12.18868

-0.40815

4

2.783829

4.633999

-0.151891

21.4739

0.023071

-0.70386

12.90026

-0.42284

n

10.41715

17.81437

-0.607734

79.4278

0.092335

-2.70658

46.48318

-1.58269

Turbulator 3.3 mm

1

2.386118

4.234917

-0.151930

17.9345

0.023083

-0.64341

10.10501

-0.36252

2

2.561652

4.411013

-0.151930

19.4570

0.023083

-0.67017

11.29948

-0.38919

3

2.686821

4.537042

-0.151893

20.5848

0.023071

-0.68914

12.19022

-0.40811

4

2.783750

4.633949

-0.151893

21.4735

0.023071

-0.70386

12.89975

-0.42283

n

10.41834

17.81692

-0.607646

79.4498

0.092308

-2.70658

46.49447

-1.58266

Dari data-data tersebut diatas kemudian untuk perhitungan setiap variasi ketebalan turbulator disusun dalam bentuk matrik dan sebagai contoh perhitungan diambil data untuk variasi turbulator 0.5 mm :

51

17.81289 - 0.607785ù é4 ê17.81289 79.4139 - 2.70659 ú ê ú êë- 0.607785 - 2.70659 0.092351 úû

ìlog C ü ì10.41259 ü ï ï ï ï ím ý = í46.45859 ý ïn ï ï- 1.58214ï î þ î þ

Dengan eliminasi Gauss diperoleh hasil : log C = -1.6915 Þ C = 0.02035 m = 0.9979 n = 0.98252 Sehingga perumusan empirik angka Nusselt untuk variasi ketebalan turbulator 0.5 mm adalah :

Nu = 0.02 Re 0.998 Pr 0.9825

Untuk variasi ketebalan turbulator yang lain dihitung dengan cara yang sama dan hasil yang diperoleh sebagai berikut : - turbulator 1.2 mm

: Nu = 0.021 Re 0.993 Pr 0.8665

- turbulator 1.9 mm

: Nu = 0.016 Re 0.995 Pr 0.1574

- turbulator 2.6 mm

: Nu = 0.018 Re 0.995 Pr 0.6053

- turbulator 3.3 mm

: Nu = 0.02 Re 0.996 Pr 0.8205

Perumusan empirik tersebut diatas dengan batasan sebagai berikut : §

Kecepatan aliran udara 1.0 m/s sampai 2.5 m/s

§

Temperatur air panas ± 60oC

§

Susunan silinder Staggered

§

Analisa berdasarkan temperatur film

§

Pengukuran Two pada -90o, 0o dan 90o

52 4.3. Analisa Hasil Percobaan 4.3.1. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator

Terhadap Koefisien

Perpindahan Panas Konveksi. Grafik Koefisien Perpindahan Panas Konveksi vs Variasi Ketebalan turbulator 1400

Kec 2.5 m/s (koefisien pemisah) Kec 2.0 m/s (koefisien pemisah)

1200

Kec 1.5 m/s (koefisien pemisah) Kec 1.0 m/s (koefisien pemisah)

1000 hc rata-rata (W/m 2.K)

Kec 2.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

800

Kec 2.0 m/s (pengukuran temp.dinding) Kec 1.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

600

Kec 1.0 m/s (pengukuran temp.dinding) Linear (Kec 2.5 m/s temp.dinding)) Linear (Kec 2.0 m/s temp.dinding)) Linear (Kec 1.5 m/s temp.dinding)) Linear (Kec 1.0 m/s temp.dinding))

400 200 0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

(pengukuran (pengukuran (pengukuran (pengukuran

3.5

Ketebalan turb ulator

Gambar 4.1. Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs variasi ketebalan turbulator Gambar 4.1. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi ketebalan turbulator terhadap koefisien perpindahan panas konveksi dalam 4 variasi kecepatan udara. Pada variasi kecepatan udara 1 m/s nilai koefisien perpindahan panas konveksi dari variasi tanpa turbulator sampai dengan variasi ketebalan turbulator 3,3 mm berturut –turut adalah 257.08 W/m2.K, 299.86 W/m2.K, 300.49 W/m2.K, 300.52 W/m2.K, 300.75 W/m2.K, dan 300.93 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.64 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm menunjukkan adanya peningkatan yang kurang signifikan, akan tetapi dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

53 Pada variasi kecepatan udara 1.5 m/s nilai koefisien perpindahan panas konveksi berturut-turut adalah 385.11 W/m2.K, 449.82 W/m2.K, 449.59 W/m2.K, 449.86 W/m2.K, 450.87 W/m2.K dan 450.81 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.80 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator. Pada variasi kecepatan udara 2.0 m/s nilai koefisien perpindahan panas konveksi berturut-turut adalah 512.78 W/m2.K, 599.92 W/m2.K, 598.87 W/m2.K, 599.07 W/m2.K, 600.98 W/m2.K dan 600.69 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.99 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator. Pada variasi kecepatan udara 2.5 m/s nilai koefisien perpindahan panas konveksi berturut-turut adalah 640.53 W/m2.K, 749.50 W/m2.K, 747.42 W/m2.K, 748.75 W/m2.K, 751.08 W/m2.K dan 750.90 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.01 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

54 Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terjadi cukup besar pada variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.64 – 17.01 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator terlihat adanya kecenderungan peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi, akan tetapi peningkatan yang terjadi tidak cukup besar. Hal tersebut terjadi karena turbulator yang berfungsi sebagai alat pengganggu aliran udara, dimana aliran laminar dipaksa berubah menjadi turbulent akan lebih efektif pada ketebalan yang minimum. Pada variasi ketebalan turbulator 0.5 mm, reattachment yang terjadi lebih efektif dan memungkinkan turbulensi wake yang terjadi kontak dengan permukaan silinder pada daerah adverse pressure gradient. Hasil penelitian ini identik dengan penelitian yang dilakukan Yongsiri Kittisak dkk, (2006) tentang pengaruh dari pembangkitan aliran turbulent terhadap peningkatan perpindahan panas. Dinyatakan bahwa dengan pembangkitan aliran turbulent atau aliran yang berputar akan dapat memperpanjang waktu kontak udara dalam seksi uji dan dapat meningkatkan laju perpindahan panasnya.

4.3.2. Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi. Grafik Koefisien Perpindahan Panas Konveksi vs Re max 1400 3.3 mm (koefisien pemisah) 2.6 mm (koefisien pemisah)

1200

1.9 mm (koefisien pemisah) 1.2 mm (koefisien pemisah)

1000

0.5 mm (koefisien pemisah) tanpa (koefisien pemisah) 3.3 mm (mengukur temp dinding)

800 hc (W/m2.K)

2.6 mm (mengukur temp dinding) 1.9 mm (mengukur temp dinding)

600

1.2 mm (mengukur temp dinding) 0.5 mm (mengukur temp dinding) tanpa (mengukur temp dinding)

400

200

0 0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

Re max

Gambar 4.2. Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs angka Reynolds

50000

55 Gambar 4.2. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi kecepatan udara terhadap koefisien perpindahan panas konveksi untuk 5 variasi ketebalan turbulator dan variasi tanpa turbulator. Pada variasi tanpa turbulator nilai koefisien perpindahan panas konveksi dari variasi kecepatan udara 1.0 m/s sampai dengan 2.5 m/s berturut-turut adalah 257.08 W/m2.K, 385.11 W/m2.K, 512.78 W/m2.K dan 640.53 W/m2.K. Terlihat bahwa koefisien perpindahan panas konveksi akan meningkat seiring dengan meningkatnya variasi kecepatan udara. Hal yang sama juga terlihat pada variasi ketebalan turbulator dari ketebalan 0.5 mm sampai dengan ketebalan 3.3 mm. Dimana nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 0.5 mm adalah 299.86 W/m2.K, 449.82 W/m2.K, 599.92 W/m2.K dan 749.50 W/m2.K.. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 1.2 mm adalah 300.49 W/m2.K, 449.59 W/m2.K, 598.87 W/m2.K dan 747.42 W/m2.K. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 1.9 mm adalah 300.52 W/m2.K, 449.86 W/m2.K, 599.07 W/m2.K dan 748.75 W/m2.K. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 2.6 mm adalah 300.75 W/m2.K, 450.87 W/m2.K, 600.98 W/m2.K dan 751.08 W/m2.K. Dan nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 3.3 mm adalah 300.93 W/m2.K, 450.81 W/m2.K, 600.69 W/m2.K dan 750.90 W/m2.K. Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa koefisien perpindahan panas konveksi akan semakin meningkat dengan bertambahnya variasi kecepatan udara, hal tersebut terjadi karena adanya turbulensi aliran yang semakin besar pada daerah adverse pressure gradient sehingga akan meningkatkan koefisien perpindahan panasnya. Hasil penelitian tersebut juga identik dengan penelitian yang dilakukan oleh Pethkool Somsak dkk, (2006) tentang pengaruh penambahan “Louvered” turbulator terhadap perpindahan panas, dimana dinyatakan bahwa trend line peningkatan heat transfer coefficient adalah linear terhadap variasi bilangan Reynolds.

56 4.3.3. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Angka Nusselt. Grafik angka Nusselt vs Variasi Ketebalan turbulator 1200

Kec 2.5 m/s (pengukuran temp.dinding) Kec 2.0 m/s (pengukuran temp.dinding) Kec 1.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

1000

Kec 1.0 m/s (pengukuran temp.dinding) Kec 2.5 m/s (Nu empirik) 800

Kec 2.0 m/s (Nu empirik)

Nu

Kec 1.5 m/s (Nu empirik) Kec 1.0 m/s (Nu empirik)

600

Linear (Kec 2.5 m/s (Nu empirik)) Linear (Kec 2.0 m/s (Nu empirik)) Linear (Kec 1.5 m/s (Nu empirik))

400

Linear (Kec 1.0 m/s (Nu empirik)) 200

0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Ketebalan turbulator

Gambar 4.3. Grafik angka Nusselt empirik vs variasi ketebalan turbulator Gambar 4.3. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi ketebalan turbulator terhadap angka Nusselt empirik dalam 4 variasi kecepatan udara. Pada variasi kecepatan udara 1 m/s besarnya angka Nusselt empirik dari variasi tanpa turbulator sampai dengan variasi ketebalan turbulator 3,3 mm berturut –turut adalah 207.28, 242.05, 242.60, 242.71, 242.54, dan 243.33. Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.78 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator 2.6 mm terlihat adanya sedikit penurunan, akan tetepi secara keseluruhan dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator. Pada variasi kecepatan udara 1.5 m/s besarnya angka Nusselt empirik berturut –turut adalah 310.88, 363.58, 363.14, 363.51, 364.61, dan 364.41. Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.95 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat adanya sedikit penurunan pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

57 Pada variasi kecepatan udara 2.0 m/s besarnya angka Nusselt empirik berturut –turut adalah 414.31, 484.83, 483.90, 485.01, 486.17, dan 486.57. Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.02 %. Sedangkan pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm terlihat adanya sedikit penurunan angka Nusselt, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator. Pada variasi kecepatan udara 2.5 m/s besarnya angka Nusselt empirik berturut –turut adalah 517.92, 606.01, 604.40, 604.49, 607.79, dan 607.66. Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.01 %. Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat adanya sedikit penurunan angka Nusselt pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator. Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa grafik angka Nusselt empirik identik sama dengan grafik koefisien perpindahan panas konveksi, hal tersebut disebabkan oleh besarnya angka Nusselt empirik yang tidak jauh berbeda dengan besarnya angka Nusselt rata-rata dimana besarnya angka nusselt rata-rata dan koefisien perpindahan panas konveksi tergantung pada nilai konduktivitas termal udara yang tidak jauh berbeda dari tiap-tiap sudut pengukuran maupun adanya perubahan variasi ketebalan turbulator. Sehingga analisa hasil penelitian angka Nusselt empirik adalah sama dengan analisa hasil pada grafik koefisien perpindahan panas konveksi.

58 4.3.4. Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Angka Nusselt. Grafik Nusselt number vs Re max 1200 3.3 mm (mengukur temp.dinding) 2.6 mm (mengukur temp.dinding) 1.9 mm (mengukur temp.dinding)

1000

1.2 mm (mengukur temp.dinding) 0.5 mm (mengukur temp.dinding) tanpa (mengukur temp.dinding) Nu=0.02.Re^0.996.Pr^0.8205

800

Nu=0.018.Re^0.995.Pr^0.6053

Nu

Nu=0.016.Re^0.995.Pr^0.1574 Nu=0.021.Re^0.993.Pr^0.8665

600

Nu=0.02.Re^0.998.Pr^0.9825 Nu=0.016.Re^0.993.Pr^0.627 400

200

0 0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

Re max

Gambar 4.4. Grafik angka Nusselt empirik vs angka Reynolds

Gambar 4.4. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi kecepatan udara terhadap angka Nusselt empirik untuk 5 variasi ketebalan turbulator dan variasi tanpa turbulator. Pada variasi tanpa turbulator besarnya angka Nusselt empirik dari variasi kecepatan udara 1.0 m/s sampai dengan 2.5 m/s berturut-turut adalah 207.28, 310.88, 414.31 dan 517.92. Terlihat bahwa angka Nusselt akan meningkat seiring dengan meningkatnya variasi kecepatan udara. Hal yang sama juga terlihat pada variasi ketebalan turbulator dari ketebalan 0.5 mm sampai dengan ketebalan 3.3 mm. Dimana besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator 0.5 mm adalah 242.05, 363.58, 484.83 dan 606.01. Besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator 1.2 mm adalah 242.60, 363.14, 483.90 dan 604.40. Besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator 1.9 mm adalah 242.71, 363.51, 485.01 dan 604.49. Besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator 2.6 mm adalah 242.54, 364.61, 486.17 dan 607.79. Dan besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator 3.3 mm adalah 243.33, 364.41, 486.57 dan 607.66. Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa angka Nusselt akan semakin meningkat dengan bertambahnya variasi kecepatan udara, dan terlihat trend yang sama pada grafik koefisien perpindahan panas konveksi.

59 4.3.5. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Dan Variasi Kecepatan Udara Terhadap Penurunan Tekanan (Pressure drop) Grafik Penurunan Tekanan (Pressure drop ) vs Re max 70

60

3.3 mm 2.6 mm 1.9 mm

50

Pressure drop ( Pa)

1.2 mm 0.5 mm 40

tanpa

30

20

10

0 0

5000

10000

15000

20000

25000 Re max

30000

35000

40000

45000

50000

Gambar 4.5. Grafik Pressure drop vs angka Reynolds Gambar 4.5. menunjukkan grafik hubungan antara penurunan tekanan (pressure drop) terhadap angka Reynolds, terlihat bahwa semakin meningkatnya variasi kecepatan udara akan memberikan penurunan tekanan (pressure drop) yang semakin tinggi pula. Dapat terlihat juga grafik hubungan antara variasi ketebalan turbulator terhadap penurunan tekanan (pressure drop), terlihat bahwa semakin tebal ukuran turbulator yang digunakan maka akan memberikan penurunan tekanan (pressure drop) yang semakin tinggi pula. Pada variasi kecepatan udara berturut-turut 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s dan 2.5 m/s untuk variasi tanpa turbulator besarnya penurunan tekanan adalah 3.89 Pa, 8.11 Pa, 16.23 Pa dan 27.59 Pa. Sedang pada variasi ketebalan turbulator 0.5

mm besar penurunan tekanan adalah 4.87 Pa, 9.74 Pa, 19.47 Pa dan 30.83 Pa. Pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm besar penurunan tekanan adalah 6.49 Pa, 12.98 Pa, 25.96 Pa dan 40.57 Pa. Pada variasi ketebalan turbulator 1.9 mm

besar penurunan tekanan adalah 8.11 Pa, 14.61 Pa, 29.21 Pa dan 45.44 Pa. Pada variasi ketebalan turbulator 2.6 mm besar penurunan tekanan adalah 9.74 Pa, 17.85 Pa, 35.70 Pa dan 53.55 Pa. Dan pada variasi ketebalan turbulator 3.3 mm besar penurunan tekanan adalah 11.36 Pa, 22.72 Pa, 42.19 Pa dan 63.29 Pa.

60 Dari hasil penelitian tersebut diatas terlihat bahwa dengan semakin bertambahnya variasi kecepatan udara maka penurunan tekanan (pressure drop) juga akan semakin meningkat, hal tersebut terjadi karena adanya turbulensi aliran yang semakin besar pada daearah adverse pressure gradient sehingga akan meningkatkan penurunan tekanan (pressure drop). Hasil penelitian tersebut juga identik dengan penelitian yang dilakukan oleh Pethkool Somsak dkk, (2006) tentang pengaruh penambahan “Louvered” turbulator terhadap perpindahan panas dan penurunan tekanan, dimana dinyatakan bahwa trend line meningkatnya penurunan tekanan (pressure drop) adalah non linear terhadap peningkatan bilangan Reynolds. Dari hasil tersebut diatas juga dapat terlihat bahwa semakin tebal ukuran turbulator yang digunakan maka akan memberikan penurunan tekanan (pressure drop) yang semakin tinggi pula. Hal tersebut terjadi karena semakin besar pula perbedaan tekanan antara daerah favorable pressure gradient dengan daerah adverse pressure gradient sehingga akan mengakibatkan peningkatan penurunan tekanan (pressure drop). Dari hasil penelitian tersebut mengindikasikan bahwa hasil penelitian identik sama dengan penelitian yang dilakukan oleh Hussein M Fahmy dkk, (1989) tentang pengaruh perluasan area permukaan (surface extended) terhadap perpindahan panas dan penurunan tekanan, dimana dinyatakan bahwa dengan perluasan area permukaan (surface extended) akan dapat meningkatkan penurunan tekanan (pressure drop).

V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan Dari perbandingan hasil yang diperoleh pada tiap-tiap variasi ketebalan turbulator dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : 1.

Peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terbaik dengan adanya variasi ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk semua variasi kecepatan udara yaitu sebesar 299,86 W/m2.K, 449,82 W/m2.K, 599,92 W/m2.K dan 749,50 W/m2.K. Dengan prosentase peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terhadap variasi tanpa turbulator adalah sebesar 16,64 %, 16,80 %, 16,99 % dan 17,01 %.

2.

Peningkatan angka Nusselt empirik terbaik dengan adanya variasi ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk semua variasi kecepatan udara, dengan perumusan empirik yang diperoleh adalah

Nu = 0.02 Re 0.998 Pr 0.9825 dan angka Nusselt empirik sebesar 242,05, 363,58, 484,83 dan 606,01. Dengan prosentase peningkatan angka Nusselt terhadap variasi tanpa turbulator adalah sebesar 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % dan 17,01 %. 3.

Penurunan tekanan (pressure drop) terkecil dengan adanya variasi ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk semua variasi kecepatan udara yaitu sebesar 4,87 Pa, 9,74 Pa, 19,47 Pa dan 30,83 Pa. Dengan prosentase peningkatan penurunan tekanan terhadap variasi tanpa turbulator adalah sebesar 25 %, 20 %, 20 % dan 11,8 %.

5.2. Saran Dari pengujian yang telah dilaksanakan, penulis dapat memberikan beberapa saran untuk lebih mengembangkan penelitian diantaranya adalah : 1. Mengganti material turbulator dengan bahan yang konduktif. 2. Memvariasikan letak turbulator pada daerah sebelum separasi lapis batas laminar dengan variasi sudut pada kelipatan 5 o. 3. Memvariasikan ketebalan turbulator pada kelipatan 1 mm dan mengurangi lebar pemasangan turbulator.

2

Daftar Pustaka Anggoro Wisnu, 2008, pengaruh letak Turbulator terhadap perpindahan panas aliran silang di dalam susunan silinder staggered, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Cesini, G., Ricci, R., Montelpare, S., Silvi, E., 2001, A Thermographic Method To Evaluate Laminar Bubble Phenomena On Airfoil Operating At Low Reynolds Number, Universita di Ancona, Dipartimento di Energetica, Italy. Holman, J. P., 1994, Heat Transfer, 6th edition, McGraw-Hill, Ltd Holman, J. P., and Lloyd, J.R. 1994, Experimental Methods for Engineers. New York: McGraw-Hill, Co Hussein M Fahmy dkk, 1989, Experimental Investigation of the Effect of Extended Surface on the Performance of Tube Banks in Cross Flow, Mechanical Engineering Department, College of Engineering, King Saud University, P.O. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996, Introduction to Heat Transfer, John Wiley and Sons Inc., USA Kreith, F., 1997, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta. Lu, G., Wang, J., 2007, Experimental Investigation on Heat Transfer Characteristic of Water Flow in a Narrow Annulus, School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaotong University, 1954 Hua Shan Road, 200030 Shanghai, PR China Munson B. R., Young D. F., and Okiishi T. H., 2002, Fundamentals of Fluid Mechanics, 4th edition, John Wiley and Sons, Inc., USA Pethkool Somsak dkk, 2006, Effect of Louvered Strip on Heat Transfer in a Concentric Pipe Heat Exchanger, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, 10520, Thailand Yongsiri Kittisak dkk, 2006, Effect of Turbulent Decaying Swirl Flow on Heat Transfer Enhancement in a Tube, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, 10520, Thailand

3

Lampiran 6 : Data-data Hasil Percobaan (Terkalibrasi dengan termometer air raksa normal) Variasi ketebalan turbulator : tanpa

Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.62 cm Debit fluida panas : 350 L/jam No

Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.49 60.49 60.49 60.49

59.57 59.57 59.57 59.57

27.79 27.69 27.69 27.72

32.38 32.29 32.29 32.32

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.90 56.80 56.69 56.80

56.32 56.42 56.32 56.36

56.52 56.52 56.42 56.49

56.70 56.61 56.61 56.64

55.50 55.50 55.50 55.50

56.56 56.56 56.46 56.53


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.39 60.39 60.39 60.39

59.37 59.27 59.27 59.31

27.31 27.31 27.40 27.34

31.23 31.42 31.42 31.36

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.39 56.49 56.49 56.46

55.72 55.72 55.82 55.76

55.92 56.02 56.12 56.02

56.41 56.51 56.61 56.51

55.40 55.50 55.60 55.50

56.06 56.06 56.16 56.09


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.29 60.19 60.19 60.22

58.47 58.47 58.47 58.47

27.31 27.21 27.31 27.28

30.75 30.75 30.75 30.75

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.29 56.29 56.29 56.29

55.52 55.52 55.62 55.56

55.82 55.82 55.92 55.85

56.21 56.21 56.31 56.24

55.10 55.10 55.20 55.14

55.86 55.86 55.96 55.89

4


Th,in

1 60.39 2 60.39 3 60.39 rata" 60.39 Lampiran 6 :

Th,out

Tc,in

58.57 27.02 58.57 27.02 58.57 27.12 58.57 27.05 (Lanjutan)

Tc,out

30.17 30.17 30.27 30.21

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.09 56.09 56.19 56.13

55.32 55.32 55.52 55.39

55.62 55.62 55.72 55.65

55.91 56.01 56.11 56.01

54.80 54.90 55.00 54.90

55.66 55.66 55.86 55.73

Variasi ketebalan turbulator : 0.5 mm


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.69 60.59 60.69 60.66

58.77 58.77 58.77 58.77

27.98 28.08 27.98 28.01

32.19 32.29 32.29 32.26

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.29 56.29 56.29 56.29

56.02 56.12 56.02 56.06

56.22 56.22 56.32 56.25

56.31 56.21 56.21 56.24

56.41 56.51 56.51 56.47

56.46 56.36 56.56 56.46


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.59 60.59 60.59 60.59

58.67 58.67 58.57 58.64

27.50 27.40 27.50 27.47

31.52 31.71 31.71 31.65

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.29 56.19 56.29 56.26

55.52 55.62 55.72 55.62

56.12 56.12 56.12 56.12

56.11 56.11 56.31 56.17

56.31 56.21 56.31 56.27

56.26 56.26 56.36 56.29

5


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.29 60.29 60.29 60.29

58.37 58.37 58.37 58.37

27.40 27.50 27.50 27.47

31.52 31.61 31.52 31.55

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.09 56.09 56.09 56.09

55.52 55.62 55.62 55.59

55.92 55.92 55.92 55.92

55.81 55.71 55.71 55.74

55.70 55.70 55.81 55.74

56.46 56.56 56.46 56.49


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.19 60.19 60.19 60.19

58.07 58.17 58.17 58.14

27.69 27.60 27.69 27.66

31.42 31.42 31.42 31.42

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.99 55.99 55.99 55.99

55.22 55.22 55.22 55.22

55.82 55.82 55.82 55.82

55.61 55.61 55.61 55.61

55.60 55.60 55.60 55.60

56.26 56.26 56.26 56.26

Lampiran 6 : (Lanjutan) Variasi ketebalan turbulator : 1.2 mm


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.69 60.69 60.69 60.69

58.67 58.57 58.57 58.61

27.79 27.88 27.88 27.85

32.48 32.67 32.67 32.61

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.69 56.59 56.70 56.66

56.22 56.22 56.22 56.22

56.22 56.22 56.52 56.32

56.51 56.51 56.51 56.51

55.30 55.40 55.40 55.37

56.26 56.36 56.36 56.33

6


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.79 60.69 60.79 60.76

59.27 59.27 59.27 59.27

27.69 27.50 27.69 27.63

32.00 31.81 31.90 31.90

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.69 56.69 56.69 56.69

56.12 56.12 56.22 56.16

56.52 56.52 56.52 56.52

56.70 56.70 56.80 56.74

55.81 55.70 55.81 55.77

56.56 56.56 56.56 56.56


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.19 60.29 60.29 60.25

58.57 58.87 58.57 58.67

27.88 27.79 27.88 27.85

31.52 31.42 31.52 31.49

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.59 56.59 56.59 56.59

55.92 55.92 55.92 55.92

55.92 55.92 55.92 55.92

56.21 56.21 56.21 56.21

55.30 55.40 55.20 55.30

56.06 56.06 55.96 56.03


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.69 60.69 60.59 60.66

58.77 58.77 58.77 58.77

27.69 27.60 27.69 27.66

30.94 31.13 30.85 30.97

Lampiran 6 : (Lanjutan)

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.59 56.49 56.59 56.56

55.92 55.82 55.82 55.86

55.92 55.92 55.82 55.88

56.41 56.41 56.31 56.37

55.30 55.40 55.10 55.27

56.46 56.36 56.46 56.43

7

Variasi ketebalan turbulator : 1.9 mm


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.59 60.59 60.49 60.56

59.27 59.17 59.17 59.21

27.02 26.92 27.02 26.99

31.90 31.81 31.90 31.87

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.69 56.70 56.69 56.70

56.32 56.32 56.22 56.29

56.22 56.22 56.12 56.19

56.41 56.41 56.41 56.41

55.50 55.50 55.50 55.50

56.26 56.26 56.26 56.26


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.59 60.49 60.49 60.52

59.07 59.27 58.97 59.11

27.50 27.60 27.40 27.50

31.61 31.52 31.52 31.55

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.49 56.49 56.59 56.53

55.82 55.92 55.82 55.86

55.82 55.92 55.92 55.88

56.21 56.21 56.31 56.24

55.40 55.40 55.40 55.40

56.16 56.16 56.06 56.13


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.49 60.49 60.49 60.49

59.27 59.17 59.27 59.24

26.92 27.02 26.92 26.96

30.75 30.85 30.65 30.75

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.59 56.69 56.69 56.66

55.72 55.72 55.82 55.76

56.02 56.02 56.12 56.05

56.21 56.31 56.21 56.24

55.00 55.20 55.30 55.17

55.96 56.16 56.06 56.06

8


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.49 60.49 60.59 60.52

59.17 59.17 59.17 59.17

27.50 27.40 27.40 27.44

31.23 31.23 31.33 31.26

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.59 56.59 56.59 56.59

55.52 55.52 55.52 55.52

56.12 56.02 56.02 56.05

55.61 55.61 55.61 55.61

55.10 55.00 55.20 55.10

56.16 56.06 56.06 56.09



Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.69 60.69 60.69 60.69

59.17 59.27 59.17 59.21

28.27 28.36 28.36 28.33

33.15 33.34 33.25 33.25

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.39 56.39 56.39 56.39

56.12 56.22 56.22 56.19

56.22 56.32 56.32 56.29

56.41 56.51 56.51 56.47

55.70 55.81 55.81 55.77

56.16 56.36 56.36 56.29


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.39 60.39 60.29 60.35

59.47 59.47 59.37 59.44

27.50 27.50 27.60 27.53

31.81 32.00 32.00 31.94

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.79 55.89 55.99 55.89

55.42 55.62 55.72 55.59

55.52 55.52 55.62 55.55

56.11 56.21 56.31 56.21

54.60 54.70 54.80 54.70

56.06 56.26 56.36 56.23

9


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.19 60.19 60.19 60.19

59.07 59.07 59.07 59.07

27.50 27.40 27.40 27.44

31.42 31.61 31.52 31.52

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.79 55.89 55.89 55.86

55.32 55.42 55.52 55.42

55.32 55.32 55.42 55.35

55.91 55.91 55.91 55.91

53.90 53.90 54.00 53.93

55.76 55.96 56.06 55.93


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.59 60.59 60.59 60.59

59.27 59.17 59.17 59.21

27.98 27.98 27.98 27.98

31.42 31.33 31.33 31.36

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.49 55.49 55.69 55.56

55.13 55.13 55.22 55.16

54.92 54.92 55.02 54.95

55.41 55.41 55.61 55.47

54.00 54.20 54.30 54.17

55.56 55.66 55.76 55.66



Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.59 60.59 60.59 60.59

59.97 59.97 60.07 60.00

26.64 26.73 27.02 26.80

31.71 31.81 32.10 31.87

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

56.19 56.19 56.29 56.23

56.12 56.22 56.42 56.26

55.42 55.52 55.72 55.55

56.41 56.51 56.61 56.51

55.10 55.20 55.20 55.17

56.16 56.36 56.56 56.36

10


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.39 60.39 60.39 60.39

59.77 59.77 59.77 59.77

27.40 27.31 27.40 27.37

31.71 31.81 31.90 31.81

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.99 56.09 56.09 56.06

55.82 56.09 56.09 56.00

55.02 55.12 55.12 55.08

56.21 56.21 56.21 56.21

54.90 55.00 55.00 54.97

56.06 56.16 56.26 56.16


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.49 60.49 60.49 60.49

59.67 59.77 59.67 59.71

27.21 27.31 27.40 27.31

31.04 31.13 31.23 31.13

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.69 55.79 55.79 55.76

55.72 55.82 55.82 55.79

54.72 54.82 54.82 54.78

55.81 55.91 55.91 55.87

53.60 53.80 53.70 53.70

55.56 55.76 55.66 55.66


Th,in

Th,out

Tc,in

Tc,out

1 2 3 rata"

60.19 60.19 60.19 60.19

59.27 59.07 59.17 59.17

27.98 27.98 27.98 27.98

31.42 31.33 31.33 31.36

T90 deg

Tstagnasi

T - 90 deg

Tw 1

Tw 2

Tw 3

Tw 4

Tw 5

Tw 6

55.09 54.99 54.99 55.02

55.72 55.52 55.42 55.56

54.61 54.51 54.41 54.51

55.61 55.51 55.41 55.51

53.10 52.79 52.79 52.89

55.36 55.36 55.16 55.30

11

Lampiran 7 : Data-data Properties dan Hasil Perhitungan Variasi ketebalan turbulator : tanpa Kec.

Data- data Propertie Udara - Dinding luar pipa

Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1513

1.00712

316.30

316.29

316.02

316.20

0.02751

0.02751

0.02749

0.02750

0.70473

1.5

1.1536

1.00709

315.73

315.81

315.57

315.70

0.02746

0.02747

0.02745

0.02746

0.70480

2.0

1.1547

1.00708

315.47

315.53

315.26

315.42

0.02744

0.02745

0.02743

0.02744

0.70484

2.5

1.1560

1.00707

315.19

315.23

314.97

315.13

0.02742

0.02743

0.02741

0.02742

0.70488

q

o 90

q

q

o 0

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0518

14484.8

1.5

0.0779

21723.6

2.0

0.1039

2.5

0.1300

q

o 0

q

o - 90

rata-rata

Data- data Hasil Perhit Mengukur Temp. Dinding

Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17123.8

256.92

256.93

257.40

257.08

207.36

207.37

207.90

207.54

25758.8

385.05

384.85

385.44

385.11

311.24

311.02

311.70

311.32

28935.5

34401.0

512.61

512.41

513.32

512.78

414.65

414.42

415.45

414.84

36166.9

43073.1

640.26

640.11

641.21

640.53

518.29

518.12

519.37

518.59

Variasi ketebalan turbulator : 0.5 mm Kec.


Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1510

1.00713

316.15

316.19

316.30

316.21

0.02750

0.02750

0.02751

0.02750

0.70473

1.5

1.1529

1.00710

315.75

315.85

315.92

315.84

0.02747

0.02747

0.02748

0.02747

0.70478

2.0

1.1530

1.00710

315.68

315.67

315.81

315.72

0.02746

0.02746

0.02747

0.02746

0.70480

2.5

1.1529

1.00710

315.58

315.63

315.74

315.65

0.02745

0.02746

0.02746

0.02746

0.70481

q

o 90

q

o 0

q

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0518

14461.8

1.5

0.0778

2.0

0.1038

2.5

0.1297

q

o 0

q

o - 90

rata-rata


Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17122.1

299.98

299.91

299.69

299.86

242.21

242.13

241.88

242.07

21723.3

25738.6

450.09

449.78

449.58

449.82

363.80

363.46

363.22

363.49

28958.3

34342.1

600.10

600.12

599.55

599.92

485.15

485.18

484.53

484.95

36152.7

42945.7

749.85

749.59

749.04

749.50

606.38

606.09

605.46

605.98


12

Kec.


Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1507

1.00713

316.34

316.32

316.04

316.23

0.02751

0.02751

0.02749

0.02750

0.70473

1.5

1.1522

1.00711

316.10

316.20

315.97

316.09

0.02749

0.02750

0.02748

0.02749

0.70475

2.0

1.1525

1.00711

315.96

315.87

315.67

315.83

0.02748

0.02747

0.02746

0.02747

0.70478

2.5

1.1537

1.00709

315.76

315.72

315.58

315.69

0.02747

0.02746

0.02745

0.02746

0.70480

q

o 90

q

q

o 0

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0518

14484.5

1.5

0.0778

2.0

0.1037

2.5

0.1298

q

o 0

q

o - 90

rata-rata


Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17120.4

300.28

300.31

300.88

300.49

242.33

242.36

243.01

242.57

21717.9

25702.2

449.57

449.26

449.96

449.59

363.04

362.69

363.48

363.07

28898.3

34319.6

598.34

598.74

599.53

598.87

483.35

483.80

484.70

483.95

36117.2

42934.7

747.06

747.26

747.96

747.42

603.82

604.04

604.84

604.23



Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1533

1.00710

315.96

315.86

315.66

315.82

0.02748

0.02747

0.02746

0.02747

0.70478

1.5

1.1530

1.00710

315.86

315.79

315.65

315.77

0.02747

0.02747

0.02746

0.02747

0.70479

2.0

1.1552

1.00707

315.53

315.50

315.23

315.42

0.02745

0.02745

0.02743

0.02744

0.70484

2.5

1.1525

1.00711

315.86

315.75

315.63

315.75

0.02747

0.02747

0.02746

0.02747

0.70480

q

o 90

q

o 0

q

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0519

14524.3

1.5

0.0778

2.0 2.5

q

o 0

q

o - 90

rata-rata


Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17160.7

300.25

300.45

300.86

300.52

242.55

242.78

243.25

242.86

21715.2

25749.5

449.58

449.77

450.22

449.86

363.28

363.50

364.01

363.60

0.1040

28982.2

34400.9

598.64

598.76

599.82

599.07

484.15

484.30

485.50

484.65

0.1297

36106.1

42920.0

748.18

748.75

749.33

748.75

604.55

605.21

605.86

605.21

Lampiran 7 : (Lanjutan

13



Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1488

1.00715

316.54

316.58

316.41

316.46

0.02752

0.02753

0.02751

0.02752

0.70470

1.5

1.1523

1.00711

315.74

315.81

315.60

315.71

0.02746

0.02747

0.02745

0.02746

0.70480

2.0

1.1532

1.00710

315.56

315.55

315.20

315.44

0.02745

0.02745

0.02743

0.02744

0.70484

2.5

1.1536

1.00709

315.35

315.28

315.13

315.21

0.02744

0.02743

0.02742

0.02743

0.70487

q

o 90

q

q

o 0

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0517

14469.7

1.5

0.0778

2.0

0.1038

2.5

0.1298

q

o 0

q

o - 90

rata-rata


Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17097.8

300.69

300.60

300.95

300.75

242.53

242.43

242.82

242.59

21729.9

25757.2

450.79

450.59

451.21

450.87

364.38

364.15

364.86

364.46

28960.9

34397.5

600.49

600.52

601.92

600.98

485.62

485.65

487.24

486.17

36180.9

43052.6

750.58

750.95

751.70

751.08

607.33

607.75

608.60

607.90



Udara Cp

r 3

o

o

Tf ( K) o

Kf (W/m K) ratarata

Pr

(m/s)

(Kg/m )

(kJ/kg K)

1.0

1.1536

1.00709

315.79

315.68

315.55

315.67

0.02747

0.02746

0.02745

0.02746

0.70481

1.5

1.1528

1.00710

315.81

315.62

315.58

315.67

0.02747

0.02746

0.02745

0.02746

0.70481

2.0

1.1541

1.00709

315.49

315.27

314.94

315.23

0.02745

0.02743

0.02741

0.02743

0.70487

2.5

1.1525

1.00711

315.48

315.34

314.88

315.23

0.02745

0.02744

0.02740

0.02743

0.70487

q

o 90

q

o 0

q

o - 90

m

Q udara

(m/s)

(Kg/s)

(Watt)

1.0

0.0519

14538.3

1.5

0.0778

2.0 2.5

q

o 0

q

o - 90

rata-rata


Udara Kec.

q

o 90

o

Re max

ho (W/m2 K)

Nuo

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

q 90o

q 0o

q - 90o

rata-rata

17175.8

300.70

300.91

301.18

300.93

243.02

243.27

243.57

243.29

21741.4

25764.0

450.38

450.96

451.08

450.81

363.98

364.64

364.77

364.46

0.1039

28959.9

34438.3

599.66

600.55

601.86

600.69

485.03

486.05

487.53

486.21

0.1297

36089.4

43047.6

749.66

750.36

752.67

750.90

606.38

607.18

609.80

607.78

14

Lampiran 17 : Perbandingan Perhitungan Qair - Qudara Hasil Perhitungan Q Air

panas

- Q Udara

Kec. 1.0 m/s Variasi Turbulator

Tanpa 0.5 mm 1.2 mm 1.9 mm 2.6 mm 3.3 mm

Q air panas 109590.52 109989.42 110071.93 109769.81 109820.97 109444.47

Q udara 14484.76 14461.78 14484.52 14524.26 14469.72 14538.26

Q lost 95105.76 95527.65 95587.41 95245.55 95351.25 94906.20

% Q lost 86.78 86.85 86.84 86.77 86.82 86.72

Q air panas 109665.90 110019.62 109818.49 109798.85 109595.49 109467.92

Q udara 21723.58 21723.27 21717.93 21715.21 21729.94 21741.36

Q lost 87942.32 88296.35 88100.56 88083.63 87865.55 87726.57

% Q lost 80.19 80.26 80.22 80.22 80.17 80.14

Q air panas 109956.59 110016.06 109818.49 109730.29 109684.88 109533.96

Q udara 28935.51 28958.28 28898.29 28982.18 28960.92 28959.90

Q lost 81021.08 81057.78 80920.20 80748.11 80723.96 80574.06

% Q lost 73.68 73.68 73.69 73.59 73.60 73.56

Q air panas 109880.95 109799.27 109978.33 109927.18 109952.75 109799.27

Q udara 36166.94 36152.75 36117.23 36106.14 36180.87 36089.43

Q lost 73714.02 73646.52 73861.11 73821.03 73771.89 73709.84

% Q lost 67.09 67.07 67.16 67.15 67.09 67.13

Kec. 1.5 m/s Variasi Turbulator

Tanpa 0.5 mm 1.2 mm 1.9 mm 2.6 mm 3.3 mm Kec. 2.0 m/s Variasi Turbulator

Tanpa 0.5 mm 1.2 mm 1.9 mm 2.6 mm 3.3 mm Kec. 2.5 m/s Variasi Turbulator

Tanpa 0.5 mm 1.2 mm 1.9 mm 2.6 mm 3.3 mm

Dari tabel tersebut diatas terlihat bahwa hasil perhitungan perbandingan Qudara dan Qair terdapat selisih yang cukup besar, hal tersebut berarti Qlost yang terjadi dalam sistem tersebut cukup besar. Hal ini terjadi karena dalam penelitian tersebut terdapat variable variasi ketebalan turbulator ( yang menjadi objek penelitian ) sehingga alat uji sulit dikondisikan terisolasi secara permanen dan sempurna karena dalam setiap variasi ketebalan turbulator alat tersebut harus dibongkar secara keseluruhan untuk melakukan variasi, hal lain yang menyebabkan tingginya Qlost adalah konstruksi

15

alat uji pada sambungan-sambungan elbow yang sengaja dibuat agak memanjang sehingga diharapkan mempermudah dalam setiap pembongkaran.

Sehingga analisa dalam penelitian didasarkan pada Qudara terhadap Qkonveksi dinding luar pipa – udara sedangkan perhitungan berdasarkan perpindahan panas menyeluruh yang dilakukan bersifat untuk membandingkan trend line yang ada.

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2009

Recommend Documents