Feedback

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

Thông tin tài liệu

ANALISIS DAN SIMULASI KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TABUNG SEPUSAT ALIRAN SEJAJAR DENGAN VARIASI KAPASITAS ALIRAN. SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh : HADY GUNAWAN (110401035) DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara ii Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui seberapa besar penurunan prestasi dari alat penukar kalor tersebut . Metode yang digunakan dalam penelitian yaitu dengan percobaan dan melakukan analisis baik secara perhitungan teori maupun hasil simulasi. Metode perhitungan secara teori dilakukan dengan menggunakan metode NTU dan perhitungan simulasi dilakukan dengan menggunakan Ansys Fluent. Pada hasil perhitungan didapatkan perbedaan yang cukup terlihat yaitu keefektifan hasil percobaan nilainya berbeda jauh dengan keefektifan yang diperoleh dari perhitungan teori dan hasil simulasi. Diperloleh hasil keefektifan alat penukar kalor maksimum dari eksperimen sebesar 21,67 % pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 300 L/jam dengan suhu 55ºC dan aliran fluida dingin 240 L/jam dengan suhu 32ºC. Diperloleh hasil keefektifan alat penukar kalor maksimum dari perhitungan secara teori sebesar 7,2% pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 360 L/jam dengan suhu 50ºC dan aliran fluida dingin 360 L/jam dengan suhu 37ºC. Diperloleh hasil keefektifan alat penukar kalor maksimum secara simulasi sebesar 9.5% pada keadaan kapasitas aliran fluida panas 360 L/jam dengan suhu 50ºC dan aliran fluida dingin 240 L/jam dengan suhu 36ºC Kata kunci : penurunan prestasi , alat penukar kalor tabung sepusat, keefektifan, metode NTU, Ansys Fluent, persen ralat. i Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Segala puji, syukur, dan hormat penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan penyertaanNya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat kelulusan tingkat Strata Satu di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini berjudul “Analisis dan simulasi keefektifan alat penukar kalor tabung sepusat dengan variasi kapasitas aliran fluida panas, kapasitas aliran fluida dingin, dan suhu masukan fluida panas dengan aliran sejajar”. Dalam penulisan skripsi ini, banyak tantangan dan hambatan yang penulis hadapi, baik secara teknis maupun non teknis. Penulis telah berupaya keras dengan segala kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua Orang Tua penulis, yang tidak henti memberikan kasih yang begitu tulus melalui doa, keringat, dan restu yang menjadi motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, D.E.A.selaku dosen pembimbing yang sudah membimbing dan memberikan solusi dalam berbagai permasalahan yang penulis hadapi dalam proses penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Tulus B. Sitorus S.T M.T selaku dosen yang ikut membimbing dalam proses pelaksanaan tugas skripsi ini. 4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 6. Binsen Wijaya, Wilson, David Oktavianus dan Hendrico, selaku rekan skripsi atas kesetiaan dan semangat juang dikala suka maupun duka dalam menghadapi setiap permasalahan. 7. Adik penulis yang terkasih, atas semangat dan doa yang diberikan. ii Universitas Sumatera Utara 8. Keluarga Besar Teknik Mesin USU Stambuk 2011, juga rekan-rekan yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah mentransfer energi tak terbatas dan memberikan masukan kepada penulis, SOLIDARITY FOREVER, MESIN JAYA! 9. “Kaum Terpelajar” sahabat yang memotivasi penulis untuk berupaya melawan arus deras relativitas kebenaran dan tradisi. 10. Daniel Christian Aritonang untuk setiap bantuan yang boleh diberikan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang. Akhir kata penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih. Medan, Juni 2015 Penulis, HADY GUNAWAN NIM. 110401035 iii Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI KATA PENGANTAR . Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI . iii DAFTAR GAMBAR . vi DAFTAR TABEL . iviii DAFTAR NOTASI.x BAB I.1 PENDAHULUAN.1 1.1 Latarbelakang.1 1.2 Tujuan Penelitian.2 1.3 Batasan Masalah Penelitian .2 1.4 Manfaat Penelitian.2 1.5 Metodologi Penulisan .3 1.6 Sistematika Penulisan .3 BAB II .5 TINJAUAN PUSTAKA .5 2.1 Definisi Kalor.5 2.2 Teori Dasar Alat Penukar Kalor .7 2.3 Jenis Alat Penukar Kalor .11 2.4 Klasifikasi Alat Penukar Kalor 11 2.5 Jenis-Jenis Perpindahan Panas . Error! Bookmark not defined.21 2.5.1 Konduksi .2121 2.5.2 Konveksi .2222 2.5.3 Radiasi .2323 2.6 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh .255 2.7 Aliran Tabung Sepusat .277 2.8 Faktor Kotoran .2828 2.9 Metode LMTD .299 2.9.1 Metode LMTD Aliran pararel (sejajar).299 2.9.2 Metode LMTD untuk aliran berlawanan.3132 2.10 Metode NTU .356 2.11 Program Ansys 14.0 . Error! Bookmark not defined.42 iv Universitas Sumatera Utara 2.12 Metanol . Error! Bookmark not defined.8 2.13 Persamaan yang Digunakan Dalam Perhitungan .49 BAB III.5052 METODE PENELITIAN. Error! Bookmark not defined.52 3.1Tempat dan Waktu penelitian . Error! Bookmark not defined.52 3.1.1 Tempat Penelitian . Error! Bookmark not defined.52 3.1.2 Waktu Penelitian. Error! Bookmark not defined.52 3.2 Metode Penelitian. Error! Bookmark not defined.52 3.3 Populasi dan Sampel. Error! Bookmark not defined.53 3.3.1 Populasi Penelitian. Error! Bookmark not defined.53 3.3.2 Sampel Penelitian . Error! Bookmark not defined.53 3.3.3Teknik Sampling . Error! Bookmark not defined.54 3.4 Teknik Pengumpulan Data. Error! Bookmark not defined.55 3.5 Instrumen Penelitian . Error! Bookmark not defined.6 3.5.1Bahan Penelitian . Error! Bookmark not defined.6 3.5.2 Alat Penelitian . Error! Bookmark not defined.6 3.5.3 Skema Uji Penelitian . Error! Bookmark not defined.62 3.5.4 Diagram Alir Proses Penelitian . Error! Bookmark not defined.63 3.5.5 Proses Percobaan . .64 3.6 Instrumen Simulasi. Error! Bookmark not defined.64 3.6.1 Bahan Simulasi . Error! Bookmark not defined.64 3.6.2 Alat Simulasi . Error! Bookmark not defined.64 3.6.3 Diagram Alir Simulasi . Error! Bookmark not defined.65 BAB IV .6466 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .6466 4.1 Perhitungan Teoritis .6466 4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian.7383 4.3 Perhitungan Dengan Simulasi .7692 BAB V.9499 KESIMPULAN DAN SARAN .9499 5.1 Kesimpulan .9499 5.2 Saran.9499 DAFTAR PUSTAKA . Error! Bookmark not defined.101 v Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Chiller . 07 Gambar 2.2 Kondenser . 08 Gambar 2.3 Cooler. 08 Gambar 2.4 Evaporator . 09 Gambar 2.5 Thermosiphon Reboiler. 09 Gambar 2.6 Konstruksi Heat Exchanger . 10 Gambar 2.7 Heater . 11 Gambar 2.8 Aliran double pipe heat exchanger. 14 Gambar 2.9 Hair pin heat exchanger . 14 Gambar 2.10 Double pipe heat exchanger aliran cocurrent dan counter current .16 Gambar 2.11 Double-pipe heat exchangers in series . 16 Gambar 2.12 Double-pipe heat exchangers in series–parallel . 17 Gambar 2.13 Bentuk susunan tabung . 18 Gambar 2.14 shell and tube heat exchanger . 19 Gambar 2.15 Plate type heat exchanger dengan aliran countercurrent . 20 Gambar 2.16 Jacketed Vessel With Coil And Stirrer. 21 Gambar 2.17 Perpindahan Panas secara Konduksi. 22 Gambar 2.18 Pendinginan sebuah balok yang panas dengan konveksi paksa. 23 Gambar 2.19 Blackbody disebut sebagai pemancar dengan arah yang bebas.24 Gambar 2.20 Jaringan tahanan panas yang dihungkan dengan alat penukar kalor tabung sepusat 25 Gambar 2.21 Dua luasan area alat penukar kalor untuk dinding tabung yang tipis . 26 Gambar 2.22 distribusi suhu APK aliran berlawanan .32 Gambar 2.23 distribusi suhu pada APK sejajar .37 Gambar 2.24 ∆Tmax saat Tco mendekati Thi .37 Gambar 2.25 ∆Tmax saat Tho mendekati Tci .37 vi Universitas Sumatera Utara Gambar 2.26 grafik efektifitas untuk aliran sejajar . 41 Gambar 2.27 grafik efektifitas untuk aliran berlawanan. 42 Gambar 2.28 Persamaan Konservasi Momentum . 45 Gambar 2.29 Flowchart Penerapan CFD . 48 Gambar 3.1 Alat penukar kalor tabung sepusat. 57 Gambar 3.2 Agilent .58 Gambar 3.3 Flowmeter . 59 Gambar 3.4 alat pengatur suhu fluida panas . 59 Gambar 3.5 pompa fluida panas . 60 Gambar 3.6 tabung sepusat . 61 Gambar 3.7 Skema Uji Penelitian . 62 Gambar 3.8 Diagram Alir Penelitian . 63 Gambar 3.9 Laptop . .65 Gambar 3.10 Diagram Alir Simulasi .65 Gambar 4.1 Distribusi suhu pada alat penukar kalor. 66 Gambar 4.2 Dimensi dari alat penukar kalor . 66 Gambar 4.3 Dimensi dari alat penukar kalor . 67 Gambar 4.4 Mengatur geometry. 81 Gambar 4.5 Mengatur mesh . 81 Gambar 4.6 hasil pengecekan dan display mesh 82 Gambar 4.7 Mengatur setup . 82 Gambar 4.8 Mengatur viscous . 83 Gambar 4.9 Mengatur setup heat exchanger. 83 Gambar 4.10 Mengatur cell zone condition . 84 Gambar 4.11 Mengatur mengatur setup boundary conditions . 84 Gambar 4.12 Mengatur mengatur setup solution method . 85 Gambar 4.13 Hasil perhitungan pada report . 85 Gambar 4.14 Hasil perhitungan pada report . 86 vii Universitas Sumatera Utara Gambar 4.15 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 40 ºC .90 Gambar 4.16 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 45 ºC .90 Gambar 4.17 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 50 ºC .91 Gambar 4.18 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 55 ºC .91 Gambar 4.19 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 40 ºC .92 Gambar 4.20 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 45 ºC .92 Gambar 4.21 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 50 ºC .93 Gambar 4.22 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 55 ºC .93 Gambar 4.23 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 40 ºC .94 Gambar 4.24 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi dengan variasi suhu masukan fluida panas 45 ºC .94 Gambar 4.25 grafik efektifitas teori,praktek, dan secara simulasi = - U A � 1 ṁℎ ℎ + 1 ṁ � (2.29) (2.28) Berdasarkan neraca entalpi bahwa laju pindahan panas q : q = ṁh Cph (Thi – Tho) = ṁc Cpc (Tco – Tci) (2.30) ṁhCph = Q ℎ− ℎ ; ṁcCpc = Q − (2.31) dengan mensubstitusikan persamaan 2.25 ke 2.23 maka didapatkan ln�Tho – Tco � = - U A �ℎ−ℎ + − � Thi – Tci QQ (2.32) q = U A �(ℎ − )−(ℎ − ℎ ℎ − − )� Dimana berdasarkan gambar dari distribusi suhu : ∆Ta = ℎ − ∆Tb=ℎ − (2.33) (2.34) (2.35) 27 Jadi : q =UA ∆T −∆T ∆T ∆T b atau q = U A ∆T −∆T ∆T a ∆T (2.36) 2.7.2 Metode LMTD untuk aliran berlawanan Variasi dari temperatur fluida dingin dan fluida panas pada APK dengan arah aliran berlawanan ditunjukan pada gambar dibawah ini. Pada kasus ini fluida dingin dan panas mengalir pada arah yang berlawanan. Temperatur keluaran fluida dingin dapat melebihi temperatur keluaran fluida panas, namun hal seperti ini jarang dijumpai. Normalnya temperatur keluaran fluida dingin tidak melebihi temperatur keluaran fluida panas karena hal ini tidak sesuai dengan pernyataan hukum kedua temodinamika. Gambar 2.18 distribusi suhu APK aliran berlawanan Sumber : Output Autocad 2007, Februari 2015 Untuk temperatur masuk dan keluar fluida yang telah ditetapkan, harga dari LMTD untuk APK aliran berlawanan lebih besar dibandingkan dengan APK aliran sejajar dan untuk luasan pun APK aliran berlawanan lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan terlebih dahulu kita menentukan persamaan LMTD untuk aliran berlawanan berikut. dq = ṁh Cph (-dTh) = ṁc Cpc (-dtc) (2.37) 28 pada persamaan 2.31 dapat dilihat bahwa nilai dari dTh dan dtc adalah negatif hal ini berbeda dengan APK aliran sejajar maka dengan perbedaan tersebut dapat kita lihat bahwa: dTh = - ṁℎ ℎ ; dTc =- ṁ persamaan 2.32 kemudian diturunkan menjadi: (2.38) dTh – dTc = d (Th – Tc) = - ṁℎ ℎ - ṁ (2.39) dimana berdasarkan persamaan 2.17 yang kemudian disubstitusikan ke persamaan 2.33, maka didapat: d (Th – Tc) = -d q � 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � dan dengan mensubstitusikan persamaan 2.13 ke 2.34, didapat: (2.40) d(Th – Tc) =- U dA ( Th - Tc) � 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � (2.41) d (Th – Tc) ( Th − Tc) = - U dA � 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � (2.42) Menurut neraca entalpi pada persamaan 2.23 dan 2.24 kemudian mengintegralkan persamaan 2.34 dengan menganggap U dan � 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � adalah konstan serta batas atas dan bawah yang ditunjukan pada gambar distribusi suhu APK aliran berlawanan maka didapat: ∫ℎ ℎ 0 �d ( T(Thh−–TTcc))� (2.43) =− � 1 ṁℎ ℎ + 1 ṁ � ∫0 Maka hasil integral dari persamaan 2.37 didapat: ln (Tho – Tci) – ln (Thi – Tco) = - U A� 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � (2.44) ln�Tho – Tci� Thi – Tco = - U A � 1 ṁℎ ℎ − 1 ṁ � kemudian persamaan 2.39 diturunkan sehingga didapat: (2.45) 29 ln�Tho – Tci� = -U A �ℎ−ℎ − − � Thi – Tco QQ dengan mensubstitusikan persamaan 13 ke 28 maka didapat: q = U A �(ℎ − )−(ℎ − ℎ ℎ − − )� (2.46) (2.47) Berdasarkan gambar distribusi suhu: ∆Ta = ℎ − ∆Tb = ℎ − Jadi : q = U A ∆T −∆T ∆T b ∆T atau q =U A ∆T −∆T ∆T ∆T a (2.48) (2.49) (2.50) Berdasarkan penurunan rumus yang telah dibahas sebelumnya maka didapat: LMTD = = ∆T −∆T ∆T ∆T b = ∆T −∆T ∆T a ∆T Untuk aliran sejajar : ∆Ta = ℎ − ; ∆Tb = ℎ − Untuk aliran berlawanan : ∆Ta = ℎ − ; ∆Tb = ℎ − (2.51) (2.52) (2.53) Catatan: Analisis diatas dibuat berdasarkan hipotesa berikut : 1. Panas jenis fluida dianggap konstan saat melewati APK. Dalam perhitungan praktis dicari panas jenis fluida pada suhu rata-rata didalam APK. Hal ini tidak jauh beda dengan kondisi sebenarnya. 2. Koefisien perpindahan panas menyeluruh U dianggap konstan untuk sepanjang permukaan APK. 30 3. Jika ∆Ta tidak berbeda lebih dari 50% dari ∆Tb, maka LMTD dapat ∆TRL dapat diganti dengan ∆Tr aritmetik. Kesalahannya hanya dibawah 1%. 4. ∆TRL atau LMTD dapat juga dihitung dengan menggunakan grafik sebagai fungsi ∆Ta dan ∆Tb 5. APK aliran berlawanan lebih efektif dibandingkan APK aliran sejajar. Pada pembahasan sebelumnya telah disinggung mengenai luas APK aliran sejajar yang lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar. Hal ini dapat dibuktikan dengan menganggap bahwa koefisien pindahan panas menyeluruh konstan nilai dari panas jenis fluida yang digunakan dan suhu masukkan dan keluaran kedua fluida baik fluida dingin maupun panas dianggap sama. Sebagai contoh temperatur fluida panas masuk dan keluaran berturut-turut adalah 180oC dan 100oC sedangkan temperatur fluida dingin masuk dan keluar berturut-turut adalah 40oC dan 80oC, maka dapat dilihat bahwa: = = ∆ ∆ Dengan menghitung dari nilai dari masing-masing ∆ pada setiap aliran maka didapat: ∆ ∆ = 1 = ∆ ∆ = 78,31 61,67 = 1,27 Maka didapat perbandingannya yaitu: Aas = 1,27 Aab 31 dari perbandingan diatas dapat disimpulkan bahwa luas apk yang dibutuhkan untuk kondisi yang sama namun konfigurasi yang berbeda maka harga luas yang didapat pun berbeda. Dari perhitungan diatas didapat harga luas APK aliran berlawan jauh lebih kecil dibandingkan dengan APK aliran sejajar. Untuk beberapa aliran, LMTD atau ∆ perlu dikoreksi dengan mengalikannya dengan faktor koreksi F. aliran menyilang dalam hal ini yang perlu dikalikan dengan factor koreksi f. sehingga untuk rumus perpindahan panas yang terjadi di dalam APK menjadi: q = U A F ∆ (2.54) Dimana harga F didapat melalui grafik fungsi P dan R: P = − − ; R = − − = (ṁ ) (ṁ ) (2.55) Dimana: Ti = suhu fluida masuk cangkang To= suhu fluida keluar cangkang ti = suhu fluida masuk tabung to= suhu fluida keluar tabung 2.8 Metode NTU Metode perhitungan dengan LMTD dapat digunakan bila keempat suhu dari 2 fluida diketahui, yaitu fluida masuk (fluida panas dan dingin), suhu fluida keluar (fluida panas dan dingin). Tetapi sering dalam persoalan APK yang diketahui suhu fluida panas dan dingin yang masuk. Maka dari itu digunakan metode NTU yang diperkenalkan oleh Nusselt. Dalam hal ini diperkenalkan notasi dari keefektifan APK yang didefinisikan sebagai berikut: 32 Perpindahan laju pindahan panas real dengan perpindahan panas maksimum secara teori dapat terjadi dengan kondisi fluida masuk sama ke dalam APL (fluida, kapasitas, suhu sama) Atau secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: E = (2.56) Gambar 2.19 distribusi suhu pada APK sejajar Sumber : Output Autocad 2007, Februari 2015 Gambar 2.20 ∆Tmax saat Tco mendekati Thi Sumber : Output Autocad 2007, Februari 2015 33 Gambar 2.21 ∆Tmax saat Tho mendekati Tci Sumber : Output Autocad 2007, Februari 2015 Dalam APK aliran sejajar, ∆Tmax tidak pernah tercapai. ∆Tmax tercapai untuk aliran berlawanan, dimana pada gambar B Tco mendekati Thi dan untuk gambar C Tho mendekati Tci. Kemudian perkalian antara laju aliran massa dengan panas jenis disebut kapasitas panas yang dinotasikan dengan C. C = ṁ.Cp (2.57) Untuk kapasitas fluida panas dituliskan: ṁh . Cph = Ch (2.58) dan untuk kapasitas fluida dingin dituliskan: ṁc . Cpc = Cc (2.59) perpindahan panas maksimum yang terjadi berdasarkan teori dihitung dengan menggunakan rumus qmax = (ṁ.Cp) min (Thi-Tci) (2.60) Maka berdasarkan persamaan yang telah kita tuliskan keefektifan APK menjadi: E = ṁℎ ℎ (ℎ −ℎ ) �ṁ � (ℎ − ) dan E = ṁ ( − ) �ṁ � (ℎ − ) (2.61) Bila (ṁ.Cp)min = ṁh.Cph , maka keefektifan E menjadi, 34 E = ℎ −ℎ − (2.62) Bila (ṁ.Cp)min = ṁc.Cpc , maka keefektifan E menjadi, E= − ℎ −ℎ (2.63) Sehingga dengan mengetahui keefektifan E dari APK, maka kita dapatkan laju pindahan panas q, q = E Cmin (Thi-Tci) dimana Cmin = (ṁ Cp)min (2.64) 2.8.1 Keefektifan APK Aliran Sejajar Pada saat kita membahas metode perhitungan APK dengan metode LMTD, kita mendapatkan persamaan sehingga fluida yang mengalir di dalam pipa APK masih terjadi perpindahan panas dengan udara luar. - Hasil pengujian dari kabel termokopel yang kurang akurat karena kabel tidak terkena langsung dengan fluida melainkan hanya di dinding pipa 97 Tabel 4.10HASIL EKSPERIMENTAL, HASIL TEORI DAN HASIL SIMULASI DATA HASIL EKSPERIMEN HASIL TEORI HASIL SIMULASI KONDISI EKSPERIMEN Thi (ºC) Qh (l/j) Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) 1 40 180 32 180 39,6145 32,1991 4,818 39,5882 32,4115 5,1469 39,6772 32,4451 4,035 2 240 38,9776 32,6456 8,07 39,5813 32,5563 5,2881 39,9963 32,4451 5,56 3 300 38,1212 32,8545 10,68 39,5781 32,7026 5,3635 39,9977 32,5452 6,815 4 360 38,8778 32,9998 12,49 39,5775 32,8444 5,4009 39,9114 32,5652 7,065 43,3039 31,9098 5,35 44,3303 32,6693 5,1517 44,5276 32,6778 3,63 5 45 180 32 180 6 240 43,3839 33,1721 9,01 44,3183 32,9085 5,3249 44,6765 32,7577 5,82 7 300 43,1876 32,8763 11,35 44,3133 33,1437 5,3723 44,9215 32,7978 6,13 8 360 43,3438 33,6065 12,35 44,3121 33,3749 5,4116 44,7561 32,8378 6,44 48,9656 33,0710 5,74 49,0735 32,9258 5,1415 49,3114 32,9817 3,82 9 50 180 32 180 10 240 48,7132 33,7850 9,91 49,0571 33,2563 5,3456 49,2236 33,0417 5,78 11 300 48,9215 34,0289 11,27 49,0508 33,5810 5,3931 49,2235 33,2116 6,73 12 360 48,8211 34,1176 11,76 49,0494 33,8999 5,4143 49,2235 33,1016 6,12 53,9125 32,4456 4,72 53,8162 33,1830 5,1345 53,9924 33,2144 4,38 13 55 180 32 180 14 240 53,2147 34,0164 8,76 53,7952 33,6053 5,3624 53,8223 33,5044 6,54 15 300 52,3422 34,3865 10,37 53,7871 34,0202 5,4567 53,8224 33,5345 6,67 16 360 52,8456 34,8908 12,56 53,7854 34,4276 5,4876 53,8224 33,5445 6,715 Sumber : output Microsoft Excel, Juli 2015 98 DATA HASIL EKSPERIMEN HASIL TEORI HASIL SIMULASI KONDISI EKSPERIMEN Thi (ºC) Qh (l/j) Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) 1 40 180 32 300 38,3810 32,9570 7,7375 39,7094 32,9739 5,2509 39,6650 32,5113 4,1875 2 240 39,0900 33,5850 11,375 39,6994 33,6404 5,7241 39,4708 32,5822 6,615 3 300 38,8640 33,3220 14,2 39,9948 32,3305 5,891 39,3938 32,6084 7,5775 4 360 39,0540 32,3090 16,36 39,6920 33,3693 5,9401 39,3703 32,5810 7,26 43,9928 32,5450 7,47 44,5278 33,2827 5,3071 44,5992 32,8987 3,083 5 45 180 32 300 6 240 43,6090 32,5830 10,7 44,5115 33,3905 5,7717 44,2881 32,9921 5,476 7 300 43,3239 32,8200 12,89 44,5040 33,4956 5,9686 44,1221 32,9997 6,75 8 360 43,1870 33,2108 9,313 44,4995 33,2111 6,0102 44,1378 32,9909 7,62 48,6910 33,2500 7,272 49,3462 33,3914 5,2559 48,9832 33,7123 5,648 9 50 180 32 300 10 240 47,9992 33,2347 11,11 49,3237 33,5407 5,8333 48,6492 33,2145 7,504 11 300 47,7940 33,4230 12,25 49,3133 33,6863 6,0731 48,5689 33,3567 7,95 12 360 47,2480 34,5417 14,12 49,3071 33,8310 6,1843 48,0259 33,5388 8,548 52,9840 33,4590 8,765 54,1646 33,5001 5,3245 54,2879 33,5692 3,09 13 55 180 32 300 14 240 52,1670 33,5890 12,31 54,1358 33,6909 5,8914 53,7277 33,6787 5,531 15 300 51,8860 35,5470 13,539 49,3133 32,6863 6,1749 53,4253 33,7365 6,84 16 360 51,0130 35,3830 14,71 49,3071 34,8310 6,2245 52,8697 33,8261 7,93 Sumber : output Microsoft Excel, Juli 2015 99 DATA HASIL EKSPERIMEN HASIL TEORI HASIL SIMULASI KONDISI EKSPERIMEN Thi (ºC) Qh (l/j) Tci (ºC) Qc (l/j) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) Tho (ºC) Tco (ºC) E(%) 1 40 180 32 420 38,6720 32,7193 8,991 39,7701 32,9083 5,2591 38,8934 32,2901 3,626 2 240 39,0392 32,7560 12,01 39,7609 33,1365 5,7186 39,5286 32,8962 5,8925 3 300 39,2770 32,9957 12,44 39,7563 32,7140 5,9712 38,9667 32,6267 7,833 4 360 38,9440 32,7360 13,2 39,7533 32,7113 6,1768 39,2998 32,7114 8,7525 43,9150 32,4040 8,346 44,6263 32,4218 5,3123 44,5491 33,5567 3,468 5 45 180 32 420 6 240 43,4730 32,6630 11,74 44,6115 32,7302 5,5567 44,3099 33,4563 5,308 7 300 43,2640 33,1440 13,35 44,6040 33,2827 5,9747 44,0471 33,4113 7,33 8 360 43,1770 33,3240 14,02 44,5991 33,4442 6,4927 44,0167 33,3112 7,563 48,5880 33,7290 7,844 49,4826 33,2212 5,5437 48,9929 34,1213 5,595 9 50 180 32 420 10 240 46,0190 32,8390 22,11 49,4621 32,9072 6,0798 48,7745 34,1002 6,808 11 300 46,7710 33,1390 17,93 49,4517 33,3914 6,1374 48,6215 34,0912 7,658 12 360 46,7250 33,4120 18,19 49,4449 33,4755 6,2058 48,5567 34,0165 8,018 52,9920 34,0530 8,73 54,3389 34,2827 5,4448 53,9191 34,7784 4,699 13 55 180 32 420 14 240 51,3010 34,5170 16,08 54,3127 34,3925 5,8876 53,4502 34,7123 6,738 15 300 51,2840 34,6030 16,15 54,2994 34,5001 6,0289 53,3291 34,6123 7,264 16 360 51,0450 34,7370 17,19 54,2907 34,6075 6,2937 53,0915 34,5765 8,297 Sumber : output Microsoft Excel, Juli 2015 100 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Pada penelitian kali ini didapatkan beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut: 1. Pada perhitungan data secara teoritis didapatkan efektifitas terbesar pada temperatur fluida panas masuk (Th,i) 45 °C dan temperatur fluida dingin masuk (Tc,i) 32 °C pada debit masuk fluida panas 360 l/jam dan debit masuk fluida dingin 420 l/jam sebesar 6,4927 %. 2. Sedangkan pada eksperimen didapatkan efektifitas terbesar pada temperatur fluida panas masuk (Th,i) 50 °C dan temperatur fluida dingin masuk (Tc,i) 32 °C pada debit masuk fluida panas 240 l/jam dan debit masuk fluida dingin 420 l/jam yaitu sebesar 22,1166 %. 3. Pada perhitungan secara simulasi didapatkan efektifitas terbesar pada pada temperatur fluida panas masuk (Th,i) 40 °C dan temperatur fluida dingin masuk (Tc,i) 32 °C pada debit masuk fluida panas 360 l/jam dan debit masuk fluida dingin 420 l/jam yaitu sebesar 8,7525 %. 4. Terdapat perbedaan pada efektifitas secara teoritis,ekperimental maupun secara simulasi. Perbedaan yang cukup signifikan terdapat pada perbandingan efektifitas antara eksperimen dengan teori sedangkan untuk hasil teori dengan eksperimen cukup besar. Persen ralat yang didapat mencapai > 50 % sedangkan untuk perbandingan efektifas secara teoritis dan simulasi didapat persen ralat < 5 % . Alat penukar kalor tersebut harus dikalibrasi ulang lagi komponennya beserta isolasinya karena hasil percobaan yang diperoleh terlalu jauh dari perhitungan teori maupun simulasi.Selain itu, diameter pipa APK dan annulus serta kecepatan aliran fluida juga mempengaruhi efektifitas APK dimana semakn kecil jarak antara pipa APK dan annulus maka semakin tinggi efektifitas yang 101 didapat dan semakin kecil debit fluida dingin semakin tinggi pula efektifitas APK. 5.2 Saran 1. Perlu adanya perhitungan ulang beberapa komponen sesuai dengan daya yang dibutuhkan karena persen ralat yang didapat cukup besar, hal ini memungkinkan karena perhitungan pada alat penukar kalor tersebut terjadi kesalahan perhitungan dan kurang stabilnya debit air yang mengalir pada proses pengujian 2. Kurang sempurnanya isolasi pada pipa – pipa sepanjang alat pengujian sehingga kemungkinan terjadinya kontak panas dengan udara luar akan semakin besar dan memperbesar proses pendinginan yang merugikan proses pengujian. 3. Perlu diganti APK tabung sepusatnya karena selisih antara diameter annulus dengan diameter pipa luar terlalu besar, untuk itu diusahakan agar selisih kedua diameter pipa tersebut sekecil mungkin agar aliran fluida di dalam pipa akan terlihat perbedaan yang signifikan antara aliran laminar, transisi dan turbulen. xiv DAFTAR PUSTAKA Abprogetti (2015).Heat Exhanger.From http://www.abprogetti.com/heat-exhangers.html,22 Juli 2015. Ambarita, Himsar (2011). Perpindahan Panas Konveksi & Pengantar Alat Penukar Kalor. Medan Cengel, Yunus.A. 2003. Heat Transfer: A Practical Approach, 2nded. New York : McGraw-Hill Chadwick, Cleaner. 2001, Heat Transfer For Environment, Edition 3, Grasindo Indo Raya, Wisnton http://rofimoch.blogspot.com/2013/04/makalah-alat-penukar-kalor.html (diakses tanggal 8Juli 2015) https://www.academia.edu/Download (diakses tanggal 8Juli 2015) http://www.homepages.wmich.edu/~leehs/ME539/Double%20pipe%20tutorial.pd f(diaksestanggal 17 Juli 2015) Incropera F.P. Fundamentas Of Heat and Mass Transfer, 6th ed. New York : John Wiley & Sons Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design ( 1st ed.). McGraw-Hill, ISBN 0-07034909-6 Kuppan,T. 2000. Heat Exchanger Design Handbook. New York : Marcel Dekker.Inc Sindia (2012). Water Heat Exhanger.From http://www.coolersirudin.co.Water-Heat-Exhanger.html,23 Juli 2015. Yunus A. Cengel (2002). Heat Transfer A Practical Approach, Second Edition, Mc Graw-Hill, Book Company, Inc : Singapore
Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran
Aktifitas terbaru

Penulis

Berpartisipasi : 2016-09-17

Tài liệu liên quan

Upload teratas

Analisis dan Simulasi Keefektifan Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat Aliran Sejajar Dengan Variasi Kapasitas Aliran

Gratis