Aliran Fluida Dalam Pipa - TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.6 Aliran Fluida Dalam Pipa

Secara umum, aliran fluida dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu : 1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – laminar dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan.

2. Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.

3. Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Aliran ini berada diantara aliran turbulen dan aliran laminer

Osborne Reynolds (1841-1912), ilmuwan dan ahli matematika inggris Reynold dikenal karena penelitiannya tentang kondisi aliran fluida di dalam pipa transisi, dari aliran laminar ke aliran turbulen. Dari penelitian itulah akhirnya dia menemukan “Bilangan Reynold” (bilangan tak berdimensi) yang sekarang dipakai untuk membedakan apakah suatu aliran fluida itu merupakan aliran laminar,transisi,atauturbulen.

Publikasi penelitiannya tentang dinamika fluida dimulai sejak awal tahun 1870-an dan model teori akhirnya dipublikasikan pada pertengahan tahun 1890-an. Osboren Reynolds meraih penghargaan “Royal Medal” pada tahun 1888, di Notable awards. adalah orang yang pertama kali membedakan dua kasifikasi aliran ini dengan menggunakan sebuah peralatan sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini

Gambar 2.29. Eksperimen untuk menentukan jenis aliran [8]

Gambar 2.25 menunjukkan jenis aliran tersebut tergantung pada kecepatan fluida yang melalui pipa dan dapat ditentukan dengan bilangan Reynolds (Re), yaitu perbandingan antara efek inersia dan viskos dalam aliran. Dari percobaan tersebut Osborne Reynolds menentukan rumus empiris untuk menenukan besarnya nilai bilangan Reynold dalam sebuah pipa .

Persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut

... 2.

dimana, ρ = kerapatan fluida (kg/m³) V = kecepatan aliran (m/s) D = diameter tabung (m) µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

Dari persamaan diatas dapat ditentukan apakah jenis aliran sebuah fluida dalam pipa merupakan aliran laminar, aliran turbulen dan juga aliran transisi, dimana untuk nilai bilangan Reynoldnya diberi batasan untuk setiap jenis aliran.Bambang Triadmodjo dalam bukunya menyatakan bahnwa sifat fulida dalam pipa ditentukan oleh besarnya bilangan Reynold yang diperoleh fluida, yaitu :

1. Untuk nilai Re ≤ 2000 maka sifat fluida merupakan aliran laminar

2. Untuk nilai 2000 < Re < 4000 maka sifat fluida merupakan aliran transisi 3. Untuk nilai Re ≥ 4000 maka sifat fluida merupakan aliran turbulen

Jika penampang saluran tempat fluida itu mengalir tidak berbentuk lingkaran penuh, maka disarankan untuk menggunakan korelasi perpindahan kalor tersebut didasarkan pada diameter hidraulik Dh yang didefeniskan sebagai berikut

4A /P

Dengan menghitung bilangan Reynold, maka selanjutnya dapat ditentukan jenis aliran yang terjadi, yaitu ketika perbedaan temperatur antara permukaan pipa dengan fluida kerja besar, sangat penting untuk menghitung variasi kekentalan dengan temperatur. Dengan adanya bilangan Reynold maka dapat ditentukan bilangan Nusselt dari suatu fluida dalam pipa, dimana untuk mencari bilangan Nusselt bergantung pada besarnya bilangan Reynold (Re), bilangan Prandelt (Pr) dan parameter lainnya.

Sieder dan Tate (1936) dalam buku Pitts Donald merumuskan untuk menentukan Bilangan Nusselt rata-rata untuk aliran laminar yang berkembang pada sebuah pipa berpenampang lingkaran. Persamaan tersebut dikenal dengan persamaan Sieder dan Tate yakni :

Dengan syarat semua sifat fluida dihitung pada temperatur rata-rata fluida, kecuali μs dihitung pada temperatur permukaan pipa. Untuk aliran turbulen berkembang penuh didalam pipa yang halus, sebuah persamaan sederhana untuk menghitung

Nu = 0,023 Re

^0,8

Pr

^1/3

...

18 dengan syarat bahwa : 0,7 ≤ Pr ≤ 160

Re > 10000

Keakurasian persamaan diatas ditingkatkan dan dimodifikasi dengan persamaan Dittus-Boelter (1930) menjadi

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr n …………..……….………

2.19 dimana n = 0,4 untuk pemanasan fluida

0,3 untuk pendinginan fluida

Persamaan ini berlaku untuk 10000 < Re > 120000, 0,7 < Pr > 120, dan L/D > 60 2.7.Analisa Pemodelan Matematika

2.7.1 Aliran Berlawanan (CounterFlow)

Model matematika dari sistem APK tersebut , seperti yang digambarkan pada Gambar dibawah. Terdiri dari tiga tabung konsentris. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar,aliran fluida dingin masuk ke exchanger dengan suhu

= = , sedangkan suhu fluida panas masuk ke exchanger di x = L, dengan suhu inlet seragam =

Gambar 2.30. model matematika Counter flow Untuk memudahkan perhitungan maka asumsi berikut dibuat :

1. Tidak terjadinya perubahan fase pada kedua fluida (dingin dan panas).

3. APK diisolasi dengan sempurna terhadap lingkungan.

Dari asumsi diatas, maka penerapan keseimbangan energi sederhana untuk volume panjang dX menghasilkan persamaan berikut :

d = d + d ………..……….2.20

dimana indeks j = 1, 2, dan 3 mewakili fluida yang mengalir melalui pipa, pipa pertama, dan pipa kedua masing-masing. Dalam persamaan di atas, nilai-nilai diferensial dari laju aliran panas, d ( , menunjukkan panas yang hilang oleh cairan panas atau panas yang diperoleh oleh aliran fluida dingin antara lokasi x dan x + dx, dan karena perubahan fasa tidak terjadi dalam cairan, laju aliran panas diferensial bisa diaplikasikan dalam bentuk laju aliran massa, pemanasan spesifik dan perbedaansuhu seperti yang diberikan di bawah :

d = (x + dx) - (x) = (ṁ )d ………..……….2.21

Sementara itu, peroleh panas diferensial fluida dingin melalui diferensial control volume dapat dinyatakan dalam perbedaan antara suhu fluida panas dan dingin aliran fluida, - dan - , koefisien perpindahan panas keseluruhan , , dan sesuai dengan luas daerah permukaan perpindahan panas d , d maka diperoleh persamaan :

d = d = ( - ) d ………2.22

d = d = ( - ) d ………....2.23 Sekali lagi, demi kesederhanaan, dengan mengasumsikan bahwa dinding tabung tipis, diferensial luas permukaan dan koefisien perpindahan panas keseluruhan yang muncul dalam persamaan di atas dapat diberikan sebagai berikut :

d = 2π dx d = 2π dx = *

+ = *

+ untuk singkatnya menggunakan definisi berikut :

= = =

= 2π L = 2π L Δ = - Dan parameter dibawah nondimensional :

X= = = =

= = = =

Persamaan keseimbangan energi yang mengatur dapat disederhanakan menjadi tiga persamaan ringkat berikut :

Dimna koefisien A dan B didefinisikan sebagai berikut :

A = (1- ) + (1- ) B = [1-( + )]

Kondisi batas untuk pengaturan Counterflow dapat ditentukan dengan persamaan berikut : Solusi umum persamaan persamaan diferensial orde dua homogen kedua diatas adalah dalam bentuk fungsi eksponensial di X, dan memiliki persamaan karakteristik dibawah ini :

+ Aλ + B = 0

1. Kasus 1 : jika – 4B > 0, kita memiliki 2 akar real yang berbeda 2. Kasus 2 : jika – 4B = 0, kita memiliki 1 akar real saja

3. Kasus 3 : jika – 4B < 0, kita memikili 2 akar berbeda dan tidak real a. Solusi Kasus 1

Solusi persamaan 2.23 dan 2.24 dibawah kondisi batas yang diberikan dalam persamaan 2.25-2.28 dapat dinyatakan untuk aliran fluida dingin :

(X) = [( ) + ( ) ]………..2.33 (X) = [( ) + ( ) ]………..2.34 Dimana dan adalah akar akar yang memiliki nilai – nilai :

= ^√ = ^√

Dimana dan diperoleh dari persamaan 2.26 dan 2.28.

Distribusi temperature fluida panas disepanjang APK kemudian diperoleh dengan substitusi dari dan kepersamaan 2.22 dan melalui integrasi persamaan dari X= 0 ke X maka persamaan tersebut menjadi :

(X) = { 1+ [ ( ( ]}…………2.35 Dimana dan didefinisikan sebagai berikut :

= =

Persamaan. (14), (15), dan (16) mewakili variasi suhu cairan massal di sepanjang exchanger.Selain itu, persamaan dapat digunakan untuk tujuan desain dan perhitungan kinerja.

Dalam analisis penukar panas, masalah disebut sebagai masalah desain, jika perancang menghadapi pertanyaan tentang apa ukuran exchanger; , , L,haruslah untuk mencapai kondisi outlet yang diinginkan. Jika temperature fluida panas telah diketahui dan juga nilai maka untuk persamaan 2.31 untuk nilai X=

1 pada (X)=1 maka kita peroleh persamaan sebagai berikut :

1 = { 1+ [ ( ( ]}………….2.36 Dimana panjang dari exchanger dapat ditentukan secara iterative.

Jenis masalah lain dalam menganalisis penukar panas yaitu performansi, jika kondisi fluida masuk, , , ,

dan nilai nilai dari dan harus ditentukan. Maka masalah ini dapat kita selesaikan dengan menggunakan integerasi persamaan 2.31 dari X ke X=1 untuk mendapatkan persamaan sebagai berikut :

(X) = 1- [ ( - ) + ( - )………..…2.37 Solusi persamaan diatas menghasilkan persamaan baru untuk suhu keluar dari fluida panas yaitu :

= = [ ( ) ( )] ……….2.38 Suhu keluar dari aliran fluida dingin sudah dapat diperoleh hanya dengan menyelesaikan Persamaan 2.29 dan 2.30 untuk X = 1 dan hasilnya adalah sebagai berikut :

= [ ( - ) + ( - ) ]………..2.39 = [ ( - ) + ( - ) ]………..2.40 Lebih lanjut, jika kita ingin mendapatkan suhu saluran keluar dari tiga aliran dalam bentuk dimensi maka, kita mendapatkan persamaan berikut dengan mentransformasikan balik persamaan diatas menjadi berikut :

= _[^[₍⁽₎⁾₍⁽_)]^)]……….2.41 = - [ ( - ) + ( - ) ]………....2.42 = - [ ( - ) + ( - ) ]………....2.43 b. Solusi kasus 2

Untuk kasus ini kita memiliki akar tunggal yang memiliki nilai yaitu :

λ = -A / 2………. 2.44 Mengikuti persamaan 2.21 yang dijelaskan diatas maka solusi untuk suhu nondimensional distribusi exchanger diperoleh dalam bentuk- bentuk sebagai berikut :

(X) = ([1+( - λ)X] ………..2.45 (X) = ([1+( - λ)X] ………..2.46

(X) =1 - { [1- ] + (λ-1) – (λX-1) ]}……..2.48 Jika masalah itu adalah masalah performansi maka dengan persamaan diatas maka nilai dan yaitu :

= = c. Solusi kasus 3

Dalam kasus ini kita memili 2 akar berbeda dan tidak real, maka persamaan yang akan kita gunakan pada kasus 3 ini yaitu :

(X) = [cos q X + sin q X] ………..2.49 (X) = [cos q X + sin q X] ...2.50 (X) = + [cos q X + sin q X] ……….2.51 2.7.2 Aliran Searah (PararellFlow)

Gambar 2.31. model matematika Pararell flow

Di bawah asumsi yang sama yang kita buat di bagian sebelumnya, kita mendapatkan nondimensional mengatur persamaan, yang dalam bentuk serupa dengan pengaturan counterflow, untuk aliran fluida dingin kecuali bahwa kondisi batas berbeda. Perbedaan utama dalam mengatur persamaan berasal dari gradien suhu negatif dalam jumlah besar suhu fluida panas sehubungan dengan x. Yakni, persamaan keseimbangan energi sederhana untuk jenis pengaturan aliran ini adalah

-d = d +

d ………..……….2.52

Dengan mengikuti prosedur yang sama pada bagian sebelumnya, maka kita peroleh persamaan diferensial berikut untuk tiga aliran , masing – masing

………2.53

………..………2.54

]……….2.55

Solusi persamaan diferensial di atas diperoleh dengan mengikuti langkah – langkah serupa yang dilakukan pada bagian sebelumnya. Untuk menentukan nilai nilai lainnya tetap menggunakan persamaan yang sebelumnya dimana dengan nilai berbeda.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Membuat Desain Alat Penukar Kalor Triple Tube Concentric

Dalam mengkonstruksi alat penukar kalor triple concentric tube, terlebih dahulu membuat desain dan dimensi dari tabung alat penukar kalor triple tube concentric yang akan dibuat

3.2. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian

Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera utara

2. Waktu Penelitian

Waktu penelitian dikerjakan selama 7 hari yaitu pada tanggal 1 – 8 februari 2018

3.3. Alat dan Bahan

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan bahan-bahan yang diperlukan dalam pengkonstruksian alat penukar kalor ini. Berikut ini merupakan alat dan bahan-bahan yang diperlukan dalam pengkonstruksian alat penukar kalor.

Pada penelitian ini variabel bebas yaitu dari ketiga pipa, sedangkan variabel terikat yaitu pada ketiga pipa.

3.3.1. Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a) Water Heater

Alat ini berfungsi untuk mengatur temperatur fluida panas yang masuk kedalam APK agar tetap pada temperatur yang diinginkan sebagai fluida panas yang akan diiginkan Sebelum percobaan dilakukan. Ini gambar alat pemanas (heater water)

Spesifikasi :

1. Elemen Pemanas Air / Water Heater 1000 W 2. Dayaa 1000 Watt

Ukuran kemasan 28 cm x 4.5 cm x 4.5 cm

Gambar 3.1. Water Heat b) Termokopel

Termokopel tipe k, kemudian diolah oleh software Install dan Tracerdaq di Komputer. Adapun gambar Data acquisition. Termokopel digunakan untuk sebagai alat sensor yang di hubungkan ke kolparmar sebagai media membaca dihubungkan computer.

Tipe : Thermocopule type T Jangkauan pengukuran : -40 sampai 350^oC Toleransi : ± 0,75%

Gambar 3.2. Data acquisition module c) Flow meter

Alat ukur ini berfungsi untuk mengukur besar kapasitas aliran yang terjadi pada tabung sebagai laju aliran fluida air panas dan laju aliran fluida air dingin sebelum pengujian berlangsung.

Spesifikasi :

Model : Jenis flowmeter vertikal

Satuan : LPM (Liter Per Menit) atau GPM( Galon Per Menit) Debit : 1 s/d 15 LPM atau 0.5 s/d 5 GPM

Gambar 3.3.Flow meter d) Pompa Aquarium

Penelitian ini terdapat dua pompa yang digunakan yaitu pompa fluida air panas dan pompa fluida air dingin. Pompa ini berfungsi untuk mengalirkan kedua fluida baik melalui pipa konsentrik dengan aliran yang diatur melalui pompa sesuai dengan yang dinginkan. Dari gambar pompa digunakan dalam penelitian analisis keefektivan alat penukar kalor pipa konsentrik tube. Berikut adalah gambar pompa fluida yang digunakan.

Gambar 3.4. Pompa Spesifikasi:

1. Power 6 watt

2. Height max 0.5 meter 3. Max output 1200 L/H

e) APK

Alat penukar kalor yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat penukar kalor tiga saluran aliran terbagi menggunakan pipa tembaga dengan tiga saluran terbagi menggunakan pipa tembaga dengan diameter luar (D_o) 47,8 mm, 25,4 mm dan 12,7 mm dengan masing – masing ketebalan 0,77 mm, 0,77 dan 0,89 dengan panjang 1,3 meter, kemudian agar meminimalisir masuknya udara kedalam pipa diameter 0,3 mm

Gambar 3.5. APK tipe tiga saluran pipa konsentrik f. Cole-Parmer

cole-parmer untuk mengetahui suhu temperatur fluida air masuk dan fluida air keluar sebagai alat penukar kalor di berbagai enam titik untuk mengetahui suhu dua titik fluida masuk air dingin dan satu titik fluida masuk air panas dan dua titik fluida keluar air dingin dan satu keluar fluida air panas kemudian diolah oleh software Install dan Tracerdaq di Komputer. Adapun gambar Data

acquisition. Module type 18200-400

Spesifikasi:

1. Meter Measurement Type Thermocouple

2. Types Of Probes Acceted Type F, Type J. Type K, Type T

10. Input Temperatur 7 Channel

11. Model Cole-Parmer 18200-40

3.3.2. Bahan

Pada penelitian ini hanya memiliki satu jenis fluida yang digunakan sebagai fluida dingin dan fluida panas. Kedua fluida yang berbeda suhu ini akan melalui APK tabung tembaga.

a) Air panas

Air panas yang digunakan pada percobaan ini memiliki 3 suhu berbeda yaitu suhu 50, 55, 60°C [1].

b) Air dingin

Air dingin yang digunakan hanya memiliki 1 suhu yaitu 25°C.

Digunakan pada suhu tersebut karena pada kondisi tersebut kondisi suhu air normal di daerah kota seperti medan.

3.4. Metode Pengumpulan Data

Pengumpulan data pertama dilakukan dengan cara menentukan besar variable yang akan diinput ke Alat Penukar Kalor sebagai langkah awal untuk melakukan pengujian. Kemudian setelah data diinput maka akan diperoleh data output dari hasil eksperimen, yang nanti nya akan disajikan dalam bentuk grafik hubungan Antara variable bebas dengan terikat.

Tabel 3.1 Variabel pengumpulan data Pengujian Debit air panas

(LPM)

Debit air dingin 1&2

(LPM)

Suhu air panas (°C)

Suhu air dingin 1&2

(°C)

1 50

2 2,5 1,5 55 25

3 60

Percobaan ini merupakan proses pendinginan yang terjadi pada APK oleh karena itu pada pengumpulan data yang dilakukan temperature fluida dingin air masuk APK dijaga agar tetap konstan yaitu 25°C. Dari eksperimen yang dilakukan akan diperoleh data temperature fluida keluar APK baik itu fluida panas maupun fluida dingin yang akan digunakan sebagai data awal dalam perhitungan data lapangan dengan menggunakan software.

3.5. Skema Alat Penukar Kalor

Berikut ini Skema Aliran yang digunakan pada saat pengujian Alat Penukar Kalor Triple Tube Exchanger aliran counter flow

Gambar 3.7. Skema alat penukar kalor Counter flow

Gambar 3.8. Skema Aliran Counter flow

Berikut ini Skema Aliran yang digunakan pada saat pengujian Alat Penukar Kalor Triple Tube Exchanger.

3.6. Metode Peleitian

Proses pengolahan data dilakukan dalam beberapa bagian, dimana data yang diperoleh dari pengujian akan dihitung nilai efektivtas nya dengan menggunakan rumus.

Pengolahan data eksperimental

Setelah pengujian selesai maka akan diperoleh data yang akan diolah, dimana data yang dicatat oleh Thermocouple masih data mentah yang akan diolah sehingga memperoleh nilai efektivitas setiap pengujian.

Tidak

MULAI

Mengatur thermostat Mengatur debit ketiga fluida Mengatur Thermocouple dan PC

 MENGHITUNG SUHU OUTLET SECARA TEORI

 MEMBANDINGKAN TEORI DENGAN EKSPERIMEN

SELESAI Apakah ada variasi

Mengisi fluida dingin dan panas pada masing masing tank

Membuka kran dan menjalankan pompa kedua fluida

Menghidupkan heater

Menjalankan program pada PC dan menyimpannya

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENELITIAN

4.1. Analisa Penelitian

4.1.1. Analisa aliran CounterFlow

Dalam perhitungan data penelitian ini dilakukan dengan metode pemodelan matematika untuk mencari nilai dari dari ketiga pipa APK tersebut. Dengan menggunakan persamaan pada bab 2 maka data yang perlukan yaitu , Debit, Jari jari tiap pipa, , dan h. Data tersebut diperoleh dari eksperimen yang dilakukan.

Tabel 4.1. Data Perhitungan

Pipa (K) Debit (ṁ) Jari jari (r) h

1 298 0.0249 /s X 1,27X m 4.180kJ/kg.K 509,7237W/ .K ?

2 333 0.0415 /s X 2,54X m 4.185kJ/kg.K 1123,08 W/ .K ?

3 298 0.0249 /s X 4,45X m 4.180kJ/kg.K 773,46 W/ .K ?

Penyelesaian :

Dengan mengintegralkan persamaan 2.20 maka diperoleh persamaan : 1. d = d + d

2. ∫ = ∫ 3. = +

Maka nilai d dapat diperoleh dengan persamaan 2.22 yaitu : 1. d = d = ( - ) d

2. ∫ = ( - ) ∫ 3. = ( - )

= (333-298) * + 2π 1,27X m X 1,7m = (333-298) (0,1356)

= 1,664 kW

Maka nilai d dapat diperoleh dari persamaan 2.23 yaitu : 1. d = d = ( - ) d

2. ∫ = ( - ) ∫ 3. = ( - )

= (333-298) *

+2π L

= (333-298) * + 2π 2,54X m X 1,7m = (333-298) (0,271)

= 4,344 kW

Setelah itu kita dapat menggunakan persamaan 2.26 dan mengintegralkannya yaitu

1. = +

2. ∫ = ( + )∫

3. = ( + ) Dimana :

1. = x = L =1

2. = =

= 456,68 X 3. = =

4. = = 1

Menentukan nilai A dan B yaitu : 8. A = (1- ) + (1- )

= (456,68 X )( 0,59928) +(0,59928)( 1193,103 X ) = 0,9887

12. = ( + - )

= ( + - )

= (456,68 X )( 0,59928) +(0,59928)( 1193,103 X - 1193,103 X = -0,2043

Untuk menentukan kasus pada penelitian ini maka digunakan persamaan karakteristik dibawah ini, yaitu :

13. + Aλ + B = 0 + 0,6611λ – 0,1081 = 0 Maka - 4B yaitu - 4(-0,1081)

= 0,8694 > 0. Maka penelitian ini menggunakan persamaan kasus 1.

4.2. Solusi Kasus 1

Untuk solusi kasus 1 maka digunakan persamaan 2.33 dan 2.34 yaitu : (X) = [( ) + ( )

(X) = [( ) + ( ) ]

Dimana dan adalah akar akar yang memiliki nilai – nilai : 14. = ^√

= √

= -0,79677

15. = ^√

= √

= 0,1357

Maka nilai (X) dan (X) yaitu :

16. (X) = [( ) + ( )

= 1,0724[- 786 + 1,522] dengan persamaan 2.31 yaitu :

(X) = { 1+ [ ( ( ]}

= 60 – (5,845)(-0,179 + 1,52)

4.1.2. Analisa Grafik Teori dan Eksperimen Counter Flow

Setelah dilakukan perhitungan untuk ketiga variasi inlet fluida panas maka hasil perhitungan tersebut dapat disajikan dalam tabel berikut :

Tabel 4.2. hasil perhitungan teori dan hasil Eksperimen Pipa 1 Counter Flow (°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

60 52,15 48,85

55 50,60 47,47

50 48,58 45,13

Gambar 4.1 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 1 Counter flow Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan

(°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

60 30,45 34,57

55 28,05 32,42

50 25,99 29,05

Gambar 4.2 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 2 Counter flow Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan eksperimen pada pipa 2 untuk 60, 55, dan 50 °C yaitu sebesar 86.5%, 84.4%, dan 88.2%.

Tabel 4.4 hasil perhitungan teori dan hasil Eksperimen Pipa 3 Counter flow (°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

60 55,14 44,38

55 52,26 44,57

50 49,10 43,11

0 5 10 15 20 25 30 35 40

50 55 60

T

o (°C)

T

^hi^(°C)

To Teori(°C) To Eksperimen(°C)

Gambar 4.3 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 3 Counter flow Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan eksperimen pada pipa 3 untuk 60, 55, dan 50 °C yaitu sebesar 80.4%, 85.3%, dan 87.8%.

4.1.3. Analisa aliran Pararell Flow

Pada persamaan bab 2 yaitu pada 2.53 perbedaan dari kedua aliran ini terdapat pada nilai F, tetapi untuk selanjutnya memiliki persamaan yang sama.

Penyelesaian :

Dengan mensubstitusikan nilai F diatas pada persamaan 2.33 sampai dengan 2.53 maka diperoleh nilai , , dan yaitu :

= 55,82°C = 36,08°C = 56,56°C

Setelah didapat nilai , , dan , maka ulangi cara diatas untuk suhu 50°C dan 55°C.

4.1.4. Analisa Grafik Teori dan Eksperimen PararelFlow

Setelah dilakukan perhitungan untuk ketiga variasi inlet fluida panas maka hasil perhitungan tersebut dapat disajikan dalam tabel berikut :

Tabel 4.5 hasil perhitungan teori dan hasil Eksperimen Pipa 1 PararelFlow (°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

60 55,82 45,54

55 51,94 44,89

50 48,07 43,98

Gambar 4.4 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 1 PararelFlow

0 10 20 30 40 50 60

50 55 60

T

o (°C)

T

^hi^(°C)

To Teori(°C) To Eksperimen(°C)

Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan eksperimen pada pipa 1 untuk 60, 55, dan 50 °C yaitu sebesar 81.5%, 86.4%, dan 92.5%

Tabel 4.6 hasil perhitungan teori dan hasil Eksperimen Pipa 2 PararelFlow (°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

60 36,08 37,78

55 33,10 35,46

50 30,12 33,41

Gambar 4.5 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 2 PararelFlow Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan eksperimen pada pipa 2 untuk 60, 55, dan 50 °C yaitu sebesar 95.2%, 92.8%, dan 89.0%

Tabel 4.7 hasil perhitungan teori dan hasil Eksperimen Pipa 3 PararelFlow (°C) Teori(°C) Eksperimen(°C)

Gambar 4.6 Perbandingan Teori dan Eksperimen pada pipa 3 PararelFlow Pada tabel dan grafik diatas maka diperoleh data perbandingan antara teori dan eksperimen pada pipa 2 untuk 60, 55, dan 50 °C yaitu sebesar 75.0, 81.4%, dan 89.6%

4.1.5. Perbandingan CounterFlow dan PararellFlow

Pada pembahasan diatas maka kita peroleh data hasil perhitungan teori pada aliran counterflow dan pararellflow dimana rata-rata nilai pada aliran counterflow lebih kecil dibanding pada aliran pararellflow. Hal itu dapat terlihat pada gambar grafik dibawah ini :

Gambar 4.7. Perbandingan CounterFlow dan PararellFlow pada pipa 1

Gambar 4.8. Perbandingan CounterFlow dan PararellFlow pada pipa 2

Gambar 4.9. Perbandingan CounterFlow dan PararellFlow pada pipa 3

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari perancangan alat penukar kalor tiga tabung kosentris adalah sebagai berikut:

2. Temperature fluida panas keluar dari APK pada eksperimen cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur fluida panas keluar dari APK pada perhitungan teoritis metode pemodelan matematika. Sementara itu temperatur fluida dingin dingin keluar dari APK pada eksperimental cenderung lebih rendah dibandingkan dengan temperatur fluida dingin keluar dari APK pada perhitungan teoritis metode pemodelan matematika.

3. Perbedaan rata-rata hasil perhitungan teori dan eksperimen pada aliran counter flow pada pipa 1 yaitu sebesar 6.6%, pada pipa 2 yaitu sebesar 13.7%, dan pada pipa 3 yaitu sebesar 15.5%. Sedangkan untuk aliran pararell flow pada pipa 1 yaitu sebesar 13.2%, pada pipa 2 yaitu sebesar 7.6%, dan pada pipa 3 yaitu sebesar 18.0%.

4. Pada aliran counter flow pipa 1 dan pipa 3 memiliki perbedaan yang lebih kecil antara hasil perhitungan secara teori dengan hasil eksperimen dibandingkan dengan aliran pararell flow, akan tetapi untuk pipa 2 aliran counter flow memiliki perbedaan lebih besar antara hasil perhitungan secara teori dengan hasil eksperimen dibandingkan dengan aliran pararell flow.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut:

1. Pada pengujian ini masih banyak memiliki variasi percobaan yang dapat digunakaan contohnya yaitu dua jenis fluida yang berbeda, variasi suhu, dan lain lain.

2. Waktu pengambilan data yang dilakukan lebih lama sehingga data yang

REFERENSI

[1] Anowar Hossain, Md. 2017. Experimental Analysis of a Triple Concentric Tube Heat Exchanger. Jurnal. Universitas, Gazipur, Bangladesh.

[2] Cengel, Yunus.A. 2003. Heat Transfer: A Practical Approach, ed. New York : McGraw-Hill

[3] Holman, J. P. 1997. Heat Transfer, Edisi ke-10. Jakarta :Erlangga

[4] Incropera, F. P, dkk. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Edition.

New York : John Wiley & Sons

[5] Kakac, Sadik, Hongtan Liu, dan Anchasa Pramuanjaroenkij. 2012. HEAT EXCHANGERS Selection, Rating, and Thermal Design, Third Edition. CRC Press

[6] Kuppan, T. 2000. Heat Exchanger Design Handbook, Second Edition.

Newyork : Marcel Dekker.Inc

[7] Cengel, Y. A. 2006. Thermodynamics An Engineering Approach, Edition

[8] Munson, Bruce R. 1997. Mekanika Fluida, edisi ke-2. Jakarta : Erlangga [9] Kreith, Frank. 1877. Principles Of Heat Transfer, ed. New York : Harper and Row

[10] Pitts, Donald. 2008. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Erlangga :2108

[11] Prajitno, Ir., Perpindahan Kalor Lanjutan Edisi ke-2 Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 2005

[12] Hundry, G. F., A. R. Trott, T. C. Welch. Tanpa Tahun. Refrigeration and Air Conditioning – Fourth Edition. B.H

[13] C.L. Ko dan G.L wedenkind.1995 . Analysis for optimal performance of three channel split flow heat exchanger.

[14] Ahmed Unal. 1998. Theoretical analysis off triple concentric-tube heat

Dalam dokumen ANALISA ALAT PENUKAR KALOR TIGA LAPIS TABUNG KONSENTRIS MENGGUNAKAN PEMODELAN MATEMATIKA (Halaman 47-0)