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:
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 2.23 distribusi suhu pada APK sejajar
Gambar 2.24 ∆Tmax saat Tco mendekati Thi Sumber : Output Autocad 2007, Juni 2015
Gambar 2.25 ∆Tmax saat Tho mendekati Tci Sumber : Output Autocad 2007, Juni 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 = ṁ ( − )
ṁ ( − ) dan E =
ṁ ( − )
ṁ ( − ) (2.61)
Bila (ṁ.Cp)min = ṁh.Cph , maka keefektifan E menjadi,
E = −
− (2.62)
Bila (ṁ.Cp)min = ṁc.Cpc , maka keefektifan E menjadi,
E = −
− (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)
Pada saat kita membahas metode perhitungan APK dengan metode LMTD, kita mendapatkan persamaan yaitu:
ln Tho – Tco Thi – Tci = - U a 1 ṁ − 1 ṁ (2.65)
dimana Ch = ṁ dan Cc = ṁ maka didapatkan
ln Tho – Tco Thi – Tci = - U a 1 Ch− 1 Cc (2.66) Tho – Tco Thi – Tci = − U a 1 C h− 1 C c (2.67)
Sebelumnya telah diketahui bahwa,
dq = U dA ( Th - Tc) (2.68)
berdasarkan neraca entalpi bahwa dq adalah: dTh = - Q ṁ ; dTc = Q ṁ (2.69) q = ṁh Cph (Thi– Tho) = ṁc Cpc (Tco– Tci) (2.70)
Dengan mensubstitusikan Ch dan Cc maka didapatkan,
Ch(Thi– Tho) = Cc (Tco– Tci) (2.71)
Tco = Tci + Ch
Persamaan diatas diselesaikan dengan manipulasi matematika, dimana pada ruas kiri dan kanan masing-masing ditambahkan Tho-Tho dan Thi-Thi. maka didapatkan,
Tco + Tho - Tho = Tci + Thi –Thi + Ch
Cc (Thi– Tho) (2.73)
Dengan menyusun kembali persamaan diatas maka didapatkan, -(Tho – Tco) + Tho = -( Thi – Tci)+ Thi + Ch
Cc (Thi– Tho) (2.74)
-(Tho – Tco) = -( Thi – Tci) + Thi –Tho + Ch
Cc (Thi– Tho) (2.75)
Dengan membagi persamaan diatas dengan -(Thi – Tci) maka didapatkan, (Tho – Tco ) (Thi – Tci ) = 1 – ( Thi –Tho ) (Thi – Tci ) − Ch Cc (Thi – Tho ) (Thi – Tci ) (2.76)
Dimana E bila Ch = Cmin =
( Thi –Tho ) (Thi – Tci ) Exp − 1 + = 1 – E - Ch Cc (E) (2.77) Exp − 1 + = 1 – E (1 + Ch Cc) (2.78)
Maka nilai E didapatkan, E =
1−exp − 1+ 1+ C h
C c
(2.79) Sedangkan untuk Cc = Cmin, nilai dari E dengan cara yang sama seperti penurunan sebelumnya maka didapatkan,
E =
1−exp − 1+ 1+ C c
C h
(2.80) Maka dapat disimpulkan untuk nilai E dari aliran sejajar yaitu :
E =
1−exp − 1+
1+ (2.81)
Keefektifan dari sebuah alat penukar kalor memiliki hubungan dengan bilangan tanpa dimensi yaitu Ua/Cmin dimana bilangan tanpa dimensi
itu disebut dengan NTU atau Number of Tranfer Unit, bilangan ini dituliskan sebagai berikut,
NTU = =
Perbandingan dari kapasitas panas atau Cmin/Cmax juga memiliki hubungan dalam penentuan nilai efektifitas dari ebuah alat penukar kalor. Perbandingan kapasitas panas dapat dituliskan sebagai berikut,
c = (2.83)
Dapat dituliskan juga bahwa efetifitas dari sebuah alat penukar kalor merupakan fungsi dari NTU dan c dari sebuah alat penukar kalor atau dapat juga dituliskan sebagai berikut,
E = fungsi
(ṁ ) , = fungsi (NTU,c) (2.84)
Adapun hubungan antara alat efektifitas alat penukar kalor dengan fungsi NTU dan c dapat kita lihat pada table dibawah ini.
Tabel 2.3 hubungan efektifitas dengan NTU dan c
Sumber : cengel
Dengan melihat hubungan antara efektifitas sebagai fungsi dari NTU dan c, nilai dari efektifitas dapat ditentukan melalui grafik yang menunjukan hubungan tersebut. Adapun beberapa grafik efektifitas dari beberapa alat penukar kalor dpat dilihat dibawah ini.
Gambar 2.26 grafik efektifitas untuk aliran sejajar [10] Sumber :cengel
Gambar 2.27 grafik efektifitas untuk aliran berlawanan [10] Sumber :cengel
2.11 Program Ansys 14.5
ANSYS adalah sebuah software analisis elemen hingga dengan kemampuan menganalisa dengan cakupan yang luas untuk berbagai jenis masalah ( Tim Langlais, 1999). ANSYS mampu memecahkan persamaan differensial dengan cara memecahnya menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Pada awalnya program ini bernama STASYS (Structural Analysis System), kemudian berganti nama menjadi ANSYS yang ditemukan pertama kali oleh Dr. John Swanson pada tahun 1970. ANSYS merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik. Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan struktur dan material yang bersifat non-linear. ANSYS
multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.
Didalam program ansys 14.5 terdapat program Fluent yang digunakan untuk melakukan perhitungan secara simulasi. simulasi dengan menggunakan Fluent atau yang lebih dikenal yaitu CFD (computal fluid dynamic).
CFD adalah metode penghitungan, memprediksi, dan pendekatan aliran fluida secara numerik dengan bantuan komputer. Aliran fluida dalam kehidupan nyata memiliki banyak sekali jenis dan karakteristik tertentu yang begitu kompleks, CFD melakukan pendekatan dengan metode numerasi serta menggunakan persamaan-persamaan fluida. Berikut ini beberapa contoh aliran fluida yang sring kita temui sehari-hari:
1. Bernafas, minum, pencernaan, mencuci, berenang merokok. 2. Laundry pakaian dan mengeringkannya.
3. Pemanas ruangan, ventilasi ruangan, memadamkan api dengan air. 4. Pembakaran bensin pada engine dan tentunya juga polusi.
5. Membuat sup, campuran minyak pada pembuatan plastik 6. Pesawat, parasut, berselancar, berlayar
CFD merupakan metode penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi,luas dan volume dengan memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan perhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. Prinsipnya adalah suatu ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi-bagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan
meshing. Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan oleh aplikasi atau software. Kontrol-kontrol penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan lainnya merupakan pembagian ruang yang disebutkan tadi atau meshing. Nantinya, pada setiap titik kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh aplikasi dengan batasan domain dan boundary condition yang telah ditentukan. Prinsip inilah yang banyak dipakai pada proses penghitungan dengan menggunakan bantuan komputasi komputer. Contoh lain penerapan prinsip ini adalah Finite Element Analysis
(FEA) yang digunakan untuk menghitung tegangan yang terjadi pada benda solid. Dalam membuat model CFD diperlukan definisi dari model itu sendiri, apakah model tersebut memepertimbangkan faktor reaksi kimia, mass transfer, heat transfer atau hanya berupa aliran fluida non kompressible dan laminar. Definisi dari model sebenarnya adalah memilih persamaan mana yang akan diaktifkan dalam suatu proses CFD. Banyak sekali persamaan yang digunakan dalam konsep CFD secara umum karena semua persamaan tersebut merupakan pendekatan dari karakteristik fluida yang akan mendekatkannya pada kondisi real. Kita kembali ke CFD, berikut ini salah satu contoh persamaan-persamaan dasar yang terlibat dalam suatu aliran laminar tanpa melibatkan perpindahan kalor maupun spesies.
1. Persamaan Konservasi Massa
Persamaan konservasi massa atau persamaan kontinuiti yang digunakan dalam CFD adalah:
� �
+
�( ) �+
�( ) �+
�( ) �= 0
(2.85) Dimana : = Densitasx,y,z = koordinat kartesian
Persamaan diatas merupakan persamaan umum dari konservasi massa dan valid untuk setiap aliran compressible dan incompressible.
2. Persamaan Konservasi Momentum
Persamaan konservasi momentum adalah persamaan yang mendefinisikan gerakan fluida ketika terjadi gaya-gaya pada partikel- partikelnya pada setiap elemen fluida yang didefiniskan di dalam model CFD. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.28 Persamaan Konservasi Momentum [11] Sumber : https://fauzanahmad.wordpress.com/ � � + �� � + � � = � �� + � � + � � + � � (2.86) � � + �� � + � � = � �� + � � + � � + � � (2.87) � � + �� � + � � = � �� + � � + � � + � � (2.88)
Dimana : gx,gy,gz = komponen dari percepatan gravitasi
= densitas
x, y, z = loses kekentalan
Persamaan diatas adalah persamaan diferensial umum dari gerakan fluida. Kenyataannya persamaan tersebut dapat diaplikasikan untuk setiap continuum (solid atau fluid) ketika bergerak ataupun diam.
3. Persamaan Energi
Persamaan energi adalah persamaan yang digunakan untuk menganalisa setiap unsur energy yang terdapat pada suatu aliran. Dalam
persamaan energi terdapat dua jenis compressible dan incompressible. Persamaan compressible energy yaitu:
� � + � � + � � + � � = � � � � + � � � � + � � � � + + + +�+ � � (2.89)
Dimana : Cp = panas jenis
To = total temperature
K = konduktivitas termal WV = kerja kekentalan
QV = sumber panas volumetrik
Φ = kekentalan panas yang terjadi Ek = energi kinetik
Persamaan incompressible energy yaitu: � � + � � + � � + � � = � � � � + � � � � + � � � � + (2.90) 4. Boundary Conditions
Dalam menganalisa suatu aliran fluida terdapat dua metode yang dapat digunakan, yang pertama adalah mencari pola aliran secara detail (x, y, z) pada setiap titik atau yang kedua, mencari pola aliran pada suatu daerah tertentu dengan keseimbangan antara aliran masuk dan keluar dan menentukan (secara kasar) efek-efek yang mempengaruhi aliran tersebut (seperti: gaya atau perubahan energi). Metode pertama adalah metode analisa diferensial sedangkan yang kedua adalah metode integral atau control volume. Boundary conditions adalah kondisi dari batasan sebuah kontrol volume tersebut. Dalam analisa menggunakan CFD seluruh titik dalam kontrol volume tersebut di cari nilainya secara detail, seperti yang telah di jelaskan di awal bab ini, dengan memanfaatkan nilai-nilai yang telah diketahui pada boundary conditions. Secara umum boundary conditions terdiri dari dua macam, inlet dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai tempat dimana
fluida memasuki domain (control volume) yang ditentukan. Berbagai macam kondisi didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan, komposisi, temperatur, tekanan, laju aliran. Sedangkan pada outlet biasanya didefinisikan sebagai kondisi dimana fluida tersebut keluar dari domain atau dalam suatu aplikasi CFD merupakan nilai yang didapat dari semua variabel yang didefinisikan dan diextrapolasi dari titik atau sel sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh penerapan boundary conditions.
Gambar 2.29 Penerapan Boundary Condition [11] Sumber : https://fauzanahmad.wordpress.com/ 5. Solusi dari persamaan
Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel yang diketahui dimasukkan kedalam persamaan dan diselesaikan menggunakan operasi numerik. Ketika iterasi dimulai maka seluruh persamaan konservasi yang didefinisikan diselesaikan secara bersamaan secara paralel. Disinilah peran komputer yang sebenarnya. Berikut ini flow charts dari salah satu aplikasi CFD (Fluent) dalam penyelesaian persamaan.
MULAI LOOP MENGULANGI MENYELESAIKAN MOMENTUM – U MENYELESAIKAN MOMENTUM - V MENYELESAIKAN MOMENTUM - W MENYELESAIKAN PERSAMAAN KONSERVASI ,MENGUBAH KECEPATAN MENYELESAIKAN ENTALPI MENYELESAIKAN PERBEDAAN MENYELESAIKAN ENERGI KINETIK TURBULEN MENYELESAIKAN DISIPASI EDDY MENGUPDATE SIFAT MEMERIKSA KONVERGENSI ULANGI KELUAR DAR LOOP YA TIDAK
Gambar 2.30 Flowchart simulasi CFD [11] Sumber : https://fauzanahmad.wordpress.com/
2.12 Metanol
Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Metanol
merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.
Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.
Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:
2 CH3OH + 3 O2→ 2 CO2 + 4 H2O
Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang tak terlihat.
Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan additif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan industri; Penambahan "racun" ini akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). Metanol kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu merupakan produk samping dari distilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melului proses multi tahap. Secara singkat, gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida; kemudian, gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol. Tahap pembentukannya adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah eksotermik.
2.13 Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan
Andaikan Tho dan Tco
Diperoleh sifat – sifat kedua fluida pada suhu Th dan Tc Aliran didalam Pipa bagian dalam
Persamaan yang digunakan yaitu :
Re = ρ V D μ ṁh = ρ Q f = (0,790 ln Re – 1,64)-2 Nu = (f/8) (Re – 1000) Pr 1 + 12,7 (f/8)0,5 (Pr2/3– 1) hi = k Nu D
Aliran didalam Anulus Q = A.V
Re = ρ V D
μ ṁc = ρ Q
Tabel 2.4. Bilangan Nu pada pipa annulus sepusat
ho = k Nu Dh Rf,i= 0,0002 m2°C/W Rf,o= 0,0001 m2°C/W Ai = Di L Ao = Do L
kpipa = 237 W/m.K (Pipa Aluminium)
1 UAs
=
1 Ui Ai=
1 Uo Ao=
R = 1 hi Ai + Rf,i Ai+ ln (Do/Di) 2kL + Rf,o Ao+ 1 ho Ao U= 1 R AsCh= ṁh cp,h Cc= ṁc cp,c Cmin Cmax= Ch Cc= C NTU = U A Cmin ε= 1 - exp - NTU 1 + C (1+C) ε = (Tc,0 – Tc,i) (Th,i – Tc,i)
Ch(Th,i– Th,o)= Cc (Tc,o– Tc,i)
Setelah diperoleh Tho dan Tco dilanjutkan kembali ke iterasi berikutnya hingga Tho dan Tco yang diandaikan mendekati atau sama.
BAB III
METODE PENELITIAN
a. Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi pengerjaan penelitian dikerjakan guna membuktikan kebenaran dari penelitian. Penelititan mengenai analisis pengaruh variasi kapasitas aliran fluida panas dan dingin dengan temperatur masuk fluida panas yang juga divariasikan dan dengan arah aliran yang sejajar akan dilakukan di laboratorium Instalasi Tenaga Uap Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.1.2 Waktu Penelitian
Waktu penelitian akan dikerjakan selama 3 hari yaitu pada tanggal 25 Juni sampai dengan tanggal 27 Juni 2015.
3.2 Metode Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dengan metode eksperimen dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap variabel yang sebelumnya telah ditentukan. Kemudian data yang diperoleh dari hasil eksperimen akan disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara variabel bebas dan terikat. Setelah didapatkan data eksperimen kemudian dilakukan perhitungan secara teori dan secara simulasi dengan menggunakan software .
Metode eksperimen menurut Suharsimi Arikunto (1996) adalah suatu cara mencari hubungan sebab akibat (hubungan kausial) antara dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti dengan menyisihkan faktor-faktor yang lain yang bisa mengganggu penelitian. Penelitian ini dikerjakan untuk mengetahui pengaruh variasi kapasitas aliran dengan suhu yang konstan terhadap efektivitas alat penukar kalor tabung sepusat dimana arah alirannya dibuat sejajar (pararel)
3.3 Populasi dan Sampel
Populasi dan sampel sangat perlu diperhatikan karena keduanya yang akan dianalisa nilainya sehingga didapat nilai kualitatifnya.
3.3.1 Populasi Penelitian
Populasi adalah keseluruhan objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1996:115). Populasi dalam penelitian ini adalah laju aliran massa yang bervariasi terhadap temperature masuk fluida panas yang konstan.
3.3.2 Sampel Penelitian
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida panas alat penukar kalor tabung sepusat masuk yaitu 180 L/j , 240 L/j, 300 L/j, dan 360 L/j. dengan temperatur masuk fluida panas yaitu sebesar 40oC. kemudian variasi kapasitas aliran juga diuji pada temperatur masuk fluida panas lainnya yaitu 45oC, 50oC, dan 55oC. Selanjutnya untuk laju aliran fluida dingin divariasikan menjadi dua yaitu 180 L/j, 240 L/j dan 360 L/j. Masing-masing variasi kapasitas aliran dan suhu diambil sebanyak 1 kali dikarenakan kapasitas fluida dingin yang sangat terbatas, sehingga jumlah keseluruhan data menjadi 48 data.
Tabel 3.1 variasi sampel penelitian
1 180 2 240 3 300 4 360 5 180 6 240 7 300 8 360 9 180 10 240 11 300 12 360 13 180 14 240 15 300 16 360
kondisi kapasitas fluida panas (l/j)
suhu masuk fluida panas (ºC) kapasitas fluida dingin( l/j) 40 50 55 240 240 240 240 45
suhu masuk fluida dingin (ºC)
34
35
36
32
1 180 2 240 3 300 4 360 5 180 6 240 7 300 8 360 9 180 10 240 11 300 12 360 13 180 14 240 15 300 16 360
suhu masuk fluida dingin (ºC) 34 34 37 35 50 55 360 360 360 360 45
kondisi kapasitas fluida panas (l/j)
suhu masuk fluida panas (ºC)
kapasitas fluida dingin( l/j)
40
Tabel 3.3 Variasi Sampel Penelitian
1 180 2 240 3 300 4 360 5 180 6 240 7 300 8 360 9 180 10 240 11 300 12 360 13 180 14 240 15 300 16 360
kondisi kapasitas fluida panas (l/j)
suhu masuk fluida panas (ºC) kapasitas fluida dingin( l/j) 40 50 55 180 180 180 180 45
suhu masuk fluida dingin (ºC) 34 34 37 35 3.3.3Teknik Sampling
Tujuan digunakannya teknik sampling adalah menentukan seberapa banyak sampel yang akan diambil. Teknik sampling yang akan digunakan untuk mengumpulkan data dari berbagai sumber data adalah purposive sampling. Yaitu teknik pengambilan data dimana apa dan dan siapa yang harus memberikan data ditentukan secara subjektif sesuai dengan kebutuhan
yang telah ditentukan guna tercapai tujuan yang telah ditentukan. Karena data yang dikumpulkan dari pihak yang terkait langsung dengan permasalahan yang diteliti.
Penelitian dilakukan dengan menguji alat penukar kalor tabung sepusat dengan variasi-variasi yang telah ditentukan guna mendapatkan hasil perbandingan perhitungan hasil percobaan, hasil teori, dan hasil simulasi.
3.4 Teknik Pengumpulan Data
Pengumpulan data yang akan dikerjakan adalah pengumpulan data primer serta data sekunder. Dalam hal ini data sekunder berfungsi sebagai data pendukung sebagai referensi penelitian. Didalam pengumpulan data ada beberapa variabel. Variabel itu sendiri adalah objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993 : 91). Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1) Variabel Bebas
Variabel bebas merupakan himpunan sejumlah gejala yang memiliki aspek atau unsur, yang berfungsi mempengaruhi atau menentukan munculnya variabel lain yang disebut dengan variabel terikat. Variabel bebas menentukan perubahan yang akan terjadi terhadap variabel terikat. Dengan kata lain jika variabel bebas berubah maka akan terjadi perubahan pula terhadap variabel terikat. Adapun yang menjadi variabel bebas pada penelitian ini adalah kapasitas aliran fluida panas dan suhu masukan fluida panas yang dibuat konstan. Kapasitas aliran yang akan digunakan pada penelitian ini adalah 50 l/j, 100 l/j, 150 l/j, dan 200 l/j. Kapasitas aliran tersebut akan diuji masing-masing pada temperatur masuk fluida panas 50oC, 60oC, 70oC, dan 80oC. Pada fluida dingin suhu yang digunakan adalah suhu kamar dengan kapasitas aliran 200 l/j dan 400 l/j
2) Variabel Terikat
Variabel terikat adalah himpunan sebuah gejala yang memiliki pula sejumlah aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi atau menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut dengan variabel bebas. Variabel terikat dapat dikatakan sebagai sesuatu yang dipengaruhi
terhadap sesuatu yang lain. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah efektifitas alat penukar kalor tabung sepusat.
3) Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikanagar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benar-benar karena variabel bebas yang telah ditentukan. Pengendalian variabel ini digunakan agar tidak ada hal variabel yang mempengaruhi variabel terikat dalam hal ini efektifitas alat penukar kalor tabung sepusat selain dari variasi kapasitas aliran serta temperature suhu masukan.
Pengendalian ini sakan menghasilkan variabel terikat yang benar- benar diinginkan karena sebelumnya kita telah mengontrol setiap variabel lain tidak ada yang mempengaruhi selain dari variabel bebas yang telah ditentukan.
Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah : 1. Alat pengujian
2. Isolasi pada alat penukar kalor 3. Alat ukur yang digunakan
3.5 Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan untuk melaksanakan penelitian ini meliputi :
3.5.1Bahan Penelitian
Bahan penelitian yang digunakan di dalam penelitan ini adalah air sebagai fluida panas dan dingin.
3.5.2 Alat Penelitian
Gambar 3.1 alat penukar kalor tabung sepusat
Alat uji diatas merupakan alat penukar kalor tabung sepusat yang dirancang oleh Hendrico. Adapun bagian-bagian dari alat tersebut adalah sebagai berikut :
1) Alat Ukur
Pada alat penukar kalor ini terdapat beberapa alat ukur yaitu alat ukur suhu, kapasitas aliran serta pengatur berapa suhu masukan fluida panas yang akan dimasukan.
Adapun penjelasan dari alat-alat ukur tersebut adalah sebagai berikut :
1. Alat Pengukur Suhu (Agilent)
Alat ukur ini berfungsi untuk mengukur suhu masukan dan suhu keluaran dari masing-masing fluida yaitu fluida panas dan fluida dingin. Suhu yang didapat akan dimunculkan pada layar display penunjuk dan akan tersimpan dalam bentuk data excel. Berikut adalah gambar dari alat ukur suhu dari alat penukar kalor tersebut.
Gambar 3.2 Agilent
2. Alat Ukur Kapasitas Aliran (Flowmeter)
Alat ukur ini bertujuan mengetahui berapa kapasitas aliran yang terjadi pada masing-masing pipa yaitu pada pipa yang mengalirkan fluida panas dan pipa yang mengalirkan fluida dingin. Adapun gambar dari alat ukur tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 3.3 Flowmeter 3. Alat pengatur suhu (Termostat)
Alat ini berfungsi untuk mengatur berapa panas yang akan diberikan kepada air yang akan digunakan sebagai fluida pemanas di dalam penelitian ini. Berikut ini adalah gambar alat pengatur suhu yang akan digunakan.
2) Pompa
Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida panas di dalam alat penukar kalor sedangkan fluida dingin dialirkan melalui keran yang terdapat di dekat apk tersebut. Adapun gambar dari pompa tersebut adalah sebagai berikut.
Gambar 3.5 pompa fluida panas 3) Tabung Sepusat
Pada tabung ini terjadi perpindahan kalor dari fluida panas ke fluida dingin begitu juga sebaliknya tergantung tujuang dari penggunaannya apakah untuk pendinginan atau pemanasan. Berikut adalah gambar dari tabung sepusat yang akan digunakan pada penelitian ini.
Gambar 3.6 tabung sepusat Spesifikasi :
Diameter tabung dalam : 13 mm Diameter tabung luar : 15 mm Diameter dalam annulus : 32 mm Bahan pipa dalam : Aluminium Bahan pipa luar : Besi
3.5.3 Skema Uji Penelitian
Berikut ini adalah skema uji penelitian yang dilakukan oleh penulis yang terdapat pada gambar 3.8
FLUIDA DINGIN Tangki Panas
Pompa Aquarium Centrifugal
Stop Kran
F
I
Tangki Dingin
Pompa Aquarium Centrifugal Stop Kran
F
I
Rotameter
Alat Penukar Kalor
FLUIDA PANAS
Stop Kran
Stop Kran
Stop kran Stop kran
Tangki panas Rotameter
Pompa Aquarium Centrifugal
FLUIDA PANAS
FLUIDA PANAS