TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga Pass, Shell Satu Pass Untuk Mesin Pengering Empon-Empon.

(1)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN

_{HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN}

TIGA

_PASS,

_SHELL

SATU

_PASS

UNTUK MESIN

PENGERING EMPON-EMPON

Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Progam Studi Strata 1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

FARUG ALFAN GHOZALI

D200120133

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(2)

(3)

(4)

(5)

v MOTTO

“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya

yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu.”

(Q.S Al Baqarah:45)

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka

apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya pada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharap”

(Q.S. Al Insyiroh:6-8)

Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang berilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan allah maha mengetahui apa yang kamu kerjakan

(Q.S Al Mujaadilah:11)

Sesungguhnya Allah menyukai apabila salah seorang dari kalian berbuat sesuatu, maka ia lakukan dengan sebaik-baiknya

(6)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan rasa senang hati karya sederhana ini dapat terselesaikan yang kupersembahkan

kepada Kedua orangtua yang selalu memberi nasihat, bimbingan, dorongan dan

senantiasa mendoakanku.

Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis hanya bisa mengucapkan

terima kasih.

(7)

vii Abstraksi

RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS,

SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON.

Heat Exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan

proses pertukaran kalor antara dua fluida, baik cair (panas atau dingin) maupun gas, dimana fluida ini mempunyai temperatur yang berbeda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perpindahan kalor dengan

melakukan variasi debit 0,026, 0,028 dan 0,030 /s.

Heat exchanger yang digunakan dalam pengujian ini memiliki aliran

menyilang. Cara kerja dari heat exchanger ini yaitu fluida dingin berupa udara

yang didapat dari blower mengalir masuk kedalam heat exchanger, dalam

proses ini fluida dingin akan menerima kalor dari fluida panas yang didapat dari kompor, dan fluida dingin tersebut mengalir masuk kedalam mesin pengering empon-empon.

Hasil yang diperoleh pada penelitian ini adalah meningkatnya debit fluida dingin, maka perubahan temperatur, kalor yang diterima fluida dingin, koefisien perpindahan kalor total, koefisien perpindahan kalor fluida dingin, efisiensi dan perubahan massa kunyit mengalami peningkatan.

Kata kunci : Alat penukar kalor, Variasi Debit, Koefisien Perpindahan

(8)

viii Abstracts

RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS,

SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON.

Heat Exchanger is the equipment used to perform the process the

exchange of heat between two fluids, liquid (hot or cold) and gas, where the

fluid has different temperatures. This study intend to determine the heat

transfer with debit variation 0,026, 0,028 and 0,030 s.

Heat exchangers are used in this research has a cross flow. The heat

exchangers mecanism are cold fluid in form of air obtained from the blower to

flow into the heat exchanger, in this process cold fluid will receive heat from

hot fluid coming from the stove, and the cold fluid flows into the engine drying

machine medicinal.

The result of this research show that, if the cold fluid mass flow rate of

air are bigger, it is means that temperature different, heat of cold fluid mass

flow, ,overall heat transfer coefficient,heat transfer coefficient of cold fluid,

efficiency and mass different of turmeric rate is bigger.

(9)

(10)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

LEMBAR MOTTO ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi

ABSTRAKSI ... vii

ABSTRACTS ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR RUMUS ... xv

DAFTAR SIMBOL ... xvii

DAFTAR LAMPIRAN ... xix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 4

1.5 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 7

2.1 Tinjauan Pustaka ... 7

2.2 Dasar Teori ... 8

2.2.1 Teori Kesetimbangan Kalor ... 9

(11)

xi

2.2.3 Perpindahan Kalor Gabungan Antara Konveksi dan

Konduksi ... 15

2.2.4 Metode LMTD dan Meode NTU... 18

2.2.5 Jenis-jenis Heat Exchanger ... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1 Bahan Penelitian ... 27

3.2 Alat-alat Penelitian ... 28

3.3 Rancangan Penelitian ... 35

3.4 Tempat Penelitian ... 36

3.5 Prosedur Penelitian ... 36

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN DATA ... 39

4.1 Data Dimensi Alat Penukaran Kalor ... 39

4.2 Data Hasil Pengujian ... 39

4.3 Analisa Pehitungan ... 40

4.4 Pembahasan ... 47

4.4.1 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan Temperatur Fluida Dingin ... 47

4.4.2 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Kalor Yang Diterima Fluida Dingin ... 48

4.4.3 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Total ... 49

4.4.4 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Fluida Dingin ... 50

4.4.5 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Efisiensi Heat Exchanger ... 51

4.4.6 Pengaruh Debit Fluida Dingin TerhadapPerubahan Massa Kunyit ... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

5.1 Kesimpulan ... 53

5.2 Saran ... 55 DAFTAR PUSTAKA

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konsep Kesetimbangan Kalor ... 10

Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Konveksi pada Dinding Datar ... 11

Gambar 2.3 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar ... 13

Gambar 2.4 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Silinder ... 14

Gambar 2.5 Skema Perpindahan Kalor Gabungan ... 15

Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Gabungan ... 16

Gambar 2.7 Variasai Perbedaan Temperatur Pada Heat Exchanger .... 18

Gambar 2.8 Diagram faktor Koreksi (F) untuk single pass cross flow unmixed ... 20

Gambar 2.9 Diagram Keefektifan Heat Exchanger cross-flow unmixed.22 Gambar 2.10 Bentuk Susunan Tabung ... 23

Gambar 2.11 Shell and Tube Heat Exchanger ... 23

Gambar 2.12 Aliran Double Pipe Heat Exchanger ... 25

Gambar 3.1 Kunyit ... 27

Gambar 3.2 Tabung Gas LPG ... 28

Gambar 3.3 Aliran Fluida pada Heat echanger ... 29

Gambar 3.4 Heat ExchangerTube Non Fin Tiga pass shell satu pass .. 29

Gambar 3.5 Mesin Pengering Empon-empon ... 30

Gambar 3.6 Kompor ... 30

Gambar 3.7 Blower ... 31

Gambar 3.8 Thermocouple ... 32

Gambar 3.9 Anemometer ... 32

Gambar 3.10 Stopwatch ... 33

(13)

xiii

Gambar 3.12 Timbangan Analog ... 34 Gambar 3.13 Diagram Alir Perancangan ... 35 Gambar 3.14 Instalasi pengujian ... 36 Gambar 4.1 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan

Temperatur Fluida dingin (∆Tc) ... 47

Gambar 4.2 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Kalor yang

Diterima Fluida Dingin(qc) ... 48

Gambar 4.3 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien

Perpindahan Kalor Total(U) ... 49 Gambar 4.4 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien

Perpindahan Kalor Fluida Dingin(hc) ... 50

Gambar 4.5 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Effisiensi ( ) ... 51

Gambar 4.6 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

(15)

xv

DAFTAR RUMUS

Rumus 1.1 Perpindahan Kalor ... 9

Rumus 1.2 Teori Kesetimbangan Kalor ... 10

Rumus 1.3 Perpindahan Kalor Konveksi ... 11

Rumus 1.4 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar ... 13

Rumus 1.5 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar ... 13

Rumus 1.6 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Pipa Silinder ... 14

Rumus 1.7 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Pipa Silinder ... 14

Rumus 1.8 Perpindahan Kalor Radiasi ... 15

Rumus 1.9 Hambatan Perpindahan Kalor ... 16

Rumus 2.0 Koefisien Perpindahan Kalor Total ... 16

Rumus 2.1 Bilangan Reynold ... 17

Rumus 2.2 Bilangan Nusselt ... 17

Rumus 2.3 Bilangan Nusselt ... 18

Rumus 2.4 Koefisien Perpindahan Kalor ... 18

Rumus 2.5 Perpindahan Kalor dengan Metode LMTD ... 19

Rumus 2.6 Perbedaan Tempertur Rata-Rata Logaritma ( ) ... 19

Rumus 2.7 Temperature P ... 19

Rumus 2.8 Raiso Temperature R ... 19

Rumus 2.9 Keefektifan Perpindahan Kalor ( ) ... 20

Rumus 3.0 Kapasitas kalor ... 21

Rumus 3.1 Perpindahan Kalor Maksimal ... 21

Rumus 3.2 Rasio Kapasitas Kalor ... 21

(16)

xvi

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m2K)

U = Koefisien Perpindahan Kalor Total (W/m2K)

Re = Bilangan Reynold

= Viskositas absolut fluida (kg/m.s)

v = Viskositas kinematik fluida

Nu = Bilangan Nuselt

F = Faktor koreksi

∆TLMTD = Perbedaan temperatur rata-rata logaritma (K)

P = Rasio temperatur P

R = Rasio temperatur R

= Keefektifan perpindahan kalor

qmax = Perpindahan kalor maksimal (W)

(17)

xvii

NTU = Number of Transfer Unit

Aunfin = Luasan kontak tanpa sirip (m2)

Afin = Luasan Kontak pada sirip (m2)

qtot = Perpindhan Kalor total (W)

= Efisiensi Heat Exchanger

Subskrip

c = Cold

(18)

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Desain Heat Exchanger 3D

Lampiran 2 Desain Heat Exchanger 2D

Lampiran 3 Desain Shell

Lampiran 4 Desain Smoke Box

Lampiran 5 Desain Smoke Box

Lampiran 6 Desain Tube

Lampiran 7 Shell Plate

Lampiran 8 Tabel Properti Udara

Lampiran 9 Tabel Properti CO2

Lampiran 10 Tabel HHV Lampiran 11 Diagram NTU

Lampiran 12 Hasil Pengeringan dan Set-Up Pengujian