Analisa Perfomansi Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Dengan Aliran yang Terbagi Dalam Konfigurasi Aliran Berlawanan Arah dan Searah

LAMPIRAN I

ANALISA PERHITUNGAN DATA EKSPERIMEN DAN TEORITIS UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIGA SALURAN SATU LALUAN

1.1 Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Pipa

Diketahui :

 D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m

 D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m

 D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m

 Dtembaga = 0,6 mm = 0,0006 m

 Dh3i = D2in – D1out = 0,001572 m

 Dh2o = D3in – Dtembaga = 0,00426 m

Dengan memeperhatikan asumsi-asumsi pada bab IV dan menginterpolasi pada tabel 2.2 dan grafik pada gambar 2.23, maka diperoleh

r* = r3/r4 = 0,329 maka, Nuoo= 4,933, θo = 0,16

r* = r1/r2 = 0,872 maka, Nuii = 5,7, Ɵi = 0,71

Dengan memperhatikan asumsi-asumsi pada point 1 dan 2 maka dengan persamaan 2.3a dan 2.3b diperoleh

 Nui = Nuᵢᵢ

1−(q₀"/qᵢ")Ɵi

=

Nui =

5,53 1−(0)0,71

Nui = 5,7

 Nuo = Nu₀₀

1−(qᵢ"/q₀")Ɵo

=

4,933 1−(0)0,16

Nuo = 4,933

Sehingga koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata pada pipa dalam (Ch3)

dan luar (Ch3), dengan persamaan 2.2a dan 2.2b

hi

=

Nui . k

Dh

=

h2i = 2318.05 W/m

2 o

K

hi

=

Nui . k

Dh

=

h3o = 884,655 W/m

2 o

K

Bilangan nusselt pada sisi dalam Nuiidan sisi luar Nu00 pada pipa tembaga

yang berada di tengah (channel 1) diasumsikan masing-masing dinding dalam (Ch3) dan luar dipanaskan atau didinginkan secara terpisah adalah

D1i = 0,00806 m

Maka perbandingan D1i

/

D1o = 0,87, kemudian kita peroleh nilai Nuii dan

Nuoo dengan cara menginterpolasi pada tabel 2.2 atau grafik pada gambar 2.23

maka kita peroleh, hasil interpolasi sebagai berikut : Nuii = 5,7 dan Ɵ*i = 0,3

Nuoo = 5,2 dan Ɵ*o = 0, 4

Perbandingan antara fluks panas pada sisi luar dengan sisi dalam maupun sebaliknya, dapat diperoleh denggan persamaan 2.1a dan 2.1b, maka diperoleh qo”/ qi” dan qi”/ qo”, yaitu :

− qo”/ qi” = h2i/ h3o=

2318 ,05

884,655

=

2,598

− qi”/ qo” = h3o/ h2i =

884,655

2318 ,05

=

0,384917

Bilangan Nusselt untuk masing-masing sisi diperoleh dari persamaan 2.3a

dan 2.3b, sebagai berikut :

 Nui = Nuᵢᵢ

1−(q0”/qᵢ”)Ɵi

=

Nui =

5,7 1−(2,598)0,3

Nui = -142,86

 Nuo = Nu₀₀

1−(qᵢ"/q₀")Ɵo

=

5,2 1−(0,385)0,4

Nuo = 5,87886

Untuk bilangan nusselt di dalam (Nui) diperoleh negatif hanya karena

perhitungan matematis dimana (qo”/ qi”) Ɵ*i lebih besar dari pada 1, sedangkan

pada implementasinya dalam penetuaan koefisien perpindahan panas konveksi dianggap sama.

Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata pada sisi dalam dan luar sebagai berikut :

hi

=

Nui . k

Dh

=

hi = 27436, 6 W/m

2

. K

hi

=

Nui . k

Dh

=

ho = 2614, 283 W/m

2

Kemudian hasil perhitungan koefisien perhitungan panas konveksi diatas digunakan dalam penentuan nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh pada masing-masing sisi saluran.

Koefisien perpindahan panas menyeluruh, U ditentukan dari persamaan 4.1 berikut :

 _U1

=

1

hi

+

Dout

2k

ln

�

Dout

Din

�

+

1 ho

�

Dout Din

�

1 U

=

1

27436 ,6_{m 2.}W

�

+

0,008006

2�401_{m 2K}w �

ln

�

0,00935 0,008006

�

+

1 2614 ,283

�

0,008006

0,00935

�

=

0,0002

U = 4074,6 W/m2.K

Maka, U12P12L = 39,798 W/o K

 _U1

=

1

hi

+

Dout

2k

ln

�

Dout

Din

�

+

1 ho

�

Dout Din

�

1 U

=

1

27436 ,6 W

m 2.�

+

0,00635

2(401 w

m 2K)

ln

�

0,00635

0,00483

�

+

1 2614 ,283

�

0,00635

0,00483

�

=

0,00051

U = 1970,3 W/m2.K

Maka,U13P13L = 15,624 W/o K

1.2 Analisa Perhitungan Data Eksperimen Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi

 T1in = 67,7 °C

 Tsin = 8,4 °C

 Q1 = 1,02 lpm

 Q2 = 0,51 lpm

 Q3= 0,52 lpm

 T1o = 36,8 °C

 T2o = 46,1 °C

 T3o = 30,7 °C

 D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m

 D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m

 D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m

Ditanya :

• ε ...?

• NTU

Penyelesaian

Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera

Saat :

T1in = 67,7 °C

ρ = 979,0292 kg/m3

Cp1 = 4,19556 Kj/Kg. K

μ = 0,000416 N.s/m2

Tsin = 8,4 °C

ρ = 1000 kg/m3

Cp2 = 4,19408 Kj/Kg. K

μ = 0,001367 N.s/m2

Dalam menentukan efektifitas terdapat beberapa parameter dan sesuai kasus atau keadaan tertentu, sesuai pembahasan pada bab II, berikut cara perhitungan menentukan efektifitas.

Maka, Q1 = 1,02 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

1,02 litr /min

60 s .1000 = 0,000017 m

3

/s

Q2 = 0,51 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,51 litr /min

60 s .1000 = 0,0000085 m

3

/s

Q3= 0,52 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,52 litr /min

60 s .1000 = 8,6667 . 10

-6

m3/s

ρ = �_� , sehingga ṁ= ρ.Q, maka massa untuk masing-masing fluida : ṁ1 = 979,0292 kg/m3 . 0,000017 m3/s

= 0,016643 kg/s

ṁ2 = 1000 kg/m3 . 0,0000085 m3/s

= 0,0085 kg/s

ṁ3 = 1000 kg/m3 . 8,6667.10-6 m3/s

= 0,008667 kg.s

Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold

V = �

�

=

4.�

�.�²

• Kecepatan fluida di saluran 1

v1 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,000017 m ³/s

3,14 . ((0,008062)−(0,006352₎₎ = 0,910931 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 2

v2 = 4.Q π.D² =

4. 0,0000085 m ³/s

3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,339782 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 3

v3 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,0000086667 m ³/s

3,14 . ((0,0048262)) = 0,474032 m/s

Re = ρ.V.D

μ

− Re1 =

979,0292kg

m 3 0,339782 m

s (0,008006−0,00635 m )

0,000416 N.s/m ² = 3553,066

− Re2 =

1000kg

m 3 0,339782 m

s (0,010922−0,00935 m )

0,001367 N.s/m ² = 390,7824

− Re3 =

1000kg

m 3 0,474032 m

s (0,004826 m )

0,001367 N.s/m ² = 16073,699

Menentukan laju kapasitas aliran :

 C1 = ṁ1 . cp1 = 0,016643 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,069829 kW/K

 C2 = ṁ2. cp2 = 0,0085 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03565 kW/K

 C3 = ṁ3. cp3 = 0,008667 kg.s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03649 kW/K

Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :

Cs = C2 + C3

= 0,03565 kW/K + 0,03649 kW/K = 0,071998

Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai

tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,

Maka, Cmin = C1 = 0,069829 kW/K .

Dengan menggunakan persamaan 4.2 dan 4.3 kita tentukan nilai efektifitas (ε) hasil ekperimen, yaitu :

ε

o =

C1 (T1in−T1out ) Cmin (T1in−Tsin )

=

0,069829 kW /K (67,7−36,8 °C) 0,069829 kW/K (67,7−8,7 °C)

=

0,521078 = 52,2 %

ε

s

=

C2 (T2out−T2in )+C3 (T3out−T3in ) Cmin (T1in−Tsin )

=

0,03565 kW /K (46,1−8,4°C )+0,036349 kW /K(30,7−8,4°C) 0,069829 kW/K (67,7−8,7 °C)

B. Menentukan NTU Pada Alat Penukar Panas

Dalam menentukan NTU pada alat penukar kalor tiga saluran kita menggunakan persamaan 2.69 atau 2.70. Untuk kasus α₁.α₄ ≠ α₂.α₃ kita menggunakan parameter pada persamaan 2.67a, 2.67b , sedangkan untuk kasus α₁.α₄= α₂. α₃ menggunakan parameter pada persamaan 2.68a dan 2.68b.

Pada kasus ini α₁.α₄ = α₂. α₃, sehingga

ϴ = 1

2α [ a4 ua - a2 va + 1

2α (a1ua +a2 va)(1 – e -2α

)]

= 1

−0,75127 [ -4,4623 - 7,97267 +

1

−0,75127 (-12,1933 +7,97267)(1 – e

-(-0,75127) )]

= 24,92753

φ= 1

−0,75127 [ a1 va - a3 ua + 1

2α (a3ua +a4 va)(1 – e

-2α

)]

φ= 1

−0,75127 [ -20,0574 - 12,7179 + 1

−0,75127 (12,7179 +-7,34348)(1 – e

-(-0,75127)

)]

= 32,96469

Maka, NTU1 =

U₁₂ P₁₂ L

Cmin = 0,573587 dan NTU2 =

U₁₃ P₁₃ L

Cmin

=

0,741894

Sehingga sesuai persamaan 2.70, maka NTU,

NTU =

�

Ntu₁ϴ +Ntu₂Ø

λϴ + (1 – λ)Ø

�

= 0,741894

*Lakukan hal yang sama untuk kasus α₁.α₄ ≠ α₂.α₃, baik aliran berlawanan

(counter flow) dan searah ( paralel flow).

1.3 Analisa Perhitungan Secara Teoritis Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi dengan Konnfigurasi Aliran Berlawanan Arah

Diketahui :

 Tsin = 8,4 °C

 Q1 = 1,02 lpm

 Q2 = 0,51 lpm

 Q3= 0,52 lpm

 D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m

 D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m

 D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m

Ditanya :

• ε

Penyelesaian

Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera

Saat :

T1in = 67,7 °C

ρ = 979,0292 kg/m3

Cp1 = 4,19556 Kj/Kg. K

μ = 0,000416 N.s/m2

Tsin = 8,4 °C

ρ = 1000 kg/m3

Cp2 = 4,19408 Kj/Kg. K

μ = 0,001367 N.s/m2

Maka, Q1 = 1,02 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

1,02 litr /min

60 s .1000 = 0,000017 m

3

/s

Q2 = 0,51 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,51 litr /min

60 s .1000 = 0,0000085 m

3

/s

Q3= 0,52 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,52 litr /min

60 s .1000 = 8,6667 . 10

-6

m3/s

ṁ1 = 979,0292 kg/m3 . 0,000017 m3/s

= 0,016643 kg/s

ṁ2 = 1000 kg/m3 . 0,0000085 m3/s

= 0,0085 kg/s

ṁ3 = 1000 kg/m3 . 8,6667.10-6 m3/s

= 0,008667 kg.s

Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold

V = �

�

=

4.�

�.�²

• Kecepatan fluida di saluran 1

v1 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,000017 m ³/s

3,14 . ((0,008062)−(0,006352₎₎ = 0,910931 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 2

v2 = 4.Q π.D² =

4. 0,0000085 m ³/s

3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,339782 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 3

v3 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,0000086667 m ³/s

3,14 . ((0,0048262)) = 0,474032 m/s

Menentukan laju kapasitas aliran :

 C1 = ṁ1 . cp1 = 0,016643 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,069829 kW/°K

 C2 = ṁ2. cp2 = 0,0085 kg/s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03565 kW/°K

 C3 = ṁ3. cp3 = 0,008667 kg.s . 4,19408 Kj/Kg. K = 0,03649 kW/°K

Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :

Cs = C2 + C3

= 0,03565 kW/K + 0,03649 kW/K = 0,071998 kW/K

Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai

tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,

Rasio kapasitas aliran seperti pad persamaan 2.32

 S1 = C1/C2 = (0,069829 kW/°K) / ( 0,03565 kW/°K) = 1,95875

 S2 = C1/C3 = (0,069829 kW/°K) / (0,03649 kW/°K) = 1,9210811

 C1/Cs = (0,069829 kW/°K) / (0,071998 kW/°K) = 0,969886 = 1

Berdasarkan perhitungan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh pada alat penukar kalor pada Bab IV persamaan 4.1 maka diperoleh :

U12P12L = 39,8 W/o K

U13P13L = 15,264 W/o K

Pada persamaan 2.31 maka parameter penentu efektifitas aliran berlawanan arah, sebagai berikut :

�₂ =U₁₃ P₁₃ L

C₁

=

40,053 �°�

0,069829 ��°� .1000 �

1 ��

=

0,21892

�₃ =U₁₂ P₁₂ L C₁

=

15,264 �°�

0,069829 �°�1000 �

1 ��

=

0,573589

Lalu, koefisien a1 dan a4 dapat dinyatakan dalam a2 dan a3 pada persamaaan

2.34 untuk konfigurasi aliran berlawanan sebagai berikut :

a1 = a3 ( I- s1 ) = 0,573589 (1-1,95875) = -0,54993

a4 = a2 ( I - s2 ) = 0,218592 (1 – 1,9210811) = -0,20134

α1.α4 = 0,110723

α2.α3 = 0,12538

Pada persamaan 2.44 kita menentukan nilai α dan β sebagai parameter pennetu temperatur keluaran,

α = (a1 + a4)/2

= (-0,54993 + -0,20134)/2

= -0,3756

Dalam menentukan temperatur keluaran pada masing-masing saluran, perlu mengetahui keadaan apakah α1.α4 sama dengan α2.α3 atau tidak dan apakah

nilai C1/Cs sama dengan (mendekati) satu atau tidak.

Dalam kasus ini α1.α4 = α2.α3 dan C1/Cs = 1, maka menggunakan

pendekatan formula untuk parameter tersebut, sebagai berikut :

b1 = b2.b6 – b3.b5

= (-2,00926 . ,63582) – (1,22146 . -0,98347) = -0,07625 b2 = a3 + a4 – s1.a3 e-2α

=0,573589 + (-0,20134) – (1,95875 . 0,573589. e--2(-0,3756))= -2,00926

b3 = s2. a2 . e-2α – a1 –a2

= 1,95875 . 0,21859. e--2(-0,3756) – (-0,54993) - (0,21859) = 1,22146

b4= 2α (T3i – T2i)

= 2. (-0,375634) (8,4 – 8,4°C) = 0

b5 = a4 -

2.α s1

+

a1 e

-2α

= (-0,20134) – 2.(−0,375634 )

1,9587 + (-0,54993) . e

--2(-0,3756)

= -0,98347

b6 = -a2 -

2.α

s2

+

a2. e

-2α

= -(0,21859)-2.(−0,375634 )

1,9210811 + 0,21859 . e

--2(-0,3756)

= 0,63582

b7= 2α [(T1i – T2i)(1-

1 s₁) -

1

s2(T1i – T3i)]

= 2.(-0,3756) {(67,7 – 8,4°C)(1- (1/1,9587))- ((1/1,9210811)*(67,7 – 8,4°C))} = 1,3842

Maka, parameter ua dan va dapat ditentukan,berdasarkan persamaan 2.59 dan 4.6

yaitu :

uA = 1

b₁ (b₄.b₆ - b₃. b₇)

= 1

−0,07625 (0 – 1,22146 . 1,38418 ) = 22,1725

va = - ua.

�

= - (

22,1725) (−2,00926

1,22146 ) = 36,47288

Untuk menentukan temperatur keluaran untuk masing-masing saluran berdasarkan persamaan 2.61, 2.62 dan 2.63, yaitu :

 T1o = T1i + 1

s₁(T2i + uA – T1i) + 1

s₂ (T3i + vA – T1i)

= 67,7 °C + ((1/1,958749).(8,4 °C +22,1725-67,7°C)) + ((1/1,9211).(8,4°C +36,47288-67,7°C))

= 36,86 °C  T2o = T1i - uA

= 67,7°C – 22,1725 = 45,527 °C

 T3o = T1i - vA

= 67,7°C – 36,47288 = 31,22712 °C

Setelah diperoleh temperatur keluaran maka dapat dicari efektifitas dari alat penukar kalor dari persamaan 4.2, yaitu :

ε

o =

�1 (�1�� −�1���)

���� (�1�� −����)

=

ε

o =

0,069829 ��/°� (67,7°C − 36,86 °C) 0,069829 ��/°� (67,7 °C −8,4 °C)

ε

o = 0,520017 = 52 %

* Lakukan hal yang sama untuk menentukan temperatur keluaran dan efektifitas pada konfigurasi aliran berlawanan pada kasus yang sama seperti diatas.

* Jika pada kasus dimana α1.α4 ≠ α2.α3 maka gunakan parameter yang berbeda

pada kasus diatas sesuai persamaan pada bab II.

* Jika pada kasus dimana α1.α4 ≠ α2.α3 dan C1/Cs ≠ 1 (tidak mendekati 1) maka

Tabel 1.1 Pengujian Hasil Pengukuran Sesuai Kriteria Neraca Energi Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

1,43

0,56 0,54 56,3 26,2 38,7 46,1 43,9 4090,52 670,97 2717,80 1415,13 657,17 588,70 0,687

0,5 0,54 47,87 5,3 27,7 37,5 30,8 3680,36 349,06 1583,57 1991,86 1127,65 964,46 0,708

0,41 0,54 47,7 5 27,7 35,7 30,6 3591,04 283,62 1656,31 1930,88 881,76 1022,22 0,719

0,1 0,55 47,3 5,3 30,1 45,2 40,2 3567,09 69,81 1612,89 1660,76 279,46 1344,42 0,986

1,35 0,72 0,61 53,7 4 32,1 28,0 20,7 3044,60 1306,44 4649,38 2313,22 1211,27 846,63 0,575

0,4 0,6 47,7 4 26,4 36,1 32,3 3514,09 268,55 1692,07 2012,33 900,04 1190,24 0,696

1,3

0,73 0,82 62,4 6,9 38,7 33,2 20,1 4289,31 535,92 2528,74 2801,17 1343,37 1325,39 0,568

0,46 0,65 52,2 30,4 36,5 46,9 45,2 3606,92 654,53 3354,29 1406,17 537,37 625,98 0,661

0,54 0,66 52 30,3 42,7 40,7 37,1 3594,56 823,03 3182,84 975,91 454,35 382,09 0,592

0,43 0,67 52 30,4 38,6 45,7 43,3 3594,56 562,94 3684,52 1110,21 456,20 552,87 0,639

0,69 0,62 50,8 30,6 40,5 39,6 39,1 3517,91 907,17 3424,07 922,52 430,59 365,41 0,593

0,22 0,58 41,09 13,5 31,3 32,4 25,4 3499,69 230,40 2010,12 879,40 342,49 447,88 0,801

0,43 0,67 38,76 11,17 21,8 33,5 30,6 2837,10 358,07 2343,63 1090,35 530,43 537,59 0,636

0,37 0,63 39,69 12,56 22,7 35,4 30,6 2887,21 320,55 2292,68 1068,72 465,88 476,57 0,683

0,25 0,65 40,1 12,7 28,9 35,9 24,4 2909,86 226,00 2336,86 1006,36 420,53 522,04 0,681

1,28 0,59 0,61 54,2 6,1 30,2 31,4 24,7 3596,30 422,25 1863,89 2080,40 1044,97 807,31 0,801

0,11 0,54 42,62 16,19 31,4 38,4 35,4 3005,64 142,32 1992,76 992,19 231,67 670,12 0,920

1,22 0,59 0,61 53,2 6,9 30,6 31,3 24,8 3375,54 396,44 2097,00 1866,68 921,94 851,69 0,614

1,19

0,2 0,5 53,5 27 41,6 50,1 44,1 3005,64 142,32 1992,76 966,42 320,75 593,60 0,880

0,56 0,56 53,5 26,9 41,6 40,2 35,6 2025,36 1132,60 4757,56 1138,41 517,09 439,33 0,638

0,5 0,62 53,5 26,9 41,9 42,2 35,4 2025,36 1011,25 5267,29 1031,94 531,11 499,32 0,619

Q1 (liter/min Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

1,19 0,61 0,6 46,2 26,9 37,8 35,6 32,4 2973,36 743,49 3071,88 2670,36 1163,83 873,64 1,040

0,5 0,6 47,8 26,9 38,6 39,1 33,1 3057,52 609,42 3071,88 1171,07 562,62 427,52 0,621

1,1

0,56 0,55 66,3 6,8 32,4 36,5 29,5 3924,61 409,80 1690,65 1154,73 438,77 666,48 0,664

0,78 0,67 54,4 29,8 39,2 40,2 39,0 3206,13 1008,33 3638,26 1222,94 651,92 517,48 0,694

0,4 0,8 53,5 27 39,4 42,8 39,0 3361,98 488,51 4104,07 1314,13 659,79 582,19 0,564

0,41 0,53 43,1 7,3 19,8 37,4 31,6 2726,02 297,08 1684,66 2157,71 1343,99 810,58 0,754

0,28 0,52 43,1 7 21,4 37,1 32,8 2603,05 301,97 1639,71 1677,79 803,46 849,82 0,760

1

0,5 0,51 67,7 8,4 36,8 46,1 30,7 3553,07 390,78 1673,70 1722,99 830,30 771,96 0,742

0,42 0,68 55,5 10,2 31,1 37,6 26,2 2896,75 339,43 2308,46 1326,58 647,67 519,82 0,000

0,37 0,64 49,7 3,3 24,7 35,3 20,5 2654,25 243,38 1768,37 1135,62 484,02 552,05 0,679

0,37 0,58 42,7 5,8 25,6 30,8 17,6 2303,38 262,33 1727,35 771,78 243,89 382,81 0,704

0,28 0,6 42,5 5,6 17,9 36,4 37,1 2295,61 197,29 1775,85 1694,79 703,49 861,14 1,000

0,26 0,54 41,3 26,6 30,1 40,1 36,8 2289,19 314,50 2743,77 738,25 432,31 297,51 0,804

0,91

0,26 0,65 53,4 4 25,8 42,6 24,9 2535,32 174,55 1833,08 927,47 401,09 421,28 0,670

0,67 0,64 49,1 28,8 40,6 37,1 30,8 2364,14 848,39 3404,17 1733,41 919,87 741,22 0,850

0,41 0,69 52 28,8 40,1 42,9 35,6 2523,35 519,17 3670,12 1452,35 707,98 724,16 0,740

0,9 0,37 0,63 54,5 5,5 30,8 41 20,4 2580,15 259,90 1858,89 2670,36 1163,83 873,64 0,746

0,89 0,36 0,59 52,2 11,9 33,8 39,3 22,1 2634,27 306,80 2112,09 1171,07 562,62 427,52 0,784

0,8

0,26 0,53 54,8 3,6 31,2 41,3 19,7 2303,66 172,52 1477,24 1568,09 672,67 821,25 0,822

0,72 0,62 54,5 37,3 40,3 39,2 35,7 2436,81 956,62 3583,96 947,18 482,45 361,63 0,914

0,33 0,52 53,8 3,1 26 37,8 21 2355,17 215,82 1428,55 1587,72 687,40 652,82 0,819

0,6 0,6 52,2 28,5 43,2 36,6 30,8 2218,33 755,12 3171,93 732,72 391,35 333,06 0,954

0,28 0,52 49,7 3,6 27,1 37,6 18,4 2123,40 185,79 1449,37 1301,19 667,49 576,06 0,804

0,26 0,57 49,4 29,1 37,3 43,8 37,8 2112,37 331,26 3050,58 645,14 229,07 344,03 0,766

Q1 (liter/min

Q2 (liter/min)

Q3

(liter/min)

T1in (°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

0,72

0,74 0,6 54,1 29,7 36,0 37,2 36,9 1963,64 954,63 3359,72 854,53 384,94 309,62 1,131

0,22 0,53 49,6 3,7 26,7 36,0 19,0 1960,73 146,40 1481,56 1167,93 498,20 568,52 0,787

0,15 0,57 49,4 28,9 39,9 42,5 36,6 1821,92 190,31 3037,81 451,80 141,52 304,48 0,785

0,48 0,62 49,1 28,8 41,9 37,2 29,4 1812,51 607,80 3297,79 680,14 379,65 275,30 1,067

0,61 0,22 0,53 49,6 3,7 28,2 35,0 18,9 1960,73 146,48 1482,31 1091,43 482,78 564,80 0,833

0,59 0,11 0,54 49,6 3,9 26,9 36,6 19,9 1642,78 73,63 1518,39 969,99 252,15 605,67 0,832

0,54 0,78 0,56 53,8 29,7 35,7 36,3 35,8 1674,16 1006,23 3034,58 734,82 357,06 236,93 1,337

0,5 0,11 0,49 49,6 3,2 26,1 44,5 18,5 1563,29 72,15 1350,01 955,59 318,61 525,77 0,877

Eksperimen

Teoritis

Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in (°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

4090,52 670,97 2717,80 1,27 0,51 56,3 26,2 39,6 43,1 40,9 0,637 0,561 38,9 48,9 45,1 0,717

3680,36 349,06 1583,57 1,35 0,48 47,87 5,3 27,7 37,5 30,8 0,642 0,674 25,5 39,1 32,5 0,712

3591,04 283,62 1656,31 1,41 0,42 47,7 5 27,7 35,7 30,6 0,659 0,650 25,9 40,4 32,3 0,719

3567,09 69,81 1612,89 2,12 0,15 47,3 5,3 30,1 45,2 40,2 0,869 0,849 28,5 47,1 44,8 0,949

3044,60 1306,44 4649,38 1,00 0,54 53,7 4 28,8 28,0 23,8 0,501 0,446 32,4 29,6 20,1 0,428

3514,09 268,55 1692,07 1,35 0,40 47,7 4 26,4 36,1 32,3 0,657 0,682 24,0 40,8 32,6 0,730

4289,31 535,92 2528,74 0,84 0,47 62,4 6,9 31,7 33,2 30,0 0,553 0,527 38,2 34,5 20,8 0,436

3606,92 654,53 3354,29 1,16 0,45 52,2 30,4 36,5 45,9 45,2 0,838 0,693 37,5 48,9 46,3 0,784

3594,56 823,03 3182,84 1,07 0,52 52 30,3 41,1 40,7 39,8 0,536 0,459 42,6 37,9 0,5 0,464

3594,56 562,94 3684,52 1,17 0,08 52 30,4 39,6 45,7 42,3 0,674 0,612 37,5 49,3 46,3 0,789

3517,91 907,17 3424,07 0,99 0,53 50,8 30,6 40,5 39,6 39,1 0,510 0,440 41,9 41,3 37,1 0,439

3499,69 230,40 2010,12 1,61 0,33 41,09 13,5 31,3 32,4 25,4 0,572 0,514 28,5 38,4 31,6 0,735

2837,10 358,07 2343,63 1,17 0,39 38,76 11,17 26,6 28,9 22,7 0,515 0,504 27,0 30,5 21,3 0,497

2887,21 320,55 2292,68 1,29 0,07 39,69 12,56 27,8 30,6 23,4 0,565 0,498 28,3 33,2 23,8 0,542

2909,86 226,00 2336,86 1,43 0,29 40,1 12,7 28,9 35,9 24,4 0,585 0,548 28,3 36,6 26,7 0,616

3596,30 422,25 1863,89 1,02 0,49 54,2 6,1 30,2 31,4 24,7 0,499 0,444 32,8 34,1 22,2 0,445

3005,64 142,32 1992,76 1,95 0,23 42,62 16,19 31,4 38,4 35,4 0,829 0,753 31,1 42,0 37,6 0,848

3375,54 396,44 2097,00 0,97 0,44 53,2 6,9 30,6 31,3 24,8 0,488 0,464 31,8 35,0 21,6 0,461

3005,64 142,32 1992,76 1,95 0,23 53,5 27 41,6 50,1 44,1 0,753 0,713 41,1 51,9 46,1 0,785

2025,36 1132,60 4757,56 1,05 0,50 53,5 26,9 37,6 40,2 38,2 0,550 0,462 41,2 43,0 36,7 0,487

2025,36 1011,25 5267,29 1,05 0,45 53,5 26,9 40,9 42,2 38,5 0,499 0,498 41,3 44,0 36,4 0,484

2969,76 609,41 3071,88 1,07 0,45 49,27 26,9 37,3 38,8 36,5 0,564 0,467 39,0 41,3 35,1 0,484

Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in

(°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

2973,36 743,49 3071,88 0,98 0,50 46,2 26,9 35,7 37,7 34,7 0,886 0,804 37,2 37,9 33,4 0,759

3057,52 609,42 3071,88 1,07 0,45 47,8 26,9 35,7 37,7 34,7 0,886 0,804 37,2 37,9 33,4 0,759

3924,61 409,80 1690,65 1,01 0,50 66,3 6,8 32,4 36,5 29,5 0,578 0,441 37,9 42,4 28,6 0,484

3206,13 1008,33 3638,26 0,77 0,54 54,4 29,8 39,2 40,2 39,0 0,618 0,522 42,1 41,4 36,7 0,500

3361,98 488,51 4104,07 0,98 0,33 53,5 27 39,4 42,8 39,0 0,532 0,509 41,2 46,0 35,6 0,464

2726,02 297,08 1684,66 1,21 0,43 43,1 7,3 27,8 30,6 21,0 0,518 0,495 26,7 33,4 22,7 0,556

2603,05 301,97 1639,71 1,15 0,44 43,1 7 25,8 30,0 22,7 0,553 0,523 25,8 32,8 22,4 0,552

3553,07 390,78 1673,70 0,97 0,50 67,7 8,4 36,8 46,1 30,7 0,521 0,520 36,9 45,5 31,2 0,520

2896,75 339,43 2308,46 0,90 0,38 55,5 10,2 31,1 37,6 28,1 0,539 0,531 31,6 41,3 25,6 0,528

2654,25 243,38 1768,37 0,97 0,37 49,7 3,3 24,7 35,3 20,5 0,539 0,501 25,4 37,4 20,9 0,524

2303,38 262,33 1727,35 1,02 0,39 42,7 5,8 23,1 30,8 18,6 0,540 0,476 23,3 33,1 20,8 0,536

2295,61 197,29 1775,85 1,11 0,32 42,5 5,6 25,8 30,4 18,8 0,502 0,458 28,0 32,8 14,2 0,393

2289,19 314,50 2743,77 1,24 0,33 41,3 26,6 30,1 40,1 36,8 0,948 0,770 31,8 40,1 37,5 0,803

2535,32 174,55 1833,08 0,97 0,29 53,4 4 25,8 42,6 22,9 0,558 0,515 24,2 45,8 26,6 0,589

2364,14 848,39 3404,17 0,68 0,51 49,1 28,8 40,6 37,1 30,8 0,420 0,367 41,0 36,9 31,9 0,398

2523,35 519,17 3670,12 0,82 0,37 52 28,8 37,2 42,9 37,6 0,638 0,566 38,8 44,8 36,5 0,568

2580,15 259,90 1858,89 0,88 0,37 54,5 5,5 26,5 41,0 22,3 0,571 0,548 26,6 41,1 23,8 0,570

2634,27 306,80 2112,09 0,99 0,38 52,2 11,9 30,0 40,1 29,5 0,582 0,574 30,4 42,0 28,3 0,573

2303,66 172,52 1477,24 0,99 0,33 54,8 3,6 26,3 40,5 25,7 0,495 0,471 23,0 46,8 29,4 0,551

2436,81 956,62 3583,96 0,60 0,53 54,5 37,3 37,3 39,2 37,7 0,696 0,584 42,4 39,5 34,4 0,488

2355,17 215,82 1428,55 0,96 0,39 53,8 3,1 26,0 32,8 21,0 0,548 0,463 23,6 42,0 25,6 0,595

2218,33 755,12 3171,93 0,66 0,50 52,2 28,5 43,2 36,6 30,8 0,380 0,332 43,5 37,6 30,9 0,369

Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in

(°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

2112,37 331,26 3050,58 0,96 0,31 49,4 29,1 37,7 41,8 37,8 0,576 0,512 36,7 46,3 39,0 0,627

2090,66 778,80 3003,25 0,68 0,52 48,8 29,2 40,56 37,1 30,8 0,420 0,367 41,0 36,9 31,8 0,398

1963,64 954,63 3359,72 0,50 0,54 54,1 29,7 36,0 37,2 36,9 0,740 0,602 38,4 39,5 35,2 0,641

1960,73 146,40 1481,56 0,97 0,29 49,6 3,7 26,7 36,0 19,0 0,536 0,489 29,4 41,5 16,6 0,487

1821,92 190,31 3037,81 0,95 0,21 49,4 28,9 39,9 42,5 36,6 0,441 0,436 41,0 47,5 34,6 0,410

1812,51 607,80 3297,79 0,62 0,44 49,1 28,8 41,9 37,2 29,4 0,354 0,316 42,3 37,4 29,7 0,335

1960,73 146,48 1482,31 0,97 0,29 49,6 3,7 28,2 35,0 18,9 0,466 0,448 29,4 41,5 16,6 0,454

1642,78 73,63 1518,39 0,94 0,17 49,6 3,9 26,9 36,6 19,9 0,497 0,439 31,2 46,9 17,3 0,403

1674,16 1006,23 3034,58 0,44 0,58 53,8 29,7 35,7 36,3 35,8 0,751 0,607 35,7 38,9 35,8 0,751

1563,29 72,15 1350,01 0,97 0,18 49,6 3,2 26,1 44,5 18,5 0,506 0,448 30,0 46,6 17,5 0,437

Tabel 1.3 Data Hasil Eksperimen dan Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Aliran Berlawanan Arah

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

39,6 43,1 40,9 38,9 48,9 45,1 1,9 11,9 9,4

27,7 37,5 30,8 25,5 39,1 32,5 8,0 4,0 5,2

27,7 35,7 30,6 25,9 40,4 32,3 6,6 11,7 5,3

30,1 45,2 40,2 28,5 47,1 44,8 5,3 4,1 10,3

28,8 28,0 23,8 32,4 29,6 20,1 11,1 5,4 15,7

26,4 36,1 32,3 24,0 40,8 32,6 8,9 11,6 0,9

31,7 33,2 30,0 38,2 34,5 20,8 17,0 3,7 30,6

36,5 45,9 45,2 37,5 48,9 46,3 2,7 6,2 2,4

41,1 40,7 39,8 43,9 40,8 35,7 6,4 0,4 10,4

39,6 45,7 42,3 37,5 49,3 46,3 5,3 7,3 8,6

40,5 39,6 39,1 41,9 41,3 37,1 3,4 4,2 5,0

31,3 32,4 25,4 28,5 38,4 31,6 8,9 15,6 19,5

26,6 28,9 22,7 27,0 30,5 21,3 1,5 5,5 6,2

27,8 30,6 23,4 28,3 33,2 23,8 1,7 7,7 1,6

28,9 35,9 24,4 28,3 36,6 26,7 2,0 1,8 8,7

30,2 31,4 24,7 32,8 34,1 22,2 7,9 7,9 10,0

31,4 38,4 35,4 31,1 42,0 37,6 0,8 8,6 5,8

30,6 31,3 24,8 31,8 35,0 21,6 3,9 10,6 12,7

41,6 50,1 44,1 41,1 51,9 46,1 1,2 3,4 4,3

37,6 40,2 38,2 41,2 43,0 36,7 8,7 6,5 3,9

40,9 42,2 38,5 41,3 44,0 36,4 0,9 4,1 5,5

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

35,7 37,7 34,7 37,2 37,9 33,4 4,1 0,5 3,6

37,5 39,1 35,7 39,8 38,5 31,9 5,8 1,4 10,7

32,4 36,5 29,5 37,9 42,4 28,6 14,5 14,0 2,9

39,2 40,2 39,0 42,1 41,4 36,7 6,9 2,8 5,8

39,4 42,8 39,0 41,2 46,0 35,6 4,4 7,0 8,6

27,8 30,6 21,0 26,7 33,4 22,7 4,1 8,4 7,6

25,8 30,0 22,7 25,8 32,8 22,4 0,2 8,6 1,5

36,8 46,1 30,7 36,9 45,5 31,2 0,2 1,2 1,7

31,1 37,6 28,1 31,6 41,3 25,6 1,5 9,0 8,8

24,7 35,3 20,5 25,4 37,4 20,9 2,6 5,7 2,1

23,1 30,8 18,6 23,3 33,1 20,8 0,7 6,8 10,7

25,8 30,4 18,8 28,0 32,8 14,2 7,9 7,2 24,6

30,1 40,1 36,8 31,8 40,1 37,5 5,4 0,0 1,9

25,8 42,6 22,9 24,2 45,8 26,6 6,0 6,9 13,9

37,2 38,1 35,5 37,3 39,0 34,6 0,2 2,3 2,4

37,2 42,9 37,6 38,8 44,8 36,5 4,2 4,2 2,8

26,5 41,0 22,3 26,6 41,1 23,8 0,4 0,2 6,1

30,0 40,1 29,5 30,4 42,0 28,3 1,2 4,5 4,2

26,3 40,5 25,7 23,0 46,8 29,4 12,4 13,5 12,6

37,3 39,2 37,7 42,4 39,5 34,4 12,1 0,7 8,8

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

38,9 37,9 36,5 43,5 37,6 30,9 10,5 0,6 15,3

26,1 37,6 19,4 29,2 38,3 16,5 10,5 2,0 14,9

37,7 41,8 37,8 36,7 46,3 39,0 2,7 9,7 3,1

35,9 38,1 36,0 36,4 39,6 35,4 1,5 3,7 1,6

36,0 37,2 36,9 38,4 39,5 35,2 6,3 5,7 4,5

26,7 36,0 19,0 29,4 41,5 16,6 9,1 13,3 12,6

39,9 42,5 36,6 41,0 47,5 34,6 2,7 10,5 5,4

34,8 40,2 35,2 35,1 40,9 35,0 0,8 1,7 0,7

28,2 35,0 18,9 29,4 41,5 16,6 4,0 15,7 12,1

26,9 36,6 19,9 31,2 46,9 17,3 13,7 21,9 12,9

35,7 36,3 35,8 35,7 38,9 35,8 0,0 6,8 0,1

26,1 44,5 18,5 30,0 46,6 17,5 13,0 4,4 5,6

LAMPIRAN II

ANALISA PERHITUNGAN DATA EKSPERIMEN DAN TEORITIS UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIGA SALURAN SATU LALUAN

2.1. Analisa Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Aliran Terbagi dengan Konfigurasi Aliran Searah

Diketahui :

 T1in = 37,7 °C

 Tsin = 27,2 °C

 Q1 = 0,69 lpm

 Q2 = 0,65 lpm

 Q3= 0,61 lpm

 D1o = 0,00935 m; D1in = 0,008006 m

 D2o = 0,0127 m ; D2in = 0,010922 m

 D3o = 0,00635 m ; D3in = 0,004826 m

Ditanya :

• ε

Penyelesaian

Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera

Saat :

T1in = 37,7 °C

ρ = 992,7726 kg/m3

Cp1 = 4,18028 Kj/Kg. K

μ = 0,000686 N.s/m2

Tsin = 27,2 °C

ρ = 996,9295 kg/m3

Cp2 = 4,17804 Kj/Kg. K

μ = 0,000852 N.s/m2

Maka, Q1 = 0,69 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,69 litr /min

60 s .1000 = 1, 15 .10

-5

m3/s

Q2 = 0,65 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,65 litr /min

60 s .1000 = 1,08.10

-5

m3/s

Q3= 0,61 lpm => Q1 =

�

Q

60 s .1000

�

=

0,61 litr /min

60 s .1000 = 1,02 . 10

-5

ρ = �_� , sehingga ṁ= ρ.Q, maka massa untuk masing-masing fluida : ṁ1 = 992,7726 kg/m3 . 1, 15 .10-5 m3/s

= 0,011417 kg/s

ṁ2 = 996,9295 kg/m3 . 1,08.10-5 m3/s

= 0,0108 kg/s

ṁ3 = 996,9295 kg/m3 . 1,02 . 10-5 m3/s

= 0,010135 kg/s

Kecepatan fluida mengalir untuk menentukan bilangan Reynold

V = �

�

=

4.�

�.�²

• Kecepatan fluida di saluran 1

v1 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,0000115 m ³/s

3,14 . ((0,008062)−(0,006352₎₎ = 0,616218 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 2

v2 = 4.Q π.D² =

4. 0,0000108 m ³/s

3,14 . ((0,0109922)−(0,009352))= 0,43305 m/s

• Kecepatan fluida di saluran 3

v3 =

4.Q

π.D²

=

4. 0,0000102 m ³/s

3,14 . ((0,0048262)) = 0,556076 m/s

Menentukan laju kapasitas aliran :

 C1 = ṁ1 . cp1 = 0,011417 kg/s. 4,18028 Kj/Kg. K = 0,047726 kW/°K

 C2 = ṁ2. cp2 = 0,0108 kg/s. 4,17804 Kj/Kg. K = 0,045123 kW/°K

 C3 = ṁ3. cp3 = 0,010135 kg.s . 4,17804 Kj/Kg. K = 0,042346 kW/°K

Maka laju total kapasitas aliran shell flow, sebagai berikut :

Cs = C2 + C3

= 0,045123 kW/°K + 0,042346 kW/°K

Diantara Cs dan C1 kita tentukan Cmin yang mana bernilai lebih kecil maka nilai

tersebut sebagai rasio minimum kapasitas aliran, Cmin,

Maka, Cmin = C1 = 0,047726 kW/K .

Rasio kapasitas aliran seperti pad persamaan 2.32

 S1 = C1/C2 = (0,047726 kW/°K) / (0,045123 kW/°K) = 1,057679

 S2 = C1/C3 = (0,069829 kW/°K) / (0,042346 kW/°K) = 1,127035

 C1/Cs = ((0,047726 kW/°K) / (0,087469 kW/°K) = 0,545628

Berdasarkan perhitungan koefisien perpindahan panas konveksi menyeluruh pada alat penukar kalor pada Bab IV persamaan 4.1 maka diperoleh :

U12P12L = 39,8 W/o K

U13P13L = 15,264 W/o K

Pada persamaan 2.31 maka parameter penentu efektifitas aliran berlawanan arah, sebagai berikut :

�₂ =U₁₃ P₁₃ L

C₁

=

40,053 �°�

0,047726 ��°�1000 ₁ �

��

=

0,319827

�₃ =U₁₂ P₁₂ L C₁

=

15,264 �°�

0,047726 ��°�1000 �

1 ��

=

0,839232

Lalu, koefisien a1 dan a4 dapat dinyatakan dalam a2 dan a3 pada persamaaan 2.33

untuk konfigurasi aliran searah sebagai berikut :

a1 = a3 ( I+s1 ) = 0,839232 (1+ 1,057679)

a4 = a2 ( I + s2 ) = 0,319827 (1 + 1,127035)

α1.α4 = 1,174761

α2.α3 = 0,268409

Pada persamaan 2.44 kita menentukan nilai α dan β sebagai parameter pennetu temperatur keluaran,

α = (a1 + a4)/2 = (1,72687 + 0,680281)/2 = 1,203577

= �([(1,72687−0,31987)²/4] + (1,72687 . 0,319827).

= 0,8737

Panjang Alat penukar kalor (L) = 1,22 m

ϒ = (a4 - a1)/2 = (0,680281 - 1,72687)/2 = 0,52329

Untuk menentukan temperatur keluaran masing-masing saluran dibutuhkan

beberapa parameter penentu hal tersebut seperti pada persamaan 2.54, 2.55, 2.53 dan 2.52 diantaranya yaitu :

 uA = T1i – T2i = 37,7 °C – 27,2 °C = 10,5 °C

 vA = T1i – T3i = 37,7 °C – 27,2 °C = 10,5 °C

 uL = e-αL [ uA cosh βL + 1

β (ϒ uA – α2 vA) sinh βL]

= e-1,203577 . 1,22 { 10,5 °C . (cosh 0,8737. 1,22 m +

((1/0,8737)(0,52329 . 10,5°C - 0,319827).sinh 0,8737. 1,22 m)) = 0,941145

 vL = e-αL [vA cosh βL - 1

β (ϒ vA – α3 uA) sinh βL]

= e-1,203577 . 1,22 ((10,5 °C . cosh 0,8737. 1,22 m) – (((1/0,8737)(0,52329 . 10,5°C - 0,839232).sinh 0,8737. 1,22 m))

= 2,80812

Maka, untuk menentukan temperatur keluar sesuai persamaan 2.56, 2.57 dan 2.58

T1o =

C₁ T₁ᵢ + C₂(UL + T₂ᵢ) + C₃ (vL + T₃ᵢ)

C₁ + C₂ + C₃

=

0,047726kW

°K. 37,7 °C + 0,045123 kW/°K (0,941145 + 27,2 ) + 0,042346 kW/°K (2,80812 + 27,2)

(0,047726 + 0,045123 + 0,042346 )kW/°K

= 32,15919 °C T2o = T1o - uL

= 32,15919 °C - 0,941145

= 31,15919 °C

Setelah diperoleh temperatur keluaran maka dapat dicari efektifitas dari alat pe nukar kalor dari persamaan 4.2, yaitu :

ε

= �1 (�1�� −�1���)

���� (�1�� −����)

=

ε

o =

0,047726 ��/°� (37,7°C−32,15919 °C) 0,047726 ��/°� (37,7 °C −8,4 °C)

ε

= 0,533299 = 53 %

Tabel 2.1 Pengujian Hasil Pengukuran Sesuai Kriteria Neraca Energi Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

1,13 0,83 0,57 53,60 28,70 42,80 37,60 36,60 3197,11 1048,85 3025,64 808,73 512,54 280,80 0,631

1,09 0,63 0,57 61,00 29,30 48,50 42,60 37,70 3442,30 805,99 3063,20 935,11 581,24 332,14 0,553

1,02 0,76 0,54 62,70 29,20 46,40 42,40 39,90 3303,49 970,30 2895,99 1140,47 695,93 400,83 0,680

1,00

0,30 0,47 62,80 29,20 47,50 45,10 43,00 3243,30 383,01 2520,58 1049,47 330,90 449,94 0,472

0,61 0,49 57,00 8,40 33,70 28,10 25,40 2976,75 467,41 1577,14 1710,65 840,00 582,28 0,632

0,56 0,46 56,80 8,90 33,70 28,10 25,40 2967,64 435,37 1502,23 1587,15 751,33 530,37 0,616

0,98

0,65 0,62 59,60 29,10 44,60 41,20 36,00 3030,24 828,15 3318,17 1009,24 545,63 296,78 0,592

0,43 0,67 59,20 29,00 46,40 43,30 36,60 3012,27 546,73 3578,39 861,31 426,60 353,26 0,401

0,24 0,46 56,00 7,20 38,50 36,50 25,80 2873,11 177,75 1431,08 1178,80 491,94 598,55 0,452

0,30 0,50 56,00 7,20 34,00 30,20 24,90 2873,11 222,19 1555,52 1481,92 482,58 618,96 0,434

0,13 0,47 55,80 7,10 42,20 40,60 24,70 2866,61 96,01 1458,13 916,87 304,68 578,73 0,427

0,96

0,50 0,43 55,80 7,10 34,10 29,70 24,20 2806,00 369,28 1334,03 1432,03 790,57 514,43 0,617

0,51 0,49 55,60 7,60 35,50 27,70 23,30 2797,58 381,97 1541,59 1326,57 716,94 538,04 0,570

0,41 0,48 55,60 7,20 35,50 30,70 24,20 2797,58 303,65 1493,30 1326,57 674,04 570,85 0,508

0,65 0,51 55,60 8,20 33,50 27,70 22,70 2797,58 495,20 1632,10 1458,57 886,12 516,99 0,670

0,46 0,54 51,20 29,40 41,20 40,10 36,70 2616,43 589,72 2908,00 661,32 341,42 273,44 0,489

0,52 0,58 51,10 29,40 40,70 37,20 36,40 2611,66 666,64 3123,41 687,78 281,35 281,63 0,520

0,59 0,51 55,10 8,80 33,20 25,90 23,70 2776,74 457,36 1660,66 1445,73 705,05 531,04 0,624

0,26 0,54 50,90 29,30 42,90 41,70 36,10 2602,46 332,63 2901,98 529,11 223,65 254,72 0,384

Q1 (liter/min) Q2 (liter/min) Q3 (liter/min) T1in (°C) Tsin (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

0,91

0,33 0,49 62,90 29,30 47,50 43,80 43,80 2955,58 422,19 2633,28 961,22 331,93 492,87 0,453

0,15 0,63 57,80 30,50 42,90 40,20 40,50 2740,27 826,53 3031,03 931,33 423,74 381,37 0,657

0,63 0,55 57,80 30,50 42,90 40,20 38,80 2736,30 561,75 2853,58 831,34 375,71 346,17 0,493

0,15 0,63 58,00 30,30 47,70 46,40 40,80 2748,25 198,19 3496,64 643,77 167,47 458,72 0,312

0,30 0,55 57,10 30,60 45,60 43,20 40,20 2712,73 394,42 3037,48 718,94 262,10 366,10 0,384

0,52 0,43 55,70 7,10 32,50 30,00 25,10 2655,86 382,99 1330,33 1451,35 833,16 541,54 0,657

0,72 0,50 55,00 9,60 32,70 26,00 23,80 2628,21 571,46 1666,99 1395,53 824,73 495,90 0,756

0,78 0,67 50,60 30,90 39,80 37,40 36,50 2453,82 1032,1 3723,99 677,15 351,50 260,13 0,688

0,72 0,58 45,10 27,00 35,80 35,10 31,80 2229,51 879,32 2975,45 584,07 404,89 193,28 0,440

0,90 0,78 0,63 63,40 29,00 43,80 41,20 38,60 2943,97 991,74 3364,76 1209,69 660,19 419,59 0,571

0,89

0,63 0,44 55,60 7,40 33,30 27,20 22,70 2593,59 469,21 1376,53 1364,48 872,53 470,89 0,758

0,65 0,60 51,70 30,70 40,90 38,40 36,90 2599,42 481,94 1868,71 662,05 347,02 257,93 0,651

0,69 0,60 49,70 26,90 38,70 35,50 33,00 2362,28 840,66 3070,64 674,72 411,98 254,10 0,680

0,87 0,72 0,50 56,20 6,60 30,60 23,90 20,80 2558,35 523,52 1527,14 1530,71 871,72 496,89 0,788

0,60 0,51 55,10 6,60 29,60 24,40 22,50 2549,33 436,27 1557,68 1526,49 747,43 567,50 0,687

0,80

0,26 0,44 57,10 8,30 36,80 33,80 25,80 2384,82 198,65 1412,14 1115,67 463,48 538,28 0,412

0,37 0,44 56,90 7,90 33,50 28,10 25,30 2377,75 279,48 1396,09 1286,14 522,62 535,34 0,534

0,48 0,42 56,30 7,70 33,10 27,80 23,50 2356,08 360,52 1325,10 1275,53 674,72 464,08 0,694

0,59 0,43 56,20 7,40 32,30 25,60 23,50 2352,51 439,42 1345,24 1314,08 751,10 484,25 0,806

Q1 (liter/min)

Q2 (liter/min)

Q3

(liter/min)

T1in (°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C) Re1 Re2 Re3

q1 (Watt)

q2 (Watt)

q3

(Watt) NTU

0,74 0,59 0,59 40,90 27,10 33,10 32,30 31,60 1682,14 721,98 3032,73 399,81 212,99 184,32 0,595

0,80 0,63 49,80 31,50 39,30 37,50 36,30 1867,80 1072,35 3547,29 549,96 332,71 209,61 0,818

0,69 0,65 0,61 37,70 27,20 32,60 30,00 29,80 1476,71 796,98 3141,74 243,40 126,34 110,10 0,779

0,35 0,60 43,50 27,00 34,70 33,10 32,60 1644,04 427,45 3078,05 419,25 148,22 233,27 0,461

0,67 0,35 0,60 43,60 27,00 35,70 33,10 31,60 1599,13 427,45 3078,05 365,46 148,22 191,61 0,456

0,65 0,67 0,57 46,40 27,70 36,20 33,70 32,20 1616,14 829,71 2965,09 457,38 279,02 178,03 0,876

0,09 0,52 45,60 26,80 38,60 37,90 33,20 1606,21 109,35 2653,99 313,89 69,34 230,99 0,377

[image:32.842.105.740.127.455.2]

Tabel 2.2 Hasil Perhitungan Eksperimen dan Teoritis Alat Penukar Panas Searah

Eksperimen Teori

Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in (°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

3197,11 1048,85 3025,64 0,80 0,59 53,60 28,70 42,80 37,60 36,60 0,418 0,410 43,32 38,33 34,89 0,413

3442,30 805,99 3063,20 0,90 0,53 61,00 29,30 48,50 42,60 37,70 0,394 0,385 48,47 43,72 37,06 0,395

3303,49 970,30 2895,99 0,78 0,58 62,70 29,20 46,40 42,40 39,90 0,487 0,468 48,21 42,46 37,61 0,433

3243,30 383,01 2520,58 1,28 0,39 62,80 29,20 47,50 45,10 43,00 0,585 0,435 51,98 50,33 38,48 0,414

2976,75 467,41 1577,14 0,89 0,55 57,00 8,40 33,70 28,10 25,40 0,512 0,379 37,01 30,18 21,38 0,411

2967,64 435,37 1502,23 0,96 0,55 56,80 8,90 33,70 28,10 25,40 0,482 0,389 37,68 31,43 22,33 0,399

3030,24 828,15 3318,17 0,76 0,51 59,60 29,10 44,60 41,20 36,00 0,492 0,411 46,44 42,28 35,88 0,432

3012,27 546,73 3578,39 0,88 0,39 59,20 29,00 46,40 43,30 36,60 0,424 0,384 47,60 45,35 35,31 0,384

2873,11 177,75 1431,08 1,38 0,34 56,00 7,20 38,50 36,50 25,80 0,493 0,456 41,37 39,88 20,77 0,412

2873,11 222,19 1555,52 1,20 0,38 56,00 7,20 34,00 30,20 24,90 0,543 0,403 39,90 37,66 19,94 0,397

2866,61 96,01 1458,13 1,61 0,22 55,80 7,10 42,20 40,60 24,70 0,449 0,432 44,27 43,99 20,55 0,380

2806,00 369,28 1334,03 1,01 0,54 55,80 7,10 34,10 29,70 24,20 0,452 0,412 36,61 31,12 21,27 0,400

2797,58 381,97 1541,59 0,94 0,51 55,60 7,60 35,50 27,70 23,30 0,419 0,396 36,34 31,08 20,26 0,401

2797,58 303,65 1493,30 1,06 0,46 55,60 7,20 35,50 30,70 24,20 0,440 0,413 37,53 33,60 20,17 0,396

2797,58 495,20 1632,10 0,81 0,56 55,60 8,20 33,50 27,70 22,70 0,466 0,449 35,15 28,38 20,33 0,431

2616,43 589,72 2908,00 0,95 0,46 51,20 29,40 41,20 40,10 36,70 0,459 0,426 42,69 40,72 34,77 0,390

2611,66 666,64 3123,41 0,87 0,47 51,10 29,40 40,70 37,20 36,40 0,479 0,392 42,25 39,99 34,46 0,408

2776,74 457,36 1660,66 0,86 0,54 55,10 8,80 33,20 25,90 23,70 0,473 0,400 35,65 29,70 20,66 0,420

2602,46 332,63 2901,98 1,19 0,33 50,90 29,30 42,90 41,70 36,10 0,441 0,399 44,03 43,40 34,64 0,379

Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in

(°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

2955,58 422,19 2633,28 1,10 0,40 62,90 29,30 47,50 43,80 43,80 0,503 0,432 50,83 49,13 38,11 0,394

2740,27 826,53 3031,03 0,76 0,53 57,80 30,50 42,90 40,20 40,50 0,546 0,472 45,65 42,19 37,02 0,445

2736,30 561,75 2853,58 0,95 0,45 57,80 30,50 42,90 40,20 38,80 0,485 0,421 46,86 44,73 37,15 0,395

2748,25 198,19 3496,64 1,16 0,19 58,00 30,30 47,70 46,40 40,80 0,430 0,418 50,38 50,42 36,41 0,318

2712,73 394,42 3037,48 1,06 0,06 57,10 30,60 45,60 43,20 40,20 0,460 0,402 47,81 46,83 36,97 0,372

2655,86 382,99 1330,33 0,94 0,55 55,70 7,10 32,50 30,00 25,10 0,477 0,452 35,60 30,16 21,02 0,414

2628,21 571,46 1666,99 0,73 0,59 55,00 9,60 32,70 26,00 23,80 0,491 0,465 34,22 27,40 21,20 0,458

2453,82 1032,09 3723,99 0,62 0,54 50,60 30,90 39,80 37,40 36,50 0,548 0,495 41,24 38,30 34,92 0,475

2229,51 879,32 2975,45 0,70 0,06 45,10 27,00 35,80 35,10 31,80 0,514 0,421 36,75 34,15 31,14 0,461

2943,97 991,74 3364,76 0,63 0,55 63,40 29,00 43,80 41,20 38,60 0,452 0,404 46,96 41,83 36,33 0,379

2593,59 469,21 1376,53 0,82 0,59 55,60 7,40 33,30 27,20 22,70 0,463 0,456 34,19 27,72 20,87 0,444

2599,42 481,94 1868,71 0,71 0,52 51,70 30,70 40,90 38,40 36,90 0,515 0,471 42,09 39,48 35,35 0,458

2362,28 840,66 3070,64 0,68 0,53 49,70 26,90 38,70 35,50 33,00 0,482 0,476 39,11 36,07 31,94 0,464

2558,35 523,52 1527,14 0,70 0,59 56,20 6,60 30,60 23,90 20,80 0,516 0,461 32,82 25,69 19,06 0,471

2549,33 436,27 1557,68 0,77 0,54 55,10 6,60 29,60 24,40 22,50 0,526 0,453 33,25 27,52 18,63 0,451

2384,82 198,65 1412,14 1,12 0,37 57,10 8,30 36,80 33,80 25,80 0,416 0,374 39,66 38,31 21,73 0,357

2377,75 279,48 1396,09 0,97 0,46 56,90 7,90 33,50 28,10 25,30 0,478 0,393 37,04 34,22 21,25 0,405

2356,08 360,52 1325,10 0,87 0,53 56,30 7,70 33,10 27,80 23,50 0,477 0,426 34,99 30,69 21,32 0,438

2352,51 439,42 1345,24 0,77 0,58 56,20 7,40 32,30 25,60 23,50 0,490 0,460 33,45 27,96 20,78 0,466

Eksperimen Teori Re1 Re2 Re3 C1/Cs

λ

T1in

(°C)

Tsin (°C)

T1o (°C)

T2o (°C)

T3o

(°C)

ε

o

ε

s

T1o

(°C)

T2o

(°C)

T3o

(°C)

ε

1682,14 721,98 3032,73 0,63 0,50 40,90 27,10 33,10 32,30 31,60 0,485 0,481 34,02 32,79 30,01 0,427

1867,80 1072,35 3547,29 0,53 0,56 49,80 31,50 39,30 37,50 36,30 0,559 0,551 40,09 37,78 35,17 0,517

1476,71 796,98 3141,74 0,55 0,52 37,70 27,20 32,60 30,00 29,80 0,49 0,47 32,10 31,16 29,29 0,533

1644,04 427,45 3078,05 0,72 0,37 43,50 27,00 34,70 33,10 32,60 0,533 0,485 36,10 35,63 30,43 0,448

1599,13 427,45 3078,05 0,70 0,37 43,60 27,00 35,70 33,10 31,60 0,462 0,430 36,02 35,58 30,42 0,444

1616,14 829,71 2965,09 0,52 0,54 46,40 27,70 36,20 33,70 32,20 0,545 0,545 36,06 34,42 31,53 0,553

1606,21 109,35 2653,99 1,06 0,15 45,60 26,80 38,60 37,90 33,20 0,394 0,377 39,97 40,09 31,50 0,317

[image:35.842.85.773.135.487.2]

Tabel 2.3 Data Hasil Eksperimen dan Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Aliran Searah

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

42,80 37,60 36,60 43,32 38,33 34,89 1,2 1,9 4,7

48,50 42,60 37,70 48,47 43,72 37,06 0,1 2,6 1,7

46,40 42,40 39,90 48,21 42,46 37,61 3,8 0,1 5,7

47,50 45,10 43,00 51,98 50,33 38,48 8,6 10,4 10,5

33,70 28,10 25,40 37,01 30,18 21,38 8,9 6,9 15,8

33,70 28,10 25,40 37,68 31,43 22,33 10,6 10,6 12,1

44,60 41,20 36,00 46,44 42,28 35,88 4,0 2,5 0,3

46,40 43,30 36,60 47,60 45,35 35,31 2,5 4,5 3,5

38,50 36,50 25,80 41,37 39,88 20,77 6,9 8,5 19,5

34,00 30,20 24,90 39,90 37,66 19,94 14,8 19,8 19,9

42,20 40,60 24,70 44,27 43,99 20,55 4,7 7,7 16,8

34,10 29,70 24,20 36,61 31,12 21,27 6,8 4,6 12,1

35,50 27,70 23,30 36,34 31,08 20,26 2,3 10,9 13,0

35,50 30,70 24,20 37,53 33,60 20,17 5,4 8,6 16,7

33,50 27,70 22,70 35,15 28,38 20,33 4,7 2,4 10,4

41,20 40,10 36,70 42,69 40,72 34,77 3,5 1,5 5,3

40,70 37,20 36,40 42,25 39,99 34,46 3,7 7,0 5,3

33,20 25,90 23,70 35,65 29,70 20,66 6,9 12,8 12,8

42,90 41,70 36,10 44,03 43,40 34,64 2,6 3,9 4,0

31,30 29,80 29,50 32,22 30,62 29,07 2,8 2,7 1,5

47,50 43,80 43,80 50,83 49,13 38,11 6,6 10,9 13,0

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

42,90 40,20 38,80 46,86 44,73 37,15 8,5 10,1 4,3

47,70 46,40 40,80 50,38 50,42 36,41 5,3 8,0 10,8

45,60 43,20 40,20 47,81 46,83 36,97 4,6 7,8 8,0

32,50 30,00 25,10 35,60 30,16 21,02 8,7 0,5 16,3

32,70 26,00 23,80 34,22 27,40 21,20 4,4 5,1 10,9

39,80 37,40 36,50 41,24 38,30 34,92 3,5 2,3 4,3

35,80 35,10 31,80 36,75 34,15 31,14 2,6 2,7 2,1

43,80 41,20 38,60 46,96 41,83 36,33 6,7 1,5 5,9

33,30 27,20 22,70 34,19 27,72 20,87 2,6 1,9 8,1

40,90 38,40 36,90 42,09 39,48 35,35 2,8 2,7 4,2

38,70 35,50 33,00 39,11 36,07 31,94 1,0 1,6 3,2

30,60 23,90 20,80 32,82 25,69 19,06 6,8 7,0 8,4

29,60 24,40 22,50 33,25 27,52 18,63 11,0 11,3 17,2

36,80 33,80 25,80 39,66 38,31 21,73 7,2 11,8 15,8

33,50 28,10 25,30 37,04 34,22 21,25 9,6 17,9 16,0

33,10 27,80 23,50 34,99 30,69 21,32 5,4 9,4 9,3

32,30 25,60 23,50 33,45 27,96 20,78 3,4 8,4 11,6

30,10 23,70 22,90 32,86 27,34 19,94 8,4 13,3 12,9

33,10 32,30 31,60 34,02 32,79 30,01 2,7 1,5 5,0

39,30 37,50 36,30 40,09 37,78 35,17 2,0 0,8 3,1

32,60 30,00 29,80 32,10 31,16 29,29 1,5 3,7 1,7

Eksperimen Teori Persentase Perbedaan

T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) T1o (°C) T2o (°C) T3o (°C) DT1o (%) DT2o (%) DT3o (%)

35,70 33,10 31,60 36,02 35,58 30,42 0,9 7,0 3,7

36,20 33,70 32,20 36,06 34,42 31,53 0,4 2,1 2,1

38,60 37,90 33,20 39,97 40,09 31,50 3,4 5,5 5,1

LAMPIRAN III

[image:39.842.97.780.140.522.2]

DAFTAR PUSTAKA

(1) Basal B., Unal A., 2013. Numerical evaluation of triple concentric-tube latent

heat thermal energy storage. Journal Solar Energy, Vol. 92, hal. 196–

205

(2) Batmaz E., Sndeep., 2003. Overall heat transfer coefficients and axial

temperature distribution of fluids in a triple tube heat exchanger.

Journal Food Science, Vol. 1, hal. 1-34

(3) C.L. Ko dan G.L Wedenkind.1995. Analysis for the optimal performance of

three channel split flow heat exchanger. J.Heat and Mass Transfer Vol.

29, hal 691-705

(4) Cengel, Yunus.A. 2003. Heat Transfer: A Practical Approach, 2nd ed. New York : McGraw-Hill

(5) Garcia-valladares, O. 2004. Numerical simulation of triple concentric pipe

heat exchangers. International Journal of Thermal sciences. Vol. 43,

hal. 979-991.

(6) Ghiwala, Thejas.M dan V.K. Matalawa. 2014. Sizing of triple Concentric

Pipe Heat Exchanger. IJEDR. Vol. 2. Issue 2. hal 1683 – 1692

(7) Holman, J. P. 1997. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Jakarta : Erlangga

(8) Joshua, Folaranmi. 2009. Design and Construction of a Concentric Tube Heat Exchanger, AUJ.T. 13(2): 128 – 133

(9) Incropera, Franks. P dan David P dewitt. 1996. Intoduction to Heat Transfer. 3rd Edition. New York : John Wiley & Sons.

(10)Kays, W.M dan A.L. London. 1964. Compact Heat Exchanger, 2nd ed. New York : Mcgraw Hill

(11) Kreith, Frank. 1877. Principles Of Heat Transfer, 4th ed. New york : Harper and Row

(12)Kuppan,T. 2000. Heat Exchanger Design Handbook. New York : Marcel

(13) Mehrabian, M.A, Mansouri S.H, and Sheikhzadeh G.A. 2002. The overall

heat transfer characteristics of a double pipe heat exchanger: comparison of experimental data with predictions of standard correlations. IJE Transaction B : Applications, Vol. 15 No. 4, hal. 395–

406

(14) Mustaza Ma’a, Ary Bachtiar Krishna Putra. 2012. Karakteristik Perpindahan

Panas dan Pressure Drop pada Alat Penukar Kalor tipe Pipa Ganda dengan aliran searah. Proceding Applied Engineering Seminar. hal

18-22

(15) . 2013. Karakteristik Perpindahan Panas pada Double Pipe Heat

Exchanger perbandingan aliran parallel dan counter flow. Jurnal

Teknik Elektro dan Komputer, Vol.I, No.2, hal. 161-168

(16) Hidayat, Terang Ukur. 2000. Verifikasi Secara Eksperimental Penukar

Panas Tiga Saluran dengan Aliran yang Terbagi. Tesis Master Teknik

Mesin ITB Bandung

(17) Holman, J. P. 1997. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Jakarta : Erlangga

(18) Pitts, Donald. 2008. Perpindahan Kalor, edisi ke-2. Erlangga : 2108 (19) Sitompul, Tunggul. 1993. Alat Penukar Kalor. Jakarta :Erlangga

(20) Quadir G. A., Jarallah S., Ahmed N. J. S., dan Badruddin I. A. 2013.

Experimental investigation of the performance of a triple concentric pipe heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer,

Vol. 62, hal. 562–566.

(21) Rajsekar. K; Palanisamy.S. 2008. Design and Analysis of Triple Tube Heat

Exchangers with Fins, IOSR Journal of Mechanical and Civil

Engineering. Hal. 1-5.

(22) Unal, Achmad. 1998. Theoretical analysis of triple concentric-tube heat

exchanger Part-1 Mathematical modelling. Journal International

Communication Heat Mass Transfer, vol. 25, hal. 949-958

(23) . 2001. Theoretical analysis of triple concentric-tube heat

exchanger Part-2 case studies, Journal International Communication

(24) . 2003. Effectiveness-NTU relation for triple concentric-tube

heat exchangers. Journa International Communication Heat Mass

Transfer, Vol. 30, hal. 261-272

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Pendahuluan

Penukar panas yang digunakan dlaam penelitian dibuat sesuai dengan ukuran yang digunakan oleh C.L.Ko dan G. L. Wedekind. Perancangan sistem ini juga didilengkapi dengan alat ukur aliran dengan sensor.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian 3.2.1 Tempat Penelitian

Tempat penelitian merupakan lokasi pengerjaan penelitian guna membuktikan kebenaran dari penelitian. Penelititan mengenai analisis untuk perfomansi optimal dari alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran yang terbagi yang dilakukan di laboratorium Proses Produksi, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kondisi lingkungan pada waktu pengujian dipekirakan bertemperatur 26-31 °C.

3.2.2 Waktu Penelitian

Waktu penelitian dikerjakan selama 7 hari yaitu pada tanggal 18 - 29

agutus 2016.

3.3 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.

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 berlawanan (counter)

3.4 Populasi dan Sampel

Populasi dan sampel sangat perlu diperhatikan karena keduanya yang akan dianalisa nilainya sehingga didapat nilai kualitatifnya.

3.4.1 Populasi Penelitian

Populasi adalah keseluruhan objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1996:115). Populasi dalam penelitian ini adalah laju aliran massa yang bervariasi terhadap temperatur masuk fluida panas yang konstan.

3.4.2 Sampel Penelitian

Dalam penelitian alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi memiliki sampel penelitian untuk temperatur masukan pada fluida air dingin dengan temperatur 3°C-30°C dan fluida air panas dengan temperatur sekitar

45-62°C perubahan temperatur pada masing-masing fluida diharapkan tidak lebih dari ±1°C. Pada pengukuran dilakukan dengan banyak variasi kecepatan aliran yang berbeda, untuk kecepatan aliran masuk pada saluran 1 yaitu 0,42 – 1,2

ltr/min dan untuk kecepatan aliran masuk pada saluran 2 dan 3 yang bervariasi.

3.5 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. Pengumpulan data ada beberapa variabel. Variabel itu sendiri adalah objek penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993 : 91). Adapun variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

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 dingin pada saluran 1 dengan kecepatan aliran 0,42 – 1 ltr/min dan kecepatan aliran masuk pada saluran 2 dan 3 yang bervariasi. Pada suhu masukan fluida air dingin dengan temperatur 3 - 30°C dan fluida air panas dengan temperatur ruang sekitar 40 - 60°C perubahan temperatur pada masing-masing fluida diharapkan tidak lebih dari ±1°C.

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 tiga saluran dengan aliran terbagi untuk aliran berlawanan (counter flow) dan aliran searah (paralel).

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.

yang mempengaruhi selain dari variabel bebas yang telah ditentukan. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah :

1. Alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi

2. Isolasi pada alat penukar kalor

3. Alat ukur yang digunakan

3.6 Instrumen Penelitian

3.6.1 Bahan Penelitian 3.6.1.1 Sumber Air Panas

Air panas diperoleh dari tangki yang mempunyai drum heater sebagai pemanas dan terdapat termostat untuk mengatur temperatur pada drum heater. Temperatur yang dibutuhkan untuk air panas 40 – 60 °C. Untuk menjaga kestabilan temperatur pada tangki air panas maka tangki diisolasi dengan

glasswool setebal ±8 cm dan dilapisi dengan aluminium foil.

3.6.1.2 Sumber Air dingin

Air dingin diperoleh dari tangki yang diisi es batu dan air pdam. Penggunaan es balok diharapakan memeberikan temperatur yang stabil pada air dengan suhu 3 - 30°C. Untuk menjaga kestabilan temperatur pada tangki air dingin tangki diisolasi dengan glasswall setebal ±5 cm dan dilapisi dengan aluminium foil.

3.6.2 Alat

Dalam penelitian ini alat yang digunakan sebagai berikut : 1. Alat penukar kalor

masing-masing saluran dan temperatur kemudian dibandingkan dengan teori dasar yang diperoleh oleh C.L.Ko dan G.L. Wedekind.

Alat penukar kalor tiga saluran aliran terbagi menggunakan pipa tembaga

dengan diameter luar (Do) 12,7 mm, 9,53 mm dan 6,35 mm dengan

masing-masing ketebalan 0,77 mm, 0,77 mm dan 0,89 mm dengan panjang 1,22 m, kemudian agar meminimalisir masuknya udara kedalam alat penukar kalor terdapat kabel tembaga dengan diameter 0,6 mm.

[image:47.595.128.509.345.576.2]

Pengujian dilakukan dengan memberikan aliran fluida laminar. Untuk memperoleh aliran yang telah berkembang penuh maka pada pipa masukan diberikan sambungan saluran dengan diameter yang tidak berbeda jauh dan panjang minimal lebih dari 10 kali diameter pipa alat penukar kalor tersebut.

Gambar 3.1. Alat penukar kalor tiga saluran dengan aliran terbagi :

konfigurasi aliran searah (untuk aliran berlawanan, pengukur aliran sebelah kiri saluran 1 dipindahkan ke sebalah kanan saluran 1, dan arah aliran dalam saluran pertama juga diubah)

2. Alat Ukur, meliputi :

Pengukuran temperatur dilakuakan pada fluida air yang mengalir pada alat penukar panas. Termokopel menggunakan sensor dengan tipe K, tipe ini dengan bahan Nickel chromium (kutub +), Nickel aluminium (kutub -) dan konstanta yang mempunyai daya tahan terhadap korosi. Jangkauan pengukuran dari termokopel ini adalah -200 s/d 1372 °C. Adapun gambar termokopel type K, sebagai berikut :

Gambar 3.2. Termokopel Type K

Pada pengujian jumlah pengukuran temperatur pada penukar panas berjumlah lima buah, yaitu T1in, Tsin, T1out, T2out, T3out. Adapun penempatan termokopel pada

tabung, sebagai berikut :

Gambar 3.3. Penempatan kabel termokopel tipe K pada tabung

b. Data acquisition module type 18200-400

[image:49.595.210.401.575.702.2]

termokopel tipe K, yang kemudian diolah oleh software Instacall dan Tracerdaq di komputer. Adapun gambar Data acquisition module type 18200-400, yaitu :

Gambar 3.4 Data acquisition module type 18200-400

Sumber : http://www.omega.com

c. Flowmeter,

Pengukuran aliran fluida menggunakan 3 water flowmeter dengan 2 tipe flowmeter, yaitu :

 Waterflow sensor + Arduino Uno R3

Pengujian ini menggunakan 2 buah Waterflow sensor yang diletakkan pada aliran keluar saluran 2 dengan aliran masuk saluran 1. Adapun gambar waterflow sensor, sebagai berikut :

Adapun Spesifikasi waterflow sensor adalah :

− kapasitas aliran 0 – 6 liter/menit

− ketahanan temperatur -25°C - 80°C

− Ketahanan tekana fluida 2 MPa

− Power Input 5VDC

− Kabel merah : power supply ; kabel hitam : Grounding; Kabel kuning :

sinyal pulse

Pada waterflow sensor pembacaan sinyal pulse menggunakan rangkaian

Arduino Uno R3 yang berfungsi untuk membaca sensor dari flowmeter dalam bentuk sinyal digital ke komputer atau LCD, adapun rangkaian waterflow sensor, arduino Uno R3 dan LCD , yaitu :

Gambar 3.6. Rangkaian water flow sensor dan Arduino Uno R3 Sumber : https://partelektrik.files.wordpress.com

Setelah merangkai waterflow sensor dengan Arduino Uno R3 dan LCD maka untuk membaca data dari arduino menggunakan software arduino kemudian diperlukan coding untuk pembacaan data ke arduino, sebelum membuat coding waterflow sensor perlu di kalibrasi, untuk mendapatkan

factor calibrate dan formula coding. Hasil kalibrasi waterflow sensor,

[image:51.595.245.417.528.723.2]

Gambar 3.7. Display LCD dan Arduino Uno R3 pada waterflow sensor

 Liquid Flowameter Mc Millan

Liquid flowmeter merupakan alat ukur aliran yang didesain menggunakan

putaran microturbine, jenis turbin yang digunakan turbin pelton dengan ukuran diameter 16 mm dan ketebalan 0,75 mm. Ketika aliran mengalir ke flowmeter akan menggerakan roda turbin, terdapat led sinar infra merah dan phototransistor untuk membaca sinyal pulse dari putaran microturbine yang nantinya akan ditampilkan di lcd (liquid crystal display).

Adapun spesifikasi Liquid flowmeter, sebaagi berikut :

− Type liquid flowmeter Mc. Millan range 8

− Akurasi : 5% F.S

− Ketahanan tekanan fluida : 100 psig

− Ketahanan tempertur : 0 – 80°C

− Terdapat 4 pin kabel : pin 1 : power suplay; pin 2 : outpit signal; pin 3 : grounding, pin 4 : tidak digunakan.

− Power : 12 VDC

− Output signal : 5VDC

− Kapasitas aliran : 0 – 5 liter/min

3. Drum Heater

Air panas diperoleh dari tangki yang mempunyai drum atau di