commit to user
STUDI EKSPERIMENTAL PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN REGULARLY
SPACED HELICAL SCREW TAPE INSERT
Dosen Pembimbing I : Agung Tri Wjayanta, ST, M.Eng, Ph.D Dosen Pembimbing II : Indri Yaningsih, S.T., M.T.
Oleh:
PUTUT PANJI SAPUTRO NIM. I 1413022
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2016
commit to user
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Studi Eksperimental Pengaruh Panjang Spacer Terhadap Peningkatan Perpindahan Panas Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik Dengan “ Regularly spaced Helical
Screw Tape Insert”. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat wajib
bagi mahasiswa dalam rangka menyelesaikan pendidikan Sarjana pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya selama kami menyelesaikan tugas akhir. Ucapan terima kasih penulis tujukan kepada :
1. Penulis panjatkan syukur atas kasih Karunia dari Allah SWT yang selalu dilimpahkan kepada seluruh umat manusia
2. Bapak, Ibu tercinta, dan kakakku yang tanpa lelah memberikan do’a, dukungan baik secara moral dan materil.
3. Bapak Agung Tri Wijayanta, M.Eng., Ph.D. selaku pembimbing I dengan semangat senantiasa memberikan arahan, bimbingan dalam penyusunan skripsi. dan nasehat dari awal hingga selesainya penulisan skripsi.
4. Ibu Indri Yaningsih, ST, MT. selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan nasehat hingga selesainya penulisan skripsi.
5. Bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT, Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT,
dan Bapak R. Lulus Lambang, ST, MT. selaku dosen penguji tugas akhir yang telah memberi saran yang membangun bagi penulis kedepan. 6. Bapak D. Danar Dono Dwi Prija T, ST, MT, phD. selaku Pembimbing Akademis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sebelas Maret.
commit to user
vii
8. Bapak-bapak dosen yang dengan senang hati dan tanpa lelah membagikan ilmunya, serta karyawan yang dengan senang hati melayani para mahasiswa dengan setulus hati.
9. Kakak, adik dan juga seluruh keluarga besar yang tanpa henti mendoakan, menyemangati, memotivasi, dan dukungan lahir & batin yang luar biasa besar sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
10. Teman-teman seperjuangan angkatan 2013 Teknik Mesin Non Reguler. 11. Semua pihak yang turut serta membantu penulis.
Penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari masih banyak kekurangan disana-sini. Oleh sebab itu, kritik dan saran yang bersifat membangun akan penulis terima dengan senang hati.
Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Januari 2016
commit to user
viii
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul ... i
Halaman Surat Penugasan ... ii
Halaman Pengesahan ... iii
Abstrak ... iv
Kata Pengantar ... vi
Daftar Isi ... viii
Daftar Tabel ... xi
Daftar Gambar ... xii
Daftar Persamaan ... xiv
Daftar Notasi ... xvi
Daftar Lampiran ... xix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan Dan Manfaat ... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ... 5
2.2. Dasar Teori ... 9
2.2.1. Aliran Dalam Pipa ... 9
2.2.2. Penukar Kalor ... 9
2.2.3. Teknik Peningkatan Perpindahan Panas Dengan Metode Pasif ... 11
2.2.3.1 Helical Screw Tape Insert ... 12
2.2.4. Perhitungan Karakteristik Perpindahan Panas, Faktor Gesekan dan Rasio Peningkatan Perpindahan Panas Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik ... 14
commit to user
ix
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian ... 20
3.2. Skema Alat Penelitian ... 20
3.3. Diagram Alir Penelitian... 26
3.4. Prosedur Penelitian ... 27
3.4.1. Tahap Persiapan ... 27
3.4.2. Pengujian Penukar Kalor Tanpa Regularly spaced Helical Screw Tape Insert (plain tube) ... 27
3.4.3. Pengujian penukar kalor dengan Regularly spaced helical screw tape insert... 28
3.5. Metode Analisis Data ... 29
BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1. Data Hasil Pengujian ... 31
4.2. Analisis Data ... 31
4.2.1. Validasi Karakteristik Perpindahan Panas Plain Tube ... 31
4.2.2. Validasi Karakteristik Faktor Gesekan Plain Tube . 32
4.2.3. Pengaruh Variasi spacer Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas Penukar Kalor dengan Penambahan Regularly spaced Helical Screw Tape Insert ... 33
4.2.4. Pengaruh Variasi panjang spacer Terhadap Karakteristik Faktor Gesekan Penukar Kalor dengan Penambahan Regularly spaced Helical Screw Tape Insert... 35
4.2.5. Pengaruh Variasi panjang spacer Terhadap Karakteristik Effectivenes Penukar Kalor dengan Penambahan Regularly spaced Helical Screw Tape Insert ... 37 4.2.6. Pengaruh Variasi spacer Terhadap Karakteristik
commit to user
x
Penambahan Regularly spaced Helical Screw Tape
Insert ... 39
4.2.7. Analisa Korelasi Empirik Hasil Penelitian dengan Penambahan Regularly Spaced Helical Screw Tape Insert ... 40
4.2.8. Perbandingan Hasil Eksperimen Karakteristik Perpindahan Panas Regularly Spaced Helical Screw Tape Insert dengan Penelitian Sebelumnya .. 42
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 47
5.2. Saran ... 47
Daftar Pustaka ... 48
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Review penelitian sebelumnya ... 8 Tabel 4.1. Nilai kenaikan Nu hubungannya dengan Re, panjang spacer
80, 160 dan 240 mm. ... 35 Tabel 4.2. Nilai kenaikan penurunan tekanan hubungannya dengan Re,
panjang spacer 80, 160 dan 240 mm... 36 Tabel 4.3. Nilai kenaikan faktor gesekan hubungannya dengan Re,
sisipan helical screw variasi panjang spacer 80, 160 dan 240
mm ... 37 Tabel 4.4. Nilai kenaikan effectiveness hubungannya dengan Re,
sisipan helical screw variasi panjang spacer 80, 160 dan 240
mm ... 38 Tabel 4.5. Nilai kenaikan rasio peningkatan perpindahan panas, variasi
panjang spacer 80, 160 dan 240 mm... 40 Tabel 4.6. Review penelitian sebelumnya ... 45
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Grafik hubungan Nu,i dengan Re dan ∆P dengan Re... 5
Gambar 2.2. Grafik hubungan Nu,i dengan Re dan f dengan Re, (Y) = 2,93 ... 6
Gambar 2.3. (a) arah aliran fluida, dan (b) perubahan temperatur fluida pada penukar kalor berlawanan arah ... 9
Gambar 2.4. Analogi listrik untuk perpindahan panas pada penukar kalor pipa konsentrik ... 10
Gambar 2.5. Konfigurasi geometri dari helical screw tape insert ... 12
Gambar 2.6. Twisted tape insert pada berbagai nilai twis ratio ... 12
Gambar 2.7. Helical screw tape insert pada berbagai nilai twist ratio .. 12
Gambar 2.8. Hubungan antara bilangan Nusselt dengan bilangan Reynolds untuk pipa dengan helical screw tape dan twisted tape insert ... 13
Gambar 2.9. Skema full length helical screw tape insert with core rod ... 14
Gambar 2.10. Skema full length helical screw tape insert without core rod... 14
Gambar 2.11. Skema regularly spaced helical screw tape insert with core rod ... 14
Gambar 2.12. Skema regularly spaced helical screw tape insert without core rod ... 14
Gambar 3.1. Skema alat pengujian penukar kalor pipa konsentrik ... 20
Gambar 3.2. Gambar alat penelitian ... 21
Gambar 3.3. (a) pemanas air elektrik, (b) Temperature controller ... 22
Gambar 3.4. (a) Thermocouple reader, (b) Rotameter ... 22
Gambar 3.5. (a) Tangki air, (b) Penjebak air... 23
Gambar 3.6. Skema penukar kalor pipa konsentrik satu laluan dengan regularly spaced helical screw tape insert ... 23
commit to user
xiii
Gambar 3.8. Nomenklatur full length helical screw tape insert di
sebuah pipa ... 24 Gambar 3.9. Nomenklatur helical screw tape insert tanpa spacer di
sebuah pipa ... 25 Gambar 3.10. Skema regularly spaced screw tape insert yang
digunakan dalam penelitian ... 25 Gambar 4.1. Grafik hubungan Nui dengan Re untuk plain tube,
korelasi plain tube Gneilinski dan Petukhov ... 32 Gambar 4.2. Grafik hubungan f dengan Re untuk plain tube, korelasi
plain tube dan Blasius ... 33
Gambar 4.3. Grafik hubungan Nui dengan Re variasi panjang spacer
80, 160 dan 240 mm ... 34 Gambar 4.4. Grafik hubungan P dengan Re untuk panjang spacer
80, 160 dan 240 mm ... 35 Gambar 4.5. Grafik hubungan f dengan Re variasi panjang spacer 80,
160 dan 240 mm ... 36 Gambar 4.6. Grafik hubungan dengan Re variasi panjang spacer 80,
160 dan 240 mm ... 38 Gambar 4.7. Grafik hubungan dengan Re variasi panjang spacer
80, 160 dan 240 mm ... 39 Gambar 4.8. Perbandingan antara bilangan Nusselt prediksi/ Nu
Eksperimen dengan Re ... 41 Gambar 4.9. Grafik hubungan f, prediksi/ f, eksperimen dengan Re ... 42 Gambar 4.10. Grafik perbandingan nilai Nusselt helical screw with
spacer dengan penelitian sebelumnya ... 43
Gambar 4.11. Grafik perbandingan nilai faktor gesekan helical screw
commit to user
xiv
DAFTAR PERSAMAAN
Halaman Persamaan (2.1) Hambatan termal total pada penukar kalor
konsentrik ... 10
Persamaan (2.2) Laju perpindahan panas antara dua fluida ... 11
Persamaan (2.3) Koefisien perpindahan panas overall ... 11
Persamaan (2.4) Twist ratio pada twisted tape insert ... 12
Persamaan (2.5) Twist ratio pada helical tape insert ... 12
Persamaan (2.6) Laju perpindahan panas di pipa dalam ... 14
Persamaan (2.7) Laju perpindahan panas ke air dingin di annulus ... 15
Persamaan (2.8) Bulk temperature ... 15
Persamaan (2.9) Persentase kehilangan panas ... 15
Persamaan (2.10) Koefisien perpindahan panas menyeluruh (overall) berdasarkan luas permukaan dalam pipa ... 16
Persamaan (2.11) Nilai beda temperatur rata-rata logaritmik ... 16
Persamaan (2.12) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di sisi annulus ... 16
Persamaan (2.13) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di sisi pipa dalam ... 16
Persamaan (2.14) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di sisi pipa dalam ... 16
Persamaan (2.15) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di sisi pipa dalam ... 16
Persamaan (2.16) Bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam ... 16
Persamaan (2.17) Efektivenes penukar kalor ... 17
Persamaan (2.18) Penurunan tekanan ... 17
Persamaan (2.19) Daya pemompaan ... 17
Persamaan (2.20) Faktor Gesekan ... 17
commit to user
xv
Persamaan (2.22) Rasio peningkatan perpindahan panas pada daya
pemompaan yang konstan ... 18
Persamaan (2.23) Persamaan Petukhov ... 18
Persamaan (2.24) Persamaan Gnielinski ... 18
Persamaan (2.25) Faktor Gesekan ... 19
Persamaan (2.26) Persamaan Blasius ... 19
Persamaan (4.1) Korelasi bilangan Nusselt dengan sisipan Regularly spaced helical screw tape insert ... 40
Persamaan (4.2) Korelasi faktor gesekan dengan sisipan Regularly spaced helical screw tape insert ... 40
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI
Ac luas penampang saluran (m2)
Ai luas permukaan dalam pipa dalam (m2) Ao luas permukaan luar pipa dalam (m2) Cp,c panas jenis air dingin di annulus (kJ/kg.oC) Cp,h panas jenis air panas di pipa dalam (kJ/kg.oC)
d lebar twisted tape (m), diameter twist helical screw tape (m) di diameter dalam pipa dalam (m)
do diameter luar pipa dalam (m)
D diameter dalam pipa (m)
f faktor gesekan
fp faktor gesekan plain tube
fs faktor gesekan pipa dalam dengan sisipan
g percepatan gravitasi (m/s2)
hi koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam (W/m2.oC) ho koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di annulus (W/m2.oC) hp koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di plain tube (W/m2.oC) hs koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan
sisipan (W/m2.oC)
H panjang pitch twisted tape insert (m)
kfi konduktivitas termal rata-rata air panas di pipa dalam (W/m.oC) kp konduktivitas termal material pipa dalam (W/m.oC)
L Lh
panjang pipa (m)
commit to user
xvii
Ls panjang spacer (m)
Lt panjang pengukuran beda tekana di pipa dalam (m) ṁc laju aliran massa air dingin di annulus (kg/s) ṁh laju aliran massa air panas di pipa dalam (kg/s) Nui bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam
Nup bilangan Nusselt rata-rata di plain tube
Nus bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam dengan sisipan p keliling saluran terbasahi (m)
P panjang pitch helical screw tape insert (m)
Pr bilangan Prandtl
Qaktual laju perpindahan panas aktual dari penukar kalor (W) Qc laju perpindahan panas ke annulus (W)
Qh laju perpindahan panas di pipa dalam (W)
Qloss kehilangan panas konveksi di pipa dalam (W)
Qmaksimum laju perpindahan panas maksimum yang mungkin dari penukar kalor (W)
Re bilangan Reynolds
Tb,c temperatur air dingin bulk rata-rata di annulus (oC) Tb,h Temperatur air panas bulk rata-rata di pipa dalam (oC) Tc,i temperatur air dingin masuk annulus (oC)
Tc,o temperatur air dingin keluar annulus (oC) Th,i temperatur air panas masuk pipa dalam (oC) Th,o temperatur air panas keluar pipa dalam (oC)
o w
T , temperatur rata-rata dinding luar pipa dalam (
o C)
Ui koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan permukaan dalam pipa dalam (W/m2.oC)
commit to user
xviii U kecepatan aliran bebas fluida (m/s)
V kecepatan rata-rata air panas di pipa dalam (m/s)
.
V laju aliran volumetrik (debit) air panas di pipa dalam (m 3
/s)
Wpompa daya pemompaan (W)
y twist ratio untuk twisted tape insert
Y twist ratio untuk helical screw tape insert
effectivenes penukar kalor
densitas air panas di pipa dalam (kg/m3)
m densitas fluida manometer (kg/m 3
)
Rasio peningkatan perpindahan panas
viskositas dinamik air panas di pipa dalam (kg/m.s)
m viskositas dinamik fluida di pipa (kg/m.s)
h beda ketinggian fluida manometer (m)
P penurunan tekanan (Pa)
TLMTD beda temperatur rata-rata logaritmik ( o
commit to user
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran A. Data Pada Steady State ... 50 Lampiran B. Contoh Perhitungan Data ... 62 Lampiran C. Contoh perhitungan rasio peningkatan perpindahan panas .... 71 Lampiran D. Tabel Hasil perhitungan…. ... 75 Lampiran E Tabel Konduktivitas Material…. ... 78 Lampiran F Tabel Propertis Air…. ... 79
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI
Ac luas penampang saluran (m2)
Ai luas permukaan dalam pipa dalam (m2) Ao luas permukaan luar pipa dalam (m2) Cp,c panas jenis air dingin di annulus (kJ/kg.oC) Cp,h panas jenis air panas di pipa dalam (kJ/kg.oC)
d lebar twisted tape (m), diameter twist helical screw tape (m) di diameter dalam pipa dalam (m)
do diameter luar pipa dalam (m)
D diameter dalam pipa (m)
Dh diameter hidrolik (m)
f faktor gesekan
fp faktor gesekan plain tube
fs faktor gesekan pipa dalam dengan sisipan
g percepatan gravitasi (m/s2)
hi koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam (W/m2.oC) ho koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di annulus (W/m2.oC) hp koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di plain tube (W/m2.oC) hs koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan
sisipan (W/m2.oC)
H panjang pitch twisted tape insert (m)
kfi konduktivitas termal rata-rata air panas di pipa dalam (W/m.oC) kp konduktivitas termal material pipa dalam (W/m.oC)
L Lh Ls
panjang pipa (m)
panjang bagian core rod yang diberi helical screw tape (m) panjang spacer (m)
Lt panjang pengukuran beda tekana di pipa dalam (m) ṁc laju aliran massa air dingin di annulus (kg/s)
commit to user
xvii
ṁh laju aliran massa air panas di pipa dalam (kg/s) Nui bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam
Nup bilangan Nusselt rata-rata di plain tube
Nus bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam dengan sisipan p keliling saluran terbasahi (m)
P panjang pitch helical screw tape insert (m)
Pr bilangan Prandtl
Qaktual laju perpindahan panas aktual dari penukar kalor (W) Qc laju perpindahan panas ke annulus (W)
Qh laju perpindahan panas di pipa dalam (W)
Qloss kehilangan panas konveksi di pipa dalam (W)
Qmaksimum laju perpindahan panas maksimum yang mungkin dari penukar kalor (W)
Re s
bilangan Reynolds
space to tape ratio
Tb,c temperatur air dingin bulk rata-rata di annulus (oC) Tb,h Temperatur air panas bulk rata-rata di pipa dalam (oC) Tc,i temperatur air dingin masuk annulus (oC)
Tc,o temperatur air dingin keluar annulus (oC) Th,i temperatur air panas masuk pipa dalam (oC) Th,o temperatur air panas keluar pipa dalam (oC)
o w
T , temperatur rata-rata dinding luar pipa dalam (
o C)
Ui koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan permukaan dalam pipa dalam (W/m2.oC)
U kecepatan aliran bebas fluida (m/s)
V kecepatan rata-rata air panas di pipa dalam (m/s)
.
V laju aliran volumetrik (debit) air panas di pipa dalam (m
3 /s)
Wpompa daya pemompaan (W)
y twist ratio untuk twisted tape insert
commit to user
xviii
efektivenes penukar kalor
densitas air panas di pipa dalam (kg/m3)
m densitas fluida manometer (kg/m 3
)
Rasio peningkatan perpindahan panas
viskositas dinamik air panas di pipa dalam (kg/m.s)
m viskositas dinamik fluida di pipa (kg/m.s)
h beda ketinggian fluida manometer (m)
P penurunan tekanan (Pa)
TLMTD beda temperatur rata-rata logaritmik ( o
commit to user
iv
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH SPACER HELICAL SCREW TERHADAP PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN REGULARLY SPACED HELICAL
SCREW TAPE INSERT Putut Panji Saputro
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia
E-mail : panji.putut@gmail.com Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik dengan Regularly spaced helical screw tape
insert variasi spacer ( S) 80, 160 dan 240mm. Seksi uji adalah sebuah penukar kalor pipa
konsentrik satu laluan dengan pipa dalam dan pipa luar terbuat dari aluminium. Dimensi pipa luar; diameter luar 25,4 mm, diameter dalam 23,4 mm dan panjangnya 1.940 mm dan pipa dalam; diameter luar 15,8 mm, diameter dalam 14,3 mm dan panjangnya 2.527 mm. Panjang penukar kalor 2.527 mm dan jarak pengukuran beda tekanan di pipa dalam 2.240 mm. Aliran di pipa dalam dan di annulus adalah berlawanan arah. Fluida kerja yang digunakan adalah air panas di pipa dalam dimana temperatur masukannya dipertahankan pada 60 oC, dan air dingin di annulus dengan temperatur masukan pada ± 27oC. Regularly
spaced helical screw tape insert dengan variasi panjang spacer ( S) 80, 160 dan 240mm. terbuat dari pita seng (strip-zinc) lebar 5 mm, dengan geometri dimensional pitch (P) = 30 mm, twist ratio Y = 2,46 , tebal (t) = 0,25 mm. Kawat inti terbuat dari bahan baja dengan diameter 2,2 mm dan panjang 2.100 mm. Regularly spaced screw tape insert
dibuat dengan cara melilitkan secara seragam pita seng dengan cara disolder. Regularly
spaced helical screw tape insert dipasang di pipa dalam dari penukar kalor pipa
konsentrik.
Berdasarkan nilai Reynold 5.300 < Re < 17.500, hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata rata Nu pipa dalam dengan penambahan sisipan regularly spaced
helical screw tape berturut- turut meningkat dalam kisaran 75% - 171%; 65,89% -
148,39% dan 57,18% - 127,49% dibandingkan dengan Nu tanpa penambahan sisipan
(plain tube). Sedangkan faktor gesekan rata-rata di pipa dalam dengan penambahan sisipan
Regularly spaced screw tape insert meningkat berturut-turut sebesar 3,92; 3,66; dan 3,41
kali lebih tinggi dari pada plain tube. Rasio peningkatan perpindahan panas rata-rata pipa dalam dengan penambahan Regularly spaced screw tape insert berturut-turut dalam kisaran 1,29 - 1,95; 1,23 - 1,79 dan 1,17 - 1,65.
Kata kunci : bilangan Nusselt, bilangan Reynolds, Regularly spaced helical screw
commit to user
v
EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF SPACER HELICAL SCREW TOWARD INCREASING HEAT TRANSFER IN THE CONCENTRIC PIPE HEAT EXCHANGER WITH REGULARLY SPACED HELICAL SCREW TAPE
INSERT Putut Panji Saputro
Departement of Mechanical Engineering Engineering Faculty of Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia E-mail : panji.putut@gmail.com
Abstract
The research was conducted to examine the characteristics of heat transfer and friction factor in the concentric pipe heat exchanger with a Regularly spaced helical screw tape insert spacer variation ( S) 80, 160 dan 240mm. Test section was the single pass concentric tube heat exchanger with inner tube and outer tube made of aluminum. The dimensions of the outer tube had 25,4 mm outer diameter and 23,4 mm inner diameter and 1.940 mm of the length, whereas the dimensions of the inner tube had 15,8 mm outer diameter and 14,3 mm inner diameter and 2.527 mm of the length. The length of heat exchanger was 2.527 mm and the length of pressure difference measurement in the inner tube was 2.240 mm. Flows in the inner tube and in annulus were in opposite directions. Working fluid in the inner tube was hot water which is inlet temperature was maintained at 60°C, whereas in the annulus was cold water at ± 27oC. Regularly spaced helical screw tape insert spacer variation ( S) 80, 160 and 240mm were made of (strip-zinc) wide (W) = 5mm with geometric dimensions, pitch (P)= 30mm, twist ratio (Y) = 2,46, thickness (t) = 0,25 mm The core were made of steel with 2,2 mm for the diameter and 2.100 mm for the length regularly. Regularly spaced helical screw tape tape insert were threaded of strip zinc regularly and then soldered and installed in the inner tube of the concentric tube heat exchanger.
Based on Reynolds number 5.300 < Re < 17.500, the ressults showed that the average nusselt of inner tube with Regularly spaced helical screw tape insert increased approximately in 75% - 171%; 65,89% - 148,39% and 57,18% - 127,49% than the average Nusselt without used Regularly spaced helical screw tape insert (plain tube).
While, the average friction factor of inner tube with regularly spaced helical screw tape insert increased become 3,92; 3,66; and 3,41 times than plain tube. The heat transfer enhancement ratio of inner tube with Regularly spaced helical screw tape insert was approxomately 1,29 - 1,95; 1,23 - 1,79 and 1,17 - 1,65.
Keywords : Nusselt number, Reynolds number, Regularly spaced helical screw tape insert, friction factor, heat transfer enhancement ratio.
