ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA BERSIRIP ENAM JARUM
Skripsi
Oleh :
ARIF JOKO WICAKSONO NIM K 2507010
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Maret 2013
PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN
Saya yang bertand a tangan di bawah ini
Nama : Arif Jo ko Wicakso no
NIM : K2507010
Jurusan/Prodi : Pendid ikan Teknik dan Keju ruan/Pendidikan Teknik M esin
Menyatakan b ahwa skripsi saya berjudu l ”ANALISIS PERPINDAHAN
KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA BERSIRIP ENAM JARUM ” ini merup akan hasil karya saya sendiri. S elain itu, sumber info rmasi yang dikutip d ari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Apabila pada kemudian hari terbu kti atau dapat dibuktikan skripsi ini hasil jip lakan, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan saya.
Surakarta, Maret 2013 Yang membuat pernyataan
iii
ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT PENUKAR KALOR PIPA GANDA BERSIRIP ENAM JARUM
Skripsi
Oleh:
ARIF JOKO WICAKSONO NIM K 2507010
Diaju kan sebagai salah satu persyaratan mendap at gelar Sarjana Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendid ikan Teknik dan Ke juruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Maret 2013
HALAMAN PERSETUJUAN
Skipsi ini telah disetu jui untu k dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada Hari : Selasa
Tanggal : 26 M aret 2013
v
PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim P enguji Skrip si Pro gram Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan P endidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguru an dan Ilmu Pendid ikan Universitas Sebelas M aret Surakarta dan diterima untu k memenuhi persyaratan mendap atkan gelar sarjana pend id ikan.
Pad a hari : Rabu Tanggal : 3 April 2013
MOTTO
"Dan Dia ( Allah ) telah memberikan kepad amu (keperlu anmu) dan segala apa yang kamu mohonkan kepadaNya. Dan jika kamu menghitung nikmat Allah, tidaklah dapat kamu menghitu ngnya. Sesungguhnya manusia itu sangat zalim dan
sangat mengingkari nikmat Alla h". (QS. Ibrahim, 14:34)
“Tidak ada yang dap at menambah umur kecuali kebaikan, d an tidak ada yang dap at menolak takdir kecuali do ’a.” (HR. Ahmad dan Ib nu Majah)
“Percayalah lelah ini hanya sebentar saja, jangan menyerah walaupun tak mudah meraihnya. Teruslah tersenyum b iar semakin mudah, karena kesed ihan ternyata
vii
PERSEMBAHAN
Dengan mengucap puji syukur ke hadirat Allah SWT, dengan segala kerendahan hati, karya ini saya persembahkan kepada:
Bapak dan Ibu yang telah memberi kesemp atan kepadaku untuk menikmati ind ahnya hidup ini.
Dua kakak-ku yang selalu menasehatiku d an adik kecilku yang mulai remaja.
Arif Yun, Didik, dan Wahnuri kawanku yang tak hab is memb eri motivasi.
Teman-teman diskusiku Mar’ah, D Ariyanti, dan Wacit.
Semua Do sen PTM yang telah membimbing saya selama ku liah di PTM.
Teman-teman PTM angkatan 2007 sep erjuangan. Almamater
ABSTRAK
Arif Jo ko Wicakso no. ANALISIS PERPINDAHAN KALOR PADA ALAT
PENUKAR KALOR PIPA GANDA BERSIRIP ENAM JARUM. Skripsi,
Surakarta : Fakultas Kegu ruan dan Ilmu Pend idikan. Unversitas Sebelas Maret Surakarta, Maret 2013.
Tujuan p enelitian ini adalah untuk mengetahui : (1) Pengaruh variasi jarak antar sirip enam jarum terhadap koefisien perpindahan kalor. (2) Pengaru h variasi la ju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalo r. (3) Pengaruh variasi laju aliran lu ar terhadap koefisien perpindahan kalo r. (4) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi jarak antar sirip dan laju aliran dalam terhadap koefisien perpindahan kalor. (5) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi jarak antar sirip dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. (6) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpind aha n kalor. (7) Pengaruh bersama (interaksi) antara variasi jarak antar sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perp indahan kalor. (8) Pengaruh yang menghasilkan ko efisien perp indaha n kalor op timal antara variasi jarak antar sirip, la ju aliran dalam dan laju aliran luar. Penelitian ini dilakukan d i lab oratorium produksi Pro gram Stud i Pendid ikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Populasi dalam penelitia n ini ad alah p ipa b ersirip enam jarum bervariasi jarak antar siripn ya dengan beberapa variasi kecepatan aliran air. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini ad alah pipa bersirip enam jarum dengan variasi jarak antar sirip nya 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm. Adapun variasi la ju aliran air yang digunakan untuk laju aliran pip a dalam menggunakan variasi 0,1 lt/s; 0,08 lt/s; 0,06 lt/s, dan la ju aliran pip a luar menggunakan variasi 0,13 lt/s; 0,1 lt/s; 0 ,07 lt/s .Teknik analisis d ata pada penelitian ini menggunakan uji anava tiga arah.
Hasil penelitian ini adalah : (1) Ada pengaruh yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % atau lebih pada variasi jarak antar sirip terhadap koefisie n perpind ahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis data yang menyatakan
bahwa = 19,152 leb ih besar d ari = 1,7147. ( > ).
(2) Ada pengaruh yang signifikan dengan taraf signifikasi 1 % atau leb ih pada variasi laju aliran dalam terhadap koefisien p erpindahan kalo r. Dapat dilihat p ada
hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa = 14740,634 lebih besar
dari = 1,7147 . ( > ). (3) Ada p engaru h yang signifikan
dengan taraf signifikasi 1 % atau lebih pada variasi laju aliran lu ar terhadap koefisien perp ind ahan kalor. Dapat dilihat pada hasil uji analisis d ata yang
menyatakan bahwa = 4920,749 lebih besar dari = 1,7147.
( > ). (4) Ada pengaru h bersama (interaksi) yang signifikan
dengan signifikansi 1% atau lebih pada variasi jarak antar sirip dan laju aliran dalam terhad ap koefisien perpindahan kalor. Dapat dilihat pad a hasil uji analisis
data yang menyatakan bahwa = 1,844 lebih besar dari = 1,7147.
( > ). (5) Ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan dengan
ix
terhadap koefisien perpind ahan kalor. Dapat dilihat pad a hasil u ji analisis data
yang menyatakan bahwa = 4,755 lebih besar dari = 1,7147.
( > ). (6) Ada pengaruh bersama (interaksi) yang signifikan
dengan taraf signifikasi 1% atau lebih pada variasi laju aliran dalam dan laju aliran luar terhadap koefisien perpindahan kalor. Dapat d ilihat pad a hasil uji
analisis data yang men yatakan bahwa = 36,023 lebih besar d ari
= 1,7147. ( > ). (7) Ada pengaruh b ersama (interaksi) yang
signifikan dengan taraf signifikasi 1 % atau lebih pada variasi jarak antar sirip, la ju aliran dalam, dan laju aliran luar terhadap ko efisien p erp ind ahan kalor. Dapat
dilihat pada hasil uji analisis d ata yang menyatakan b ahwa bahwa =
6,00384 lebih besar dari = 1,7147. ( > ). (8) Pengaruh
bersama (interaksi) antara variasi jarak antar sirip, laju aliran dalam dan laju aliran luar yang menghasilkan koefisien perpindahan kalo r optimal adalah pada pip a sirip jaru m dengan jarak antar sirip 10mm, laju aliran dalam 0 ,1lt/s dan laju aliran luar 0 ,13lt/s yaitu 0,08407.
Kata Ku nci : Alat penu kar kalor pipa ganda, Variasi jarak antar sirip, Pipa bersirip jarum, Laju aliran lawan arah.
ABSTRACK
Arif Joko Wicaksono . ANALYSIS OF HEAT TRANSFER IN SIX-PIN
FINNED TUBE OF DOUBLE PIPES HEAT EXCHANGER. Thesis,
Surakarta: Faculty of Training and Edu cation. S ebelas Maret University Surakarta, Maret 2013 .
The pu rpo se of this stud y investigated: (1) Effect o f variation distance between the fins of six pin against heat transfer coefficient. (2 ) The Effect of variatio n insid e flow rates against heat transfer coefficient. (3) The effect of variatio n ou tside flo w rates against heat transfer coefficient. (4) The jo int effect (interaction) variatio n distance b etween the fins of six pin and inside flow rates against heat transfer coefficient. (5) The jo int effect (interaction) variation distance between the fins of six pin and ou tside flow rates against heat transfer co efficient. (6) The joint effect (interactio n) between variatio n inside flow rates and ou tside flow rates against heat transfer coefficient. (7) The joint effect (interaction) variation d istance between the fins of six pin, inside flow rates and outside flo w rates against heat transfer coefficient. (8) The effect that purpose an optimal heat transfer coefficient of the variation distance between the fins of six pin, insid e flow rates and outside flow rates .
This research used experimental methods. The popu latio n used in this research from variatio n distance between the fins of six pin with a few variations water flow rates. The samp le u sed in this stud y is a six-pin finned p ipe with variatio n d istance between the fin 5mm, 10mm, 15 mm, and 20mm. The variation insid e flow rates used 0,06 lt/s, 0 ,08 lt/s, and 0,1 lt/s. Outside flow rates used 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, and 0,13 lt/s. the data analysis techniq ue in this stu dy using three-wa y anova test.
The result of this stu dy are: (1 ) There is a significant effect with significance level 1 % or more o n the variation d istance between fins of six pin against heat transfer co efficient. Can be seen in the data analysis of the test results
stating that = 19 ,152 is larger than = 1,7147. ( >
). (2) There is a significant effect with significance level 1 % or more on the variatio n of the inside flow rates against heat transfer coefficient. Can be seen in the data analysis of the test results stating that = 14740,634 is larger
than = 1,7147. ( > ). (3) There is a significa nt effect with
significance level 1% o r more o n the variation of the outside flow rates against heat transfer coefficient. Can be seen in the d ata analysis of the test results stating
that = 4920,749 is larger than = 1,7147. ( > ). (4)
There is a joint effect (interaction) is significant with significance level 1 % or mo re of the variatio n in the distance between the fins o f six pin and the inside flow rates against heat transfer co efficient. Can be seen in the data analysis of the
test results stating that = 1,844 is larger than = 1,7147.
( > ). (5) There is a joint effect (interactio n) is significant with significance level 1% or more of the variatio n in the distance between the fins of six pin and the outside flow rates against heat transfer coefficient. Can be seen in the data analysis of the test results stating that = 1,844 is larger tha n
xi
= 1,7147. ( > ). (6) There is a joint effect (interaction) is significant with significance level 1% or more o f the variation inside flow rate s and the inside flo w rates against heat transfer co efficient. Can b e seen in the data analysis of the test results stating that = 36,023 is larger than =
1,7147. ( > ). (7) There is a joint effect (interaction) is significant
with significance level 1% or more of the variation in the d istance between the fins of six pin, the inside flow rates, and outside flow rates against heat transfer co efficient. Can be seen in the data analysis of the test results stating that
= 1,844 is larger than = 1 ,7147. ( > ). (8) Effect
of jo int (interaction) the variation of the distance between the fins of six pin, the insid e flow rates, and outside flow rates which produ ce optimal heat transfer co efficient is the pipe with d istance between the fins 10mm, the inside flow rates of 0,1 lt/s and the outside flow rates 0,13 lt/s is 0,08407.
Keywords: Do ub le p ipe heat exchanger, Variation distance between the fins, Pin finned tube, Counter flow.
KATA PENGANTAR
Puji syuku r dipanjatkan kehadirat Allah SWT. Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan nikmat dan hidayah-Nya, sehingga dap at menyelesaika n penelitian S kripsi ini, untu k memenu hi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Banyak hambatan yang menimbulkan kesu litan dalam menyelesaikan penelitian skripsi ini, namun berkat bantuan dari berbagai pihak a khirnya kesulitan yang timbul dapat teratasi. Untuk itu dikesempatan yang berbahagia ini, peneliti men yampaikan ucapan terima kasih atas segala ba ntuann ya kep ada yang terhormat:
1. Bapak Prof.Dr.H.M. Furqon Hidayatullah, M .Pd, sebagai Dekan Faku ltas
Keguruan dan Ilmu Pend idikan UNS Su rakarta.
2. Bapak Drs. Su trisno, ST.,M.Pd., sebagai Ketua Ju rusan Pendid ikan Teknik dan Kejuru an FKIP UNS Su rakarta.
3. Bapak Yuyun Estriyanto, S.T., M.T. sebagai Ketua Program Studi Pendid ikan
Teknik Mesin, Pendidikan Teknik dan Kejuruan F KIP UNS Surakarta.
4. Bapak Drs. Subagso no, M .T. seb agai Dosen Pemb imbing I.
5. Bapak Danar Susilo W ijayanto, S.T., M.Eng. sebagai Dosen Pembimbing II.
6. Herman Saputro, S.Pd., M.T., M.Pd. dan Danar Susilo Wijayanto , S.T.,
M.Eng. sebagai Pemb imbing Akademik.
7. Segenap dosen Program Stud i Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.
8. Segenap karyawan Juru san Pendid ikan Teknik dan Keju ruan F KIP UNS.
9. Teman-Teman Relawan Siaga Nusantara, Him pu nan Mahasiswa Jurusan,
Badan Eksekutif Mahasiswa Kabinet Berkarya, sebagai inspirasi dan penyemangatku.
10.M ahasiswa Pendid ikan Teknik Mesin angkatan tahun 2007.
11.Semua p ihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan dukungan d an bantuan sehingga dapat selesainya skripsi ini.
Peneliti menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini dan jauh dari kata sempurna. Untuk itu peneliti mengharapkan kritik d an saran yang
xiii
membangun untu k menyempurnakan skripsi ini. Terakhir, semoga skripsi ini
dapat bermanfaat b agi peneliti maupun bagi para pembaca. Amin.
Surakarta, Maret 2013
DAFTAR ISI
Halaman
HALAM AN JUDUL ... i
HALAM AN PERNYATAAN... ii
HALAM AN PENGAJUAN ... ... iii
HALAM AN PERSETUJUAN ... ... iv
HALAM AN PENGESAHAN ... v
HALAM AN MOTTO ... ... vi
HALAM AN PERSEM BAHAN ... vii
HALAM AN ABS TRAK ... ... ... viii
KATA PENGANTAR ... xii
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR TABEL ... ... xvi
DAFTAR GAM BAR ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 3
C. Pembatasan Masalah ... 3
D. Perumu san Masalah ... 3
E. Tu juan Penelitian ... 4
F. M anfaat Penelitian ... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Kajian Teo ri ... 6
B. Penelitian yang Relevan ... 24
C. Kerangka Berpikir ... 26
xv BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 29
B. M etode Penelitian ... 29
C. Desain Penelitian ... 30
D. Populasi dan Sampel ... 31
E. Teknik Pengambilan Data ... 32
F. Analisis Data ... ... ... 35
BAB IV HASIL PENELITIAN A. Deskripsi Data ... 42
B. Uji Prasyarata n Analisis... 52
C. Pengu jian Hipotesis ... 54
D. Pembahasan Hasil Analisis Data ... 56
BAB V. SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simp ulan Penelitian ... 59
B. Implikasi ... 61
C. Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA ... 63
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1 Konstanta menurut Hilp ert, Knudsen, dan Katz ... 24
2 Pengumpu lan Data ... 36
3 Jumlah AB ... 39
4 Jumlah AC ... 39
5 Jumlah BC ... 40
6 Jumlah ABC ... 40
7 Rangkuman Analisis Variansi Tiga Jalan ... 41
8 Data Hasil P erhitungan Koefisien Perpindahan Kalor ... 42
9 Rerata Hasil Perhitungan Koefisien Perp indahan Kalor ... 43
10 Hasil Uji No rmalitas dengan Metod e Liliefors ... 53
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1 Perpind ahan Ko nveksi pada Suatu Plat ... 7
2 Perpind ahan Panas Rad iasi ... ... 8
3 Klasifikasi Penukar Kalo r Berdasarkan Aliran Flu id a ... 9
4 Kondensor ... 10
5 Variasi Sirip ... 11
6 Variasi Bentuk Sirip ... 11
7 Aliran Kalo r Satu Dimensi melalui Silinder Berlub ang ... 12
8 Analogi Tahanan untuk Silinder Berlubang d an Analogi Listriknya ... 14
9 Pip a Dalam dengan Sirip Enam Jarum ... 15
10 Profil Suhu u ntuk Aliran Sejajar dan Aliran Lawan Arah dalam Penukar Kalor Pipa Gand a ... 16
11 Efektivitas untu k Aliran Lawan Arah ... 20
12 Efisiensi Sirip ... 21
13 Aliran Silang yang Melintas pada Su atu Silinder ... 22
14 Skema Paradigma P enelitian ... 27
15 Diagram Alir Proses Penelitian ... 30
16 Pip a Temb aga dengan Sirip Enam Jarum... 33
17 Desain Eksp erimen Alat Pe nukar Kalor... 34
18 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip, Laju Aliran Dalam 0,06 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 44
19 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip, Laju Aliran Dalam 0,08 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 44
20 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip, La ju Aliran Dalam 0,1 lt/s dengan
Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 45
21 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip, Laju Aliran Dalam 0,06 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 45
22 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip, Laju Aliran Dalam 0,08 lt/s dengan Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 46
23 Pengaruh Variasi Jarak antar Sirip , Laju Aliran Dalam 0,1 lt/s d engan Laju Aliran Luar 0,07 lt/s, 0,1 lt/s, dan 0 ,13 lt/s ... 47
24 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Jarak antar Sirip 5mm ... 48
25 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Jarak antar Sirip 10 mm ... 49
26 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Jarak antar Sirip 15 mm ... 49
27 Pengaruh Laju Aliran Dalam pada Jarak antar Sirip 20 mm ... 50
28 Pengaruh Laju Aliran Luar pada Jarak antar Sirip 5mm ... 50
29 Pengaruh Laju Aliran Luar pada Jarak antar Sirip 10 mm ... 51
30 Pengaruh Laju Aliran Luar pada Jarak antar Sirip 15 mm ... 51
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1 Data Hasil Pengukuran Temperatur ... 65
2 Tabel Kalib rasi Sensor Termokopel ... 70
3 Data Hasil Pengukuran Temperatur setelah Kalib rasi ... 75
4 Contoh Perhitu ngan Koefisien Perpindahan Kalor ... 80
5 Uji No rmalitas ... 89
6 Uji Ho mo genitas ... 106
7 Uji Analisis Variansi Tiga Jalan ... 110
8 Tabel Sifat-sifat Air (Zat Air Jenuh) ... 119
9 Nilai Kritik Uji Liliefors... 120
10 Nilai Kritik Uji Bartlett ... 121
11 Fo to Dokumentasi Penelitan ... 122
Lampiran Surat-surat Administrasi Skripsi 1 Presensi Seminar Propo sal Skripsi ... 129
2 Surat Permohonan Ijin Menyu sun Skripsi ... 131
3 Surat Kepu tusan Dekan FKIP UNS ... 132
4 Surat Permohonan Ijin Research ... 133
