LAMPIRAN I
ANALISA PERHITUNGAN DATA EKSPERIMEN DAN TEORITIS
UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIGA SALURAN SATU LALUAN
ALIRAN TERBAGI DENGAN KONFIGURASI ALIRAN YANG
1.1 Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Pipa
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
Sehingga koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata pada pipa dalam (Ch3)
dan luar (Ch3), dengan persamaan 2.2a dan 2.2b
hi
=
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 danNuoo 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 :
Bilangan Nusselt untuk masing-masing sisi diperoleh dari persamaan 2.3a
dan 2.3b, sebagai berikut :
Nui = Nuᵢᵢ
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 :
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 :
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.
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
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 =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
Sehingga sesuai persamaan 2.70, maka NTU,
NTU =
�
Ntu₁ϴ +Ntu₂Øλϴ + (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
Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera
ṁ1 = 979,0292 kg/m3 . 0,000017 m3/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 ��
=
0,573589Lalu, 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
β = �([(�₁ − �₂)²/4] +�₁�₂).
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.(-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
= - (
22,1725) (−2,009261,22146 ) = 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
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
Eksperimen Teori
Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin (°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o (°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
ALIRAN TERBAGI DENGAN KONFIGURASI ALIRAN YANG
2.1. Analisa Perhitungan Teoritis Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu
Laluan Aliran Terbagi dengan Konfigurasi Aliran Searah
Diketahui :
Properties Fluida Air Pada Tabel Incropera
ρ = �� , sehingga ṁ= ρ.Q, maka massa untuk masing-masing fluida :
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 ��
=
0,839232Lalu, 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
T3o = T1o - vL
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 %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
Eksperimen Teori
Re1 Re2 Re3 C1/Cs
λ
T1in(°C)
Tsin (°C)
T1o
(°C)
T2o
(°C)
T3o
(°C)
ε
oε
sT1o (°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
oε
sT1o (°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
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