SIMULASI PERPINDAHAN PANAS GEOMETRI F IN DATAR PADA
HEAT EXCHANGER DENGAN ANSYS F LUENT
Gian Karlos Rhamadiafran
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta, Indonesia
E-mail : gian.krls90@gmail.com
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perpindahan panas pada heat exchanger dengan fin datar menggunakan metode permodelan 3D ANSYS FLUENT. Penempatan Fin dengan bentuk geometri datar dipasang tegak lurus pada saluran Heat Exchanger.
Sebuah pendekatan Computational Fluida Dynamic (CFD) dianalisa dalam keadaan steady state. Penelitian dimulai dengan pembuatan desain geometri findan memvariasikan sudut fin sebesar 450, 900, dan 1350 dengan tinggi fin 4mm dan tebal 3mm. Propertis input suhu, kecepatan udara dingin dan udara panas masing-masing 300K, 600K, dan 1,338 m/s, 0,69 m/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas meningkat sebesar 8,9% pada variasi sudut fin 450 dengan interval fin 20mm arah aliran berlawanan (counter flow) dan terjadi penurunan pada saluran panas sebesar 5.2% pada variasi sudut fin 450 dengan interval fin 20mm arah aliran berlawanan (counter flow).
SIMULATION OF HEAT TRANSF ER F LAT F IN GEOMETRI HEAT
EXCHANGER WITH ANSYS F LUENT
Gian Karlos Rhamadiafran Department of Mechanical Engineering Sebelas Maret University, Surakarta, Indonesia
E-mail : gian.krls90@gmail.com
Abstract
The purpose of this study is to determine the heat transfer plate fin heat exchanger with using 3D modeling methods by ANSYS FLUENT. Fin placement with fin geometric shapes mounted perpendicular to the channel Heat Exchanger.
An approach to Computational Fluid Dynamic (CFD) analysis is steady state. The study start with the creation of design geometry and varying fin angle of 450, 900, and 1350 with a fin height of 4mm and 3mm thickness. Propertis input temperature, velocity of cold air and hot air respectively 300K, 600K, and 1.338 m / s, 0.69 m / s. The results that the heat transfer is increased by 8.9% for angle of 450 fin with 20mm intervals fin counter flow and decreased by 5.2% for angle of 450 fin with 20mm intervals fin counter flow hot fluid.
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim, segala puji dan rasa syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan segala kemudahanNya hingga akhirnya penulis mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul
“Simulasi Perpindahan Panas Geometri Fin Datar pada Heat Exchanger dengan Ansys Fluent”.
Berbagai pihak telah ikut berperan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan dan bimbingan serta motivasi. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.selaku pembimbing I tugas akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis.
2. Bapak Eko Prasetyo B, S.T.,M.T. selaku pembimbing II tugas akhir yang telah mengarahkan dan selalu memberikan semangat kepada penulis.
3. Bapak D. Danardono, S.T., M.T.,PhD Bapak R. Lulus Lambang, S.T., M.T., dan Bapak Dr. Budi Santoso, ST., MT. selaku Dosen Penguji.
4. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2008 yang telah menyediakan waktu untuk membagi ilmu dan gurauan mereka ketika penulis memiliki permasalahan. 5. Teman yang menemani dan menyemangati saya ketika menyelesaikan
penulisan.
6. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.
Surakarta, 2016
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul ... i
Halaman Tugas... ii
Halaman Pengesahan ... iii
Motto ... iv
Persembahan ... v
Abstrak ... vi
Abstract ... vii
Kata Pengantar ... viii
Daftar Isi ... ix
Daftar Tabel ... xi
Daftar Gambar ... xii
Daftar Persamaan ... xiv
Daftar Lampiran ... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Masalah ... 1
1.2.Perumusan Masalah ... 2
1.3.Batasan Masalah ... 2
1.4.Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3
1.5.Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1.Tinjauan Pustaka ... 4
2.2.Dasar Teori ... 6
2.2.1. Perpindahan Kalor ... 6
2.2.2. Perpindahan Kalor Konduksi ... 7
2.2.3. Konduktivitas Termal ... 8
2.2.4. Difusivitas Termal... 8
2.2.5. Perpindahan Kalor Konveksi ... 9
2.2.6. Parameter Tanpa Dimensi ... . 9
2.2.6.2. Bilangan Prandtl (Prandlt Number) ... 10
2.2.6.3. Bilangan Nusselt (Nusselt Number) ... 10
2.2.7. Computational Fluid Dynamics (CFD) ... 11
BAB III METODE PENELITIAN 3.1.Alat dan Bahan ... 11
3.2.Garis Besar Penelitian ... 11
3.3.Domain dan Penentuan Kondisi Batas ... 11
3.3.1. Penentuan Domain ... 11
3.3.2. Kondisi Batas ... 12
3.3.3. Turbulence Models ... 12
3.3.4. Boundary Conditions ... 12
3.4. Variasi Penelitian ... 12
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.Validasi pemodelan ... 14
4.2.Simulasi Fin dengan Ansys Fluent ... 15
BAB V PENUTUP 5.1.Kesimpulan ... 22
5.2.Saran ... 22
DAFTAR TABEL
Table 4.1. Properties Material Aluminiun ...……….. 14
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Pandangan perspektif model plat datar a. aliran searah
(parallel) b. aliran berlawanan arah (counter flow) ... 4
Gambar 2.2. A. Tiga dimensi distribusi temperature fluida dingin a. saluran datar b. sudut 300 c. sudut 900 ... 5
Gambar 2.3. B. Tiga dimensi distribusi temperature fluida panas a. saluran datar b. sudut 300 c. sudut 900 ... 5
Gambar 2.4. Ilustrasi jenis-jenis perpindahan panas (Incropera, 2006) ... 7
Gambar 2.5. Perpindahan Kalor Konduksi ... 8
Gambar 2.6. Perpindahan Kalor Konveksi ... 9
Gambar 2.7. Bentuk meshing (ANSYS training manual, 2009) ... 14
Gambar 2.8 Skala kualitas skewnessmeshing ... 14
Gambar 3.1. Domain ruang ... 11
Gambar 3.2. Fin sudut 450 ... 17
Gambar 3.3. Fin sudut 1350 ... 17
Gambar 3.4. Fin sudut 900 ... 17
Gambar 3.5. Diagram alir penelitian ... 18
Gambar 4.1. Hasil Meshing ... 19
Gambar 4.2. Streamline velocity distribusi temperatur sudut fin 900 (a) Ertan dan Korya; (b) penulis ... 20
Gambar 4.3. Distribusi temperatur tiga dimensi parallel flow dengan interval fin 20mm dan tinggi fin 4mm. a. plat datar. b. sudut 450. c. sudut 900. d. sudut 1350 ... 21
Gambar 4.4. Distribusi temperatur tiga dimensi counter flow dengan interval fin 20mm dan tinggi fin 4mm. a. plat datar. b. sudut 450. c. sudut 900. d. sudut 1350 ... 22
Gambar 4.5. Variasi sudut fin 450, 900, 1350 dan plat datar dengan aliran searah pada saluran fluida temperatur dingin ... 23
Gambar 4.7. Dimensionless temperatur dingin dengan variasi sudut ... 25 Gambar 4.8. Variasi sudut fin 450, 900, 1350 dan plat datar pada aliran
searah arah fluida temperatur panas ... 25 Gambar 4.9. Variasi sudut fin 450, 900, 1350 dan plat datar pada aliran
berlawanan arah fluida temperatur panas ... 26 Gambar 4.10. Variasi interval fin pada aliran searah (parallel flow)
fluida temperatur dingin ... 27 Gambar 4.11. Variasi interval fin pada aliran berlawanan arah (counter
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan (2.1) Perpindahan Kalor Konduksi ... 7
Persamaan (2.2) Difusivitas Termal ... 8
Persamaan (2.3) Perpindahan Kalor Konveksi ... 9
Persamaan (2.4) Reynolds Number ... 10
Persamaan (2.5) Prandtl Number ... 10
Persamaan (2.6) Nusselt Number ... 10
Persamaan (2.7) Numerik ... 11
Persamaan (2.8) Continuity equation ... 11
Persamaan (2.9) Navier-Stokes arah x ... 11
Persamaan (2.10) Navier-Stokes arah y ... 11
Persamaan (2.11) Navier-Stokes arah z ... 11
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran1. Tabel Hubungan antara Jarak dengan Temperatur arah aliran
parallel dan aliran counter pada aliran fluida dingin ... 33
Lampiran 2. Tabel Hubungan antara Jarak dengan Temperatur arah aliran parallel dan aliran counter pada aliran fluida panas ... 34
Lampiran 3. Arah aliran Searah (parallel) pada aliran fluida dingin... 35
Lampiran 4. Arah aliran Searah (parallel) pada aliran fluida dingin... 36
Lampiran 5. Arah aliran Berlawanan (counter flow) pada aliran fluida dingin ... 37
Lampiran 6. Arah aliran Berlawanan (counter flow) pada aliran fluida dingin ... 38
