i
UNIVERSITAS DIPONEGORO
PENGUJIAN EFEKTIVITAS PENUKAR KALOR MULTI FLAT PLATE HEAT EXCHANGER ALUMINIUM DENGAN ALIRAN CROSS FLOW
TUGAS SARJANA
Diajukan sebagai salah satu tugas dan syarat Untuk memperoleh gelar Sarjana (S-1)
Disusun oleh:
ZAENAL MUTTAQIN L2E 307 043
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
SEMARANG
TUGAS SARJANA
Diberikan kepada :
Nama : Zaenal Muttaqin
NIM : L2E 307 043
Pembimbing Pertama : Ir. Arijanto, MT.
Pembimbing Kedua : Ir. Bambang Yunianto, MSc. Jangka Waktu : 12 (Dua belas) bulan
Judul :Pengujian Efektivitas Penukar Kalor Multi Flat Plate HeatExcanger Aluminium Dengan Aliran Cross Flow Isi Tugas : Mengetahui efektifitas flat plate heat exchanger pada
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi/Tesis/Disertasi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh :
Nama : Zaenal Muttaqin
NIM : L2E 307 043
Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin
Judul skripsi : Pengujian Efektivitas Penukar Kalor Multi Flate Plate Heat Exchanger Aluminium Dengan Aliran Cross Flow
v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Zaenal Muttaqin
NIM : L2E 307 043
Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin
Departemen : Universitas Diponegoro
Fakultas : Teknik
Jenis Karya : Skripsi
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
PENGUJIAN EFEKTIVITAS PENUKAR KALOR MULTI FLAT PLATE HEAT EXCHANGER ALUMINIUM DENGAN ALIRAN CROSS FLOW
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
MOTTO
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
“ Tugas Akhir ini penulis dedikasikan untuk kedua orangtua tercinta, bapak, ibu, dan adikku, atas segala cinta kasih dan pengorbanan yang tidak terkira jasanya, yang telah memberikan dukungan, semangat, petunjuk, dan do’a yang tulus ikhlas, serta kepercayaan kepada penulis untuk mengemban amanah yang mulia ini. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan kesehatan, dan umur panjang kepada mereka
“Semua teman-teman exstensi 2007, SOLIDARITY FOREVER mempersatukan kita sobat. Satu-satu kalian pergi, sekarang giliran aku yang pergi. Kepada yang masih bertahan, tetap semangat kawan. PERSAHABATAN INI
Abstrak
Alat penukar kalor (Heat Exchanger) merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menukarkan energi dalam bentuk panas antara fluida yang berbeda temperatur yang dapat terjadi melalui kontak langsung maupun secara kontak tidak langsung. Fluida yang bertukar energi dapat berupa fluida yang sama fasanya (cair ke cair atau gas ke gas) atau dua fluida yang berbeda fasanya.
Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari aluminium yang berdimensi 330mm x 330mm dengan jarak antar plat 15 mm, dan jumlah plat 7. Pada pengujian kali ini, fluida mengalir melalui heat exchanger dengan aliran silang (cross flow), dengan mengukur perubahan suhu yang terjadi antara sisi masuk dan keluar, maka dapat dihitung efektifitas perpindahan kalornya.
Dari studi eksperimen terhadap alat penukar panas jenis flat plate heat exchanger diperoleh efektivitas yang terbaik adalah sebesar 0,382 pada temperature atur 70oC dan pada saat laju fluida panas 5,165 lt/menit dan debit fluida dingin sebesar 11,805 lt/menit .
Dan proses perpindahan panas yang terjadi berlangsung dengan nilai U yang terbaik adalah sebesar 10.562.609 j/jam.m2.0C pada temperatur 70oC dan pada saat laju fluida panas 11,015 lt/menit dan debit fluida dingin sebesar 11,085 lt/menit.
ix
Abstract
Heat Exchanger is an equipment used for energy in the form of heat exchange between fluids of different temperatures that can occur through direct contact or by indirect contact. Fluid exchange energy can be the phase of the same fluid (liquid or gas to liquid to gas) or the phase of two different fluids.
Specimens used in this study is made of aluminum 330mm x 330mm
dimension with the distance between the plate 15 mm, and the plate 7. At this time of testing, the fluid flows through a heat exchanger with a cross flow (cross flow). Measuring the temperature changes that occur between the entry and exit, then the displacement can be calculated kalornya effectiveness.
From the experimental study of heat exchanger flat plate type heat exchanger effectiveness is best obtained at 0,382 at 70 ° C and the temperature set at the rate of hot fluid is 5,165 liters / minute and cold fluid discharge of 11,805 liters / minute. And heat transfer processes that occur take place with the best U value is equal to 10.562.609 j/jam.m2.0C at 70 ° C and the temperature set at the rate of hot fluid 11,015 lt / min and cold fluid discharge of 11,085 liters / minute.
KATA PENGANTAR
Puji syukur tak terhingga penulis panjatkan kepada Allah S.W.T, karena berkat rahmatnya penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Sarjana yang berjudul
“Pengujian Efektivitas Penukar Kalor multi Flate Plate Heat Exchanger Aluminium Dengan Aliran Cross Flow.” Ucapan terima kasih secara khusus ingin penulis sampaikan kepada :
1. Ir. Arijanto, MT, selaku dosen pembimbing pertama dan Ir. Bambang Yunianto, MSc, selaku dosen pembimbing kedua. selaku dosen pembimbing yang telah begitu banyak memberikan bimbingan, pengarahan dan pengetahuan tentang banyak hal kepada penulis, terutama dalam pengerjaan dan penyelesaian Tugas Sarjana ini. (semoga bapak selalu diberi kesehatan dan panjang umur oleh ALLAH SWT)
2. Keluarga di rumah yang telah ikut berjuang dengan banyak pengorbanan sehingga saya terus memiliki kekuatan untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Seluruh rekan-rekan angkatan 2007 yang telah ikut serta memberikan
motivasi dalam pembuatan laporan, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Namun demikian penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Akhir kata saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Semarang, Agustus 2012
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN TUGAS SARJANA ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS……… iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI……… . v
MOTTO ……… vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
ABSTRAKSI ... viii
DAFTAR NOMENKLATUR ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
2.1.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi ... 5
2.1.2 Perpindahan Kalor secara Konveksi ... 8
2.1.3 Bilangan Reynolds ... 10
2.1.4 Perpindahan Panas Radiasi ... 11
2.2 Alat Penukar Kalor ( Heat Exchanger ) ... 12
2.2.1 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ... 14
2.3 Heat Exchanger Tipe Plat... 19
2.3.1 Kontruksi Heat Exchanger Tipe Plat ... 20
2.3.2 Analisis Thermal Heat Exchanger Tipe Plat ... 21
2.3.3 Fouling Factor ... 22
2.3.4 Analisa Efektivitas Dengan Pendekatan LMTD ... 23
2.3.5 Metode NTU ... 24
2.4 Aplikasi dari Plate Heat Exchanger ... 25
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Deskripsi peralatan pengujian ... 27
3.1.1 Flat plat heat Exchanger ... . 28
3.3.3 Pengambilan data dan analisa data ... 32
3.3.4 Diagram alir pengujian ... 33
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data pengujian dan perhitungan ... 34
4.2 Contoh perhitungan nilai efektifitas aliran silang ... 36
4.3 Grafik perbandingan efektifitas dan pembahasan grafik ... 38
4.4 Grafik perbandingan U dan pembahasan grafik... 42
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 46
xiii DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi pada dinding Gambar 2.2 Perpindahan panas konveksi
Gambar 2.3. Perpindahan panas konveksi
Gambar 2.4. perpindahan kalor secara konveksi pada suatu pelat rata. Gambar 2.5. perpindahan kalor secara radiasi.
Gambar 2.6. aliran parallel flow dan profil temperatur Gambar 2.7. aliran counter flow dan profil temperature Gambar 2.8. aliran cross flow dan profil temperatur Gambar 2.9. Skema Dalam Aliran HE tipe Crossflow. Gambar 2.10. Alat Penukar kalor Tipe Cross Flow Gambar 2.11 . konstruksi penukar kalor tipe cros flow Gambar 2.12 . contoh gambar heat exchanger tipe plat Gambar 3.1. Skema alat pengujian untuk aliran searah. Gambar 3.2. Gambar diagram alir pengujian
Gambar 4.1. Grafik hubungan efektifitas dan debit air dinginpada laju air panas 5,165 lt/min
Gambar 4.2. Grafik hubungan efektifitas dan debit air dinginpada laju air panas 7,125 lt/min.
Gambar 4.3. Grafik hubungan efektifitas dan debit air dinginpada laju air panas 9,245 lt/min.
Gambar 4.4. Grafik hubungan efektifitas dan debit air dinginpada laju air panas 11,015 lt/min
Gambar 4.5. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan debit air dingin pada debit air panas 5,165 lt/min
Gambar 4.6. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan debit air dingin pada debit air panas 7,125 lt/min
xv
Gambar 4.7. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan debit air dingin pada debit air panas 9,245 lt/min
Gambar 4.8. Grafik hubungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dan debit air dingin pada debit air panas. 11,015 lt/min
44
DAFTAR TABEL
xvii
m = Laju aliran massa fluida panas (kg/s)
c
m = Laju aliran massa fluida dingin (kg/s)
NTU = Number of tranfer unit atau Jumlah satuan perpindahan
Q = Laju perpindahan kalor (W)
q = Laju perpindahan kalor per satuan panjang (W/m)
Th1 = Temperatur masuk fluida panas (oC)
= Viskositas dinamik fluida (Ns/m2)
= Densitas fluida (Kg/m3)
= Efektifitas
x T
