1 JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA

(1)

1

JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA

Endrid Gusman

20400417

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS GUNADARMA

(2)

2

Abstraksi

Alat penukar kalor / panas(heat exchanger) dengan bermacam tipe digunkan dalam

sistem permesinan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari koefisien perpindhan

panas total didalam pipa konsentrik dengan aliran searah dan berlawanan arah.

(3)

Pendahuluan

Perkembangan teknologi saat ini sangat berkembang dengan pesat seiring dengan proses globalisasi dalam segala bidang, salah satunya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknolgi, terutama yang erat kaitannya dalam hal industri sehingga sangat di butuhkan temuan – temuan inovtive yang dapat mendukung perkembangan industri tersebut yang dapat berupa teori – teori atau pun berupa alat – alat. Temuan tersebut tentu harus sudah melalui proses banyak penelitian dan percobaan untuk menghasilkan efesiensi yang besar.

Permasalahan dan Batasan Masalah

Dalam perpindahan panas (heat exchanger) pada pipa kosentrik yang mana pipa – pipa tersebut terdiri dari pipa aluminium dan pipa pvc, yang digabungkan menjadi satu, yang mana fungsinya untuk mencari nilai koesifien perpindahan panas tersebut yang terjadi di dalam pipa aluminium. Sehingga kita menggunkan sebuah rumus perpindahan panas yang utama yaitu :

dq

=

U.d.A.

∆

T

Dalam persamaan tersebut U adalah koefisien perpindahan panas yang tidak

berdimensi.yang mana maksud dari persamaan di atas tersebut adalah untui menentukan laju aliran perpindahan panas pada pipa kosentrik dan bentuk aliran fluida yang di gunakan adalah air panas yang dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 100ºC.

Untuk mempermudah penulisan khususnya dalam perhitungan data maka dilakukan pembatasan – pembatasan masalah dan asumsi- asumsi. Pembatasan masalah dan asumsi tersebut antara lain: 1.Tipe alat penukar panas yang digunakan

adalah sebuah pipa yang mana pipa yang digunakan adalah pipa pvc dan pipa aluminium yang merupakan cangkang. 2.Fluida yang digunakan adalah air panas. 3.Salah satu fluida (air) mengalir melalui

(4)

3 sepanjang pipa dan laju aliran panasanya akan berbeda- beda.

4.Dalam penelitian alai ini menggunkan sebuah pompa air yang jenis tipe semi jet pump.

5.Analisa penelitian menggunakan dasar- dasar teori termodinamika yang hanya dipakai materinya yaitu konveksi dan konduksi, radiasi tidak dipakai materinya. Tujuan penelitian ini yang kita uji coba adalah untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas total pada logam

aluminium (Al), dan (Cu) di dalam pipa kosentrik dengan aliran searah dan berlawanan arah dan perpindahan panas yang terjadi pada pipa pvc, yang mana di dalam pipa pvc terdapat pipa aluminium. Pada penelitian ini menggunkan air panas yang dipanaskan terlebih dahulu mencapi suhu 100ºC.

Hasil Pembahasan

Desain alat yang digunakan pada penelitian ini dari panjang pipa pvc terhadap konduktivitas thermalnya dan nilai koefisien thermalnya. Alat yang dibuat desain yaitu suatu perpindahan panas yang dilakukan menggunakan pipa yang terbuat dari bahan aluminium yang gunannya untuk mengetahui konduktivitas thermalnya. Untuk mendapatkan data yang benar penulis menggunakan sebuah rangakian atau instalasi pipa yang sederhana. Pada alat penelitian ini dipasang 3 buah katup, di setiap sambungan pipa pvc, yang mana fungsinya untuk mengatur tekanan air yang keluar di outlet pipa menuju ke bak penampung air dan pada percobaan ini menggunakan sebauh pompa sejenis jet pump yang gunanny auntuk untuk sebagai

proses sirkulasi air panas menjadi dingin, yang mana hasil proses sirkulsinya dapat diketahui di bak penampung air. Yang mana ember tersebut berukuran sedang. Pada instalasi pipa ini teradapat komponen – komponen di dalamnya yaitu:

-Strenggear. Yang gunannya untuk sebagai tempat kedudukan tangki buat air panas yang telah dipanaskan terlebih dahulu.

- Tangki air panas. Yang gunannya untuk menampung air panas pada suhu 100ºC.

(5)

5 - Bak penampung terakhir. Yang gunannya untuk menampung air yang keluar dari ujung outlet pipa aluminium.

- Pipa aluminium. Yang gunannya untuk pengambilan data. Dengan berdiameter.1 inch.

- Pipa pvc. Yang gunannya untuk menggabungkan pipa pvc dan pipa aluminium di jadi satu, yang fungsinya untuk menentukan cara proses kerja perpindahan panas

(heat exchanger).

- Pompa. Yang gunannya untuk mengalirkan air dingin dari bak penampung awal menuju ke sisitem pendingin dan untuk mempercepat tekanan air.

- Termometer digital Yang gunannya untuk mengukur suhu pada pipa pvc dan aluminium yang dari mana ketelitian bacanya 40 -150ºC (1 buah)

- Stopwatch Yang gunannya untuk mengukur waktu yang diperlukkan pada saat mengalirkan air menuju ke bak penampung.

- Gelas ukur. Yang gunannya untuk mengukur berapa liter air yang keluar dari outlet pipa aluminium.

Keterangan Gbr:

- Panjang pipa pvc =183 cm - Panjang pipaaluminium =

202 cm.

Gambar 3.1 Set up alat uji pipa aluminium & pipa pvc.

Pada Gbr 3.1. adalah sebuah rangkaian pipa atau instalasi pipa pvc dan pipa aluminium. Yang mana pada rangakian pipa tersebut gunannya untuk mengetahui cara perpindahan panas

(heat

exchanger),

dan menentukan nilai koefisien panas thermalnya. Pada pengolahan data ini kembali di lakukan langkah – langkah pengambilan data sebagai berikut :

1.

Untuk menentukan nila Reynolds :

µ

ρ

ud

(6)

6 Dimana :

Re =

Renould number

ρ

= Kerapatan fluida (kg/m3)

u = Kecepatan rata – rata terhadap waktu dalam arah (m/dt)

d = Diameter pipa (m)

µ

= Dinamika viskositas (Pa.dt).

2. Untuk menentukan aliran koefisien

perpindahan panas :

k

l

h

Nu

=

. Dimana :

Nu =

Nusslet number

h = Koefisien perpindahan panas konvek si.(W/m2K)

L = Signifikan panjang pipa (m) k = Konduktivitas thermal (W/m2K)

3. Untuk menentukan nilai konveksi dari

dalam yaitu :

Q =

h

.

l

.

A

(

T

₂-

T

₁)

Dimana :

Q = Laju volume aliran fluida (air).(m3)

=

l

h

. Koefisien perpindahan panas fasa cair an (W/m2K)

2

T

= Temperatur awal (ºC) 1

T

= Temperatur akhir (ºC)

4. Untuk menentukan waktu aliran air

menuju ke outlet pipa yaitu :

2

min

max

T

Tm

=

∆

−

∆

Dimana

:

∆

Tm

=

Beda temperatur rata – rata di dalam penukar kalor.

∆

T

max

=

Beda temperatur maksimum (rad)

∆

T

min = Beda temperatur minimum (rad)

Rekapitulasi Data.

Untuk menentukkan temperatur pada penelitian alat ini yaitu :

T

_h₁ : Temperatur air panas yang masuk

T

_h₂ : Temperatur air panas yang keluar

T

_c₁ : Temperatur air dingin yang masuk

T

_c₂

:

Temperatur air dingin yang masuk

T

_h : Temperatur air panas keseluruhan nya

T

_c : Temperatur air dingin keseluruhan nya

(7)

7 Jumlah panas yang dibutuhkan didalam perpindahan panas

(Heat

exchanger )

dengan berbahan pipa PVC yang dilapisi pipa aluminium adalah dengan menghasilkan beda suhu rata – rata dalam penukar kalor dengan rumus sebagai berikut

:

Untuk mencari perbedaan temperatur/

suhu rata – rata yaitu :

2

Te

Ti

T

_m

=

∆

+

∆

= (°K)

Dimana

:

Th₁ = 90 º_{C + 273}º_{K = 363 ° K.}

Tc₁ = 55 º_{C + 273}º_{K = 328° K.}

Th2 = 67 ºC + 273 ºK = 357 ° K. Tc2 = 32 ºC + 273 ºK 305 ° K. Th = 703 ° K.

Tc = 633 ° K.

Sehingga kita dapat memasukkan data tersebut ke dalam rumus sebagai berikut

:

2 1 c h

i

T

=

−

∆

dan

∆

Te

=

T

_h₂

−

T

_c₁

=

∆

T

_m= 2

e

i

T

+

∆

=

∆

T

_m

=

35 (°K).

Didalam analisa ini tak lupa penulis kemukakan data dari penelitian yang penulis lakukan dengan menghitung / mengukur suatu penelitian yaitu

:

•

Dimeter dalam pipa (pipa

aluminium) = 0,5 inch , dimana diameter dalam tersebut satuannya dijadikan m (meter).

Sehingga : 1 inch = 2,54 cm.

½ inch = 2,54 : 2 =1,27cm = 0,0127 m.

•

Diameter luar pipa (pipa PVC ) = 1 inch = 0,0254 m

•

Luas penampang pipa aluminium = 8,05 m²_{, dimana di dapat dari}

rumus : A =

π

.

d

.

L

jadi luas penampang dapat kita hjitung dengan menggunakan rumus tersebut , hitungannya sebagai berikut

:

Dimana :

A= Luas penampang pada perpinda han kalor (m²)

π

= Jari – jari silender pada ujung

pipa (rad)

(8)

8 Sehingga hasil yang didapat pada data diatas yaitu

:

A =

π

.d. L

= 3,14 x 0,0127m.2,02m = 8,05m²_.

Panjang pipa Aluminium = 202 cm = 2,02 m.

Perhitunganuntuk mencari konduktivitas

panas (k), pada pipa aluminium pada

pipa konsetrik yaitu :

k = A

xQ

L

T

h h ) ( 1

−

2

= 290 (W/m²º_{k ).}

Perhitungan untuk mencari koefisien

panas yang terjadi pada pipa kosentrik

yaitu :

h =

A

k

(W/m² º_K).

Diketahui

:

k = 290 (W/m° K) . A = 8,05 (m²).

Jadi dari data diatas dapat kita masukkan kedalam rumus koefisien thermal dibawah ini :

h =

A

k

=

05

,

8

290

= 36 (W/m² º_K).

Perhitungan untuk mencari perpinda

han kalor pada pipa kosentrik.

Dimana untuk menghitung perpindahan kalor pada pipa kosentrik di dapatkan ru mus sebagai berikut :

q = U.A.

∆

T

_m

= 1123 W/m2x 8,05 m²_{.x (35° K)}

= 316,4 Watt.

Dimana :

U = Koefisien perpindahan kalor menye luruh

A = Luas permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U

∆

T

_m = Beda suhu rata – rata.

Diketahui :

U = 1123 W/m2°K A = 8,05 m²_.

(9)

9

Dimana untuk menghitung laju aliran

panas didapatkan rumus sebagai berikut

:

dq = U (

T

_h –

T

_c) dA

dimana subskrip h dan c masing – masing menandai fluida – panas dan fluida dingin

Diketahui :

U = 1123 W/m °K

T

_h = 706° K.

T

_c = 633° K.

Sehingga dari data diatas mendapatkan hasil berikut :

dq = U (

T

_h –

T

_c) dA = 1123(703 K – 671 K) 0,0127 x 8,

= 367,39 W/m² ° K

Perhitungan untuk mencari kecepatan

aliran pada pipa kosentrik.

V = 4 × q /

π

× D².

Diketahui

:

q = 316,4 m² /dt. D = 0,0254 m.

π

= 3,14

Dari data di atas mendapatkan hasilnya seba gai berikut :

V = 4 x q /

π

× D²

= 4 × 316,4 m²/dt / 3,14 × (0,0254)2m. = 624,74 m /dt.

Perhitungan untuk mencari Nusselt

Nu =

k

l

h

.

Diketahui :

h = 36,0 W/m2K L = 2,02 m. k = 290 W/m ° K.

Sehingga dari data di atas mendapatkan hasil sebagai berikut :

Nu =

k

l

h

.

=

290 02 , 2 0 , 36

x

= 0,250 Watt

Perhitungan untuk mencari Reynolds

yaitu :

Re =

µ

UxD

(10)

10

U = 1123 W /m2°K

D = 0,02542 m.

µ

= 20,92 x 106(m2/dt)

(Viskositas kinematik dari tabel A4)

Dari data di atas mendapatkan hasilnya sebagai berikut :

Re =

µ

d

Ux

.

= ₆ 2

10 29 , 20

0254 , 0 1123

x

= 6,815 x 108

Kesimpulan.

1. Konduktivitas panas pada pipa alumini um terlihat konstan, mungkin disebabkan selisih temperatur dan laju aliran yang ren dah

2. Nilai koefisien panas, (h) sangat di penga ruhi oleh laju aliran air dingin dan selisih temperatur.

Saran.

1. Perlu di buat alat yang lebih baik agar pe ngukuran temperature dan laju aliran lebih akurat

2. Harus dibuat selisih temperatur yang bes ar, panjang pipa, debit aliran agar mudah mendapatkan data.

(11)

4

4.1 Tabulasi Hasil Dari Pengambilan Data Keseluruhannya.

1 h

T

(° k) 363 342 333

T

_C₁ (°K) 328 321 295

2

h

T

(°K) 340 331 329

2

C

T

(°K) 310 305 297

T

_C (°K) 633 625 604

h

T

(°K) 703 689 678

q (Watt) 316 250 307

k (W/m °K) 290 270 230

h (W/m2°K) 36,0 34,0 32,0

Re 6,815 x108 6,421x108 5,931 x107

m

T

∆

(°K) 35 32 29

Daftar Pustaka

1. J.P. Holman “Heat Transfer”, 6th,ed, McGraw-Hill Book Company,1987.

2. Frank Kreith Arko Prijono M.sc,”Prinsip – prinsip Perpindahan Panas “edisi Ke 3, Jakarta Timur, 1994.

3. J.P Holman E. Jasjfi, “Perpindahan Kalor”,ed Ke-6, Jakarta Timur, 1995

4. Sears.Zemansky,”Fisika Mekanika Panas dan Bunyi “,(The City Collage of The City of The New York, Inc,1962.

5. P.K Tata McGraw-Hill “Heat Transfer”,13th (Tata McGraw – Hill Publishing Company Limited, 7 West Patel Nagar, New Dehli, 2004

(12)