JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA. Endrid Gusman

Transkripsi

1 JURNAL SKRIPSI PROGRAM SARJANA Endrid Gusman JURUSAN EKNIK MESIN UNIVERSIAS GUNADARMA 006 1

2 Abstraksi Alat penukar kalor / panas(heat exchanger) dengan bermacam tipe digunkan dalam sistem permesinan. ujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari koefisien perpindhan panas total didalam pipa konsentrik dengan aliran searah dan berlawanan arah. Pipa koesentrik dengan diameter dalam 0,5 in, diameter pipa luar 1 in dipasang secara horizontal, sirkulasi air dengan pompa dimana air panas mengalir di dalam dan air dingin diluar. emperartur air panas dan air dingin di ukur sebelum masuk dan di ukur pada saat keluar. Variasi laju aliran di ukur dengan gelas ukur. Hasil di tunujkkan dalam grafik, dimana debit aliran atau angka bilangan Reynolds, selisih temperature, material pipa, diameter pipa, angka Nusselt sangat berpengaruh terhdap koefisien perpindahan panas.

3 Pendahuluan berdimensi.yang mana maksud dari Perkembangan teknologi saat ini sangat berkembang dengan pesat seiring dengan proses globalisasi dalam segala bidang, persamaan di atas tersebut adalah untui menentukan laju aliran perpindahan panas pada pipa kosentrik dan bentuk aliran fluida salah satunya dalam bidang ilmu yang di gunakan adalah air panas yang pengetahuan dan teknolgi, terutama yang erat kaitannya dalam hal industri sehingga dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 100ºC. sangat di butuhkan temuan temuan Untuk mempermudah penulisan inovtive yang dapat mendukung khususnya dalam perhitungan data maka perkembangan industri tersebut yang dapat dilakukan pembatasan pembatasan berupa teori teori atau pun berupa alat masalah dan asumsi- asumsi. Pembatasan alat. emuan tersebut tentu harus sudah masalah dan asumsi tersebut antara lain: melalui proses banyak penelitian dan 1.ipe alat penukar panas yang digunakan percobaan untuk menghasilkan efesiensi yang besar. adalah sebuah pipa yang mana pipa yang digunakan adalah pipa pvc dan pipa aluminium yang merupakan cangkang. Permasalahan dan Batasan Masalah.Fluida yang digunakan adalah air panas. Dalam perpindahan panas (heat 3.Salah satu fluida (air) mengalir melalui exchanger) pada pipa kosentrik yang mana pipa pipa tersebut terdiri dari pipa aluminium dan pipa pvc, yang digabungkan menjadi satu, yang mana fungsinya untuk pipa di dalamnya, fluida tersebut mengalir melalui cincin yang berbentuk silinder pipa, maupun silinder dalam dan silinder luar.karena kedua aliran fluida melintas mencari nilai koesifien perpindahan panas penukar panas hanya sekali, maka tersebut yang terjadi di dalam pipa dinamakan satu lintas saja(single pass), aluminium. Sehingga kita menggunkan sebuah rumus perpindahan panas yang utama yaitu : lalu dalam penelitian alat ini kedua fluida itu mengalir dalam arah yang sama atau berbarengan (parallel flow), dan juga terdapat aliran berlawan arah(counter dq = U.d.A. Dalam persamaan tersebut U adalah flow), yang mana terdapat beda suhu antara fluida yang panas dan fluida yang koefisien perpindahan panas yang tidak dingin tidak konstan nilainya pada

4 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 dasardasar teori termodinamika yang hanya dipakai materinya yaitu konveksi dan konduksi, radiasi tidak dipakai materinya. ujuan 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. - angki air panas. Yang gunannya untuk menampung air panas pada suhu 100ºC. - Bak penampung awal. Yang gunannya untuk menampung air dingin yang di isi terlebih dahulu.yang mana fungsinya untuk terjadinya proses sirkulasi air panas menjadi dingin. 3

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. - ermometer digital Yang gunannya untuk mengukur suhu pada pipa pvc dan aluminium yang dari mana ketelitian bacanya ºC (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 = 0 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 : ρud Re = µ 5

6 Dimana : Re = Renould number 4. Untuk menentukan waktu aliran air menuju ke outlet pipa yaitu : ρ = Kerapatan fluida (kg/m 3 ) u = Kecepatan rata rata terhadap waktu dalam arah (m/dt) d = Diameter pipa (m) µ = Dinamika viskositas (Pa.dt). max min m = Dimana :. Untuk menentukan aliran koefisien perpindahan panas : m = Beda temperatur rata rata di dalam penukar kalor. h. l Nu = k Dimana : Nu = Nusslet number h = Koefisien perpindahan panas konvek si.(w/m K) L = Signifikan panjang pipa (m) k = Konduktivitas thermal (W/m K) max = Beda temperatur maksimum (rad) min = Beda temperatur minimum (rad) Rekapitulasi Data. Untuk menentukkan temperatur pada penelitian alat ini yaitu : 3. Untuk menentukan nilai konveksi dari dalam yaitu : h1 : emperatur air panas yang masuk h : emperatur air panas yang keluar c1 : emperatur air dingin yang masuk Q = h. l. A( - 1 ) c : emperatur air dingin yang masuk Dimana : h : emperatur air panas keseluruhan nya Q = Laju volume aliran fluida (air).(m 3 ) h. l = Koefisien perpindahan panas fasa cair an (W/m K) = emperatur awal (ºC) c : emperatur air dingin keseluruhan nya m : Beda temperature rata rata kesel uruhanya 1 = emperatur akhir (ºC) 6

7 Jumlah panas yang dibutuhkan didalam perpindahan panas (Heat exchanger ) dengan berbahan pipa PVC Didalam analisa ini tak lupa penulis kemukakan data dari penelitian yang penulis lakukan dengan menghitung / yang dilapisi pipa aluminium adalah mengukur suatu penelitian yaitu : dengan menghasilkan beda suhu rata rata dalam penukar kalor dengan rumus sebagai berikut : Untuk mencari perbedaan temperatur/ suhu rata rata yaitu : Dimana : i + e m = = ( K) h 1 = 90 ºC + 73 ºK = 363 K. c 1 = 55 ºC + 73 ºK = 38 K. h = 67 ºC + 73 ºK = 357 K. c = 3 ºC + 73 ºK 305 K. h = 703 K. c = 633 K. Sehingga kita dapat memasukkan data tersebut ke dalam rumus sebagai berikut : i = h1 c dan e = h c 1 = m = + i e = = 35 ( K). m Dimeter dalam pipa (pipa aluminium) = 0,5 inch, dimana diameter dalam tersebut satuannya dijadikan m (meter). Sehingga : 1 inch =,54 cm. ½ inch =,54 : =1,7cm = 0,017 m. Diameter luar pipa (pipa PVC ) = 1 inch = 0,054 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) d = diameter dalam pipa.(rad) 7

8 Sehingga hasil yang didapat pada data diatas yaitu : h = k A A = π.d. L = 3,14 x 0,017m.,0m = 90 8,05 = 36 (W/m² ºK). = 8,05m². Panjang pipa Aluminium = 0 cm =,0 m. Perhitunganuntuk mencari konduktivitas panas (k), pada pipa aluminium pada pipa konsetrik yaitu : Perhitungan untuk mencari perpinda han kalor pada pipa kosentrik. Dimana untuk menghitung perpindahan kalor pada pipa kosentrik di dapatkan ru mus sebagai berikut : k = A ( 1 h L h ) xq q = U.A. m = 113 W/m x 8,05 m².x (35 K) = 90 (W/m² ºk ). = 316,4 Watt. Perhitungan untuk mencari koefisien panas yang terjadi pada pipa kosentrik yaitu : Dimana : U = Koefisien perpindahan kalor menye Diketahui : h = A k (W/m² ºK). luruh A = Luas permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U m = Beda suhu rata rata. k = 90 (W/m K). Diketahui : A = 8,05 (m²). U = 113 W/m K Jadi dari data diatas dapat kita masukkan kedalam rumus koefisien thermal dibawah A = 8,05 m². m = 35 ºK. ini : 8

9 Dimana untuk menghitung laju aliran panas didapatkan rumus sebagai berikut : dq = U ( h c ) da V = 4 x q / π D² = 4 316,4 m²/dt / 3,14 (0,054) m. = 64,74 m /dt. dimana subskrip h dan c masing masing menandai fluida panas dan fluida dingin Perhitungan untuk mencari Nusselt Diketahui : U = 113 W/m K h = 706 K. Diketahui : h. l Nu = k c = 633 K. Sehingga dari data diatas mendapatkan hasil h = 36,0 W/m K L =,0 m. k = 90 W/m K. berikut : dq = U ( h c ) da = 113(703 K 671 K) 0,017 x 8, Sehingga dari data di atas mendapatkan hasil sebagai berikut : = 367,39 W/m² K Perhitungan untuk mencari kecepatan aliran pada pipa kosentrik. Nu = = h.l k 36,0x,0 90 = 0,50 Watt V = 4 q / π D². Perhitungan untuk mencari Reynolds Diketahui : q = 316,4 m² /dt. D = 0,054 m. π = 3,14 Dari data di atas mendapatkan hasilnya seba gai berikut : yaitu : Diketahui : Re = UxD µ 9

10 U = 113 W /m K D = 0,054 m. µ = 0,9 x 10 6 (m /dt) (Viskositas kinematik dari tabel A4) Dari data di atas mendapatkan hasilnya sebagai berikut : Re = Ux.d µ 113x0,054 0,9x10 = 6 = 6,815 x 10 8 Kesimpulan. 1. Konduktivitas panas pada pipa alumini um terlihat konstan, mungkin disebabkan selisih temperatur dan laju aliran yang ren dah. 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. Harus dibuat selisih temperatur yang bes ar, panjang pipa, debit aliran agar mudah mendapatkan data. 10

11 4.1 abulasi Hasil Dari Pengambilan Data Keseluruhannya. h1 ( k) C1 ( K) h ( K) C ( K) C ( K) h ( K) q (Watt) k (W/m K) h (W/m K) 36,0 34,0 3,0 Re 6,815 x10 8 6,41x10 8 5,931 x10 7 m ( K) Daftar Pustaka 1. J.P. Holman Heat ransfer, 6 th,ed, McGraw-Hill Book Company, Frank Kreith Arko Prijono M.sc, Prinsip prinsip Perpindahan Panas edisi Ke 3, Jakarta imur, J.P Holman E. Jasjfi, Perpindahan Kalor,ed Ke-6, Jakarta imur, Sears.Zemansky, Fisika Mekanika Panas dan Bunyi,(he City Collage of he City of he New York, Inc, P.K ata McGraw-Hill Heat ransfer,13 th (ata McGraw Hill Publishing Company Limited, 7 West Patel Nagar, New Dehli, Hand book Heat ransfer 4

12 5