PENGUJIAN KARAKTERISTIK ALIRAN FASA TUNGGAL ALIRAN AIR VERTIKAL KE ATAS PADA PENUKAR KALOR SALURAN REKTANGULAR BERCELAH SEMPIT

Transkripsi

1 PENGUJIAN KARAKTERISTIK ALIRAN FASA TUNGGAL ALIRAN AIR VERTIKAL KE ATAS PADA PENUKAR KALOR SALURAN REKTANGULAR BERCELAH SEMPIT SKRIPSI Diajukan sebagai sala satu syarat untuk eperole gelar Sarjana Teknik Ole: AHMAD KHUSAENI NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 010

2 PENGUJIAN KARAKTERISTIK ALIRAN FASA TUNGGAL ALIRAN AIR VERTIKAL KE ATAS PADA PENUKAR KALOR SALURAN REKTANGULAR BERCELAH SEMPIT Disusun ole : Aad Kusaeni NIM. I Dosen Pebibing I Dosen Pebibing II Tri Istanto, ST., MT Wibaa Endra J., ST., MT NIP NIP Tela dipertaankan di adapan Ti Dosen Penguji pada ari Rabu, tanggal 16 Juni Budi Kristiaan, S.T.,M.T. NIP Eko Prasetya B., S.T.,M.T.... NIP Muaad Niza, S.T.,M.T.,P D. NIP Mengetaui: Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akir Dody Ariaan, ST, MT Syasul Hadi, ST., MT NIP NIP

3 PERSEMBAHAN Dengan segala kerendaan ati seraya enguapkan syukur keadirat Illai, kupersebakan tulisan ini kepada : Segala puji bagi Alla, tidak ada daya dan upaya selain-nya. Allala peilik segala keagungan, keuliaan, kekuatan dan keperkasaan. Teria kasi Alla... Untuk kasi sayang dan inta yang tak perna putus Bapak dan Ibu terinta. Kasi sayang kalian tak akan perna kulupa sepanjang idupku... Mr. G dan Pak Baa, yang selalu era eria dan selalu ebaa aura ketenangan dan tak perna lela untuk ebibing saya,, oga ita-ita bapak terapai.. Adekku, dan sepupuku terinta..aku sayang kalian seua, kalian la yang selalu ebuatku erasa lebi idup. DAFTAR ISI Halaan Abstrak... Kata Pengantar... Datar Isi... Datar Tabel... Datar Gabar... Datar Notasi... Datar Lapiran... v vii ix xi xii xiv xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Peruusan Masala...

4 1. Batasan Masala Tujuan dan Manaat Sisteatika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI.1 Tinjauan Pustaka Dasar Teori Klasiikasi Saluran (Cannel) dala Alat Penukar kalor Aliran Dala Sebua Pipa (Internal Flo in Tube) Aliran Melalui Anulus Pipa Karakteristik Aliran dala Internal Flo Ketidakpastian Pengukuran (Unertainties Measureent) BAB III METODOLOGI PENELITIAN.1 Tepat Penelitian Baan Penelitian Alat Penelitian Prosedur Penelitian Taap Persiapan Taap Pengujian Metode Analisa Data Diagra Alir Penelitian... BAB IV DATA DAN ANALISIS Data Hasil Pengujian Data Hasil Pengujian tanpa pertukaran kalor (itout eat exange) Data Hasil Pengujian dengan pertukaran kalor (it eat exange) Peritu ngan Data Tanpa Pertukaran kalor (itout eat exange) Dengan Pertukaran kalor (it eat exange) Peritungan Ketidakpastian Pengukuran (unertainties easureent) Peritungan Ketidakpastian Diensi Seksi Uji Peritungan Ketidakpastian Data Pengujian Analisis Data Pengar u Variasi Bilangan Reynolds Teradap Karakteristik Aliran Tanpa Pertukaran Kalor... 75

5 Pengar u Variasi Bilangan Reynolds Teradap Karakteristik Aliran Dengan Pertukaran Kalor Pengar u Variasi Bilangan Reynolds pada Aliran dengan Pertukaran Kalor Teradap Beda Teperatur pada Anulus Sepit Pengar u Ketidakpastian Bilangan Reynolds Teradap Ketidakpastian Faktor Gesekan Aliran Pengar u Ketidakpastian Bilangan Reynolds Teradap Ketidakpastian Bilangan Poiseuille BAB V PENUTUP Kesip ulan Saran Datar Pustaka Lapiran... 88

6 DAFTAR TABEL Halaan Tabel.1. Spesiikasi seksi uji... Tabel.. Spesiikasi teknik popa DAB... 5 Tabel 4.1. Data asil pengujian variasi bilangan Reynolds aliran air di anulus sepit tanpa pertukaran kalor... 4 Tabel 4.. Data asil pengujian variasi bilangan Reynolds aliran air di anulus sepit tanpa pertukaran kalor... 5 Tabel 4.. Data asil pengukuran diensi seksi uji Tabel 4.4. Hasil asil peritungan ketidakpastian diensi seksi uji Tabel 4.5. Data assa air dan aktu pada variasi tanpa pertukaran kalor Tabel 4.6. Data beda ketinggian perukaan air pada anoeter pada variasi tanpa pertukaran kalor Tabel 4.7. Data assa air dan aktu pada variasi dengan pertukaran kalor... 6 Tabel 4.9. Kontribusi ketidakpastian pada variasi tanpa pertukaran kalor Tabel Kontribusi ketidakpastian pada variasi dengan pertukaran kalor... 81

7 DAFTAR GAMBAR Halaan Gabar.1. Gabar. Gabar. Perkebangan proil keepatan dan perubaan tekanan pada saluran asuk aliran pipa... 8 Proil teperatur aktual dan rata rata pada aliran dala pipa Aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit Gabar.4 Penukar kalor pipa konsentrik Gabar.5 Aliran berkebang penu dala anulus konsentris Gabar.6 Pipa konsentrik berpenapang segiepat Gabar.7 Karakteristik gesekan aliran vertikal dengan atau tanpa pertukaran kalor Gabar.8 Perbandingan antara bilangan Poiseuille asil eksperien dengan korelasi klasik Gabar.1 Air dingin dala bak penapung Gabar. Air panas dala bak penapung Gabar. Skea instalasi alat penelitian... 0 Gabar.4 Skea seksi uji alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit... 0 Gabar.5 Foto instalasi alat penelitian tapak depan... 1 Gabar.6 Foto instalasi alat penelitian tapak belakang... Gabar.7 Seksi uji... Gabar.8 Terokopel tipe - T... 4 Gabar.9 (a) Le Araldite ; (b) Konektor terokopel... 4 Gabar.10 Flange... 5 Gabar.11 Display terokopel... 5 Gabar.1 Popa air... 6 Gabar.1 (a) Stop kran, (b) Ball valve... 6 Gabar.14 Tandon... 7 Gabar.15 (a) Teroontroller, (b) Relay... 7 Gabar.16 Eletri eater... 8 Gabar.17 Manoeter pipa U... 8 Gabar.18 Penjebak air... 8 Gabar.19 Tibangan digital... 9 Gabar.0 Stopat... 9 Gabar 4.1 Graik variasi assa air dengan aktu pada variasi tanpa pertukaran kalor Gabar 4. Graik variasi assa air dengan aktu pada variasi dengan pertukaran kalor... 6

8 Gabar 4. Kurva karakteristik gesekan pada aliran tanpa pertukaran kalor Gabar 4.4 Kurva Po-Re aliran tanpa pertukaran kalor Gabar 4.5 Kurva karakteristik gesekan pada aliran dengan dan tanpa pertukaran kalor aliran air vertikal ke atas Gabar 4.6 Kurva Po-Re pada aliran dengan dan tanpa pertukaran kalor aliran air vertikal ke atas Gabar 4.7 Hubungan antara aktor gesekan aliran dengan perbedaan teperatur air dala anulus sepit Gabar 4.8 Ketidakpastian aktor gesekan pada aliran tanpa pertukaran kalor... 8 Gabar 4.9 Ketidakpastian aktor gesekan pada aliran dengan pertukaran kalor. 8 Gabar 4.10 Gabar 4.11 Ketidakpastian bilangan Poiseuille pada aliran dengan pertukaran kalor Ketidakpastian bilangan Poiseuille pada aliran dengan pertukaran kalor... 84

9 DAFTAR NOTASI a = panjang sisi luar inner tube () A = Luas penapang aliran ( ) b D D i D D o = panjang sisi dala outer tube () = Diaeter dala Pipa () = Diaeter luar inner tube () = Diaeter idrolik () = Diaeter dala outer tube () = Faktor gesekan aliran g = Perepatan gravitasi bui (/s ) Δ L l n p ΔP Po r i r o Re s u u y = Kerugian ead gesekan () = Beda ketinggian luida dala anoeter () = Panjang pipa () = Panjang pengukuran pressure drop () = Massa jenis (kg/s) = Banyaknya input data = Keliling terbasai/etted perieter () = Fritional pressure drop (Pa) = Bilangan Poiseille = Jari jari dala anulus sepit () = Jari jari luar anulus sepit () = Bilangan Reynolds = Deviasi standar populasi = Keepatan rata rata luida (/s) = Ketidakpastian variabel yang diinginkan

10 T b = Teperatur bulk rata-rata air pada anulus sepit ( o C) T,i = Teperatur air asuk anulus sepit ( o C) T,o = Teperatur air keluar anulus sepit ( o C) T,i = Teperatur air asuk inner tube ( o C) T,o = Teperatur air keluar inner tube ( o C) T,i = Teperatur rata rata inlet ( o C) T,o = Teperatur rata rata outlet ( o C) V = Keepatan aliran luida dala pipa (/s) y Δz = variabel yang diukur/diinginkan = Jarak antar pressure tap () γ = Berat jenis aliran air dala anulus sepit (N/ ) γ = Berat jenis air dala anoeter (N/ ) ε ε /D = Kekasaran absolut () = Kekasaran relati µ = viskositas dinaik (kg/.s) ρ = Densitas aliran air dala anulus sepit (kg/ ) ρ = Densitas luida dala anoeter (kg/ )

11 DAFTAR LAMPIRAN Halaan Lapiran A. Data asil pengujian variasi bilangan Reynolds aliran air di anulus sepit Lapiran B. Properti air (zat air jenu) Lapiran C. Properti air yang engalir dala anulus sepit... 9 Lapiran D. Hasil peritungan data pengujian Lapiran E. Hasil peritungan ketidakpastian data pengujian Lapiran F. Kontribusi Ketidakpastian Teradap Bilangan Reynolds Lapiran G. Kontribusi Ketidakpastian Teradap Faktor Gesekan Lapiran H. Kontribusi Ketidakpastian Teradap Bilangan Poiseuille Pengujian Karakteristik Aliran Fasa Tunggal Aliran Air Vertikal ke Atas Pada Penukar Kalor Saluran Rektangular Berela Sepit Aad Kusaeni Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia eail : assen_gb@yaoo.o.id Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk enguji karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas dengan dan tanpa pertukaran kalor pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit. Seksi uji adala sebua penukar kalor pipa konsentrik. Pipa dala terbuat dari aluiniu dengan panjang sisi dala dan sisi luar adala 17,4 dan 18,4. Pipa luar terbuat dari aluiniu dengan panjang sisi dala dan sisi luar adala,68 dan 4,68. Ukuran ela adala,64. Panjang pengukuran tekanan Diaeter idrolik saluran sepit adala 5,8. Aliran dala pipa dala dan dala anulus adala berlaanan ara. Air digunakan sebagai luida kerja dala penelitian ini. Pada aliran dengan pertukaran kalor, teperatur air panas yang asuk ke pipa dala dipertaankan 60 o C. Laju aliran assa air, penurunan tekanan,

12 teperatur air asuk dan keluar saluran sepit diukur pada kondisi tunak. Hasil penelitian dibandingkan dengan perkiraan dari teori aliran konvensional. Hasil penelitian enunjukkan baa aliran elalui penular kalor saluran rektangular berela sepit epunyai karakteristik aliran yang berbeda dengan aliran air elalui pipa pipa noral. Pada aliran tanpa pertukaran kalor di saluran rektangular berela sepit, daera aliran transisi dari lainar ke aliran turbulen terjadi lebi aal dari pipa pipa noral yaitu berkisar antara bilangan Reynolds (Re) sapai.. Transisi aliran dengan pertukaran kalor terjadi pada kisaran bilangan Reynolds sapai.45. Faktor gesekan aliran pada daera aliran lainar (Re < 1.850) adala 1,719 kali lebi besar dari nilai aktor pada pipa pipa noral ( = 64/Re) untuk aliran tanpa pertukaran kalor. Faktor gesekan aliran air pada aliran air vertikal ke atas dengan pertukaran kalor lebi besar dibandingkan aliran tanpa pertukaran kalor pada bilangan Reynolds di baa 74. Karakteristik aliran pada saluran rektangular berela sepit epunyai ubungan dengan perbedaan teperatur air sisi asuk dan keluar saluran sepit. Pengaru-pengaru beda teperatur air yang asuk dan keluar saluran teradap gesekan aliran terkonsentrasi pada bilangan Reynolds renda (Re 74). Pada daera aliran turbulen, terdapat sedikit perbedaan antara aktor gesekan aliran dengan pertukaran kalor dan tanpa pertukaran kalor. Penurunan tekanan akibat aktor gesekan aliran dapat dikarakteristikan dengan bilangan Poiseuille (Po). Pada daera aliran lainar, nilai bilangan Poiseuille relati konstan. Ketika aliran enjadi turbulen nilai bilangan Poiseuille enderung eningkat seiring dengan peningkatan bilangan Reynolds. Kata kuni : saluran rektangular sepit, bilangan Reynolds, aktor gesekan, bilangan Poiseuille. Investigation on Flo Carateristis o Single-Pase Vertial Upard Water Flo in Narro Gap Retangular Cannel Heat Exanger Aad Kusaeni Meanial Engineering Departent, Engineering Faulty Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-ail : assen_gb@yaoo.o.id Abstrat Tis resear as arried out to investigate te lo arateristis o single pase vertial upard ater lo it/itout eat in a narro gap retangular annel eat exanger. Te test setion as a onentri tube eat exanger. Te inner tube as ade o aluinu it inner side and outer side lengts o 17.4 and Te outer tube as ade o aluinu it inner side and outer side lengts o.68 and Te gap size as.64. Te pressure easuring lengt as 1,00. Te ydrauli diaeter o te narro retangular annel as

13 5.8. Flos in te inner tube and in annulus ere in opposite diretions. Water as used as te orking luid in tis resear. For te lo it eat exange, te ater teperature at te inlet o inner tube as aintained at 60 o C. Te ater ass lo rate, pressure drop, inlet and outlet ater teperatures in narro gap ere easured at steady states. Te results o te resear ere opared it preditions ro onventional lo teory. Te results o te resear soed tat lo arateristis o ater troug te narro gap retangular annel eat exanger ere dierent ro tose in noral pipes. For te lo itout eat exange In narro gap retangular annel, te transition ro lainar to turbulent lo as earlier tan in noral pipes at a Reynolds nuber (Re) range 1,850 to,. Te transition o lo it eat exange oured or a Reynolds nuber in te range ro 1,657 to,45. Te rition ator in lainar region (Re < 1,850) as ties larger tan tose in noral pipes ( = 64/Re) or itout eat exange. Flo rition ator o te vertial upard ater lo it eat exange as larger tan itout eat exange at te Reynolds nuber as loer tan 74. Te lo arateristis in te narro gap retangular annel ad relations to te ater teperature dierene at inlet and outlet narro gap. Teir inluenes on te lo rition ere onentrated in te lainar lo area (Re 74). At te turbulent lo area, tere as little dierene o rition ator value beteen it and itout eat exange. Te pressure drop ould be araterized by Poiseuille nuber (Po). For lo itout eat exange, Poiseuille nuber ad a onstant value in lainar regie. Wen te lo beae turbulent, it inreased it inreasing Reynolds nuber. Keyords : narro retangular annel, Reynolds nuber, rition ator, Poiseuille nuber. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Akir-akir ini, aliran luida pada saluran berela sepit endapat peratian kusus, diana berkaitan dengan perkebangan siste dan peralatan iroluidi (peralatan luida yang digunakan kusus untuk luida ikro), diantaranya : popa ikro, katup ikro, aktuator ikro, penukar kalor ikro dan lainnya. Industri penukar kalor tela enggunakan teknologi saluran berela sepit seara luas. Hal ini dikarenakan penukar kalor saluran berela sepit epunyai kelebian, diantaranya : dapat digunakan pada perbedaan teperatur yang keil, epunyai eektivitas perpindaan panas tinggi, bentuknya ringkas tanpa proses peresinan yang ruit. Akan tetapi, penukar kalor saluran berela

14 sepit juga epunyai keleaan keleaan yaitu : penurunan tekanan (pressure drop) yang tinggi dan ebutukan luida kerja yang bersi. Dasar peaaan karakteristik aliran pada suatu saluran adala distribusi keepatan dan penurunan tekanan. Hal tersebut erupakan dasar dala desain dan proses kontrol pada peralatan iroluidi. Penurunan tekanan pada penukar kalor saluran berela sepit erupakan paraeter desain yang penting dala aplikasi rekayasa karena enentukan daya peopaan (puping poer) yang dibutukan dan selanjutnya akan berdapak pada biaya peopaan. Penurunan tekanan dipengarui ole gesekan luida dan kontribusi penurunan tekanan lain sepanjang lintasan aliran luida. Adanya penurunan tekanan berarti terdapat keilangan energi akibat gesekan antara luida dengan perukaan saluran. Penurunan tekanan luida epunyai ubungan langsung dengan perpindaan panas dala alat penukar kalor, operasi, ukuran, karakteristik ekanis, dan aktor-aktor lain, terasuk pertibangan ekonoi. Menentukan penurunan tekanan dala sebua penukar kalor adala al yang utaa untuk banyak aplikasi, sedikitnya ada alasan ; (1) luida perlu dipopa elalui penukar kalor, berarti diperlukan peopaan luida. Daya peopaan ini sebanding dengan penurunan tekanan dala penukar kalor, () laju perpindaan panas dapat dipengarui seara signiikan ole perubaan teperatur jenu untuk luida yang engalai pengebunan atau penguapan jika terdapat penurunan tekanan yang besar sepanjang aliran. Hal ini karena perubaan teperatur jenu berubungan dengan perubaan tekanan jenu dan epengarui beda teperatur untuk perpindaan panas. Ole karena itu, penelitian engenai karakteristik aliran pada penukar kalor saluran berela sepit penting untuk dilakukan. Penelitian ini akan enguji pengaru bilangan Reynolds pada saluran berela sepit dan pengaru tanpa pertukaran kalor dan dengan pertukaran kalor teradap karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit. 1. Peruusan Masala Pada penelitian ini peruusan asala yang digunakan adala :

15 a. Bagaianaka pengaru bilangan Reynolds aliran air pada saluran rektangular berela sepit teradap karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit. b. Bagaianaka pengaru tanpa pertukaran kalor dan dengan pertukaran kalor teradap karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit. 1. Batasan Masala Pada penelitian ini asala dibatasi sebagai berikut ini : 1. Alat penukar kalor berupa saluran rektangular berela sepit dengan lebar ela antar pipa konstan sebesar,64 (diaeter idrolik, D = 5,8 ) dengan panjang penukar kalor 16 dan panjang pressure tap sebesar Pipa-pipa yang digunakan terbuat dari aluiniu diana rition ator diperatikan. Untuk pipa luar (outer tube) epunyai panjang sisi luar 4,98 dan panjang sisi dala,68, sedangkan untuk pipa dala (inner tube) epunyai panjang sisi luar 18,40 dan panjang sisi dala 17,40.. Ara aliran kedua luida dala alat penukar kalor adala berlaanan ara (ounter lo). 4. Pipa luar diisolasi dengan teroplex isolator sebanyak lapisan seingga perpindaan panas ke lingkungan diabaikan. 5. Fluida yang digunakan dala pengujian ini adala air panas dan air dingin. 6. Paraeter yang dibuat konstan yaitu debit dan teperatur air panas yang asuk ke pipa dala (untuk pengujian dengan pertukaran kalor sebesar 60 o C). 7. Penelitian dilakukan dala keadaan dia (stati experient) dan pada teperatur kaar. 8. Faktor pengotoran (ouling ator) diabaikan. 9. Jula titik pebaaan teperatur yang akan diaati pada pengujian

16 ini adala 4 titik yaitu : titik untuk engukur teperatur air dingin dan panas asuk seksi uji dan titik lagi untuk engukur teperatur air dingin dan panas keluar dari seksi uji. 1.4 Tujuan dan Manaat Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetaui pengaru bilangan Reynolds aliran air pada saluran rektangular berela sepit teradap karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit.. Mebandingkan karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas dengan pertukaran kalor dan tanpa pertukaran kalor pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit. Hasil penelitian yang didapat diarapkan eberi anaat sebagai berikut: 1. Mapu eberikan pengetauan baru yang berguna dala ilu ekanika luida kususnya engenai karakteristik aliran pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit.. Menjadi dasar bagi penelitian berikutnya, yakni pada aliran dua asa dala penukar kalor saluran rektangular berela sepit. 1.5 Sisteatika Penulisan Sisteatika penulisan Tugas Akir ini adala sebagai berikut : BAB I : Pendauluan, enjelaskan tentang latar belakang asala, peruusan asala, batasan asala, tujuan dan anaat penelitian, serta sisteatika penulisan. BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan pengujian alat penukar kalor, dasar teori tentang klasiikasi saluran dala alat penukar kalor, aliran dala sebua pipa, teori tentang karakteristik aliran dan ketidakpastian pengukuran. BAB III : Metodologi penelitian, enjelaskan peralatan yang digunakan,

17 tepat dan pelaksanaan penelitian, langka-langka perobaan dan pengabilan data. BAB IV : Data dan analisa, enjelaskan data asil pengujian, peritungan data asil pengujian serta analisa asil dari peritungan. BAB V : Penutup, berisi tentang kesipulan dan saran. BAB II LANDASAN TEORI 1.1. Tinjauan Pustaka Sun dkk (00) elakukan penelitian untuk enyelidiki karakteristik taanan aliran air asa tunggal aliran vertikal pada anulus sepit selaa terjadi pertukaran panas. Seksi uji yang digunakan adala pipa konsentrik yang terbuat dari stainless steel dengan panjang alat penukar kalor 1.50 dan ukuran ela 0,9 ; 1,4 dan,4. Air yang engalir elalui anulus bagian tenga (engalir ke atas) dipanaskan ole air panas yang engalir pada inner tube dan outer annulus (engalir ke baa). Hasil penelitian enunjukkan baa pada aliran tanpa terjadi pertukaran panas, seakin keil ukuran ela aka aktor gesekan yang terjadi seakin besar. Daera transisi aliran dari lainar ke turbulen terjadi pada bilangan Reynolds sekitar.000. Sedangkan pada aliran dengan pertukaran panas, perbedaan teperatur pada alat penukar kalor epunyai pengaru yang keil teradap penurunan tekanan. Celata dkk (004) enyelidiki perpindaan panas dan aliran luida pada pipa ikro berdiaeter 10 dan kekasaran perukaan,65 % dengan variasi bilangan Reynolds dari enggunakan R114 sebagai luida kerjanya. Hasil penelitian enunjukkan baa terdapat kesesuaian dengan teori Hagen - Poiseuille pada daera lainar untuk bilangan Reynolds , sedangkan untuk bilangan Reynolds yang lebi besar enunjukkan arga aktor gesekan lebi besar dari teori Hagen Poiseuille. Daera transisi dari aliran lainar ke turbulen terjadi pada kisaran bilangan Reynolds Lu dan Wang, (007) elakukan penelitian karakteristik aliran pada saluran anular berela sepit dengan atau tanpa perpindaan panas. Lebar ela yang digunakan sebesar,08 dan pengukuran tekanan sepanjang 1410.

18 Hasil penelitian enunjukkan baa karakteristik aliran air pada saluran anular berela sepit berbeda dengan karakteristik aliran air pada pipa konvensional. Karakteristik aliran pada saluran anular berela sepit berubungan erat dengan perbedaan teperatur luida pada saluran asuk dan keluar saluran anulus. Daera transisi dari aliran lainar ke turbulen terjadi lebi aal daripada pipa konvensional yaitu pada kisaran bilangan Reynolds Pengaru perbedaan teperatur terkonsentrasi pada daera aliran lainar. Jiang, dkk (008) elakukan penelitian karakteristik aliran luida dan pertukaran kalor pada retangular iroannels. Seksi uji terbuat dari tebaga dengan tebal, lebar 0 dan panjang 80. Pada seksi uji terdapat 0 parallel retangular iro-slot dengan lebar 900 µ, tinggi 50 µ, panjang 80 dan dipisakan dengan tebal dinding 500 µ. Deionized ater dipanaskan dengan eater listrik dan konduktor teral keudian dialirkan elalui seksi uji. Hasil pengujian enunjukkan baa aktor gesekan pada saluran ikro engalai penurunan dengan eningkatnya bilangan Reynolds dan nilainya lebi keil daripada kondisi konvensional yaitu sekitar 0 0%. Bilangan Reynolds kritis terjadi lebi keil daripada kondisi konvensional yaitu sekitar Mokrani, dkk (009) elakukan penelitian aliran luida dan pertukaran panas konveksi pada lat iroannels enggunakan air sebagai luida kerjanya. Saluran ikro berpenapang segiepat (retangular) dengan ketinggian saluran sepit divariasi dan diaeter idrolik divariasi 100 dan 1. Penurunan tekanan ditandai dengan bilangan Poiseuille, yaitu untuk bilangan Poiseuille bernilai konstan pada daera aliran lainar dan pada daera aliran turbulen nilai bilangan Poiseuille ini akan eningkat seiring dengan peningkatan bilangan Reynolds. Untuk tinggi saluran antara 500 dan 100, daera transisi antara aliran lainar dan turbulen terjadi pada bilangan Reynolds berkisar antara.000 dan Dasar Teori..1 Klasiikasi Saluran (Cannel) dala Alat Penukar Kalor

19 Seiring dengan berkebangnya teknologi odern, perkebangan alat penukar kalor juga berkebang dengan pesat. Saat ini tela banyak dikebangkan siste penukar kalor baru dengan penapang saluran yang bervariasi ulai dari diensi nanoeter ingga yang besar (konvensional). Ini tidak terlepas juga dengan tuntutan akan alat penukar kalor untuk siste-siste ikro dala dunia rekayasa. Saluran (annel) dala alat penukar kalor dapat diklasiikasikan berdasarkan ukuran diaeter idrolik, enjadi 4 yaitu : (Maendale dkk, 000). a. Conventional passages D > 6 b. Copat passages 1 < D < 6. Meso-annel 100 < D < 1 d. Miro-annel 1 < D < Aliran Dala Sebua Pipa (Internal Flo in Tube) Kondisi aliran Daera aliran di dekat lokasi luida easuki pipa disebut sebagai daera asuk (entrane region). Terdapat aliran lainar di dala sebua pipa bulat dengan jari jari r o, diana luida easuki pipa dengan keepatan yang seraga. Ketika luida bergerak eleati pipa, eek viskos enyebabkannya tetap enepel pada dinding pipa (kondisi lapisan batas tanpa-slip) dan lapisan batas (boundary layer) akan berkebang dengan eningkatnya x. Jadi, sebua lapisan batas diana eek viskos enjadi penting tibul di sepanjang dinding pipa sedeikian rupa seingga proil keepatan aal beruba enurut jarak sepanjang pipa, x, sapai luida enapai ujung akir dari panjang daera asuk, diana setela di luar itu proil keepatan tidak beruba lagi enurut x. Aliran ini yang disebut dengan aliran kebang penu (ully developed lo), dan jarak dari ara asukan ingga terjadinya kondisi ini disebut dengan ydrodynai entry lengt, L. Pada annuli, panjang saluran yang dibutukan untuk enapai daera aliran kebang penu adala sekitar 0 5 diaeter idrolik (Olson, 196). Proil keepatan pada daera aliran kebang penu berbentuk parabola untuk aliran lainar, sedangkan untuk aliran turbulen berbentuk lebi datar karena aliran berputar pada ara pipa.

20 Gabar.1 Perkebangan proil keepatan dan perubaan tekanan pada saluran asuk aliran pipa (Wite, 001) Untuk aliran dala pipa paraeter tak berdiensi yang paling penting adala bilangan Reynolds, Re, yaitu enyatakan perbandingan antara eek inersia dan viskos dala aliran. Bilangan Reynolds untuk pipa bulat dideinisikan: diana : u D Re (.1) Re = bilangan Reynolds = assa jenis luida (kg/ ) u D = viskositas dinaik (kg/.s) = keepatan rata rata luida (/s) = diaeter dala pipa () Untuk aliran yang eleati pipa tidak bulat, bilangan Reynolds diitung berdasarkan diaeter idrolik, yang dideinisikan : D 4A (.) p diana : D A p = diaeter idrolik () = luas penapang aliran () = keliling terbasai (etted perieter) ()

21 Aliran luida di dala sebua pipa ungkin erupakan aliran lainar atau aliran turbulen. Kisaran bilangan Reynolds diana akan diperole daera aliran lainar, transisi atau turbulen tidak dapat ditentukan dengan tepat. Daera aliran transisi dari aliran lainar ke turbulen ungkin berlangsung pada berbagai bilangan Reynolds, tergantung pada berapa besar aliran terganggu ole getaran pipa, kekasaran perukaan, dan al al sejenis lainnya. Untuk praktek pada uunya, nilai bilangan Reynolds untuk aliran lainar, transisi, dan turbulen adala sebagai berikut : Re <.00 aliran lainar (.).00 Re aliran transisi (.4) Re > aliran turbulen (.5) Pada pipa yang sangat alus dengan kondisi tanpa gangguan aliran dan tanpa getaran pada pipa, aliran lainar dapat dipertaankan sapai pada bilangan Reynolds yang tinggi. Pada aliran berkebang penu, nilai bilangan Reynolds untuk terjadinya aliran turbulen adala Re.00. Keepatan rata rata (ean veloity) Karena keepatan selalu bervariasi sepanjang asukan pipa, aka digunakan keepatan rata rata u untuk enyelesaikan perasalaan engenai aliran dala pipa. Ketika keepatan rata rata u dikalikan dengan assa jenis air dan luasan pipa A, aka akan didapat nilai laju aliran assa air ( ) yang elalui pipa. Laju aliran assa air dideinisikan sebagai banyak sedikitnya assa air yang dialirkan tiap satuan aktu. Dituliskan dala persaaan di baa ini : ρu A (.6) Teperatur rata rata Ketika luida yang engalir pada pipa dipanaskan atau didinginkan, teperatur luida pada setiap penapang pipa beruba dari T s pada perukaan dinding ke aksiu (atau iniun pada proses peanasan) pada pusat pipa. Untuk enyelesaikan perasalaan aliran luida dala pipa, aka digunakan teperatur rata rata (T ) yang tetap seraga pada setiap penapang pipa. Tidak seperti keepatan luida, teperatur rata rata (T ) akan beruba seaktu aktu ketika luida dipanaskan atau didinginkan.

22 (a) Aktual (b) Rata rata Gabar. Proil teperatur aktual dan rata rata pada aliran dala pipa (Cengel, 00) Teperatur rata rata ini dengan densitas (ρ) dan panas spesiik (C p ) konstan yang engalir pada pipa dengan jari jari R adala E luida C T p C p T ρ C T V A A p T R C pt ρv dr Cp T π r R 0 T(r,x)V(r, x) rdr (.7) C ρv p R C V R p 0 Teperatur rata rata (T ) luida beruba selaa peanasan atau pendinginan, seingga properti luida pada aliran dala pipa biasanya diitung pada teperatur bulk rata rata luida (bulk ean teperature), yang erupakan rata rata dari teperatur rata rata sisi asuk (T,i ) dan teperatur rata rata sisi keluar (T,o ), yaitu : T b ( T, i T, o ) (.8) Penurunan Tekanan (Pressure drop) Sala satu paraeter dala enganalisis aliran pada pipa adala penurunan tekanan (pressure drop) karena paraeter ini seara langsung berubungan dengan kebutuan daya an atau popa untuk epertaankan aliran. Untuk enentukan besarnya penurunan tekanan yang terjadi enggunakan aktor gesekan Moody (atau Dary), yang erupakan paraeter tanpa diensi yang dideinisikan sebagai : dp D dx (.9) ρ.v

23 Dala aliran berkebang penu bila dp/dx = konstan, dan diintegrasikan dari x = 0 pada tekanan p 1, ke x = l pada tekanan p, aka didapat : dp dx p p1 p (.10) l l Dala ekanika luida, penurunan tekanan (ΔP) adala kuantitas positi, dan dideinisikan sebagai ΔP = P 1 P, ritional pressure drop dapat diitung dengan enggunakan persaaan (.10) : diana : ΔP ΔP l D D l ρv ΔP ρv = aktor gesekan aliran = ritional pressure drop dala pipa (Pa) ρ = assa jenis aliran luida dala pipa (kg/ ) D l V = diaeter pipa () = panjang pipa () = keepatan aliran luida dala pipa (/s) (.11) (.1) Pada aliran luida, keilangan energi atau kerugian tinggi-tekan tersebut dinyatakan dala perbedaan tinggi luida dala anoeter pipa U. Dengan eperitungkan keilangan energi akibat gesekan pada aliran ke atas (upard), aka persaaan keseibangan energi pada titik 1 dan adala: Gabar. Aliran air vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit

24 Energi total pada posisi 1 = Energi total pada posisi (.1) Maka, P1 V 1 P V Z1 Z ρ.g g ρ.g g Pipa berdiaeter konstan (D 1 =D ), aka V 1 = V seingga : P1 Z ρ.g P1 P ρ.g 1 P Z ρ.g Z Z1 dan (Z 1 - Z ) = L, diana L adala jarak antar pressure tap, seingga : ρ g ρ g ρ ρ γ γ γ g.g 1 1 ρ Δ γ.g Δ L L γ L γ Δ γ L γ L Maka, keilangan ead akibat gesekan dala pipa sepanjang L adala γ Δ L (.14) γ dan penurunan tekanan akibat gesekan, ΔP dinyatakan sebagai : ΔP ΔP γ L γ (.15) diana : ΔP = beda tekanan total (Pa) ΔP = ritional pressure drop (Pa) = keilangan energi () Δ = - 1 = perbedaan ketinggian luida pada anoeter pipa U () = berat jenis aliran air dala anulus sepit (kg/(².s²)) = berat jenis luida dala anoeter (kg/(².s²)) ρ = densitas aliran air dala anulus sepit (kg/ ) ρ = densitas luida dala anoeter (kg/ ) D L = diaeter idrolik anulus sepit () = jarak antar pressure tap () g = perepatan gravitasi bui (9,81 /s )

25 Faktor gesekan (rition ator) aliran luida asa tunggal pada daera aliran lainar berkebang penu dala pipa pipa noral berbentuk bulat dapat diitung dengan persaaan berikut: 64 ; Re <.00 (.16) Re Persaaan (.16) ini enunjukkan baa dala aliran lainar, aktor gesekan anya erupakan ungsi dari bilangan Reynolds dan tak tergantung pada kekasaran perukaan pipa. Untuk aliran turbulen kebang penu, selain tergantung pada bilangan Reynolds, aktor gesekan erupakan ungsi dari kondisi perukaan pipa. Pada perukaan alus nilai aktor gesekan iniu dan eningkat dengan eningkatnya kekasaran perukaan (ε). Hubungan yang endekati kondisi perukaan alus untuk aliran turbulen kebang penu: 0,5 0,164.Re ; Re 10 (.17) 0, 0,184.Re ; Re 10 (.18) Diagra Moody eberikan aktor gesekan yang berkaitan dengan bilangan Reynolds dan kekasaran relati (ε/d). Diagra Moody berlaku seara universal untuk seua aliran pipa yang tunak, berkebang penu dan tak apu apat. Untuk engindari penggunaan etode grais dala endapatkan untuk aliran turbulen, ruus yang tela seara luas digunakan untuk aktor gesekan adala dari Colebrook : diana : ε D Re ε/d 1 ε/d,51 log,7 Re = aktor gesekan aliran = kekasaran absolut () = diaeter dala pipa () = bilangan Reynolds = kekasaran relati (.19) Kesulitan dala penggunaannya adala baa persaaan (.19) ini berbentuk iplisit dala ketergantungannya teradap. Artinya, untuk suatu kondisi yang diberikan (Re dan ε/d), tidakla ungkin enari penyelesaian untuk tanpa elakukan suatu etode iterati. Miller (1996), enyarankan sebua iterasi

26 tunggal yang akan engasilkan dala 1% jika nilai perkiraan diitung dengan persaaan : o ε D 5,74 0,5log 0,9 (.0),7 Re Diagra Moody dan Persaaan Colebrook akurasi sapai ± 15%... Aliran Melalui Annulus Pipa Peralatan penukar kalor yang sederana terdiri dari dua bua pipa konsentrik, dan sering disebut dengan penukar kalor pipa ganda (double tube eat exangers). Pada penukar kalor tersebut, sala satu luida engalir elalui pipa dala (inner tube), dan luida yang lain engalir elalui ruang annulus (ruang antara pipa dala/inner tube dengan pipa luar/outer tube). Aliran lainar elalui anulus dapat dipelajari seara analitis dengan enggunakan kondisi batas yang sesuai. Gabar.4 Penukar kalor pipa konsentrik Gabar.5 Aliran berkebang penu dala anulus konsentris (Wite, 001) Anggap sebua pipa konsentrik dengan diaeter luar inner tube, D i, dan diaeter dala outer tube, D o, diaeter idrolik annulus adala : diana : D D D o 4A p i 4 ( D0 D ) / 4 D ( D D ) 0 i o D = diaeter idrolik () = diaeter dala outer tube () i (.1)

27 D i = diaeter luar inner tube () A = luas penapang elintang aliran ( ) p = keliling basa / etted perieter () Jika penapang dari pipa konsentris berbentuk segiepat (retangular), aka diaeter idroliknya adala : Gabar.6 Pipa konsentrik berpenapang segiepat diana : D b a D D D 4A p b a 4 b a 4a 4b a b b a b a b a b a (.) = diaeter idrolik () = panjang sisi dala outer tube () = panjang sisi luar inner tube () Penurunan tekanan dapat dikarakterisasikan dengan bilangan Poiseuille. Pada daera aliran lainar bilangan Poiseuille enderung konstan, ketika aliran enjadi turbulen, bilangan Poiseuille akan eningkat sebanding dengan peningkatan bilangan Reynolds (Mokrani, 009). Nilai bilangan Poiseuille diperole dari : Po.Re (.) diana : Po Re = bilangan Poiseuille = aktor gesekan = bilangan Reynolds..4 Karakteristik Aliran dala Internal Flo

28 Ada al dasar yang biasanya enjadi pertibangan dala analisis konigurasi internal lo, yaitu gesekan (rition) antara aliran dan dinding serta laju perpindaan panas (eat transer rate) atau taanan teral (teral resistane) antara aliran dan dinding dinding pebatas. Gesekan luida berubungan dengan peritungan penurunan tekanan yang dialai ole aliran sepanjang ara aliran. Untuk engitung laju perpindaan panas dan distribusi teperatur eleati aliran, pertaa arus engetaui aliran tersebut, atau distribusi keepatan. Prediksi yang akurat engenai penurunan tekanan dan karakteristik perpindaan kalor adala al yang esensial untuk desain yang eekti dari suatu penukar kalor. Kelakuan aliran luida dan perpindaan kalor pada aliran dala pipa berkaitan erat dengan jenis dan daera aliran luida tersebut. Kelakuan aliran luida di daera aliran lainar, transisi, dan turbulen epunyai karakteristik tersendiri. Aplikasi aliran dala pipa dala suatu alat penukar kalor tersebut erupakan al yang esensial. Data enunjukkan baa paraeter geoetris saluran pada penukar kalor seperti; diaeter idrolik (D ), perbandingan tinggi dan lebar saluran, dan perbandingan diaeter idrolik dan jarak antar pusat saluran (untuk ulti-annel), seuanya epunyai pengaru yang signiikan teradap daera aliran dan perpindaan kalornya. Pebagian daera dala aliran dala pipa (lainar, transisi, dan turbulen) diubungkan dengan nilai bilangan Reynolds (Re) yang terjadi. Perlu engetaui nilai bilangan Reynolds yang tepat untuk daera aliran lainar, transisi, dan turbulen untuk geoetri saluran tertentu. Beberapa peneliti ebuat korelasi karakteristik gesekan aliran lainar dan turbulen asa tunggal dala saluran konvensional, saluran sepit, dan saluran ikro dala nilai aktor gesekan () ungsi bilangan Reynolds (Re). Seingga dala penelitian untuk engetaui karakteristik aliran dari suatu saluran, biasanya dibuat graik ubungan antara aktor gesekan () dengan bilangan Reynolds (Re) (gabar.7) dan graik ubungan antara aktor gesekan () dengan bilangan Poiseuille (Po) (gabar.8).

29 Gabar.7 Karakteristik gesekan aliran vertikal dengan atau tanpa pertukaran kalor (Lu dan Wang, 007) Gabar.8 Perbandingan antara bilangan Poiseuille asil eksperien dengan korelasi klasik (Mokrani et al, 009)..5 Ketidakpastian Pengukuran (Unertainties Measureent) Kesalaan (error) erupakan suatu al yang tidak dapat diindari dala suatu pengukuran. Kesalaan dala pengukuran biasanya dideinisikan sebagai perbedaan antara nilai sebenarnya dengan nilai terukur. Eek error adala eniptakan ketidakpastian (unertainty) dala nilai sebua asil pengukuran. Peritungan ketidakpastian yang teliti tidak anya eberikan perkiraan yang tepat engenai data penelitian yang didapat, tapi juga dapat digunakan untuk enentukan pengukuran pengukuran yang eerlukan kepresisian lebi tinggi agar didapat asil yang akurat. Analisis ketidakpastian erupakan alat yang sangat berguna untuk enetapkan tingkat reliabilitas sebua pengukuran dan untuk validasi odel odel teoritis dan siulasi.

30 Analisis ketidakpastian digunakan untuk engukur seberapa baik data eksperiental engabarkan nilai-nilai aktor gesekan aktual. Metode yang diuraikan ole R.J Moat (1988) untuk ketidakpastian pengukuran sapel tunggal digunakan untuk elakukan analisis. Persaaan dasar dala analisis ketidakpastian : diana y u y x i u xi y x i u y n i 1 y u x xi = variabel yang diukur/diinginkan = ketidakpastian variabel yang diinginkan = sala satu dari variabel-variabel terukur untuk endapatkan nilai y = ketidakpastian x i = koeisien kepekaan (sensitivity oeiient) y teradap x i (.4) Variabel yang diukur sering tak dapat ditentukan seara langsung. Sebagai gantinya, diukur kuantitas kuantitas input yang enentukan nilai dari variabel yang diukur. Jika terdapat n input kuantitas, x,..., 1, x xn, digabarkan ubungan ereka teradap variabel yang diukur, y, dengan ubungan ungsional. x n y x x,..., (.5) 1, Ketika y tergantung pada angka sebarang dari kuantitas kuantitas input, seperti dala Persaaan (.5), ketidakpastian u(x i ) i = 1,,, n berpropagasi ke dala y enurut : i u y x1 y x y xn y u x u x... u x 1 n (.6) x ( i = 1,,, n) tak terubung satu saa lain. Jika y x 1 untuk seua i = 1,,, n seingga didapat : atau u u y u x u x... u 1 y u x u x... u 1 x n x n i (.7) (.8) Persaaan (.8) enunjukkan baa u (y) adala akar penjulaan kuadrat (root-su-square) dari u (x). BAB III

31 METODOLOGI PENELITIAN.1 Tepat penelitian. Penelitian dilakukan di Laboratoriu Terodinaika dan Perpindaan Panas Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.. Baan Penelitiaan Baan yang digunakan dala penelitian ini adala : a. Air dingin b. Air panas Gabar.1 Air dingin dala bak penapung Gabar. Air panas dala bak penapung. Alat Penelitian Alat alat yang digunakan dala penelitian ini dapat diliat pada skea instalasi alat penelitian pada gabar. dan gabar.4

32 Gabar. Skea instalasi alat penelitian Gabar.4 Skea seksi uji alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit

33 Tandon air dingin Seksi uji onentri tube retangular annel eat exanger Penjebak udara Teroouple reader Tangki air dingin Tangki air panas Popa air dingin Gabar.5 Foto instalasi alat penelitian tapak depan

34 Overlo Manoeter Katup pengatur aliran Kontaktor Tibangan Popa air panas Gabar.6 Foto instalasi alat penelitian tapak belakang

35 Gabar.7 Seksi uji Spesiikasi alat penelitian : a. Penukar kalor Berupa alat penukar kalor pipa konsentrik berela sepit satu laluan dengan penapang pipa berbentuk segiepat (rektangular), seingga disebut sebagai alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit. Spesiikasi alat penukar kalor dapat diliat pada tabel.1 di baa ini : Tabel.1 Spesiikasi seksi uji Pipa bagian dala (inner tube) Pipa bagian luar (outer tube) Jenis HE Conentri Tube Heat Exanger Penapang pipa Segiepat (rektangular) Pola aliran Berlaanan ara Aliran ke baa Aliran ke atas Jenis luida Air panas Air dingin Baan pipa Aluiniu Aluiniu Diensi a. Sisi bagian dala b. Sisi bagian luar a. 17,40 b. 18,40 a.,68 b. 4,98 Lebar ela (gap) Diaeter idrolik Panjang HE Pressure tap,64 5, Instruentasi dan alat tabaan 1. Terokopel tipe T Terokopel yang berdiaeter 0,1 ini dipasang pada 4 titik pengukuran yaitu : titik untuk engukur teperatur air dingin dan air panas yang asuk ke seksi uji dan titik lagi untuk engukur teperatur

36 air dingin dan air panas yang keluar dari seksi uji. Peasangan terokopel dile enggunakan le Araldite yang terdiri dari pengeras (ardener) arna era dan resin (arna puti). Gabar.8 Terokopel tipe T (a) (b) Gabar.9 (a) Le Araldite, (b) Konektor terokopel. Flange Flange terbuat dari baan nilon yang dipasang pada bagian ujung-ujung dari alat penukar kalor yang berungsi untuk enyangga pipa bagian dala dan pipa bagian luar agar konsentrik (seingga lebar ela saluran seraga.) Selain itu juga berungsi sebagai tepat saluran asuk dan saluran keluar dari air dingin. Gabar.10 Flange. Isolator Isolator ini berungsi untuk enega keilangan panas ke lingkungan. Alat penukar kalor diisolasi dengan lapisan teroplex isolator keudian dilapisi lagi dengan aluiniu oil.

37 b. Teroouple reader Alat ini digunakan untuk enunjukkan/ebaa teperatur yang diukur ole sensor terokopel. Gabar.11 Display terokopel. Popa Air Popa air digunakan untuk engalirkan air dari bak air asuk ke dala alat penukar kalor elalui pipa pipa. Tabel. Spesiikasi teknik popa DAB Popa Model Aqua 15 A popa suur dangkal ( non otoatis ) Sution Head 9 eter Voltage 110 V 0 V Disarge Head 15 eter Motor Output 15 Watt Total Head 4 eter Aper 0 V 1,4 Apere Kapasitas Max 7 LPM WINDING CLASS B MOTOR PROTECTOR INCORPORATED Gabar.1 Popa air

38 d. Rangka dan pipa pipa saluran air Rangka dari plat besi yang disusun sedeikian rupa enggunakan ur dan baut ukuran M1 dan rangkaian ini digunakan sebagai penopang dan untuk eletakkan penukar kalor. Sedangkan pipa pipa saluran air ini berasal dari baan PVC berdiaeter ¾ ini dan digunakan untuk eperuda aliran air asuk ke dala alat penukar kalor. e. Stop kran Stop kran ini dari baan tebaga yang digunakan untuk engatur debit aliran air. Sedangkan ara penggunaannya dengan ara diputar untuk engatur debit air yang akan diinginkan.. Ball valve Ball valve ini digunakan untuk engatur ara aliran air yang diinginkan, baik itu untuk ara aliran vertikal aupun orisontal dari penukar kalor. (a) (b) Gabar.1 (a) Stop kran, (b) Ball valve g. Tandon Bak ini digunakan untuk enapung air dingin yang akan engalir ke bagian ela sepit di penukar kalor. Bak ini dilengkapi dengan saluran overlo untuk enjaga ketinggian air agar tetap saa tiap variasi debit aliran, seingga tekanan aliran air yang asuk ke bagian ela sepit di penukar kalor konstan.

39 Overlo Gabar.14 Tandon. Teroontroller Teroontroller digunakan untuk engontrol teperatur dari air panas yang akan asuk ke seksi uji agar konstan. i. Relay Relay diubungkan dengan Teroontroller dan digunakan untuk eutus dan enyabung arus listrik yang diatur ole Teroontroller. (a) (b) Gabar.15 (a) Teroontroller, (b) Relay j. Heater listrik Peanas ini berungsi untuk eanaskan air dala bak penapung. Daya total peanas yang digunakan adala 6000 Watt. Gabar.16 Eletri eater

40 k. Manoeter pipa U Manoeter pipa U ini terbuat dari selang yang berungsi untuk engukur perbedaan tekanan luida pada ela sepit. Fluida anoeter yang digunakan adala air. Gabar.17 Manoeter pipa U l. Penjebak udara Penjebak udara digunakan agar air dari anulus sepit tak asuk ke anoeter dan eudakan untuk enetralkan anoeter. Gabar.18 Penjebak udara. Tibangan digital Digunakan untuk enibang assa air yang keluar dari seksi uji selaa selang aktu tertentu untuk engetaui laju aliran assa air. Gabar.19 Tibangan digital

41 n. Stopat Digunakan untuk engukur selang aktu yang diperlukan untuk enapung air yang keluar dari anulus sepit dala jula tertentu dengan enggunakan eber. Gabar.0 Stopat.4 Prosedur Penelitian Taapan yang dilakukan dala pengabilan data penelitian berdasarkan variasi bilangan Reynolds aliran air pada ela sepit dan variasi dengan pertukaran kalor atau tanpa pertukaran kalor adala sebagai berikut :.4.1 Taap Persiapan 1. Mepersiapkan dan easang seluru alat yang digunakan dala pengujian, seperti : popa sentriugal, seksi uji, terostat, eletri eater, anoeter, tandon air dingin dan alat pendukung lainnya.. Meastikan baa tidak ada kebooran pada alat perobaan baik itu pada pipa pipa saluran, sabungan, selang, seksi uji, atau pada bagian yang lain.. Meastikan baa seua terokopel tela dipasang sebelunya dan seua terokopel tela diubungkan dengan teroouple reader. 4. Meastikan baa ketinggian airan dala anoeter adala saa..4. Taap Pengujian Prosedur yang dilakukan dala pengabilan data berdasarkan variasi bilangan Reynolds aliran air pada ela sepit dan variasi dengan pertukaran kalor atau tanpa pertukaran kalor adala sebagai berikut : Tanpa Pertukaran Kalor (Witout Heat Exange)

42 1. Menyalakan kedua popa, yaitu popa untuk engalirkan air ke dala saluran rektangular berela sepit dan popa untuk engalirkan air ke dala inner tube.. Mengatur aliran air dala inner tube seingga didapatkan nilai bilangan Reynolds aliran lebi dari Mengatur debit aliran air yang akan asuk ke saluran rektangular berela sepit dengan ara engatur bukaan katup pengatur aliran air dari tandon air dingin. 4. Meastikan baa air yang asuk dan keluar alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit tidak terdapat gelebung udara dala selang air yang asuk dan keluar seksi uji. 5. Mengukur laju aliran assa air yang keluar dari saluran rektangular berela sepit dengan enggunakan tibangan digital dan stopat, ebaa beda ketinggian perukaan airan pada anoeter dan enatat seluru data teperatur pada titik - titik pengukuran. 6. Prosedur pengabilan data aal adala 0 enit selanjutnya setiap 10 enit ingga enapai kondisi tunak (steady) yaitu didapatkan data yang bernilai saa ingga kali berturut turut. 7. Mengatur bukaan katup pengatur aliran untuk pengabilan data variasi berikutnya. 8. Mengulangi langka sapai 7 untuk variasi debit aliran berikutnya ingga diperole ± 5 variasi laju aliran assa. 9. Setela perobaan selesai, eatikan popa dan seluru unit kelistrikan. Dengan Pertukaran Kalor (Wit Heat Exange) 1. Menyalakan eater dan enyetel teroontroller pada teperatur 60 0 C.. Menyalakan kedua popa, yaitu popa air panas dan popa air dingin.. Mengatur debit aliran air panas dala inner tube seingga didapatkan kondisi berkebang penu (ully developed) atau nilai bilangan Reynolds aliran lebi dari Mengatur debit aliran air dingin yang akan asuk ke saluran rektangular berela sepit dengan ara engatur bukaan katup pengatur aliran air dari tandon air dingin (diset saa dengan perobaan tanpa pertukaran kalor).

43 5. Meastikan baa air yang asuk dan keluar alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit tidak terdapat gelebung udara dala selang air yang asuk dan keluar seksi uji. 6. Mengukur laju aliran assa air yang keluar dari saluran rektangular berela sepit dengan enggunakan tibangan digital dan stopat, engukur beda ketinggian perukaan airan pada anoeter dan enatat seluru data teperatur pada titik - titik pengukuran. 7. Prosedur pengabilan data aal adala 0 enit selanjutnya setiap 10 enit ingga kondisi tunak (steady) yaitu didapatkan data yang bernilai saa ingga kali berturut turut. 8. Mengatur bukaan katup pengatur aliran untuk pengabilan data variasi berikutnya. 9. Mengulangi langka sapai 8 untuk variasi debit aliran berikutnya ingga diperole ± 5 variasi debit aliran. 10.Setela perobaan selesai, eatikan popa dan seluru unit kelistrikan..5 Metode Analisa Data Dari data yang tela diperole, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu dengan elakukan peritungan teradap : Bilangan Reynolds ( Re ) Faktor gesekan () Bilangan Poiseuille ( Po ) Berdasarkan data asil pengujian, yaitu berupa teperatur air asuk dan keluar saluran rektangular berela sepit, debit aliran air pada saluran rektangular berela sepit dan beda ketinggian perukaan luida di anoeter (Δ), dapat diitung perbedaan teperatur air sisi asuk dan keluar saluran rektangular berela sepit ( T), bilangan Reynolds (Re), aktor gesekan () dan bilangan Poiseuille (Po). Dari peritungan tersebut dapat dibuat graik-graik ubungan -Re, Po-Re dan ubungan ateatis yang selanjutnya dapat digunakan untuk analisa karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas (upard) dala penukar kalor saluran rektangular berela sepit (narro gap retangular annel eat exanger) dengan atau tanpa pertukaran kalor.

44 .6 Diagra Alir Penelitian Mulai Persiapan: Alat penukar kalor saluran rektangular berela sepit Variasi: Laju aliran assa air pada saluran sepit (bilangan Reynolds) tanpa pertukaran kalor Pengabilan data: Laju aliran assa air Beda ketinggian luida anoeter Teperatur air asuk dan keluar seksi uji. Menyalakan peanas air elektrik dan enyetel teroontroller pada teperatur 60 o C Variasi: Laju aliran assa air pada saluran sepit (bilangan Reynolds) dengan pertukaran kalor Pengabilan data: Laju aliran assa Beda ketinggian luida anoeter Teperatur air asuk dan keluar seksi uji. Analisis data: Perbedaan teperatur asuk dan keluar seksi uji (ΔT). Bilangan Reynolds (Re) Faktor gesekan () Bilangan Poiseuille (Po) Hasil analisis BAB IV data : Karakteristik aliran asa tunggal DATA aliran DAN air ANALISIS vertikal ke atas pada penukar kalor saluran rektangular berela sepit (narro gap retangular annel eat exanger) Pada bab ini akan dianalisis engenai pengaru bilangan Reynolds aliran air di saluran rektangular berela Kesipulan sepit dan pengaru dengan pertukaran kalor atau tanpa pertukaran kalor teradap karakteristik aliran asa tunggal aliran air vertikal ke atas (upard) yang terjadi pada penukar kalor pipa konsentrik saluran Selesai rektangular berela sepit.

45 Pengujian ini dilakukan dengan variasi bilangan Reynolds aliran air di saluran rektangular berela sepit dan teperatur air panas yang engalir di pipa dala (inner tube) diset konstan ± 60 o C. Data yang diperole dari pengujian ini, yaitu laju aliran assa air dingin, teperatur air asuk dan keluar inner tube, teperatur asuk dan keluar saluran sepit dan penurunan tekanan (pressure drop) pada sisi saluran sepit. Siste dijalankan sapai didapatkan teperatur pada kondisi tunak (steady state) pada tiap variasi pengujian. Proses pengabilan data aal adala 0 enit, data selanjutnya diabil setiap 10 enit ingga kondisi tunak terapai. 4.1 Data Hasil Pengujian Pengujian dilakukan di Laboratoriu Perpindaan Panas dan Terodinaika Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Berdasarkan asil pengaatan laju aliran assa air, penurunan tekanan pada sisi saluran sepit dan teperatur air saat pengujian, diperole data perobaan sebagai berikut : Data Hasil Pengujian Tanpa Pertukaran Kalor (itout eat exange) Tabel 4.1 Data asil pengujian variasi bilangan Reynolds aliran air di anulus sepit tanpa pertukaran kalor No Laju aliran assa air, (kg/s) Beda ketinggian luida dala anoeter, Δ () Teperatur air di saluran sepit ( o C) Teperatur air di inner tube ( o C) Masuk Keluar Masuk Keluar (T,i ) (T,o ) (T,i ) (T,o )