ANALISIS PENGARUH LAJU ALIRAN MASSA TERHADAP KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS RATA-RATA PADA PIPA KAPILER DI MESIN REFRIGERASI FOCUS 808

Transkripsi

1 Jurnal Mekanikal, Vol. No. 1: Januari 011: 16 ISSN ANALISIS PENGARUH LAJU ALIRAN MASSA TERHADAP KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS RATA-RATA PADA PIPA KAPILER DI MESIN REFRIGERASI FOCUS 808 Basri Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tadulako Jl. Sukarno-Hatta K.9 Tondo, Palu Eail: Abstract This study aied to obtain the influence of the ass flow rate of heat transfer coefficient on average that occurs in the capillary tube and the relationship between ass flow with heat transfer coefficient on average in the capillary tube. This research was conducted at the University Engineering Laboratory Cooling Tadulako. Test ethods used in the study is testing the experientally. Data were collected by taking a direct test data on test equipent. Data were analyzed theoretically based on the experiental test data. The results of this study, naely that the refrigerant ass flow rate affect the heat transfer coefficient on average that occurs in the capillary tube is in the for of equation is h c Key work : Capillary tube, Heat Trasfer Pendahuluan Salah satu bahan teknik yang berbentuk saluran yang endapat perhatian dewasa ini adalah saluran yang berdiaeter ikro. Hal ini disebabkan karena seakin sepitnya lahan yang dapat digunakan, jadi alatalat yang diproduksi diusahakan epunyai diensi yang kecil tapi epunyai keapuan yang saa dengan alat-alat yang berdiensi besar. Pengujian tentang saluran yang berdiaeter ikro telah banyak dilakukan, terutaa untuk aliran satu fasa. Seperti yang dilakukan oleh Peng dan ang [13], Peng dan Peterson [4] elakukan eksperient theral- hydraulic pada saluran ikro dengan engalirkan air dan ethanol. Diaeter hidrolik dari saluran tersebut adalah antara 0,3 sapai 0,75. Hasil dari eksperientnya adalah bahwa aliran transisi terjadi pada bilangan Reynolds 700 sapai Mala dan Li [5] yang elakukan ekperien untuk engetahui karakteristik pipa yang diaeter antara 50 μ sapai50 μ dengan engalirkan air kedala pipa tersebut. Hasil dari eksperient tersebut adalah bahwa aliran transisi terjadi ada bilangan Reynolds antara 300 sapai 900, sedang aliran turbulen penuh terjadi pada bilangan Reynold 1000 sapai Untuk elengkapi pengujianpengujian di atas, aka perlu dilakukan pengujian karakteristik theral aliran dua fasa, yaitu cair dan uap pada pipa kapiler. Salah satu yang penting untuk diketahui pada karakteristik teral ini adalah hubungan antara koefisien perpindahan panas rata-rata dengan laju aliran assa. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, aka pengujian ini dititik beratkan pada asalah : 16

2 Analisis Pengaruh Laju Aliran Massa Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Rata-Rata Pada Pipa Kapiler Di Mesin Refrigerasi Focus 808 (Basri) 1. Bagaiana pengaruh laju aliran assa terhadap koefisien perpindahan panas rata-rata yang terjadi pada pipa kapiler.. Bagaiana hubungan antara laju aliran assa dengan koefisien perpindahan panas rata-rata pada pipa kapiler. TujuanTujuan dari pengujian ini adalah endapatkan : 1. Pengaruh laju aliran assa terhadap koefisien perpindahan panas rata-rata yang terjadi pada pipa kapiler.. Hubungan antara laju aliran assa dengan koefisien perpindahan panas rata-rata pada pipa kapiler. Perpindahan panas secara uu dibedakan atas 3 aca, yaitu perpindahan panas konduksi, perpindahan panas konveksi dan perpindahan panas radiasi. Dala pengujian ini yang akan dianalisis adalah perpindahan panas konveksi yang terjadi pada fluida kerja. Besarnya perpindahan panas konveksi (Q) yang terjadi, secara uu dapat dituliskan sebagai berikut[11] : diana : diana : Q A.h c. T h c = Koefisien perpindahan panas konveksi (/. 0 C) ΔT = T - T w T = Teperatur rata rata fluida ( 0 C) T w = Teperatur rata rata dinding pipa kapiler ( 0 C) Secara uu perpindahan panas konveksi ada aca, yaitu : 1. Perpindahan panas konveksi paksa, yaitu perpindahan panas yang terjadi akibat fluida bergerak karena adanya gaya luar yang bekerja pada fluida tersebut.. Perpindahan panas konveksi bebas, yaitu perpindahan panas yang terjadi jika suatu benda ditepatkan dala suatu fluida yang suhunya lebih tinggi atau lebih rendah daripada benda tersebut. Sebagai akibat dari perbedaan suhu tersebut, panas engalir antara fluida dan benda itu serta engakibatkan perubahan densitas lapisan lapisan fluida di dekat perukaan. Perbedaan densitas enyebabkan fluida yang lebih berat engalir ke bawah dan fluida yang lebih ringan engalir ke atas. Atau dengan kata lain bahwa konveksi bebas adalah perpindahan panas yang terjadi karena gerakan fluida yang hanya diakibatkan oleh adanya perbedaan densitas fluida yang berada dekat benda yang eiliki teperatur lebih rendah atau lebih tinggi dari fluida tersebut. Pada pengujian ini perpindahan panas yang terjadi pada fluida kerja adalah konveksi paksa karena fluidanya bergerak akibat adanya kerja copressor. 17

3 Jurnal Mekanikal, Vol. No. 1: Januari 011: 16 ISSN Mesin refregerasi adalah esin yang epunyai fungsi utaa untuk endinginkan zat sehingga teperaturnya lebih rendah dari teperature lingkungan. Koponen utaa dari esin refregerasi, yaitu copressor, kondensor, alat ekspansi, evaporator dan refrigerant sebagai fluida kerja. Skea sederhana dari esin refrigerasi dapat dilihat pada gabar dibawah ini : 3 Kondensor Katup ekspansi Kopressor 4 Evaporator 1 Gabar 1. Koponen utaa dari esin refrigerasi Persaaan dasar yang digunakan untuk peilihan pipa kapiler adalah sebagai berikut : 1. Kecepatan aliran refrigeran dala pipa kapiler. Untuk endapatkan kecepatan aliran esin refrigerasi aka terlebih dahulu diukur tekanan stagnasi dan tekanan statiknya. Tekanan statik atau tekanan therodinaika pada persaaan Bernoulli adalah tekanan fluida yang diukur oleh alat yang bergerak bersaa dengan fluida. Kondisi ini sangat sulit diwujudkan. Naun dengan kenyataan bahwa tidak ada variasi tekanan pada arah penapang tegak lurus aliran, aka tekanan statik dapat diukur dengan ebuat lubang kecil pada dinding aliran sedeikian rupa sehingga subunya tegak lurus dinding aliran (wall pressure tap). Cara lain adalah dengan easang probe atau tabung pitot pada aliran fluida jauh dari dinding aliran seperti ditunjukkan gabar dibawah ini. Aliran Aliran P 0 P 0 P stag P stag Gabar. all pressure tap dan tabung pitot 18

4 Analisis Pengaruh Laju Aliran Massa Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Rata-Rata Pada Pipa Kapiler Di Mesin Refrigerasi Focus 808 (Basri) Pengukuran tekanan statis dilakukan oleh lubang kecil dibagian bawah dinding tabung. Tekanan Stagnasi adalah tekanan fluida yang diukur pada aliran fluida yang diperlabat sapai dia, v = 0 dengan kondisi aliran tanpa gesekan. Pengukuran tekanan stagnasi pada tabung pitot diukur oleh lubang kecil di ulut tabung yang akan tepat tegak lurus terhadap garis arus dari aliran. Untuk aliran tak apu apat dapat diterapkan persaaan Bernoulli pada kondisi tanpa perubahan ketinggian. Jika P 0 adalah tekanan statik pada penapang dengan kecepatan fluida adalah v dan P stag adalah tekanan stagnasi diana kecepatan stagnasi aliran fluida v stag = 0, aka dapat dihitung : P Suku kedua, v C v 0 adalah tekanan dinaik yaitu tekanan akibat kecepatan fluida, yakni selisih antara tekanan stagnasi dengan tekanan statis. Maka kecepatan aliran refrigerant adalah :. Laju aliran refrigerant ( ) diperoleh enggunakan persaaan : 3 Kecepatan rata rata refrigerant pada pipa kapiler (v ) diperoleh dengan persaaan : v diana :.A c METODE PENELITIAN A = Luas penapang pipa kapiler ( ) Pengujian ini bertujuan untuk endapatkan pengaruh dan hubungan antara koefisien perpindahan panas rata-rata dengan laju aliran assa, aka Untuk endapatkan variasi paraeter paraeter tersebut di atas dilakukan dengan jalan erubah laju aliran assa refrigerant dengan cara engatur bukaan katup. Pstag vstag P0 v0 Pengabilan data pada 1) pengujian ini dilakukan dengan dua cara, yaitu engabil data secara langsung dan tidak langsung. Pengabilan data secara langsung, yaitu seua variabel diukur langsung saat elakukan pengujian. Tahap tahap yang dilakukan dala elakukan pengujian adalah sebagai berikut : 1. Pasang alat pengukur tekanan stagnasi dan statis pada alat uji. v0 Pstag P 0 3). Pasang anoeter pada alat pengukur tekanan stagnasi dan statis. 3. Pasang pengukur teperatur (T stag ) dan tekanan (P stag ) pada tepat alat.a.v pengukur tekanan stagnasi 0 4) dan statis dipasang diana : A = Luas penapang 4. Alat uji dipasangi pengukur tekanan dan teperature pada titik 1,, 3 diana tabung pitot ditepatkan ( ) dan 4 (P 1, T 1, P, T, P 3, T 3 dan P 4, T 4 ) at 19

5 Jurnal Mekanikal, Vol. No. 1: Januari 011: 16 ISSN Pasang alat pengukur teperatur (T heater ) pada perukaan heater. 6. Pasang heater pada pipa kapiler keudian isolasi. 7. Sabungkan heater dengan pengatur tegangan. 8. Pasang pengukur teperatur pada perukaan isolasi bagian luar (T iso bgn luar ) dan isolasi bagian dala (T iso bgn dala ). 9. Alat uji dijalankan sapai aliran refrigerannya stabil bersaaan dengan difungsikannya heater sapai heater berfungsi noral. 11. Catat tegangan dan arus yang asuk ke heater (V dan I). 1. Catat selisih tekanan stagnasi dan statisnya (ΔH). 13. Atur laju aliran refrigerant. 14. Lakukan prosedur pengujian 10, 11 dan 1. PEMBAHASAN Pada pengujian ini diperoleh hasil hubungan antara laju aliran assa refrigerant dengan koefisien perpindahan panas rata-rata pada pipa kapiler dala bentuk grafik dibawah ini. 10. Catat tekanan dan teperature yang ditunjukkan oleh pengukur tekanan dan teperature K kg s Dari grafik di atas terlihat bahwa koefisien perpindahan panas rata rata akin besar seiring dengan akin besarnya laju aliran assa refrigerant. Hal ini terjadi karena jika laju aliran assa refrigerant bertabah, berarti kecepatan rata rata aliran refrigerant juga bertabah yang enyebabkan koefisien perpindahan panas rata ratanya juga bertabah. Dari tabel hasil perhitungan terlihat bahwa untuk laju aliran refrigerant (inial), kecepatan rata ratanya adalah 3.79 dan koefisien s perpindahan panas rata ratanya adalah sedang untuk laju. K kg s aliran refrigerant kg s (aksial), kecepatan rata ratanya s dan koefisien perpindahan panas rata ratanya adalah 451.6, akibat. K dari bertabahnya kecepatan rata ratanya, aka percapuran antara refrigerant panas dengan refrigerant dingin akin cepat sehingga eningkatkan koefisien perpindahan panas rata ratanya. Hal ini sesuai dengan [17] yang enyatakan bahwa akin cepat percapuran antara fluida panas dengan fluida dingin akan enabah perpindahan panas yang terjadi akibatnya terjadi kenaikan koefisien perpindahan panas. 0

6 Analisis Pengaruh Laju Aliran Massa Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Rata-Rata Pada Pipa Kapiler Di Mesin Refrigerasi Focus 808 (Basri) Dengan cara statistik diperoleh hubungan antara laju aliran assa refrigerant dengan koefisien perpindahan panas rata-rata yang terjadi pada pipa kapiler, yaitu : h c dengan koefisien korelasi (R ) adalah KESIMPULAN Kesipulan dari pengujian ini adalah : 1. Makin besar laju aliran assa refrigerant, aka akin besar pula koefisien perpindahan panas ratarata yang terjadi pada pipa kapiler.. Hubungan antara laju aliran assa refrigerant dengan penurunan tekanan pada pipa kapiler adalah h c. K DAFTAR PUSTAKA Bruce R. Munson, Donald F. Toung, Theodore H. Okiishi, Diterjeahkan Harinaldi. Dr. Ir., Budiarso. M.Eng. Ir., 003, Mekanika fluida, Penerbit Erlangga. Ekadewi Anggraini, H., Agus Lukito, 00, Analisis Pengaruh Pipa Kapiler yang Dililitkan pada Line Suction Terhadap Perforansi Mesin Pendingin, http ://puslit.petra.ac.id/journal/echanical/, vol. 4, Oktober Z.X.Li, D.X., Du, Z.Y. Guo, 000, Experiental study on flow characteristics of liquid in circular icrotubes, Proc. Of the Int. Conference of Heat Transfer and Transport Phenoena in icroscale, Banff, Canada, October Gh.M.Mala, D.Q.Li, 1999, Flow characteristics in icrotubes, int.j., Heat Fluid Flow 0, B.Xu, K.T.Ooi, N.T. ong, C.Y. Liu,.K. Choi, 1999, Liquid flow in icrochannel, Proc. Of the 5 th ASME/JSME Joint Theral Engineering Conference, San Diego, California, March N.Henry. Ir. MT., 1998, Aliran Dua Fasa (Cair Gas), FTI Universitas Bung Hatta Padang. arren M.R.; Jaes P.H.; Young I.C.; 1998; Handbook of Heat Transfer; Third edition; MCGRA_HILL X.F. Peng, G.P. Peterson, 1996, Convective heat transfer and flow friction for water flow in icrochannel structures, Int. J. Heat Mass Transfer 39(1), Frank P. Incropera, David P. Dewitt, 1996, Introduction to Heat Transfer, third edition, John iley & Sons, New York. Chichester. Brisbane. Toronto. Singapore Victor L.S.; E. Benjain.; diterjeahkan Arko Prijono; 1996; Mekanika Fluida jilid I; edisi delapan; Penerbit Erlangga, Jakarta D.Yu, R.arrington, R.Barron, T.Aeel, 1995, An experiental ant theoretical investigation of fluid flow and heat transfer in icrotubes, in : ASME/JSME Theral Egineering Conference, vol. 1, ASME. 1

7 Jurnal Mekanikal, Vol. No. 1: Januari 011: 16 ISSN Monji. H., Matsui, G. and Saito, T., 1995, Pressure Drop Reduction of Liquid Particles Two Phase Flow with Nearly Equal Density, Proceeding of the th Interational Conf on Multiphase Flow, Kyoto, Japan. X.F. Peng, B.X. ang, 1993, Forced Convection and fluid flow boiling heat transfer for liquid flowing icrochannels, Int.J., Heat Transfer 36(14), Stoecker,., Jones., 199, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, edisi kedua, penerbit Erlangga, Jakarta Raldi Artono Koestoer. DR. Ir., Sasanti Proborini., 199, Aliran Dua Fase dan Fluks Kalor Kritis, PT. Pradnya Paraita atanabe, K., 1991, Hydraulic and Pneuatic Conveyances of solid Particles by a Spiral Tube, The fourth Korea Japan Powder Tecnology Seinar, pp Frank K.; Diterjeahkan Arko Prijono; 1986; Prinsip Prinsip Perpindahan Panas; Edisi ketiga; Penerbit Erlangga, Jakarta Philip M.G.; Richard J.G.; John I.H.; 1985; Fundaentals of Fluid Mechanics; Second edition; Addison esley Publising Copany