PENGARUH PERBANDINGAN TANPA SIRIP DENGAN SIRIP INNER TUBE DENGAN ALIRAN AIR BERLAWANAN TERHADAP EFISIENSI PERPINDAHAN PANAS PADA HEAT EXCHANGER

Transkripsi

1 PENGARUH PERBANDINGAN TANPA SIRIP DENGAN SIRIP INNER TUBE DENGAN ALIRAN AIR BERLAWANAN TERHADAP EFISIENSI PERPINDAHAN PANAS PADA HEAT EXCHANGER Triyono kaloka 1, Nova Risdiyanto Ismail 2, Agus suyatno 3 ABSTRAK Bagian terpenting dari Heat exanger adala inner tube. Sala satu onto inner tube berbentuk ring dan normal, model demikian menyebabkan aliran air pendingin membentuk lintasan lurus atau laminer, seingga pembuangan panas air didalam Heat exanger kurang optimal. Untuk meningkatkan pembuangan panas Heat exanger tersebut diperlukan aliran yang mampu menyerap panas dan membuangnya dengan optimal, yaitu dengan ara menguba/memodifikasi inner tube berbentuk ring.dengan demikian perlu dilakukan penelitian tentang pengaru perbandingan tanpa sirip dengan sirip inner tube dengan aliran air berlawanan teradap efisiensi perpindaan panas pada eat exanger. Penelitian ini membandingkan antara inner tube normal dengan inner tube ring pada kinerja perpindaan panas dengan aliran air berlawanan.variabel bebasnya adala : Membandingkan inner tube normal dengan inner tube ring. Variabel terikatnya adala: Temperatur panas masuk (T in ), Temperatur panas keluar (T out ), Temperatur dingin masuk (T in ), Temperatur dingin keluar (T out ), debit aliran air panas (Q) dan debit aliran air dingin (Q). Laju pembuangan panas pada inner tube ring lebi tinggi dibandingkan dengan inner tube standart. Kinerja mesin pada penggunaan inner tube ring lebi optimal Kata kuni: Heat exanger, inner tube, Temperatur In, Temperatur Out. PENDAHULUAN Alat penukar panas atau Heat Exanger (HE) adala alat yang digunakan untuk memindakan panas dari satu sistem ke sistem lain tanpa perpindaan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin.biasanya, medium pemanas dipakai adala air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (ooling water).penukar panas diranang sebisa mungkin agar perpindaan panas antar fluida dapat berlangsung seara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak,baik antara fluida terdapat dinding yang memisakannya maupun keduanya berampur langsung (diret ontat). Bagian terpenting dari eat exanger adala tube sebagai peralatan untuk mengalirkan fluida.berbagai jenis material, variasi, dan ara aliran yang ada pada tube akan sangat mempengarui perpindaan panas yang terjadi.pada eat exanger yang banyak berada kita jumpai adala tipe tube biasa.maka dalam al ini tube akan divariasi dengan memberikan jarak sirip pada inner tube.ole karena itu perlu dilakukan penelitian dan penulis akan mengambil judul Pengaru perbandingan tanpa sirip dengan sirip lurus dengan aliran air berlawanan teradap efisiensi perpindaan panas pada eat exanger. TINJAUAN PUSTAKA 1. Teori Dasar Heat Exanger Alat penukar panas atau Heat Exanger (HE) adala alat yang digunakan untuk memindakan panas dari sistem satu ke sistem lain tanpa terjadi perpindaan massa dan biasa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin.biasanya,medium pemanas yang dipakai adala air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (ooling water).penukar panas diranang sebisa mungkin agar perpindaan panas antar fluida dapat berlangsung seara efisien.pertukaran panas terjadi karena adanya kontak,baik antara fluida terdapat dinding yang memisakannya maupun keduanya berampur langsung (diret ontat). 54

2 2. Prinsip Kerja Heat Exanger Pada dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindakan panas dari dua fluida pada temperatur berbeda,dimana transfer panas dapat dilakukan seara langsung ataupun tidak langsung. a. Seara kontak langsung Panas yang dipindakan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase/pengubung antara kedua fluida. b. Seara kontak tak langsung Perpindaan panas terjadi antara fluida panas dan dingin melalui dinding pemisa.dalam sistem ini,kedua fluida akan mengalir dan dibatasi dengan dinding pemisa dan keduanya tidak berampur. 3. Teori perpindaan panas Perpindaan panas adala proses berpindanya energi kalor dari suatu tempat ketempat yang lain dikarenakan adanya proses perlakuan yang berbeda antara tempat yang satu dan tempat yang lain.proses perlakuan yang dimaksud adala proses melepas dan menyerap kalor. Pada proses perpindaan ini ada dua reaksi,yaitu reaksi menyerap kalor dan reaksi melepas kalor,dimana tempat yang temperaturenya dingin akan enderung untuk menyerap kalor dan sebaliknya tempat temperaturenya panas akan enderung untuk melepas kalor. Proses perpindaan panas ini dapat berlangsung dengan beberapa ara seperti : 1. Konduksi Jika pada suatu terdapat suatu gradient suu (temperature gradient),maka menurut pengalaman akan terjadi perpindaan panas dari bagian bersuu tinggi ke bagian bersuu renda.dapat dikatakan bawa energy akan berpinda seara konduksi (ondution) atau antaran.laju perpindaan kalor dinyatakan sebagai berikut : dt Q k. A dx Keterangan : Q laju perpindaan kalor A Luas penampang (m 2 ) K Konduktivitas termal baan (W/m C) dt Gradien Temperature dalam ara dx aliran panas ( C/m) 2. Konveksi Gambar 1. Perpindaan kalor konveksi dari suatu plat Pada gambar 1 diatas, Tw adala suatu plat T adala suu fluida. Apabila keepatan di atas plat adala nol, maka kalor anya dapat perpinda dengan ara konduksi.akan tetapi apabila fluida diatas plat bergerak dengan keepatan tertentu,maka kalor perpinda dengan ara konveksi,yang mana gradient suu bergantung dari laju fluida membawa kalor.sedangkan laju perpindaan kalor dipengarui ole luas permukaan perpindaan kalor ( A ) dan beda suu menyeluru antara permukaan bidang dengan fluida yang dapat dirumuskan sebagai berikut : q. A (T W T) keterangan : q Perpindaan panas ( Watt ) Koefisien konveksi ( Watt/m 2 K ) A Luas permukaan ( m 2 ) T W Temperatur dinding ( K ) T Temperatur fluida ( K ) Untuk keadaan yang sederana,koefisien perpindaan panas konveksi ( ) dapat diperitungkan seara analisis,sedangkan untuk keadan yang rumit, arus diperitungkan dengan ara eksperimen atau perobaan. Perpindaan panas konveksi tergantung pada viskositas fluida,disamping ketergantunganya teradap sifat-sifat termal fluida,seperti:konduktivitas termal,kalor spesifik,dan idensitas.hal ini disebabkan karena viskositas mempengarui laju perpindaan energy di daera dinding. 3. Radiasi Merupakan proses perpindaan panas dari benda bersuu tinggi ke benda bersuu renda 55

3 bila benda-benda itu terpisa didalam suatu ruangan bakan bila terdapat diruang ampa diantara benda-benda tersebut. Untuk radiasi diantara dua benda dapat dirumuskan : q σ A (T 4 1 T 4 2 ) Keterangan : σ konstanta Stefan-Boltzmann ( 5,67 x 10 8 Watt / m 2. K 4 ) A luas bidang permukaan ( m 2 ) T temperature ( K ) 4. Beda Suu Rata-rata Log (LMTD) Perpindaan panas pipa ganda,aliran dapat terjadi sejajar atau berlawanan ara.untuk mengitung perpindaan panas pipa ganda sebagai berikut : q UA T m Keterangan : U Koefisien perpindaan panas menyeluru A Luas permukaan perpindaan panas yang sesuai dengan U T m Beda suu rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam alat penukar panas. Untuk mengitung perpindaan panas yang melalui unsur luas da dapat dituliskan : dq m dt m dt Dimana,subkrip untuk fluida panas dan untuk fluida dingin.persamaan perpindaan panas dapat dinyatakan sebagai : dq U( T T)dA dq Untuk : dt m Jadi, m dt kalor aliran dt dt d Jika, d( T T ) T T m dq. masa. spesifik ( T T ) 1 U m 1 dq m. fluida 1 + m 1 + da m Persamaan deferensial ini dapat diinterasikan antara kondisi 1 dan 2 seperti pada gambar dibawa dan asilnya : ( T 2 T 2) 1 1 ln UA + T 1 T 1 m m Dari sini,maka kita arus menari perbedaan suu untuk pipa ganda sejajar, sebagai berikut : q m T T q m T T Kemudian kita subtitusikan menjadi : ( T 2 T 2)( T 1 T 1) q UA ln[ ( T 2 T 2) ( T 1 T1) ] Seingga beda suu menjadi: ( T 2 T 2)( T 1 T1) Tm ln[ ( T 2 T 2) ( T 1 T 1) ] Jika penukar panas bukan pipa ganda,maka diperlukan faktor koreksi teradap LMTD.Untuk susunan pipa ganda aliran lawan ara dengan suu fluida panas dan suu fluida dingin yang sama.seingga bentuk persamaan perpindaan panasnya menjadi : 1 q UAF T m Untuk kondisi pendidian dan kondensasi F 1,0 ( fator koreksi ) METODE PENELITIAN a. Variabel Bebas : tanpa sirip dan siriplurus dengan variasi debit aliran. b. Variabel Terikat : Temperatur panas masuk (T in ), Temperatur panas keluar (T out ), Temperatur dingin masuk (T in ), Temperatur dingin keluar (T out ), Debit aliran air panas (Q ), Debit aliran air dingin (Q ) dan LMTD. Model Peralatan Alat yang digunakan adala eat exanger (dapat diliat pada gambar di bawa ini),dimana penelitian ini anya memonitor ( meneliti ) temperature/panas fluida di pipa dengan tanpa sirip ( katup 1 ) dan sirip pelat memanjang/sirip lurus (katup 4),dengan tujuan untuk mendapatkan perbandingan efisiensi antara sirip lurus dan tanpa sirip dengan ara aliran fluida yang berlawanan ara antara panas dan dinginnya.untuk model peralatan yang dipakai sebagai berikut: 56

4 Gambar 2 skema Heat Exanger Gambar 3 Heat Exanger Pompa diidupkan untuk memompa air dari tandon bawa ke tandon atas melalui pipa penyalur,pipa penyalur dilengkapi dengan tiga bua katup yang berfungsi sebagai pengontrol aliran air yang masuk ke tandon panas dan dingin, seingga debit air pada tandon selalu stabil.kemudian air yang terisi di tandon air dingin disalurkan sebagai media pendingin dan tandon air panas akan dipanaskan terlebi daulu dipanaskan dan selanjutnya dialirkan ke inner tube pada eat exenger.pada proses pemanasan air ini menggunakan 2 maam eater,yaitu eater eletri dan eater manual yang menggunakan gas LPG sebagai pemanasnya.pertukaran panas dan dingin akan terjadi didalam eat exenger. Kemudian air akan menuju tandon air bawa melalui saluran pipa keluar. Prosedur Pengujian Pengujian dilakukan pada bulan Agustus 2013 Di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Widya Gama Malang.Pengujian dilakukan dengan pengulangan sebanyak 5 kali.adapun prosedur dan lingkup pengujian sebagai berikut: 1. Pengujian di pipa tanpa sirip. 2. Pengujian di pipa sirip inner tube. 3. Ara aliran fluida adala berlawanan ara (fluida panas dan fluida dingin). 4. Pengujian dilakukan dengan 5 kali proses pengulangan dengan periode 1 menit untuk setiap proses pengujian. 5. Proses pengujian dengan 5 jenis debit air yang berbeda-beda,dengan 5 kali pengulangan untuk setiap debit airnya.untuk debit airnya adala : - 0,1 ltr/menit - 0,2 ltr/menit - 0,3 ltr/menit - 0,4 ltr/menit - 0,5 ltr/menit Metode Pengambilan Data. Adapun pengambilan data dan peralatannya sebagai berikut: 1. Data debit diukur menggunakan gelas ukur dan stop wat. 2. Data temperatur menggunakan termokopel. 3. Pengukuran temperature dilakukan sebanyak 5 kali dengan waktu 1 menit untuk satu kali pengambilan data. Renana Analisis Data Melalui variabel bebas yang merupakan variasi dalam penelitian, kemudian diambil data temperatur dan kapasitas aliran,dari data yang diperole kemudian dilakukan uji data menggunakan uji statistik dan pengolaan data untuk mendapatkan LMTD.Dari asil pengolaan data dapat dibuat grafik,dianalisis dan kemudian disimpulkan tingkat efisiensinya teradap proses perpindaan panas tersebut.grafik yang akan dibuat dan dianalisa sebagai berikut: 1. Grafik ubungan keepatan aliran teradap temperatur pada pengujian tanpa sirip dan dengan sirip lurus. 2. Grafik ubungan keepatan aliran teradap LMTD pada pengujian sirip 57

5 Diagram Alir Penelitian Hubungan Perpindaan panas teradap Debit Aliran 0,1 (liter/menit) inner tube ring Gambar 5 ubungan perpindaan panas teradap debit aliran 0.1 liter/menit inner tube ring Setela mengamati grafik diatas dapat disimpulkan semakin tinggi debit aliran semakin meningkat juga perpindaan panasnya. Laju perpindaan panas paling besar terjadi pada aliran 0,5 liter/menit yaitu 277,11 J/s dan laju perpindaan panas paling renda terjadi pada aliran 0,1 liter/menit yaitu 248,9 J/s. Hubungan keepatan aliran teradap LMTD aliran 0.1 liter / menit HASIL DAN PEMBAHASAN Hubungan Perpindaan panas teradap Debit Aliran 0,1 (liter/menit) inner tube standart Gambar 6 ubungan keepatan aliran teradap LMTD aliran 0.1 liter /menit Gambar 4 Hubungan Perpindaan Panas teradap Debit Aliran 0,1 (liter/menit) Setela mengamati grafik diatas dapat disimpulkan semakin tinggi debit aliran semakin meningkat juga perpindaan panasnya. Laju perpindaan panas paling besar terjadi pada aliran 0,5 liter/menit yaitu 242,84 J/s dan laju perpindaan panas paling renda terjadi pada aliran 0,1 liter/menit yaitu 185,67 J/s. Dari grafik gambar diatas menunjukan bawa nilai LMTD mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan debit aliran. Yaitu mengalami nilai LMTD tertinggi pada debit aliran 0,5 liter per menit dengan nilai LMTD 12,94, pada inner tube standart dan 17,53 pada inner tube ring. Nilai LMTD inner tube ring rata-rata selalu diatas dari nilai LMTD pada inner tube standart. 58

6 Kesimpulan 1. Laju perpindaan panas pada inner tube ring lebi tinggi dibandingkan dengan inner tube standart, al ini dipengarui ole perbedaan suu masuk dan suu keluar pada tube. Laju perpindaan tertinggi terjadi pada debit 0,5 liter permenit yaitu 277,11 J/s 2. Inner tube ring mempunyai laju pembuangan panas yang lebi besar, seingga mengalami penurunan/proses pendinginan yang lebi baik, dan dapat dikatakan bekerja seara optimal. 3. LMTD pada inner tube ring paling tinngi adala 17,53,dibandingkan dengan inner tube standart anya 17,83.LMTD pada inner tube ring lebi besar dari LMTD inner tube standart. MC. Cabe, W.L, Smit, JC, Harriot, P, Unit Operation of Cemial Enginering, 4t ed, M.Graw-Hill, New York, 1985, Capter 11, 12, 15 6.DAFTAR PUSTAKA Artono Koestoer, Raldi. Perpindaan Kalor. Salemba Teknika. Jakarta 2002 Buku Ajar Diktat Perpindaan Panas Ole Nova R Ismail, ST, MT. Holman, JP. Ali baasa E.Jasifi. Perpindaan Kalor. Penerbit Erlangga.Jakarta.1995 ttp://repository.usu.a.id/bitstream/ /18379/3/Capter%20I ttp://tutorialkulia.blogspot.om/2009/10/alir an-fluida-pada-eat exanger.tml ttp://vedadiklatki.blogspot.om/2010/08/pen ukar-panas-eat-exanger.tml ttp:// alat-eat-exanger.tml ttp:// nial/artiles/64548.aspx ttp:// %E2%80%93-jenis-Heat-Exanger ttp:// e Kays,W.M. and London, A.L, Compat Heat Exanger, 2 nd Edition MGraw-Hill, New York, 1964 Kern, DQ, Proess Heat Transfer, M.Graw- Hill, New York, 1965 Kern,D.Q Proess Heat Transfer. 59