UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE"

Irwan Muljana
6 tahun lalu
Tontonan:

UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE PADA ALAT PENUKAR KALOR TABUNG CANGKANG DENGAN SUSUNAN TABUNG SEGITIGA SKRIPSI

1 UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE PADA ALAT PENUKAR KALOR TABUNG CANGKANG DENGAN SUSUNAN TABUNG SEGITIGA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ESRON SIHITE NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI PERPINDAHAN KALOR DAN PENURUNAN TEKANAN PENGARUH JARAK BAFFLE PADA ALAT PENUKAR KALOR TABUNG CANGKANG DENGAN SUSUNAN TABUNG SEGITIGA. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Untuk penulisan skripsi ini, penulis dan tim telah merancang dan membangun konstruksi alat penukar kalor tabung cangkang dan melakukan pengujian alat penukar kalor dengan memanfaatkan air laut sebagai fluida pendingin. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel Hasiholan Napitupulu, DEA, selaku Dosen pembimbing, yang selalu memberikan bimbingan dan motivasi sehingga penelitian ini dapat selesai. 2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara sekaligus Dosen Penguji I yang memberikan bimbingan untuk perbaikan skripsi ini. 3. Bapak Tulus B Sitorus, ST. MT selaku Dosen Penguji II yang telah banyak memberikan bimbingan untuk perbaikan skripsi ini. 4. Bapak Dr-Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membantu segala keperluan yang diperlukan selama penulis kuliah. 6. Staf Laboratorium Prestasi Mesin, Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, yang telah membantu pelaksanaan pengujian alat.

10 7. Kedua orang tua saya M. Sihite dan S. Sihombing yang selalu memberikan dukungan moril dan materiil serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada saya. 8. Kakak dan Adik yang memberikan dukungan moral dan doa dalam penyelesaian penelitian ini. 9. Rekan satu tim, Juanda Ambarita, Piko Nadeak, dan Donny Simanungkalit atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan skripsi ini. 10. Bapak Positron Bangun, ST.MT dan Bang Sihar Siahaan, ST yang begitu banyak mengambil andil dalam penyelesaian penelitian ini. 11. Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan seluruh pihak yang telah membantu selama penulis kuliah dan menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran bersifat membangun untuk perbaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Tuhan memberkati. Medan, April 2011 Penulis, Esron Sihite NIM

11 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR SIMBOL...v DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL... x ABSTRAK...xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan dan Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metode Pengumpulan Data... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perpindahan Panas Alat Penukar Kalor Klasifikasi Alat Penukar Kalor Standar Alat Penukar Kalor Alat Penukar Kalor Tipe Cangkang dan Tabung Fluida di dalam Cangkang dan di dalam Tabung Jumlah Pass atau Lintasan pada Alat Penukar Kalor Aliran Fluida dan Distribusi Temperatur pada Alat Penukar Kalor Konstruksi Alat Penukar Kalor Cangkang (Shell) Tabung Baffle atau Sekat Landasan Teori Efektivitas Alat Penukar Kalor Penurunan Tekanan Faktor Pengotoran... 40

12 2.7 Kerangka Penelitian BAB III PERANCANGAN ALAT PENELITIAN Perancangan alat penukar kalor Mencari temperatur air keluar alat penukar kalor Mencari panjang alat penukar kalor BAB IV METODE PENELITIAN Tempat Penelitian Bahan dan Alat Dimensi Utama Penelitian Pelaksanaan Penelitian Persiapan Pandahuluan Tahap Pengambilan data Analisa Data BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Pengolahan Data Pembahasan Validasi data BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 90

13 DAFTAR SIMBOL Q = laju perpindahan panas (W) m h = laju aliran massa fluida panas (kg/s) m c = laju aliran massa fluida dingin (kg/s) c ph = panas jenis fluida panas (J/kg o C) c pc = panas jenis fluida dingin (J/kg o C) T co = temperatur fluida dingin keluar ( o C) T ci = temperatur fluida dingin masuk ( o C) T ho = temperatur fluida panas keluar ( o C) T hi = temperatur fluida panas masuk ( o C) A = luas permukaan yang mengalami perpindahan panas (m 2 ) d o = diameter luar tabung (m) d i D s = diameter dalam tabung (m) = diameter dalam cangkang (m) T c = temperatur rata-rata fluida dalam tabung ( o C) Ρ rt μ t = bilangan Prandtl fluida dalam tabung = viskositas dinamik dalam tabung (kg/m.s) R et = bilangan Reynold fluida dalam tabung Ν ut = bilangan Nusselt fluida dalam tabung h c = koefisien pindahan panas pada sisi tabung (W/m 2.K) T h = temperatur fluida rata-rata sisi cangkang ( o C) R es = bilangan Reynold pada sisi cangkang μ s = viskositas dinamik pada sisi cangkang (kg/ms) G s = kecepatan massa (kg/m 2 s) S m = luas aliran menyilang (m 2 ) L bc = jarak sekat (baffle) (m)

14 L bb = jarak celah diameter dalam cangkang dengan diameter luar bundle (m) L sb = ruang bebas dari cangkang dengan diameter sekat (m) L tp,eff = pitch tabung efektif (m) D ctl = diameter limit tengah tabung (m) a = koefisien empiris θ ctl = sudut relatif antara baffle cut terhadap sumbu APK θ ds = sudut baffle cut F w = fraksi dari luar area yang dibentuk oleh jendela sekat F c = fraksi aliran melintang diantara baffle F sbp = perbandingan luas by-pass dan luas aliran silang S sb = luas kebocoran cangkang dengan baffle (m 2 ) S m = luas aliran menyilang pada sumbu bundle (m 2 ) S sb = luas kebocoran antara cangkang dengan baffle (m 2 ) S tb = luas kebocoran antara tabung dengan baffle (m 2 ) S m = luas aliran melintang tabung (m 2 ) S b = luas by-pass (m 2 ) r s = perbandingan luas by-pass cangkang dengan luas aliran melintang tabung J i J c J L J B J s J μ h h = faktor perpindahan panas = faktor koreksi potongan baffle = faktor koreksi berdasarkan kebocoran baffle = faktor koreksi by-pass bundle = faktor koreksi berdasarkan ketidaksamaan jarak baffle = faktor koreksi berdasarkan viskositas fluida pada temperatur dinding = koefisien pindahan panas pada sisi cangkang (W/m 2,K) k w = konduktivitas termal dinding (W/m.K) ε = efektifitas APK (%)

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Perpindahan panas konduksi dari udara hangat ke kaleng minuman dingin melalui dinding aluminum kaleng Gambar 2.2. Perpindahan panas dari permukaan panas ke udara dengan Konveksi.9 Gambar 2.3. Perpindahan panas dengan radiasi... 9 Gambar 2.4. APK jenis Shell and Tube tipe BEM Gambar 2.5. Distribusi temperatur panjang (luas) tube alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida parallel Gambar 2.6. Distribusi temperatur panjang (luas) tube alat penukar kalor langsung, dengan aliran fluida berlawanan Gambar 2.7. Bagian-bagian dari alat penukar kalor (berdasarkan standar TEMA) Gambar 2.8. Aliran dalam sisi shell dengan baffle segmen Gambar 2.9. Selongsong APK Gambar Susunan tabung alat penukar kalor Gambar Baffle dengan pemotongan baffle 32,65% Gambar Distribusi suhu APK aliran menyilang Gambar Sekat segmen Gambar Jaringan tahanan termal untuk Perpindahan Panas menyeluruh Gambar 3.1. Distribusi temperatur alat penukar kalor... 42

16 Gambar 3.2. Baffle alat penukar kalor untuk susunan tabung segitiga Gambar 3.3. Cangkang alat penukar kalor Gambar 3.4. Tabung alat penukar kalor dengan susunan tabung segitiga Gambar 3.5. Header alat penukar kalor Gambar 3.6. Baffle alat penukar kalor dengan baffle cut 32,52% Gambar 3.7. Tubesheet alat penukar kalor untuk susunan segitiga Gambar 3.8. Baut dan mur Gambar 3.9. Alat penukar kalor yang dirakit Gambar Pola aliran fluida dalam alat penukar kalor Gambar 4.1. Pompa Sirkulasi..58 Gambar 4.2. Termo resistance Gambar 4.3. Panel Indikator temperatur Gambar 4.4. Jarum Termokopel Gambar 4.5. Tangki pemanas Gambar 4.6. Pemanas air 5000w Gambar 4.7. Katup kontrol Gambar 4.8. Manometer air Gambar 4.9. Skema alat uji penelitian Gambar 5.1. Hubungan antara bilangan Reynold, Re h, dengan perpindahan panas menyeluruh, U... 73

17 Gambar 5.2. Hubungan antara jarak baffle dengan temperatur panas keluar,t ho Gambar 5.3. Hubungan antara jarak baffle dengan perpindahan panas menyeluruh, U Gambar 5.4. Hubungan antara jarak baffle dengan perubahan tekanan, P Gambar 5.5. Hubungan antara perubahan tekanan, P dengan perpindahan panas menyeluruh, U Gambar 5.6. Hubungan antara jarak baffle dengan efektivitas,ε Gambar 5.7. Hubungan antara jarak baffle dengan Koefisien pindahan panas konveksi fluida panas, h h Gambar 5.8. Hubungan antara jarak baffle dengan Koefisien pindahan panas konveksi fluida dingin, h c Gambar 5.9. Grafik distribusi temperatur APK Gambar Grafik Jarak baffle vs Temperatur keluar air, T ho Gambar Grafik Jarak baffle vs Temperatur keluar air laut, T co... 85

18 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Perbandingan dari susunan tube pada alat penukar kalor Tabel 2.2. Koefisien Empiris Tabel 3.1. Perhitungan iterasi temperatur air laut keluar Tabel 3.2. Hasil perhitungan panjang alat penukar kalor Tabel 4.1. Dimensi utama penelitian Tabel 4.2. Analisa data Tabel 5.1. Data pengujian Tabel 5.2. Sifat-sifat air laut Tabel 5.3. Sifat-sifat air Tabel 5.4. Hasil perhitungan koefisiensi perpindahan panas pada sisi tabung Tabel 5.5. Hasil perhitungan koefisiensi perpindahan panas pada sisi cangkang Tabel 5.6. Hasil perhitungan Koefisiensi perpindahan panas menyeluruh dan efektifitas Tabel 5.7. Sifat-sifat air laut Tabel 5.8. Sifat-sifat air Tabel 5.9. Hasil perhitungan teoritis Tabel 6.1. Koefisiensi perpindahan panas menyeluruh, efektifitas, dan perubahan tekanan APK... 86

dokumen-dokumen yang mirip

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul UJI EKSPERIMENTAL OPTIMASI PERPINDAHAN