RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS, SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS, SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Progam Studi Strata 1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh: FARUG ALFAN GHOZALI D PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017

2 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : "Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga Pass SfielI Satu Pass Untuk llein Pengering Empon-Empon". Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univemitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari penelitian atau duplikat dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar sadana di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, 2017 Yang menyatakan Faruq Alfan Ghozali

3 HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir berjudul "Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Noa FinTiga Pass Slrefl Satu Pass Untuk Meein Pengering Emponempon" telah disetujui oleh Pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan didepan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta' DipersiaPkan oleh Nama : FARUGALFANGHOZALI NIM :D Disetujui Pada Hari Tanggal ' CrUr, '. Ot A?ri I E'r7 Pembimbing Sartono Putro, lr., MT'

4 rf, HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir berjudul 'Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga Pass Shel/ Satu Pass Untuk Mesin Pengering Empon mpon" telah dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan Oleh: Nama NIM : FARUG ALFAN GHOZALI : D Disahkan pada Hari Tanggal : Cobtc, '. ot Alti t 3o t7 Dewan Penguji Ketua : Sartono Putro, lr., MT. {*" Anggota 1 : Subroto, lr., MT. Anggota 2 : Sunardi Wiyono, lr, MT. Ketua Jurusan, \,* Tri Wdodo Besar R., ST., MSc., Ph.D.!v

5 MOTTO Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu. (Q.S Al Baqarah:45) Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya pada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap (Q.S. Al Insyiroh:6-8) Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang berilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan allah maha mengetahui apa yang kamu kerjakan (Q.S Al Mujaadilah:11) Sesungguhnya Allah menyukai apabila salah seorang dari kalian berbuat sesuatu, maka ia lakukan dengan sebaik-baiknya (H.R Thabarani) v

6 HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan rasa senang hati karya sederhana ini dapat terselesaikan yang kupersembahkan kepada Kedua orangtua yang selalu memberi nasihat, bimbingan, dorongan dan senantiasa mendoakanku. Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis hanya bisa mengucapkan terima kasih. vi

7 Abstraksi RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS, SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON. Heat Exchanger adalah peralatan yang digunakan untuk melakukan proses pertukaran kalor antara dua fluida, baik cair (panas atau dingin) maupun gas, dimana fluida ini mempunyai temperatur yang berbeda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perpindahan kalor dengan melakukan variasi debit 0,026, 0,028 dan 0,030 /s. Heat exchanger yang digunakan dalam pengujian ini memiliki aliran menyilang. Cara kerja dari heat exchanger ini yaitu fluida dingin berupa udara yang didapat dari blower mengalir masuk kedalam heat exchanger, dalam proses ini fluida dingin akan menerima kalor dari fluida panas yang didapat dari kompor, dan fluida dingin tersebut mengalir masuk kedalam mesin pengering empon-empon. Hasil yang diperoleh pada penelitian ini adalah meningkatnya debit fluida dingin, maka perubahan temperatur, kalor yang diterima fluida dingin, koefisien perpindahan kalor total, koefisien perpindahan kalor fluida dingin, efisiensi dan perubahan massa kunyit mengalami peningkatan. Kata kunci : Alat penukar kalor, Variasi Debit, Koefisien Perpindahan panas vii

8 Abstracts RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN TIGA PASS, SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON. Heat Exchanger is the equipment used to perform the process the exchange of heat between two fluids, liquid (hot or cold) and gas, where the fluid has different temperatures. This study intend to determine the heat transfer with debit variation 0,026, 0,028 and 0,030 s. Heat exchangers are used in this research has a cross flow. The heat exchangers mecanism are cold fluid in form of air obtained from the blower to flow into the heat exchanger, in this process cold fluid will receive heat from hot fluid coming from the stove, and the cold fluid flows into the engine drying machine medicinal. The result of this research show that, if the cold fluid mass flow rate of air are bigger, it is means that temperature different, heat of cold fluid mass flow,,overall heat transfer coefficient,heat transfer coefficient of cold fluid, efficiency and mass different of turmeric rate is bigger. Keywords : Heat Exchanger, Debit Variations, Heat Transfer Coefficient viii

9 I KATA PENGANTAR Assalamualaikum wr.wb Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul "Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga Pass She// Satu Pass Untuk Mesin Pengering Empon-empon", dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada: 'l. lr. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Sartono Putro, lr.mt selaku pembimbing akademik dan tugas akhir yang banyak memberikan ilmu, waktu, dan dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. 4. Doni, Dona dan Saka selaku satu kelompok yang telah membantu menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Teman-teman santri dan mahasiswa teknik mesin angkalan Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas kebaikan kita semua. Surakarta,...April 2017 Penulis,qrL at FARUG ALFAN GHOZALI lx

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv LEMBAR MOTTO... v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi ABSTRAKSI... vii ABSTRACTS... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR RUMUS... xv DAFTAR SIMBOL... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Dasar Teori Teori Kesetimbangan Kalor Perpindahan Kalor x

11 2.2.3 Perpindahan Kalor Gabungan Antara Konveksi dan Konduksi Metode LMTD dan Meode NTU Jenis-jenis Heat Exchanger BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bahan Penelitian Alat-alat Penelitian Rancangan Penelitian Tempat Penelitian Prosedur Penelitian BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN DATA Data Dimensi Alat Penukaran Kalor Data Hasil Pengujian Analisa Pehitungan Pembahasan Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan Temperatur Fluida Dingin Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Kalor Yang Diterima Fluida Dingin Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Total Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Fluida Dingin Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Efisiensi Heat Exchanger Pengaruh Debit Fluida Dingin TerhadapPerubahan Massa Kunyit BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konsep Kesetimbangan Kalor Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Konveksi pada Dinding Datar Gambar 2.3 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar Gambar 2.4 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Silinder Gambar 2.5 Skema Perpindahan Kalor Gabungan Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Gabungan Gambar 2.7 Variasai Perbedaan Temperatur Pada Heat Exchanger Gambar 2.8 Diagram faktor Koreksi (F) untuk single pass cross flow unmixed Gambar 2.9 Diagram Keefektifan Heat Exchanger cross-flow unmixed.22 Gambar 2.10 Bentuk Susunan Tabung Gambar 2.11 Shell and Tube Heat Exchanger Gambar 2.12 Aliran Double Pipe Heat Exchanger Gambar 3.1 Kunyit Gambar 3.2 Tabung Gas LPG Gambar 3.3 Aliran Fluida pada Heat echanger Gambar 3.4 Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga pass shell satu pass.. 29 Gambar 3.5 Mesin Pengering Empon-empon Gambar 3.6 Kompor Gambar 3.7 Blower Gambar 3.8 Thermocouple Gambar 3.9 Anemometer Gambar 3.10 Stopwatch Gambar 3.11 Timbangan Digital xii

13 Gambar 3.12 Timbangan Analog Gambar 3.13 Diagram Alir Perancangan Gambar 3.14 Instalasi pengujian Gambar 4.1 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan Temperatur Fluida dingin ( T c ) Gambar 4.2 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Kalor yang Diterima Fluida Dingin(q c ) Gambar 4.3 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Total(U) Gambar 4.4 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Fluida Dingin(h c ) Gambar 4.5 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Effisiensi ( ) Gambar 4.6 Pengaruh Debit Fluida Dingin Terhadap Perubahan Massa Kunyit ( m kunyit ) xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Heat Exchanger Tabel 4.2 Data yang Didapat dari Tabel Lampiran Tabel 4.3 Hasil Perhitungan xiv

15 DAFTAR RUMUS Rumus 1.1 Perpindahan Kalor... 9 Rumus 1.2 Teori Kesetimbangan Kalor Rumus 1.3 Perpindahan Kalor Konveksi Rumus 1.4 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar Rumus 1.5 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar Rumus 1.6 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Pipa Silinder Rumus 1.7 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Pipa Silinder Rumus 1.8 Perpindahan Kalor Radiasi Rumus 1.9 Hambatan Perpindahan Kalor Rumus 2.0 Koefisien Perpindahan Kalor Total Rumus 2.1 Bilangan Reynold Rumus 2.2 Bilangan Nusselt Rumus 2.3 Bilangan Nusselt Rumus 2.4 Koefisien Perpindahan Kalor Rumus 2.5 Perpindahan Kalor dengan Metode LMTD Rumus 2.6 Perbedaan Tempertur Rata-Rata Logaritma ( ) Rumus 2.7 Temperature P Rumus 2.8 Raiso Temperature R Rumus 2.9 Keefektifan Perpindahan Kalor ( ) Rumus 3.0 Kapasitas kalor Rumus 3.1 Perpindahan Kalor Maksimal Rumus 3.2 Rasio Kapasitas Kalor Rumus 3.3 Number of Transfer Unit xv

16 DAFTAR SIMBOL Simbol q m ṁ Cp ΔT = Perpindahan Kalor (J) atau (W) = massa (kg) = massa fluida (kg/s) = Kalor Jenis Benda (kj/kgk) = Perubahan Suhu (K) K = Konduktivitas Thermal (W/m 2 K) A = Luas Permukaan (m 3 ) R wall = Hambatan pada dinding h = Koefisien perpindahan kalor (W/m 2 K) U = Koefisien Perpindahan Kalor Total (W/m 2 K) Re = Bilangan Reynold = Viskositas absolut fluida (kg/m.s) v Nu F T LMTD P R = Viskositas kinematik fluida = Bilangan Nuselt = Faktor koreksi = Perbedaan temperatur rata-rata logaritma (K) = Rasio temperatur P = Rasio temperatur R = Keefektifan perpindahan kalor q max C = Perpindahan kalor maksimal (W) = Kapasitas Kalor (W/K) xvi

17 NTU = Number of Transfer Unit A unfin = Luasan kontak tanpa sirip (m 2 ) A fin = Luasan Kontak pada sirip (m 2 ) q tot = Perpindhan Kalor total (W) = Efisiensi Heat Exchanger Subskrip c h = Cold = Hot xvii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Desain Heat Exchanger 3D Lampiran 2 Desain Heat Exchanger 2D Lampiran 3 Desain Shell Lampiran 4 Desain Smoke Box Lampiran 5 Desain Smoke Box Lampiran 6 Desain Tube Lampiran 7 Shell Plate Lampiran 8 Tabel Properti Udara Lampiran 9 Tabel Properti CO 2 Lampiran 10 Tabel HHV Lampiran 11 Diagram NTU Lampiran 12 Hasil Pengeringan dan Set-Up Pengujian Lampiran 13 Bagian-bagian Heat exchanger xviii