Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and-Tube Heat Exchanger

dokumen-dokumen yang mirip
Pengaruh Tebal Isolasi Termal Terhadap Efektivitas Plate Heat Exchanger

Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell-and-Tube Heat Exchanger

Efektivitas alat penukar panas jenis shell and tube terhadap laju alir fluida panas

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) B-91

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ANALISIS PENGARUH KECEPATAN FLUIDA PANAS ALIRAN SEARAH TERHADAP KARAKTERISTIK HEAT EXCHANGER SHELL AND TUBE. Nicolas Titahelu * ABSTRACT

I. PENDAHULUAN. Mesin pengering merupakan salah satu unit yang dimiliki oleh Pabrik Kopi

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

LAPORAN KERJA PRAKTEK 1 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

ANALISA KINERJA ALAT PENUKAR KALOR JENIS PIPA GANDA

Perbandingan Konfigurasi Pipa Paralel dan Unjuk Kerja Kolektor Surya Plat Datar

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

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

ANALISIS KINERJA COOLANT PADA RADIATOR

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Tujuan Pengujian

ANALISIS EFEKTIFITAS ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE DENGAN MEDIUM AIR SEBAGAI FLUIDA PANAS DAN METHANOL SEBAGAI FLUIDA DINGIN

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN HEAT EXCHANGER CROSS FLOW MIXED, TUBE NON FINNED FOUR PASS,UNTUK MENGERINGKAN EMPON-EMPON DENGAN VARIASI MASS FLOW RATE

Re-design dan Modifikasi Generator Cooler Heat Exchanger PLTP Kamojang Untuk Meningkatkan Performasi.

BAB I PENDAHULUAN I.1.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI

Pengaruh Jarak Kaca Ke Plat Terhadap Panas Yang Diterima Suatu Kolektor Surya Plat Datar

PENERAPAN PERANGKAT LUNAK KOMPUTER UNTUK PENENTUAN KINERJA PENUKAR KALOR

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

Optimasi Kinerja Heat Exchanger Tabung Kosentris

LAPORAN TUGAS AKHIR MODIFIKASI KONDENSOR SISTEM DISTILASI ETANOL DENGAN MENAMBAHKAN SISTEM SIRKULASI AIR PENDINGIN

I. PENDAHULUAN II. LANDASAN TEORI

OPTIMASI SHELL AND TUBE KONDENSOR DAN PEMANFAATAN ENERGI PANAS TERBUANG PADA AC UNTUK PEMANAS AIR

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI

Karakteristik Perpindahan Panas dan Pressure Drop pada Alat Penukar Kalor tipe Pipa Ganda dengan aliran searah

Sujawi Sholeh Sadiawan, Nova Risdiyanto Ismail, Agus suyatno, (2013), PROTON, Vol. 5 No 1 / Hal 44-48

BAB III METODE PENELITIAN

PENGARUH DEBIT ALIRAN AIR TERHADAP PROSES PENDINGINAN PADA MINI CHILLER

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pasteurisasi 2.2 Sistem Pasteurisasi HTST dan Pemanfaatan Panas Kondensor

ANALISIS KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE SATU LALUAN CANGKANG DUA LALUAN TABUNG SEBAGAI PENDINGINAN OLI DENGAN FLUIDA PENDINGIN AIR

31 4. Menghitung perkiraan perpindahan panas, U f : a) Koefisien konveksi di dalam tube, hi b) Koefisien konveksi di sisi shell, ho c) Koefisien perpi

BAB II DASAR TEORI. ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat-tempat

BAB IV PEMILIHAN SISTEM PEMANASAN AIR

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-198

EFEKTIVITAS PENUKAR KALOR TIPE WL 110 MODEL CONSENTRIS TUBE MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Ditulis Guna Melengkapi Sebagian Syarat Untuk Mencapai Jenjang Sarjana Strata Satu (S1) Jakarta 2015

STUDI EKSPERIMENTAL UNJUK KERJA RADIATOR PADA SUMBER ENERGI PANAS PADA RANCANG BANGUN SIMULASI ALAT PENGERING

PENINGKATAN UNJUK KERJA KETEL TRADISIONAL MELALUI HEAT EXCHANGER

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

METODOLOGI PENELITIAN. Waktu dan Tempat Penelitian. Alat dan Bahan Penelitian. Prosedur Penelitian

Analisa pengaruh variasi laju aliran udara terhadap efektivitas heat exchanger memanfaatkan energi panas LPG

ANALISA HEAT EXCHANGER JENIS SHEEL AND TUBE DENGAN SISTEM SINGLE PASS

ANALISIS KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TABUNG SEPUSAT ALIRAN BERLAWANAN DENGAN VARIASI PADA FLUIDA PANAS (AIR) DAN FLUIDA DINGIN (METANOL)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENGARUH PERUBAHAN KECEPATAN ALIRAN PADA HEAT EXCHANGER JENIS SHELL AND TUBE TERHADAP KOEFISEN OVERALL HEAT TRANSFER

ANALISIS PERPINDAHAN PANAS PADA GAS TURBINE CLOSED COOLING WATER HEAT EXCHANGER DI SEKTOR PEMBANGKITAN PLTGU CILEGON

Pengaruh Temperatur Air Pendingin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Diesel Stasioner di Sebuah Huller

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 3, (2013) ISSN: ( Print) B-409

BAB I PENDAHULUAN. kebutuhan utama dalam sektor industri, energi, transportasi, serta dibidang

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KECEPATAN UDARA (V) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA PELAT DATAR. Rikhardus Ufie * Abstract

Gambar 11 Sistem kalibrasi dengan satu sensor.

PENGARUH VARIASI DEBIT ALIRAN FLUIDA DINGIN TERHADAP EFEKTIVITAS PENUKAR KALOR WL 110 TIPE CONCENTRIC TUBE DENGAN METODE NTU

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

DESAIN DAN ANALISIS ALAT PENUKAR KALOR TIPE BES

BAB II LANDASAN TEORI

ANALISA PERPINDAHAN KALOR PADA KONDENSOR PT. KRAKATAU DAYA LISTRIK

Analisis Koesien Perpindahan Panas Konveksi dan Distribusi Temperatur Aliran Fluida pada Heat Exchanger Counterow Menggunakan Solidworks

ANALISA DISAIN RANCANGAN SEBUAH ALAT PENUKAR KALOR JENIS SHELL AND TUBE SKALA LABORATORIUM

Modifikasi Ruang Panggang Oven

BAB II LANDASAN TEORI

DAN PENGUJIAN HEAT EXCHANGER CROSS FLOW UNMIXED, NON FINNED TUBE FOUR PASS,

PENGARUH BAHAN INSULASI TERHADAP PERPINDAHAN KALOR PADA TANGKI PENYIMPANAN AIR UNTUK SISTEM PEMANAS AIR BERBASIS SURYA

KAJIAN EXPERIMENTAL KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI DENGAN NANOFLUIDA Al2SO4 PADA HEAT EXCHANGER TIPE COUNTER FLOW

ANALISIS VARIASI MEDIA PENDINGINAN PADA RADIATOR TERHADAP KINERJA LAJU PEMBUANGAN PANAS DENGAN KONVEKSI PAKSA

SIMULASI EFEKTIFITAS ALAT KALOR TABUNG SEPUSAT DENGAN VARIASI KAPASITAS ALIRAN FLUIDA PANAS, FLUIDA DINGIN DAN SUHU MASUKAN FLUIDA PANAS DENGAN ALIRAN

TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH KECEPATAN ALIRAN FLUIDA TERHADAP EFEKTIFITAS PERPINDAHAN PANAS PADA HEAT EXCHANGER JENIS SHELL AND TUBE

Gambar 2.1 Sebuah modul termoelektrik yang dialiri arus DC. ( (2016). www. ferotec.com/technology/thermoelectric)

VERIFIKASI ULANG ALAT PENUKAR KALOR KAPASITAS 1 kw DENGAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

Analisa Teoritis Berat Jenis dan Panas Spesifik Gas Pembakaran Pada Ketel Uap Mini Model Horizontal Di Tinjau Dari Susunan Pipa (Tubes)

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5 No. 2 (2016) ISSN: ( Print) B-659

ANALISIS PENGARUH EFEKTIVITAS PERPINDAHAN PANAS DAN TAHANAN TERMAL TERHADAP RANCANGAN TERMAL ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE

UNIVERSITAS DIPONEGORO TUGAS SARJANA. Disusun oleh:

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN HEAT EXCHANGER CROSS FLOW UNMIXED, FINNED TUBE FOUR PASS, UNTUK MENGERINGKAN EMPON-EMPON DENGAN VARIASI MASS FLOW RATE

RANCANG BANGUN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE SATU LALUAN CANGKANG EMPAT LALUAN TABUNG

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI PITCH COILED TUBE TERHADAP NILAI HEAT TRANSFER DAN PRESSURE DROP PADA HELICAL HEAT EXCHANGER ALIRAN SATU FASA

SIDANG HASIL TUGAS AKHIR

Panas berpindah dari objek yang bersuhu lebih tinggi ke objek lain yang bersuhu lebih rendah Driving force perbedaan suhu Laju perpindahan = Driving

BAB I PENDAHULUAN. pendinginan untuk mendinginkan mesin-mesin pada sistem. Proses pendinginan

IV. PENDEKATAN RANCANGAN

Pemanfaatan Energi Gas Buang Motor Diesel Stasioner untuk Pemanas Air

BAB IV PENGOLAHAN DATA

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

III.METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilakukan di Pabrik Kopi Tulen Lampung Barat untuk

Studi Eksperimental Efektivitas Penambahan Annular Fins pada Kolektor Surya Pemanas Air dengan Satu dan Dua Kaca Penutup

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN HEAT EXCHANGER CROSS FLOW UNMIXED, FINNED TUBE FOUR PASS, UNTUK MENGERINGKAN EMPON-EMPON DENGAN VARIASI MASS FLOW RATE

PENDINGIN TERMOELEKTRIK

Transkripsi:

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 2, Oktober 2: 86 9 Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Shell-and-Tube Heat Exchanger Ekadewi Anggraini Handoyo Dosen Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra Abstrak Sebagai alat untuk penukaran panas dari fluida dengan temperatur tinggi ke fluida dengan temperatur rendah, suatu heat exchanger diharapkan mempunyai efektivitas yang tinggi. Secara teoritis kenaikan kecepatan aliran akan menaikkan efektivitas. Namun, hal ini membuat waktu kontak menjadi singkat. Dari fenomena ini, ingin diteliti bagaimana pengaruh kecepatan terhadap efektivitas suatu Shell-and-Tube Heat Exchanger dengan udara sebagai fluida kerja. Dari hasil penelitian didapat bahwa efektivitas naik seiring dengan kenaikan kecepatan hingga suatu harga tertentu dan kemudian akan turun. Shell-and-Tube Heat Exchanger lebih tinggi jika udara panas mengalir dengan kecepatan tinggi (di sisi tube dan udara dingin mengalir dengan kecepatan rendah (di sisi shell. Kata kunci: efektivitas, shell-and-tube heat exchanger. Abstract As a device to exchange heat from hot fluid to colder fluid, a heat exchanger is supposed to have high effectiveness. Theoretically, the increase of fluid rate would increase the effectiveness. Yet, it makes the contact time among the fluids become shorter. Based on this phenomenon, a research is carried on to find out how the fluid rate affects the effectiveness of a Shell-and-Tube Heat Exchanger. The working fluid used is air. It is found out that the effectiveness would up to a certain value if the fluid rate increases and then it would decrease. The effectiveness of a Shell-and-Tube Heat Exchanger would be higher if the hot air flows faster (in the tube side and the cold air flows slower (in the shell side. Keywords: effectiveness, shell-and-tube heat exchanger. 1. Pendahuluan Heat Exchanger merupakan peralatan yang digunakan untuk perpindahan panas antara dua atau lebih fluida. Banyak jenis heat exchanger yang dibuat dan digunakan dalam pusat pembangkit tenaga, unit pendingin, unit pengkondisi udara, proses di industri, sistem turbin gas, dll. Dalam heat exchanger tidak terjadi pencampuran seperti halnya dalam suatu mixing chamber. Dalam radiator mobil misalnya, panas berpindah dari air yang panas yang mengalir dalam pipa radiator ke udara yang mengalir dengan bantuan fan. Menurut Cengel (1997, hampir pada semua heat exchanger, perpindahan panas didominasi oleh konveksi dan konduksi Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1 Februari 21. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan pada Jurnal Teknik Mesin Volume 3 Nomor 1 April 21. dari fluida panas ke fluida dingin, dimana keduanya dipisahkan oleh dinding. Perpindahan panas secara konveksi sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri heat exchanger dan tiga bilangan tak berdimensi, yaitu bilangan Reynold, bilangan Nusselt dan bilangan Prandtl fluida. Besar konveksi yang terjadi dalam suatu double-pipe heat exchanger akan berbeda dengan cross-flow heat exchanger atau shell-and-tube heat exchanger atau compact heat exchanger atau plate heat exchanger untuk beda temperatur yang sama. Sedang besar ketiga bilangan tak berdimensi tersebut tergantung pada kecepatan aliran serta properti fluida yang meliputi massa jenis, viskositas absolut, panas jenis dan konduktivitas panas. Besar kecepatan aliran menentukan jenis aliran, yaitu aliran laminer atau turbulen. Turbulensi yang terjadi dalam aliran akibat tingginya kecepatan aliran dapat memperbesar bilangan Reynold dan bilangan Nusselt yang 86

Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Shell-and-Tube Heat Exchanger (Ekadewi Anggraini Handoyo kemudian meningkatkan perpindahan panas secara konveksi. Namun, semakin tinggi kecepatan aliran berarti waktu kontak kedua fluida semakin singkat. Berangkat dari kondisi ini, disusun hipotesa bahwa kenaikan kecepatan aliran akan meningkatkan efektivitas suatu heat exchanger hingga pada suatu harga tertentu, dan kemudian efektivitas tidak naik lagi melainkan turun. Pada penelitian ini akan dilihat bagaimana pengaruh kenaikan kecepatan aliran terhadap efektivitas heat exchanger. 2. Teori Dasar Menurut Incropera dan Dewitt (1981, efektivitas suatu heat exchanger didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata dengan perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. perpindaha n panas yang diharapkan å = perpindaha n panas maksimum yang mungkin Perpindahan panas yang diharapkan dalam penelitian ini adalah perpindahan panas yang diterima udara dingin: Q udara dingin = (m.cp udara dingin (Tc,o Tc,i (1 Sedang perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger ditentukan sebagai berikut: - Jika (m.cp udara dingin > (m.cp udara panas, maka Q max = (m.cp udara panas (Th,i Tc,i (2 - Jika (m.cp udara dingin <(m.cp udara panas, maka Q max = (m.cp udara dingin (Th,i Tc,i (3 Perpindahan panas maksimum mungkin terjadi bila salah satu fluida mengalami perbedaan suhu sebesar beda suhu maksimum yang terdapat dalam heat exchanger tersebut, yaitu selisih antara suhu masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami perbedaan suhu maksimum ini ialah fluida yang mempunyai nilai kapasitas panas (m.cp minimum. Dengan demikian efektivitas heat exchanger dalam penelitian ini adalah: å (m.c p (m.c udara dingin p min (T (T h,i c,o T T = (4 Pada penelitian ini, laju aliran massa udara panas dibuat sama dengan laju aliran massa udara dingin. Hal ini dilakukan untuk c,i c,i menghilangkan pengaruh laju aliran massa dalam perpindahan panas antara udara panas dan udara dingin, mengingat panas jenis (cp udara panas hampir sama dengan panas jenis udara dingin. Dengan membuat laju aliran massa keduanya sama, kenaikan atau penurunan suhu benar-benar disebabkan perpindahan panas di antaranya. Laju aliran massa dapat ditentukan dengan mengetahui kecepatan dan kerapatan fluida serta luas penampang aliran, yaitu: m o = ñva (5 Jika udara dingin diharapkan mengalir dengan kecepatan 5 m/det dalam tiap tube, maka laju aliran massa udara dingin =,2 kg/s. Agar laju aliran massa keduanya sama, udara panas harus masuk shell dengan kecepatan:,7 m/det. 3. Alat Percobaan Heat Exchanger yang diuji: Heat Exchanger yang diuji adalah tipe shelland-tube dengan konstruksi seperti pada Gambar 1. Heat exchanger ini dirancang dengan batasan: - One pass shell dan one pass tube (ada 7 tube - Spesifikasi tube: Jumlah 7 tube, dengan jarak pitch 17,5 mm. Bahan tembaga dengan diameter dalam 8,1 mm, diameter luar 9,5 mm. Spesifikasi shell: Bahan besi dengan diameter dalam 7 mm, diameter luar 75 mm. Spesifikasi isolator panas: Bahan glasswool dengan tebal 2,5 cm. - Temperatur udara panas masuk, Th,i= 165 o C - Temperatur udara dingin masuk, Tc,i = 27 o C - Kondisi udara sekitar: temperatur, T = 27 o C - Udara dingin diasumsikan keluar pada temperatur, Tc,o = 6 o C - Dari perhitungan yang dilakukan oleh Ariyanto (2, panjang heat exchanger adalah 1 m. Peralatan lain: - 2 buah blower model D12F-24PLMCIX (Nippon Denso Corporation, masing-masing untuk mengalirkan udara dingin dan udara panas. - 1 buah elemen pemanas 667 Watt (A.C untuk menghasilkan udara panas 165 o C. 87

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 2, Oktober 2: 86 9-4 buah DC Regulator Power Supply 3V untuk mengatur tegangan input ke blower sehingga kecepatan aliran udara masuk heat exchanger dapat dijaga konstan. - 1 buah AC Regulator 1 Watt untuk mengatur tegangan input ke elemen pemanas sehingga temperatur udara panas masuk heat exchanger dapat dijaga konstan. - 2 buah thermocouple untuk mengukur temperatur udara dingin dan udara panas saat keluar dari heat exchanger. - 1 buah velometer tipe ALNOR untuk mengukur kecepatan aliran udara panas dan udara dingin. - Setelah temperatur udara panas mencapai harga yang ditentukan yaitu 165 o C, blower dihubungkan dengan heat exchanger pada sisi shell seperti tampak pada Gambar 1. - Mengatur DC regulator pada tegangan tertentu dan dihubungkan dengan blower untuk menghasilkan udara dengan suhu 27 o C yang mengalir dengan kecepatan tertentu. - Mengatur peralatan seperti pada Gambar 1. - Memasang thermocouple pada ujung keluaran udara panas (sisi shell dan udara digin (sisi tube pada heat exchanger. - Menunggu sampai temperatur udara panas dan udara dingin keluar dari heat exchanger pada harga konstan. - Mencatat temperatur keluar udara panas dan udara dingin. - Mematikan elemen pemanas dan mengeluarkannya dari heat exchanger. - Menunggu heat exchanger menjadi dingin dan kembali ke kondisi semula - Mengulangi percobaan untuk kecepatan yang berbeda. Percobaan dilakukan 2 kali masing-masing untuk kondisi: - udara panas mengalir di sisi shell dan udara dingin di sisi tube. - udara panas mengair di sisi tube dan udara dingin di sisi shell. 5. Hasil Percobaan dan Analisa A. Udara panas mengalir di sisi shell dan udara dingin di sisi tube. Dengan mengatur temperatur masukan udara dingin 27 o C dan udara panas 165 o C didapat hasil percobaan seperti pada Tabel 1. Gambar 1. Konstruksi Shell-and-Tube Heat Exchanger 4. Prosedur Percobaan - Mengatur DC regulator pada tegangan tertentu, kemudian dihubungkan ke blower yang dihubungkan dengan elemen pemanas, sehingga blower menghasilkan udara dengan kecepatan tertentu. - Mengatur AC regulator pada tegangan tertentu sehingga udara panas keluar elemen pemanas pada temperatur 165 o C. - Mengukur temperatur udara yang keluar dari elemen pemanas dengan thermocouple. Tabel 1. Hasil Percobaan dimana Udara Panas Mengalir di sisi Shell. Percobaan V ke No. tube V shell T c,o ( o C T h,o ( o C I 1 5,74 83,7 63,6 2 8 1,18 85,5 67,5 3 1 1,47 17,2 93,1 4 13 1,92 97,8 92,8 5 15 2,21 94,3 89,6 II 1 5,74 84,4 64,2 2 8 1,18 86,4 68,9 3 1 1,47 18,4 93, 4 13 1,92 98,1 91,7 5 15 2,21 93,2 9,4 Dengan menggunakan persamaan (4 untuk mencari efektivitas dan persamaan (5 untuk 88

Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Shell-and-Tube Heat Exchanger (Ekadewi Anggraini Handoyo mencari laju aliran massa udara, didapat hasil seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Perhitungan Rata-Rata dimana Udara Panas Mengalir di sisi Shell. m (kg/s V tube V shell T c,o ( o C T h,o ( o C e,2 5,74 84,5 63,9,4125,31 8 1,18 85,95 68,2,4271,39 1 1,47 17,8 93,5,5885,51 13 1,92 97,95 92,25,5134,59 15 2,21 93,75 9,,487 B. Udara dingin mengalir di sisi shell dan udara panas di sisi tube. Dengan mengatur temperatur masukan udara dingin 27 o C dan udara panas 165 o C didapat hasil percobaan seperti pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Percobaan dimana Udara Panas Mengalir di sisi Tube. Percobaan No. V tube V shell ke T c,o ( o C T h,o ( o C I 1 5,74 69,5 46,8 2 8 1,18 74,6 67, 3 1 1,47 76,1 74,4 4 13 1,92 8, 78,1 5 15 2,21 97,3 97,6 II 1 5,74 7,6 47,2 2 8 1,18 73,1 67, 3 1 1,47 76,8 73,5 4 13 1,92 8, 77,2 5 15 2,21 96,4 97,3 Sedang hasil perhitungan rata-rata dapat dilihat pada tabel 4. Tabel 4. Hasil Perhitungan Rata-Rata dimana Udara Panas Mengalir di sisi Tube. m (kg/s V tube V shell T c,o ( o C T h,o ( o C e,2 5,74 7,5 47,,513,31 8 1,18 73,85 67,,561,39 1 1,47 76,45 73,95,5986,51 13 1,92 8, 77,65,6486,59 15 2,21 96,85 97,45,72 Dari hasil percobaan dan perhitungan di atas, dapat dibuat analisa sebagai berikut: dan Temperatur Keluar Sebagai Fungsi Kecepatan Mengingat udara panas dan udara dingin direncanakan mengalir dengan laju aliran massa yang sama, maka dengan menaikkan kecepatan udara yang mengalir dalam tube berarti menaikkan pula kecepatan udara dalam shell. Temperatur (C Temperatur (C 12 1 8 6 4 2 12 1 8 6 4 2 5 8 1 13 15 Kecepatan udara di tube (m/s (a 5 8 1 13 15 Kecepatan udara di tube (m/s (b 1.9.8.7.5.4.3 1.9.8.7.5.4.3 Tc,o (C Th,o (C Tc,o (C Th,o (C Gambar 2. Grafik dan Temperatur Keluar Sebagai Fungsi Kecepatan Udara di Tube: (a saat udara panas mengalir dalam shell, udara dingin mengalir dalam tube. (b saat udara dingin mengalir dalam shell, udara panas mengalir dalam tube Dari Gambar 2(a di atas, terlihat bahwa temperatur keluar udara panas dan udara dingin maupun efektivitas heat exchanger naik dengan kenaikan kecepatan aliran udara di tube dan di shell. Namun, kenaikan ini tidak berlangsung terus, setelah mencapai harga maksimum, efektivitas dan temperatur keduanya turun. Hal ini menunjukkan bahwa besar perpindahan panas dari udara panas ke udara dingin juga dipengaruhi oleh waktu kontak antara keduanya selain dipengaruhi oleh turbulensi aliran. Semakin tinggi kecepatan berarti turbulensi aliran meningkat tetapi waktu kontak berkurang. Hal yang sama terjadi saat udara dingin yang mengalir dalam shell dan udara panas dalam tube, seperti pada Gambar 2(b. Namun, karena keterbatasan peralatan yang ada, dalam penelitian ini belum didapat harga maksimum efektivitas maupun temperatur keluar udara panas dan dingin. 89

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 2, Oktober 2: 86 9 Heat Exchanger Sebagai Fungsi Kecepatan Ada dua kondisi percobaan yang dilakukan dalam penelitian ini. Yang pertama, udara panas mengalir dengan kecepatan lebih rendah dibanding udara dingin. Untuk ini berarti udara panas harus mengalir di sisi shell dan udara dingin di sisi tube. Yang kedua merupakan kebalikan dari kondisi pertama, yaitu udara panas mengalir dengan kecepatan lebih tinggi (di sisi tube dan udara dingin mengalir dengan kecepatan rendah (di sisi shell. Hasil dari percobaan dapat dilihat pada Gambar 3..8.7.5.4.3.2.1 5 1 15 2 Kecepatan udara di tube (m/s Udara panas di shell Udara panas di Gambar 3. Grafik Fungsi Kecepatan Udara di Tube. Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa efektivitas heat exchanger tipe shell-and-tube lebih tinggi saat udara panas mengalir di sisi tube (kecepatan aliran tinggi dan udara dingin mengalir di sisi shell (kecepatan aliran rendah. Hal ini bersesuaian dengan hasil penelitian Edymin (1999 dan Pudjisusamar (1999. Edymin (1999 meneliti pengaruh kecepatan aliran fuida terhadap efektivitas suatu plate heat exchanger yang dibuat dalam skala kecil. Sedang Pudjisusamar (1999 meneliti pengaruh kecepatan aliran fluida terhadap efektivitas suatu double-pipe heat exchanger. Dari keduanya didapat hasil yang sama, yaitu temperatur keluar udara dingin lebih tinggi jika udara panas mengalir dengan kecepatan tinggi dan udara dingin mengalir lebih lambat. Sunden dan Faghri (1998 mengatakan bahwa untuk suatu gas to liquid heat exchanger, luasan untuk gas harus lebih besar dari yang untuk cairan karena koefisien perpindahan panas konveksi gas lebih kecil dari yang cairan. Kemungkinan hal serupa dapat menjadi alasan kenapa efektivitas lebih tinggi saat udara panas mengalir di sisi tube dan udara dingin mengalir di sisi shell. Gas memiliki kerapatan lebih rendah dibanding cairan. Demikian pula udara panas memiliki kerapatan lebih rendah dibanding udara dingin. Karena kerapatan udara panas lebih rendah maka agar koefisien perpindahan panas konveksinya tinggi, sementara luasan tidak diperbesar, udara panas harus mengalir dengan kecepatan tinggi (di sisi tube. Untuk kondisi udara panas mengalir di tube dan udara dingin mengalir di shell, dalam penelitian ini belum didapat harga maksimum efektivitas heat exchanger. Hal ini disebabkan karena keterbatasan peralatan. 6. Kesimpulan - shell-and-tube heat exchanger meningkat jika fluida, baik di sisi shell maupun di sisi tube, mengalir dengan kecepatan lebih tinggi hingga suatu harga maksimum dan kemudian akan menurun meskipun kecepatan fluida meningkat terus. - shell-and-tube heat exchanger lebih tinggi jika udara panas mengalir di tube dan udara dingin mengalir di shell. Daftar Pustaka 1. Ariyanto, H., Pengaruh Kecepatan Aliran Fluida Masuk Terhadap Heat Exchanger Model Shell And Tube, Tugas Akhir no..54.41, Jurusan Teknik Mesin UK Petra, 2. 2. Edymin, Pengaruh Kecepatan Aliran Fluida Masuk Terhadap Heat Exchanger Plat Paralel, Tugas Akhir no. 99.54.352, Jurusan Teknik Mesin UK Petra, 1999. 3. Pudjisusamar, A., Pengaruh Perbandingan Kecepatan Masuk Fluida Panas dan Dingin Terhadap Heat Exchanger Tabung Konsentris Aliran Paralel, Tugas Akhir no. 99.54.363, Jurusan Teknik Mesin UK Petra, 1999. 4. Sunden, B. and M. Faghri, Computer Simulations in Compact Heat Exchangers, United Kingdom: Computational Mechanics Publications, 1998. 5. Cengel, Y. A., Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer, New York: McGraw Hill, 1997. 6. Incropera, F.P. and D.P. DeWitt, Fundamentals of Heat Transfer, New York: John Wiley & Sons, 1981. 9