KAJIAN EXPERIMENTAL KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI DENGAN NANOFLUIDA Al2SO4 PADA HEAT EXCHANGER TIPE COUNTER FLOW Disusun Oleh : Nama : David Erikson N P M : 20408919 Jurusan : Teknik Mesin Pembimbing : 1. Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT. 2. Prof. Dr.Eng, Ir. Yanuar, Msc., M.Eng.
Latar Belakang Heat Exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari fluida yang bertemperatur lebih tinggi menuju temperatur lebih rendah. Salah satu tipe alat penukar kalor yaitu double pipe atau koaksial. Double pipe banyak digunakan karena konstruksinya yang sederhana. Pada alat penukar kalor ini fluida kerja yang digunakan adalah air panas yang ada dipipa dalam dan air pendingin pada pipa anulus. Pada aliran didalam alat penukar kalor bilangan Re akan diketahui untuk menghitung nilai Nusselt number. Koefisien perpindahan panas (h) akan diketahui pada aliran pipa dalam dan anulus dan total koefisien perpindahan panas.
Tujuan Penelitian Membuat dan merancang sebuah alat konduktifitas panas berupa heat exchanger, serta dapat dapat memahami cara kerjanya Menganalisa nilai koefisien perpindahan panas konveksi dengan suatu rumus perhitungan dan pengambilan data sehingga dapat mengetahui performa pendinginan air panas dengan media pendingin nanofluida Al 2 SO 4 ( alumunium sulfat ). Mengetahui pengaruh konsentrasi nanofluida Al 2 SO 4 1%, 3%, dan 5% terhadap nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada heat exchanger tipe counter flow.
Gambar rancangan alat penukar kalor
Alat penukar kalor
Peralatan pendukung Heat exchanger tipe koaksial 2 Pompa sentrifugal 2 tangki air Valve Pipa penyalur Pressure tap
Instrumen ukur Termometer alkohol Gelas ukur Stopwatch Timbangan digital
Heat exchanger tipe counter flow
Rumus-rumus yang digunakan untuk mendapatkan koefisien perpindahan panas 1. 2. 3. 4.
Diagram alir pengambilan data Persiapan pengujian Proses pengujian DATA PENGUJIAN: Temperatur (T) Ketinggian (h) Massa (m) Volume (V) Waktu (t) C A B
C A Proses pengolahan B PENGOLAHAN DATA: Laju Aliran Massa Debit (Q) Velocity (v) Perbedaan Temperatur (ΔT) analisis Tidak C Ya A
C A HASIL PENGOLAHAN: Energi (W) Bilangan Reynodl Nusselt Number Koefisien Konveksi Tidak analisis Ya Kesimpulan selesai
Grafik hubungan hi-thi hi (Wm2K) 9000 8000 7000 6000 air murni AL2SO4 1% AL2SO4 3% AL2SO4 5% 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Th in hi : koefisien konveksi pada aliran air panas T : temperatur air panas
Kesimpulan Grafik h-thi Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.13) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan temperatur. Akan tetapi kenaikan nilai koefisien konveksi juga dipengaruhi oleh temperatur perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran.pada percobaan yang dilakukan denganair pendingin nanofluidaal 2 SO 4 1% menunjukan kenaikan nilaikoefisien konveksi sebesar 74,52%, kemudian pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 3% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 79,41%, dan padaair pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 83,11%.
h o (W.m 2.K) Grafik hubungan ho-tci 1600 1400 1200 1000 air murni Al2SO4 1% Al2SO4 3% Al2SO4 5% 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 ho : koefisien konveksi pada aliran air pendingin T : temperatur air pendingin T ci
Kesimpulan Grafik ho-tho Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.17) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan temperatur. Akan tetapi kenaikan nilai koefisien konveksi juga dipengaruhi oleh temperatur perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran.pada percobaan yang dilakukan dengan air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 1% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 94,54%, kemudian padaair pendingin nanofluida Al 2 SO 4 3% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 113,49%, dan pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 103,34%
Nu Grafik hubungan Nu-Thi 300 250 air murni Al2SO4 1% Al2SO4 3% Al2SO4 5% 200 150 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas T : temperatur air panas Th in o C
Kesimpulan Grafik Nu-Thi Berdasarkan grafik hubungan bilangan nusselt dan temperatur pada gambar (4.5) di atas, dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur pada air panas akan mengakibatkan kenaikan bilangan nusselt, karena bilangan nusselt merupakan ukuran perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran. Pada air panas dengan air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 1% mengalami kenaikan bilangan nusselt dan koefisien konveksi sebesar 75,15% dan 74,52%, kemudian padaair panas dengan air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 3% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 79,08% dan 79,41, padaair panas dengan air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 83,67% dan 83,11%
Nu Grafik hubungan Nu-Tci 140 air murni 120 Al2SO4 1% Al2SO4 3% 100 Al2SO4 5% 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 o C Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas T : temperatur air panas TC in
Kesimpulan Grafik Nu-Tho Pada gambar (4.8), berdasarkan grafik hubungan bilangan nusselt dan temperatur, dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 juga mengakibatkan kenaikan bilangan nusselt, walaupun tidak sebesar kenaikan bilangan nusselt pada air panas. Bilangan nusselt merupakan ukuran perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan yang dipengaruhi dengan temperatur aliran. Pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 1% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 93,20% dan 94,54%, kemudian pada air pendingin nanofluidaal 2 SO 4 3% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 107,32% dan 113,49%, dan padaair pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 102,46% dan 103,34%
h i (Wm2K) Grafik hubungan Re-Thi 9000 air murni 8000 7000 6000 Al2SO4 1% Al2SO4 3% Al2SO4 5% 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 o C Re-T hi Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas T : temperatur air panas
Kesimpulan Grafik Re-Thi Berdasarkan grafik hubungan koefisien konveksi dan bilangan reynold pada gambar (4.21) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan nilai bilangan reynold.pada percobaan yang dilakukan pada air panas denganair pendingin nanofluida Al 2 SO 4 1% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 74,52% dan 128,4%, kemudian air panas denganair pendingin nanofluida Al 2 SO 4 3% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 79,41 dan 136,22%, lalu air panas dengan air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 83,11%dan 144,60%.
ho(w.m2.k) Grafik hubungan Re-Tho 25000 air murni Al2SO4 1% Al2SO4 3% 20000 Al2SO4 5% 15000 10000 5000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 o C Re- ho Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas T : temperatur air panas
Kesimpulan Grafik Re-Tho Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.25) menunjukkan juga adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan bilangan reynold. Namun kenaikannya tidak sebesar pada air panas. Pada percobaan yang dilakukan pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 1% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 94,54% dan 136,94%, kemudian pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 3% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 113,49% dan 161,27%, dan pada air pendingin nanofluida Al 2 SO 4 5% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold sebesar 103,34% dan 146,69%.
Kesimpulan Dari hasil penelitian Heat Exchanger tipe counter flow ( perpindahan panas ), didapatkan: Nilai koefisien perpindahan panas konveksi dipengaruhi oleh perubahan temperatur dan debit aliran