Water to water heat exchanger

8/18/2019 Water to water heat exchanger

1/22

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH

BAB III


3.1 Dasar Teori

3.1.1 Mekanisme Perpindahan Panas

Energi panas dapat ditransfer dari satu sistem ke sistem yang lain, sebagai hasil

dari perbedaan temperatur. Sedangkan analisis termodinamika hanya mengangkat hasil

dari perpindahan panas sebagai sistem yang mengalami proses dari satu keadaan

setimbang yang lain. Jadi ilmu yang berhubungan dengan penentuan tingkat

perpindahan energi adalah perindahan panas. Adapun transfer energi panas selalu terjadi

dari medium suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah, dan perpindahan panas

berhenti ketika dua medium mencapai suhu yang sama.

Proses perpindahan panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu kondusi,

konveksi dan radiasi. Semua cara dari perpindahan panas memerlukan adanya

perbedaan suhu, dan semua cara berasal dari medium suhu yang lebih tinggi ke suhu

yang lebih rendah. Di baah ini kita memberikan gambaran singkat dari setiap cara.

3.1.2 Konduksi

3.1.2.1 Konduksi

!onduksi adalah perpindahan energi dari partikel yang lebih energik dari suatu

"at dengan yang kurang energik yang berdekatan sebagai akibat dari interaksi antara

partikel. !onduksi dapat terjadi pada "at padat, cair dan gas. Pada gas dan cair,

konduksi ini disebabkan oleh tabrakan dan pembauran dari gerakan molekul selama

gerakan acak mereka.

Pada benda padat, gerakan ini disebabkan akibat kombinasi getaran dari molekul

di dalam kisi dan berpindahnya energi yang disebabkan oleh elektron bebas. #aju

konduksi panas melalui media tergantung pada geometri dari medium, ketebalan, dan

bahan dari medium, serta beda suhu di medium terdebut.

Pada penjelasan berikut, dapat dilihat proses perpindahan panas melalui dinding

yang tebalnya $% dan luasnya A, seperti pada gambar berikut '

LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN 2015/2016

KELOMPOK 01


2/22


(ambar ).* Perpindahan Panas !onduksi +elalui Dinding

Sumber' engel. -//)'*0

Perbedaan temperatur pada dinding adalah $1& 121*. Percobaan dapat

menghasilkan laju dari perpindahan panas 3 melalui dinding dua kali lipat ketika

perbedaan suhu di seluruh dinding atau area A normal terhadap arah perpindahan panas

dua kali lipat, tapi dibelah duaketika ketebalan dinding # dua kali lipat. Dengan

demikian kita menyimpulkan baha lajukonduksi panas melalui lapisan dinding

sebanding dengan perbedaan suhu di seluruh lapisandan area perpindahan panas, namun

berbanding terbalik dengan ketebalan lapisan, sehingga dapat dirumuskan dengan'

Laju Konduksi=

( Luas )(gradienttemperatur )

Ketebalan

Atau,

Qkonduksi=kA T 2−T 1△ x

=−kA△T

△ x

Dimana konstanta k adalah konduktivitas termal material, yang merupakan

ukuran kemampuan suatu material untuk menghantarkan panas. Jika $% & /, persamaan

di atas tereduksi menjadi bentuk diferensial

Qkonduksi = −kA dT

dx

1anda negatif di dalam rumus memastikan baha perpindahan panas dalam arah %

positif adalah jumlah yang positif.

3.1.2.2 Konveksi


KELOMPOK 01


3/22


!onveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi

panas, penyimpanan dan gerakan mencampur. !onveksi sangat penting sebagai

mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.

Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di

atas suhu fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan

mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel2partikel fluida yang

berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan

energi dalam partikel2partikel fluida ini. !emudian partikel2partikel fluida tersebut akan

bergerak ke daerah yang bersuhurendah didalam fluida di mana mereka akan bercampur

dengan, dan memindahkan sebagian energinya kepada, partikel2partikel fluida lainnya.

Dalam hal ini alirannya adalah aliran fluida maupun energi. Energi sebenarnya disimpan

di dalam partikel2partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel2

partikel tersebut.

+ekanisme ini untuk operasinya tidak tergantung hanya pada beda suhu dan

oleh karena itu tidak secara tepat memenuhi definisi perpindahan panas. 1etapi hasil

bersihnya adalah angkutan energi, dankarena terjadinya dalam arah gradien suhu, maka

juga digolongkan dalam suatu cara perpindahan panas dan ditunjuk dengan sebutan

aliran panas dengan cara konveksi.

#aju perpindahan panas dengan cara konveksi antara suatu permukaan dan suatu

fluida dapat dihitung dengan hubungan

Di mana '

4 & laju perpindahan panas dengan cara konveksi, -5att0

As & luas perpindahan panas, -m60

1s & 1emperarur permukaan benda padat, -7!0

18 & 1emperatur fluida mengalir, -7!0

h & koefisien perpindahan panas konveksi, -59m67!0

Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas (free

convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan

alirannya. !onveksi + alami adalah perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhudan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya. !onveksi


KELOMPOK 01


4/22


alamiah dapat terjadi karena ada arus yang mengalir akibat gaya apung, sedangkan gaya

apung terjadi karena ada perbedaan densitas fluida tanpa dipengaruhi gaya dari luar

sistem. Perbedaan densitas fluida terjadi karena adanya gradien suhu pada fluida.

!onveksi paksa adalah perpindahan panas aliran gas atau cairan yang

disebabkan adanya tenaga dari luar. !onveksi paksa dapat pula terjadi karena arus

fluida yang terjadi digerakkan oleh suatu peralatan mekanik -contoh ' pompa dan

pengaduk0, jadi arus fluida tidak hanya tergantung pada perbedaan densitas. ontoh

perpindahan panas secara konveksi paksa adalah pelat panas dihembus udara dengan

kipas9blower .

Secara umum aliran fluida dapat diklasifikasikan sebagai aliran eksternal dan

aliran internal.Aliran eksternal terjadi saat fluida mengenai suatu permukaan benda.

ontohnya adalah aliran fluida melintasi plat atau melintang pipa. Aliran internal adalah

aliran fluida yang dibatasi oleh permukaan "at padat, misalnya aliran dalam

pipa9saluran.

Secara umum aliran fluida dapat diklasifikasikan sebagai aliran eksternal dan

aliran internal. Aliran eksternal terjadi saat fluida mengenai suatu permukaan benda.

ontohnya adalah aliran fluida melintasi plat atau melintang pipa. Aliran internal adalah

aliran fluida yang dibatasi oleh permukaan "at padat, misalnya aliran dalam

pipa9saluran.

(ambar ). Aliran eksternal udara dan aliran internal air pada suatu pipa9saluran


3.1.2.3 Radiasi

:adiasi adalah energi yang dipancarkan oleh materi dalam bentuk gelombang

elektromagnetik sebagai akibat dari perubahan konfigurasi elektronik dari atom atau

molekul. 1ingkat maksimum radiasi yang dapat dipancarkan permukaan pada suhu 1 s

mutlak diberikan oleh hukum Stefann2;olt"mann yaitu


KELOMPOK 01


5/22


Qradiasimax=σ A sT s4

Dimana < & =,>? % 10−8 59m ! @ merupakan konstanta Stefann2;olt"mann.

Permukaan ideal yang memancarkan radiasi pada tingkat maksimum ini disebut benda

hitam, dan radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam disebut :adiasi benda hitam.

:adiasi yang dipancarkan oleh semua permukaan nyata lebih kecil dari radiasi yang

dipancarkan oleh benda hitam pada suhu yang sama, dan dinyatakan sebagai

Qradiasi=εσ A sT s4

Dimana adalah emisivitas permukaan yang besarnya adalah diantara / B B *.As

adalah luas permukaan dan 1s adalah temperatur absolut.

3.1.3 Konduktivitas termal

!onduktivitas termal adalah kemampuan suatu material untuk menghantarkan

panas. Persamaan untuk laju perpindahan panas konduksi dalam kondisi stabil juga

dapat dilihat sebagai persamaan penentu bagi konduktivitas termal. Sehingga

konduktivitas termal dari material dapat didefinisikan sebagai laju perpindahan panas

melalui ketebalan unit bahan per satuan luas per perbedaan suhu. !onduktivitas termal

material adalah ukuran kemampuan bahan untuk menghantarkan panas. Carga tertinggi

untuk konduktivitas termal menunjukkan baha material adalah konduktor panas yang baik, dan harga terendah untuk konduktivitas termal menunjukan baha material adalah

bukan pengahantar panas yang baik atau disebut isolator.!onduktivitas termal beberapa

bahan umum pada suhu kamar diberikan dalam table di baah ini.

Suhu adalah ukuran energi kinetik dari partikel seperti molekul atau atom dari

suatu "at.Pada cairan dan gas, energi kinetik dari partikel terjadi karena gerak translasi

acak mereka serta gerakan getaran dan rotasi mereka. !etika dua molekul yang

memiliki energi kinetic yang berbeda berbenturan, bagian dari energi kinetik dari

molekul lebih bertenaga ditransfer ke molekul kurang bertenaga, sama seperti ketika

dua bola elastis dari massa yang sama dengan kecepatan yang berbeda berbenturan,

bagian dari energi kinetik dengan bola kecepatan tinggi ditransfer ke bola yang

kecepatanya lebih lambat. +akin tinggi suhu, semakin cepat molekul bergerak, semakin

tinggi jumlah molekul tabrakan, dan semakin baik perpindahan panasnya.

3.1.4 Difui!i"# T$%'


KELOMPOK 01


6/22


p sering dijumpai dalam analisis perpindahan panas, disebut kapasitas panas

material. ;aik dari p panas spesifik dan kapasitas panas p meakili kemampuan

penyimpanan panas dari suatu material. 1api p mengungkapkan itu per satuan massa

sedangkan p mengungkapkan itu per satuan volume, dapat melihat dari satuan

mereka masing2masing. Sifat bahan lain yang muncul dalam analisis konduksi panas

transien adalah difusivitas termal, yang meakili bagaimana cepat panas berdifusi

melalui materi dan dirumuskan dengan

α = Panas yang diberikan

panas yang disimpan =

k

p C p(m ² /s)

Carap diingat baha !onduktivitas termal k merupakan seberapa baik suatu

bahan menghantarkan panas, dan kapasitas panas p meakili berapa banyak

menyimpan sebuah energi bahan per satuan volume. leh karena itu, difusivitas termal

dari material dapat dipandang sebagai rasio panas yang dilakukan melalui bentuk

material panas yang tersimpan per satuan volume. ;ahan yang memiliki konduktivitas

panas yang tinggi atau kapasitas panas yang rendah jelas akan memiliki difusivitas

termal besar. Semakin besar difusivitas termal, semakin cepat penyebaran panas ke

medium. Filai diffusivitas termal yang kecil berarti panas yang sebagian besar diserap

oleh material.

3.1. Resistansi Termal

:esistansi termal merupakan salah satu properti panas dan memiliki definisi ukuran

perbedaan temperatur dari material yang tahan terhadap aliran panas. :esistansi termal

sendiri berbanding terbalik dengan !onduktivitas termal. :esistansi termal memiliki

satuan yaitu -m!095. Aliran panas dapat dimodelkan dengan analogi rangkaian listrik

di mana aliran panas diakili oleh arus, suhu diakili oleh tegangan, sumber panas

yang diakili oleh sumber arus konstan, resistensi termal mutlak diakili oleh resistor

dan kapasitansi termal dengan kapasitor. Diagram menunjukkan rangkaian termal

setara untuk perangkat semikonduktor dengan heat sink .

3.1.! H$#" E()*#+,$%

Heat exchanger adalah perangkat yang memfasilitasi pertukaran panas antara

dua cairan pada temperatur yang berbeda, sekaligus menjaga mereka dari pencampuran

satu sama lain. Dalam radiator mobil, misalnya , panas dipindahkan dari air panas yang

mengalir melalui tabung radiator ke udara mengalir melalui pelat tipis berjarak dekat


KELOMPOK 01


7/22


dinding luar yang melekat pada tabung . Perpindahan panas pada Heat exchanger

biasanya melibatkan konveksi di setiap cairan dan konduksi melalui dinding yang

memisahkan dua cairan . Dalam analisis penukar panas , akan lebih mudah untuk

bekerja dengan koefisien perpindahan panas keseluruhan G yang menyumbang

kontribusi dari semua efek transfer panas ini . #aju perpindahan panas antara dua cairan

pada lokasi di penukar panas tergantung pada besarnya perbedaan suhu dibaha lokasi ,

yang bervariasi sepanjang penukar panas . Jenis paling sederhana dari penukarpanas

terdiri dari dua pipa konsentris yang berbeda diameter , seperti yang ditunjukkan pada

gambar .) , yang disebut double pipa panas exchanger .

(ambar ).= Aliran sistem heat exchanger pipa gandaSumber' engel. -//)'*0

Salah satu cairan dalam penukar panas double2 pipa mengalir melalui pipa yang

lebih kecil, sementara cairan lainnya mengalir melalui ruang annular antara dua pipa .

Dua jenis pengaturan aliran yang mungkin dalam double2 pipa penukar panas yaitu

dalam aliran parallel , baik cairan panas dan dingin memasuki panas penukar pada akhir

yang sama dan bergerak ke arah yang sama. Dalam aliran counter , di sisi lain , cairan

panas dan dingin memasuki penukar panas di seberang berakhir dan aliran dalam arahyang berlaanan . 1ipe lain dari penukar panas , yang dirancang khusus untuk

meujudkan besar luas permukaan perpindahan panas per satuan volume , adalah

penukar panas kompak. Panas Compact exchanger memungkinkan kita untuk mencapai

kecepatan transfer panas tinggi antara dua cairan dalam volume kecil , dan mereka

biasanya digunakan dalam aplikasi dengan keterbatasan yang ketat pada berat dan

volume penukar panas.

Sebuah penukar panas biasanya melibatkan dua cairan mengalir dipisahkan oleh

dinding yang padat.Panas pertama ditransfer dari fluida panas ke dinding oleh konveksi,


KELOMPOK 01


8/22


melalui dinding dengan konduksi, dan dari dinding ke fluida dingin lagi dengan

konveksi. Jaringan tahan panas yang terkait dengan proses perpindahan panas ini

melibatkan dua konveksi dan konduksi satu resistensi.

(ambar ).> Perpindahan panas pada pipa ganda


Hariabel i dan o meakili permukaan dalam dan luar dari tabung bagian dalam.

Gntuk heat exchanger double pipa kita memiliki Ai = πDiL dan A0 = πD0L dan

tahanan panas tabung dalam situasi ini adalah

Dimana k adalah konduktivitas termal dari material dinding dan # adalah

panjang tabung. !emudian tahan panas keseluruhan menjadi

R= R tot + Rwall+ R0= 1

1 A

1

+¿( !0 l !i)

2 "kL +

1

0 A

0

Ai adalah luas permukaan dalam dari dinding yang memisahkan dua cairan, dan Ao

adalah luas permukaan luar dinding. Dengan kata lain, Ai dan A/ adalah luas permukaan

dinding yang memisahkan dan dibasahi oleh cairan dalam dan cairan luar, masing2

masing.

3.1." C-u+"$%.f'- H$#" E()*#+,$%

Hariasi suhu cairan panas dan dingin dalam heat exchanger counter-flow

diberikan pada (ambar .=. Perhatikan baha cairan panas dan dingin masukkan padaujung2ujung pipa, dan suhu keluar dingin cairan pada keadaan ini dapat melebihi suhu


KELOMPOK 01


9/22


keluar panas cairan.dalam kasus ini , cairan dingin akan dipanaskan sampai suhu inlet

dari fluida panas . Famun, suhu outlet fluida dingin tidak pernah bisa melebihi inlet

suhu dari fluida panas karena ini akan menjadi pelanggaran hukum kedua dari

termodinamika . 1etapi kita dapat menunjukkan dengan mengulangi analisis atas yang

juga berlaku untuk penukar counter-flow panas. Gntuk inlet dan outlet suhu yang

ditentukan, log rata2rata suhu perbedaan bagi penukar panas counter-flow selalu lebih

besar dari itu untuk paralel -flow. Artinya, $1 counter-flow lebih besar dari pada $1

paralel –flow dan dengan demikian untuk mencapai laju perpindahan panas tertentu

dalam counter-flow dibutuhkan luas penampang yang kecil .

(ambar ).? aliran -a0 counter flow, -b0 parallel flow, dan grafik temperatur in, out .


3.2 Tu#uan Praktikum

• +enghitung Iormulasi dasar dari heat exchanger sederhana

•

Perhitungan keseimbangan panas pada heat exchanger • Pengukuran koefisien perpindahan panas berdasarkan kuantita aliran fluida


KELOMPOK 01


10/22


• +engetahui efesiensi heat exchanger

3.3 $pesi%ikasi Alat

• Hot water source

Head tank with square weir

low rate meter -rotameter0 ' // liter9jam

1ermometer pada inlet outlet ' / K *//L

!lectricall" immersion heater ' = k5 ) k5

• Cold water source

Head tank with square weir

low rate meter -rotameter0 ' =// liter9jam

1ermometer pada inlet outlet ' / K *//L

• Heat exchanger

#ouble tubes water to water heat exchanger ' Diameter *M% Panjang */// mm

!atup pengatur aliran ' katup ) arah

• Controller unit

Hot water temperature control unit

3.4 &ara Pen'am(ilan Data

*0 Set 1emperatur

Atur temperatur air panas pada head tank dengan 1E+P.SE1 pada control unit.

1unggu hingga pembacaan termometer air panas mencapai stabil.

1abel ).* !ombinasi eksperimen

Cot

5ater

old 5ater Cot

5ater

old

5ater


KELOMPOK 01


11/22


PA:A##E#

I#5

A #aminer #aminer

GF1E:

I#5

E #aminer #aminer

; 1urbulent #aminer I 1urbulent #aminer

#aminer 1urbulent ( #aminer 1urbulent

D 1urbulent 1urbulent C 1urbulent 1urbulent

Sumber ' +odul Praktikum #aboraturium Ienomena Dasar +esin

0 Set Aliran #aminer dan 1urbulen

Dengan mengatur katup no -)0 dan -*N0 atur debit air panas dan air dingn sesuai

dengan tabel berikut '

1abel ). 1urbulen dan laminer

Sumber' +odul Praktikum #aboraturium Ienomena Dasar +esin

)0 Pengukuran

Gkurlah nilai T 1 , T 2 , t 1 , t 2 5 dan dan tulis data dalam lembar

pengambilan data yang telah disediakan.

@0 Perhitungan

a Citung nilai O t m dengan persamaan -@0 dan -=0

b Citung nilai - T 1 T 2 09 kemudian tentukan nilai viskositas kinematik

# pada tabel properti air.

c Citung nilai $w dan Qw dengan persamaan -*0

d Citung nilai - t 1 t 2 09 kemudian tentukan nilai viskositas kinematic

# 1 pada tabel properti air.

e Citung nilai :e dengan persamaan -Q0 dan :e dengan persamaan -N0ⱳ ⱳ

f Citung nilai efesiensi dengan persamaan -?0g Citung nilai G dengan persamaan ->0

3. )asil Pen'u#ian T1

3..1 Data )asil Pen'u#ian

1abel ).) Data Casil Pengujian


KELOMPOK 01

1G:;G#EF #A+RFE:

Ilo :ate +eter

-Cot 5ater0

B )/ $ 9 h *// $ 9 h

Ilo :ate +eter

-old 5ater0

*=/ $ 9 h B=// $ 9 h


12/22


INSTRU.(EQUATIO

N)

MEASUREMENTS TABLE

HIGH TEMP. WATER (HOTWATER)

LOW TEMP. WATER(COLD WATER)

HIGH TEMP. WATER(HOT WATER)

LOW TEMP. WATER(COLD WATER)

THERMOMETER FLOW

R.METER

THERMOMETER FLOW

R.WATER

KINEMATIC VISCOSIT OH WATERINLE T

OUTLET

INLE T

OUTLET

S!"#$%&(U'i)

T($C) T*($C) W(+g,-) ($

C)*($C)

(+g,-)(T/T*),

* ($C)V- ("*,&) (/*),

* ($C)V%("*,&)

P A R A L L E L

A 1 2 *0 34 40 00 13.2 2.034E50 30.000000

66

B 1 0 20 34 47 00 3 4.200E50 4 7.*73E50

C 4 *0 34 31 420 26 2.37E50 320.0000007

23

D 3 14 20 34 37 420 17.2 4.203E50 31 7.34E50

C O U N T E R

E ?/ @N *0 @) @? *// =N.=0.0000002

*42

0.0000007

F ?@ ?/ 20 @) =@ *// ?0.0000004

3447.2

0.00000026

G >N @N *0 @= @= @=/ =N0.0000002

2*42

0.00000072

H ?@ >? 20 @) @? @=/ ?/.= 4.46E50 42

0.0000007

3

1abel ).@ Data Casil Pengujian

INSTRU.(EQUATI

ON)

CALCULATION (C89 :8 ; +:"($C)

Q(+:


13/22


A. Gntuk menghitung 3 dan 4

3 & 4

5 . p . -1* K 10 & . cp . -t K t*0

Dimana ' 3 & !alor yang dilepas - kcal 9 jam0

4 & !alor yang diterima -kcal 9 jam0

1*,1& 1emperatur fluida yang bertemperatur tinggi -o0

t*,t & 1emperatur fluida yang bertemperatur rendah -o0

5 & #aju aliran fluida bertemperatur tinggi -kg9jam0

& #aju aliran fluida bertemperatur rendah -kg9jam0

p & Panas spesifik -kcal9 kgo0

Dengan perhitungan Rnstru. !quation A

3 & 5 . p . -1* 2 10

& / kg9jam . * kcal9kgo . -?>,/ o K =*,/ o0

& =// kcal9jam

4 & . p . -t 2 t*0

& *// kg9jam . * kcal9kgo . -@/ o K )@ o0

& >// kcal9jam

Jika ditentukan rata K rata perbedaan temperatur antara kedua fluida

sebagai O1m, maka jumlah panas -40 '

4 & A . G . O1m

4 & -3 40 9

Dimana ' 4 & Jumlah panas yang ditukar -kcal9jam0

A & Area permukaan perpindahan panas -m0 dalam kasus

A&Ud#

u & !oefisien transmisi kalor -kcal9m jamo0

O1m & :ata K rata perbedaan temperatur -o0

Dengan perhitungan

4 & -3 40 9

4 & -=// >//0 9

4 & ==/

Dengan perhitungan 4

G & 4 9 -AO1m0

& ==/ 9 -/,/=))Q . ),*@0


KELOMPOK 01


14/22


& @@=,)/ kcal9m jamo

Dimana '

A & ),*@ . * . *,? % */2

& ),*@ . * . *,? % */2

& /,/=))Q

;. Gntuk menghitung %arallel low

O1m & V-1* K t*0 K -12t0W 9 Vln --1*2t*0 9 -12t00W

Dimana '


1 & 1emperatur fluida bertemperatur tinggi -o0

t & 1emperatur fluida bertemperatur rendah -o0

Dengan perhitungan O1m untuk %arallel low

O1m & -@0 K -**0 9 Vln -@ 9 **0W

& ),*@

. Gntuk menghitung O1m Counter low

O1m & V-1* K t0 K -12t*0W 9 Vln --1*2t0 9 -12t*00W

Dimana '


1 & 1emperatur fluida bertemperatur tinggi -o0

t & 1emperatur fluida bertemperatur rendah -o0

Dengan perhitungan

O1m & -)0 K ->0 9 Vln -)9>0W

& *.>=1

D. +encari nilai efisiensi heat exchanger -h0

h & V-5 . p . -1* K t00 9 -5 . p . -1* K t*00W


KELOMPOK 01


15/22


Dimana '

h & Filai efisiensi heat exchanger

5 & #aju alir fluida betemperatur tinggi -kg9jam0

p & Panas Spesifik -kcal9kg

o

0Dengan perhitungan efisiensi heat exchanger

h & V-5 . p . -1* K 100 9 -5 . p . -1* K t*00W

& -=9@0 % *//T & =N.= T

E. +encari ;ilangan &e"nold

Gntuk air panas

:e & ,/Q/ % */

2=

. -5 9 Hh0Dimana '

:e & ;ilangan &e"nold

5 & #aju alir fluida bertemperatur tinggi -kg9jam0

Hh & Hiskositas kinematik -m9s0 pada temperatur rata K rata air

Panas

Dengan perhitungan bilangan &e"nold -:e0

:e & ,/Q/ % */2= . -/ 9=,/)@ %*/2?0

& Q>,)Q

Gntuk air dingin '

:e& ?,=Q@ % */2> . - 59Hi0

Dimana '

Hl & Hiskositas kinematik -m9s0 pada temperatur rata K rata air dingin di

dalam tabung

Dengan perhitungan bilangan &e"nold -:e0

:e & ?,=Q@ % */2> -*// 9 /,?NN % */2>0

& N@N,*Q


KELOMPOK 01


16/22


3..3 *ra%ik Dan Pem(ahasan

3..3.1 )u(un'an Koe%isien Perpindahan Panas Terhadap R$,i&$ Aliran Pada

+ariasi Arah Aliran

0.00

*00.00

400.00

100.00

700.00

000.00

*00.00

442.30

161.24

103.0

6*0.*1

10.

17*.17

332.11

047.06

.00

P


17/22


Diagram di atas merupakan diagram hubungan koefisien perpindahan panas

terhadap regime aliran pada variasi arah aliran. +asing K masing arna diagram

tersebut menggambarkan tipe K tipe aliran dan variasinya. Pada bahasan yang

pertama ini, secara teoritis didapatkan data sebagai berikut '

• (rafik koefisien A Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot 'ater

aminer serta Cold 'ateraminer ' Dari grafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar @@=,)/

• (rafik koefisien ; Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot 'ater

urbulent serta Cold 'ateraminer ' Dari (rafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar >N>,=@

• (rafik koefisien Dengan Arah aliran paralel dan &egime Aliran Hot 'ater

aminer serta Cold 'ater urbulent ' Dari grafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar >/),/?

• (rafik koefisien D Dengan Arah aliran paralel dan &egime Aliran Hot 'ater

urbulent serta Cold 'ater urbulent ' Dari (rafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar N/,>

• (rafik koefisien E Dengan Arah aliran ounter dan &egime Aliran Hot 'ater

aminer serta Cold 'ater aminer ' Dari grafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar >/?,**

• (rafik koefisien I Dengan Arah aliran counter dan &egime Aliran Hot

'aterurbulent serta Cold 'ateraminer ' Dari (rafik ini dapat kita lihat

baha koefisiensi yang terjadi sebesar >Q,>Q

• (rafik koefisien ( Dengan Arah aliran counter dan &egime Aliran Hot 'ater

aminer serta Cold 'ater urbulent ' Dari (rafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar ))=,>>

• (rafik koefisien C Dengan Arah aliran counter dan &egime Aliran Hot 'ater

urbulent serta Cold 'ater urbulent ' Dari grafik ini dapat kita lihat baha

koefisiensi yang terjadi sebesar */@Q,/N

Pada grafik Counter low nilai koefisien perpindahan panas yang dihasilkan

paling tinggi nilainya adalah pada saat kondisi C, dimana pada kondisi tersebut

kondisi alirannya adalah Hot 'ater turbulen dan Cold 'ater urbulent , sama seperti

pada kondisi D dimana pada saat kedua jenis alirn air berbeda suhu ini sama K sama

memiliki kondisi turbulent maka perpindahan panas yang terjadi juga semakin besar

nilainya, yang nantinya akan mempengaruhi nilai 4.


KELOMPOK 01


18/22


Perbedaan antara Counter low dan %arallel low dalam mempengaruhi

koefisien perpindahan panas ini adalah pada perbedaan suhu yang terjadi, karena

pada Counter low dan %arallel low perbedaan suhu yang terjadi cenderung

berbeda. Pada %arallel low perpindahan panas terjadi mulai fluida masuk ke tabung

terisolasi, sedangkan pada Counter low perpindahan panas terjadi saat air panas dan

dingin bertemu dari arah yang berlaanan

Selain itu, koefisien perpindahan panas juga dipengaruhi oleh arah aliran,

dimana arah aliran turbulen - baik Hot 'ater maupun Cold 'ater 0 akan

menghasilkan nilai 3 dan 4 yang tinggi yang nantinya akan membuat nilai 4 juga

semakin meningkat, dan membuat nilai koefisien perpindahan panas juga meningkat.

Penyimpangan terjadi pada grafik koefisien ; dengan ( dan grafik dengan

D. dimana nilai dari Counter low lebih kecil dari %arallel low. Cal ini disebabkan

karena aktu pemanasan air tidak sesuai dengan aktu teoritisnya. Sehingga suhu

yang di inginkan juga tidak tepat. !edua, karena terdapat gelembung udara yang

masuk pada pipa, sehingga menghalangi transfer panas pada pipa

3..3.2 )u(un'an ,%isiensi Perpindahan Panas Terhadap R$,i&$ Aliran Pada

+ariasi Arah Aliran

0.00

0.00

*0.00

30.00

40.00

20.00

10.00

0.00

70.00

60.00

26.2*

4.*6

14.71

*3.07

.7

*.60

73.33

**.27

P


19/22


efisien. Proses yang efisien ditandai dengan perbaikan proses sehingga menjadi lebih

murah dan lebih cepat.

Diagram diatas menunjukan hubungan antara efisiensi heat exchanger

terhadap regime aliran pada variasi arah aliran. Dari diagram dapat kita lihat baha

semakin kecil nilai kuantitas ideal panas yang ditukar dan semakin tinggi nilai

kuantitas aktual panas yang ditukar maka semakin tinggi nilai efisiensinya. Cal ini

berdasarkan rumusan dasar teori yang mengatakan baha

'=kuantitas aktual panas yangditukar

kuantitasideal panas yangditukar

atau

'=( C p(T 1−T 2)

( C p(T 1−t 1)Semakin tinggi suhu (T 1−T 2 ) maka semakin tinggi nilai kuantitas aktual panas

yang ditukar dan semakin kecil suhu (T 1−t 1) dan semakin kecil nilai kuantitas

ideal panas yang ditukar akan membuat efisiensinya semakin tinggi. Seperti yang

ditunjukkan pada diagram laminer K turbulenyang memiliki nilai paling tinggi, dia

memiliki nilai(T 1−T 2)

(T 1−t

1)

yang paling besar. Selain itu tedapat juga faktor kalor

alir, pada aliran air panas laminer2air dingin turbulen maka akan membuat kalor

alirnya semakin tinggi, dimana semakin tinggi kalor yang diserap oleh air dingin

maka semakin tinggi pula efisiensinya.

Pada diagram ini terdapat beberapa arna diagram yang menggambarkan tipe

K tipe aliran dan variasinya. Pada bahasan yang pertama ini, berdasarkan hasil

praktikum didapatkan data sebagai berikut '

• (rafik Efisiensi A Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot

'ater aminer serta Cold 'ater aminer ' dari grafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar =N,= persen

• (rafik Efisiensi ; Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot

'ater urbulen serta Cold 'ater aminer ' dari (rafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar *@,N persen

• (rafik Efisiensi Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot

'ater aminer serta Cold 'ater urbulent ' dari (rafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar >@,Q> persen


KELOMPOK 01


20/22


• (rafik Efisiensi D Dengan Arah aliran Pararel dan &egime Aliran Hot

'ater urbulent serta Cold 'ater urbulent ' dari (rafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar ),/Q persen

•

(rafik Efisiensi E Dengan Arah aliran Counter dan &egime Aliran Hot 'ater aminer serta Cold 'ater aminer ' Dari grafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar ??,?Q persen

• (rafik Efisiensi I Dengan Arah aliran Counter dan &egime Aliran Hot

'aterurbulen serta Cold 'ateraminer ' dari (rafik ini dapat kita

lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar *,N/ persen

• (rafik Efisiensi ( Dengan Arah aliran ounter dan &egime Aliran

Hot 'ater aminer serta Cold 'ater urbulent ' dari (rafik ini dapatkita lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar Q),)) persen

• (rafik Efisiensi C Dengan Arah aliran ounter dan &egime Aliran

Hot 'ater urbulent serta Cold 'ater urbulent ' dari (rafik ini dapat

kita lihat baha efisiensi yang terjadi sebesar ,=Q persen

Ada beberapa faktor yang menentukan besaran nilai efisiensi pada aliran

%arallel low dan Counter low. Cal ini antara lain dipengaruhi oleh arah aliran dan

&egime aliran dari Hot 'ater serta Cold 'ater .Dari data dan grafik yang telahdiambil didapatkan nilai efisiensi dari Jenis Counter low yang paling besar saat

aliran Cold 'ater bersifat turbulen dan Hot 'ater bersifat #aminer -didapatkan hasil

Q),)) T0 jika dibandingkan dengan semua jenis aliran. !emudian diikuti oleh

Counter low E dan terbesar ketiga adalah %arallel low . Cal ini disebabkan oleh

karena Cold 'ater memiliki peran yang sangat penting dalam menyerap kalor dari

Hot 'ater , sehingga jika Cold 'ater diberi aliran turbulen terhadap Hot 'ater

aminer maka akan terjadi perpindahan kalor yang sangat besar , hal ini diakibatkan

karena pada saat Cold 'ater urbulen akan terjadi perpindahan energi dan

pendistribusian kalor di Cold 'ater secara cepat dan terdistribusi ke segala arah

sehingga akan terjadi perpindahan kalor yang terus menerus dan cepat - efek yang

sama saat kita mengaduk teh panas akan lebih cepat dingin jika dibandingkan dengan

dengan teh yang tidak diaduk0.

Cal ini berbeda dengan Hot 'ater aminer dengan Cold 'ateraminer ,

memang kondisi ini memiliki efisiensi yang lumayan tinggi yaitu =N,=T. Famun,

dikarenakan Cold 'ater alirannya #aminer sehingga kalor yang diserap pada Cold


KELOMPOK 01


21/22


'ater tidak terdistribusi dengan baik di Cold 'ater tersebut sehingga pelepasan

kalor tidak berjalan dengan baik , yang ditunjukkan dengan nilai efisiensi yang tidak

lebih tinggi dari Hot 'ater aminer dan Cold 'ater urbulen.

Disisi #ain , Hot 'ater urbulent dan Cold 'ater urbulent sangat tidak

efektif dalam pertukaran kalor, hal ini diakibatkan karena Cold 'ater yang memiliki

peranan penting dalam penyerapan kalor tidak dapat menyerap dengan baik - karena

alirannya laminer0 diperparah lagi dengan kondisi Hot 'ater yang turbulent sehingga

kalor dari Hot 'ater tidak dapat diserap dengan baik oleh Cold 'ater urbulent .

Penyimpangan terjadi pada grafik efisiensi ; dengan ( dan grafik efisiensi D

dengan R. Dimana nilai dari Counter low lebih kecil dari %arallel low. Cal ini

disebabkan karena aktu pemanasan air tidak sesuai dengan aktu teoritisnya.

Sehingga suhu yang di inginkan juga tidak tepat. !edua, karena terdapat gelembung

udara yang masuk pada pipa, sehingga menghalangi transfer panas pada pipa

tersebut.

3.! Kesimpulan dan $aran


KELOMPOK 01


22/22


3.!.1. Kesimpulan

*. Dalam efisiensi heat exchanger , nilai efisiensi semakin besar jika regime aliran

yang digunakan adalah air dingin aliran turbulen dan air panas aliran laminer

dan arah aliran yang digunakan adalah Counter low*

. Filai perpindahan panas akan semkain besar jika kedua jenis regime aliran dari

air panas maupun air dingin adalah turbulen karena hal ini akan mengakibatkan

kenaikan nilai 4.

3.!.2. $aran

*. Sebaiknya peralatan di laboratorium dapat diperbarui atau lebih dirat supaya

tidak terjadi penyimpangan saat melakukan pengambilan data.

. Asisten agar dapat merespon janjian dengan praktikan lebih cepat agar

koordinasi untuk asisten lain nya dapat lebih pasti.

). Praktikan sebaiknya dating tepat aktu agar asisten dapat berjalan lebih baik.

Water to water heat exchanger

Documents

Transcript of Water to water heat exchanger