kajian experimental koefisien konveksi pada heat exchanger tipe

KAJIAN EXPERIMENTAL KOEFISIEN
PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI
DENGAN NANOFLUIDA Al2SO4
PADA HEAT EXCHANGER TIPE
COUNTER FLOW
Disusun Oleh :
Nama
: David Erikson
NPM
Jurusan
Pembimbing
: 20408919
: Teknik Mesin
: 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 Al2SO4
( alumunium sulfat ).
• Mengetahui pengaruh konsentrasi nanofluida Al2SO4 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
A
C
B
Proses
pengolahan
PENGOLAHAN DATA:
Laju Aliran Massa
Debit (Q)
Velocity (v)
Perbedaan
Temperatur (ΔT)
Tidak
analisis
Ya
C
A
C
A
HASIL PENGOLAHAN:
Energi (W)
Bilangan Reynodl
Nusselt Number
Koefisien Konveksi
Tidak
analisis
Ya
Kesimpulan
selesai
Grafik hubungan hi-Thi
9000
air murni
8000
AL2SO4 1%
hi (Wm2K)
7000
AL2SO4 3%
AL2SO4 5%
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
10
20
30
40
Thin
hi : koefisien konveksi pada aliran air panas
T : temperatur air panas
50
60
70
80
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 nanofluidaAl2SO41% menunjukan kenaikan
nilaikoefisien konveksi sebesar 74,52%, kemudian pada
air pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan kenaikan
nilai koefisien konveksi sebesar 79,41%, dan padaair
pendingin nanofluida Al2SO45% menunjukan kenaikan
nilai koefisien konveksi sebesar 83,11%.
Grafik hubungan ho-Tci
1600
air murni
1400
Al2SO4 1%
Al2SO4 3%
1200
Al2SO4 5%
ho(W.m2.K)
1000
800
600
400
200
0
0
10
20
30
Tci
ho : koefisien konveksi pada aliran air pendingin
T : temperatur air pendingin
40
50
60
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 Al2SO41% menunjukan kenaikan
nilai koefisien konveksi sebesar 94,54%, kemudian
padaair pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan
kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 113,49%, dan
pada air pendingin nanofluida Al2SO45% menunjukan
kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 103,34%
Grafik hubungan Nu-Thi
300
air murni
Al2SO4 1%
250
Al2SO4 3%
Al2SO4 5%
200
Nu
150
100
50
o
0
0
10
20
30
Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas
T : temperatur air panas
40
Th in
50
60
70
80
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
Al2SO4 1% mengalami kenaikan bilangan nusselt dan
koefisien konveksi sebesar 75,15% dan 74,52%, kemudian
padaair panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO4 3%
mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 79,08% dan
79,41, padaair panas dengan air pendingin nanofluida
Al2SO4 5% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar
83,67% dan 83,11%
Grafik hubungan Nu-Tci
140
air murni
120
Al2SO4 1%
Al2SO4 3%
Al2SO4 5%
100
Nu
80
60
40
20
o
0
0
10
20
30
TCin
Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas
T : temperatur air panas
40
50
60
C
Kesimpulan Grafik Nu-Tho
• Pada gambar (4.8), berdasarkan grafik hubungan bilangan
nusselt dan temperatur, dapat dilihat bahwa kenaikan
temperatur pada air pendingin nanofluida Al2SO4 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 Al2SO4 1% mengalami
kenaikan bilangan nusselt sebesar 93,20% dan 94,54%,
kemudian pada air pendingin nanofluidaAl2SO4 3%
mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 107,32% dan
113,49%, dan padaair pendingin nanofluida Al2SO4 5%
mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 102,46% dan
103,34%
Grafik hubungan Re-Thi
9000
air murni
8000
Al2SO4 1%
Al2SO4 3%
7000
hi (Wm2K)
Al2SO4 5%
6000
5000
4000
3000
2000
1000
o
0
0
10000
20000
30000
40000
Re-Thi
Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas
T : temperatur air panas
50000
60000
70000
80000
C
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 Al2SO41%
menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan
bilangan reynold yaitu sebesar 74,52% dan 128,4%,
kemudian air panas denganair pendingin nanofluida
Al2SO43% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi
dan bilangan reynold yaitu sebesar 79,41 dan 136,22%, lalu
air panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO45%
menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan
bilangan reynold yaitu sebesar 83,11%dan 144,60%.
Grafik hubungan Re-Tho
25000
air murni
Al2SO4 1%
Al2SO4 3%
20000
ho(W.m2.K)
Al2SO4 5%
15000
10000
5000
0
0
200
400
600
800
Re-ho
Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas
T : temperatur air panas
1000
1200
1400
o
1600 C
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 Al2SO41% menunjukan kenaikan nilai
koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar
94,54% dan 136,94%, kemudian pada air pendingin
nanofluida Al2SO43% menunjukan kenaikan nilai koefisien
konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 113,49% dan
161,27%, dan pada air pendingin nanofluida Al2SO4 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