1

1

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI

KETEBALAN TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP )

TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS

PADA ALIRAN SILANG SUSUNAN SILINDER STAGGERED

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

DARMAWAN NIM. I 1407502

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2009

v

v

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI KETEBALAN

TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) TERHADAP

KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN SILANG

SUSUNAN SILINDER STAGGERED

Disusun Oleh

Darmawan NIM. I 1407502

Dosen Pembimbing I

Syamsul Hadi, ST. MT. NIP. 132 206 655

Dosen Pembimbing II

Budi Kristiawan, ST. MT. NIP. 132 233 154

Telah dipertahankan di depan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 29 Juni 2009.

1. Ir. Santoso, M. Eng, Sc. NIP. 130 892 718 ........................................

2. Eko Prasetya Budiyana, ST. MT. NIP. 132 230 849 ........................................

3. Wibawa Endra Juwana, ST. MT. NIP. 132 258 059 ........................................

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dody Ariawan, ST. MT. NIP. 132 230 848

Koordinator Tugas Akhir

Syamsul Hadi, ST. MT. NIP. 132 206 655

vi

vi

PENGHARGAAN

ALLAH SWT

Terima kasih atas segala Kenikmatan

yang telah Engkau limpahkan kepadaku

Bapak & Ibu tersayang

Untuk cinta dan kasih sayang tak bertepi

yang kalian berikan di setiap hari-hariku

kakakku

Untuk doa dan dukungan

yang telah kau berikan

Bpk. Syamsul Hadi, ST., MT.

Untuk bimbingan dan kesabarannya

Bpk. Budi Kristiawan, ST., MT.

Untuk bimbingan dan kesabarannya

vii

vii

MOTTO

“Berbuatlah yang terbaik untuk setiap detiknya Dan tak perlu kau pikirkan esok akan jadi apa”

”Ujilah batas kemampuan diri dan pastikan untuk selalu mendekatinya”

“marah lebih baik dari pada putus asa”

“tua sudah biasa tetapi dewasa adalah pilihan”

viii

viii

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI KETEBALAN

TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) TERHADAP

KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA ALIRAN SILANG

SUSUNAN SILINDER STAGGERED

DARMAWAN

ABSTRAK

Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan studi eksperimental tentang

pengaruh variasi ketebalan turbulator tipe pita lurus terhadap koefisien

perpindahan panas konveksi, angka Nusselt dan penurunan tekanan pada susunan

silinder staggered dengan arah aliran secara melintang.

Bahan yang digunakan adalah pipa tembaga f 7/8 inci, dengan aliran air

panas bertemperatur ± 60oC. Material turbulator adalah sheet mika dengan

panjang 150 mm dan lebar 5 mm, variasi ketebalan turbulator adalah 3,3 mm, 2,6

mm, 1,9 mm, 1,2 mm, 0,5 mm dan tanpa turbulator. Pemasangan turbulator

dilakukan secara simetris pada sudut 70o terhadap arah aliran. Pengujian

menggunakan Multi Purpose Air Duct dengan variasi kecepatan udara 1,0 m/s, 1,5

m/s, 2,0 m/s dan 2,5 m/s.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada ketebalan turbulator 0.5 mm

memberikan peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terbaik untuk

semua variasi kecepatan udara yaitu sebesar 299,86 W/m2.K, 449,82 W/m2.K,

599,92 W/m2.K dan 749,50 W/m2.K dengan prosentase peningkatan koefisien

perpindahan panas konveksi sebesar 16,64 %, 16,80 %, 16,99 % dan 17,01 %

terhadap variasi tanpa turbulator. Juga memberikan peningkatan angka Nusselt

terbaik dengan perumusan empirik adalah 9825.0998.0 PrRe02.0=Nu yaitu sebesar

242,05, 363,58, 484,83 dan 606,01 dengan prosentase peningkatan angka Nusselt

sebesar 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % dan 17,01 % terhadap variasi tanpa

turbulator. Dan juga memberikan penurunan tekanan terkecil yaitu sebesar 4,87

Pa, 9,74 Pa, 19,47 Pa dan 30,83 Pa, dengan prosentase peningkatan penurunan

tekanan sebesar 25 %, 20 %, 20 % dan 11,8 % terhadap variasi tanpa turbulator.

Kata kunci : turbulator, tipe pita lurus, susunan selang-seling, aliran silang,

koefisien perpindahan panas konveksi, angka Nusselt, penurunan

tekanan

EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF VARIOUS THICKNESS

TURBULATOR ( TIPE STRAIGHT TAPE STRIP ) ON THE HEAT

TRANSFER CHARACTERISTICS IN CROSS FLOW OVER STAGGERED

TUBE BUNDLE

DARMAWAN

ABSTRACT

The purpose of this research was to know the effect of various thickness

turbulator ( type straight tape strip ) to the convection heat transfer coefficient,

Nusselt number and pressure drop in cross flow over staggered tube bundle.

The material of the cylinder was copper pipe diameter 7/8 inch, were hot

water current temperature ± 60oC. The material of turbulator was made from

mica, it were 150 mm length and 5 mm wide, with the various thickness of

turbulator were 3.3 mm, 2.6 mm, 1.9 mm, 1.2 mm, 0.5 mm and various without

turbulator. It was applied at angle of 70o symmetrically to the flow direction. The

research used multi purpose air duct at 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s and 2.5 m/s.

The results showed that at turbulator 0.5 mm thickness had the best

convection heat transfer coefficient for all various air velocity, it were 299,86

W/m2.K, 449,82 W/m2.K, 599,92 W/m2.K and 749,50 W/m2.K respectively, with

percentage of enhancement were 16,64 %, 16,80 %, 16,99 % and 17,01 % in

comparison without addition of turbulator. Also had the best Nusselt number

value, which empirical correlation obtained was 9825.0998.0 PrRe02.0=Nu , it were

242,05, 363,58, 484,83 and 606,01 respectively, with percentage of enhancement

were 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % and 17,01 % in comparison without addition of

turbulator. As well as provided smallest pressure drop, it were 4,87 Pa, 9,74 Pa,

19,47 Pa and 30,83 Pa respectively, with percentage of enhancement were 25 %,

20 %, 20 % and 11,8 % in comparison without addition of turbulator.

Keywords : turbulator, straight tape strip, staggered tube, cross flow, convection

heat transfer coefficient, Nusselt number, pressure drop

2

KATA PENGANTAR

Alkhamdulillaah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan Semesta Alam, yang

telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Studi Eksperimental Pengaruh Variasi

Ketebalan Turbulator (tipe Straight Tape Strip) Terhadap Karakteristik

Perpindahan Panas Pada Aliran Silang Susunan Silinder Staggered ” Sebagai

salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih

dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah

memberikan bantuan, doa, dukungan dan semangat, baik moril maupun materiil

kepada :

1. Bapak Dody Ariawan, ST. MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS.

2. Bapak Syamsul Hadi, ST. MT. selaku Pembimbing I tugas akhir, atas

bimbingan, nasehat, kesabaran dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya.

3. Bapak Budi Kristiawan, ST. MT. selaku Pembimbing II tugas akhir, atas

bimbingan, kesabaran, nasehat dan ilmu pengetahuan yang diajarkannya.

4. Bapak Budi Santoso, ST. MT. selaku Pembimbing Akademik 1, atas saran dan

nasehatnya selama ini.

5. Bapak Heru Sukanto, ST. MT. selaku Pembimbing Akademik 2, atas saran

dan nasehatnya.

6. Bapak-bapak dosen dan staf karyawan di lingkungan Teknik Mesin UNS, atas

didikan, nasehat, dan ilmu yang diajarkan.

7. Bapak dan Ibu, yang selalu mencintai, menyayangi, memperhatikan,

melindungi, dan membimbingku dengan penuh kesabaran, keikhlasan,

pengertian, pengorbanan dan selalu memenuhi kebutuhanku. Takkan pernah

habis kata tuk haturkan terima kasih banyak.

3

8. Teman-teman seangkatan Ferry, Dedy, Akhyar, Hendro, Fendi, Mujanto,

Petrus, Henry, Sugiono, Sunaris dan juga temen –temen seperjuangan dilab

Perpan, Eko, Adit, Safik, Mahmudin, Apras.

9. Teman-teman yang senantiasa memberi semangat untuk segera menyelesaikan

skripsi ini.

10. Semua pihak yang belum sempat disebutkan, yang telah membantu penelitian

dan penyusunan laporan tugas akhir ini.

Penulis menyadari akan masih banyaknya kekurangan dalam penulisan

laporan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik,

saran, maupun masukkan yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan

Skripsi ini.

Semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.

Surakarta, Juni 2009

Penulis

4

DAFTAR ISI

Halaman Judul .................................................................................................. i Halaman Pengesahan ....................................................................................... ii Penghargaan ..................................................................................................... iii Motto ................................................................................................................ iv Abstrak ............................................................................................................ v Kata Pengantar ................................................................................................ vii Daftar isi .......................................................................................................... ix Daftar Tabel ..................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................. xiii Daftar Notasi .................................................................................................... xiv Daftar Lampiran ............................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................ 1 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 2 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ...................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan .................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................ 4 2.2 Lapis Batas (Boundary layer)......................................................... 6 2.3 Angka Reynolds ............................................................................. 8 2.4 Separasi ......................................................................................... 8 2.5 Reattachment ................................................................................. 10 2.6 Turbulator ...................................................................................... 11 2.7 Karakteristik aliran melintasi staggered tube bundle secara

cross flow ....................................................................................... 11 2.8 Penukar Kalor ................................................................................ 13 2.9 Kalibrasi ........................................................................................ 15 2.10 Perpindahan Panas ......................................................................... 16 2.11 Kajian Eksperimental Karakteristik Perpindahan Panas ............... 17

2.11.1 Persamaan Untuk Variasi Tanpa Turbulator ..................... 17 2.11.1.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding .......... 17 2.11.1.2 Metode Koefisien Pemisah .................................. 19

2.11.2 Persamaan Untuk Variasi Ketebalan Turbulator ................ 22 2.11.2.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............ 22 2.11.2.2 Metode Koefisien Pemisah ................................... 23

2.11.3 Perumusan Empirik ............................................................. 25

5

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat Penelitian ............................................................................... 26

3.1.1 Multi Purpose Air Duct (MPAD) ........................................ 26 3.1.2 Pemanas Air (boiler) ............................................................ 26 3.1.3 Automatic Thermo-Controller .............................................. 26 3.1.4 Pompa Air ............................................................................. 27 3.1.5 Rotometer .......................................................................... 27 3.1.6 Instrumentasi dan Alat Ukur Temperatur.............................. 27 3.1.7 Anemometer Digital .............................................................. 27 3.1.8 Manometer miring ................................................................ 27 3.1.9 Stopwatch ............................................................................ 27

3.2 Bahan Penelitian ........................................................................... 28 3.2.1 PipaTembaga ....................................................................... 28 3.2.2 Akrilik .................................................................................. 28 3.2.3 Sheet Mika ............................................................................ 28 3.2.4 Gabus .................................................................................. 28 3.2.5 Seksi Uji .............................................................................. 28

3.3 Skema Susunan Pipa Pada Seksi Uji ............................................. 29 3.4 Skema Pemasangan Turbulator ...................................................... 29 3.5 Pemasangan Thermokopel ............................................................. 30 3.6 Skema Prinsip Kerja Alat Uji ......................................................... 30 3.7 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................... 31 3.8 Alur Penelitian ............................................................................... 32 3.9 Prosedur Dalam Pelaksanaan Penelitian ........................................ 33

BAB IV ANALISA DATA

4.1 Kalibrasi ............................................................................. 34 4.2 Perhitungan Eksperimental ............................................................. 36

4.2.1 Perhitungan Pada Variasi Tanpa Turbulator ......................... 36 4.2.1.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............... 37 4.2.1.2 Metode Koefisien Pemisah ...................................... 40

4.2.2 Perhitungan Pada Variasi Ketebalan Turbulator 0.5 mm ..... 41 4.2.2.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding ............... 42 4.2.2.2 Metode Koefisien Pemisah ...................................... 45

4.2.3 Perhitungan Empirik ............................................................. 48 4.3 Analisa Hasil Percobaan ................................................................. 52

4.3.1 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ................................................ 52

4.3.2 Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ................................................ 54

4.3.3 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Angka Nusselt ...................................................................... 56

4.3.4 Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Angka Nusselt ..................................................................... 58

4.3.5 Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Dan Variasi Kecepatan Udara Terhadap Penurunan Tekanan ................. 59

6

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................... 61 5.2 Saran .............................................................................................. 61

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. .... xvii LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas, Angka

Nusselt Dan Pressure Drop ............................................................ 47

Tabel 4.2 Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka

Nusselt Variasi Tanpa Turbulator ................................................... 49

Tabel 4.3 Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka

Nusselt Dengan Variasi Ketebalan Turbulator ................................ 50

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Nusselt number dan Heat transfer coefficient terhadap Re (Pethkool Somsak, dkk, 2006) .................................................. 4 Gambar 2.2 Perpindahan panas dan pressure drop pada circulat tube

(Hussein M Fahmy, dkk, 1989) .............................................. 5 Gambar 2.3 Karakteristik lapis batas (Munson, B.R., dkk., 2002) .............. 6 Gambar 2.4 Profil suhu lapis batas thermal (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... 7 Gambar 2.5 Karakteristik aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... 9 Gambar 2.6 Profil kecepatan aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... 9 Gambar 2.7 Pengaruh turbulensi terhadap titik separation (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... 10 Gambar 2.8 Bubble separation aliran laminar dengan reattachment aliran

turbulent (Cesini, G., dkk, 2001) ............................................. 10 Gambar 2.9 Pola aliran pada berkas pipa staggered

7

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996) ............................... 11 Gambar 2.10 Jenis-jenis penukar kalor aliran silang (Holman, J. P., 1994) ............................................................... 14 Gambar 3.1 Multi purpose air duct ............................................................. 26 Gambar 3.2 Instrumentasi dan alat pengukur temperatur ............................ 27 Gambar 3.3 Turbulator ............................................................................... 28 Gambar 3.4 Gabus ........................................................................................ 28 Gambar 3.5 Seksi uji .................................................................................... 28 Gambar 3.6 Skema susunan pipa pada seksi uji ........................................... 29 Gambar 3.7 Skema pemasangan turbulator .................................................. 29 Gambar 3.8 Gambar pemasangan thermokopel ............................................ 30 Gambar 3.9 Skema prinsip kerja alat uji ....................................................... 30 Gambar 3.10 Skema alat uji ........................................................................... 31 Gambar 4.1 Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs variasi ketebalan turbulator .................................................................. 52 Gambar 4.2 Grafik koefisien perpindahan panas konveksi vs angka Reynolds .................................................................................... 54 Gambar 4.3 Grafik angka Nusselt empirik vs variasi ketebalan turbulator... 56 Gambar 4.4 Grafik angka Nusselt empirik vs angka Reynolds .................... 58 Gambar 4.5 Grafik pressure drop vs angka Reynolds ................................. 59

DAFTAR NOTASI

A luas penampang duct (m2) α diffusivitas thermal (m2/s) ai luas sisi dalam pipa (m2) ao luas sisi luar pipa (m2) Cp panas jenis fluida (kJ/kgoK) Di diameter dalam pipa (m) Do diameter luar pipa (m)

hD perbedaan ketinggian level oli pada manometer miring (m)

PD pressure drop (Pa)

LMTDTD logarithmic mean temperature different ( oK ) g percepatan gravitasi (m/s2) hi koefisient perpindahan panas konveksi

di dalam pipa (W/m2.K)

oh koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata dinding luar pipa (W/m2 .K)

oh' koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode separating coefficient (W/m2 .K)

qoh koefisien perpindahan panas konveksi lokal

dinding luar pipa (W/m2 .K) k konduktifitas termal material pipa (W/m.oK)

fk konduktivitas termal udara

8

berdasarkan temp. film (W/m2.oK) ki konduktifitas termal fluida di dalam pipa (W/m.oK) l panjang pipa uji (m) l lebar turbulator (m) o

m laju aliran massa fluida (kg/s) µ viskositas dinamik fluida (N.s/m2) N jumlah pipa uji n jumlah data Nui angka Nusselt di dalam pipa

oNu angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa

oNu' angka Nusselt dinding luar pipa dengan metode separating coefficient

qoNu angka Nusselt lokal dinding luar pipa Pri angka Prandtl di dalam pipa Q(debit) debit aliran air di dalam pipa (m3/s)

udaraQ besar perpindahan panas (Watt) Rei angka Reynolds aliran di dalam pipa ReD angka Reynolds ReD, max angka Reynolds maximum ri jari-jari dalam pipa (m) ro jari-jari luar pipa (m)

ρ massa jenis fluida (kg/m3)

olir massa jenis oli pada manometer miring (kg/m3) SL longitudinal pitch (mm) ST transverse pitch (mm)

qsin sudut manometer miring (deg)

cT ≈ ¥T temperatur rata-rata udara duct (oK) Tc in tempudara duct sebelum melewati seksi uji (oK) Tc out temp udara duct setelah melewati seksi uji (oK)

fT temperatur film (oK)

Th in temp air panas sebelum masuk seksi uji (oK) Th out temp air panas setelah keluar seksi uji (oK)

woT temperatur permukaan dinding luar pipa (oK)

woT temperatur rata-rata dinding luar pipa (oK)

Uo koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa (W/m2.K)

V kecepatan fluida (m/s) ν viskositas kinematik fluida (m2/s) Vmax kecepatan aliran udara maximum (m/s)

9

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tcin dan Tcout

Lampiran 2 Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 1 dan Tw 2

Lampiran 3 Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 3 dan Tw 4

Lampiran 4 Data Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 5 dan Tw 6

Lampiran 5 Data Kalibrasi Pada Thermometer digital Th 1 dan Th 2

Lampiran 6 Data-data Hasil Percobaan

Lampiran 7 Data-data Properties dan Hasil Perhitungan

Lampiran 8 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tcin dan Tcout

Lampiran 9 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 1 dan Tw 2

Lampiran 10 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 3 dan Tw 4

Lampiran 11 Grafik Kalibrasi Pada Thermokopel Tw 5 dan Tw 6

Lampiran 12 Grafik Kalibrasi Pada Thermometer digital Th 1 dan Th 2

Lampiran 13 Tabel Properties Udara

(Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996)

Lampiran 14 Tabel Konduktivitas Thermal Material

(Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996)

Lampiran 15 Tabel Properties Air

(Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996)

Lampiran 16 Tabel Properties Air

(Holman, J. P., 1994)

Lampiran 17 Perbandingan Perhitungan Qair - Qudara

10

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam dunia industri banyak peralatan – peralatan yang bekerja

berdasarkan prinsip perpindahan panas (heat exchange), seperti ketel boiler, unit

condenser & evaporator pada mesin chiller, heater dll. Dimana alat tersebut

secara umum terdiri dari shell and tube. Telah banyak dikembangkan penelitian

untuk meningkatkan efek perpindahan panas guna memperbesar efektivitas alat

tersebut, baik pada struktur aliran secara searah (paralel flow), aliran berlawanan

(counter flow), ataupun aliran melintang (cross flow). Untuk aliran melintang

(cross flow) banyak dipakai dalam peralatan pemanas dan pendingin udara atau

gas, dalam hal ini udara atau gas dialirkan menyilang terhadap pipa (tube)

sedangkan fluida lain dialirkan di dalam pipa untuk memanaskan atau

mendinginkan.

Untuk meningkatkan perpindahan panas pada struktur aliran melintang

(cross flow) salah satu cara yang telah dikembangkan adalah dengan penambahan

alat pengganggu aliran separasi yang disebut turbulator yang dipasangkan pada

posisi depan daerah separasi, dengan alat ini aliran laminar dipaksa untuk berubah

menjadi aliran turbulent sebelum terjadi separasi sehingga akan ada penambahan

energi pada aliran yang menyebabkan aliran udara menjadi lebih sulit untuk

terlepas dari permukaan silinder. Kondisi aliran pada susunan silinder tersebut

dipengaruh oleh separasi lapis batas dan intensitas turbulensi, yang merupakan

fungsi dari kecepatan fluida, ukuran, dan susunan silinder yang akan

mempengaruhi besarnya perpindahan panas.

Sampai saat ini belum pernah ada penelitian yang dikembangkan

mengenai pengaruh dari ketebalan turbulator tersebut. Oleh karena itu perlu

dikembangkan penelitian lebih lanjut yang berhubungan dengan. pengaruh variasi

11

ketebalan turbulator tipe pita lurus (straight tape strip) terhadap karakteristik

perpindahan panas pada aliran melintang (cross flow) susunan silinder staggered.

1.2. Perumusan Masalah

Dari latar belakang masalah di atas timbul permasalahan yaitu bagaimana

pengaruh variasi ketebalan turbulator tipe pita lurus (straight tape strip) terhadap

koefisien perpindahan panas konveksi, Nusselt number dan penurunan tekanan

(pressure drop) pada susunan silinder staggered dengan arah aliran secara

melintang (cross flow).

1.3. Batasan Masalah

Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah

sebagai berikut:

1. Alat uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah Multi Purpose Air Duct.

2. Pipa yang digunakan untuk seksi uji adalah pipa tembaga dengan f 7/8 inci.

3. Susunan pipa adalah susunan staggered pipe dengan ST =3.0D dan SL =2.0D,

blockage ratio (D/W) = 0.2

4. Suhu air panas diset pada temperatur 60o C.

5. Variasi ketebalan turbulator { tipe pita lurus / straight tape strip} yang

digunakan adalah tebal 0.5 mm, 1.2 mm, 1.9 mm, 2.6 mm, 3.3 mm (dengan

lebar 5mm) dan tanpa turbulator.

6. Variasi kecepatan aliran udara adalah 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s dan 2.5 m/s.

7. Pemasangan turbulator dilakukan secara simetris pada sudut 70o terhadap

arah aliran.

8. Konduktivitas termal material pipa (k) dianggap konstan.

9. Perpindahan panas keadaan tunak (steady state).

10. Pengaruh radiasi diabaikan.

11. Aliran udara masuk saluran udara secara uniform dengan suhu konstan.

12. Permukaan silinder sangat halus.

13. Isolasi terhadap seksi uji dianggap sempurna.

14. Analisa berdasarkan temperatur film.

12

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu :

1. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara

terhadap koefisien perpindahan panas konveksi.

2. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara

terhadap angka Nusselt.

3. Mengetahui pengaruh variasi ketebalan turbulator dan variasi kecepatan udara

terhadap penurunan tekanan (pressure drop).

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Diharapkan nantinya dapat menambah wawasan dan pengetahuan dalam

bidang mekanika fluida khususnya aerodinamika dan perpindahan panas.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah,

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian

dan sistematika penulisan.

BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan penelitian

terdahulu, kajian teoritis boundary layer, angka Reynolds, separasi,

reattachment, turbulator, karakteristik aliran melintasi staggered tube

bandle secara cross flow, penukar kalor, kalibrasi, perpindahan panas

dan kajian eksperimental karakteristik perpindahan panas.

BAB III : Metodologi penelitian, berisi tentang alat dan bahan yang digunakan

dalam penelitian, skema prinsip kerja alat uji, waktu dan tempat

penelitian, alur penelitian yang dilakukan dan prosedur cara

pelaksanaan penelitian,.

13

BAB IV : Data dan analisis, berisi tentang perhitungan data-data yang diperoleh

setelah melakukan penelitian dan analisa terhadap hasil-hasil yang

diperoleh.

BAB V : Penutup, berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran yang perlu

diperhatikan untuk penelitian lebih lanjut.

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Pethkool Somsak dkk, (2006), melakukan penelitian tentang pengaruh

penambahan “Louvered” Strip pada a Concentric pipe heat exchanger terhadap

perpindahan panas. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa dengan

penambahan “louvered” strip turbulator pada parallel-flow concentric double

pipe heat exchanger dengan sudut 31° memberikan Nusselt number dan Heat

transfer coefficient yang maksimum untuk semua variasi angka Reynolds

dibandingkan dengan sudut 17° dan 26°, dengan trend line peningkatannya adalah

linier, dimana Nusselt number terrendah terlihat pada plain tube (smooth-surface

circular tube). Dengan penambahan “louvered” turbulator tersebut akan

meningkatkan resirkulasi aliran turbulent dan meningkatkan gangguan pada lapis

batas (boundary layer). Gambar 2.1. menunjukkan hasil dari Nusselt number vs

angka Reynolds dan Heat transfer coefficient vs angka Reynolds. Dengan

penambahan “louvered” strip turbulator juga akan meningkatkan pressure drop,

dengan trend line non linear terhadap peningkatan angka Reynolds.

Gambar 2.1. Nusselt number dan Heat transfer coefficient terhadap Re Pethkool Somsak dkk, 2006

5

Yongsiri Kittisak dkk, (2006), melakukan penelitian tentang pengaruh

dari aliran turbulent yang berputar terhadap peningkatan perpindahan panas dalam

suatu tabung. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh bahwa dengan

pembangkitan pusaran akan menghasilkan aliran turbulent atau aliran yang

berputar sehingga akan dapat memperpanjang waktu kontak udara dalam seksi uji

dan dapat meningkatkan laju perpindahan panas. Diperoleh juga bahwa dengan

penambahan D-nozzle turbulator maka Nusselt number terbesar terjadi pada pitch

ratio turbulator yang terkecil.

Hussein M Fahmy dkk, (1989), melakukan studi eksperimental mengenai

perpindahan panas dan penurunan tekanan untuk beberapa konfigurasi yang

berbeda (surface extended) pada susunan rangkum tabung in-line dan staggered

dengan arah aliran udara secara menyilang. Dari penelitian yang dilakukan

diperoleh bahwa dengan perluasan area permukaan (surface extended) akan dapat

meningkatkan perpindahan panas tetapi juga akan meningkatkan penurunan

tekanan (pressure drop). Pada susunan silinder staggered, terjadi peningkatan

perpindahan panas dan penurunan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan

susunan silinder in-line seperti terlihat pada gambar 2.2. dibawah ini.

Gambar 2.2. Perpindahan panas dan pressure drop pada circular tube Hussein M Fahmy dkk, 1989

6

Anggoro Wisnu, (2008), melakukan penelitian tentang pengaruh letak

turbulator terhadap perpindahan panas pada aliran silang susunan silinder

staggered. Dengan penambahan turbulator tidak akan selalu dapat meningkatkan

laju perpindahan panasnya, tetapi laju perpindahan panas akan bertambah nilainya

jika turbulator ditempatkan pada sudut yang tepat yaitu antara 70° - 80° (sebelum

separasi) dan pada kondisi kecepatan aliran udara yang rendah.

2.2. Lapis Batas (Boundary layer)

Boundary layer atau lapis batas pertama kali dikemukakan oleh Ludwig

Prandtl pada Konggres Matematika di Heidelberg, Jerman pada tahun 1904.

Ketika suatu aliran fluida mengalir melewati suatu permukaan dinding, fluida

tersebut akan berkurang kecepatannya akibat adanya gaya geser antara fluida yang

mempunyai viskositas dengan permukaan dinding. Bahkan kecepatan fluida

tersebut adalah nol pada permukaan dinding. Namun tebal perbedaan kecepatan

ini adalah sangat tipis dan inilah yang disebut boundary layer atau lapis batas.

Profil kecepatan semakin menjauhi permukaan dinding maka kecepatannya akan

mendekati kecepatan udara bebas yang bergerak tanpa terpengaruh adanya

gesekan dengan permukaan dinding.

Gambar 2.3. Karakteristik lapis batas (Munson, B.R. dan Young, D.F., 2002)

7

Jadi lapis batas (Boundary layer) adalah lapisan tipis dari aliran fluida

yang berdekatan dengan permukaan benda yang dilewatinya, dimana aliran

menjadi lambat karena adanya gesekan antara fluida dan permukaan benda

tersebut. Ketebalan lapis batas adalah jarak dari permukaan benda hingga

kecepatan fluida 99% dari kecepatan fluida pada aliran bebas.

Lapis batas (boundary layer) mungkin dapat berupa aliran laminar atau

turbulent ditentukan oleh besarnya bilangan Reynolds.

- Laminar Boundary Layer. Pada lapis batas laminar alirannya steady dan halus.

Sebagai hasilnya, lapisannya sangat tipis, dan skin friction sangat kecil.

- Turbulent Boundary Layer. Pada lapis batas turbulent alirannya unsteady dan

tidak halus, lapisannya sangat tebal dan skin friction besar.

Pada gambar 2.4. menunjukkan profil suhu lapis batas termal. Lapis batas

termal (thermal boundary layer) didefinisikan sebagai daerah di mana terdapat

gradien suhu. Gradien suhu terbentuk karena adanya proses pertukaran kalor

antara fluida dan dinding. Pada bagian tepi muka, profil suhu seragam dengan T(y)

= T∞. Partikel-partikel fluida menukar energi dengan permukaan dan gradient

suhu pada fluida berkembang. Dengan meningkatnya jarak dari tepi muka efek

dari perpindahan panas menembus ke dalam aliran bebas dan lapis batas termal

tumbuh.

Gambar 2.4. Profil suhu lapis batas termal (Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

8

mr DV

D =Ren

DV

2.3. Angka Reynolds

Dalam penelitiannya Reynolds melakukan visualisasi aliran cairan yang

dilewatkan pada terowongan pipa, dimana terdapat lapisan tipis yang disebut

sebagai dye. Dia menemukan bahwa, dye kadang-kadang mengalir melalui pipa

sebagai aliran kontinue (laminar), tapi kadang-kadang menjadi rusak atau terjadi

olakan (turbulent). Reynolds mengamati bahwa berat jenis, kekentalan, kecepatan

fluida, dan diameter pipa berperan penting dalam menentukan aliran tersebut

laminar atau turbulent.

Sehingga Reynolds menggabungkan pengaruh dari semua faktor tersebut

menjadi satu parameter non dimensional atau disebut sebagai Reynolds number

(Re).

(1)

=

Dimana :

ReD : angka Reynolds

ρ : massa jenis (kg/m3)

V : kecepatan fluida (m/s)

D : diameter (m)

µ : viskositas dinamik fluida (N.s/m2)

ν : viskositas kinematik fluida (m2/s)

(Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

2.4. Separasi

Bila energi kinetik fluida di dalam lapis batas tidak mampu lagi mengatasi

gradien tekanan dari arah yang berlawanan, maka akan terjadi pembalikan lokal

aliran di dalam lapis batas tersebut, di dekat titik ini lapis batas akan memisahkan

diri (separation). Di belakang titik perpisahan, aliran di dekat permukaan terdiri

dari pusaran-pusaran yang sangat tidak teratur (turbulent). Pada umumnya, lapis

batas turbulent ini tidak akan mudah berpisah seperti lapis batas laminar karena

memiliki energi kinetik partikel-partikel fluida yang lebih besar daripada lapisan

batas laminar.

9

Gambar 2.5. Karakteristik aliran melewati silinder (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

Gambar 2.5. dan gambar 2.6. menunjukkan aliran viskous pada suatu

silinder, stream lines adalah simetris. Titik di mana profil kecepatan adalah nol

adalah titik stagnasi dan distribusi tekanan adalah maksimal, selanjutnya akan

membentuk suatu lapis batas. Dari titik stagnasi akan melintasi permukaan

silinder dan terjadi kenaikkan kecepatan yang akan menyebabkan penurunan

tekanan, selanjutnya pada suatu titik akan terjadi penurunan kecepatan yang

berarti kenaikan tekanan. Di mana pada titik tersebut energi kinetik fluida di

dalam lapis batas tidak mampu lagi mengatasi gradien tekanan dari arah yang

berlawanan sehingga mengakibatkan terpisahnya lapis batas dari dinding dan

terjadilah separasi lapis batas. Ketika aliran tersebut terus bergerak melewati titik

pisah maka terjadi fenomena aliran balik yang pada akhirnya pada daerah bagian

belakang silinder menjadi turbulen dan bergerak secara acak.

- Pada daerah favorable pressure gradient terjadi kenaikkan kecepatan

(du∞/dx >0) yang akan menyebabkan penurunan tekanan (dp/dx < 0).

- Pada daerah adverse pressure gradient terjadi penurunan kecepatan (du∞/dx

<0) yang berarti terjadi kenaikan tekanan (dp/dx > 0).

- Titik separasi terjadi apabila ( du/dy )s = 0.

Gambar 2.6. Profil kecepatan aliran melewati silinder (Incropera, F.P. and DeWitt, D.P., 1996)

10

Pada ReD ≤ 2.105 lapis batas adalah laminar dan titik separasi terjadi pada

posisi sudut sekitar θ ≈ 80o yang diukur dari titik stagnasi. Pada bilangan

Reynolds yang lebih besar daripada 105, titik separasi terjadi pada sudut θ ≈ 140o.

Gambar 2.7. Pengaruh turbulensi terhadap titik separation. (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

2.5. Reattachment

Lapis batas aliran udara laminar yang melewati permukaan silinder,

umumnya pada titik tertentu akan mengalami transisi dari aliran laminar ke aliran

turbulent. Pada daerah transisi ini seringkali diikuti terjadinya fenomena yang

disebut sebagai gelembung separasi (bubble separation). Tiga karakteristik dari

gelembung separasi adalah titik separasi, gelembung separasi dan titik

reattachment. Gelembung separasi adalah gelembung yang disebabkan oleh

terjadinya gradien tekanan aliran yang meningkat pada lapis batas.

Ketika separasi terjadi, gangguan pada lapis batas menjadi besar dan

terbentuk bubble separation sementara gradien tekanan akan semakin besar,

kemudian lapis batas akan menempel kembali ke permukaan silinder

(reattachment) dalam bentuk aliran turbulent. Terjadinya gelembung separasi ini

akan menambah gaya hambat bentuk (form drag) dan fenomena ini sering terjadi

pada beberapa aplikasi dengan angka Reynolds yang rendah.

Gambar 2.8 Bubble separation aliran laminar dengan reattachment aliran turbulent.

(Cesini, G., dkk, 2001)

11

2.6. Turbulator

Turbulator adalah sebuah alat pengganggu aliran. Dalam hal aliran laminar

melintasi permukaan silinder, turbulator ditempatkan pada daerah sebelum

separasi untuk memaksa aliran laminar terseparasi lebih awal hingga aliran akan

menempel kembali ke permukaan (reattachment) dalam bentuk aliran turbulent.

2.7. Karakteristik aliran melintasi staggered tube bundle secara cross flow

Perpindahan panas aliran melewati berkas pipa (tube bundle) bergantung

sebagian besarnya pada pola aliran serta derajad turbulensinya, yang pada

gilirannya merupakan fungsi dari kecepatan fluida, ukuran serta susunan pipa-pipa

tersebut. Karakteristik aliran didominasi oleh effect separasi lapis batas dan

pengaruh dari wake dimana faktor tersebut mempengaruhi besarnya perpindahan

panas.

Gambar 2.9. Pola aliran pada berkas pipa staggered (Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

Pada gambar 2.9. terlihat pola aliran pada berkas pipa staggered yang lebih

berliku-liku apabila dibandingkan pada susunan in-line (aligned) juga pada

susunan staggered ini akan memberikan area permukaan untuk aliran yang lebih

besar sehingga akan memberikan pengaruh perpindahan panas yang lebih baik

terutama pada aliran dengan angka Reynold yang rendah.

Perhitungan besarnya angka Reynold (ReD) pada konfigurasi ini adalah

berdasarkan atas kecepatan maximum yang terjadi pada tube bundle yaitu

kecepatan yang melalui bidang aliran minimum.

12

nh

D

DVmaxmax,Re =

22

21

22 DSS

SS TTLD

+>

úúû

ù

êêë

é÷øö

çèæ+=

VDS

SV

T

T

-=max

ductkelilingductpenampangluas

PA 44

=

Sehingga rumusan ReD, maximum adalah :

(2)

Dimana :

ReD, max : angka Reynolds maximum

Vmax : kecepatan aliran udara maximum (m/s)

Dh : diameter hidraulik (m)

:

(Holman, J. P., 1994 )

ν : viskositas kinematik fluida (m2/s)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

Apabila (3)

Maka kecepatan fluida maximum (Vmax) di hitung menggunakan rumus :

(4)

Dimana :

V : kecepatan fluida (m/s)

D : diameter pipa (mm)

ST : transverse pitch (mm)

SL : longitudinal pitch (mm)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

13

αv

=Pr

fkhD

Nu =

Cpk .//

rrm

=kCp.m

=

Parameter-parameter tanpa dimensi adalah parameter yang sangat penting

dalam analisa perpindahan panas. Parameter-parameter ini digunakan untuk

mencari nilai koefisien perpindahan panas. Dengan diketahuinya koefisien

perpindahan panas maka keefektifitasan suatu alat penukar kalor dapat diketahui.

Parametet-parameter terkait tersebut adalah :

1. Angka Reynolds (Reynolds Number)

Angka Reynolds dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya inersia

dengan gaya kekentalan.

2. Angka Prandtl (Prandtl Number)

Bilangan Prandtl dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara diffusifitas

momentum (v) dengan diffusifitas termal (a).

(5)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

3. Angka Nusselt (Nusselt Number)

Angka Nusselt menyatakan gradien temperatur pada suatu permukaan. Angka

ini menyediakan sebuah pertimbangan tentang transfer panas konveksi yang

terjadi pada permukaan.

(6)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

2.8. Penukar Kalor

Penukar kalor adalah sebuah alat dimana kalor dipindahkan dari fluida

panas ke fluida dingin. Dalam hampir semua aplikasi, fluida-fluida tersebut tidak

tercampur tetapi perpindahan panas melalui sebuah dinding pemisah dengan

berbagai bentuk geometri. Klasifikasi penukar kalor berdasaran pola aliran fluida

panas dan fluida dingin, dapat berupa penukar kalor aliran searah (parallel flow

heat excharger), berlawanan arah (counter flow heat excharger), dan aliran silang

(cross flow heat excharger).

14

Penukar kalor aliran silang banyak dipakai dalam pemanasan dan

pendinginan udara atau gas. Pada penukar kalor aliran melintang dapat dibedakan

menjadi single pass cross flow heat excharger with both fluids unmixed (kedua

fluida tidak bercampur) dan cross flow heat excharger with one fluid mixed and

the other unmixed (fluida satu campur dan fluida yang lain tak campur).

Pada gambar 2.9. menunjukkan alat penukar kalor aliran silang (a),

fluida yang mengalir melintas tabung disebut arus campur (mixed stream), sedang

fluida di dalam tabung disebut arus tak campur (unmixed).

Gas dikatakan bercampur karena dapat bergerak dengan bebas di dalam alat

sambil menukar kalor. Fluida yang lain terkurung di dalam tabung saluran

penukar kalor dan tidak dapat bercampur selama proses perpindahan panas.

Penukar kalor aliran silang (b), gas mengalir melintas berkas tabung bersirip dan

karena terkurung di dalam saluran-saluran di antara sirip-sirip, tidak tercampur

pada waktu mengalir melalui penukar kalor.

(a) (b)

Gambar 2.10. Jenis-jenis penukar kalor aliran silang.

(Holman, J. P., 1994)

Jika fluida tak campur, terdapat gradien suhu pada arah sejajar dengan

aliran maupun arah normal terhadap aliran. Sedangkan jika fluida itu campur

terdapat kecenderungan untuk suhu itu menjadi sama pada arah normal terhadap

aliran, sebagai akibat dari percampuran.

15

baxy +=

( )( )( )å å

å åå-

-=

22ii

iiii

xxn

yxyxna

( )( ) ( )( )( )å å

åååå-

-=

22

2

ii

iiiii

xxn

xyxxyb

21

2

,2

1 úû

ùêë

é-=

y

xyr

ss

( )2

1

1

2

1úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

-

-=

å=

n

yyn

imi

ys

úû

ùêë

é-=@

y

xyr

2

,2

2 1s

s

2.9. Kalibrasi

Kalibrasi merupakan hal mendasar yang perlu dilakukan sebelum

melaksanakan penelitian. Alat yang akan digunakan dalam penggambilan data

pada penelitian harus terlebih dahulu melalui proses kalibrasi agar data yang

dihasilkan akurat.Kalibrasi dapat dilakukan dengan membandingkan dua data dari

dua alat yang berbeda (salah satu alat sebagai acuan), dan dicari dengan

menggunakan metode least square, sehingga didapatkan persamaan :

(7)

y adalah data dari alat acuan

x adalah data dari alat yang dikalibrasi

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk a dan b diperoleh dari :

(8)

(9)

dimana :

n : jumlah data

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mengecek keakuratan dari persamaan yang dihasilkan, kita perlu

mencari koefisien korelasi (r) dan apabila r = 0 maka persamaan yang dihasilkan

tidak akurat. Sedangkan apabila r mendekati 1 maka deviasi yang terjadi semakin

kecil dan persamaan dapat dipergunakan. Koefisien korelasi (r) dapat

didefinisikan sebagai :

(10)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari ys yang merupakan standar deviasi y menggunakan rumus :

(11)

16

Lt

kAqD

=

( )fw TTAhq -= ..

n

yy i

må=

( )2

1

1

2

, 2úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

-

-=

å=

n

yyn

iici

xys

dimana untuk (12)

(Holman, J. P., 1994 )

Dan untuk mencari xy ,s menggunakan rumus :

(13)

dimana untuk icy adalah hasil perhitungan dari persamaan yang telah diperoleh

(Holman, J. P., 1994 )

2.10. Perpindahan Panas

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari

suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat beda temperature antara daerah-

daerah tersebut.

1. Perpindahan panas konduksi (hantaran) adalah perpindahan panas melalui

suatu bahan padat yang menyangkut pertukaran energi pada tingkat molekuler.

Rumus dasar perpindahan panas konduksi :

(14)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

2. Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan panas yang terjadi

antara permukaan dengan fluida yang mengalir apabila keduanya memiliki

temperatur yang berbeda.

Perpindahan panas konveksi mempunyai rumus dasar :

(15)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

3. Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas melalui pancaran

gelombang cahaya dari suatu zat ke zat yang lain tanpa memalui perantara.

17

udaraudaradindingkonveksipipadindingkonduksidindingpanasfluidakonveksi QQQQ === --

( )inout

o

udarai TTCpmQ ¥¥ -= ..

udaraudaradindingkonveksi QQ =-

AVmo

..r=

o

m

2.11. Kajian Eksperimental Karakteristik Perpindahan Panas.

Dalam pengujian karakteristik perpindahan panas konveksi menggunakan

2 metode pengolahan data yaitu metode pengukuran temperatur dinding (wall

temperature measuring method) dan metode koefisien pemisah (separating

coefficient method).

2.11.1. Persamaan Untuk Variasi Tanpa Turbulator

2.11.1.1. Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature

measuring method)

Dasar dari metode ini dalam menganalisa karakteristik perpindahan panas

konveksi dinding luar pipa adalah proses perpindahan panas konveksi yang terjadi

dari permukaan dinding luar pipa ke udara yang mengalir di dalam duct pada

kondisi steady. Proses perpindahan panas pada kondisi steady state yang terjadi,

dengan asumsi bahwa konduktivitas termal material pipa (k) dianggap konstan,

isolasi pada seksi uji dianggap sempurna.

Dengan persamaan energinya adalah :

Besar perpindahan panas Q pada kondisi steady adalah konstan, maka besar

perpindahan panas

Perumusan untuk mencari Qudara adalah :

(16)

(Holman, J. P., 1994 )

dan untuk mencari o

m menggunakan rumus :

(17) Dimana :

udaraQ : besar perpindahan panas (Watt)

: laju aliran massa udara duct (kg/s)

Cp : panas jenis udara duct (kJ/kgoK)

outT¥ : temperature udara duct setelah melewati seksi uji = Tc out (oK)

inT¥ : temperature udara duct sebelum melewati seksi uji = Tc in (oK)

18

( )¥- -= TTAhQ wowooudaradindingkonveksi ..

( )[ ] ( )¥-=

TTNlD

Qh

woo

udarao

....pq

å=

=N

noo h

Nh

1

1q

f

ooo k

DhNu

.qq =

r : massa jenis udara duct (kg/m3)

V : kecepatan fluida (m/s)

A : luas penampang duct (m2)

Perumusan untuk mencari Qkonveksi dinding – udara adalah :

(18)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa

adalah dengan mensubstitusikan persamaan 16 dan 18 :

(19)

Dimana :

qoh : koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa (W/m2 .K)

Do : diameter luar pipa (m)

l : panjang pipa uji (m)

N : jumlah pipa uji

woT : temperatur rata-rata dinding luar pipa (oK)

¥T : temperatur rata-rata udara duct = cT (oK)

Sehingga koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dapat ditentukan

dengan persamaan sebagai berikut :

(20) Perumusan untuk mencari angka Nusselt lokal dinding luar pipa adalah :

(21)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

Dimana :

qoNu : angka Nusselt lokal dinding luar pipa

qoh : koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa (W/m2.oK)

Do : diameter luar pipa (m)

fk : konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film (W/m2.oK)

19

2¥+

=TT

Two

f

å=

=N

noo Nu

NNu

1

1q

( )000.10Re,160Pr7.0

PrRe023.0 3.08.0

>££= iiiNu

i

iii D

kNuh

.=

Untuk mencari temperatur film digunakan rumus :

(22)

Dan untuk mencari angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa ditentukan dengan

persamaan :

(23)

2.11.1.2. Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method )

Analisa karakteristik perpindahan panas konveksi dinding luar pipa yang

dilakukan dengan metode ini dimulai dengan mengambil suatu persamaan empirik

yang berlaku untuk perpindahan panas internal flow. Berdasarkan pada laju aliran

air panas di dalam pipa uji dijaga konstan dan diset berupa fully developed

turbulent flow in smooth tube ( Re > 10.000), sehingga angka Nusselt pada aliran

dalam pipa (Nui ) dapat diperoleh dengan persamaan Dittus-Boelter :

(24)

(Holman, J. P., 1994 )

dimana :

Nui : angka Nusselt di dalam pipa

Rei : angka Reynolds di dalam pipa

Pri : angka Prandtl di dalam pipa

Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa ( hi ) dicari dengan

persamaan:

(25)

dimana :

hi : koefisient perpindahan panas di dalam pipa (W/m2.K)

Nui : angka Nusselt di dalam pipa

ki : konduktifitas termal fluida di dalam pipa (W/m.oK)

Di : diameter dalam pipa ( m )

20

LMTDwoo TAUQ D= ..

( )[ ] LMTDoo TNlD

QU

D=

....p

( ) ( )( ) ( )[ ]incouthoutcinh

incouthoutcinh

TTTT

TTTT

--

---

/ln:

oi

oo

i

o

i

o

hr

r

lk

a

a

a

h

U1

ln...2

11

++=

p

i

oo

ii

o

o

o

r

r

lk

a

ha

a

U

hln

...211

1'

p--

=

Untuk mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan

dinding luar pipa (Uo) dapat dihitung melalui besar perpindahan panas Q pada

kondisi steady :

(26)

(Holman, J. P., 1994 )

sehingga untuk mencari (Uo) persamaannya menjadi :

(27)

dimana :

Q : besar perpindahan panas (W)

Uo : koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa

(W/m2.K)

Do : diameter luar pipa (m)

l : panjang pipa uji (m)

N : jumlah pipa uji

LMTDTD : logarithmic mean temperature different ( oK )

(28)

(Holman, J. P., 1994 )

Uo dapat dinyatakan dalam bentuk lain yaitu :

(29)

(Holman, J. P., 1994 )

sehingga untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa

(h’o) adalah dengan memisahkan Uo dari persamaan (29) dan diperoleh persamaan

sebagai berikut :

(30)

21

qg sin.. hP D=D

qr sin... hgoli D=

f

ooo k

DhNu

.'' =

dimana :

oh' : koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode

separating coefficient (W/m2.K)

Uo : koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar

pipa (W/m2.K)

ao : luas sisi luar pipa (m2)

ai : luas sisi dalam pipa (m2)

ro : jari-jari luar pipa (m)

ri : jari-jari dalam pipa (m)

hi : koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (W/m2.K)

k : konduktivitas temal bahan pipa (W/m.oK)

l : panjang pipa uji (m)

Sehingga angka Nusselt dinding luar pipa dapat ditentukan dengan persamaan

sebagai berikut :

(31)

dimana :

oNu' : angka Nusselt dinding luar pipa dengan metode separating coefficient

oh' : koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan metode

separating coefficient (W/m2.K)

Do : diameter luar pipa (m)

fk : konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film rata-rata (W/m2.oK)

Untuk menghitung penurunan tekanan (pressure drop) dipergunakan rumus :

(34)

dimana :

PD : pressure drop

olir : massa jenis oli pada manometer miring (kg/m3)

g : percepatan gravitasi ( 9.81 m/s2)

hD : perbedaan ketinggian level oli pada manometer miring (m)

qsin : sudut manometer miring (deg)

22

( )inout

o

udarai TTCpmQ ¥¥ -= ..

udaraudaradindingkonveksi QQ =-

AVmo

..r=

o

m

( )¥- -= TTAhQ wowooudaradindingkonveksi ..

( ) ( )[ ]{ } ( )¥--=

TTNlD

Qh

woo

udarao

...2.. lpq

2.11.2. Persamaan Untuk Variasi Ketebalan Turbulator

2.11.2.1. Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature

measuring method)

Besar perpindahan panas Q pada kondisi steady adalah konstan, maka besar

perpindahan panas

Perumusan untuk mencari Qudara adalah :

(35)

(Holman, J. P., 1994 )

dan untuk mencari o

m menggunakan rumus :

(36) Dimana :

udaraQ : besar perpindahan panas (Watt)

: laju aliran massa udara duct (kg/s)

Cp : panas jenis udara duct (kJ/kgoK)

outT¥ : temperature udara duct setelah melewati seksi uji = Tc out (oK)

inT¥ : temperature udara duct sebelum melewati seksi uji = Tc in (oK)

r : massa jenis udara duct (kg/m3)

V : kecepatan fluida (m/s)

A : luas penampang duct (m2)

Perumusan untuk mencari Qkonveksi dinding – udara adalah :

(37)

(Holman, J. P., 1994 )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi lokal dengan pemasangan

turbulator adalah dengan mensubstitusikan persamaan 35 dan 37 :

(38)

dimana :

qoh : koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator (W/m2 .K)

23

å=

=N

noo h

Nh

1

1q

å=

=N

noo Nu

NNu

1

1q

f

ooo k

DhNu

.qq =

( )000.10Re,160Pr7.0

PrRe023.0 3.08.0

>££= iiiNu

Do : diameter luar pipa (m)

l : lebar turbulator (m)

l : panjang pipa uji (m)

N : jumlah pipa uji

woT : temperatur rata-rata dinding luar pipa (oK)

¥T : temperatur rata-rata udara duct = cT (oK)

Sehingga koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

(39) Perumusan untuk mencari angka Nusselt lokal dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator adalah :

(40)

(Incropera, F.P., dan DeWitt, D.P., 1996)

dimana :

qoNu : angka Nusselt lokal dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator

qoh : koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator (W/m2.oK)

Do : diameter luar pipa (m)

fk : konduktivitas termal udara berdasarkan temp.film (W/m2.oK)

Dan untuk mencari angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan pemasangan

turbulator ditentukan dengan persamaan :

(41)

2.11.2.2. Metode koefisien pemisah ( sparating coefficient method )

Persamaan Dittus-Boelter adalah :

(42)

(Holman, J. P., 1994 )

24

i

iii D

kNuh

.=

( ) ( )[ ]{ } LMTDoo TNlD

QU

D-=

...2.. lp

( ) ( )[ ]{ }( )

( ) ( )[ ]{ }i

oo

ii

o

o

o

rr

lkNlD

hNlDNlD

U

hln.

...2..2..1

....

..2..11

'

pp

pp ll -

--

-=

dimana :

Nui : angka Nusselt di dalam pipa

Rei : angka Reynolds di dalam pipa

Pri : angka Prandtl di dalam pipa

Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (hi) dicari dengan

persamaan:

(43)

dimana :

hi : koefisient perpindahan panas di dalam pipa (W/m2.K)

Nui : angka Nusselt di dalam pipa

ki : konduktifitas termal fluida di dalam pipa (W/m.oK)

Di : diameter dalam pipa ( m )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan

dinding luar pipa (Uo) dengan pemasangan turbulator dapat dihitung dengan

persamaan :

(44)

dimana :

Q : besar perpindahan panas (W)

Uo : koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar pipa

dengan pemasangan turbulator (W/m2.K)

Do : diameter luar pipa (m)

l : lebar turbulator (m)

l : panjang pipa uji (m)

N : jumlah pipa uji

LMTDTD : logarithmic mean temperature different ( oK )

Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o)

dengan pemasangan turbulator adalah dengan mengurangkan luas sisi luar pipa

dengan luas pemasangan turbulator sehingga persamaan (30) menjadi :

(45)

25

nmCNu PrRe=

PrRe LognLogmCLogNuLog ++=

f

ooo k

DhNu

.'' =

dimana :

oh' : koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator (metode separating coefficient) (W/m2.K)

Uo : koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar

pipa dengan pemasangan turbulator (W/m2.K)

Do : diameter luar pipa (m) Di : diameter dalam pipa (m)

ro : jari-jari luar pipa (m)

ri : jari-jari dalam pipa (m)

l : lebar turbulator (m)

l : panjang pipa uji (m) N : jumlah pipa uji

hi : koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa (W/m2.K)

k : konduktivitas temal bahan pipa (W/m.oK)

Sehingga angka Nusselt dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

(47) dimana :

oNu' : angka Nusselt dinding luar pipa dengan pemasangan turbulator (metode

separating coefficient)

oh' : koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator (metode separating coefficient) (W/m2.K)

Do : diameter luar pipa (m)

fk : konduktivitas termal udara berdasarkan temp. film rata-rata (W/m2.oK)

2.11.3. Perhitungan Empirik

Rumus umum dari perhitungan angka Nusselt empirik diberikan dalam

bentuk : (48)

Untuk menyelesaikan persamaan diatas, maka dilakukan pelinieran terhadap

persamaan tersebut menjadi :

(49)

Dimana :

C, m dan n adalah konstanta yang ditentukan dari data percobaan.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat Penelitian

3.1.1 Multi Purpose Air Duct (MPAD)

Multi purpose air duct adalah alat yang dapat dipakai untuk barbagai

macam percobaan. Terbuat dari kayu dimana pada bagian permukaannya

dilapisi dengan cat tahan panas. Ukuran penampang melintang saluran ini

300 mm x 150 mm. Multi purpose air duct dilengkapi dengan fan

centrifugal tipe TKE dengan kapasitas 2500 ft3/menit pada tekanan Ps =

112,8 mm H2O. daya motor 1.1 kW, 3 f, 380 V, 2820 r/min

Gambar 3.1. Multi purpose air duct

3.1.2 Pemanas Air ( Boiler)

Digunakan sebagai penyedia air panas untuk proses perpindahan kalor.

Boiler terbuat dari bahan stainless steel dengan ukuran 400mm x 400mm x

400mm. Dilengkapi dengan pemanas listrik sebesar 3 x 1 kW, 3 f, 380 V.

3.1.3 Automatic Thermo-Controller

Digunakan sebagai alat untuk setting temperatur air boiler, digunakan tipe-

IL.70.110/220V dengan IL-80 EN Control egp, dilengkapi dengan

magnetic contactor mitsubishi S-K20 dan 2 buah termometer digital untuk

pengukuran temperatur air masuk dan keluar seksi uji, digunakan merek

ST-2 dengan ketelitian 0,1 oC, Range -50oC s/d 70 oC.

27

3.1.4 Pompa air

Digunakan untuk mensirkulasikan air panas melewati alat uji. Pompa air

yang digunakan adalah DAB, kapasitas 42 L/menit, heat total 33 m, daya

125 W, rpm 2850, 220V/50 Hz/1Ph.

3.1.5 Rotometer

Sebagai alat untuk mengukur debit aliran fluida panas. Rotometer yang

digunakan adalah tipe SK-11.

3.1.6 Instrumentasi & Alat Pengukur Temperatur

Dalam penelitian ini digunakan 6 buah thermokopel untuk pengukuran

temperatur dinding luar pipa dan 2 buah thermokopel untuk pengukuran

temperatur udara duct. Thermokopel yang digunakan untuk adalah tipe T

berdiameter 0.1 mm. Dilengkapi dengan conector, selector dan reader

indikator temperatur merek OMEGA dengan ketelitian 0.1 oC.

Pemasangan thermokopel pada dinding luar pipa menggunakan lem

Araldite yang terdiri dari pengeras (hardener) warna merah dan resin

(warna putih).

Gambar 3.2. Instrumentasi dan alat pengukur temperatur

3.1.7 Anemometer Digital

Anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan udara.

Spesifikasinya adalah :

- Merek : Testo 400

- Tipe : vane probe

- Ketelitian : 0,1 m/s

3.1.8 Manometer miring

Digunakan untuk mengukur pressure drop dengan skala pembacaan Δ h

3.1.9. Stopwatch

Digunakan untuk mengukur waktu.

28

3.2. Bahan Penelitian

3.2.1 Pipa Tembaga

Digunakan untuk membuat susunan pipa pada seksi uji, dengan Φ 7/8”

3.2.2. Akrilik

Digunakan untuk membuat seksi uji dengan ukuran penampang melintang

300 mm x 150 mm.

3.2.3 Sheet mika

Digunakan sebagai bahan untuk turbulator, dengan panjang 150 mm, lebar

5 mm, tebal 0.5 mm.

Gambar 3.3. Turbulator

3.2.4 Gabus

Digunakan sebagai isolator untuk mengisolasi sambungan pipa seksi uji.

Gambar 3.4. Gabus

3.2.5 Seksi uji

Dipergunakan sebagai alat penukar kalor untuk melakukan pengujian

perpindahan panas konveksi paksa.

Gambar 3.5. Seksi uji

29

3.3 Skema Susunan Pipa Pada Seksi Uji

Gambar 3.6. Skema susunan pipa pada seksi uji

Seksi uji terbuat dari bahan akrilik, dengan dimensi dan konfigurasi adalah

sebagai berikut :

1. Lebar : 150 mm

2. Tinggi : 300 mm

3. Panjang : 300 mm

4. Jumlah pipa : 18 buah

5. Diameter luar pipa : 22.2 mm

6. Diameter dalam pipa : 20 mm

7. Susunan pipa : Staggered

8. Jarak antar pipa : ST =3.0D ; SL =2.0D, (D/W) =0.2

9. Bahan pipa : Tembaga ( Copper )

3.4 Skema Pemasangan Turbulator

Gambar 3.7. Skema pemasangan turbulator

30

3.5 Pemasangan Thermokopel

Cara pemasangan thermokopel untuk mengukur temperatur dinding luar

pipa adalah dengan membuat alur (titik lubang) pada permukaan pipa

sebesar ujung dari thermokopel, setelah itu thermokopel ditempatkan pada

alur tersebut kemudian direkatkan dengan lem Araldite.

Gambar 3.8. Gambar pemasangan thermokopel

3.6 Skema Prinsip Kerja Alat Uji

Gambar 3.9. Skema prinsip kerja alat uji

31

Keterangan :

1. Automatic thermo-controller

2. Heater

3. Boiler

4. Pompa

5. Rotometer

6. Th in temp. fluida masuk seksi uji

7. Seksi uji

8. Th out temp. fluida keluar seksi uji

Gambar 3.10. Skema alat uji

3.7 Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat : Laboratorium Termodinamika dan Perpindahan Panas, Fakultas

Teknik, Universitas Sebelas Maret.

Waktu : 01 Maret – 31 Maret 2009.

32

tidak

ya

tidak

Analisa

Kesimpulan

Selesai

Mulai

Variasi awal ketebalan turbulator 3.3 mm.

ya

Memanaskan air hingga mencapai suhu ± 60° C

Δh manometer ; pengukuran (debit ? 350 L/jam); Th,i ; Th,o ; Tc,i ; Tc,o dan Tw out 1-6

Data

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s, 2.0 m/s, 2.5 m/s

Mempersiapkan multi purpose air duct dan alat-alat ukur percobaan.

Steady state

Menghidupkan fan centrifugal untuk variasi awal kecepatan udara 1 m/s

Memasang seksi uji pada Multi Purpose Air Duct

Mempersiapkan seksi uji.

Variasi ketebalan : 2.6 mm, 1.9 mm, 1.2 mm,

0.5 mm dan tanpa turbulator

3.8 Alur Penelitian

33

3.9 Prosedur Dalam Pelaksanaan Penelitian adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat pembacaan (reader dan selector) thermokopel.

2. Mempersiapkan seksi uji (untuk perubahan variasi ketebalan turbulator)

3. Mempersiapkan seksi uji pada Multi Purpose Air Duct.

- Mengisolasi celah sambungan seksi uji dengan Multi Purpose Air Duct

- Memasang isolator (gabus) pada kedua sisi sambungan pipa seksi uji.

4. Menghubungkan semua sistem dengan sumber listrik.

5. Menghidupkan heater pemanas air boiler dan mensetting Automatic thermo-

Controller hingga temperatur fluida panas masuk seksi uji ± 60° C.

6. Menghidupkan pompa fluida panas dan mengatur debit (skala rotometer)

dengan katup bay-pass hingga aliran dalam pipa adalah kembang penuh

(pada 350 L/jam).

7. Menghidupkan fan centrifugal.

8. Mengatur bukaan damper (sesuai variasi kecepatan aliran udara duct)

dengan skala pengukuran menggunakan anemometer.

9. Menunggu hingga sistem steady.

10. Mencatat ho manometer.

11. Mencatat h1 manometer.

12. Mencatat debit fluida panas ; Th in ; Th out ; Tc in ; Tc out dan Tw out 1-2 (sebagai

temp. pada θ= 90°), Tw out 3-4 (sebagai temp. pada θ= 0° / stagnasi), Tw out 5-6

(sebagai temp. pada θ= -90°) dalam selang waktu setiap 10 menit, hingga

diperoleh 3 data steady.

13. Melakukan variasi kecepatan aliran udara, dengan mengulangi langkah

percobaan pada no.8 s/d no. 12. (dilakukan variasi kecepatan aliran udara

sebanyak 4 variasi)

14. Setelah selesai melakukan percobaan, mematikan sistem dan melepas sistem

dari sumber listrik.

15. Mempersiapkan seksi uji untuk pengujian dengan variasi ketebalan

turbulator yang berbeda, setelah itu mengulangi langkah percobaan pada

no.3 s/d no.14. (dilakukan variasi ketebalan turbulator sebanyak 5 variasi

dan 1 variasi tanpa turbulator).

16. Setelah semua data diperoleh, maka melakukan pengolahan data, analisa

hasil dan penarikan kesimpulan.

( )( )( )å å

å åå-

-=

22ii

iiii

xxn

yxyxna

( )( ) ( )( )( )å å

åååå-

-=

22

2

ii

iiiii

xxn

xyxxyb

baxy +=

( )( )28.88282.6183314

8758.8825.6109514

-

-=

x

xx9600332.0=

( ) ( )( )28.88282.6183314

8.8825.6109582.61833875

-

-=

x

xx 96305.1=

96305.19600332.0 += xy

BAB IV

DATA DAN ANALISA

4.1. Kalibrasi

Sebelum melakukan pengambilan data, untuk mendapatkan hasil yang

presisi atau valid, perlu dilakukan kalibrasi terhadap alat ukur yang digunakan.

Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan alat ukur yang digunakan terhadap

thermometer air raksa (yang masih normal). Data-data temperatur yang diambil

dalam kalibrasi ini dengan rentang masing – masing pengambilan data 5 0C.

Kalibrasi dilakukan menggunakan metode least square, sehingga akan

didapat hubungan persamaan antara x dan y yaitu :

Sebagai contoh perhitungan adalah kalibrasi pada thermokopel Tcin

sebagai berikut :

untuk

Sehingga akan kita dapatkan hubungan antara x dan y yaitu :

Untuk mengetahui keakurasian persamaan tersebut, maka perlu dicari

koefisien kerelasi (r). Apabila r = 0 maka persamaan yang dihasilkan tidak akurat,

sedangkan apabila r mendekati 1 maka deviasi yang terjadi semakin kecil dan

persamaan tersebut dapat dipakai.

35

21

2

,2

1 úû

ùêë

é-=

y

xyr

ss

( )2

1

1

2

1úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

-

-=

å=

n

yyn

imi

ys

( )2

1

1

2

, 2úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

-

-=

å=

n

yyn

iici

xys

n

yy i

må=

5.6214875

==

21

1350.5687

úûù

êëé=ys

916501.20=

21

12623495.3

úûù

êëé=

549507.0=

( )( ) ú

û

ùêë

é-=

2

22

916501.20

549507.01r

9993.0=

úû

ùêë

é-=@

y

xyr

2

,2

2 1s

s

Koefisien kerelasi (r) didefinisikan sebagai :

Untuk ys adalah :

dengan

sehingga

Untuk xy ,s adalah :

Sehingga kita dapatkan nilai r adalah :

Dari hasil r yang didapatkan dapat kita ketahui bahwa deviasi yang terjadi

sangat kecil sehingga persamaan y = 0.9600332 x + 1.96305 dapat dipakai dalam

perhitungan. Untuk kalibrasi thermokopel yang lainnya dilakukan dengan cara

yang sama dengan kalibrasi thermokopel Tc in dan hasil selengkapnya seperti

terlihat pada lampiran 1 s/d 5 dan lampiran 8 s/d 12.

36

4.2. Perhitungan Eksperimental

Dalam perhitungan ini menggunakan batasan dimana nilai konduktifitas

thermal bahan adalah constan. Bahan pipa yang dipergunakan dalam penelitian

adalah tembaga (copper) sehingga diambil nilai konduktifitas thermal bahan pada

temperatur lingkungan berdasarkan tabel Incropera, F.P., and Dewitt, D.P.1990

(lampiran 14) diperoleh harga k pada temp. 3000K adalah 401 W/m.oK. Harga

inilah yang dipergunakan dalam perhitungan.

Data-data silinder pada seksi uji :

· Do = 22.2 mm ; ro = 11.1 mm

· Di = 20 mm ; ri = 10 mm

4.2.1. Perhitungan Pada Variasi Tanpa Turbulator.

Sebagai contoh, perhitungan adalah pada kecepatan aliran udara 1.0 m/s.

Data- data temperatur adalah temperatur rata-rata dari 3 data keadaan steady.

Data yang diperoleh adalah :

1. Temp air panas masuk (Th in) : 60.49 oC

2. Temp air panas keluar (Th out) : 59.57 oC

3. Temp udara masuk (Tc in) : 27.72 oC

4. Temp udara keluar (Tc out) : 32.32 oC

5. Temp dinding luar θ : 90o

- Temp ujung masuk (Two 1) : 56.80 oC

- Temp ujung keluar (Two 2) : 56.36 oC

6. Temp dinding luar θ : 0o (stagnasi)

- Temp ujung masuk (Two 3) : 56.49 oC

- Temp ujung keluar (Two 4) : 56.64 oC

7. Temp dinding luar θ : - 90o

- Temp ujung masuk (Two 5) : 55.50 oC

- Temp ujung keluar (Two 6) : 56.53 oC

8. ho manometer : 9.5 cm

9. h1 manometer : 9.62 cm

37

( )incoutc

o

udara TTCpmQ -= ..

Avmo

..r=

23 045.0./0.1./1513.1 msmmkgmo

=

skg /0518.0=

( )[ ] KKkgkJskgQ ooudara 27372.2732.32./00712.1./0518.0 +-=

skJ /4848.14=

Watt8.14484=

o

m

Dari data temperatur diatas dicari temperatur rata-rata dari ujung masuk dan

keluar, sehingga diperoleh :

1. outinhT - : 60.03 oC

2. outincT - : 30.02 oC

3. θ : 90o outinwoT - : 56.58 oC

4. θ : 0o outinwoT - : 56.56 oC

5. θ : - 90o outinwoT - : 56.01 oC

Properti air pada outinhT - = 60.03 oC adalah :

r : 983.28 kg/m3

m : 4.672 .10-4 kg/m.s

ki : 0.65364 W/m.oK

Pr : 2.9864

Cp : 4.1852 kJ/kgoK

Properti udara pada outincT - = 30.02 oC adalah :

r : 1.1513 kg/m3

Cp : 1.00712 kJ/kgoK

4.2.1.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature

measuring method)

Menghitung Qudara dengan persamaan (16) :

dan untuk mencari dihitung menggunakan persamaan (17) sebagai berikut :

Sehingga

38

f

oo

o k

DhNu

o

o

.90

90 =

KmW

mxKmWNu

oo o

./02751.0

0222.0./92.256 2

90=

36.207=

( ) ( )[ ] KmWatt

hoo o

27302.3058.56.18.15.0.0222.0.14.38.14484

290 +-=

KmW 2/92.256=

2¥+

=TT

Two

f

202.3058.56 CC

Too

f

+=

KC oo 30.31630.43 »=

( )[ ] ( )¥-=

TTNlD

Qh

woo

udarao o

....90 p

Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada

q : 90o dengan persamaan (19) sebagai berikut :

Dengan cara yang sama, dihitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal

dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil ooh

0= 256.93 W/m2.K

dan ooh

90-= 257.40 W/m2.K

Sehingga dapat dihitung koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar

pipa dengan persamaan (20) dan diperoleh hasil oh = 257.08 W/m2.K

Menghitung angka Nusselt lokal dinding luar pada q : 90o dengan persamaan (21)

dimana

fk = konduktivitas termal udara duct berdasarkan temp.film dihitung dengan

persamaan (22) sebagai berikut :

Sehingga

Dari tabel properties (lampiran 13) dengan cara interpolasi diperoleh harga kf =

0.02751 W/m.K

Sehingga

Dengan cara yang sama, dihitung angka Nusselt dinding luar pipa pada sudut θ :

0o dan -90o diperoleh hasil ooNu 0 = 207.37 dan ooNu 90- = 207.90

39

qg sin.. hP D=D

qr sin... hgoli D=

omsmmkg 20sin.0012.0./81.9./33.967 23=

Pa89.3=

21

22

2 úúû

ù

êêë

é÷ø

öçè

æ+= TLD

SSS

2

DST +

( ) mm5.552

6.664.44

21

22 =

úúû

ù

êêë

é÷øö

çèæ+=

VDS

SV

T

T

-=max

( ) smmm

mm/0.1

2.226.66

6.66

-=

sm /5.1=

nh

D

DVmaxmax,Re =

sm

msm

/10.7515.1

2.0./5.125-=

8.17123=

Sehingga dapat dihitung angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan

persamaan (23) dan diperoleh hasil oNu = 207.54

Diperoleh data properti pada fT = 316.20 oK adalah :

Pr : 0.70473

v : 1.7520.10-5 m2/s

Sehingga dapat dihitung Re max dengan langkah sebagai berikut :

Mencari Vmax dengan persamaan (3) dan (4) :

Untuk adalah 44.4 mm, karena hasilnya lebih kecil dari SD maka :

Jadi Re max dapat dihitung menggunakan persamaan (2) :

Untuk menghitung penurunan tekanan dipergunakan persamaan (34) :

Sehingga

40

ia

debitQV

)(=

24

35

10.14.3

/10.722.9

m

sm-

-

=

4

.

/3502

iD

jamL

p=

sm /30962.0=

mr i

i

DV ..Re =

smkg

msmmkg

./10.6718.4

020.0./30962.0./82.10164

3

-=

82.13477=

3.08.0 PrRe023.0 iiiNu =

( ) ( ) 3.08.0 9864.282.13477023.0=

264.64=

i

iii D

kNuh

.=

m

KmW o

020.0

)/(65364.0.264.64=

KmW ./26.2100 2=

( )[ ] LMTDoo TNlD

QU

D=

....p

( ) ( )( ) ( )[ ]incouthoutcinh

incouthoutcinhLMTD TTTT

TTTTT

--

---=D

/ln

( ) ( )( ) ( )[ ] KC oo 97.30297.29

72.2757.59/32.3249.60ln72.2757.5932.3249.60

»=--

---=

4.2.1.2 Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method )

Mencari kecepatan aliran air panas ( V )

Mencari angka Reynolds pada aliran dalam pipa dengan persamaan (1) :

Mencari angka Nusselt pada aliran dalam pipa (Nui) dengan persamaan (24):

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi pada aliran dalam pipa (hi) dengan

persamaan (25):

Mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar

pipa (Uo) dengan persamaan (27) :

Untuk LMTDTD dihitung menggunakan persamaan (28) :

41

( )[ ] Km

WattU

oo 97.302.18.15.0.0222.0.14.3

8.144842

=

KmW ./0176.254 2=

i

oo

ii

o

o

o

r

r

lk

a

ha

a

U

hln

...211

1'

p--

=

mm

mxKmWxxm

KmWmm

KmW o 010.00111.0

ln15.0./40114.32

1882.0./26.2100

116956.01882.0

./0176.2541

12

22

2

2--

=

KmW ./232.299 2=

f

ooo k

DhNu

.'' =

KmW

mKmWo./02750.0

0222.0../232.299 2

=

85.241=

Sehingga

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) dengan

persamaan (30) :

Mencari angka Nusselt dinding luar pipa dengan persamaan (31) :

4.2.2. Perhitungan Pada Variasi Ketebalan Turbulator 0.5 mm.

Sebagai contoh, perhitungan adalah pada kecepatan aliran udara 1.0 m/s.

Data- data temperatur adalah temperatur rata-rata dari 3 data keadaan steady.

Data yang diperoleh adalah :

1. Temp air panas masuk (Th in) : 60.66 oC

2. Temp air panas keluar (Th out) : 58.77 oC

3. Temp udara masuk (Tc in) : 28.01 oC

4. Temp udara keluar (Tc out) : 32.26 oC

5. Temp dinding luar θ : 90o

- Temp ujung masuk (Two 1) : 56.29 oC

- Temp ujung keluar (Two 2) : 56.06 oC

42

( )incoutc

o

udara TTCpmQ -= ..

Avmo

..r=

o

m

6. Temp dinding luar θ : 0o (stagnasi)

- Temp ujung masuk (Two 3) : 56.25 oC

- Temp ujung keluar (Two 4) : 56.24 oC

7. Temp dinding luar θ : - 90o

- Temp ujung masuk (Two 5) : 56.47 oC

- Temp ujung keluar (Two 6) : 56.46 oC

8. ho manometer : 9.5 cm

9. h1 manometer : 9.65 cm

Dari data temperatur diatas dicari temperatur rata-rata dari ujung masuk dan

keluar, sehingga diperoleh :

1. outinhT - : 59.71 oC

2. outincT - : 30.13 oC

3. θ : 90o outinwoT - : 56.17 oC

4. θ : 0o outinwoT - : 56.25 oC

5. θ : - 90o outinwoT - : 56.47 oC

Properti air pada outinhT - = 59.71 oC adalah :

r : 983.42 kg/m3

m : 4.6945 .10-4 kg/m.s

ki : 0.65326 W/m.oK

Pr : 3.0034

Cp : 4.1851 kJ/kgoK

Properti udara pada outincT - = 30.13 oC adalah :

r : 1.1510 kg/m3

Cp : 1.00713 kJ/kgoK

4.2.2.1 Metode Pengukuran Temperatur Dinding (wall temperature

measuring method)

Menghitung Qudara dengan persamaan (35) :

dan untuk mencari dihitung menggunakan persamaan (36) sebagai berikut :

43

f

oo

o k

DhNu

o

o

.90

90 =

23 045.0./0.1./1510.1 msmmkgmo

=

skg /0518.0=

( )[ ] KKkgkJskgQ ooudara 27301.2826.32./00713.1./0518.0 +-=

skJ /4618.14=

Watt8.14461=

2¥+

=TT

Two

f

2

13.3017.56 CCT

oo

f

+=

KC oo 15.31615.43 »=

( ) ( )[ ]{ } ( )¥--=

TTNlD

Qh

woo

udarao o

...2..90 lp

( ) ( )[ ]{ } ( )[ ] KmWatt

o27313.3017.56.18.15.0.2.005.00222.0.14.38.14461

2 +--=

KmW ./98.299 2=

Sehingga

Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal dinding luar pipa pada

q : 90o dengan persamaan (38) sebagai berikut :

Dengan cara yang sama, dihitung koefisien perpindahan panas konveksi lokal

dinding luar pipa pada sudut θ : 0o dan -90o diperoleh hasil ooh

0= 299.91 W/m2.K

dan ooh

90-= 299.69 W/m2.K

Sehingga dapat dihitung koefisien perpindahan panas rata-rata dinding luar

pipa dengan pemasangan turbulator menggunakan persamaan (39) dan diperoleh

hasil oh = 299.86 W/m2.K

Menghitung angka Nusselt lokal dinding luar pada q : 90o dengan persamaan (40)

dimana

fk = konduktivitas termal udara duct berdasarkan temp.film dihitung dengan

persamaan (22) sebagai berikut :

Sehingga

Dari tabel properties (lampiran 13) dengan cara interpolasi diperoleh harga kf =

0.02750 W/m.K

44

KmW

mxKmWNu

oo o

./02750.0

0222.0./98.299 2

90=

21.242=

qg sin.. hP D=D

qr sin... hgoli D=

omsmmkg 20sin.0015.0./81.9./33.967 23=

Pa87.4=

VDS

SV

T

T

-=max

( ) smmm

mm/0.1

2.226.66

6.66

-=

sm /5.1=

nh

D

DVmaxmax,Re =

sm

msm

/10.7521.1

2.0./5.125-

=

1.17122=

Sehingga

Dengan cara yang sama, dihitung angka Nusselt dinding luar pipa pada sudut θ :

0o dan -90o diperoleh hasil ooNu 0 = 242.13 dan ooNu 90- = 241.88

Sehingga dapat dihitung angka Nusselt rata-rata dinding luar pipa dengan

pemasangan turbulator menggunakan persamaan (41) dan diperoleh hasil oNu =

242.07

Diperoleh data properti pada fT = 316.21 oK adalah :

Pr : 0.70473

v : 1.7521.10-5 m2/s

Sehingga dapat dihitung Re max dengan langkah sebagai berikut :

Mencari Vmax dengan persamaan (4) :

Jadi Re max dapat dihitung menggunakan persamaan (2) :

Untuk menghitung penurunan tekanan dipergunakan persamaan (34) :

Sehingga

45

ia

debitQV

)(=

24

35

10.14.3

/10.722.9

m

sm-

-

=

4

.

/3502

iD

jamL

p=

sm /30962.0=

mr i

i

DV ..Re =

smkg

msmmkg

./10.6945.4

020.0./30962.0./92.10164

3

-=

9.13413=

3.08.0 PrRe023.0 iiiNu =

( ) 3.08.0 0034.39.413.13023.0=

129.64=

i

iii D

kNuh

.=

m

KmW o

020.0

)/(65326.0.129.64=

KmW ./64.2094 2=

( ) ( )( ) ( )[ ]incouthoutcinh

incouthoutcinhLMTD TTTT

TTTTT

--

---=D

/ln

( ) ( )[ ]{ } LMTDoo TNlD

QU

D-=

...2.. lp

4.2.2.2 Metode Koefisien Pemisah ( sparating coefficient method )

Mencari kecepatan aliran air panas ( V )

Mencari angka Reynolds pada aliran dalam pipa dengan persamaan (1) :

Mencari angka Nusselt pada aliran dalam pipa (Nui) dengan persamaan (42):

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi pada aliran dalam pipa (hi) dengan

persamaan (43):

Mencari koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dinding luar

pipa (Uo) dengan persamaan (44) :

Untuk LMTDTD dihitung menggunakan persamaan (28) :

46

( ) ( )( ) ( )[ ] KC oo 57.30257.29

01.2877.58/26.3266.60ln01.2877.5826.3266.60

»=--

---=

KmW ./487.296 2=

mm

mxKmWxxm

KmWmm

KmW o 010.00111.0

ln15.0./40114.32

161212.0./64.2094

116956.0

161212.0./487.296

11

2

22

2

2--

=

KmW ./853.338 2=

f

ooo k

DhNu

.'' =

92.275./02750.0

0222.0../853.338 2

==KmW

mKmWo

( ) ( )[ ]{ } Km

WattU

oo 57.302.18.15.0.2.005.00222.0.14.3

8.144612-

=

( ) ( )[ ]{ }( )

( ) ( )[ ]{ }i

oo

ii

o

o

o

rr

lkNlD

hNlDNlD

U

hln.

...2..2..1

....

..2..11

'

pp

pp ll -

--

-=

Sehingga

Mencari koefisien perpindahan panas konveksi dinding luar pipa (h’o) dengan

persamaan (46) :

Mencari angka Nusselt dinding luar pipa dengan persamaan (47) :

Untuk hasil perhitungan dan properties selengkapnya dapat dilihat seperti pada

lampiran (7). Perbandingan hasil perhitungan koefisien perpindahan panas

konveksi dan angka Nusselt dengan menggunakan metode pengukuran temperatur

dinding dan koefisien pemisah dapat dilihat seperti terlihat pada tabel 4.1. sebagai

berikut :

47

Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas,

Angka Nusselt Dan Pressure Drop

Perbandingan Hasil Perhitungan Tanpa Turbulator

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 257.08 299.23 207.54 241.85 3.89 1.5 385.11 491.74 311.32 397.96 8.11 2.0 512.78 727.24 414.84 589.00 16.23 2.5 640.53 1015.25 518.59 822.91 27.59

Turbulator 0.5 mm

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 299.86 338.85 242.07 273.86 4.87 1.5 449.82 575.45 363.49 465.54 9.74 2.0 599.92 852.17 484.95 689.63 19.47 2.5 749.50 1191.59 605.98 964.51 30.83

Turbulator 1.2 mm

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 300.49 350.31 242.57 283.10 6.49 1.5 449.59 574.30 363.07 464.30 12.98 2.0 598.87 849.37 483.95 687.15 25.96 2.5 747.42 1185.47 604.23 959.43 40.57

Turbulator 1.9 mm

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 300.52 349.94 242.86 283.11 8.11 1.5 449.86 574.36 363.60 464.75 14.61 2.0 599.07 846.92 484.65 685.93 29.21 2.5 748.75 1187.91 605.21 961.25 45.44

Turbulator 2.6 mm

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 300.75 350.12 242.59 282.77 9.74 1.5 450.87 575.10 364.46 465.42 17.85 2.0 600.98 850.15 486.17 688.51 35.70 2.5 751.08 1189.46 607.90 963.90 53.55

Turbulator 3.3 mm

Kecepatan udara ho rata-rata h'o Nuo rata-rata Nu'o

1.0 300.93 349.47 243.29 282.85 11.36 1.5 450.81 574.47 364.46 464.96 22.72 2.0 600.69 845.84 486.21 685.41 42.19 2.5 750.90 1189.02 607.78 963.49 63.29

PD

PD

PD

PD

PD

PD

48

nmCNu PrRe=

PrRe LognLogmCLogNuLog ++=

Dari tabel 4.1. terlihat perbandingan hasil perhitungan antara metode

pengukuran temperatur dinding dan metode koefisien pemisah. Terlihat bahwa

nilai perhitungan dari metode koefisien pemisah lebih tinggi dari metode

pengukuran temperatur dinding. Hal tersebut terjadi karena dalam metode

koefisien pemisah tingkat keakurasiannya rendah dimana metode ini sering

dilakukan untuk mengetahui karakteristik perpindahan panas ketika penerapan

teknik pengukuran temperatur dinding sulit dilakukan sedangkan dengan metode

pengukuran temperatur dinding memiliki tingkat keakurasian yang lebih tinggi

karena dalam teknik ini dilakukan pengukuran temperatur dinding luar secara

langsung untuk mengetahui karakteristik perpindahan panasnya.

4.3. Perhitungan Empirik

Dalam perhitungan angka Nusselt empirik dilakukan berdasarkan hasil

perhitungan dengan menggunakan metode pengukuran temperatur dinding karena

metode tersebut memberikan hasil perhitungan karakteristik perpindahan panas

yang lebih akurat.

Perumusan umum untuk perhitungan angka Nusselt empirik diberikan

seperti pada persamaan (36) sebagai berikut :

Untuk menyelesaikan persamaan diatas, maka dilakukan pelinieran terhadap

persamaan tersebut menjadi :

Dengan C, m dan n adalah konstanta yang diperoleh dari data percobaan. Untuk

bentuk persamaan diatas maka penyelesaiannya adalah dengan regresi linear

ganda karena log Nu adalah fungsi linear dari log Re dan log Pr.

Data-data yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan angka Nusselt empirik

dapat dilihat seperti pada tabel 4.2. sebagai berikut :

49

ïïþ

ïïý

ü

ïïî

ïïí

ì

=ïþ

ïý

ü

ïî

ïí

ì

úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

ååå

åååå åå

åå

YX

YX

Y

n

m

C

XXXX

XXXX

XXn

2

1

22212

212

11

21 log

ïþ

ïý

ü

ïî

ïí

ì

-=

ïþ

ïý

ü

ïî

ïí

ì

úúú

û

ù

êêê

ë

é

----

54096.1

26432.45

143020.10log

092325.070658.2607702.0

70658.24360.79815303.17

607702.0815303.174

n

m

C

627.0993.0 PrRe016.0=Nu

Tabel 4.2. Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik

Angka Nusselt Variasi Tanpa Turbulator :

Log Nu Log Re Log Pr X12 X2

2 X1X2 X1Y X2Y No

(Y) (X1) (X2)

1 2.317104 4.233599 -0.151976 17.9234 0.023097 -0.64340 9.80969 -0.35214

2 2.493208 4.410926 -0.151933 19.4563 0.023084 -0.67017 10.99736 -0.37880

3 2.617882 4.536571 -0.151909 20.5805 0.023076 -0.68915 11.87621 -0.39768

4 2.714827 4.634206 -0.151884 21.4759 0.023069 -0.70386 12.58107 -0.41234

n 10.143020 17.815303 -0.607702 79.4360 0.092325 -2.70658 45.26432 -1.54096

Dari data-data tersebut diatas kemudian disusun dalam bentuk matrik menjadi :

Sehingga tersusun menjadi :

Dengan eliminasi Gauss diperoleh hasil :

log C = -1.78991 Þ C = 0.0162

m = 0.99261

n = 0.6269

Sehingga perumusan empirik Nusselt number untuk variasi tanpa turbulator

adalah :

Sedangkan data untuk perumusan empirik angka Nusselt dengan variasi ketebalan

turbulator dapat dilihat seperti pada tabel 4.3. berikut :

50

Tabel 4.3. Data-data Untuk Perhitungan Perumusan Empirik Angka Nusselt Dengan Variasi Ketebalan Turbulator.

Log Nu Log Re Log Pr X1

2 X22 X1X2 X1Y X2Y

No (Y) (X1) (X2)

Turbulator 0.5 mm

1 2.383941 4.233557 -0.151977 17.9230 0.023097 -0.64340 10.09255 -0.36230

2 2.560495 4.410585 -0.151945 19.4533 0.023087 -0.67017 11.29328 -0.38905

3 2.685698 4.535827 -0.151934 20.5737 0.023084 -0.68915 12.18186 -0.40805

4 2.782456 4.632919 -0.151928 21.4639 0.023082 -0.70387 12.89089 -0.42273

n 10.41259 17.81289 -0.607785 79.4139 0.092351 -2.70659 46.45859 -1.58214

Turbulator 1.2 mm

1 2.384831 4.233514 -0.151979 17.9226 0.023098 -0.64340 10.09622 -0.36244

2 2.559993 4.409970 -0.151966 19.4478 0.023094 -0.67017 11.28949 -0.38903

3 2.684801 4.535542 -0.151944 20.5711 0.023087 -0.68915 12.17703 -0.40794

4 2.781203 4.632809 -0.151932 21.4629 0.023083 -0.70387 12.88478 -0.42255

n 10.41083 17.81183 -0.607821 79.4045 0.092362 -2.70659 46.44752 -1.58197

Turbulator 1.9 mm

1 2.385351 4.234535 -0.151943 17.9313 0.023087 -0.64341 10.10085 -0.36244

2 2.560620 4.410769 -0.151939 19.4549 0.023085 -0.67017 11.29430 -0.38906

3 2.685430 4.536570 -0.151909 20.5805 0.023076 -0.68915 12.18264 -0.40794

4 2.781905 4.632660 -0.151937 21.4615 0.023085 -0.70387 12.88762 -0.42267

n 10.41331 17.81453 -0.607728 79.4282 0.092333 -2.70659 46.46542 -1.58211

Turbulator 2.6 mm

1 2.384875 4.232941 -0.151999 17.9178 0.023104 -0.64340 10.09503 -0.36250

2 2.561655 4.410899 -0.151934 19.4560 0.023084 -0.67017 11.29920 -0.38920

3 2.686788 4.536527 -0.151910 20.5801 0.023077 -0.68915 12.18868 -0.40815

4 2.783829 4.633999 -0.151891 21.4739 0.023071 -0.70386 12.90026 -0.42284

n 10.41715 17.81437 -0.607734 79.4278 0.092335 -2.70658 46.48318 -1.58269

Turbulator 3.3 mm

1 2.386118 4.234917 -0.151930 17.9345 0.023083 -0.64341 10.10501 -0.36252

2 2.561652 4.411013 -0.151930 19.4570 0.023083 -0.67017 11.29948 -0.38919

3 2.686821 4.537042 -0.151893 20.5848 0.023071 -0.68914 12.19022 -0.40811

4 2.783750 4.633949 -0.151893 21.4735 0.023071 -0.70386 12.89975 -0.42283

n 10.41834 17.81692 -0.607646 79.4498 0.092308 -2.70658 46.49447 -1.58266

Dari data-data tersebut diatas kemudian untuk perhitungan setiap variasi ketebalan

turbulator disusun dalam bentuk matrik dan sebagai contoh perhitungan diambil

data untuk variasi turbulator 0.5 mm :

51

1574.0995.0 PrRe016.0=Nu

8665.0993.0 PrRe021.0=Nu

6053.0995.0 PrRe018.0=Nu8205.0996.0 PrRe02.0=Nu

9825.0998.0 PrRe02.0=Nu

ïþ

ïý

ü

ïî

ïí

ì

-=

ïþ

ïý

ü

ïî

ïí

ì

úúú

û

ù

êêê

ë

é

----

58214.1

45859.46

41259.10log

092351.070659.2607785.0

70659.24139.7981289.17

607785.081289.174

n

m

C

Dengan eliminasi Gauss diperoleh hasil :

log C = -1.6915 Þ C = 0.02035

m = 0.9979

n = 0.98252

Sehingga perumusan empirik angka Nusselt untuk variasi ketebalan turbulator 0.5

mm adalah :

Untuk variasi ketebalan turbulator yang lain dihitung dengan cara yang

sama dan hasil yang diperoleh sebagai berikut :

- turbulator 1.2 mm :

- turbulator 1.9 mm :

- turbulator 2.6 mm :

- turbulator 3.3 mm : Perumusan empirik tersebut diatas dengan batasan sebagai berikut :

§ Kecepatan aliran udara 1.0 m/s sampai 2.5 m/s

§ Temperatur air panas ± 60oC

§ Susunan silinder Staggered

§ Analisa berdasarkan temperatur film

§ Pengukuran Two pada -90o, 0o dan 90o

52

Grafik Koefisien Perpindahan Panas Konveksi vs Variasi Ketebalan turbulator

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5Ketebalan turbulator

hc

ra

ta-r

ata

(W

/m2 .K

)

Kec 2.5 m/s (koefisien pemisah)

Kec 2.0 m/s (koefisien pemisah)

Kec 1.5 m/s (koefisien pemisah)

Kec 1.0 m/s (koefisien pemisah)

Kec 2.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 2.0 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 1.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 1.0 m/s (pengukuran temp.dinding)

Linear (Kec 2.5 m/s (pengukurantemp.dinding))Linear (Kec 2.0 m/s (pengukurantemp.dinding))Linear (Kec 1.5 m/s (pengukurantemp.dinding))Linear (Kec 1.0 m/s (pengukurantemp.dinding))

4.3. Analisa Hasil Percobaan

4.3.1. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Koefisien

Perpindahan Panas Konveksi.

Gambar 4.1. Grafik koefisien perpindahan panas konveksi

vs variasi ketebalan turbulator

Gambar 4.1. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi

ketebalan turbulator terhadap koefisien perpindahan panas konveksi dalam 4

variasi kecepatan udara.

Pada variasi kecepatan udara 1 m/s nilai koefisien perpindahan panas

konveksi dari variasi tanpa turbulator sampai dengan variasi ketebalan turbulator

3,3 mm berturut –turut adalah 257.08 W/m2.K, 299.86 W/m2.K, 300.49 W/m2.K,

300.52 W/m2.K, 300.75 W/m2.K, dan 300.93 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan

koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.64 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm

menunjukkan adanya peningkatan yang kurang signifikan, akan tetapi dapat

terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi

ketebalan turbulator.

53

Pada variasi kecepatan udara 1.5 m/s nilai koefisien perpindahan panas

konveksi berturut-turut adalah 385.11 W/m2.K, 449.82 W/m2.K, 449.59 W/m2.K,

449.86 W/m2.K, 450.87 W/m2.K dan 450.81 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan

koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.80 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat

adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada

beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3

mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang

semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

Pada variasi kecepatan udara 2.0 m/s nilai koefisien perpindahan panas

konveksi berturut-turut adalah 512.78 W/m2.K, 599.92 W/m2.K, 598.87 W/m2.K,

599.07 W/m2.K, 600.98 W/m2.K dan 600.69 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan

koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.99 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat

adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada

beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3

mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang

semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

Pada variasi kecepatan udara 2.5 m/s nilai koefisien perpindahan panas

konveksi berturut-turut adalah 640.53 W/m2.K, 749.50 W/m2.K, 747.42 W/m2.K,

748.75 W/m2.K, 751.08 W/m2.K dan 750.90 W/m2.K. Terlihat adanya peningkatan

koefisien perpindahan panas konveksi yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.01 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat

adanya sedikit penurunan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada

beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3

mm, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang

semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

54

Grafik Koefisien Perpindahan Panas Konveksi vs Re max

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Re max

hc(W

/m2.K

)

3.3 mm (koefisien pemisah)

2.6 mm (koefisien pemisah)

1.9 mm (koefisien pemisah)

1.2 mm (koefisien pemisah)

0.5 mm (koefisien pemisah)

tanpa (koefisien pemisah)

3.3 mm (mengukur temp dinding)

2.6 mm (mengukur temp dinding)

1.9 mm (mengukur temp dinding)

1.2 mm (mengukur temp dinding)

0.5 mm (mengukur temp dinding)

tanpa (mengukur temp dinding)

Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa peningkatan koefisien

perpindahan panas konveksi terjadi cukup besar pada variasi tanpa turbulator dan

variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.64 – 17.01 %. Sedangkan

pada penambahan variasi ketebalan turbulator terlihat adanya kecenderungan

peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi, akan tetapi peningkatan yang

terjadi tidak cukup besar. Hal tersebut terjadi karena turbulator yang berfungsi

sebagai alat pengganggu aliran udara, dimana aliran laminar dipaksa berubah

menjadi turbulent akan lebih efektif pada ketebalan yang minimum. Pada variasi

ketebalan turbulator 0.5 mm, reattachment yang terjadi lebih efektif dan

memungkinkan turbulensi wake yang terjadi kontak dengan permukaan silinder

pada daerah adverse pressure gradient. Hasil penelitian ini identik dengan

penelitian yang dilakukan Yongsiri Kittisak dkk, (2006) tentang pengaruh dari

pembangkitan aliran turbulent terhadap peningkatan perpindahan panas.

Dinyatakan bahwa dengan pembangkitan aliran turbulent atau aliran yang

berputar akan dapat memperpanjang waktu kontak udara dalam seksi uji dan

dapat meningkatkan laju perpindahan panasnya.

4.3.2. Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Koefisien Perpindahan

Panas Konveksi.

Gambar 4.2. Grafik koefisien perpindahan panas konveksi

vs angka Reynolds

55

Gambar 4.2. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi

kecepatan udara terhadap koefisien perpindahan panas konveksi untuk 5 variasi

ketebalan turbulator dan variasi tanpa turbulator.

Pada variasi tanpa turbulator nilai koefisien perpindahan panas konveksi

dari variasi kecepatan udara 1.0 m/s sampai dengan 2.5 m/s berturut-turut adalah

257.08 W/m2.K, 385.11 W/m2.K, 512.78 W/m2.K dan 640.53 W/m2.K. Terlihat

bahwa koefisien perpindahan panas konveksi akan meningkat seiring dengan

meningkatnya variasi kecepatan udara. Hal yang sama juga terlihat pada variasi

ketebalan turbulator dari ketebalan 0.5 mm sampai dengan ketebalan 3.3 mm.

Dimana nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi ketebalan

turbulator 0.5 mm adalah 299.86 W/m2.K, 449.82 W/m2.K, 599.92 W/m2.K dan

749.50 W/m2.K.. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk variasi

ketebalan turbulator 1.2 mm adalah 300.49 W/m2.K, 449.59 W/m2.K, 598.87

W/m2.K dan 747.42 W/m2.K. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi untuk

variasi ketebalan turbulator 1.9 mm adalah 300.52 W/m2.K, 449.86 W/m2.K,

599.07 W/m2.K dan 748.75 W/m2.K. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi

untuk variasi ketebalan turbulator 2.6 mm adalah 300.75 W/m2.K, 450.87 W/m2.K,

600.98 W/m2.K dan 751.08 W/m2.K. Dan nilai koefisien perpindahan panas

konveksi untuk variasi ketebalan turbulator 3.3 mm adalah 300.93 W/m2.K,

450.81 W/m2.K, 600.69 W/m2.K dan 750.90 W/m2.K.

Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa koefisien perpindahan panas

konveksi akan semakin meningkat dengan bertambahnya variasi kecepatan udara,

hal tersebut terjadi karena adanya turbulensi aliran yang semakin besar pada

daerah adverse pressure gradient sehingga akan meningkatkan koefisien

perpindahan panasnya. Hasil penelitian tersebut juga identik dengan penelitian

yang dilakukan oleh Pethkool Somsak dkk, (2006) tentang pengaruh penambahan

“Louvered” turbulator terhadap perpindahan panas, dimana dinyatakan bahwa

trend line peningkatan heat transfer coefficient adalah linear terhadap variasi

bilangan Reynolds.

56

Grafik angka Nusselt vs Variasi Ketebalan turbulator

0

200

400

600

800

1000

1200

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Ketebalan turbulator

Nu

Kec 2.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 2.0 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 1.5 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 1.0 m/s (pengukuran temp.dinding)

Kec 2.5 m/s (Nu empirik)

Kec 2.0 m/s (Nu empirik)

Kec 1.5 m/s (Nu empirik)

Kec 1.0 m/s (Nu empirik)

Linear (Kec 2.5 m/s (Nu empirik))

Linear (Kec 2.0 m/s (Nu empirik))

Linear (Kec 1.5 m/s (Nu empirik))

Linear (Kec 1.0 m/s (Nu empirik))

4.3.3. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Terhadap Angka Nusselt.

Gambar 4.3. Grafik angka Nusselt empirik vs variasi ketebalan turbulator

Gambar 4.3. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi

ketebalan turbulator terhadap angka Nusselt empirik dalam 4 variasi kecepatan

udara. Pada variasi kecepatan udara 1 m/s besarnya angka Nusselt empirik dari

variasi tanpa turbulator sampai dengan variasi ketebalan turbulator 3,3 mm

berturut –turut adalah 207.28, 242.05, 242.60, 242.71, 242.54, dan 243.33.

Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.78 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator 2.6 mm terlihat adanya

sedikit penurunan, akan tetepi secara keseluruhan dapat terlihat adanya trend yang

semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan turbulator.

Pada variasi kecepatan udara 1.5 m/s besarnya angka Nusselt empirik

berturut –turut adalah 310.88, 363.58, 363.14, 363.51, 364.61, dan 364.41.

Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 16.95 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat

adanya sedikit penurunan pada beberapa variasi ketebalan yaitu pada variasi

ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara keseluruhan masih

dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi

ketebalan turbulator.

57

Pada variasi kecepatan udara 2.0 m/s besarnya angka Nusselt empirik

berturut –turut adalah 414.31, 484.83, 483.90, 485.01, 486.17, dan 486.57.

Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.02 %.

Sedangkan pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm terlihat adanya sedikit

penurunan angka Nusselt, akan tetepi secara keseluruhan masih dapat terlihat

adanya trend yang semakin meningkat dengan penambahan variasi ketebalan

turbulator.

Pada variasi kecepatan udara 2.5 m/s besarnya angka Nusselt empirik

berturut –turut adalah 517.92, 606.01, 604.40, 604.49, 607.79, dan 607.66.

Terlihat adanya peningkatan angka Nusselt yang cukup besar dari variasi tanpa

turbulator dan variasi ketebalan turbulator 0.5 mm yaitu sebesar 17.01 %.

Sedangkan pada penambahan variasi ketebalan turbulator hingga 3.3 mm terlihat

adanya sedikit penurunan angka Nusselt pada beberapa variasi ketebalan yaitu

pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm dan 3.3 mm, akan tetepi secara

keseluruhan masih dapat terlihat adanya trend yang semakin meningkat dengan

penambahan variasi ketebalan turbulator.

Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa grafik angka Nusselt empirik

identik sama dengan grafik koefisien perpindahan panas konveksi, hal tersebut

disebabkan oleh besarnya angka Nusselt empirik yang tidak jauh berbeda dengan

besarnya angka Nusselt rata-rata dimana besarnya angka nusselt rata-rata dan

koefisien perpindahan panas konveksi tergantung pada nilai konduktivitas termal

udara yang tidak jauh berbeda dari tiap-tiap sudut pengukuran maupun adanya

perubahan variasi ketebalan turbulator. Sehingga analisa hasil penelitian angka

Nusselt empirik adalah sama dengan analisa hasil pada grafik koefisien

perpindahan panas konveksi.

58

Grafik Nusselt number vs Re max

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Re max

Nu

3.3 mm (mengukur temp.dinding)

2.6 mm (mengukur temp.dinding)

1.9 mm (mengukur temp.dinding)

1.2 mm (mengukur temp.dinding)

0.5 mm (mengukur temp.dinding)

tanpa (mengukur temp.dinding)

Nu=0.02.Re^0.996.Pr^0.8205

Nu=0.018.Re^0.995.Pr^0.6053

Nu=0.016.Re^0.995.Pr^0.1574

Nu=0.021.Re^0.993.Pr^0.8665

Nu=0.02.Re^0.998.Pr^0.9825

Nu=0.016.Re^0.993.Pr^0.627

4.3.4. Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Angka Nusselt.

Gambar 4.4. Grafik angka Nusselt empirik vs angka Reynolds

Gambar 4.4. menunjukkan grafik hubungan antara pengaruh variasi

kecepatan udara terhadap angka Nusselt empirik untuk 5 variasi ketebalan

turbulator dan variasi tanpa turbulator. Pada variasi tanpa turbulator besarnya

angka Nusselt empirik dari variasi kecepatan udara 1.0 m/s sampai dengan 2.5 m/s

berturut-turut adalah 207.28, 310.88, 414.31 dan 517.92. Terlihat bahwa angka

Nusselt akan meningkat seiring dengan meningkatnya variasi kecepatan udara.

Hal yang sama juga terlihat pada variasi ketebalan turbulator dari ketebalan 0.5

mm sampai dengan ketebalan 3.3 mm.

Dimana besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator

0.5 mm adalah 242.05, 363.58, 484.83 dan 606.01. Besarnya angka Nusselt

empirik untuk variasi ketebalan turbulator 1.2 mm adalah 242.60, 363.14, 483.90

dan 604.40. Besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan turbulator

1.9 mm adalah 242.71, 363.51, 485.01 dan 604.49. Besarnya angka Nusselt

empirik untuk variasi ketebalan turbulator 2.6 mm adalah 242.54, 364.61, 486.17

dan 607.79. Dan besarnya angka Nusselt empirik untuk variasi ketebalan

turbulator 3.3 mm adalah 243.33, 364.41, 486.57 dan 607.66.

Dari hasil tersebut diatas terlihat bahwa angka Nusselt akan semakin

meningkat dengan bertambahnya variasi kecepatan udara, dan terlihat trend yang

sama pada grafik koefisien perpindahan panas konveksi.

59

Grafik Penurunan Tekanan (Pressure drop ) vs Re max

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Re max

Pre

ssur

e dr

op(

Pa)

3.3 mm

2.6 mm

1.9 mm

1.2 mm

0.5 mm

tanpa

4.3.5. Pengaruh Variasi Ketebalan Turbulator Dan Variasi Kecepatan Udara

Terhadap Penurunan Tekanan (Pressure drop)

Gambar 4.5. Grafik Pressure drop vs angka Reynolds

Gambar 4.5. menunjukkan grafik hubungan antara penurunan tekanan

(pressure drop) terhadap angka Reynolds, terlihat bahwa semakin meningkatnya

variasi kecepatan udara akan memberikan penurunan tekanan (pressure drop)

yang semakin tinggi pula. Dapat terlihat juga grafik hubungan antara variasi

ketebalan turbulator terhadap penurunan tekanan (pressure drop), terlihat bahwa

semakin tebal ukuran turbulator yang digunakan maka akan memberikan

penurunan tekanan (pressure drop) yang semakin tinggi pula.

Pada variasi kecepatan udara berturut-turut 1.0 m/s, 1.5 m/s, 2.0 m/s dan

2.5 m/s untuk variasi tanpa turbulator besarnya penurunan tekanan adalah 3.89

Pa, 8.11 Pa, 16.23 Pa dan 27.59 Pa. Sedang pada variasi ketebalan turbulator 0.5

mm besar penurunan tekanan adalah 4.87 Pa, 9.74 Pa, 19.47 Pa dan 30.83 Pa.

Pada variasi ketebalan turbulator 1.2 mm besar penurunan tekanan adalah 6.49

Pa, 12.98 Pa, 25.96 Pa dan 40.57 Pa. Pada variasi ketebalan turbulator 1.9 mm

besar penurunan tekanan adalah 8.11 Pa, 14.61 Pa, 29.21 Pa dan 45.44 Pa. Pada

variasi ketebalan turbulator 2.6 mm besar penurunan tekanan adalah 9.74 Pa,

17.85 Pa, 35.70 Pa dan 53.55 Pa. Dan pada variasi ketebalan turbulator 3.3 mm

besar penurunan tekanan adalah 11.36 Pa, 22.72 Pa, 42.19 Pa dan 63.29 Pa.

60

Dari hasil penelitian tersebut diatas terlihat bahwa dengan semakin

bertambahnya variasi kecepatan udara maka penurunan tekanan (pressure drop)

juga akan semakin meningkat, hal tersebut terjadi karena adanya turbulensi aliran

yang semakin besar pada daearah adverse pressure gradient sehingga akan

meningkatkan penurunan tekanan (pressure drop). Hasil penelitian tersebut juga

identik dengan penelitian yang dilakukan oleh Pethkool Somsak dkk, (2006)

tentang pengaruh penambahan “Louvered” turbulator terhadap perpindahan panas

dan penurunan tekanan, dimana dinyatakan bahwa trend line meningkatnya

penurunan tekanan (pressure drop) adalah non linear terhadap peningkatan

bilangan Reynolds.

Dari hasil tersebut diatas juga dapat terlihat bahwa semakin tebal ukuran

turbulator yang digunakan maka akan memberikan penurunan tekanan (pressure

drop) yang semakin tinggi pula. Hal tersebut terjadi karena semakin besar pula

perbedaan tekanan antara daerah favorable pressure gradient dengan daerah

adverse pressure gradient sehingga akan mengakibatkan peningkatan penurunan

tekanan (pressure drop). Dari hasil penelitian tersebut mengindikasikan bahwa

hasil penelitian identik sama dengan penelitian yang dilakukan oleh Hussein M

Fahmy dkk, (1989) tentang pengaruh perluasan area permukaan (surface

extended) terhadap perpindahan panas dan penurunan tekanan, dimana dinyatakan

bahwa dengan perluasan area permukaan (surface extended) akan dapat

meningkatkan penurunan tekanan (pressure drop).

V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari perbandingan hasil yang diperoleh pada tiap-tiap variasi ketebalan

turbulator dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :

1. Peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi terbaik dengan adanya

variasi ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk

semua variasi kecepatan udara yaitu sebesar 299,86 W/m2.K, 449,82 W/m2.K,

599,92 W/m2.K dan 749,50 W/m2.K. Dengan prosentase peningkatan koefisien

perpindahan panas konveksi terhadap variasi tanpa turbulator adalah sebesar

16,64 %, 16,80 %, 16,99 % dan 17,01 %.

2. Peningkatan angka Nusselt empirik terbaik dengan adanya variasi

ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk semua

variasi kecepatan udara, dengan perumusan empirik yang diperoleh adalah

9825.0998.0 PrRe02.0=Nu dan angka Nusselt empirik sebesar 242,05, 363,58,

484,83 dan 606,01. Dengan prosentase peningkatan angka Nusselt terhadap

variasi tanpa turbulator adalah sebesar 16,78 %, 16,95 %, 17,02 % dan 17,01 %.

3. Penurunan tekanan (pressure drop) terkecil dengan adanya variasi

ketebalan turbulator terjadi pada ketebalan turbulator 0.5 mm untuk semua

variasi kecepatan udara yaitu sebesar 4,87 Pa, 9,74 Pa, 19,47 Pa dan 30,83 Pa.

Dengan prosentase peningkatan penurunan tekanan terhadap variasi tanpa

turbulator adalah sebesar 25 %, 20 %, 20 % dan 11,8 %.

5.2. Saran

Dari pengujian yang telah dilaksanakan, penulis dapat memberikan

beberapa saran untuk lebih mengembangkan penelitian diantaranya adalah :

1. Mengganti material turbulator dengan bahan yang konduktif.

2. Memvariasikan letak turbulator pada daerah sebelum separasi lapis batas

laminar dengan variasi sudut pada kelipatan 5 o.

3. Memvariasikan ketebalan turbulator pada kelipatan 1 mm dan mengurangi

lebar pemasangan turbulator.

2

Daftar Pustaka

Anggoro Wisnu, 2008, pengaruh letak Turbulator terhadap perpindahan panas aliran silang di dalam susunan silinder staggered, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Cesini, G., Ricci, R., Montelpare, S., Silvi, E., 2001, A Thermographic Method To

Evaluate Laminar Bubble Phenomena On Airfoil Operating At Low Reynolds Number, Universita di Ancona, Dipartimento di Energetica, Italy.

Holman, J. P., 1994, Heat Transfer, 6th edition, McGraw-Hill, Ltd Holman, J. P., and Lloyd, J.R. 1994, Experimental Methods for Engineers. New

York: McGraw-Hill, Co Hussein M Fahmy dkk, 1989, Experimental Investigation of the Effect of

Extended Surface on the Performance of Tube Banks in Cross Flow, Mechanical Engineering Department, College of Engineering, King Saud University, P.O. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia

Incropera, F.P. and DeWitt, D.Pd, 1996, Introduction to Heat Transfer, John

Wiley and Sons Inc., USA Kreith, F., 1997, Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta. Lu, G., Wang, J., 2007, Experimental Investigation on Heat Transfer

Characteristic of Water Flow in a Narrow Annulus, School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiaotong University, 1954 Hua Shan Road, 200030 Shanghai, PR China

Munson B. R., Young D. F., and Okiishi T. H., 2002, Fundamentals of Fluid

Mechanics, 4th edition, John Wiley and Sons, Inc., USA Pethkool Somsak dkk, 2006, Effect of Louvered Strip on Heat Transfer in a

Concentric Pipe Heat Exchanger, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, 10520, Thailand

Yongsiri Kittisak dkk, 2006, Effect of Turbulent Decaying Swirl Flow on Heat

Transfer Enhancement in a Tube, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, 10520, Thailand

3

Lampiran 6 : Data-data Hasil Percobaan (Terkalibrasi dengan termometer air raksa normal) Variasi ketebalan turbulator : tanpa Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.62 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.49 59.57 27.79 32.38 56.90 56.32 56.52 56.70 55.50 56.56 2 60.49 59.57 27.69 32.29 56.80 56.42 56.52 56.61 55.50 56.56 3 60.49 59.57 27.69 32.29 56.69 56.32 56.42 56.61 55.50 56.46

rata" 60.49 59.57 27.72 32.32 56.80 56.36 56.49 56.64 55.50 56.53

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 9.8 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.39 59.37 27.31 31.23 56.39 55.72 55.92 56.41 55.40 56.06 2 60.39 59.27 27.31 31.42 56.49 55.72 56.02 56.51 55.50 56.06 3 60.39 59.27 27.40 31.42 56.49 55.82 56.12 56.61 55.60 56.16

rata" 60.39 59.31 27.34 31.36 56.46 55.76 56.02 56.51 55.50 56.09 Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.6 cm h1 manometer : 10.1 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.29 58.47 27.31 30.75 56.29 55.52 55.82 56.21 55.10 55.86 2 60.19 58.47 27.21 30.75 56.29 55.52 55.82 56.21 55.10 55.86 3 60.19 58.47 27.31 30.75 56.29 55.62 55.92 56.31 55.20 55.96

rata" 60.22 58.47 27.28 30.75 56.29 55.56 55.85 56.24 55.14 55.89

4

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.65 cm h1 manometer : 10.5 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.39 58.57 27.02 30.17 56.09 55.32 55.62 55.91 54.80 55.66 2 60.39 58.57 27.02 30.17 56.09 55.32 55.62 56.01 54.90 55.66 3 60.39 58.57 27.12 30.27 56.19 55.52 55.72 56.11 55.00 55.86

rata" 60.39 58.57 27.05 30.21 56.13 55.39 55.65 56.01 54.90 55.73 Lampiran 6 : (Lanjutan)

Variasi ketebalan turbulator : 0.5 mm Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.65 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.69 58.77 27.98 32.19 56.29 56.02 56.22 56.31 56.41 56.46 2 60.59 58.77 28.08 32.29 56.29 56.12 56.22 56.21 56.51 56.36 3 60.69 58.77 27.98 32.29 56.29 56.02 56.32 56.21 56.51 56.56

rata" 60.66 58.77 28.01 32.26 56.29 56.06 56.25 56.24 56.47 56.46

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 9.85 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.59 58.67 27.50 31.52 56.29 55.52 56.12 56.11 56.31 56.26 2 60.59 58.67 27.40 31.71 56.19 55.62 56.12 56.11 56.21 56.26 3 60.59 58.57 27.50 31.71 56.29 55.72 56.12 56.31 56.31 56.36

rata" 60.59 58.64 27.47 31.65 56.26 55.62 56.12 56.17 56.27 56.29

5

Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.6 cm h1 manometer : 10.2 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.29 58.37 27.40 31.52 56.09 55.52 55.92 55.81 55.70 56.46 2 60.29 58.37 27.50 31.61 56.09 55.62 55.92 55.71 55.70 56.56 3 60.29 58.37 27.50 31.52 56.09 55.62 55.92 55.71 55.81 56.46

rata" 60.29 58.37 27.47 31.55 56.09 55.59 55.92 55.74 55.74 56.49

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.65 cm h1 manometer : 10.6 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.19 58.07 27.69 31.42 55.99 55.22 55.82 55.61 55.60 56.26 2 60.19 58.17 27.60 31.42 55.99 55.22 55.82 55.61 55.60 56.26 3 60.19 58.17 27.69 31.42 55.99 55.22 55.82 55.61 55.60 56.26

rata" 60.19 58.14 27.66 31.42 55.99 55.22 55.82 55.61 55.60 56.26

Lampiran 6 : (Lanjutan)

Variasi ketebalan turbulator : 1.2 mm Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.7 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.69 58.67 27.79 32.48 56.69 56.22 56.22 56.51 55.30 56.26 2 60.69 58.57 27.88 32.67 56.59 56.22 56.22 56.51 55.40 56.36 3 60.69 58.57 27.88 32.67 56.70 56.22 56.52 56.51 55.40 56.36

rata" 60.69 58.61 27.85 32.61 56.66 56.22 56.32 56.51 55.37 56.33

6

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.9 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.79 59.27 27.69 32.00 56.69 56.12 56.52 56.70 55.81 56.56 2 60.69 59.27 27.50 31.81 56.69 56.12 56.52 56.70 55.70 56.56 3 60.79 59.27 27.69 31.90 56.69 56.22 56.52 56.80 55.81 56.56

rata" 60.76 59.27 27.63 31.90 56.69 56.16 56.52 56.74 55.77 56.56 Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.6 cm h1 manometer : 10.4 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.19 58.57 27.88 31.52 56.59 55.92 55.92 56.21 55.30 56.06 2 60.29 58.87 27.79 31.42 56.59 55.92 55.92 56.21 55.40 56.06 3 60.29 58.57 27.88 31.52 56.59 55.92 55.92 56.21 55.20 55.96

rata" 60.25 58.67 27.85 31.49 56.59 55.92 55.92 56.21 55.30 56.03

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.6 cm h1 manometer : 10.85 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.69 58.77 27.69 30.94 56.59 55.92 55.92 56.41 55.30 56.46 2 60.69 58.77 27.60 31.13 56.49 55.82 55.92 56.41 55.40 56.36 3 60.59 58.77 27.69 30.85 56.59 55.82 55.82 56.31 55.10 56.46

rata" 60.66 58.77 27.66 30.97 56.56 55.86 55.88 56.37 55.27 56.43

Lampiran 6 : (Lanjutan)

7

Variasi ketebalan turbulator : 1.9 mm Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.45 cm h1 manometer : 9.7 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.59 59.27 27.02 31.90 56.69 56.32 56.22 56.41 55.50 56.26 2 60.59 59.17 26.92 31.81 56.70 56.32 56.22 56.41 55.50 56.26 3 60.49 59.17 27.02 31.90 56.69 56.22 56.12 56.41 55.50 56.26

rata" 60.56 59.21 26.99 31.87 56.70 56.29 56.19 56.41 55.50 56.26

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.95 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.59 59.07 27.50 31.61 56.49 55.82 55.82 56.21 55.40 56.16 2 60.49 59.27 27.60 31.52 56.49 55.92 55.92 56.21 55.40 56.16 3 60.49 58.97 27.40 31.52 56.59 55.82 55.92 56.31 55.40 56.06

rata" 60.52 59.11 27.50 31.55 56.53 55.86 55.88 56.24 55.40 56.13 Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 10.45 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.49 59.27 26.92 30.75 56.59 55.72 56.02 56.21 55.00 55.96 2 60.49 59.17 27.02 30.85 56.69 55.72 56.02 56.31 55.20 56.16 3 60.49 59.27 26.92 30.65 56.69 55.82 56.12 56.21 55.30 56.06

rata" 60.49 59.24 26.96 30.75 56.66 55.76 56.05 56.24 55.17 56.06

8

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 10.95 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.49 59.17 27.50 31.23 56.59 55.52 56.12 55.61 55.10 56.16 2 60.49 59.17 27.40 31.23 56.59 55.52 56.02 55.61 55.00 56.06 3 60.59 59.17 27.40 31.33 56.59 55.52 56.02 55.61 55.20 56.06

rata" 60.52 59.17 27.44 31.26 56.59 55.52 56.05 55.61 55.10 56.09

Lampiran 6 : (Lanjutan)

Variasi ketebalan turbulator : 2.6 mm Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.8 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.69 59.17 28.27 33.15 56.39 56.12 56.22 56.41 55.70 56.16 2 60.69 59.27 28.36 33.34 56.39 56.22 56.32 56.51 55.81 56.36 3 60.69 59.17 28.36 33.25 56.39 56.22 56.32 56.51 55.81 56.36

rata" 60.69 59.21 28.33 33.25 56.39 56.19 56.29 56.47 55.77 56.29

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 10.1 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.39 59.47 27.50 31.81 55.79 55.42 55.52 56.11 54.60 56.06 2 60.39 59.47 27.50 32.00 55.89 55.62 55.52 56.21 54.70 56.26 3 60.29 59.37 27.60 32.00 55.99 55.72 55.62 56.31 54.80 56.36

rata" 60.35 59.44 27.53 31.94 55.89 55.59 55.55 56.21 54.70 56.23

9

Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.6 cm h1 manometer : 10.7 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.19 59.07 27.50 31.42 55.79 55.32 55.32 55.91 53.90 55.76 2 60.19 59.07 27.40 31.61 55.89 55.42 55.32 55.91 53.90 55.96 3 60.19 59.07 27.40 31.52 55.89 55.52 55.42 55.91 54.00 56.06

rata" 60.19 59.07 27.44 31.52 55.86 55.42 55.35 55.91 53.93 55.93

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.65 cm h1 manometer : 11.3 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.59 59.27 27.98 31.42 55.49 55.13 54.92 55.41 54.00 55.56 2 60.59 59.17 27.98 31.33 55.49 55.13 54.92 55.41 54.20 55.66 3 60.59 59.17 27.98 31.33 55.69 55.22 55.02 55.61 54.30 55.76

rata" 60.59 59.21 27.98 31.36 55.56 55.16 54.95 55.47 54.17 55.66

Lampiran 6 : (Lanjutan)

Variasi ketebalan turbulator : 3.3 mm Variasi kecepatan udara : 1.0 m/s ho manometer : 9.5 cm h1 manometer : 9.85 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.59 59.97 26.64 31.71 56.19 56.12 55.42 56.41 55.10 56.16 2 60.59 59.97 26.73 31.81 56.19 56.22 55.52 56.51 55.20 56.36 3 60.59 60.07 27.02 32.10 56.29 56.42 55.72 56.61 55.20 56.56

rata" 60.59 60.00 26.80 31.87 56.23 56.26 55.55 56.51 55.17 56.36

10

Variasi kecepatan udara : 1.5 m/s ho manometer : 9.55 cm h1 manometer : 10.25 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.39 59.77 27.40 31.71 55.99 55.82 55.02 56.21 54.90 56.06 2 60.39 59.77 27.31 31.81 56.09 56.09 55.12 56.21 55.00 56.16 3 60.39 59.77 27.40 31.90 56.09 56.09 55.12 56.21 55.00 56.26

rata" 60.39 59.77 27.37 31.81 56.06 56.00 55.08 56.21 54.97 56.16 Variasi kecepatan udara : 2.0 m/s ho manometer : 9.65 cm h1 manometer : 10.95 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.49 59.67 27.21 31.04 55.69 55.72 54.72 55.81 53.60 55.56 2 60.49 59.77 27.31 31.13 55.79 55.82 54.82 55.91 53.80 55.76 3 60.49 59.67 27.40 31.23 55.79 55.82 54.82 55.91 53.70 55.66

rata" 60.49 59.71 27.31 31.13 55.76 55.79 54.78 55.87 53.70 55.66

Variasi kecepatan udara : 2.5 m/s ho manometer : 9.7 cm h1 manometer : 11.65 cm Debit fluida panas : 350 L/jam

T90 deg Tstagnasi T - 90 deg No Th,in Th,out Tc,in Tc,out Tw 1 Tw 2 Tw 3 Tw 4 Tw 5 Tw 6

1 60.19 59.27 27.98 31.42 55.09 55.72 54.61 55.61 53.10 55.36 2 60.19 59.07 27.98 31.33 54.99 55.52 54.51 55.51 52.79 55.36 3 60.19 59.17 27.98 31.33 54.99 55.42 54.41 55.41 52.79 55.16

rata" 60.19 59.17 27.98 31.36 55.02 55.56 54.51 55.51 52.89 55.30

11

Lampiran 7 : Data-data Properties dan Hasil Perhitungan Variasi ketebalan turbulator : tanpa

Data- data PropertiesUdara Udara - Dinding luar pipa Kec.

r Cp Tf (oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1513 1.00712 316.30 316.29 316.02 316.20 0.02751 0.02751 0.02749 0.02750 0.70473

1.5 1.1536 1.00709 315.73 315.81 315.57 315.70 0.02746 0.02747 0.02745 0.02746 0.70480

2.0 1.1547 1.00708 315.47 315.53 315.26 315.42 0.02744 0.02745 0.02743 0.02744 0.70484

2.5 1.1560 1.00707 315.19 315.23 314.97 315.13 0.02742 0.02743 0.02741 0.02742 0.70488

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0518 14484.8 17123.8 256.92 256.93 257.40 257.08 207.36 207.37 207.90 207.54

1.5 0.0779 21723.6 25758.8 385.05 384.85 385.44 385.11 311.24 311.02 311.70 311.32

2.0 0.1039 28935.5 34401.0 512.61 512.41 513.32 512.78 414.65 414.42 415.45 414.84

2.5 0.1300 36166.9 43073.1 640.26 640.11 641.21 640.53 518.29 518.12 519.37 518.59

Variasi ketebalan turbulator : 0.5 mm Data- data Properties

Udara Udara - Dinding luar pipa Kec. r Cp Tf (

oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1510 1.00713 316.15 316.19 316.30 316.21 0.02750 0.02750 0.02751 0.02750 0.70473

1.5 1.1529 1.00710 315.75 315.85 315.92 315.84 0.02747 0.02747 0.02748 0.02747 0.70478

2.0 1.1530 1.00710 315.68 315.67 315.81 315.72 0.02746 0.02746 0.02747 0.02746 0.70480

2.5 1.1529 1.00710 315.58 315.63 315.74 315.65 0.02745 0.02746 0.02746 0.02746 0.70481

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0518 14461.8 17122.1 299.98 299.91 299.69 299.86 242.21 242.13 241.88 242.07

1.5 0.0778 21723.3 25738.6 450.09 449.78 449.58 449.82 363.80 363.46 363.22 363.49

2.0 0.1038 28958.3 34342.1 600.10 600.12 599.55 599.92 485.15 485.18 484.53 484.95

2.5 0.1297 36152.7 42945.7 749.85 749.59 749.04 749.50 606.38 606.09 605.46 605.98

Lampiran 7 : (Lanjutan) Variasi ketebalan turbulator : 1.2 mm

12

Data- data PropertiesUdara Udara - Dinding luar pipa Kec.

r Cp Tf (oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1507 1.00713 316.34 316.32 316.04 316.23 0.02751 0.02751 0.02749 0.02750 0.70473

1.5 1.1522 1.00711 316.10 316.20 315.97 316.09 0.02749 0.02750 0.02748 0.02749 0.70475

2.0 1.1525 1.00711 315.96 315.87 315.67 315.83 0.02748 0.02747 0.02746 0.02747 0.70478

2.5 1.1537 1.00709 315.76 315.72 315.58 315.69 0.02747 0.02746 0.02745 0.02746 0.70480

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0518 14484.5 17120.4 300.28 300.31 300.88 300.49 242.33 242.36 243.01 242.57

1.5 0.0778 21717.9 25702.2 449.57 449.26 449.96 449.59 363.04 362.69 363.48 363.07

2.0 0.1037 28898.3 34319.6 598.34 598.74 599.53 598.87 483.35 483.80 484.70 483.95

2.5 0.1298 36117.2 42934.7 747.06 747.26 747.96 747.42 603.82 604.04 604.84 604.23

Variasi ketebalan turbulator : 1.9 mm Data- data Properties

Udara Udara - Dinding luar pipa Kec. r Cp Tf (

oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1533 1.00710 315.96 315.86 315.66 315.82 0.02748 0.02747 0.02746 0.02747 0.70478

1.5 1.1530 1.00710 315.86 315.79 315.65 315.77 0.02747 0.02747 0.02746 0.02747 0.70479

2.0 1.1552 1.00707 315.53 315.50 315.23 315.42 0.02745 0.02745 0.02743 0.02744 0.70484

2.5 1.1525 1.00711 315.86 315.75 315.63 315.75 0.02747 0.02747 0.02746 0.02747 0.70480

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0519 14524.3 17160.7 300.25 300.45 300.86 300.52 242.55 242.78 243.25 242.86

1.5 0.0778 21715.2 25749.5 449.58 449.77 450.22 449.86 363.28 363.50 364.01 363.60

2.0 0.1040 28982.2 34400.9 598.64 598.76 599.82 599.07 484.15 484.30 485.50 484.65

2.5 0.1297 36106.1 42920.0 748.18 748.75 749.33 748.75 604.55 605.21 605.86 605.21

Lampiran 7 : (Lanjutan)

13

Variasi ketebalan turbulator : 2.6 mm Data- data Properties

Udara Udara - Dinding luar pipa Kec. r Cp Tf (

oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1488 1.00715 316.54 316.58 316.41 316.46 0.02752 0.02753 0.02751 0.02752 0.70470

1.5 1.1523 1.00711 315.74 315.81 315.60 315.71 0.02746 0.02747 0.02745 0.02746 0.70480

2.0 1.1532 1.00710 315.56 315.55 315.20 315.44 0.02745 0.02745 0.02743 0.02744 0.70484

2.5 1.1536 1.00709 315.35 315.28 315.13 315.21 0.02744 0.02743 0.02742 0.02743 0.70487

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0517 14469.7 17097.8 300.69 300.60 300.95 300.75 242.53 242.43 242.82 242.59

1.5 0.0778 21729.9 25757.2 450.79 450.59 451.21 450.87 364.38 364.15 364.86 364.46

2.0 0.1038 28960.9 34397.5 600.49 600.52 601.92 600.98 485.62 485.65 487.24 486.17

2.5 0.1298 36180.9 43052.6 750.58 750.95 751.70 751.08 607.33 607.75 608.60 607.90

Variasi ketebalan turbulator : 3.3 mm Data- data Properties

Udara Udara - Dinding luar pipa Kec. r Cp Tf (

oK) Kf (W/moK) Pr

(m/s) (Kg/m3) (kJ/kgoK) q 90o q 0

o q - 90o rata-

rata q 90o q 0

o q - 90o rata-rata

1.0 1.1536 1.00709 315.79 315.68 315.55 315.67 0.02747 0.02746 0.02745 0.02746 0.70481

1.5 1.1528 1.00710 315.81 315.62 315.58 315.67 0.02747 0.02746 0.02745 0.02746 0.70481

2.0 1.1541 1.00709 315.49 315.27 314.94 315.23 0.02745 0.02743 0.02741 0.02743 0.70487

2.5 1.1525 1.00711 315.48 315.34 314.88 315.23 0.02745 0.02744 0.02740 0.02743 0.70487

Data- data Hasil PerhitunganUdara Mengukur Temp. Dinding

Kec. m Q udara Re max ho (W/m2oK) Nuo

(m/s) (Kg/s) (Watt) q 90o q 0

o q - 90o rata-rata q 90

o q 0o q - 90

o rata-rata

1.0 0.0519 14538.3 17175.8 300.70 300.91 301.18 300.93 243.02 243.27 243.57 243.29

1.5 0.0778 21741.4 25764.0 450.38 450.96 451.08 450.81 363.98 364.64 364.77 364.46

2.0 0.1039 28959.9 34438.3 599.66 600.55 601.86 600.69 485.03 486.05 487.53 486.21

2.5 0.1297 36089.4 43047.6 749.66 750.36 752.67 750.90 606.38 607.18 609.80 607.78

14

Lampiran 17 : Perbandingan Perhitungan Qair - Qudara

Hasil Perhitungan Q Air panas - Q Udara Kec. 1.0 m/s Variasi Turbulator Q air panas Q udara Q lost % Q lost

Tanpa 109590.52 14484.76 95105.76 86.78 0.5 mm 109989.42 14461.78 95527.65 86.85 1.2 mm 110071.93 14484.52 95587.41 86.84 1.9 mm 109769.81 14524.26 95245.55 86.77 2.6 mm 109820.97 14469.72 95351.25 86.82 3.3 mm 109444.47 14538.26 94906.20 86.72

Kec. 1.5 m/s Variasi Turbulator Q air panas Q udara Q lost % Q lost

Tanpa 109665.90 21723.58 87942.32 80.19 0.5 mm 110019.62 21723.27 88296.35 80.26 1.2 mm 109818.49 21717.93 88100.56 80.22 1.9 mm 109798.85 21715.21 88083.63 80.22 2.6 mm 109595.49 21729.94 87865.55 80.17 3.3 mm 109467.92 21741.36 87726.57 80.14

Kec. 2.0 m/s Variasi Turbulator Q air panas Q udara Q lost % Q lost

Tanpa 109956.59 28935.51 81021.08 73.68 0.5 mm 110016.06 28958.28 81057.78 73.68 1.2 mm 109818.49 28898.29 80920.20 73.69 1.9 mm 109730.29 28982.18 80748.11 73.59 2.6 mm 109684.88 28960.92 80723.96 73.60 3.3 mm 109533.96 28959.90 80574.06 73.56

Kec. 2.5 m/s Variasi Turbulator Q air panas Q udara Q lost % Q lost

Tanpa 109880.95 36166.94 73714.02 67.09 0.5 mm 109799.27 36152.75 73646.52 67.07 1.2 mm 109978.33 36117.23 73861.11 67.16 1.9 mm 109927.18 36106.14 73821.03 67.15 2.6 mm 109952.75 36180.87 73771.89 67.09 3.3 mm 109799.27 36089.43 73709.84 67.13

Dari tabel tersebut diatas terlihat bahwa hasil perhitungan perbandingan

Qudara dan Qair terdapat selisih yang cukup besar, hal tersebut berarti Qlost yang terjadi dalam sistem tersebut cukup besar.

Hal ini terjadi karena dalam penelitian tersebut terdapat variable variasi ketebalan turbulator ( yang menjadi objek penelitian ) sehingga alat uji sulit dikondisikan terisolasi secara permanen dan sempurna karena dalam setiap variasi ketebalan turbulator alat tersebut harus dibongkar secara keseluruhan untuk melakukan variasi, hal lain yang menyebabkan tingginya Qlost adalah konstruksi

15

alat uji pada sambungan-sambungan elbow yang sengaja dibuat agak memanjang sehingga diharapkan mempermudah dalam setiap pembongkaran.

Sehingga analisa dalam penelitian didasarkan pada Qudara terhadap Qkonveksi

dinding luar pipa – udara sedangkan perhitungan berdasarkan perpindahan panas menyeluruh yang dilakukan bersifat untuk membandingkan trend line yang ada.