Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN AKHIR
UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS SRIWIJAYA
KARAKTERISTIK ALIRAN NANO FLUIDA TERHADAP KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS
Ketua : Astuti, ST, MT (NIDN : 0008107204) Anggota : Dr. RR. Sri Poernomo Sari, ST, MT (NIDN : 0304017205)
Anggota : Ismail Thamrin, ST, MT (NIDN : 0002097104)
Dibiayai oleh : Anggaran DIPA Badan Layanan Umum
Universitas Sriwijaya tahun anggaran 2018 No. 042.01.2.400953/2018 tanggal 05 Desember 2017
Sesuai dengan Kontrak Penelitian Unggulan Kompetitif Universitas Sriwijaya Nomor : 0007/UN9/SK.LP2M.PT/2018
Tanggal 6 Juni 2018
UNIVERSITAS SRIWIJAYA JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK NOVEMBER 2018
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR
PENELITIAN UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS SRIWIJAYA ________________________
1. Judul Penelitian : Karakteristik Aliran Nano Fluida Terhadap Koefisien Perpindahan Panas
2. Bidang Penelitian : Rekayasa/Keteknikan 3. Ketua Peneliti :
a. Nama Lengkap : Astuti, ST, MT b. Jenis Kelamin : Perempuan c. NIP : 197210081998022001 d. Pangkat dan Golongan : Penata/IIIc e. Jabatan Struktural : Tidak ada f. Jabatan Fungsional : Lektor g. Perguruan Tinggi : Universitas Sriwijaya h. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin i. Alamat Kantor : Jurusan Teknik Mesin Unsri Indralaya j. Telepon/Fax : 0711-580272 k. Alamat Rumah : Jl. Limbungan No. 129/22 RT 007 RW 002 Bukit Kecil Plg l. Telepon/HP/Fax/E-mail : 08117891810 / [email protected]
4. Jangka Waktu Penelitian : 2 tahun 5. Biaya Tahun pertama : Rp. 70.000.000,- 6. Jumlah yang diajukan : Rp.70.000.000,-
Mengetahui, Indralaya, 28 November 2018
Dekan Fakultas Teknik Ketua Peneliti, Prof. Ir. Subriyer Nasir, MS., Ph.D. Astuti, ST, MT NIP. 196009091987031004 NIP. 197210081998022001
Menyetujui, Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Prof. Drs. Tatang Suhery, M.A., Ph.D.
NIP. 195904121984031002
IDENTITAS PENELITIAN
1. Judul Penelitian : Karakteristik Aliran Nanofluida Terhadap Koefisien Perpindahan Panas 2. Ketua Peneliti
(a) Nama Lengkap : Astuti, ST, MT (b) Bidang Keahlian : Konversi Energi
3. Anggota Peneliti No Nama dan Gelar Keahlian Institusi CurahanWaktu
(Jam/ minggu)
1 2.
Dr. RR. Sri Poernomosari, ST, MT Ismail Thamrin, ST, MT
Konversi Energi Konversi Energi
Univ. Gunadarma Univ. Sriwijaya
15
15
4. Isu Strategis :Perkembangan nano teknologi maju pesat dan aplikasinya hampir di semua bidang 5. Topik Penelitian :Energi 6. Objek Penelitian (jenis material yang akan diteliti dan segi penelitian) :
Mencari kinerja yang optimum dari suatu model perpindahan panas dengan fluida nano 7. Lokasi Penelitian : Laboratorium Fenomena Dasar Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sriwijaya Inderalaya Ogan Ilir 8. Hasil yang ditargetkan (beri penjelasan) :Dapat mengetahui kinerja alat yang di teliti / didesain 9. Institusi lain yang terlibat : Tidak ada 10. Sumber biaya lain : Tidak ada
ABSTRAK Nanofluida merupakan fluida yang terdispersi dari nanopartikel padat yang sangat halus dan merupakan larutan yang mengandung nano partikel dengan ukuran 1-100 nm dalam fluida dasar. Partikel nano biasanya terbuat dari logam yang secara kimia stabil, oksida logam atau karbon dalam berbagai bentuk.Ukuran dari partikel nano memberikan karakteristik yang unik terhadap fluida, termasuk peningkatan energi, momentum dan perpindahan kalor serta mengurangi kecenderungan dari pengendapan dan erosi dari permukaan. Nanofluida memiliki karakteristik termal yang lebih baik dibandingkan dengan fluida konvensional (air). Berkaitan dengan hal tersebut, saat ini sedang berkembang pemikiran untuk menggunakan nanofluida sebagai fluida perpindahan panas alternatif. Heat exchanger digunakan untuk memindahkan panas dari fluida berlawanan arah yang bertemperatur lebih tinggi menuju fluida yang bertemperatur lebih rendah. Tujuan penelitian ini menganalisis karakteristik aliran nanofluida terhadap nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada heat exchanger (penukar kalor). Analisa dilakukan dengan membandingkan fluida pendingin jenis nanofluida TiO2 (Titanium Dioksida) dengan air murni berdasarkan grafik koefisien perpindahan panas. Nilai koefisien konveksi akan diperoleh dari nilai bilangan Reynolds dan bilangan Nusselt. Penambahan konsentrasi nanopartikel pada fluida air diharapkan mampu meningkatkan nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada heat exchanger. Fluida pendingin nanofluida dengan perbandingan konsentrasi 0,5% dan 1%. Pipa untuk fluida panas terbuat dari kuningan (brass), panjang 1200 mm, tebal 1 mm, diameter luar 31,7 mm dan diameter dalam 29,7 mm. Pipa untuk fluida pendingin terbuat dari stainless steel, panjang 1000 mm, tebal 2 mm, diameter luar 101,7 mm dan diameter dalam 97,7 mm. Temperatur dikontrol 95°C untuk fluida panas dan 28°C untuk fluida pendingin. Debit aliran dijaga konstan.
BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kemajuan teknologi industri saat ini yang makin meningkat akan memberikan dampak
di dalam dunia industri. Industri yang memanfaatkan fenomena perpindahan panas
memanfaatkan teknologi yang mampu meningkatkan produktifitas dan efisiensi. Dunia
industri memanfaatkan fenomena perpindahan panas untuk suatu proses perpindahan panas
dengan menggunakan alat yang disebut alat penukar panas atau heat exchanger.
Salah satu tipe dari heat exchanger yang banyak dipakai adalah double pipe. Heat
exchanger jenis ini memiliki desain yang sederhana, dengan pipa lurus kedepan dimana
terdapat 2 pipa yang masing-masing pipa kecil pada bagian dalam dan pipa besar pada
bagian luarnya. Heat exchanger jenis ini biasanya digunakan untuk pekerjaan-pekerjaan
kecil karena memiliki fleksibilitas, yakni mudah didesain sesuai kebutuhan dari bentuk
maupun aliran fluidanya.
Klasifikasi aliran pada heat exchanger ini dapat dibedakan menjadi parallel flow,
counter flow dan crossflow. Ketiganya ini dibedakan menurut arah alirannya dimana untuk
parallel flow kedua aliran fluida nya masuk dan keluar pada sisi yang sama dan tidak
bercampur. Untuk yang counter flow arah kedua aliran fluidanya sejajar namun berlawanan
arah dan tidak bercampur. Sedangkan untuk crossflow arah kedua alirannya saling tegak
lurus namun tidak bercampur.
Dari ketiga jenis aliran ini idealnya yang paling efektif yakni dengan arah counter
flow. Hal ini dikarenakan perbedaan suhu di seluruh dinding penukar cross section yang
terendah, menghasilkan tegangan thermal minimum pada dindingnya dibandingkan dengan
arah aliran lainnya.
Dalam aliran tersebut pada fluida pendinginnya digunakan nanofluida TiO2.
Nanofluida merupakan cairan yang mengandung partikel berukuran nanometer yang
disebut nano partikel. Cairan ini merupakan suatu rekayasa dengan adanya kemajuan
teknologi saat ini.
B. Tujuan Khusus Penelitian
1. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan panas dari alat
pemodelan penukar kalor jenis double pipe dengan menggunakan material jenis brass
sebagai pipa dalam ditinjau dari pengaruh laju aliran dan perubahan bilangan Reynolds.
2. Membandingkan nilai koefisien konveksi antara pendingin air murni dengan nanofluida
TiO2 (Titanium Dioksida) konsentrasi 0,5% dan 1% dari grafik hasil olah data.
BAB II. PETA JALAN PENELITIAN
Tahun PETA JALAN
2015 Pengaruh Nanofluida TiO2 Terhadap Nilai Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Pada Counterflow Heat Exchanger
2016 Numerical Analysis of Shell and Tube Heat Exchangers with Segmental and Helical Baffle
2017 Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode yang sudah ada sebelumnya (riset pendahulu) pencampuran
konvensional
2017 Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode yang sudah ada sebelumnya (riset pendahulu) pencampuran
konvensional dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran
2018 Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel
nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi
2018 Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel
nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran + segitiga
2019
Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran + segitiga
+ bujursangkar
2019
Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran + segitiga
+ bujursangkar variasi 2 proses sonifikasi
2020
Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran + segitiga
+ bujursangkar variasi 2 proses sonifikasi
2021
Mencari koefisien konveksi nanofluida dengan menggunakan karakteristik partikel nanofluida dari metode numerik dan metode pencampuran nanofluida dengan proses sonifikasi dengan double pipe heat exchanger pipa penampang lingkaran + segitiga
+ bujursangkar variasi 3 proses sonifikasi
BAB III. STUDI PUSTAKA
Pendinginan atau pemanasan fluida adalah suatu kebutuhan yang utama dalam dunia
industri. Sifat-sifat termal dari fluida memegang peran yang penting didalam perkembangan
efisiensi energi peralatan perpindahan kalor. Tetapi fluida perpindahan kalor seperti air,
ethylene glycol dan minyak mesin memiliki sifat-sifat perpindahan kalor yang sangat rendah
dibandingkan dengan benda padat.
Perkembangan saat ini dalam teknologi nano telah menciptakan suatu kelas fluida baru
disebut nanofluida, yang muncul sebagai fluida yang memiliki potensi yang besar untuk
aplikasi pendinginan. Istilah nanofluida berarti dua campuran fase dimana fase yang biasanya
cairan dan fase yang terdispersi terdiri dari nano partikel padat yang sangat halus, berukuran
lebih kecil daripada 100 nm[1].
Perkembangan teknologi material telah mampu memproduksi partikel dalam ukuran
nano meter sehingga diharapkan partikel yang dicampurkan dalam fluida cair akan
tersuspensi lebih baik, seperti dilakukan oleh Choi[2] yang mencampurkan partikel CuO dan
Al2O3 dalam ukuran nano meter dengan fluida cair diantaranya air dan ethylene. Dari hasil
penelitian diperoleh peningkatan perpindahan kalor konduksinya sebesar 20%.
Lalu Eastman,et.al[3] menyatakan dari hasil penelitiannya diperoleh peningkatan sebesar
40% pada konduktivitas termal hanya dengan menambahkan 0.3% partikel Cu pada ethylene
glycol.
Dalam dunia industri fenomena perpindahan panas dimanfaatkan untuk keperluan proses
perpindahan panas dalam melakukan suatu keperluan tertentu dengan menggunakan suatu alat
yang biasa disebut sebagai alat penukar panas atau heat exchanger. Heat exchanger
merupakan alat yang digunakan sebagai media untuk memindahkan panas dari fluida yang
bertemperatur lebih tinggi menuju fluida yang bertemperatur lebih rendah.
Dalam aplikasinya alat ini digunakan untuk menaikkan maupun menurunkan temperatur
dan mengubah fase fluida. Heat exchanger yang digunakan pada penelitian ini adalah heat
exchanger tipe counterflow yang merupakan pola aliran paling efisien. Tipe ini akan
memberikan koefisien perpindahan panas tertinggi keseluruhan untuk desain penukar panas
pipa ganda.
Hal ini berbeda untuk penukar panas tradisional, khususnya penukar panas shell and
tube[4][5]. Perpindahan panas yang dihitung dalam tabung melingkar dipelajari oleh regers
dan mayhew[6]. Alat uap panas, temperatur yang tinggi seragam dinding tidak diperoleh
terutama disebabkan oleh distribusi kondensat uap atas permukaan coil[7].
Pada aliran sepenuhnya dikembangkan dalam curved pipa dengan fluks panas yang
seragam untuk jumlah temperatur besar[8]. Aliran dan temperatur dipelajari dengan
eksperimen. Aliran dibagi menjadi dua bagian, lapisan batas kecil dekat dinding pipa dan
wilayah inti besar yang membuat aliran yang tersisa.
A. Perpindahan Panas
Perpindahan kalor atau alih bahang (heat transfer) adalah ilmu untuk meramalkan
perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material.
Dari ilmu termodinamika kita telah mengenal bahwa energi yang dipindahkan itu disebut kalor
atau bahang atau panas (heat). Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan
bagaimana kalor itu berpindah dari suatu benda ke benda lain, melainkan juga dapat
meramalkan laju perpindahan kalornya pada kondisi-kondisi tertentu.
1. Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi ini juga sering disebut perpindahan panas secara
hantaran. Jika suatu benda terdapat gradient suhu, maka menurut pengalaman akan terjadi
perpindahan energi dari bagian yang memiliki suhu lebih tinggi ke bagian yang memiliki suhu
lebih rendah. Kita katakan bahwa energi berpindah secara konduksi atau hantaran dan bahwa
laju perpindahan kalor itu berbanding dengan gradient suhu normal:
!"~%
&'&(
jika dimasukkan konstanta proporsionalitas (proportionality constant) atau tetapan
kesebandingan, maka :
! = −%"&'&(
Dimana: q : laju perpindahan kalor (J/s)
!"
!#
: gradient suhu kea rah perpindahan kalor (°C/m)
K : konduktifitas termal (W/m.°C)
A : luas penampang (m²)
Dalam perhitungan nilai konduksi suatu bahan seperti yang digunakan pada formula
sebelumnya maka terlebih dahulu harus diketahui nilai konduktifitas termalnya. Nilai
konduktifitas termal bergantung kepada bahan atau zatnya, berikut ini beberapa nilai
konduktifitas termal beberapa zat:
a. Nilai konduktifitas termal beberapa gas
Gambar 1. Nilai Konduktifitas Termal Beberapa Gas
b. Nilai konduktifitas termal beberapa logam
Gambar 2. Nilai Konduktifitas Termal Beberapa Logam
2. Perpindahan Panas Konveksi
Jika suatu plat logam panas ditaruh di depan kipas angin akan mengalami pendinginan
lebih cepat jika dibandingkan plat tersebut dibiarkan di udara terbuka, panas tersebut di ilikan,
inilah yang disebut dengan perpindahan panas secara konveksi atau ilian. Fenomena
perpindahan panas secara sederhana dapat dirumuskan:
! = ℎ"('- − '∞)
Dimana:
h : koefisien konveksi (W/m².°C)
A : luas penampang (m²)
Tw : suhu bahan/material (°C)
T∞ : suhu media pengantar (contoh: fluida)
Jika sebuah plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber
gerakan dari luar, maka udara itu akan bergerak sebagai akibat terjadinya gradient densitas di
sekitar plat itu, fenomena ini disebut sebagai konveksi alamiah (natural convection) atau
konveksi bebas (free convection), sedangkan jika udara itu dihembuskan oleh kipas pada plat
tersebut maka keadaan ini disebut sebagai konveksi paksa (forced convection). Perpindahan
kalor secara konveksi dapat diilustrasikan dari gambar berikut.
Gambar 3. Perpindahan Panas Konveksi
B. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger)
Sejauh ini telah dibahas bagaimana panas berpindah dari suatu daerah ke daerah lain.
Penjelasan dan rumus-rumus di pembahasan sebelumnya akan di gunakan sebagai pendukung
dalam perhitungan-perhitungan dalam perpindahan panas, yang umumnya perpindahan panas
ini digunakan dalam berbagai bidang dalam kehidupan. Alat yang umum digunakan ini disebut
sebagai Heat Exchanger. Heat Exchanger atau alat penukar kalor ini adalah suatu device yang
digunakan untuk melakukan perpindahan panas dari dua atau lebih fluida baik dibatasi oleh
suatu dinding padat maupun terjadinya kontak langsung antara kedua fluida tersebut.
plant). Seperti yang dijelaskan di atas bahwa panas berpindah dari suatu fluida ke fluida lain
dengan pembatas suatu dinding padat, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah ini:
Jenis-jenis Penukar Kalor
1. Penukar Kalor Pipa Ganda
Alat penukar kalor jenis ini memiliki konstruksi cukup sederhana dengan sebuah pipa
kecil dibagian dalam dan satu buah pipa besar dibagian luar, seperti yang dapat dilihat dari
gambar berikut:
Gambar 4. Penukar Kalor Pipa Ganda (double pipe)
2. Heat Exchanger Shell and Tube
Heat exchanger jenis ini memiliki konstruksi dengan beberapa buah pipa kecil pada
bagian dalam yang biasa disebut dengan shell dengan beberapa pembatas untuk mengatur arah
alirannya yang biasanya disebut dengan baffle kemudian sebuah pipa besar di bagian luar,
seperti yang dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 5. Penukar Kalor jenis shell and tube
3. Heat Exchanger Jenis Coil
Heat exchanger jenis ini memiliki konstruksi yaitu koil, yang berupa gulungan logam
yang dibagian dalamnya dapat dilewati fluida, dapat dilihat dari gambar berikut.
Gambar 6. Penukar Kalor Jenis Koil
4. Heat Exchanger Jenis Cross-Flow
Penukar kalor jenis ini memiliki arah masuk aliran yang bersilangan satu sama lain,
seperti yang dapat dilihat dari gambar berikut.
Gambar 7. Penukar Kalor jenis Cross Flow
5. Penukar Kalor Jenis Kompak
Penukar kalor jenis ini sangat cocok untuk penerepan dalam aliran gas dimana nilai
koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) adalah rendah dan diperlukan luas yang besar
dalam volume yang kecil, dapat dilihat dari gambar berikut.
Gambar 8. Penukar Kalor Jenis Kompak
Setelah mengetahui beberapa jenis Heat Exchanger berdasarkan beberapa kategori,
selanjutnya pembahasan akan lebih ditekankan pada Heat Exchanger jenis Counter Flow dan
Parallel Flow. Parallel flow memiliki aliran yang sejajar antara aliran fluida pada pipa bagian
luar dan pipa bagian dalam. Sedangkan pada counter flow memiliki arah aliran yang
menyilang antara pipa bagian luar dan bagian dalam. Untuk perbedaan distribusi suhu dari
kedua jenis aliran tersebut dapat dilihat dari gambar berikut.
Gambar 9. Profil suhu (a) Parallel Flow (b) Counter Flow
Untuk mengetahui perbedaan suhu pada masing-masing aliran di atas, dapat digunakan rumus:
Untuk aliran parallel flow : ΔT1 = Th in-Tc in
ΔT2 = Th out- Tc out
Untuk aliran counter flow: ΔT1 = Th in-Tc out (2-1)
ΔT2 = Th out-Tc in (2-2)
C. Kesetimbangan Energi
Kapasitas kalor atau kapasitas panas adalah besaran terukur yang menggambarkan
banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat atau benda sebesar jumlah
tertentu. Kapasitas kalor biasanya dilambangkan dengan C dengan satuan J/Kg. °K. Kapasitas
kalor pada sebagian besar sistem tidaklah konstan, namun bergantung pada kondisi
termodinamika. Kapasitas panas bergantung pada temperatur, tekanan, volume dari sistem itu
sendiri.
D. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aliran Fluida
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi aliran fluida dalam pipa diantaranya: nilai
debit aliran, kecepatan aliran, viskositas atau kekentalan fluida, densitas fluida, dan lain-lain.
1. Debit Aliran
Debit adalah perbandingan antara nilai volume fluida yang mengalir (m³) terhadap
satuan waktu (detik). Persamaannya dapat dituliskan:
Q = !" (2-5)
Dimana: V : Volume (m³)
t : waktu (s)
Q : Debit (m³/s)
2. Kecepatan Aliran Fluida
Kecepatan alir fluida dalam adalah kemampuan fluida berpindah didalam dengan
satuan m/s. kecepatan dapat dirumuskan sebagai berikut:
v = #$ (2-6)
dimana: V : Kecepatan aliran (m/s)
Q : Debit aliran (m³/s)
A : Luas Penampang (m²)
3. Viskositas atau Kekentalan Fluida
Viskositas atau kekentalan fluida adalah kemampuan tahanan suatu fluida terhadap
tegangan geser yang terjadi pada fluida tersebut. Viskositas ini secara umum terbagi menjadi
dua yaitu viskositas dinamis (µ) dan viskositas kinematis (ʋ).
4. Densitas Fluida
Densitas atau massa jenis fluida adalah perbandingan antara massa fluida terhadap
volume yang ditempati atau dilewati. Densitas ini biasanya dilambangkan dengan ρ (kg/m³).
0 =12 (%3/1³)
E. Parameter Tak Berdimensi
Dalam menentukan nilai dari koefisien perpindahan kalor konveksi perlu diperhatikan
beberapa parameter tak berdimensi (dimensionless parameter). Sejumlah besar parameter
dibutuhkan untuk menjelaskan perpindahan kalor dan dapat dikelompokkan bersama untuk
membentuk suatau nilai.
1. Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds adalah parameter tidak berdimensi untuk menentukan apakah aliran
yang terjadi laminar atau turbulen yang tergatung dari besarnya bilangan tersebut. Untuk
mengetahui sifat dari aliran tersebut laminer atau turbulen ditunjukkan dengan bilangan
Reynolds (Re) yang dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :
67 = $&'
8 =1̇"
Sehingga bilangan Reynolds dapat ditulis:
67 = (̇&
*+
= ,(̇
&*
(2-7)
Keterangan :
Re = Bilangan Reynolds
ṁ = laju aliran massa (kg/s)
A = luas penampang pipa (m²)
D = Diameter pipa (m)
: = Viskositas dinamis fluida (kg/m.s)
2. Bilangan Nusselt
Bilangan Nusselt (Nu) yang dapat didefinisikan sebagai rasio perpindahan kalor
konveksi fluida dengan perpindahan kalor konduksi fluida dalam kondisi yang sama. Sehingga
bilangan Nusselt adalah :
;< = ℎ=%
Keterangan :
Nu = Bilangan Nusselt
h = Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m- °C)
D = Diameter pipa (m)
k = Konduktivitas termal (W/m °C)
3. Bilangan Prandlt
Bilangan Prandlt merupakan rasio kinematik viskositas (ν) fluida dengan difusivitas
kalor (α) konveksi karena kedua besaran ini menghubungkan distribusi kecepatan dan
distribusi suhu.
Bilangan Prandlt adalah besaran tak berdimensi apabila kita menggunakan perangkat
satuan yang konsisten :
?@ = ./
= ' 0⁄
2 03!⁄
= 3!'2
(2-9)
Keterangan :
Pr = Bilangan Prandlt
A = Viskositas kinematik (m-/s)
B = Difusivitas termal (m-/s)
: = Viskositas dinamik (kg/m s)
C4 = Kalor spesifik pada tekanan (kJ/kg °C)
k = Konduktivitas termal (kW/m °C)
F. Koefisien Konveksi
Koefisien konveksi digunakan dalam perhitungan pindah panas konveksi atau
perubahan fase antara padat dan cair. Koefisien konveksi banyak dimanfaatkan dalam ilmu
termodinamika dan mekanika serta ilmu kimia. Satuan untuk koefisien konveksi ini adalah
Watt per meter persegi per celcius (W/m².°C). Salah satu cara yang banyak digunakan dalam
perhitungan koefisien konveksi adalah dengan membagi hasil perkalian bilangan Nusselt
(yaitu bilangan tak berdimensi) dengan konduktifitas termal dengan diameter pipa. Secara
matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:
ℎ = 56&
7
(2-10)
Keterangan:
h : Koefisien konveksi (W/m².°C)
Nu : Bil. Nusselt
K : Konduktifitas termal (W/m. °C)
G. Laju Perpindahan Kalor Pada Alat Penukar Kalor
Pada dasarnya laju perpindahan kalor pada alat penukar kalor dapat di hitung dengan
rumus :
D = E. ". ∆'(
Sehingga dari persamaan diatas dapat diartikan ada 3 hal yang mempengaruhi
perpindahan kalor pada alat penukar kalor, yaitu :
1. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U)
Semakin besar koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U), maka laju perpindahan
kalor yang terjadi antara dua fluida juga semakin besar. Koefisien perpindahan kalor
menyeluruh adalah penjumlahan dari seluruh koefisien perpindahan kalor yang meliputi
koefisien perpindahan kalor secara konduksi, koefisien perpindahan kalor secara konveksi dan
koefisien perpindahan kalor secara radiasi.
Gambar 10. Analogi tahanan untuk silinder berlubang dengan kondisi batas konveksi
2. Luas Permukaan Perpindahan Kalor (A)
Semakin luas permukaan heat exchanger maka semakin besar pula laju perpindahan
laju perpindahan kalor dan juga tergantung pada diameter dalam pipa. Luas penampang alat
penukar kalor secara konveksi tidaklah sama untuk kedua fluida. Luas bidang ini tergantuung
pada diameter dalam dan tebal pipa.
a. Menghitung luas perpindahan kalor (A)
Luas permukaan perpindahan kalor pada permukaan dalam pipa (A8)
"9= I=
9J
Luas permukaan perpindahan kalor pada permukaan luar pipa (A:)
";= I=
;J
b. Menghitung luas permukaan kalor total (A<:<=>
)
! = E;"?;?@A
K∆'B"C&
maka
"?;?@A
=!
E;K∆'
B"C&
Keterangan :
"; = Luas permukaan luar total, dalam (m-)
"9 = Luas permukaan dalam total, dalam (m-)
=9 = Diameter pipa bagian dalam (m)
=; = Diameter pipa bagiam luar (m)
L = Panjang pipa (m)
E; = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh berdasarkan pipa luar (W/m-
°C)
F = Faktor Koreksi
∆'B"C&
= Beda temperatur rata-rata log
3. Beda Temperatur Rata-Rata Logaritma (LMTD)
Semakin besar beda temperatur rata-rata antara fluida maka semakin besar pula laju
perpindahan kalornya. Temperatur fluida di dalam penukar kalor pada umumnya tidak
konstan, tetapi berbeda dari satu titik ke titik lainnya pada waktu kalor mengalir dari fluida
yang panas ke fluida yang dingin. Untuk tahanan termal yang konstan, laju aliran panas akan
berbeda-beda sepanjang lintasan alat penukar kalor, karena harganya tergantung pada beda
temperatur antara fluida yang panas dan fluida dingin pada penampang tertentu.
Profil temperatur untuk aliran sejajar dan aliran lawan arah dalam penukar kalor pipa
ganda, menunjukan bahwa beda temperatur antara fluida masuk dan pada waktu keluar tidak
sama. Maka perlu ditentukan nilai rata-rata untuk digunakan dalam persamaan, yaitu :
! = E"('D-−'
E-) − ('
DF−'
EF)
ln('D-−'
E-)/('
DF−'
EF)
Bahwa beda temperatur rata-rata merupakan pengelompokkan suku-suku dalam
kurung, sehingga diperoleh :
∆'(= (""#H"$%)H(""%H"$#)
>J(""#H"$%)/(""%H"$#)
Beda temperatur ini disebut beda temperatur rata-rata log (Log Mean Temperature
Difference). Dengan kata lain beda temperatur pada salah satu ujung penukar kalor dikurangi
beda temperatur pada ujung yang satu dibagi dengan logaritma alamiah dari perbandingan
kedua beda temperatur tersebut.
H. Nanofluida TiO2
Nanofluida adalah material atau partikel yang berukuran nano yang tercampur atau
tersuspensi koloid didalam fluida dasar baik air maupun zat cair lainnya. Nanopartikel dalam
nanofluida ini dapat berupa logam, oksida, karbon nanotube dan karbid. Sedangkan fluida
dasar yang digunakan biasanya adalah air, minyak, dan etilen glikol. Karakteristik dari
nanofluida yang cukup bagus ini memungkin nanofluida digunakan dalam banyak hal dibidang
heat transfer atau perpindahan panas, seperti: mesin hibrid, mikroelektronik, sistem pendingin
pada mesin, dan lain-lain.
Titanium dioksida atau juga biasa dikenal dengan titania adalah oksida titanium dengan
rumus kimia TiO2. Umumnya oksida ini bersumber dari ilmenite, rutile, dan anatase. Titanium
dioksida memiliki titik lebur 1.843 °C, densitas 4.23 gr/cm³, serta titik didih 2.972°C.
Dalam penelitian ini digunakan nanofluida jenis TiO2 sebagai fluida pendingin atau
fluida yang dilewatkan pada pipa luar. Konsentrasi yang digunakan masing-masing adalah
0.5% dan 1%. Nanfoluida TiO2 dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 11. Nanopartikel TiO2
BAB IV. MANFAAT PENELITIAN
Pemanasan atau pendinginan fluida adalah suatu kebutuhan utama di dalam banyak
sektor industri, termasuk transportasi, kebutuhan di bidang energi dan produksi serta bidang
elektronika. Nanofluida dibutuhkan untuk mengembangkan suatu strategi baru dalam
meningkatkan efektivitas perpindahan kalor dari fluida konvensional.
BAB V. METODE PENELITIAN
A. Prosedur Penelitian
Dalam pembuatan nanofluida hal yang harus diperhatikan adalah percampuran antara
nanopartikel dengan fluida dasarnya agar menghasilkan percampuran yang baik sehingga
menghasilkan karakteristik fluida baru.
Pada penelitian sebelumnya percampuran antara nanopartikel dengan fluida dasar
menggunakan ultrasonic processor yang dapat menghasilkan nanofluida yang terdispersi
dengan baik dan terdapat tiga metode pembuatan yang banyak digunakan pada penelitian
sebelumnya.
Pembuatan nanofluida pada penelitian ini dapat dikatakan menggunakan metode yang
pertama yaitu dengan cara mencampurkan nanopartikel kedalam fluida dasarnya.
Pencampuran tersebut berdasarkan jenis nanopartikel dan perbandingan persentase massa
nanopartikel dan fluida dasar. Pada penelitian ini menggunakan nanopartikel TiO2 dengan
persentase massa masing–masing sebesar 0,5% dan 1% dan menggunakan air sebagai fluida
dasar.
Karena keterbatasan alat seperti ultrasonic processor yang digunakan untuk pembuatan
nanofluida maka pada penelitian ini pembuatan nanofluida dilakukan dengan cara
pengadukan manual selama 1 – 2 jam, agar nanopartikel dan fluida dasarnya dapat
tersuspensi dengan baik.
Berdasarkan alur proses pembuatan nanofluida, jika nanofluida yang dihasilkan masih
terdapat endapan dari nanopartikel ketika didiamkan, maka nanofluida tersebut harus
kembali diaduk untuk membuat nanopartikel terdispersi dengan baik pada fluida dasarnya.
Berikut merupakan diagram alir yang digunakan untuk menyelesaikan
proses penelitian:
Gambar 12. Diagram Alir Proses Penelitian
Dalam proses penelitian ini percobaan penelitian dilakukan dengan menggunakan heat
exchanger double tube dan menggunakan jenis fluida air untuk fluida panas yang akan
didinginkan dan menvariasikan penggunaan fluida pendinginnya diataranya air sebagai
fluida pendingin konvensional dan nanofluida TiO2.
MULAI
Proses Pengujian
DATA PENGUJIAN1. Temperatur (̊ C)
2. Volum (V)
3. Waktu (s)
4. Massa (kg)
Proses Pengolahan Data Interpolasi dari TAbel A-9 (J.P. Holman)
DATA PENGOLAHAN INTERPOLASI1. Viskositas dinamik air (µ )
2. Bilangan Prandlt (Pr)
3. Konduktivitas termal (k)
4. Panas Spesifik (Cp)
Proses Pengolahan Data
PENGOLAHAN DATA 1. Debit aliran (Q)
2. Kecepatan aliran (v)
3. Laju aliran massa (ṁ )
4. Beda temperatur (∆T)
Proses Pengolahan Data Hasil
ANALISA DATA1. Kesetimbangan energi (W)
2. Bilangan Reynold (Re)
3. Bilangan Nusselt (Nu)
4. Koefisien konveksi (h)
5. Koefisien konveksi total (U)
ANALISIS
KESIMPULAN
SELESAI
Tabel 1. Jadwal Penelitian
No. Kegiatan Tahun 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1. Desain sistem heat exchanger
2 . Pembuatan perangkat alat uji sistem heat exchanger
3. Uji coba di laboratorium
4. Pengambilan data dengan pengujian alat sistem heat exchanger
5. Diseminasi/Seminar/ Jurnal Nasional
6. Laporan
Percobaan dilakukan secara berulang–ulang dengan penggunaan kadar persentase
nanopartikel yang berbeda di setiap percobaannya. Sedangkan untuk fluida air percobaan
dilakukan hanya sekali percobaan saja. Percobaan pertama menggunakan fluida panas air
dan fluida pendinginnya juga air sebagai fluida konvensional.
Instalasi alat uji dapat ditunjukkan oleh gambar berikut.
Gambar 13. Instalasi Alat Uji
Gambar 14. Gambar 3D Instalasi Alat Uji
Gambar 15. Skema Alat Uji
B. Prosedur Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan menggunakan alat penukar kalor pipa ganda dengan air
murni dan nanofluida Titanium Dioksida (TiO2) sebagai fluida kerja. Berikut ini secara detil
prosedur pengujian yang dilakukan untuk fluida kerja air murni:
1. Mengisi masing-masing tanki dengan air murni
2. Menyalakan kompor untuk memanaskan fluida kerja panas
3. Menunggu hingga suhu fluida kerja panas mencapai 80° C, pompa tidak dinyalakan
hingga suhu ini sudah stabil.
4. Menyalakan pompa air panas, untuk kemudian di cek pada display termokopel bahwa
aliran dengan suhu tersebut sudah stabil.
5. Menyalakan pompa air dingin.
6. Mencatat debit aliran dengan menggunakan stopwatch dan gelas ukur ketika masing-
masing fluida sudah mencapai aliran stabil.
7. Mencatat massa air yang terdapat didalam gelas ukur.
8. Mencatat perubahan temperatur pada masing-masing input dan output alat penukar
kalor, yang ditunjukkan oleh display digital termokopel.
9. Proses pencatatan pengambilan data meliputi:
a. Pencatatan debit aliran fluida panas
b. Pencatatan debit aliran fluida dingin
c. Pencatatan temperatur aliran masuk fluida panas
d. Pencatatan temperatur aliran keluar fluida panas
e. Pencatatan temperatur aliran masuk fluida dingin
f. Pencatatan temperatur aliran keluar fluida dingin
10. Proses pengambilan data untuk debit masing-masing aliran dilakukan sebanyak 15 kali
(15 data).
Berikut ini detil prosedur pengujian yang dilakukan untuk fluida kerja nanofluida Titanium
Dioksida (TiO2):
1. Menghitung jumlah air (gram) menggunakan rumus fraksi mol zat padat didalam zat
cair.
2. Menimbang nanopartikel titanium dioksida (TiO2) (gram) agar untuk konsentrasi 0,5 %
dan 1%
3. Setelah ditentukan masing-masing jumlah (gram) nanopartikel dan air, kemudian
dimasukkan ke dalam tanki khusus untuk nanofluida dengan konsentrasi yang telah
dihitung
4. Diaduk hingga merata kurang lebih 10 menit pengadukan
5. Memanaskan air murni sebagai fluida panasnya hingga mencapai temperatur kurang
lebih 80°C (suhu agak sulit dijaga konstan sebab pemanas menggunakan kompor)
6. Jika suhu sudah stabil, kemudian menyalakan pompa
7. Mencatat perubahan suhu yang terjadi pada masing-masing inlet dan outlet pipa
8. Kemudian mengambil data berikutnya diantaranya:
a. Pencatatan debit aliran fluida panas
b. Pencatatan debit aliran fluida dingin
c. Pencatatan temperatur aliran masuk fluida panas
d. Pencatatan temperatur aliran keluar fluida panas
e. Pencatatan temperatur aliran masuk fluida dingin
f. Pencatatan temperatur aliran keluar fluida dingin
BAB VI. HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan pengujian meliputi kegiatan yang berhubungan dengan mempersiapkan alat-
alat yang dibutuhkan selama pengujian seperti: tanki air, stopwatch, gelas ukur, kompor dan
gas, dan lain-lain. Kemudian setelah semua peralatan dan bahan yang dibutuhkan selanjutnya
dilakukan pengujian yaitu dengan mencatat data-data yang dibutuhkan. Data-data yang
diperoleh pada proses pengujian ini meliputi: temperatur air panas masuk dan keluar,
temperatur air dingin masuk dan keluar, volume, massa, dan waktu.
Setelah semua data yang diperlukan didapat, maka selanjutnya dilakukan pengolahan
data dengan menggunakan rumus-rumus yang terdapat pada landasan teori, sedangkan untuk
memperoleh nilai-nilai seperti Cp, µ, dan Pr dapat digunakan tabel A-9 pada buku perpindahan
panas, dengan nilai suhu yang beragam harus digunakan rumus interpolasi dalam menentukan
masing-masing nilai agar sesuai dengan suhu data yang dicari. Hasil pengolahan data meliputi:
nilai perbedaan temperatur ΔT1 dan ΔT2, laju aliran massa (ṁ), kecepatan aliran (v), Debit
(Q), Nilai Kesetimbangan Energi (q), Bil. Reynold (Re), Bil. Nusselt (Nu), Koefisien
Konveksi (h), dan Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U).
A. Data Pengujian
Dari percobaan yang telah dilakukan terhadap alat uji penukar kalor pipa ganda dengan
aliran lawan arah (counterflow) didapatkan perubahan temperatur dari sisi inlet terhadap sisi
outlet pada masing-masing pipa besar dan kecil. Temperatur fluida pendingin pada tanki yang
terukur adalah 31°C. Data-data hasil pengujian disajikan dalam bentuk tabel-tabel sebagai
berikut:
1. Data Hasil Pengukuran Temperatur
Tabel 2. Temperatur Fluida Panas dengan Air Murni
No Temperatur Air Panas (°C)
Th in Th out 1 80 75 2 78 74 3 76 72 4 74 70 5 72 68 6 70 67 7 68 65 8 66 63 9 64 61 10 62 59
Tabel 3. Temperatur Fluida Panas dengan Nanofluida TiO2 0,5%
No Temperatur Air Panas
Th in Th Out 1 80 76 2 78 74 3 76 72 4 74 70 5 72 69 6 70 67 7 68 65 8 66 64 9 64 62 10 62 60
Tabel 4. Temperatur Fluida Panas dengan Nanofluida TiO2 1%
No Temperatur Air Panas
Th in Th Out 1 80 76 2 78 74 3 76 73 4 74 71 5 72 69 6 70 67 7 68 66 8 66 64 9 64 62 10 62 60
Tabel 5. Temperatur Fluida Pendingin Air Murni
No Temperatur Air Dingin (°C)
Tc in Tc out 1 32 36 2 33 35 3 34 36 4 36 37 5 37 38 6 38 39 7 39 40 8 40 41 9 41 42 10 41 42
Tabel 6. Temperatur Fluida Pendingin Nanofluida TiO2 0,5%
No Temperatur Air Dingin
Tc in Tc out 1 32 36 2 35 38 3 36 39 4 37 49 5 38 40 6 39 41 7 40 42 8 41 42 9 41 42 10 42 43
Tabel 7. Temperatur Fluida Pendingin Nanofluida TiO2 1%
No Temperatur Air Dingin Tc in Tc Out
1 33 38 2 37 39 3 39 40 4 39 41 5 40 42 6 41 42 7 42 43 8 43 44 9 44 45 10 44 45
Dimana:
Th in : Temperatur fluida panas di sisi inlet (°C)
Th out : Temperatur fluida panas di sisi outlet (°C)
Tc in : Temperatur fluida pendingin inlet (°C)
Tc out : Temperatur fluida pendingin outlet (°C)
2. Data Hasil Pengukuran Volume dan Waktu
Dalam pengukuran volume dan waktu digunakan gelas ukur untuk mengukur volume,
timbangan untuk menimbang berat fluida yang terdapat didalam gelas ukur, serta sebuah
stopwatch untuk mencatat waktunya, data hasil pengukuran dapat disajikan dalam tabel-tabel
sebagai berikut:
Tabel 8. Volume dan Waktu Fluida Panas dengan Air Murni
No Volume,V (L) massa, m (kg) Waktu, t (s)
1 1.91 1.86 5.079 2 1.90 1.85 4.960 3 1.88 1.83 4.898 4 1.80 1.76 4.890 5 1.88 1.84 4.943 6 1.92 1.88 5.062 7 1.93 1.89 5.096 8 1.86 1.82 4.827 9 1.87 1.83 4.842 10 1.84 1.81 4.812
Tabel 9. Volume dan Waktu Pendingin air murni
No Volume, V (L) massa, m (kg) Waktu, t (s)
1 1.80 1.79 3.823 2 1.68 1.67 3.628 3 1.84 1.83 3.940 4 1.89 1.88 3.950 5 1.85 1.84 3.883 6 1.82 1.81 3.816 7 1.81 1.80 3.748 8 1.86 1.85 3.874 9 1.89 1.87 3.964 10 1.70 1.69 3.638
Tabel 10. Volume dan Waktu Pendingin TiO2 0,5%
No Volume, V (L) Massa, m (kg) Waktu, t (s) 1 1.77 1.737 3.626 2 1.9 1.854 3.845 3 1.7 1.684 3.586 4 1.78 1.731 3.645 5 1.83 1.777 3.664 6 1.82 1.772 3.707 7 1.68 1.721 3.624 8 1.87 1.812 3.751 9 1.84 1.779 3.786 10 1.87 1.827 3.792
Tabel 11. Volume dan Waktu Pendingin TiO2 1%
No Volume, V (L) Massa, m (kg) Waktu, t (s) 1 1.83 1.8 3.620 2 1.87 1.86 3.783 3 1.86 1.83 3.765 4 1.72 1.7 3.585 5 1.81 1.79 3.725 6 1.8 1.77 3.662 7 1.84 1.81 3.761 8 1.78 1.75 3.571 9 1.85 1.81 3.792 10 1.75 1.72 3.673
B. Pengolahan Data
Pengolahan data dapat dilakukan dengan menggunakan data-data hasil pengujian yang
terlebih dahulu sudah dilakukan. Dalam pengolahan data ini, digunakan rumus-rumus yang
berhubungan dan mengacu kepada rumus-rumus yang terdapat pada landasan teori.
1. Perhitungan Perbedaan Temperatur (ΔT)
Untuk mengetahui nilai perbedaan Temperatur fluida yang terukur dapat digunakan
persamaan 2-1 dan 2-2. Sehingga akan diperoleh:
ΔT1 = Th in- Tc out
ΔT2 = Th out-Tc in
Dimana:
ΔT1: merupakan perbedaan temperatur antara fluida panas yang masuk terhadap fluida dingin
yang keluar dari pipa.
ΔT2: merupakan perbedaan temperatur antara fluida panas yang keluar terhadap fluida dingin
yang masuk.
Jika diambil satu data akan diperoleh sebuah contoh perhitungan:
ΔT1 = Th in-Tc out
= 80°C - 36°C = 44°C
Tabel 12. Nilai ΔT1 dan ΔT2 (TiO2 0,5%)
No Th in (°C)
Th out (°C)
Tc in (°C)
Tc out (°C) ΔT1 (°C) ΔT2 (°C)
1 80 76 32 36 44 44
2 78 74 35 38 40 39
3 76 72 36 39 37 36
4 74 70 37 49 35 33
5 72 69 38 40 32 31
6 70 67 39 41 31 28
7 68 65 40 42 26 25
8 66 64 41 42 24 23
9 64 62 41 42 22 21
10 62 60 42 43 19 16
Tabel 13. Nilai ΔT1 dan ΔT2 (TiO2 1%)
No Th in (°C)
Th out (°C)
Tc in (°C)
Tc out (°C) ΔT1 (°C) ΔT2 (°C)
1 80 76 33 38 42 43
2 78 74 37 39 39 37
3 76 73 39 40 36 34
4 74 71 39 41 33 32
5 72 69 40 42 30 29
6 70 67 41 42 28 26
7 68 66 42 43 25 24
8 66 64 43 44 22 19
9 64 62 44 45 19 18
10 62 60 44 45 17 16
2. Perhitungan Laju Aliran Massa (ṁ)
Perhitungan laju aliran massa dapat dilakukan dengan menggunakan rumus 2-3, jika
diambil salah satu data sebagai contoh perhitungan maka akan diperoleh sebuah contoh
perhitungan sebagai berikut:
1̇ =1N
1̇ =1.86%35.079s
1̇ = 0.365%3/X
Tabel 14. Nilai Laju Aliran Massa Air Panas dengan Air Murni
No massa, m (kg) Waktu, t (s) ṁ (kg/s)
1 1.86 5.079 0.365 2 1.85 4.960 0.372 3 1.83 4.898 0.374 4 1.76 4.890 0.359 5 1.84 4.943 0.371 6 1.88 5.062 0.371 7 1.89 5.096 0.371 8 1.82 4.827 0.378 9 1.83 4.842 0.379
10 1.81 4.812 0.376
Tabel 15. Nilai Laju Aliran Massa Pendingin (Air Murni)
No massa, m (kg) Waktu, t (s) ṁ (kg/s)
1 1.80 3.823 0.468
2 1.68 3.628 0.461
3 1.84 3.94 0.464
4 1.89 3.95 0.475
5 1.85 3.883 0.473
6 1.82 3.816 0.474
7 1.81 3.748 0.479
8 1.86 3.874 0.476
9 1.89 3.964 0.473
10 1.70 3.638 0.463
Tabel 16. Nilai Laju Aliran Massa Pendingin (TiO2 0,5%)
No massa, m (kg) Waktu, t (s) ṁ (kg/s)
1 1.737 3.626 0.479
2 1.854 3.845 0.482
3 1.684 3.586 0.470
4 1.731 3.645 0.475
5 1.777 3.664 0.485
6 1.772 3.707 0.478
7 1.721 3.624 0.475
8 1.812 3.751 0.483
9 1.779 3.786 0.470
10 1.827 3.792 0.482
Tabel 17. Nilai Laju Aliran Massa Pendingin (TiO2 1%)
No massa, m (kg) Waktu, t (s) ṁ (kg/s)
1 1.8 3.62 0.497
2 1.86 3.783 0.492
3 1.83 3.765 0.486
4 1.7 3.585 0.474
5 1.79 3.725 0.481
6 1.77 3.662 0.483
7 1.81 3.761 0.481
8 1.75 3.571 0.490
9 1.81 3.792 0.477
10 1.72 3.673 0.468
3. Perhitungan Kesetimbangan Energi (q)
Perhitungan kesetimbangan energi dapat dilakukan dengan menggunakan rumus 2-4
dengan memanfaatkan data-data: laju aliran massa (m), nilai kalor spesifik (Cp) yang mana
kalor spesifik ini bisa diperoleh dari tabel saturated water yang nilainya masing-masing
bergantun pada suhu tertentu, dan nilai perbedaan temperatur. Jika diambil salah satu data,
data pertama dari tabel diatas, maka akan diperoleh sebuah contoh perhitungan sebagai
berikut.
Diketahui: Th in = 80°C, Th out = 75°C, ΔT = 5°C
Cp = 4.1934 kJ/kg .°C
m = 0.365 kg/s
Maka:
! = 1̇CY∆' (J/s atau W)
! = 0.365%3X Z
4.1934%\%3. °C Z5°C
! = 7.65Z10L^_
Tabel 18. Nilai Kesetimbangan Energi Air Panas dengan Air Murni
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C)
Th in (°C)
Th out (°C) ΔT (°C) q (KW)
1 0.365 4.193 80 75 5 7652.95
2 0.372 4.193 78 74 4 6239.04
3 0.374 4.190 76 72 4 6268.84
4 0.359 4.188 74 70 4 6014.69
5 0.371 4.187 72 68 4 6213.21
6 0.371 4.185 70 67 3 4658.35
7 0.371 4.184 68 65 3 4657.13
8 0.378 4.183 66 63 3 4743.75
9 0.379 4.182 64 61 3 4754.71
10 0.376 4.180 62 59 3 4715.49
Tabel 19. Nilai Kesetimbangan Energi Air Panas dengan Nanofluida TiO2 0,5%
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C) Th in (°C) Th out (°C)
ΔT (°C) q (KW)
1 0.377 4.193 76 72 4 6319.12
2 0.365 4.193 74 70 4 6115.21
3 0.379 4.190 72 68 4 6347.19
4 0.37 4.188 70 66 4 6194.39
5 0.378 4.187 68 65 3 4745.00
6 0.366 4.185 66 63 3 4593.15
7 0.383 4.184 64 61 3 4804.89
8 0.369 4.183 62 59 3 4627.70
9 0.371 4.182 60 58 2 3100.82
10 0.368 4.180 58 56 2 3075.74
Tabel 20. Nilai Kesetimbangan Energi Air Panas dengan Nanofluida TiO2 1%
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C) Th in (°C) Th out (°C)
ΔT (°C) q (KW)
1 0.373 4.193 82 78 4 6258.9
2 0.367 4.193 80 76 4 6155.9
3 0.375 4.190 78 74 4 6289.4
4 0.372 4.188 76 73 3 4676.5
5 0.366 4.187 74 71 3 4599.0
6 0.372 4.185 72 69 3 4672.5
7 0.371 4.184 70 67 3 4658.4
8 0.365 4.183 68 66 2 3054.5
9 0.376 4.182 66 64 2 3145.8
10 0.366 4.180 64 63 1 1530.5
Tabel 21. Nilai Kesetimbangan Energi Fluida Pendingin (Air Murni)
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C) Tc in (°C) Tc out (°C)
ΔT (°C) q (KW)
1 0.468 4.1740 32 36 4 7813.73
2 0.461 4.1740 33 35 2 3848.43
3 0.464 4.1740 34 36 2 3873.47
4 0.475 4.1740 36 37 1 1982.65
5 0.473 4.1740 37 38 1 1974.30
6 0.474 4.1740 38 39 1 1978.48
7 0.479 4.1740 39 40 1 1999.35
8 0.476 4.1740 40 41 1 1986.82
9 0.473 4.1740 41 42 1 1974.30
10 0.463 4.1740 41 42 1 1932.56
Tabel 22. Nilai Kesetimbangan Energi Fluida Pendingin (TiO2 0,5%)
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C) Tc in (°C) Tc out (°C)
ΔT (°C) q (KW)
1 0.479 4.177 32 36 4 8003.13
2 0.482 4.174 35 38 3 6035.60
3 0.47 4.174 36 39 3 5885.34
4 0.475 4.174 37 39 2 3965.30
5 0.485 4.174 38 40 2 4048.78
6 0.478 4.174 39 41 2 3990.34
7 0.475 4.174 40 42 2 3965.30
8 0.483 4.174 41 42 1 2016.04
9 0.47 4.174 41 42 1 1961.78
10 0.482 4.174 42 43 1 2011.87
Tabel 23. Nilai Kesetimbangan Energi Fluida Pendingin (TiO2 1%)
No ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.°C) Tc in (°C) Tc out (°C)
ΔT (°C) q (KW)
1 0.497 4.174 32 36 4 8297.91
2 0.492 4.174 37 39 2 4107.22
3 0.486 4.174 39 40 1 2028.56
4 0.474 4.174 39 41 2 3956.95
5 0.481 4.174 40 42 2 4015.39
6 0.483 4.174 41 42 1 2016.04
7 0.481 4.174 42 43 1 2007.69
8 0.49 4.174 43 44 1 2045.26
9 0.477 4.174 44 45 1 1991.00
10 0.468 4.174 44 45 1 1953.43
4. Perhitungan Debit Aliran (Q)
Perhitungan debit aliran dapat dilakukan dengan menggunakan rumus 2-5. Jika diambil
salah satu data sebagai contoh perhitungan maka akan didapatkan:
Diketahui:
V : 0.376 L
t : 5.079 s
D =2N
D =1.91J5.079X = 0.376
JX
Tabel 24. Nilai Debit Air Panas dengan Air Murni
No Volume, V (L) Waktu, t (s) Debit, Q (L/s) Debit, Q (m³/s)
1 1.91 5.079 0.376 0.000376 2 1.9 4.96 0.383 0.000383 3 1.88 4.898 0.384 0.000384 4 1.8 4.89 0.368 0.000368 5 1.88 4.943 0.38 0.00038 6 1.92 5.062 0.379 0.000379 7 1.93 5.096 0.379 0.000379 8 1.86 4.827 0.385 0.000385 9 1.87 4.842 0.386 0.000386
10 1.84 4.812 0.382 0.000382
Tabel 25. Nilai Debit Fluida Pendingin (Air Murni)
No Volume, V (L) Waktu, t (s) Debit, Q (L/s) Debit, Q (m³/s)
1 1.8 3.823 0.471 0.000471 2 1.68 3.628 0.463 0.000463 3 1.84 3.94 0.467 0.000467 4 1.89 3.95 0.478 0.000478 5 1.85 3.883 0.476 0.000476 6 1.82 3.816 0.477 0.000477 7 1.81 3.748 0.483 0.000483 8 1.86 3.874 0.48 0.00048 9 1.89 3.964 0.477 0.000477
10 1.7 3.638 0.467 0.000467
Tabel 26. Nilai Debit Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 0,5%)
No Volume, V (L) Waktu, t (s) Debit, Q (L/s) Debit, Q (m³/s)
1 1.77 3.626 0.488 0.000488 2 1.9 3.845 0.494 0.000494 3 1.7 3.586 0.474 0.000474 4 1.78 3.645 0.488 0.000488 5 1.83 3.664 0.499 0.000499 6 1.82 3.707 0.491 0.000491 7 1.68 3.624 0.464 0.000464 8 1.87 3.751 0.499 0.000499 9 1.84 3.786 0.486 0.000486
10 1.87 3.792 0.493 0.000493
Tabel 27. Nilai Debit Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 1%)
No Volume, V (L) Waktu, t (s) Debit, Q (L/s) Debit, Q (m³/s)
1 1.83 3.62 0.506 0.000506 2 1.87 3.783 0.494 0.000494 3 1.86 3.765 0.494 0.000494 4 1.72 3.585 0.480 0.000480 5 1.81 3.725 0.486 0.000486 6 1.8 3.662 0.492 0.000492 7 1.84 3.761 0.489 0.000489 8 1.78 3.571 0.498 0.000498 9 1.85 3.792 0.488 0.000488
10 1.75 3.673 0.476 0.000476
5. Perhitungan Kecepatan (v)
Kecepatan aliran didalam masing-masing pipa dapat dihitung dengan menggunakan
rumus 2-6.
Jika diketahui:
Diameter Pipa Kecil : 0.0297m
Diameter pipa besar:0.0977m, maka pada pipa dingin yang dilewati fluida: (0.0977-0.0317) =
0.066 m
Maka luas penampang, A akan didapatkan:
" = F
,
I=- ; " = F
,
(3.14)(0.02971)²
" = 0.0006921² (untuk pipa kecil/fluida panas)
" =14(3.14)(0.0977- − 0.0317-)1²
" = 0.0067081² (untuk pipa besar/fluida dingin)
Dari data no 1 dapat diperoleh nilai kecepatan masing-masing pipa contoh perhitungan:
2 = M
+
= N.NNNLPQ(³/S
N.NNNQT-(²
= 0.5431/X(untukpipakecil)
2 = M
+
= N.NNN,PF(³/SN.NNL,-(²
= 0.1381/s (untuk pipa besar)
Tabel 28. Nilai Kecepatan Aliran Air Panas dengan Air Murni
No Diameter, D (m)
Luas Penampang, A (m²) Debit, Q (m³/s) Kecepatan
(m/s) 1 0.0297 0.000692 0.000376 0.543 2 0.0297 0.000692 0.000383 0.553 3 0.0297 0.000692 0.000384 0.555 4 0.0297 0.000692 0.000368 0.532 5 0.0297 0.000692 0.00038 0.549 6 0.0297 0.000692 0.000379 0.548 7 0.0297 0.000692 0.000379 0.548 8 0.0297 0.000692 0.000385 0.556 9 0.0297 0.000692 0.000386 0.558 10 0.0297 0.000692 0.000382 0.552
Tabel 29. Nilai Kecepatan Aliran Fluida Pendingin (Air Murni)
No Diameter, D (m)
Luas Penampang, A (m²) Debit, Q (m³/s) Kecepatan
(m/s)
1 0.066 0.006708 0.000471 0.070 2 0.066 0.006708 0.000463 0.069 3 0.066 0.006708 0.000467 0.070 4 0.066 0.006708 0.000478 0.071 5 0.066 0.006708 0.000476 0.071 6 0.066 0.006708 0.000477 0.071 7 0.066 0.006708 0.000483 0.072 8 0.066 0.006708 0.00048 0.072 9 0.066 0.006708 0.000477 0.071 10 0.066 0.006708 0.000467 0.070
Tabel 30. Nilai Kecepatan Aliran Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 0,5%)
No Diameter, D (m)
Luas Penampang, A (m²) Debit, Q (m³/s) Kecepatan
(m/s)
1 0.066 0.006708 0.000488 0.073 2 0.066 0.006708 0.000494 0.074 3 0.066 0.006708 0.000474 0.071 4 0.066 0.006708 0.000488 0.073 5 0.066 0.006708 0.000499 0.074 6 0.066 0.006708 0.000491 0.073 7 0.066 0.006708 0.000464 0.069 8 0.066 0.006708 0.000499 0.074 9 0.066 0.006708 0.000486 0.072 10 0.066 0.006708 0.000493 0.074
Tabel 31. Nilai Kecepatan Aliran Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 1%)
No Diameter, D (m)
Luas Penampang, A
(m²) Debit, Q (m³/s) Kecepatan
(m/s)
1 0.066 0.006708 0.000506 0.075 2 0.066 0.006708 0.000494 0.074 3 0.066 0.006708 0.000494 0.074 4 0.066 0.006708 0.000480 0.072 5 0.066 0.006708 0.000486 0.072 6 0.066 0.006708 0.000492 0.073 7 0.066 0.006708 0.000489 0.073 8 0.066 0.006708 0.000498 0.074 9 0.066 0.006708 0.000488 0.073 10 0.066 0.006708 0.000476 0.071
6. Perhitungan Bilangan Reynolds
Untuk menghitung bilangan Reynolds dapat digunakan rumus 2-7. Sehingga jika
diambil satu data sebagai contoh perhitungan, maka akan diperoleh sebuah contoh perhitungan
sebagai berikut:
Jika diketahui: T data1 = 80°C,
µ = 3.52 kg/m.s
ṁ = 0.366 kg/s
A = 0.000692 m²
8 = 1̇" =
0.366%3/X0.0006921²
= 581.87%31²X
Maka diperoleh:
67 = 8=µ
67 = k581.87 2V
(S
l (0.02971)3.52Z10H,
67 = 49095.79
Tabel 32. Bilangan Reynolds Air Panas dengan Air Murni
No Viskositas Dinamis, µ (kg/m.s)
Diameter Pipa, D
(m)
Laju Aliran
Massa, ṁ (kg/s)
Luas Penampang,
A (m²)
Kecepatan Massa, G (kg/m².s)
Bil. Reynolds,
Re
1 3.52 0.0297 0.366 0.000629 581.88 49095.79 2 3.56 0.0297 0.373 0.000629 593.00 49472.59 3 3.75 0.0297 0.374 0.000629 594.59 47091.89 4 3.86 0.0297 0.360 0.000629 572.34 44037.33 5 3.96 0.0297 0.372 0.000629 591.41 44356.12 6 4.06 0.0297 0.371 0.000629 589.83 43147.31 7 4.14 0.0297 0.371 0.000629 589.83 42313.54 8 4.03 0.0297 0.377 0.000629 599.36 44171.50 9 4.21 0.0297 0.378 0.000629 600.95 42395.08 10 4.46 0.0297 0.376 0.000629 597.77 39806.94
Tabel 33. Bilangan Reynolds Fluida Pendingin (Air Murni)
No Viskositas Dinamis, µ (kg/m.s)
Diameter Pipa, D
(m)
Laju Aliran
Massa, ṁ (kg/s)
Luas Penampang,
A (m²)
Kecepatan Massa, G (kg/m².s)
Bil. Reynolds,
Re
1 7.69 0.066 0.468 0.006708 69.77 5987.84 2 7.53 0.066 0.460 0.006708 68.57 6010.54 3 7.38 0.066 0.464 0.006708 69.17 6186.04 4 7.23 0.066 0.476 0.006708 70.96 6477.68 5 7.08 0.066 0.474 0.006708 70.66 6587.13 6 6.79 0.066 0.474 0.006708 70.66 6868.46 7 6.67 0.066 0.480 0.006708 71.56 7080.54 8 6.55 0.066 0.478 0.006708 71.26 7180.22 9 6.43 0.066 0.472 0.006708 70.36 7222.41
10 6.43 0.066 0.465 0.006708 69.32 7115.29
Tabel 34. Bilangan Reynolds Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 0,5%)
No Viskositas Dinamis, µ (kg/m.s)
Diameter Pipa, D
(m)
Laju Aliran Massa, ṁ (kg/s)
Luas Penampang,
A (m²)
Kecepatan Massa, G (kg/m².s)
Bil. Reynolds,
Re
1 8.12 0.066 0.479 0.006708 71.41 5804.04 2 7.53 0.066 0.482 0.006708 71.85 6298.00 3 7.38 0.066 0.470 0.006708 70.07 6266.03 4 7.26 0.066 0.475 0.006708 70.81 6437.36 5 7.23 0.066 0.485 0.006708 72.30 6600.16 6 7.08 0.066 0.478 0.006708 71.26 6642.71 7 7.08 0.066 0.475 0.006708 70.81 6601.02 8 6.79 0.066 0.483 0.006708 72.00 6998.88 9 6.79 0.066 0.470 0.006708 70.07 6810.50
10 6.67 0.066 0.482 0.006708 71.85 7110.04
Tabel 35. Bilangan Reynolds Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 1%)
No Viskositas Dinamis, µ (kg/m.s)
Diameter Pipa, D
(m)
Laju Aliran Massa, ṁ (kg/s)
Luas Penampang,
A (m²)
Kecepatan Massa, G (kg/m².s)
Bil. Reynolds,
Re
1 7.53 0.066 0.497 0.006708 74.09 6494.00 2 7.08 0.066 0.492 0.006708 73.35 6837.27 3 6.67 0.066 0.486 0.006708 72.45 7169.05 4 6.67 0.066 0.474 0.006708 70.66 6992.03 5 6.55 0.066 0.481 0.006708 71.71 7225.28 6 6.43 0.066 0.483 0.006708 72.00 7390.72 7 6.31 0.066 0.481 0.006708 71.71 7500.09 8 6.2 0.066 0.49 0.006708 73.05 7775.98 9 6.09 0.066 0.477 0.006708 71.11 7706.41
10 6.09 0.066 0.468 0.006708 69.77 7561.00
7. Perhitungan Bilangan Nusselt
Untuk mendapatkan bilangan nusselt akan digunakan bilangan Reynold yang nilainya
sudah didapat pada perhitungan sebelumnya dan bilangan Prandalt yang dapat ditentukan
dengan menggunakan tabel sifat air jenuh untuk masing-masing suhu tertentu. Dengan
menggunakan rumus 2-8 dan jika diambil salah satu data tabel maka didapatkan.
Jika diketahui: T data1 = 80°C, maka Pr = 2.23 ; Re = 49095.79
Maka didapatkan sebuah contoh perhitungan:
;< = [email protected]
;< = 0.023(49095.79)0.8(2.23)0.3
Tabel 36. Bilangan Nusselt Air Panas dengan Air Murni
No Prandalt, Pr Reynolds, Re Nusselt, Nu 1 2.23 49095.79 165.60 2 2.28 49472.59 167.73 3 2.35 47091.89 162.71 4 2.42 44037.33 155.57 5 2.49 44356.12 157.82 6 2.57 43147.31 155.84 7 2.64 42313.54 154.67 8 2.71 44171.5 161.34 9 2.8 42395.08 157.66
10 2.9 39806.94 151.50
Tabel 37. Bilangan Nusselt Fluida Pendingin (Air Murni)
No Prandalt, Pr Reynold, Re Nusselt, Nu
1 5.14 5987.84 39.52
2 5.03 6010.54 39.38
3 4.93 6186.04 40.06
4 4.71 6477.68 41.00
5 4.61 6587.13 41.29
6 4.51 6868.46 42.41
7 4.42 7080.54 43.19
8 4.33 7180.22 43.41
9 4.24 7222.41 43.34
10 4.24 7115.29 42.82
Tabel 38. Bilangan Nusselt Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 0,5%)
No Prandalt, Pr Reynold, Re Nusselt, Nu
1 5.14 5804.04 38.55
2 4.92 6298.00 40.61
3 4.71 6266.03 39.92
4 4.61 6437.36 40.53
5 4.51 6600.16 41.08
6 4.42 6642.71 41.04
7 4.33 6601.02 40.58
8 4.24 6998.88 42.26
9 4.24 6810.50 41.35
10 4.15 7110.04 42.52
Tabel 39. Bilangan Nusselt Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 1%)
No Prandalt, Pr Reynold, Re Nusselt, Nu
1 5.03 6494.00 41.90
2 4.61 6837.27 42.53
3 4.42 7169.05 43.62
4 4.42 6992.03 42.76
5 4.33 7225.28 43.63
6 4.24 7390.72 44.15
7 4.15 7500.09 44.38
8 4.07 7775.98 45.42
9 3.99 7706.41 44.82
10 3.99 7561.00 44.15
Gambar 16. Grafik Hubungan Bil Nusselt-Bil Reynolds Air Panas
Gambar 17. Grafik Hubungan Bil.Nusselt-Bil.Reynolds Fluida Pendingin
150,00
155,00
160,00
165,00
170,00
41000 43000 45000 47000 49000
Bil.Nusselt
Bil.Reynolds
AirPanas
35,00
40,00
45,00
50,00
55,00
5500 6000 6500 7000 7500 8000
BilanganNusselt
BilanganReynolds
Airmurni
TiO20.5%
TiO21%
Gambar 18. Grafik Hubungan Bilangan Nusselt Air Panas (Nu)-Temperatur Air Panas Masuk
(Th in)
Gambar 19. Grafik Hubungan Bilangan Nusselt Fluida Pendingin (Nu)-Temperatur Dingin
Masuk (Tc in)
8. Perhitungan Koefisien Konveksi
Koefisien konveksi dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2-10. Sehingga
perhitungan koefisien konveksi ini dapat dilakukan dengan menggunakan bilangan-bilangan
yang sebelumnya ditentukan, seperti: Bilangan Nusselt, Konduktivitas termal yang dapat
60
65
70
75
80
150,00 155,00 160,00 165,00 170,00
TemperaturAirPanas(Thin)
BilanganNusseltAirPanas(Nu)
Nuairpanas
(°C)
30
35
40
45
35,00 40,00 45,00 50,00 55,00
TemperaturDinginMasuk(Tcin)
Bilangannusselt(Nu)
AirMurni
TiO20.5%
TiO21%
(°C)
diambil dari tabel sifat air jenuh yang mengacu pada masing-masing temperatur, serta diameter
pipa. Jika diambil salah satu data sebagai contoh perhitungan maka akan diperoleh:
Diketahui:
T data1 = 80°C maka K = 0.671 W/m. °C
Bil. Nusselt = 165.60 ; Diameter pipa = 0.0297 m
Maka diperoleh: ℎ = 567
&
ℎ =(165.60). (0.671 X
(.°3
)0.02971
ℎ = 3741.33_
1-. °C
Tabel 40. Nilai Koefisien Konveksi Air Panas
No Bil. Nusselt, Nu Kondutivitas
Termal, K (W/m.°C)
Diameter Pipa, D (m)
Koefisien Konveksi, hi (W/m².°C)
1 165.6 0.671 0.0297 3741.33 2 167.73 0.669 0.0297 3778.07 3 162.71 0.667 0.0297 3654.05 4 155.57 0.666 0.0297 3488.57 5 157.82 0.665 0.0297 3533.59 6 155.84 0.663 0.0297 3478.79 7 154.67 0.661 0.0297 3442.21 8 161.34 0.659 0.0297 3579.82 9 157.66 0.656 0.0297 3482.37 10 151.50 0.655 0.0297 3341.17
Tabel 41. Nilai Koefisien Konveksi Fluida Pendingin (Air Murni)
No Bil. Nusselt, Nu Kondutivitas
Termal, K (W/m.°C)
Diameter Pipa, D (m)
Koefisien Konveksi, ho
(W/m².°C) 1 39.52 0.622 0.066 372.46 2 39.38 0.624 0.066 372.37 3 40.06 0.625 0.066 379.36 4 41.00 0.627 0.066 389.49 5 41.29 0.629 0.066 393.46 6 42.41 0.630 0.066 404.82 7 43.19 0.631 0.066 412.95 8 43.41 0.633 0.066 416.34 9 43.34 0.634 0.066 416.32 10 42.82 0.634 0.066 411.37
Tabel 42. Koefisien Konveksi Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 0,5%)
No Bil. Nusselt, Nu Kondutivitas
Termal, K (W/m.°C)
Diameter Pipa, D (m)
Koefisien Konveksi, ho
(W/m².°C) 1 38.55 0.622 0.066 363.29 2 40.61 0.626 0.066 385.22 3 39.92 0.627 0.066 379.27 4 40.53 0.629 0.066 386.29 5 41.08 0.63 0.066 392.12 6 41.04 0.631 0.066 392.39 7 40.58 0.633 0.066 389.24 8 42.26 0.634 0.066 405.98 9 41.35 0.634 0.066 397.22 10 42.52 0.635 0.066 409.14
Tabel 43. Koefisien Konveksi Fluida Pendingin (Nanofluida TiO2 1%)
No Bil. Nusselt, Nu Kondutivitas
Termal, K (W/m.°C)
Diameter Pipa, D (m)
Koefisien Konveksi, ho
(W/m².°C) 1 41.90 0.624 0.066 396.14 2 42.53 0.629 0.066 405.37 3 43.62 0.631 0.066 417.07 4 42.76 0.631 0.066 408.81 5 43.63 0.633 0.066 418.43 6 44.15 0.634 0.066 424.06 7 44.38 0.635 0.066 427.00 8 45.42 0.636 0.066 437.65 9 44.82 0.638 0.066 433.29 10 44.15 0.638 0.066 426.74
Gambar 20. Grafik Koefisien Konveksi Air Panas-Bilangan Nusselt Air Panas
Gambar 21. Grafik Koefisien Konveksi Fluida Pendingin (ho)-Bilangan Nusselt Pendingin
(Nu)
150
155
160
165
170
3300,00 3400,00 3500,00 3600,00 3700,00 3800,00
BilanganNusseltAirPanas(Nu)
KoefisienKonveksiAirPanas(hi)
Hairpanas
(W/m².°C)
35,00
40,00
45,00
50,00
350,00 400,00 450,00 500,00
BilanganNusseltFluidaPendingin(Nu)
KoefisienKonveksifluidapendingin(ho)
airpanas
TiO20.5%
TiO21%
(W/m².°C)
Gambar 22. Grafik Koefisien Konveksi Air Panas (hi)-Temperatur Masuk air panas (Th in)
9. Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U)
Perhitungan koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dilakukan dengan
menggunakan rumus 2-11. Jika diambil salah satu data sebagai contoh perhitungan maka akan
didapatkan:
Diketahui: hi air panas = 3741.33 W/m².°C
ho fluida pendingin (air murni)= 372.46 W/m².°C, maka:
E =1
F
D9
+ F
D;
E = F
%+,-%.++Z
%+,#.-.
; E = 338.74 W/m².°C
Tabel 44. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Air Panas dan Fluida Pendingin Air
Murni
No hi (W/m².°C) ho (W/m².°C) U (W/m².°C)
1 3741.33 372.46 338.74 2 3778.07 372.37 338.96 3 3654.05 379.36 343.68 4 3488.57 389.49 350.37 5 3533.59 393.46 354.04 6 3478.79 404.82 362.62 7 3442.21 412.95 368.71 8 3579.82 416.34 372.96 9 3482.37 416.32 371.86 10 3341.17 411.37 366.28
3300,00
3400,00
3500,00
3600,00
3700,00
3800,00
60 65 70 75 80
KoefisienKonveksi(hi)
TemperaturMasukAirPanas(Thin)
airpanas
(°C)
(W/m².°C)
Tabel 45. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Air Panas dan Fluida Pendingin TiO2
0,5%
No hi (W/m².°C) ho (W/m².°C) U (W/m².°C)
1 3741.33 363.29 331.13 2 3778.07 385.22 349.58 3 3654.05 379.27 343.61 4 3488.57 386.29 347.78 5 3533.59 392.12 352.95 6 3478.79 392.39 352.62 7 3442.21 389.24 349.70 8 3579.82 405.98 364.63 9 3482.37 397.22 356.55 10 3341.17 409.14 364.50
Tabel 46. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Air Panas dan Fluida Pendingin TiO2 1%
No hi (W/m².°C) ho (W/m².°C) U (W/m².°C)
1 3741.33 396.14 358.21 2 3778.07 405.37 366.09 3 3654.05 417.07 374.34 4 3488.57 408.81 365.93 5 3533.59 418.43 374.12 6 3478.79 424.06 377.99 7 3442.21 427.00 379.87 8 3579.82 437.65 389.97 9 3482.37 433.29 385.34 10 3341.17 426.74 378.41
Gambar 23. Grafik Hubungan Koefisien Menyeluruh (U)-Koefisien Konveksi Fluida
Pendingin (ho)
Gambar 24. Grafik Hubungan Koefisien Konveksi Menyeluruh (U) Air panas-Koefisien
Konveksi Fluida Pendingin (ho)
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
320,00 370,00 420,00 470,00 520,00 570,00
Koefisienkonveksimenyeluruh(U)
KoefisienKonveksiFluidaPendingin(ho)
airmurni
TiO0.5%
TiO21%
(W/m².°C)
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
3300,00 3400,00 3500,00 3600,00 3700,00 3800,00 3900,00
KoefisienKonveksiM
enyeluruh(U)
KoefisienKonveksiFluidaPanas(hi)
airmurni
TiO20.5%
TiO21%
(W/m².°C)
VII. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dibahas sebelumnya, maka dapat disimpulkan
beberapa hal penting antara lain:
1. Nilai rata-rata bilangan Reynolds dipengaruhi oleh adanya konsentrasi nanopartikel
didalam fluida dasar (air murni). Bilangan Reynolds akan meningkat seiring dengan
penambahan konsentrasi nanopartikel TiO2 didalam fluida dasar air.
2. Bilangan Nusselt akan meningkat seiring penambahan konsentrasi TiO2 didalam fluida
dasar air murni. Hal ini juga dapat dihubungkan dengan peningkatan nilai bilangan
Reynolds, sebab nilai bilangan Nusselt berbanding lurus dengan bilangan Reynolds.
3. Nilai rata-rata koefisien konveksi fluida pendingin (ho) dipengaruhi pula oleh adanya
konsentrasi nanopartikel didalam fluida dasar (air murni), penambahan konsentrasi
TiO2 didalam fluida dasar air murni akan meningkatkan nilai koefisien konveksi (ho).
4. Perpindahan energi panas secara umum akan lebih efektif bila menggunakan
nanofluida TiO2 dibandingkan dengan air murni. Hal ini ditandai dengan peningkatan
nilai koefisien perpindahan panas konveksi masing-masing fluida pendingin dan fluida
panas.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Choi, U. S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles in Developments Applications of Non-Newtonian Flows, D. A. Siginer and H. P. Wang, Eds., FEDvol. 231/MD-vol. 66, pp. 99–105, ASME, New York, NY, USA, 1995.
[2] LeeS,ChoiU.-S.1996.ApplicationofMetallicNanoparticleSuspensions
inadvancedCoolingSystems,ASMEPublicationsPVP-Vol.342/MDVol.72,pp. 227-234. [3] EastmanJA,ChoiUS,LiS,ThompsonLJ,LeeS.1997.Enhancedthermal conductivity through the
development of nanofluids. In: Komarneni, S., Parker, J.C., Wollenberger, H.J.(Eds.), Nanophase and n anocomposite Materials II.MRS, Pittsburg, PA, pp. 3-11.
[4] Cengel, Yunus. A., Heat And Mass Transfer: A Practical Approach Third Edition (Si Unit),
McGraw-Hill, Inc. New York, 2006. [5] Holman, J. P., Heat Transfer Sixth Edition, McGraw-Hill, Inc. New York, 1986. [6] G.F.C. Rogers, Y.R. Mayhew, Heat transfer and pressure loss in helkically coiled tubes with
turbulent flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, 7, 1964, 1207-1216 [7] R.A. Seban, E. F. McLaughlin, Heat transfer in tube coils with laminar and turbulent flow,
International Journal of Heat and Mass Transfer, 6, 1963,387-395 [8] Y.Mori, W. Nakayama, Study on forced convective heat transfer in curved pipe, International
Journal of Heat and Mass Transfer, 8, 1965, 67-82 [9] NanophaseTechnologies,Romeoville,IL,USA, http://www.nanophase.com. [10] Mikheyev, M., Fundamentals of Heat Transfer, John Willey & Sons Inc., New York, 1986. [11] Baehr, Hans Dieter & Karl Stephan., Heat And Mass Transfer: Second, Revised Edition,
Springer, Berlin, 2006 [12] Gerhart M. Philip, Fundamentals of Fluid Mechanics, Addison Wesley Publishing Company.
1985. P.443. [13] Schneider, P. J., Conduction Heat Transfer, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1957. [14] Frank P. Incropera and David P. Dewitt, Fundamental of Heat and Mass Transfer. Ottawa: John
Wiley&Sons, Inc, 1996 [15] Kern, D. Q., Process Heat Transfer, International Student Edition, McGraw Hill Kogakusha, Ltd.,
New York.