53
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

LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

  • Upload
    others

  • View
    12

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 2: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 3: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 4: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.

Page 5: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.

Page 6: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 7: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 8: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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:

Page 9: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 10: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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:

Page 11: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 12: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.

Page 13: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 14: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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 = $&'

Page 15: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 16: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 17: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 18: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

"?;?@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"$%)/(""%H"$#)

Page 19: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 20: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.

Page 21: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 22: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 23: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

Gambar 14. Gambar 3D Instalasi Alat Uji

Gambar 15. Skema Alat Uji

Page 24: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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):

Page 25: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 26: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 27: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 28: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 29: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 30: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 31: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 32: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 33: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 34: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 35: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 36: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 37: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 38: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 39: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 40: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 41: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 42: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 43: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 44: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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%

Page 45: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 46: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 47: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 48: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 49: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 50: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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

Page 51: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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)

Page 52: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.

Page 53: LAPORAN AKHIR UNGGULAN KOMPETITIF UNIVERSITAS …

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.