STUDI EKSPERIMENTAL PENINGKATAN PERPINDAHAN … filePanas Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik Dengan “ Regularly spaced Helical Screw Tape Insert”. Penulisan tugas akhir ini merupakan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

STUDI EKSPERIMENTAL PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS

PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN REGULARLY

SPACED HELICAL SCREW TAPE INSERT

Dosen Pembimbing I : Agung Tri Wjayanta, ST, M.Eng, Ph.D

Dosen Pembimbing II : Indri Yaningsih, S.T., M.T.

Oleh:

PUTUT PANJI SAPUTRO

NIM. I 1413022

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016


commit to user


commit to user


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya,

sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Studi

Eksperimental Pengaruh Panjang Spacer Terhadap Peningkatan Perpindahan

Panas Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik Dengan “ Regularly spaced Helical

Screw Tape Insert”. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat wajib

bagi mahasiswa dalam rangka menyelesaikan pendidikan Sarjana pada Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya

selama kami menyelesaikan tugas akhir. Ucapan terima kasih penulis tujukan

kepada :

1. Penulis panjatkan syukur atas kasih Karunia dari Allah SWT yang

selalu dilimpahkan kepada seluruh umat manusia

2. Bapak, Ibu tercinta, dan kakakku yang tanpa lelah memberikan do’a,

dukungan baik secara moral dan materil.

3. Bapak Agung Tri Wijayanta, M.Eng., Ph.D. selaku pembimbing I

dengan semangat senantiasa memberikan arahan, bimbingan dalam

penyusunan skripsi. dan nasehat dari awal hingga selesainya penulisan

skripsi.

4. Ibu Indri Yaningsih, ST, MT. selaku pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan dan nasehat hingga selesainya penulisan

skripsi.

5. Bapak Dr. Budi Santoso, ST, MT, Bapak Eko Prasetya Budiana, ST, MT,

dan Bapak R. Lulus Lambang, ST, MT. selaku dosen penguji tugas

akhir yang telah memberi saran yang membangun bagi penulis kedepan.

6. Bapak D. Danar Dono Dwi Prija T, ST, MT, phD. selaku Pembimbing

Akademis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi di

Universitas Sebelas Maret.

7. Bapak DR. Nurul Muhayat, ST, MT, selaku koordinator Tugas Akhir.


commit to user

vii

8. Bapak-bapak dosen yang dengan senang hati dan tanpa lelah

membagikan ilmunya, serta karyawan yang dengan senang hati

melayani para mahasiswa dengan setulus hati.

9. Kakak, adik dan juga seluruh keluarga besar yang tanpa henti

mendoakan, menyemangati, memotivasi, dan dukungan lahir & batin

yang luar biasa besar sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini

dengan baik.

10. Teman-teman seperjuangan angkatan 2013 Teknik Mesin Non Reguler.

11. Semua pihak yang turut serta membantu penulis.

Penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Dalam penyusunan

skripsi ini, penulis menyadari masih banyak kekurangan disana-sini. Oleh sebab

itu, kritik dan saran yang bersifat membangun akan penulis terima dengan senang

hati.

Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan

bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, Januari 2016

Penulis


commit to user

viii

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ........................................................................................... i

Halaman Surat Penugasan ......................................................................... ii

Halaman Pengesahan ................................................................................ iii

Abstrak .................................................................................................... iv

Kata Pengantar ........................................................................................ vi

Daftar Isi .................................................................................................. viii

Daftar Tabel ............................................................................................. xi

Daftar Gambar .......................................................................................... xii

Daftar Persamaan ..................................................................................... xiv

Daftar Notasi ............................................................................................ xvi

Daftar Lampiran ....................................................................................... xix

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah ..................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah ........................................................... 2

1.3. Batasan Masalah ................................................................. 2

1.4. Tujuan Dan Manfaat .......................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan ......................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................ 5

2.2. Dasar Teori ......................................................................... 9

2.2.1. Aliran Dalam Pipa ..................................................... 9

2.2.2. Penukar Kalor ........................................................... 9

2.2.3. Teknik Peningkatan Perpindahan Panas Dengan

Metode Pasif ............................................................ 11

2.2.3.1 Helical Screw Tape Insert ............................ 12

2.2.4. Perhitungan Karakteristik Perpindahan Panas, Faktor

Gesekan dan Rasio Peningkatan Perpindahan Panas

Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik ........................ 14


commit to user

ix

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian ............................................................... 20

3.2. Skema Alat Penelitian ........................................................ 20

3.3. Diagram Alir Penelitian...................................................... 26

3.4. Prosedur Penelitian ............................................................. 27

3.4.1. Tahap Persiapan ....................................................... 27

3.4.2. Pengujian Penukar Kalor Tanpa Regularly spaced

Helical Screw Tape Insert (plain tube) ................... 27

3.4.3. Pengujian penukar kalor dengan Regularly spaced

helical screw tape insert.......................................... 28

3.5. Metode Analisis Data ......................................................... 29

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1. Data Hasil Pengujian .......................................................... 31

4.2. Analisis Data ...................................................................... 31

4.2.1. Validasi Karakteristik Perpindahan Panas Plain

Tube .......................................................................... 31

4.2.2. Validasi Karakteristik Faktor Gesekan Plain Tube . 32

4.2.3. Pengaruh Variasi spacer Terhadap Karakteristik

Perpindahan Panas Penukar Kalor dengan

Penambahan Regularly spaced Helical Screw Tape

Insert ........................................................................ 33

4.2.4. Pengaruh Variasi panjang spacer Terhadap

Karakteristik Faktor Gesekan Penukar Kalor

dengan Penambahan Regularly spaced Helical

Screw Tape Insert..................................................... 35

4.2.5. Pengaruh Variasi panjang spacer Terhadap

Karakteristik Effectivenes Penukar Kalor dengan


Insert ....................................................................... 37

4.2.6. Pengaruh Variasi spacer Terhadap Karakteristik

Rasio perpindahan panas Penukar Kalor dengan


commit to user

x


Insert ........................................................................ 39

4.2.7. Analisa Korelasi Empirik Hasil Penelitian dengan

Penambahan Regularly Spaced Helical Screw Tape

Insert ........................................................................ 40

4.2.8. Perbandingan Hasil Eksperimen Karakteristik

Perpindahan Panas Regularly Spaced Helical

Screw Tape Insert dengan Penelitian Sebelumnya .. 42

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ........................................................................ 47

5.2. Saran ................................................................................... 47

Daftar Pustaka .......................................................................................... 48

Lampiran ................................................................................................... 49


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Review penelitian sebelumnya ............................................... 8

Tabel 4.1. Nilai kenaikan Nu hubungannya dengan Re, panjang spacer

80, 160 dan 240 mm. .............................................................. 35

Tabel 4.2. Nilai kenaikan penurunan tekanan hubungannya dengan Re,

panjang spacer 80, 160 dan 240 mm...................................... 36

Tabel 4.3. Nilai kenaikan faktor gesekan hubungannya dengan Re,

sisipan helical screw variasi panjang spacer 80, 160 dan 240

mm .......................................................................................... 37

Tabel 4.4. Nilai kenaikan effectiveness hubungannya dengan Re,

sisipan helical screw variasi panjang spacer 80, 160 dan 240

mm .......................................................................................... 38

Tabel 4.5. Nilai kenaikan rasio peningkatan perpindahan panas, variasi

panjang spacer 80, 160 dan 240 mm...................................... 40

Tabel 4.6. Review penelitian sebelumnya ............................................... 45


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Grafik hubungan Nu,i dengan Re dan ∆P dengan Re........ 5

Gambar 2.2. Grafik hubungan Nu,i dengan Re dan f dengan Re, (Y) =

2,93 .................................................................................... 6

Gambar 2.3. (a) arah aliran fluida, dan (b) perubahan temperatur

fluida pada penukar kalor berlawanan arah ...................... 9

Gambar 2.4. Analogi listrik untuk perpindahan panas pada penukar

kalor pipa konsentrik ......................................................... 10

Gambar 2.5. Konfigurasi geometri dari helical screw tape insert ......... 12

Gambar 2.6. Twisted tape insert pada berbagai nilai twis ratio ............. 12

Gambar 2.7. Helical screw tape insert pada berbagai nilai twist ratio .. 12

Gambar 2.8. Hubungan antara bilangan Nusselt dengan bilangan

Reynolds untuk pipa dengan helical screw tape dan

twisted tape insert .............................................................. 13

Gambar 2.9. Skema full length helical screw tape insert with core rod

........................................................................................... 14

Gambar 2.10. Skema full length helical screw tape insert without core

rod...................................................................................... 14

Gambar 2.11. Skema regularly spaced helical screw tape insert with

core rod ............................................................................. 14

Gambar 2.12. Skema regularly spaced helical screw tape insert without

core rod ............................................................................. 14

Gambar 3.1. Skema alat pengujian penukar kalor pipa konsentrik ........ 20

Gambar 3.2. Gambar alat penelitian ...................................................... 21

Gambar 3.3. (a) pemanas air elektrik, (b) Temperature controller ....... 22

Gambar 3.4. (a) Thermocouple reader, (b) Rotameter ........................... 22

Gambar 3.5. (a) Tangki air, (b) Penjebak air.......................................... 23

Gambar 3.6. Skema penukar kalor pipa konsentrik satu laluan dengan

regularly spaced helical screw tape insert ....................... 23

Gambar 3.7. Penukar kalor pipa konsentrik satu laluan ........................ 24


commit to user

xiii

Gambar 3.8. Nomenklatur full length helical screw tape insert di

sebuah pipa ....................................................................... 24

Gambar 3.9. Nomenklatur helical screw tape insert tanpa spacer di

sebuah pipa ....................................................................... 25

Gambar 3.10. Skema regularly spaced screw tape insert yang

digunakan dalam penelitian .............................................. 25

Gambar 4.1. Grafik hubungan Nui dengan Re untuk plain tube,

korelasi plain tube Gneilinski dan Petukhov .................... 32

Gambar 4.2. Grafik hubungan f dengan Re untuk plain tube, korelasi

plain tube dan Blasius ....................................................... 33

Gambar 4.3. Grafik hubungan Nui dengan Re variasi panjang spacer

80, 160 dan 240 mm .......................................................... 34

Gambar 4.4. Grafik hubungan P dengan Re untuk panjang spacer

80, 160 dan 240 mm .......................................................... 35

Gambar 4.5. Grafik hubungan f dengan Re variasi panjang spacer 80,

160 dan 240 mm ................................................................ 36

Gambar 4.6. Grafik hubungan dengan Re variasi panjang spacer 80,

160 dan 240 mm ............................................................... 38

Gambar 4.7. Grafik hubungan dengan Re variasi panjang spacer

80, 160 dan 240 mm .......................................................... 39

Gambar 4.8. Perbandingan antara bilangan Nusselt prediksi/ Nu

Eksperimen dengan Re ...................................................... 41

Gambar 4.9. Grafik hubungan f, prediksi/ f, eksperimen dengan Re ..... 42

Gambar 4.10. Grafik perbandingan nilai Nusselt helical screw with

spacer dengan penelitian sebelumnya ............................... 43

Gambar 4.11. Grafik perbandingan nilai faktor gesekan helical screw

with spacer dengan penelitian sebelumnya ....................... 44


commit to user

xiv

DAFTAR PERSAMAAN

Halaman

Persamaan (2.1) Hambatan termal total pada penukar kalor

konsentrik .................................................................. 10

Persamaan (2.2) Laju perpindahan panas antara dua fluida ................. 11

Persamaan (2.3) Koefisien perpindahan panas overall ........................ 11

Persamaan (2.4) Twist ratio pada twisted tape insert ........................... 12

Persamaan (2.5) Twist ratio pada helical tape insert ............................ 12

Persamaan (2.6) Laju perpindahan panas di pipa dalam ....................... 14

Persamaan (2.7) Laju perpindahan panas ke air dingin di annulus ....... 15

Persamaan (2.8) Bulk temperature ....................................................... 15

Persamaan (2.9) Persentase kehilangan panas ...................................... 15

Persamaan (2.10) Koefisien perpindahan panas menyeluruh (overall)

berdasarkan luas permukaan dalam pipa .................... 16

Persamaan (2.11) Nilai beda temperatur rata-rata logaritmik ................ 16

Persamaan (2.12) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di

sisi annulus ................................................................. 16


sisi pipa dalam ........................................................... 16


sisi pipa dalam ............................................................ 16


sisi pipa dalam ........................................................... 16

Persamaan (2.16) Bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam ................... 16

Persamaan (2.17) Efektivenes penukar kalor .......................................... 17

Persamaan (2.18) Penurunan tekanan .................................................... 17

Persamaan (2.19) Daya pemompaan ....................................................... 17

Persamaan (2.20) Faktor Gesekan .......................................................... 17

Persamaan (2.21) Bilangan Reynolds .................................................... 17


commit to user

xv

Persamaan (2.22) Rasio peningkatan perpindahan panas pada daya

pemompaan yang konstan ......................................... 18

Persamaan (2.23) Persamaan Petukhov ................................................... 18

Persamaan (2.24) Persamaan Gnielinski ................................................ 18

Persamaan (2.25) Faktor Gesekan .......................................................... 19

Persamaan (2.26) Persamaan Blasius ..................................................... 19

Persamaan (4.1) Korelasi bilangan Nusselt dengan sisipan Regularly

spaced helical screw tape insert ................................ 40

Persamaan (4.2) Korelasi faktor gesekan dengan sisipan Regularly

spaced helical screw tape insert ............................... 40


commit to user

xvi

DAFTAR NOTASI

Ac luas penampang saluran (m2)

Ai luas permukaan dalam pipa dalam (m2)

Ao luas permukaan luar pipa dalam (m2)

Cp,c panas jenis air dingin di annulus (kJ/kg.oC)

Cp,h panas jenis air panas di pipa dalam (kJ/kg.oC)

d lebar twisted tape (m), diameter twist helical screw tape (m)

di diameter dalam pipa dalam (m)

do diameter luar pipa dalam (m)

D diameter dalam pipa (m)

f faktor gesekan

fp faktor gesekan plain tube

fs faktor gesekan pipa dalam dengan sisipan

g percepatan gravitasi (m/s2)

hi koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam (W/m2.oC)

ho koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di annulus (W/m2.oC)

hp koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di plain tube (W/m2.oC)

hs koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan

sisipan (W/m2.oC)

H panjang pitch twisted tape insert (m)

kfi konduktivitas termal rata-rata air panas di pipa dalam (W/m.oC)

kp konduktivitas termal material pipa dalam (W/m.oC)

L

Lh

panjang pipa (m)

panjang bagian core rod yang diberi helical screw tape (m)


commit to user

xvii

Ls panjang spacer (m)

Lt panjang pengukuran beda tekana di pipa dalam (m)

ṁc laju aliran massa air dingin di annulus (kg/s)

ṁh laju aliran massa air panas di pipa dalam (kg/s)

Nui bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam

Nup bilangan Nusselt rata-rata di plain tube

Nus bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam dengan sisipan

p keliling saluran terbasahi (m)

P panjang pitch helical screw tape insert (m)

Pr bilangan Prandtl

Qaktual laju perpindahan panas aktual dari penukar kalor (W)

Qc laju perpindahan panas ke annulus (W)

Qh laju perpindahan panas di pipa dalam (W)

Qloss kehilangan panas konveksi di pipa dalam (W)

Qmaksimum laju perpindahan panas maksimum yang mungkin dari penukar kalor (W)

Re bilangan Reynolds

Tb,c temperatur air dingin bulk rata-rata di annulus (oC)

Tb,h Temperatur air panas bulk rata-rata di pipa dalam (oC)

Tc,i temperatur air dingin masuk annulus (oC)

Tc,o temperatur air dingin keluar annulus (oC)

Th,i temperatur air panas masuk pipa dalam (oC)

Th,o temperatur air panas keluar pipa dalam (oC)

owT , temperatur rata-rata dinding luar pipa dalam (

oC)

Ui koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan permukaan dalam

pipa dalam (W/m2.oC)


commit to user

xviii

U kecepatan aliran bebas fluida (m/s)

V kecepatan rata-rata air panas di pipa dalam (m/s)

.

V laju aliran volumetrik (debit) air panas di pipa dalam (m

3/s)

Wpompa daya pemompaan (W)

y twist ratio untuk twisted tape insert

Y twist ratio untuk helical screw tape insert

effectivenes penukar kalor

densitas air panas di pipa dalam (kg/m3)

m densitas fluida manometer (kg/m3)

Rasio peningkatan perpindahan panas

viskositas dinamik air panas di pipa dalam (kg/m.s)

m viskositas dinamik fluida di pipa (kg/m.s)

h beda ketinggian fluida manometer (m)

P penurunan tekanan (Pa)

TLMTD beda temperatur rata-rata logaritmik (oC)


commit to user

xix

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran A. Data Pada Steady State ........................................................... 50

Lampiran B. Contoh Perhitungan Data ........................................................ 62

Lampiran C. Contoh perhitungan rasio peningkatan perpindahan panas .... 71

Lampiran D. Tabel Hasil perhitungan…. ..................................................... 75

Lampiran E Tabel Konduktivitas Material…. ............................................ 78

Lampiran F Tabel Propertis Air…. ............................................................. 79


commit to user

xvi

DAFTAR NOTASI

Ac luas penampang saluran (m2)

Ai luas permukaan dalam pipa dalam (m2)

Ao luas permukaan luar pipa dalam (m2)

Cp,c panas jenis air dingin di annulus (kJ/kg.oC)

Cp,h panas jenis air panas di pipa dalam (kJ/kg.oC)

d lebar twisted tape (m), diameter twist helical screw tape (m)

di diameter dalam pipa dalam (m)

do diameter luar pipa dalam (m)

D diameter dalam pipa (m)

Dh diameter hidrolik (m)

f faktor gesekan

fp faktor gesekan plain tube

fs faktor gesekan pipa dalam dengan sisipan

g percepatan gravitasi (m/s2)

hi koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam (W/m2.oC)

ho koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di annulus (W/m2.oC)

hp koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di plain tube (W/m2.oC)

hs koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan

sisipan (W/m2.oC)

H panjang pitch twisted tape insert (m)

kfi konduktivitas termal rata-rata air panas di pipa dalam (W/m.oC)

kp konduktivitas termal material pipa dalam (W/m.oC)

L

Lh

Ls

panjang pipa (m)

panjang bagian core rod yang diberi helical screw tape (m)

panjang spacer (m)

Lt panjang pengukuran beda tekana di pipa dalam (m)

ṁc laju aliran massa air dingin di annulus (kg/s)


commit to user

xvii

ṁh laju aliran massa air panas di pipa dalam (kg/s)

Nui bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam

Nup bilangan Nusselt rata-rata di plain tube

Nus bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam dengan sisipan

p keliling saluran terbasahi (m)

P panjang pitch helical screw tape insert (m)

Pr bilangan Prandtl

Qaktual laju perpindahan panas aktual dari penukar kalor (W)

Qc laju perpindahan panas ke annulus (W)

Qh laju perpindahan panas di pipa dalam (W)

Qloss kehilangan panas konveksi di pipa dalam (W)

Qmaksimum laju perpindahan panas maksimum yang mungkin dari penukar kalor (W)

Re

s

bilangan Reynolds

space to tape ratio

Tb,c temperatur air dingin bulk rata-rata di annulus (oC)

Tb,h Temperatur air panas bulk rata-rata di pipa dalam (oC)

Tc,i temperatur air dingin masuk annulus (oC)

Tc,o temperatur air dingin keluar annulus (oC)

Th,i temperatur air panas masuk pipa dalam (oC)

Th,o temperatur air panas keluar pipa dalam (oC)

owT , temperatur rata-rata dinding luar pipa dalam (

oC)

Ui koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan permukaan dalam

pipa dalam (W/m2.oC)

U kecepatan aliran bebas fluida (m/s)

V kecepatan rata-rata air panas di pipa dalam (m/s)

.

V laju aliran volumetrik (debit) air panas di pipa dalam (m

3/s)

Wpompa daya pemompaan (W)

y twist ratio untuk twisted tape insert

Y twist ratio untuk helical screw tape insert


commit to user

xviii

efektivenes penukar kalor

densitas air panas di pipa dalam (kg/m3)

m densitas fluida manometer (kg/m3)

Rasio peningkatan perpindahan panas

viskositas dinamik air panas di pipa dalam (kg/m.s)

m viskositas dinamik fluida di pipa (kg/m.s)

h beda ketinggian fluida manometer (m)

P penurunan tekanan (Pa)

TLMTD beda temperatur rata-rata logaritmik (oC)


commit to user

iv

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH SPACER HELICAL SCREW

TERHADAP PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS PADA PENUKAR

KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN REGULARLY SPACED HELICAL

SCREW TAPE INSERT

Putut Panji Saputro

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstrak

Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik perpindahan panas dan faktor

gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik dengan Regularly spaced helical screw tape

insert variasi spacer ( S) 80, 160 dan 240mm. Seksi uji adalah sebuah penukar kalor pipa

konsentrik satu laluan dengan pipa dalam dan pipa luar terbuat dari aluminium. Dimensi

pipa luar; diameter luar 25,4 mm, diameter dalam 23,4 mm dan panjangnya 1.940 mm dan

pipa dalam; diameter luar 15,8 mm, diameter dalam 14,3 mm dan panjangnya 2.527 mm.

Panjang penukar kalor 2.527 mm dan jarak pengukuran beda tekanan di pipa dalam 2.240

mm. Aliran di pipa dalam dan di annulus adalah berlawanan arah. Fluida kerja yang

digunakan adalah air panas di pipa dalam dimana temperatur masukannya dipertahankan

pada 60 oC, dan air dingin di annulus dengan temperatur masukan pada ± 27oC. Regularly

spaced helical screw tape insert dengan variasi panjang spacer ( S) 80, 160 dan 240mm.

terbuat dari pita seng (strip-zinc) lebar 5 mm, dengan geometri dimensional pitch (P) =

30 mm, twist ratio Y = 2,46 , tebal (t) = 0,25 mm. Kawat inti terbuat dari bahan baja

dengan diameter 2,2 mm dan panjang 2.100 mm. Regularly spaced screw tape insert

dibuat dengan cara melilitkan secara seragam pita seng dengan cara disolder. Regularly

spaced helical screw tape insert dipasang di pipa dalam dari penukar kalor pipa

konsentrik.

Berdasarkan nilai Reynold 5.300 < Re < 17.500, hasil penelitian menunjukkan

bahwa nilai rata rata Nu pipa dalam dengan penambahan sisipan regularly spaced

helical screw tape berturut- turut meningkat dalam kisaran 75% - 171%; 65,89% -

148,39% dan 57,18% - 127,49% dibandingkan dengan Nu tanpa penambahan sisipan

(plain tube). Sedangkan faktor gesekan rata-rata di pipa dalam dengan penambahan sisipan

Regularly spaced screw tape insert meningkat berturut-turut sebesar 3,92; 3,66; dan 3,41 kali lebih tinggi dari pada plain tube. Rasio peningkatan perpindahan panas rata-rata pipa

dalam dengan penambahan Regularly spaced screw tape insert berturut-turut dalam

kisaran 1,29 - 1,95; 1,23 - 1,79 dan 1,17 - 1,65.

Kata kunci : bilangan Nusselt, bilangan Reynolds, Regularly spaced helical screw

tape insert, faktor gesekan, rasio peningkatan perpindahan panas.


commit to user

v

EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF SPACER HELICAL SCREW

TOWARD INCREASING HEAT TRANSFER IN THE CONCENTRIC PIPE

HEAT EXCHANGER WITH REGULARLY SPACED HELICAL SCREW TAPE

INSERT

Putut Panji Saputro

Departement of Mechanical Engineering

Engineering Faculty of Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstract

The research was conducted to examine the characteristics of heat transfer and

friction factor in the concentric pipe heat exchanger with a Regularly spaced helical

screw tape insert spacer variation ( S) 80, 160 dan 240mm. Test section was the single

pass concentric tube heat exchanger with inner tube and outer tube made of aluminum.

The dimensions of the outer tube had 25,4 mm outer diameter and 23,4 mm inner

diameter and 1.940 mm of the length, whereas the dimensions of the inner tube had 15,8

mm outer diameter and 14,3 mm inner diameter and 2.527 mm of the length. The length

of heat exchanger was 2.527 mm and the length of pressure difference measurement in

the inner tube was 2.240 mm. Flows in the inner tube and in annulus were in opposite

directions. Working fluid in the inner tube was hot water which is inlet temperature was

maintained at 60°C, whereas in the annulus was cold water at ± 27oC. Regularly spaced

helical screw tape insert spacer variation ( S) 80, 160 and 240mm were made of (strip-

zinc) wide (W) = 5mm with geometric dimensions, pitch (P)= 30mm, twist ratio (Y) =

2,46, thickness (t) = 0,25 mm The core were made of steel with 2,2 mm for the diameter

and 2.100 mm for the length regularly. Regularly spaced helical screw tape tape insert

were threaded of strip zinc regularly and then soldered and installed in the inner tube of

the concentric tube heat exchanger.

Based on Reynolds number 5.300 < Re < 17.500, the ressults showed that the

average nusselt of inner tube with Regularly spaced helical screw tape insert increased

approximately in 75% - 171%; 65,89% - 148,39% and 57,18% - 127,49% than the

average Nusselt without used Regularly spaced helical screw tape insert (plain tube). While, the average friction factor of inner tube with regularly spaced helical screw tape

insert increased become 3,92; 3,66; and 3,41 times than plain tube. The heat transfer

enhancement ratio of inner tube with Regularly spaced helical screw tape insert was

approxomately 1,29 - 1,95; 1,23 - 1,79 and 1,17 - 1,65.

Keywords : Nusselt number, Reynolds number, Regularly spaced helical screw tape

insert, friction factor, heat transfer enhancement ratio.

mailto:[email protected]

Documents

STUDI EKSPERIMENTAL PENINGKATAN PERPINDAHAN … filePanas Pada Penukar Kalor Pipa Konsentrik Dengan “ Regularly spaced Helical Screw Tape Insert”. Penulisan tugas akhir ini merupakan