KAJIAN EXPERIMENTAL KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI DENGAN NANOFLUIDA Al2SO4

PADA HEAT EXCHANGER TIPE COUNTER FLOW

Disusun Oleh :

Nama : David Erikson

N P M : 20408919

Jurusan : Teknik Mesin

Pembimbing : 1. Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT.

2. Prof. Dr.Eng, Ir. Yanuar, Msc., M.Eng.

Latar Belakang

• Heat Exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari fluida yang bertemperatur lebih tinggi menuju temperatur lebih rendah. • Salah satu tipe alat penukar kalor yaitu double pipe atau koaksial. Double pipe banyak digunakan karena konstruksinya yang sederhana. • Pada alat penukar kalor ini fluida kerja yang digunakan adalah air panas yang ada dipipa dalam dan air pendingin pada pipa anulus. Pada aliran didalam alat penukar kalor bilangan Re akan diketahui untuk menghitung nilai Nusselt number. • Koefisien perpindahan panas (h) akan diketahui pada aliran pipa dalam dan anulus dan total koefisien perpindahan panas.

Tujuan Penelitian • Membuat dan merancang sebuah alat konduktifitas panas

berupa heat exchanger, serta dapat dapat memahami cara kerjanya

• Menganalisa nilai koefisien perpindahan panas konveksi dengan suatu rumus perhitungan dan pengambilan data sehingga dapat mengetahui performa pendinginan air panas dengan media pendingin nanofluida Al2SO4

( alumunium sulfat ).

• Mengetahui pengaruh konsentrasi nanofluida Al2SO4 1%, 3%, dan 5% terhadap nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada heat exchanger tipe counter flow.

Gambar rancangan alat penukar kalor

Alat penukar kalor

Peralatan pendukung

• Heat exchanger tipe koaksial

• 2 Pompa sentrifugal

• 2 tangki air

• Valve

• Pipa penyalur

• Pressure tap

Instrumen ukur

• Termometer alkohol

• Gelas ukur

• Stopwatch

• Timbangan digital

Heat exchanger tipe counter flow

Rumus-rumus yang digunakan untuk mendapatkan koefisien perpindahan panas

1.

2.

3.

4.

Diagram alir pengambilan data

Persiapan pengujian

Proses pengujian

DATA

PENGUJIAN: Temperatur (T) Ketinggian (h)

Massa (m) Volume (V) Waktu (t)

A B C

Proses pengolahan

PENGOLAHAN DATA: Laju Aliran Massa Debit (Q) Velocity (v) Perbedaan Temperatur (ΔT)

analisis

A

B A

Ya

Tidak

C

C

A

HASIL PENGOLAHAN: Energi (W) Bilangan Reynodl Nusselt Number Koefisien Konveksi

analisis

selesai

C

Tidak

Ya

Kesimpulan

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

hi (

Wm

2K

)

Thin

air murni

AL2SO4 1%

AL2SO4 3%

AL2SO4 5%

hi : koefisien konveksi pada aliran air panas

T : temperatur air panas

Grafik hubungan hi-Thi

• Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.13) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan temperatur. Akan tetapi kenaikan nilai koefisien konveksi juga dipengaruhi oleh temperatur perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran.Pada percobaan yang dilakukan denganair pendingin nanofluidaAl2SO41% menunjukan kenaikan nilaikoefisien konveksi sebesar 74,52%, kemudian pada air pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 79,41%, dan padaair pendingin nanofluida Al2SO45% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 83,11%.

Kesimpulan Grafik h-Thi

Grafik hubungan ho-Tci

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 10 20 30 40 50 60

ho(W

.m2.K

)

Tci

air murni

Al2SO4 1%

Al2SO4 3%

Al2SO4 5%

ho : koefisien konveksi pada aliran air pendingin

T : temperatur air pendingin

• Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.17) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan temperatur. Akan tetapi kenaikan nilai koefisien konveksi juga dipengaruhi oleh temperatur perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran.Pada percobaan yang dilakukan dengan air pendingin nanofluida Al2SO41% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 94,54%, kemudian padaair pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 113,49%, dan pada air pendingin nanofluida Al2SO45% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi sebesar 103,34%

Kesimpulan Grafik ho-Tho

Grafik hubungan Nu-Thi

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Nu

Th in

air murni

Al2SO4 1%

Al2SO4 3%

Al2SO4 5%

Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas

T : temperatur air panas

o C

• Berdasarkan grafik hubungan bilangan nusselt dan temperatur pada gambar (4.5) di atas, dapat dilihat bahwa kenaikan temperatur pada air panas akan mengakibatkan kenaikan bilangan nusselt, karena bilangan nusselt merupakan ukuran perpindahan panas konveksi yang terjadi di permukaan dan temperatur aliran. Pada air panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO4 1% mengalami kenaikan bilangan nusselt dan koefisien konveksi sebesar 75,15% dan 74,52%, kemudian padaair panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO4 3% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 79,08% dan 79,41, padaair panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO4 5% mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 83,67% dan 83,11%

Kesimpulan Grafik Nu-Thi

Grafik hubungan Nu-Tci

Nu :Bilangan Nusselt pada aliran air panas

T : temperatur air panas

o C

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60

Nu

TCin

air murni

Al2SO4 1%

Al2SO4 3%

Al2SO4 5%

• Pada gambar (4.8), berdasarkan grafik hubungan bilangan

nusselt dan temperatur, dapat dilihat bahwa kenaikan

temperatur pada air pendingin nanofluida Al2SO4 juga

mengakibatkan kenaikan bilangan nusselt, walaupun tidak

sebesar kenaikan bilangan nusselt pada air panas. Bilangan

nusselt merupakan ukuran perpindahan panas konveksi yang

terjadi di permukaan yang dipengaruhi dengan temperatur

aliran. Pada air pendingin nanofluida Al2SO4 1% mengalami

kenaikan bilangan nusselt sebesar 93,20% dan 94,54%,

kemudian pada air pendingin nanofluidaAl2SO4 3%

mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 107,32% dan

113,49%, dan padaair pendingin nanofluida Al2SO4 5%

mengalami kenaikan bilangan nusselt sebesar 102,46% dan

103,34%

Kesimpulan Grafik Nu-Tho

Grafik hubungan Re-Thi

Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas

T : temperatur air panas

o C

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

hi (

Wm

2K

)

Re-Thi

air murni

Al2SO4 1%

Al2SO4 3%

Al2SO4 5%

• Berdasarkan grafik hubungan koefisien konveksi dan bilangan reynold pada gambar (4.21) menunjukkan adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan nilai bilangan reynold.Pada percobaan yang dilakukan pada air panas denganair pendingin nanofluida Al2SO41% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 74,52% dan 128,4%, kemudian air panas denganair pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 79,41 dan 136,22%, lalu air panas dengan air pendingin nanofluida Al2SO45% menunjukan peningkatan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 83,11%dan 144,60%.

Kesimpulan Grafik Re-Thi

Grafik hubungan Re-Tho

Re : Bilangan Reynold pada aliran air panas

T : temperatur air panas

o C

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

ho

(W.m

2.K

)

Re-ho

air murni

Al2SO4 1%

Al2SO4 3%

Al2SO4 5%

• Dari grafik hubungan koefisien konveksi dan temperatur pada gambar (4.25) menunjukkan juga adanya kenaikan nilai koefisien konveksi yang bersamaan dengan kenaikan bilangan reynold. Namun kenaikannya tidak sebesar pada air panas. Pada percobaan yang dilakukan pada air pendingin nanofluida Al2SO41% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 94,54% dan 136,94%, kemudian pada air pendingin nanofluida Al2SO43% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold yaitu sebesar 113,49% dan 161,27%, dan pada air pendingin nanofluida Al2SO4 5% menunjukan kenaikan nilai koefisien konveksi dan bilangan reynold sebesar 103,34% dan 146,69%.

Kesimpulan Grafik Re-Tho

Kesimpulan

• Dari hasil penelitian Heat Exchanger tipe counter flow ( perpindahan panas ),

didapatkan:

Nilai koefisien perpindahan panas konveksi dipengaruhi oleh perubahan temperatur dan debit aliran