TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMEN PERFORMANSI HEAT …eprints.ums.ac.id/65686/12/HALAMAN DEPAN-10.pdf ·...

i

TUGAS AKHIR

STUDI EKSPERIMEN PERFORMANSI HEAT EXCHANGER

TIPE SHELL AND TUBE, CROSS-FLOW 4 PASS UNMIXED

DENGAN VARIASI 3 DAN 6 CIRCULAR FIN TUBE

UNTUK MENGERINGKAN SINGKONG

Disusun oleh:

Gilang Yudha Mahardhika

D200160014

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

ii

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

Berdasarkan surat Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nomor 70/A.4-II/TM/II/2018 Tanggal 16 Juli 2018

Dengan ini :

Nama : Ir. Sartono Putro, MT.

Pangkat / jabatan :

Kedudukan : Pembimbing

Memberikan soal tugas akhir kepada mahasiswa :

Nama : Gilang Yudha Mahardhika

No. Induk : D200160014

NIRM :

Jurusan : Teknik Mesin

Judul / topik : STUDI EKSPERIMEN PERFORMANSI HEAT

EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE, CROSS-

FLOW 4 PASS UNMIXED DENGAN VARIASI 3 DAN

6 CIRCULAR FIN TUBE UNTUK MENGERINGKAN

SINGKONG

Rincian Soal / tugas :

Demikian soal tugas akhir ini dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, 16 Juli 2018

Pembimbing

Ir. Sartono Putro, MT.

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas akhir yang berjudul “Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger

Tipe Shell And Tube, Cross-Flow 4 Pass Unmixed Dengan Variasi 3 Dan 6

Circular Fin Tube Untuk Mengeringkan Singkong” telah disetujui oleh

pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan didepan dewan penguji sebagai

syarat untuk memperoleh gelar sarjana strata satu pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh,


NIM : D200160014

Disetujui pada,

Hari :

Tanggal :

Pembimbing

Sartono Putro, Ir., MT.

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas akhir yang berjudul “ Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger Tipe

Shell And Tube, Cross-Flow 4 Pass Unmixed Dengan Variasi 3 dan 6 Circular

Fin Tube Untuk Mengeringkan Singkong” telah dipertahankan dihadapan dewan

penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh

gelar sarjana strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh,


NIM : D200160014

Disahkan pada,

Hari :

Tanggal :

Dewan Penguji,

Ketua : Sartono Putro Ir., MT .....................................

Anggota 1 : Agus Hariyanto Ir., MT .....................................

Anggota 2 : Nurmuntaha A. ST., MT .....................................

Dekan

( Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D. )

Ketua Jurusan

( Ir. Subroto, MT. )

v

` 2PERNYATAAN

KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :


NIM : D200160014

Fakultas / jurusan : Teknik / Teknik Mesin

Judul : Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger

Tipe Shell And Tube, Cross-Flow 4 Pass Unmixed

Dengan Variasi 3 dan 6 Circular Fin Tube

Untuk Mengeringkan Singkong

Menyatakan bahwa skripsi atau Tugas Akhir merupakan karya tulis yang penulis

buat sendiri, kecuali beberapa sumber kutipan – kutipan dan ringkasan dari

beberapa sumber yang berbeda yang telah penulis cantumkan dalam karya tulis

ini. Apabila dikemudian hari dapat dibuktikan karya tulis ini merupakan hasil

jiplakan, maka penulis bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang telah

dibuat.

Surakarta,....................2018

Yang menyatakan


vi

MOTTO

“ Suatu saat pasti kita bertemu kesulitan, anggap saja kesulitan itu sebagai tembok

yang menghalangi anda di tengah jalan, anda boleh saja menyerah dan berbalik,

namun anda akan menemui tembok tersebut lagi ketika anda akan mencoba

melewati jalan itu, atau anda memilih berusaha bagaimana caranya menggempur

tembok itu meskipun perlahan hingga tembok tersebut hancur ”

“ karena paku pada tapal kuda lepas maka kuda akan berlari lebih lambat, karena

kuda berlari lebih lambat maka surat yang di antarkan kuda datang tidak tepat

waktu, karena surat yang datang terlambat tersebut sebuah negara mengalami

kekalahan dalam peperangan, sekecil apapun suatu masalah, akan menjadi

masalah serius di kemudian hari, maka selesaikan apapun itu meskipun hal

tersebut terlihat sepele di mata anda “

“ pernah mendengar kata aksi = reaksi ?, menurut saya hal tersebut adalah nyata,

bagaimanapun perbuatan yang anda lakukan, kebaikan yang anda perbuat, usaha

yang anda perjuangkan akan berbanding lurus dengan apa yang akan anda

dapatkan, maka berbuatlah baik, berusahalah sungguh sungguh, senantiasa berdoa

maka anda akan mendapatkan hasil yang baik pula “

“ hidup kita hanyalah sebentar di dunia ini, dan tiap mahluk benyawa di dunia ini

tak tahu kapan mencapai batas usianya, maka berusahalah, berbuatlah,

bertindaklah, bersungguh sungguhlah seolah olah nyawa kita akan di ambil di

esok hari “

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan rasa bahagia dan bangga karya sederhana ini dapat terselesaikan dan saya

persembahkan kepada :

1. Allah SWT dan Nabi Muhammad SAW.

2. Kepada kedua orang tua saya yang telah membesarkan saya, mendukung

saya secara materi dan secara psikis, mendoakan saya dan selalu memberi

semangat dalam berbagai bentuk.

3. Kepada adik dan kerabat saya yang memberi semangat serta doanya.

4. Seluruh rekan rekan teknik mesin universitas muhammadiyah surakarta.

Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis mengucapkan

terimakasih.

viii

ABSTRAK

Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger Tipe Shell And Tube, Cross-

Flow 4 Pass Unmixed Dengan Variasi 3 Dan 6 Circular Fin Tube

Untuk Mengeringkan singkong

Heat exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan panas atau

kalor antara dua fluida atau lebih tanpa terjadinya pencampuran (kontak langsung)

antara fluida tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui

pengaruh volume flow rate fluida dingin terhadap perubahan temperatur fluida

dingin, perubahan laju kalor yang diterima fluida dingin, koefisien perpindahan

kalor total, efisiensi heat exchanger, dan perubahan massa beban pengeringan

berupa singkong pada Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger Tipe Shell

and Tube, Cross-flow 4 Pass Unmixed Dengan Variasi 3 dan 6 Circular Fin

Tube.

Aliran yang digunakan merupakan aliran menyilang, dimana fluida

dingin dialirkan menuju heat exchanger melalui tube. Fluida dingin tersebut akan

menerima kalor dari fluida panas yang dihasilkan dari proses pembakaran gas

LPG. Fluida panas dialirkan pada shell heat exchanger. Fluida dingin yang telah

dialirkan dalam tube heat exchanger dan menerima kalor tersebut akan keluar

menuju mesin pengering yang digunakan untuk mengeringkan singkong sebagai

beban pengeringan.

Pada Heat Exchanger Tipe Shell and Tube, Cross-flow 4 Pass Unmixed

Dengan Variasi 3 circular fin tube, hasil optimal diperoleh pada fluida dingin

dengan volume flow rate 0.027 m3/s dengan perubahan massa singkong sebesar

154 gr, laju kalor yang diterima fluida dingin sebesar 2104,9 Watt, dan efisiensi

heat exchanger 30,0 %. Pada Heat Exchanger Tipe Shell and Tube, Cross-flow 4

Pass Unmixed Dengan Variasi 6 circular fin tube, hasil optimal diperoleh pada

fluida dingin dengan mass flow rate 0.023 Kg/s dengan perubahan massa

singkong sebesar 268,0 gr, laju kalor yang diterima fluida dingin sebesar 1986,6

Watt, dan efisiensi heat exchanger 28,3 %.

Kata kunci: heat exchanger, fin, volume flow rate, kalor, fluida

ix

ABSTRACT

Studi Eksperimen Performansi Heat Exchanger Tipe Shell And Tube, Cross-

Flow 4 Pass Unmixed Dengan Variasi 3 Dan 6 Circular Fin Tube

Untuk Mengeringkan singkong

Heat exchanger is an equipment used to move heat between two fluids or more

without the occurrence of mixing (direct contact) between the fluids. The purpose

of this research is to know the effect of cold fluid volume flow rate to cold

temperature change of fluid, change of heat rate received cold fluid, total heat

transfer coefficient, heat exchanger efficiency, and change of curing load mass in

the form of cassava at performance experiment study of heat exchanger shell and

tube type, cross-flow 4 pass unmixed with variation of 3 and 6 circular fin tube.

The flow used is a crossed stream, where cold fluid is flowed to the heat

exchanger through the tube. The cold fluid will receive the heat from the hot fluid

generated from the LPG gas combustion process. Hot fluid is flowed on a heat

exchanger shell. The cold fluid that has been flowed in the heat exchanger tube

and receives the heat will go out to the drying machine used to dry the cassava as

a drying load.

In performance experiment study of heat exchanger shell and tube type,

cross-flow 4 pass unmixed with variation of 3 circular fin tube, the optimum result

is obtained in cold fluids with mass flow rate of 0,027 m3/s with the change of

cassava mass of 154 gr, the heat rate received by cold fluida of 2104,9 Watt and

efficiency of heat exchanger 30,0%. In performance experiment study of heat

exchanger shell and tube type, cross-flow 4 pass unmixed with variation of 6

circular fin tube, the optimum result is obtained in cold fluid with a mass flow rate

of 0.023 Kg / s with a change of cassava mass of 268,0 gr, heat receiving rate of

1986,6 Watt, and heat exchanger efficiency of 28,3%.

Keywords: heat exchanger, fin, volume flow rate, heat, fluid

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir

ini dengan tepat waktu dan tanpa halaman berarti yakni dengan judul “ Studi

Eksperimen Performansi Heat Exchanger Tipe Shell And Tube, Cross-Flow 4

Pass Unmixed Dengan Variasi 3 Dan 6 Circular Fin Tube Untuk Mengeringkan

singkong ”

Tugas akhir ini disusun guna memenuhi salah satu syarat

menempuh gelar sarjana teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Selama proses penyusunan Tugas Akhir penulis sadar bahwa

banyak hambatan dan kesulitan yang dialami. Bantuan semangat dan dorongan

serta bantuan baik materiil maupun non materiil tidak lepas dari jasa berbagai

pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penyusun menyampaikan ucapan

terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat, nikmat, karunia dan

kasih sayang-Nya.

2. Ibu dan Ayah atas segala perhatian, doa, dan dukungan baik secara

materi dan non materi yang telah di berikan.

3. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

4. Bapak Ir. Subroto, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta

5. Bapak Ir. Sartono Putro, MT. Selaku pembimbing utama dan penguji

pendadaran yang telah memberikan kritik dan saran yang bersifat

membangun dalam proses penelitan dan penyusunan tugas akhir ini.

6. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT. Selaku penguji seminar hasil dan penguji

pendadaran yang telah banyak memberikan masukan yang bermanfaat.

xi

7. Bapak Nurmuntaha A, ST., MT selaku penguji pendadaran yang telah

memberi dukungan, memberi masukan dan wawasan ilmu yang

bermanfaat.

8. Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta yang begitu banyak memberikan pengetahuan yang tiada

ternilai.

9. Seluruh staf dan karyawan yang telah memberikan pelayanan dan

fasilitas dalam terwujudnya tugas akhir ini.

10. Seluruh rekan rekan Mahasiswa Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta yang telah berjasa besar dalam proses

penelitian dan penulisan tugas akhir.

11. Vitha vidianingrum, Amd. Kep. Yang telah berjasa dalam proses

penulisan tugas akhir serta saran yang bersifat membangun.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

membantu penulis dalam penyusunan tugas akhir ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih

jauh dari sempurna yang disebabkan keterbatasan penulis. Dengan lapang hati

penulis menerima masukan demi perkembangan dan kemajuan pengetahuan di

masa mendatangsekaligus demi sempurnanya tugas akhir ini.

Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bernanfaat bagi

penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, ....., .................... 2018

Penulis


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ............................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN..................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................... v

LEMBAR MOTTO ...................................................................................... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN................................................................... vii

ABSTRAKSI ................................................................................................. viii

ABSTRACTS ................................................................................................ ix

KATA PENGANTAR .................................................................................. x

DAFTAR ISI ................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii

DAFTAR TABEL......................................................................................... xiii

DAFTAR GRAFIK ...................................................................................... xiv

DAFTAR RUMUS ....................................................................................... xv

DAFTAR SIMBOL ...................................................................................... xvi

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

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

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

1.2 Perumusan Masalah ........................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah................................................................................. 4

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................... 6

xiii

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................. 6

1.6 Sistematika Penulisan......................................................................... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 9

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 9

2.2 Landasan Teori ................................................................................... 10

2.2.1 Definisi Heat Exchanger ................................................... 10

2.2.2 Analisa Heat Exchanger ........................................................... 11

2.2.3 Teori Kesetimbangan Kalor ..................................................... 14

2.2.4 Perpindahan Panas Gabungan Antara Knduksi dan Konveksi 15

2.2.5 Metode Effectiveness – NTU ............................................. .... 17

2.2.6 Fin ( Sirip ) .......................................................................... .... 21

BAB III MTODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 22

3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 22

3.2 Studi Literatur .................................................................................... 23

3.3 Bahan dan Alat ................................................................................... 23

3.3.1 Bahan Penelitian.................................................................. 23

3.3.2 Alat Alat Penelitian ............................................................. 26

3.4 Prosedur Pengujian ........................................................................... 33

3.5 Hasil Pengujian ................................................................................. 35

3.6 Analisa Data dan Pembahasan .......................................................... 35

3.7 Kesimpulan ....................................................................................... 36

xiv

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................... 37

4.1 Dimensi Heat Exchanger .................................................................... 37

4.2 Data Hasil Pengujian Heat Exchanger ............................................... 38

4.3 Analisa Perhitungan ........................................................................... 39

4.4 Hasil Analisa Perhitungan .................................................................. 48

4.5 Pembahasan ........................................................................................ 51

BAB V KESIMPULAN................................................................................ 58

5.1 Kesimpulan......................................................................................... 58

5.2 Saran .............................................................................................. 59

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 61

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan Panas Gabungan Pada Pipa ................................... 15

Gambar 2.2 Diagram Efektivitas-NTU Heat Exchanger Cross Flow One

Fluid Mix (Holman, 2010) .........................................................19

Gambar 2.3 Tabel Persamaan Efektivitas-NTU Heat Exchanger (Holman,

2010)............................................................................................ 20

Gambar 2.4 Jenis-Jenis Sirip (Holman 2010) ................................................ 21

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................. 22

Gambar 3.2 Tabung Gas LPG 3 Kg ............................................................... 24

Gambar 3.3 Singkong..................................................................................... 25

Gambar 3.4 Heat Exchanger tipe shell and tube, cross-flow unmixed,

finned tube ................................................................................... 26

Gambar 3.5 Heat Exchanger Variasi 3 Fin .................................................... 26

Gambar 3.6 Heat Exchanger Variasi 6 Fin .................................................... 27

Gambar 3.7 Rotary Dryer ............................................................................... 27

Gambar 3.8 Blower Sentrifugal 2 inchi ......................................................... 28

Gambar 3.9 Kompor (burner) ...................................................................... 29

Gambar 3.10 Reader Thermocouple .............................................................. 30

Gambar 3.11 Thermocouple Analog .............................................................. 30

Gambar 3.12 Anemometer ............................................................................. 31

Gambar 3.13 Timbangan Digital.................................................................... 31

Gambar 3.14 Timbangan Analog ................................................................... 32

Gambar 3.15 Stopwatch ................................................................................. 32

Gambar 4.1 diagram NTU ............................................................................. 47

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Heat Exchanger Varisi 3 Fin ....................... 38

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Heat Exchanger Varisi 6 Fin ....................... 39

Tabel 4.3 Lampiran A-15 Appendix 1 ........................................................... 40

Tabel 4.4 Lampiran A-15 Appendix 1 ........................................................... 41

xvii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Pengaruh volume flow rate ( c) fluida dingin terhadap perubahan

temperatur fluida dingin (ΔTc) pada heat exchanger 3 fin tube dan 6

fin tube ......................................................................................... 52

Grafik 4.2 Pengaruh volume flow rate ( c) fluida dingin terhadap laju kalor yang

diterima oleh fluida dingin ( ) pada heat exchanger 3 fin tube dan 6

fin tube ........................................................................................... 53

Grafik 4.3 Pengaruh volume flow rate ( c) fluida dingin terhadap koefisien

perpindahan kalor total (U) pada heat exchanger 3 fin tube dan 6 fin

tube ................................................................................................ 54

Grafik 4.4 Pengaruh volume flow rate ( c) fluida dingin terhadap efisiensi heat

exchanger (η) pada heat exchanger 3 fin tube dan 6 fin tube ....... 55

Grafik 4.5 Pengaruh volume flow rate ( c) fluida dingin terhadap perubahan

massa singkong (Δms) sebagai beban pengeringan menggunakan heat

exchanger 3 fin tube dan 6 fin tube ............................................... 56

xviii

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1 Mencari Nilai Kalor Fluida .......................................................... 12

Rumus 2.2 Teori Kesetimbangan Kalor ......................................................... 15

Rumus 2.3 Hambatan Total............................................................................ 16

Rumus 2.4 Menentukan Nilai Koefisien Perpindahan Kalor total ................. 16

Rumus 2.5 Menentukan Angka Reynold ....................................................... 16

Rumus 2.6 Menentukan Angka Nusselt ......................................................... 17

Rumus 2.7 Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Koneveksi ............... 17

Rumus 2.8 Menentukan Efektivitas ............................................................... 18

Rumus 2.9 Menentukan Laju Perpindahan Kalor Aktual .............................. 18

Rumus 2.10 Menentukan Laju perpindahan kalor maksimal......................... 18

Rumus 2.11 Menentukan Harga Terkecil C ................................................... 18

Rumus 2.12 Menentukan Harga Terkecil C ................................................... 18

Rumus 2.13 Menentukan Nilai C ................................................................... 19

Rumus 2.14 Menentukan NTU ..................................................................... 20

xix

DAFTAR SIMBOL

Simbol

q : Perpindahan kalor (J) atau (W)

m : Massa (Kg)

: Massa Fluida (Kg/s)

Cp : Kalor Jenis Benda (KJ/KgK)

ΔT : Perubahan Suhu (K)

K : Konduktivitas Thermal (W/m2K)

A : Luas Permukaan (m3)

Rwall : Hambatan Pada Dinding

h : Koefisien Perpindahan Kalor (W/m2K)

U : Koefisien Perpindahan Kalor Total (W/m2K)

Re : Bilangan Reynold

µ : Viskositas Absolut Fluida (Kg/m.s)

v : Viskositas Kinematik Fluida

Nu : Bilangan Nusselt

F : Faktor Koreksi

ΔTLMTD : Perbedaan Temperatur Rata Rata Logaritma (K)

P : Rasio Temperatur P

R : Rasio Temperatur R

Ɛ : Keefektifan Perpindahan Kalor

Qmax : Perpindahan Kalor Maksimal (W)

xx

C : Kapasitas Kalor (W/K)

NTU : Number of Transfer Unit

Ƞ : Efisiensi (%)

Q : Debit (m3/s)

Subskrip

c : Cool

h : Hot

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Tabel A-15 appendix 1 properties of air at 1 atm pressure

Lampiran 2 Effectiveness for Heat Exchanger

Lampiran 3 Diagram titik pengaruh volume flowrate fluida dingin terhadap laju

kalor yang di terima fluida dingin

Lampiran 3 Diagram titik pengaruh volume flowrate fluida dingin terhadap

efisiensi Heat Exchanger .


koefisien perpindahan kalor total


perubahan masa singkong


perubahan temperatur fluida dingin

Lampiran 6 Heating values of hydrogen and fuels

TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMEN PERFORMANSI HEAT …eprints.ums.ac.id/65686/12/HALAMAN DEPAN-10.pdf ·...

Documents

Transcript of TUGAS AKHIR STUDI EKSPERIMEN PERFORMANSI HEAT …eprints.ums.ac.id/65686/12/HALAMAN DEPAN-10.pdf ·...