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

commit to user

SIMULASI PENGARUH KEMIRINGAN BAFFLES TERHADAP

KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS DAN EFEKTIVITAS PADA

ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE

MENGGUNAKAN SOLIDWORKS

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

DANNY HARNANTO

NIM. I1410012

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

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

commit to user

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

commit to user

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto

Never give up, fix mistakes, and keep stepping

Every expert started from a begineer

Persembahan

Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada:

Keluarga dan teman-teman

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

commit to user

ABSTRAK

DANNY HARNANTO, COMPUTATION FLUID DYNAMIC, SIMULASI

PENGARUH KEMIRINGAN BAFFLES TERHADAP KOEFISIEN

PERPINDAHAN PANAS DAN EFEKTIVITAS PADA ALAT

PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE MENGGUNAKAN

SOLIDWORKS.

Penelitian kemiringan baffles dengan variasi bilangan Reynolds

bertujuan untuk mengetahui pengaruh turbulensi terhadap koefisien

perpindahan panas dan efektivitas. Simulasi alat penukar kalor menggunakan

Solidworks.

Penelitian dilakukan dengan variasi kemiringan baffles 0°, 10°, 20°, 30°.

Variasi bilangan Reynolds pada saluran masuk shell yaitu 1000, 2000, 3000,

4000, 5000 dan 6000. Simulasi yang didapatkan berupa visualisasi aliran

kecepatan dan distribusi temperatur. Hasil penelitian menunjukkan koefisien

perpindahan panas maksimal terdapat pada kemiringan baffles 300 dengan

variasi bilangan Reynolds terbesar yaitu 6000 dengan nilai 229.80 W.

Efektivitas maksimal diperoleh pada kemiringan baffles 0° dengan variasi

bilangan Reynolds 6000 sebesar 0.0391. Simulasi penelitian ini mampu

memberikan desain pembuatan untuk penukar kalor.

Kata kunci: penukar kalor, efektivitas, kemiringan baffles, bilangan Reynolds

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

commit to user

ABSTRACT

DANNY HARNANTO, COMPUTATION FLUID DYNAMIC,

SIMULATION THE EFFECT OF BAFFLES INCLINATION FOR

COEFFICIENT HEAT TRANSFER AND EFFECTIVENESS IN HEAT

EXCHANGER TYPE OF SHELL AND TUBE USING SOLIDWORKS.

The research inclination baffles with variations Reynolds number

turbulence has purposed to determine the effect of the heat transfer coefficient

and effectiveness. Simulation of a heat exchanger using Solidworks .

The research was conducted with the variation inclination of baffles 0°,

10°, 20°, 30°. Variations Reynolds number at the inlet shell are 1000, 2000,

3000, 4000, 5000 and 6000. The simulations obtained in the form of flow

visualization velocity and temperature distribution. The results showed there

is a maximum heat transfer coefficient of inclination baffles 30o with the

largest variation Reynolds number is 6000 with a value of 229.80 W.

maximum effectiveness obtained at baffles inclination 0° with variations

baffles Reynolds number of 6000 amounted to 0.0391. The simulation of this

research was able to provide for the manufacture of heat exchanger design.

Keywords: heat exchanger, effectiveness, baffles inclination, Reynolds number

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

commit to user

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,

yang senantiasa melimpahkan rahmat, hidayah serta kekuatan kepada Penulis,

sehingga Penulis dapat melaksanakan penelitian dan menyelesaikan laporan

Tugas Akhir dengan judul ,“ SIMULASI PENGARUH KEMIRINGAN

BAFFLES TERHADAP KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS DAN

EFEKTIVITAS PADA ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND

TUBE MENGGUNAKAN SOLIDWORKS ”, sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis banyak memperoleh

bantuan dari berbagai pihak yang sangat berarti demi kesempurnaan Tugas

Akhir ini. Oleh sebab tersebut pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa

terima kasih sedalam dalamnya kepada :

1. Didik Djoko Susilo, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS.

2. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST.,MT., selaku Pembimbing I tugas akhir,

atas bimbingan, nasehat, kesabaran, motivasi dan ilmu pengetahuan yang

diajarkannya.

3. Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T.,M.Kom, selaku Pembimbing II tugas

akhir, atas bimbingan, nasehat, kesabaran dan ilmu pengetahuan yang

diajarkannya.

4. Bapak Tri Istanto, ST.,MT, selaku Pembimbing Akademik.

5. Bapak–bapak dosen dan staf karyawan di lingkungan Teknik Mesin UNS,

atas didikan, nasehat, ilmu yang diajarkan dan kerjasamanya.

6. Ayah, Ibu dan adik yang selalu memberikan dorongan semangat dan doa

kepada Penulis terima kasih untuk kasih sayangnya.

7. Teman–teman Teknik Mesin transfer angkatan 2010 dan teman–teman

Teknik Mesin UNS.

8. Seluruh pihak yang telah membantu Penulis dalam menyelesaikan skripsi

ini.

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

commit to user

Dengan segenap bantuan dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis

semoga akan mendapat limpahan berkah dari Allah SWT.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum dapat dikatakan

sempurna, untuk itu dengan sangat dan rendah hati penulis menerima kritikan

maupun saran yang membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir tersebut. Akhir

kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada

umumnya dan penulis pada khususnya.

Surakarta, 19 Maret 2015

Penulis

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

commit to user

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………. . ii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN……………………………………….. iii

ABSTRAK………………………………………………………………. iv

ABSTRACT……………………………………………………………… . v

KATA PENGANTAR…………………………………………………… vi

DAFTAR ISI……………………………………………………………. . viii

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………… . x

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xi

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

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

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

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

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ....................................................................... 5

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

2.2 Dasar Teori…………………………………………………. ..... 12

2.2.1 Dasar Perpindahan Panas…………………… ................... 12

2.2.2 Kecepatan Rata-Rata…………………………………… .. 12

2.2.3 Temperatur……………………………………… ............. 12

2.2.4 Perpindahan Panas Penukar Kalor ..................................... 13

2.2.5 Baffle…………………………………………………….. 16

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN .................................................... 17

3.1 Alat dan Bahan............................................................................. 17

3.1.1. Alat Penelitian…………………… ................................... 17

3.1.2. Bahan Penelitian……………………………………… .... 17

3.2 Alur Pengerjaan Simulasi CFD.................................................... 17

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

commit to user

3.3 Pemodelan .................................................................................... 17

3.4 Flow Simulation ........................................................................... 18

3.5 Kondisi Batas ............................................................................... 19

3.6 Model Turbulensi ......................................................................... 20

3.7 Meshing ........................................................................................ 20

3.8 Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 24

4.1 Validasi Program ......................................................................... 24

4.2 Pengaruh Temperatur Pada Kemiringan Baffles 00 ..................... 26

4.3 Pengaruh Temperatur Pada Kemiringan Baffles .......................... 29

4.4 Pengaruh Kecepatan Pada Kemiringan Baffles 00 ....................... 31

4.5 Pengaruh Kecepatan Pada Kemiringan Baffles ........................... 32

4.6 Analisa Nilai Perpindahan Panas ................................................. 34

4.7 Analisa Nilai Koefisien Perpindahan panas................................. 36

4.8 Analisa Nilai Efektivitas .............................................................. 38

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 40

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 40

5.2 Saran ............................................................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 41

LAMPIRAN ..................................................................................................... 42

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

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Visualisasi kecepatan dengan 6 baffles .................................... 5

Gambar 2.2 Visualisasi kecepatan dengan baffles Cut 36% ........................ 6

Gambar 2.3 Temperatur keluar dengan variasi kemiringan baffles ............. 6

Gambar 2.4 Kontur temperatur pada kemiringan baffles 20o ....................... 8

Gambar 2.5 Alat penukar kalor U-Tube....................................................... 8

Gambar 2.6 Kontur temperatur pada kemiringan baffles 20o ....................... 9

Gambar 2.7 Grafik temperatur air di shell ................................................... 8

Gambar 2.8 Grafik hubungan waktu dengan perpindahan panas................. 11

Gambar 2.9 Temperatur aktual dan temperatur rata-rata ............................. 13

Gambar 2.10 Penukar kalor aliran searah ...................................................... 14

Gambar 2.11 Penukar kalor aliran berlawanan .............................................. 14

Gambar 2.12 Baffles cut dan tipe baffles........................................................ 16

Gambar 3.1 Alur simulasi ............................................................................ 17

Gambar 3.2 Model penukar kalor shell and tube ......................................... 18

Gambar 3.3 Volume control ......................................................................... 19

Gambar 3.4 Kondisi batas domain komputasi ............................................. 20

Gambar 3.5 Meshing domain komputasi...................................................... 22

Gambar 3.6 Diagram alir penelitian ............................................................. 23

Gambar 4.1 Aliran kecepatan pada laju aliran massa 0.5 kg/s ..................... 25

Gambar 4.2 Kontur temperatur terhadap temiringan baffles 0o ................... 28

Gambar 4.3 Kontur temperatur pada reynolds 6000 .................................... 29

Gambar 4.4 Kontur kecepatan pada kemiringan baffles 0o .......................... 32

Gambar 4.5 Kontur kecepatan terhadap reynolds 6000 ............................... 33

Gambar 4.6 Grafik perpindahan panas ......................................................... 35

Gambar 4.7 Grafik koefisien perpindahan panas ......................................... 37

Gambar 4.8 Grafik efektivitas ...................................................................... 39

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

commit to user

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Geometri alat penukar kalor ..................................................... 5

Tabel 2.2 Hasil variasi kemiringan baffles................................................ 7

Tabel 2.3 Data hasil simulasi .................................................................... 7

Tabel 2.4 Geometri alat penukar kalor tipe U-tube ................................... 8

Tabel 2.5 Data hasil perpindahan panas.................................................... 10

Tabel 2.6 Data hasil pengujian .................................................................. 10

Tabel 3.1 Geometri alat penukar kalor ...................................................... 18

Tabel 4.1 Geometri alat penukar kalor ...................................................... 24

Tabel 4.2 Validasi hasil simulasi ............................................................... 25

Tabel 4.3 Sifat fluida .................................................................................. 25

Tabel 4.4 Nilai temperatur terhadap Reynolds 6000 ................................. 30

Tabel 4.5 Nilai temperatur permukaan dinding tube ................................. 30

Tabel 4.6 Data simulasi temperatur air ...................................................... 34

Tabel 4.7 Tabel laju perpindahan panas pada air ....................................... 35

Tabel 4.8 Data simulasi temperatur oli ...................................................... 36

Tabel 4.9 Tabel koefisien perpindahan panas ............................................ 37

Tabel 4.9 Tabel efektivitas ......................................................................... 38