2014JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN

PROSIDING

SEMINAR NASIONALREKAYASA MATERIAL,SISTEM MANUFAKTURDAN ENERGI

Makassar, 24-25 September 2014

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page i

PROSIDING SEMINAR NASIONAL

REKAYASA MATERIAL, SISTEM

MANUFAKTUR DAN ENERGI

Makassar-Gowa, 24-25 September, 2014

Kampus II Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin,

Jl. Poros Malino No 72, Gowa, Sulawesi Selatan, Indonesia

Editor :

• Rafiuddin Syam, PhD – Hasanuddin University—Indonesia

Progam Studi Magister Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page ii

PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA

MATERIAL, SISTEM MANUFAKTUR DAN ENERGI

ISBN: 978-602-71380-0-1

© 2014 Progam Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Dilarang keras mengutip, menjiplak atau memfotokopi baik sebagian maupun seluruh isi buku ini serta

memperjualbelikannya tanpa mendapat izin tertulis dari Penerbit Progam Studi Magister Teknik

Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Permintaan dan pertanyaan tentang reproduksi dan

hak kekayaan intelektual dialamatkan ke Rafiuddin Syam, PhD email: rafiuddinsyam@gmail.com

Kekayaan intelektual dari setiap jurnal yang ada dalam prosiding ini tetap berada di tangan penulis

seperti yang tercantum pada jurnal terebut.

Penerbit oleh :

Progam Studi Magister Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Jl. P. Kemerdekaan Km 10 Makassar

Sulawesi Selatan, Indonesia 90221

Telp/Fax : (0411) 586015

Email : teknik@unhas.ac.id

Website: pasca.unhas.ac.id

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

KATA PENGANTAR iii

SAMBUTAN DEKAN FAKULTAS TEKNIK UNHAS iv

TIM EDITOR v

PANITIA PELAKSANA vi

DAFTAR ISI vii

REKAYASAMATERIAL

01. Penerapan Metode Elemen Hingga dalam Analisis Pengaruh Persentase Filler terhadap Getaran BalokKomposit Serbuk Kayu Jati dan Bayam

OlehM. Ahadyat ZdanHammada Abbas

I-1

02. Analisa Eksperimen Daerah Penyekatan Pada Proses Karburasi Setempat Terhadap Nilai KekerasanBaja Karbon

OlehAndri Yonodan Johannes Leonard

I-9

03. Distribusi Kekerasan Baja Karbon Rendah Setelah Pack Carburizing

Pack Carburizing dengan Variasi Media Carburizing dan Media Pendingin

OlehDewa Ngakan Ketut Putra Negara danDewa Made Krishna Muku

I-17

04. Pengaruh Pendinginan Air Mengalir Pada Proses Kuens Terhadap Kekuatan Tarik, Kekerasan danStruktur Mikro Baja AISI 1045

OlehEnos Tambingdan Johannes Leonard

I-21

05. Efek Tekanan Kompaksi Dan Temperatur Sinter Terhadap Nilai Induksi Magnetik Hasil MetalurgiSerbuk

OlehHairul Arsyad

I-29

06. Pengaruh Parameter Pemotongan (Feeding, Cutting Speed, Depth of Cut) Terhadap Konsumsi EnergiPada Permesinan Bubut

OlehHamka Munir, Johannes Leonard dan Rafiuddin Syam

I-33

07. Pengaruh Putaran dan Temperatur Terhadap Kekuatan Sambungan Las Hasil Friction Welding AntaraBajaAISI 1045dengan BajaTahanKarat AISI 316L

OlehHoppy Istiawan, Abdul Hay MuchsindanHammada Abbas

I-38

08. Efek Perlakuan Forging danTemperatur Anil terhadap Kekerasan dan Frekuensi Natural pada BilahPerunggu 80%Cu-20%Sn

Oleh I Ketut Gede Sugita dan Istri Putri Kusuma Kencanawati

I-44

09. Analisis Kekuatan Impact Dan Mode Patahan Komposit Serat Tapis Kelapa

Oleh I MadeAstika dan I Gusti Komang DwijanaI-48

10. Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga IndentorGanda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik

Oleh I Nyoman Budiarsa

I-52

11. Sifat Tarik Komposit Epoxy Berpenguat Serat Sisal Pada Fraksi Volume Yang Berbeda

Oleh I Putu Lokantara dan I Wayan SurataI-57

12. Analisis Kekuatan Struktur Komposit Benang Rami Hand SpinningDengan Matriks Thermoplastic HighDensity Polyethylene (HDPE)

OlehLies Banowati, Aulia Lazuardi Muhammad, Bambang K. Hadi danRochim Suratman

I-60

13. Metode Elemen Hingga untuk Analisis Eksperimental dan Numerik Pengaruh Variasi Arah Seratterhadap Getaran Balok Komposit Serat Abaca dan Ijuk Bermatriks Epoksi

OlehNanangEndriatno dan Hammada Abbas

I-64

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page x

23. Analisis Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa pada Tegangan Tidak Seimbang dan Dampak Ekonominyapada Industri

OlehA. Syarifuddin, Hammada abbas dan Rafiuddin Syam

II-123

24. Rancang Bangun Sistem Penangkapan Energi Maksimum pada Solar Cell

OlehWisnu BrotoII-129

25. Otomatisasi Desain-Analisis Aerodinamika Untuk Mendukung Desain-Analisis Struktur SayapPesawat Terbang

Oleh I G. N. Sudira, Bambang K. Hadi, M. Agoes Moelyadi, danDjarot W.

II-135

26. Analisis kekuatan tarik komposit serat pelepah akaa (coripha) dengan perlakuan awal aloe vera

Oleh Ir. H. Ilyas Renreng, MTII-141

27. Jarak Pengereman Sepeda Motor Dengan Kampas Rem Beralur

Oleh I.D.G Ary Subagia, I.M.D. Eko Putra

ENERGI

01. Desain dan Simulasi Turbin Air Kontra-Rotasi Untuk Aplikasi Head Sangat Rendah

OlehAbdul Muis, Priyono Sutikno, Aryadi Suwono, danFirman HartonoIII-1

02. Analisis Efisiensi Terbaik Pada Instalasi Panel Surya Dengan Unit Motor-Pompa DC

OlehAkbar naro Parawangsa dan Syukri HimranIII-7

03. Uji Eksperimental Kinerja Termoelektrik pada Pendingin Dispenser Air Minum

OlehAmrullah, Wahyu H. Piarah dan Syukri HimranIII-14

04. Pengaruh Penambahan Poly Ether Amine Pada Bensin Terhadap Nilai Kalor, Konsumsi Bahan Bakar,Laju Kecepatan Kendaraan, Dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor 4-Langkah

OlehBarlin dan Yureski Belly Saputra

III-19

05. Model Teoritik Konduktivitas Termal Fluida Nano Berdasarkan Konsep Nanoconvection

OlehDiah Hidayanti, Nathanael P. Tandian, Aryadi Suwono dan Efrizon UmarIII-25

06. Efisiensi Alat Pengering Gabah Dengan Menggunakan Kolektor Sekunder

OlehDoddy SuangganaIII-30

07. Efektivitas Pembakaran Biopelet Kelapa Sebagai Energi Bahan Bakar Alternatif Pengganti MinyakTanah Ramah Lingkungan

OlehHasanuddin dan Idham Halid Lahay

III-35

08. Studi Analisis Hasil Pembakaran dan Prestasi Kerja Ketel Uap Berbahan Bakar Batubara Lignite PadaPLTU Merauke–Papua

OlehHerman Dumatubun dan Yusuf Siahaya

III-41

09. Kajian Thermal Unjuk Kerja Alat Penukar Panas Pengaruh Variasi Geometri Sirif Dengan Aliran FluidaAlamiah

Oleh I Gusti Ketut Sukadana dan I Gusti Ngurah PutuTenaya

III-47

10. Kinerja Sistem Refrigerasi dengan Variasi Panjang Pipa Kapiler Menggunakan RefrigeranHydrocarbon (HC) 22

OlehKhairil Anwar, Reyhan Kyai Demak, dan Mohammad Mufail

III-52

11. Kinerja Yang Dihasilkan Oleh Kincir Air Arus Bawah Dengan Sudu Berbentuk Mangkok

OlehLuther Sule

III-58

12. Pengaruh Perbandingan Jari-Jari Pipa dan Kelengkungan Bend terhadap Distribusi Kecepatan Aliran

OlehNurfuadah dan Wahyu H. PiarahIII-63

13. Reduksi Tahanan Aliran Fluida Melalui Silinder Persegi Yang Dipasang Tandem Dengan SilinderSegitiga

III-68

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Energi III-47

Kajian Thermal Unjuk Kerja Alat Penukar Panas

Pengaruh Variasi Geometri Sirif Dengan Aliran

Fluida Alamiah

I Gusti Ketut Sukadana

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Name of organization - acronyms acceptable

Universitas Udayana, Bali

sukadana@me.unud.ac.id. pengumpian_09@yahoo.com

I Gusti Ngurah PutuTenaya

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Name of organization - acronyms acceptable

Universitas Udayana, Bali

putu.tenaya@me.unud.ac.id.

Abstract— Wire and Tube heat exchanger consists of tube and

wire stacked on sides at normal direction. The ability of heat

exchanger to dissipate heat is shown by the overall surface

efficiency from array of tube and fins that called as heat

exchanger efficiency. Fin is the expansion of surface of heat

transfer area. The heat exchanger efficiency depends on

diameter, space and material of tube, geometry and material of

fin, fluid of used and mass flow rate. This research has been

examined experimentally the geometri of fins with variable space

of fins, form of fins and mass flow rate influence to the natural

convection of heat exchanger efficiency. Six designs of heat

exchangers with different space of fins are 0.01 m, 0.02 m, and

0.04 m, different form of fins is cylindris and rectangular and

research at thre different mass flow rate are 0.015 kg/s, 0.018 kg/s

and 0.021 kg/s. The results of experiment more space of fins and

more high mass flow rate the higher heat exchanger efficiency.

Stacked many fins at surface can not be lift the thermal

efficiency.

Key word— Heat exchanger, efficiency, geometri of fins, Mass

flow rate.

I. PENDAHULUAN

Suatu peralatan yang digunakan untuk menukarkan energi

(panas) antara aliran fluida yang berbeda temperatur yang

dapat terjadi melalui kontak langsung maupun tidak langsung

(Pitts and Sissom, 1987). Salah satu aplikasi dari prinsip

pertukaran panas adalah pada penukar panas jenis pembuluh

dan kawat (wire and tube heat exchanger). Penukar panas ini

termasuk jenis penukar panas permukaan yang diperluas

(extended surface) dimana kawat yang berfungsi sebagai sirif

dipasang lekat pada pembuluh yang mengalirkan fluida

(Srinivasan and Shah, 1997). Secara mekanis kawat juga

berfungsi memperkuat konfigurasi pembuluh yang dibuat

berlekuk-lekuk (coil).

Penukar panas digunakan secara luas baik sebagai

kondensor pada sistem refrigerasi udara yang kecil maupun

yang lainnya dimana fluida yang mengalir dalam pembuluh

tanpa terjadi perubahan phase (Tanda and Tagliafico, 1997).

Salah satu karakteristik unjuk kerja dari penukar panas adalah

efisiensi penukar panas. Efisiensi penukar panas jenis

pembuluh dan kawat adalah efisiensi permukaan menyeluruh

(overall surface effisiensi) dari susunan pipa-pipa dan sirif-sirif

(array of fins). Efisiensi sirif didefinisikan sebagai

perbandingan antara laju perpindahan panas oleh sirif dengan

laju perpindahan panas maksimum yang terjadi. Laju

perpindahan panas oleh sirif akan mencapai maksimum apabila

temperatur permukaan sirif sama dengan temperatur dasar sirif,

tetapi karena adanya tahanan termal konduksi di dalam sirif

menyebabkan terjadinya gradien temperatur, sehingga

temperatur ujung sirif lebih kecil dari temperatur dasar sirif.

Hal ini menyebabkan pengurangan laju perpindahan panas

yang terjadi sehingga efisiensi sirif menurun dan efisiensi

penukar panas juga menurun (Cengel, 1998).

Untuk mengetahui pengaruh sirif terhadap efisiensi penukar

panas konveksi alamiah dilakukan dengan menvariasikan

geometri sirif. Dalam menvariasikan geometri sirif tentu harus

diperhatikan agar koefisien perpindahan panas konveksi tidak

sampai terganggu. Oleh karena itu penting kiranya studi ini

dilaksanakan guna mengetahui efisiensi alat penukar panas.

Salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya laju

perpindahan panas yang terjadi adalah luasan permukaan

perpindahan panasnya. Maka dalam penelitian ini akan dibuat

penukar panas jenis pembuluh dan kawat dengan

memvariasikan geometri sirif tersebut dan mengetahui

pengaruh variasi geometri dan laju aliran massa terhadap

efisiensi alat penukar kalor.

Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh geometri

sirif dan laju aliran massa terhadap efisiensi alat penukar panas

aliran alamiah. Penelitian ini bermanfaat Sebagai masukan

dalam perancangan penukar panas konveksi alamiah,

Menambah wacana keilmuan bidang perpindahan panas pada

umumnya, dan penukar panas khususnya.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Alat penukar panas (heat exchanger) merupakan alat yang

berfungsi untuk memindahkan energi panas dari suatu aliran

fluida ke aliran fluida yang lain. Jenis dari alat penukar panas

ini adalah jenis pembuluh dan kawat (tube and wire). Alat

penukar panas ini terdiri dari pembuluh horizontal sebagai

tempat mengalirnya fluida panas yang dibuat berlekuk-lekuk

yang disusun secara vertikal, dengan kawat yang dilekatkan

pada sisi depan tegak lurus terhadap pembuluh. Penelitian yang

pertama kali menyangkut penukar panas jenis pembuluh dan

kawat dilakukan oleh Witzel dan Fontaine tentang karakteristik

perpindahan panas pada kondensor jenis pembuluh dan kawat

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Energi III-48

dan tentang desain kondensor pembuluh dan kawat yang

menghasilkan persamaan Nusselt empiris sebagai fungsi

bilangan Grashof yaitu Nu = 0,47. ! 2215.0Gr . Selanjutnya

Cyphers et.al melakukan penelitian tentang karakter

perpindahan panas pada penukar panas jenis pembuluh dan

kawat. Witzel et.al tentang evaluasi film konveksi pada

penukar panas pembuluh dan kawat. Tanda dan Tagliafico

tentang perpindahan panas konveksi bebas pada penukar panas

jenis pembuluh dan kawat dengan menggunakan air sebagai

fluida kerja dalam pembuluh. Studi eksperimen tersebut

bertujuan mempresentasikan korelasi perpindahan panas

konveksi bebas dari permukaan luar penukar panas ke udara

sekitar

Dari tinjauan pustaka diatas, secara umum mencari korelasi

perpindahan panas dalam bentuk persamaan Nusselt empiris

dengan tujuan untuk dapat mengevaluasi nilai koefisien

perpindahan panasnya. Karena ada sesuatu yang berbeda dari

para peneliti menyangkut tinjauan terhadap penukar panas dan

fluida kerja yang digunakan maka penelitian ini dilakukan

yaitu kajian thermal unjuk kerja alat penukar panas konveksi

alamiah dengan variasi geometri sirif.

Sirif atau kawat dipasang pada salah satu sisi dari

pembuluh yang mana tinggi dari sirif mengikuti tinggi dari

penukar panas. Sedangkan kondisi operasi dari penukar panas

ditunjukkan oleh variasi bilangan Rayleigh sebagai fungsi dari

beda temperatur permukaan dengan udara luar ).( "#TTs

Minyak panas mengalir dari bak termostatik dan

bersirkulasi secara tunak di dalam pembuluh penukar panas.

Dari kesetimbangan energi secara keseluruhan untuk penukar

panas, maka dapat dihitung panas yang dilepaskan oleh fluida

panas yaitu :

)(,. ,,max outfinff TTCpmq #$%

(1)

Di dalam pembuluh terjadi sirkulasi fluida panas sehingga

terjadi perpindahan panas antara fluida dan lingkungan luar.

Panas dipindahkan dari dinding pembuluh ke lingkungan

secara konveksi bebas, yang dinyatakan sebagai berikut :

)( "#$ TTAhq stot (2)

Gambar 1. Permukaan pembuluh yang bersirif.

Dari persamaan (2) jelas bahwa untuk meningkatkan laju

perpindahan panas maka dapat dilakukan dengan (Incropera,

1996) :

1. Memperbesar koefisien konveksi (h), Koefisien

perpindahan panas konveksi tergantung pada beberapa

parameter yaitu : a. Geometri sistem, b. Kecepatan aliran,

c. Tipe aliran (turbulen atau laminar), d. Propertis aliran

fluida, e. Perbedaan temperatur

2. Memperbesar perbedaan temperatur )( "#TTs , Bila sT

tetap maka harga "T harus diturunkan atau sebaliknya.

3. Menambah luas permukaan perpindahan panas (A),

Penambahan luas permukaan dapat dilakukan dengan

menambahkan sirif untuk mengimbangi koefisien

perpindahan panas konveksi yang kecil (Bejan, 1993).

Dari ketiga pilihan diatas maka pada penelitian ini yang

dilakukan adalah memperluas permukaan perpindahan panas

yaitu dengan menambah sirif. Ada berbagai konfigurasi sirif

yang dikenal saat ini yaitu : rectanguler, segitiga, cincin dan

kerucut.

Gambar 2. Konfigurasi sirif

Sirif yang digunakan pada penukar panas jenis pembuluh

dan kawat adalah kawat-kawat yang mempunyai penampang

seperti gambar 2 diatas dengan permukaan yang konstan.

Pemilihan bentuk ini dimaksudkan untuk menyesuaikan

dengan ruang yang tersedia pada tahap aplikasinya, dimana

penukar jenis pembuluh dan kawat secara umum digunakan

sebagai kondensor pada sistem refrigerasi kecil (refrigerator

domestic) yang dipasang pada bagian belakang kabinet

refrigerator dengan posisi vertikal.

Efisiensi Sirif & 'wη

Sirif atau extended surface dalam penukar panas digunakan

untuk meningkatkan luas permukaan dan konsekuensinya

akan menambah laju perpindahan panas (Srinivasan and Shah,1997). Laju perpindahan panas oleh sirif akan maksimum

apabila seluruh permukaan sirif berada pada temperatur dasar

(base temperature), tetapi karena adanya tahanan termal

konduksi di dalam sirif menyebabkan terjadinya gradien

temperatur sepanjang sirif sehingga temperatur ujung sirif

lebih kecil dari temperatur dasar sirif. Hal inilah yang

menyebabkan pengurangan laju perpindahan panas yang

terjadi (Cengel, 1998).

Efisiensi sirif dalam memindahkan panas didefinisikan

sebagai perbandingan antara laju perpindahan panas oleh sirif

dengan laju perpindahan panas maksimum yang terjadi jika

seluruh permukaan sirif berada pada temperatur dasar

(cengel,1998). Secara umum efisiensi sirif dirumuskan sebagai

berikut :

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Energi III-49

& '& ' & '""

"

#(#

#$

($

TTAhTTAh

TTAh

qq

q

tttwww

www

tw

ww

..

.η (3)

Efisiensi Penukar Panas & 'Oη

Karakteristik dari penukar panas jenis pembuluh dan kawat

adalah penggunaan susunan sirif untuk meningkatkan laju

perpindahan panas karena salah satu sisi fluida mempunyai

koefisien perpindahan panas yang kecil. Untuk melihat

kemampuan dari penukar panas maka yang dianalisa adalah

pengaruh geometri sirif terhadap performansi penukar panas.

Efisiensi penukar panas jenis pembuluh dan kawat adalah

efisiensi permukaan menyeluruh dari pembuluh dan sirif.

Menurut (Kreith, 1985). untuk memperoleh efisiensi total dari

permukaan yang bersirif (overall surface efficiency) yaitu

menggabungkan bagian permukaan yang tidak bersirif

(unfinned area) dengan luas permukaan sirif yang berefisiensi

wη . Secara umum dirumuskan sebagai berikut :

)(.,.

)()(

,,max outfinff

tttwwwtoto

TTCpM

TTAhTTAh

q

q

#

#(#$$ ""

η (4)

Perpindahan Panas Konveksi Bebas

Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan

panas yang diakibatkan adanya perbedaan temperatur antara

permukaan suatu material dengan fluida yang bergerak.

Perpindahan panas yang terjadi bisa dari permukaan material

ke fluida yang bergerak atau dari fluida yang bergerak ke

permukaan material.

Perpindahan panas secara konveksi ada 2 yaitu : Konveksi

Paksa (Forced Convection), Konveksi Alamiah (NaturalConvection) atau Konveksi Bebas (Free Convection).

Konveksi Paksa (Forced Convection) yaitu proses

perpindahan panas yang terjadi dimana pergerakan fluida

diakibatkan oleh gaya luar seperti blower, fan, kompressor dan

lain-lain. Sedangkan Konveksi Alamiah adalah proses

perpindahan panas dimana pergerakan fluida terjadi akibat

gaya apung (buoyancy force). Gerakan fluida (gas maupun zat

cair) dalam konveksi bebas terjadi karena gaya apung yang

dialaminya apabila densitas fluida di dekat permukaan

perpindahan panas berkurang sebagai akibat proses

pemanasan. Gaya apung yang menyebabkan arus konveksi

bebas disebut gaya badan (body forced).

Dalam suatu perencanaan atau unjuk kerja suatu sistem

biasanya konveksi bebas lebih sering dipakai dari pada

konveksi paksa dimana tujuannya adalah meminimal biaya

operasi. Sebagai contoh penerapan konveksi bebas adalah

pada penukar panas jenis pembuluh dan kawat. Pada penukar

panas tersebut ditambahkan sirif yaitu untuk memperluas

permukaan perpindahan panas konveksi bebas. Lapisan batas

termal yang terjadi terbentuk dari bagian bawah baik

pembuluh maupun sirif yang kemudian berkembang terus

sampai atas. Fenomena ini dapat dilihat pada gambar di bawah

:

Gambar 3. Fenomena terjadinya lapisan batas

III. METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan secara eksperimental menggunakan

enam buah rancangan penukar panas dengan jarak sirif yang

berbeda dan diameter sirif yang tetap dengan Thermia b-22

sebagai fluida kerja di dalam pembuluh. Penelitian ini

diharapkan dapat meningkatkan efisiensi penukar panas. Pada

umumnya alat penukar panas jenis pembuluh dan kawat

digunakan bila koefisien perpindahan panas konveksi yang

berhubungan dengan salah satu fluida adalah jauh lebih kecil

bila dibandingkan dengan fluida kedua. Kawat yang berfungsi

sebagai sirif adalah perluasan dari permukaan luar pembuluh

yang dipasang pada sisi luar pembuluh. Kawat-kawat akan

membuat permukaan menjadi luas sehingga menambah laju

perpindahan panas dari dinding ke lingkungan luar

(Ananthanarayanan, 1982).

Gambar 4 Skema peralatan eksperimen.

Untuk mengukur temperatur pada sejumlah titik, digunakan

thermocouple type K (Copper Constanta) yang dihubungkan

dengan digital multimeter tipe DT-838. Besarnya perubahan

temperatur fluida panas setelah melewati penukar panas di ukur

dengan menempatkan thermocouple di dalam fluida pada input

dan output penukar panas.

Dalam aplikasinya posisi pemasangan dari alat penukar

panas ini adalah vertikal, seperti terlihat pada gambar 1.

Pemasangan kawat-kawat pada permukaan pembuluh

dilakukan dengan proses pemanasan tekan tanpa bahan

tambahan sehingga tidak ada tahanan termal dari material lain.

Pemeliharaan penukar panas jenis pembuluh dan kawat relatif

mudah karena konfigurasinya yang sederhana. Untuk menjaga

kapasitas optimal sirif harus dijaga bersih terutama space

antara sirif tidak boleh kotor (Ananthanarayanan,1982).

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Energi III-50

Gambar 5. Penukar panas jenis pembuluh dan kawat.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisa Pengaruh Jarak Sirif terhadap Efisiensi Penukar

Panas

Bahwa semakin besar jarak sirif berpengaruh terhadap

efisiensi penukar panas semakin besar. Atau semakin kecil

jarak sirif berpengaruh terhadap efisiensi thermis semakin

kecil, Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil jarak sirif

akan mengakibatkan terjadinya interaksi lapisan batas thermal

antara sirif satu dengan lainnya yang berdekatan semakin

besar, sehingga akan memperbesar tahanan thermal

perpindahan panas. Membesarnya tahanan thermal (Rkonv)

akan mengakibatkan menurunnya harga koefisien perpindahan

panas konveksi (hkonv) sehingga secara keseluruhan akan

menurunkan efisiensi penukar panas itu sendiri. Hal lain yang

menyebabkan menurunnya efisiensi penukar panas adalah

tidak terjadinya kondisi idealisasi pada sirif yaitu kondisi

dimana seluruh permukaan sirif tidak berada pada temperatur

dasar sehingga laju energi maksimum tidak terjadi.

Karena setiap sirif memiliki tahanan thermal konduksi

sehingga gradien temperatur akan terjadi sepanjang batang

sirif. Oleh karena itu apabila sirif tersebut semakin banyak atau

semakin rapat maka tahanan termal konduksi semakin besar

sehingga akan menurunkan efisiensi sirif yang berarti juga

menurunkan efisiensi penukar panas.

Sirif digunakan untuk menambah perpindahan panas dari

permukaan dengan cara menambah luas permukaan efektif

tetapi sirif itu sendiri memberikan tahanan pada perpindahan

panas konveksi bebas, dengan alasan tersebut tidak ada

jaminan bahwa laju perpindahan panas konveksi bebas akan

diperbesar melalui penggunaan sirif dan berarti pula tidak ada

jaminan bahwa penggunaan sirif memperbesar efisiensi

(Incropera, 1990).

Gambar 6. Pengaruh jarak sirif terhadap efisiensi penukar panas.

Hal ini juga diperkuat oleh pernyataan Cengel, 1997 yaitu

penambahan terlalu banyak sirif pada permukaan (surface)

secara aktual menurunkan perpindahan panas menyeluruh

(overall) ketika koefisien perpindahan panas (h) menurun

mengimbangi suatu keuntungan yang diperoleh dari

peningkatan dalam luas permukaan.

Analisa Pengaruh Laju Aliran Massa terhadap Efisiensi

Penukar Panas

Pada jarak sirif yang sama, semakin besar laju aliran massa

maka berpengaruh terhadap efisiensi penukar panas semakin

besar. Hal ini menunjukkan bahwa laju aliran massa sangat

berpengaruh terhadap efisiensi penukar panas dikarenakan

semakin besar laju aliran massa semakin besar induksi panas

yang diberikan ke sistem, artinya bahwa jumlah satuan massa

fluida panas yang melewati luas penampang tertentu persatuan

waktu semakin banyak. Sehingga rata-rata temperatur

permukaan semakin besar dan beda temperatur antara

permukaan dengan lingkungan semakin besar.

Perbedaan temperatur yang besar akan meningkatkan harga

bilangan Rayleigh sehingga harga koefisien konveksi juga

besar. Dengan demikian efisiensi penukar panas secara

keseluruhan akan meningkat. Peningkatan laju aliran masa

pada dasarnya akan memperbesar induksi energi panas yang

masuk, sehingga menyebabkan harga bilangan Rayleigh

membesar dan Nuselt juga meningkat (Incropera, 1983).

Gambar 7. Pengaruh laju aliran massa terhadap efisiensi penukar panas.

Hal tersebut juga diperkuat oleh pernyataan bahwa semakin

tinggi laju aliran massa maka semakin tinggi pula laju

perpindahan panasnya (Cengel, 1997).

Analisa Pengaruh Bentuk Sirif terhadap Efisiensi Thermis

Secara rata–rata pada laju aliran massa yang sama bahwa

alat penukar panas tanpa sirif mempunyai efisiensi yang paling

tinggi, kemudian diikuti oleh kondensor dengan sirif

rektanguler dan yang terakhir adalah kondensor dengan sirif

silindris. Fenomena ini dapat dijelaskan berdasarkan analisis

lapisan batas thermal konveksi bebas ( free convection) yang

berkembang di sepanjang permukaan sirif. Menurut Watson

dkk. (1996), jarak sirif optimal terjadi bila lapisan batas

laminar berkembang sepanjang permukaan sirif (p) menjadi

cukup tebal menyentuh trailing edge dari tiap sirif.

Dari gambar dibawah terlihat, jarak sirif optimal terjadi bila

lapisan batas termal yang berkembang dari masing–masing

sirif bergabung menjadi satu tepat pada ujung atas (trailing

edge) dari sirif–sirif tersebut. Pada kondensor dengan sirif

silindris dan kondensor dengan sirif rektanguler mempunyai

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Energi III-51

jarak antar sirif 13 mm, namun pada kondensor sirif silindris

kebutuhan untuk menjamin lapisan batasnya bergabung tepat

pada triling edge dari sirip adalah 2δt = 10,31 mm, sedangkan

pada kondensor sirip rektanguler adalah 2δt = 9,5 mm.

Gambar 8. Pengaruh bentuk sirif terhadap efisiensi thermis.

Selain itu dapat dianalisa bahwa salah satu yang

menentukan perpindahan kalor pada sambungan adalah

konduksi melalui gas yang terkurung pada ruang–ruang

lowong memberikan tahanan utama terhadap aliran kalor,

karena konduktivitas panas gas sangat kecil dibanding dengan

zat padat (Holman, 1995). Pada gambar dibawah kondensor

dengan sirif silindris, dimana sirif yang menempel pada

pembuluh hanya sedikit sehingga terdapat daerah lowong

(blocked area), dimana daerah tersebut terdapat udara

terperangkap sehingga mempunyai koefisien konveksi yang

kecil dan perpindahan panas hanya terjadi pada bagian sirif

yang tidak menempel pada pembuluh, akibatnya laju

perpindahan panasnya rendah dan efisiensi perpindahan

panasnya pun rendah.

pw

w

2dt

dtdt

Ts

T8

dw

p

Gambar 9. Sepasi optimal dari jarak antar sirif.

Sedangkan pada kondensor dengan sirif rektanguler terjadi

perpindahan panas yang lebih baik , karena sirif yang

menempel pada pembuluh lebih merata sehingga daerah

lowong (blocked area) lebih kecil dibanding tipe silindris

yang menghambat perpindahan panas sehingga efisiensi

perpindahan panasnya lebih baik dibandingkan tipe silindris.

dww

t

Dt

Gambar 10. Profil sirif yang menempel pada pembuluh.

Lain halnya pada kondensor tanpa sirif tahanan termal

hanya pada pembuluh dan koefisien konveksinya tidak

terganggu sehingga laju perpindahan panasnya lebih besar dan

efisiensi perpindahan panasnya pun paling besar diantara kedua

jenis kondensor tersebut, karena pada kondensor dengan sirif

silindris maupun sirif rektanguler dengan penambahan sirif

akan mengganggu koefisien perpindahan panas konveksi

bebas, sehingga tidak dapat menaikan laju perpindahan panas,

hal ini berarti efisiensinya menurun (Incropera, 1990). Hal ini

diperkuat oleh pernyataan Cengel, 1998 yaitu laju perpindahan

panas oleh sirif akan mencapai maksimum apabila seluruh

permukaan sirif berada pada temperatur dasar pembuluh.

V. KESIMPULAN

Semakin besar jarak antar sirif dan semakin besar laju

aliran massa berpengaruh terhadap efisiensi penukar panas

yang semakin besar. Kondensor dengan bentuk sirif

rektanguler memiliki efisiensi penukar panas yang lebih tinggi

dibandingkan kondensor dengan bentuk sirif silindris.

Pemasangan sirif pada permukaan kondensor tersebut tidak

menjamin meningkatkan efisiensi dari kondensor, karena

penambahan luas permukaan kondensor tesebut mengganggu

koefisien perpindahan panas pada sistem konveksi bebas.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ananthanarayanan, P.A., (1982), Basic Refrigerant and Air

Conditioning, McGraw- Hill Publishing Company Limited, New

Delhi.

[2] Bejan, A., (1993), Heat Transfer, John Wiley & Sons, Inc, New

York.

[3] Cengel, Y.A., (1998), Heat Transfer a Practical Approach,

McGraw-Hill, New York

[4] Holman, J.P., (1993), Heat Transfer, 8th Edition, McGraw-Hill,

New York

[5] Incropera, F.P., (1996), Fundamentals of Heat and Mass

Transfer, 4rd Edition, John Wiley & Sons, New York

[6] Kundu, B. and Das, P.K., (1999), Performance Analysis and

Optimization of Eccentric Annular Disk Fins, Journal of Heat

Transfer, Vol. 121, pp 419-429.

[7] Marsters, G.F., (1971), Array of Heated Horizontal Cylinders in

Natural Convection, Journal of Heat Transfer, vol. 15, pp 921-

933.

[8] Srinivasan, V. and Shah, R.K., (1997), Fin Efficiency of

Extended Surface in Two Phase-flow, Journal of Heat and Fluid

Flow, vol. 18, pp 419-429.

[9] Tanda, G.,and Tagliafico, L., (1993), Free Convection Heat

Transfer From Wire and Tube Heat Exchangers, Journal of Heat

Transfer, vol. 199, pp 370-372.

[10] Witzell, O.W. and Fontaine, W.E., (1957), Design of Wire and

Tube Condenser, Journal of Refrigerating Engineering, vol. 65,

pp 41-44.