Uji Eksperimental Optimasi Perpindahan Kalor dan Penurunan Tekanan Pengaruh Jarak Sekat pada Alat Penukar Kalor Selongsong dan Tabung dengan Susunan Tabung Belah Ketupat

Abstract

Baffle spacing influence the flow turbulence on the shell side. The Degree of turbulent flow can increase the convection heat transfer and pressure drop. In this study conducted to determine the effect of baffle spacing on pressure drop and convection heat transfer in shell and tube heat exchangers for staggered-square tube arrangement. This investigation is done by flowing water as the hot fluid through the tube and the air as the cold fluid through the shell. The temperature of the water and air entering the heat exchangers are 80 o C and 30 o C. The mass flow rate of water is 0.21 kg/s. The baffle that is used is a segmental baffles with the baffle cut is 24.6%. Baffle spacing is specified in the six variations of 32.00 mm, 38.10 mm, 47.06 mm, 53.32 mm, 61.54 mm and 72.72 mm with each of the distance that setting of air flow velocity are 2.6 m/s, 3.1 m/s, 3.6 m/s, 4.1 m/s, 4.6 m/s, and 5.1 m/s. The results obtained the temperature of the water leaving the heat exchangers at 76.6 to 78.0 o C, and the air at 59.7 to 68.6 o C. The pressure drop across the tube banks at 11 to 55 mmH2O. Baffle spacing effect on convection heat transfer and is obtained the rate of maximum heat transfer at a baffle spacing of 63.95 mm, while on the convection heat transfer that is expressed with Nusselts numbers were higher at a baffle spacing of 61.54 mm. Baffle spacing also affects the pressure drop where the greater the pressure drop when baffle spacing of the smaller and reach a maximum value at baffle spacing of 32 mm. Formulation of Nusselts numbers for convection heat transfer obtained is Nu = 0.083 (Re) 0.479, and Formulation of friction factor for the pressure drop obtained is f = 9,807 (Re) -0.089 (L B / D s) 2.34. With this stated that the baffle spacing affects pressure drop and heat transfer of convection. The rate of maximum heat transfer occurred at baffle spacing 63.95 mm. The greater the pressure drop when the smaller the baffle spacing and reach a maximum value at baffle spacing 32 mm.

Jarak sekat mempengaruhi turbulensi aliran pada sisi selongsong. Derajat aliran turbulen dapat meningkatkan perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jarak sekat terhadap perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan pada alat penukar kalor jenis selongsong dan tabung dengan susunan tabung belah ketupat. Pengujian dilakukan dengan mengalirkan air sebagai fluida panas melalui tabung pada suhu 80 o C dengan laju aliran 0,21 kg/s dan udara sebagai fluida dingin melalui selongsong pada suhu 30 o C. Sekat yang dipergunakan adalah jenis segmen tunggal dengan pemotongan sekat (baffle cut) 24,6 %. Jarak sekat ditetapkan dalam enam variasi yaitu 32,00 mm, 38,10 mm, 47,06 mm, 53,32 mm, 61,54 mm, dan 72,72 mm dengan masing-masing jarak ditetapkan kecepatan udara yang mengalir 2,6 m/s, 3,1 m/s, 3,6 m/s, 4,1 m/s, 4,6 m/s, dan 5,1 m/s. Hasil pengukuran yang diperoleh, suhu air keluar dari tabung antara 76,6 s/d 78,0 o C, suhu udara keluar dari selongsong antara 59,7 s/d 68,6 o C, dan penurunan tekanan antara 11 s/d 55 mmH2O. Jarak sekat berpengaruh terhadap perpindahan kalor konveksi dan diperoleh laju perpindahan kalor maksimum pada jarak sekat 63,95 mm, sedangkan terhadap perpindahan kalor konveksi yang dinyatakan dalam bilangan Nusselts ternyata lebih besar pada jarak sekat 61,54 mm. Jarak sekat juga mempengaruhi penurunan tekanan dimana penurunan tekanan semakin besar bila jarak sekat semakin kecil dan mencapai harga maksimum pada jarak sekat 32 mm. Formulasi bilangan Nusselts untuk perpindahan kalor konveksi yang didapat adalah Nu = 0,083 (Re)0,479, dan formulasi faktor gesek untuk penurunan tekanan yang didapat adalah f = 9,807 (Re)-0,089 (LB/Ds) 2,34. Dengan ini dinyatakan bahwa jarak sekat mempengaruhi perpindahan kalor konveksi dan penurunan tekanan. Laju perpindahan kalor maksimum terjadi pada jarak sekat 63,95 mm. Penurunan tekanan semakin besar bila jarak sekat semakin kecil dan mencapai harga maksimum pada jarak sekat 32 mm.