KAJI EKSPERIMEN PENGARUH PEMACU TURBULENSI DALAM PIPA TERHADAP LAJU PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN

Abstract

Pengujian perpindahan panas konveksi paksa dilakukan pada aliran udara dalam pipa, dimana didalam pipa dipasang kawat lilitan sebagai pemacu turbulensi. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mencari hubungan laju perpindahan panas (yang dinyatakan dalam angka Nusselt) dan penurunan tekanan aliran dalam tabung akibat penggunaan pemacu turbulensi. Disamping itu diharapkan dapat ditemukan jarak antar lilitan yang optimum. Dari basil pengujian maka akan diperoleh kelengkapan data tentang penggunaan pemacu turbulensi yang hingga kini masih terbatas, sehingga lebih dimungkinkan perencanaan alat penukar kalor yang lebih kompak. Perangkat alat uji tersusun dari beberapa komponen, yaitu pipa seksi uji, fan axial, nosel, pipa pengantar sebelum pipa seksi uji, lilitan kawat sebagai pemacu turbulensi, manometer air miring dan kotak pengontrol. Pada kotak pengontrol dilengkapi beberapa alat kontrol kecepatan (potensiometer, pengatur anus dan tegangan pemanas serta pengontrol temperatur digital). Bahan kawat lilitan adalah best lunak dan dibuat dalam dua ukuran yaitu 1,6 mm dan 2,7 mm. Pada setiap diameter kawat dibuat 11 jarak antar lilitan (pitch = P) yaitu 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm dan 70 mm. Kawat lilitan dipasangkan pada pipa (seksi uji) yang merupakan bagian utama alat uji. Pipa seksi uji dibuat dari pipa alumunium dengan diameter (D) 10 cm dan panjang 1,5 m yang dinding luarnya dibalut dengan pemanas listrik (kawat nikelin). Kawat pemanas ini dihubungkan dengan pengontrol agar panas yang dialirkan dapat diatur. Enam buah termokopel type K dipasang pada permukaan tabung pada jarak masing-masing 30 cm. Pemanas dan termokopel yang terpasang pada dinding tabung kemudian dibalut dengan isolasi (asbes) untuk mencegah/mengurangi aliran panas keluar dinding. Diharapkan semua panas dari kawat pemanas mengalir kearah fluida dalam tabung (aliran satu dimensi). Fan axial dipasang pada ujung tabung dan digunakan untuk mengalirkan udara. Janis aliran udara adalah udara hisap, hal ini dimaksudkan untuk menghindari turbulensi aliran udara masuk tabung. Pada ujung lain dipasang nosel yang dimaksudkan untuk membuat aliran masuk yang lebih landai (mempercepat terjadinya aliran berkembang penuh). Nosel disambung ke seksi uji dengan pipa penghantar (diameter, D = 10 cm) sepanjang 1,5 m. Pengontrol arus listrik kawat pemanas, termokopel dan putaran fan dipusatkan pada kotak pengontrol. Dalam pengujian ini dilakukan dua macam pengujian, yaitu pertama, pengujian konveksi paksa aliran udara dalam pipa tanpa pemacu turbulensi dan yang kedua adalah dengan diberikannya pemacu turbulensi dalam aliran. Tujuan dari pengujian jenis pertama adalah untuk menguji kelayakan dan ketepatan alat uji. Caranya adalah dengan membandingkan hasil pengujian pertama ini dengan formula-formula yang telah ada, dalam hal ini dipakai dua formula dari Kays & London dan Seider & Tate. Dari membandingkan hasil pengujian dan dua formula tersebut dapat disimpulkan layak tidaknya alat uji ini digunakan untuk pengujian selanjutnya. Pengujian dilakukan pada empat kecepatan (0,4, 0,8, 1,2 dan 1,6 m/dt) atau empat angka Reynold (1500, 3000, 4000 dan 5500). Dari hasil pengujian diketahui bahwa penggunaan kawat lilitan menghasilkan kenaikkan angka Nusselt. Namun seiring dengan peningkatan angka Nusselt terjadi pula kenaikkan beda tekanan (pressure drop). Diketahui pula prosentase kenaikkan beda tekanan lebih besar dari pada prosentase kenaikkan angka Nusselt. Disamping itu perubahan jarak antar lilitan (pitch) mempunyai dua pola perubahan angka Nusselt dan beda tekanan. Pada pitch kecil (P/D < 5), makin besar pitch makin besar pula angka Nusselt dan beda tekanannya. Namun sebaliknya untuk pitch besar (P/D > 5), makin besar jarak pitch maka akan terjadi penurunan angka Nusselt dan beda tekanannya. Peningkatan angka Nusselt yang optimum (besar) terjadi pada pitch yang kecil yaitu antara P/d 3 s.d 12. Namun pada daerah ini terjadi pula penurunan tekanan yang besar.