File Presentasi

PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PADA PERMUKAAN

PENGHANTAR PANAS BERSIRIP BERBENTUK

SETENGAH LINGKARAN

Oleh:

Ainul Ghurri, Ph.D.

Hendra Wijaksana

Daniel Julizar

Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana

Konferensi Engineering Perhotelan

KNEP VIII - 2017

Latar Belakang Masalah

Penggunaan berbagai profil pin fin untuk heat transfer enhancement.

Pin fin sebagai extended surface.

Pin fin sebagai vortex generator.

Konfigurasi fin mempengaruhi heat transfer performance.

Permasalahan

Pada sebuah dinding pemanas dengan konfigurasi fin sebagai heat transfer enhancement surface:

Bagaimana pengaruh sudut serang terhadap koefisienperpindahan panas konveksi pada dinding penghantarpanas bersirip dengan konfigurasi sirip setengah lingkaran.

Bagaimana karakteristik koefisien konveksi local dan rata-rata pada permukaan penghantar tersebut.

Lingkup Permasalahan

• Konfigurasi penyusunan sirip adalah staggered dengan

jarak antar sirip tetap.

• Dimensi sirip adalah tetap dengan rasio tinggi

berbanding diameter (H/D) sebesar 2,8.

• Setiap sirip memiliki dimensi yang seragam satu sama

lain.

• Flux panas lokal (Local heat flux = q”) pada pemanasan

permukaan penghantar panas diasumsikan konstan.

• Tidak ada perpindahan panas keluar saluran (adiabatic).

• Aliran fluida adalah turbulen dengan Reynold Number di

atas 4000.

• Pengambilan data dilakukan pada kondisi steady state.

• Gaya badan (Body Force) dari fluida diabaikan

Chapman (1994), membandingkan heat transfer performance dinding pemanas dengan straight fin (longitudinal fin); elliptical fin; dan rectangular fin. Hasil pengujian menunjukkan longitudinal fin menghasilkan heat transfer tertinggi pada semua keadaan. Rectangular & elliptical fin menghasilkan performance yang mendekati sama pada saluran/aliran terbuka. Sedangkan dalam saluran tertutup elliptical fin menghasilkan performance yang lebih tinggi dibanding rectangular fin.

Literature Review

Dogruoz (2002), membandingkan heat transfer performance dinding pemanas dengan square fin susunan inline dengan dan tanpa top by pass flow dengan variasi tinggi fin dan spasi antar fin. Hasil pengujian menunjukkan bahwa variasi heat transfer performance tidak semata-mata berkorelasi dengan total luasan perpindahan panas; dan menyimpulkan bahwa perbedaan antara koefisien perpindahan panas pada fin dan dinding dasar memegang peranan yang sangat penting.

Literature Review

Sara (2002), menguji staggered square pin fins dengan variasi clearence ratio (= top by pass flow) dan interfin distance ratio. Hasil pengujian menunjukkan Bilangan Nu dan friction factor meningkat sejalan dengan penurunan clearence ratio dan interfin distance ratio.

Literature Review

Aykol (2005), menguji staggered hollow rectangular fins dengan variasi streamwise & spanwise interfin distance ratio. Hasil pengujian menunjukkan heat transfer performance konfigurasi staggered hanya sedikit lebih baik dibandingkan inline. Aykol menyarankan penggunaan projected area sebagai pengganti total area dalam perhitungan heat transfer performance.

Literature Review

Half-circular fin in square duct.

With one-fixed top by pass (= clearance ratio); one-fixed stream wise and span wise distance.

Inline, co angular, zigzag, & staggered array.

Low Reynolds number.

Local and average heat transfer coefficient observation.

Present Research

Metode Penelitian

Experimental set up

HeaterHeaterHeaterHeater

Heated Heated Heated Heated surface with surface with surface with surface with finfinfinfin

ElectricityElectricityElectricityElectricity

Temperature

display

Flow Flow Flow Flow

straightenerstraightenerstraightenerstraightener

Manometer

Blower101 oC

Kesetimbangan Panas

Qconv = Qelectrical - Qloss = Qelectrical – (Qback + Qrad + Qaxial)

Qelectrical adalah panas dari sumber listrik; diukur secara langsung, atau berdasarkan spesifikasi koil pemanas yang digunakan. Qback adalah panas yang hilang dari sisi bawah sistem pemanas. Panas ini hilang secara konveksi; dan akan dihitung dengan persamaan konveksi alamiah (konveksi natural; free convection atau natural convection)[6].

Heater

Dinding logam

Semen

Plat Al dengan fin

Qback

QconvQrad

Isolator

Qrad adalah panas yang hilang secara radiasi. Beberapa publikasi penelitian perpindahan panas konfigurasi fin menyatakan bahwa kehilangan panas akibat radiasi bisa diabaikan[13] atau beberapa referensi lain[13] membuktikan bahwa nilainya berkisar 0.5% Qelectrical. Sementara Aykol[1] menyatakan bahwa nilai kehilangan panas akibat radiasi ini tidak lebih dari 1% Qelectrical (Qrad 1% Qelectrical).

Qaxial adalah panas hilang karena konduksi pada arah aksial. Kehilangan panas akibat konduksi arah aksial terjadi melalui dinding saluran (channel wall). Hong[7]

melaporkan bahwa nilai nominal dari kehilangan ini lebih kecil atau sama dengan 3.2% Qelectrical. Dengan mempertimbangkan kemiripan sistem saluran yang digunakan Aykol[1] menggunakan angka 3% Qelectrical untuk kehilangan panas konduksi arah aksial pada pengujiannya.

Kesetimbangan Panas

Konfigurasi fin yang diuji &

Titik pengukuran temperatur

HASIL & PEMBAHASAN

Tabel Hasil Pengujian

Koefisien Perpindahan Panas Rata-Rata Seluruh Pengujian

Koefisien Perpindahan Panas Rata-Rata Seluruh Pengujian

Koefisien Perpindahan Panas Lokal Seluruh Pengujian

Hasil Nu – Re Seluruh Pengujian

Kesimpulan

Penambahan sirip setengah lingkaran pada smooth surface dapat meningkatkan koefisien perpindahan panas rata-rata.

Koefisien perpindahan panas meningkat seiring dengan meningkatnya Bilangan Reynolds.

Koefisien perpindahan panas rata-rata tertinggi dicapai pada pelat dengan konfigurasi sirip setengah lingkaran yang memiliki sudut serang 30°.

Pelat dengan konfigurasi sirip setengah lingkaran dengan sudut serang 30°menghasikan efek Vortex Generator yang maksimal, dilihat dari koefisien perpindahan panas rata-ratanya.

Peningkatan koefisien perpindahan panas lokal pada kolom pengukuran paling kanan pelat bersirip (x = 23 cm) terjadi pada Reynolds Number 2.45E+04 dan Reynolds Number 3.00E+04. Sedangkan pada Reynolds Number 1.84E+04 tidak terjadi peningkatan koefisien perpindahan panas lokal.

Efek Vortex Generator mempengaruhi perpindahan panas lokal yang terjadi pada sirip apabila menggunakan fluida dengan Reynolds Number lebih besar dari 2.45E+04 (Re > 2.45E+04).

Suggestion 4 Future work

Pengujian pada range Re yang panjang dan turbulen.

Memperbaiki dan menyempurnakan sistem pemanas supaya menghasilkan pemanasan yang seragam.

Memperbaiki metode pengukuran tekanan agar pressure drop bisa diukur, sehingga analisis koefisien gesek aliran dan pressure drop yang terjadi akibat fin bisa dilakukan.

Pengujian visualisasi aliran yang diharapkan bisa memperjelas hubungan antara pola aliran di sekitar fin,terutama adanya daerah inferior, dengan perpindahan panas yang terjadi.

Dokumentasi

Sekian - Terima Kasih