uji eksperimental pressure drop & visualisasi aliran

Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059

OLEH:NURNIA ARIFIANI21050111120032

UJI EKSPERIMENTAL PRESSURE DROP DAN VISUALISASI ALIRAN MELALUI VORTEX

GENERATOR JENIS CONCAVE RECTANGULAR WINGLET DI DALAM SALURAN

1

SIDANG TUGAS AKHIR

2

TUGAS AKHIR


OUTLINE

Pendahuluan

Dasar Teori

Metode Penelitian

Hasil Penelitian

Kesimpulan & Saran

3

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Heat Exchanger (Penukar Kalor)• Alat yang memindahkan panas antara dua fluida berbeda temperatur

tanpa pencampuran kedua fluida (Cengel, 2002)

Shell and tube

Fin and tube

Plate and fin

4

TUGAS AKHIR


PENDAHULUANCompact Heat Exchanger

Suatu jenis penukar kalor yang di desain secara khusus untuk dapat memperluas permukaan perpindahan panas per satuan volume (Cengel, 2002).

Industri

Otomotif Evaporator

5

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Teknik Peningkatan Performa Penukar kalor

• Surface vibration

• Fluid vibration• injection• Suction/ hisap• dll

• Rough surfaces• Extended

surfaces• Swirl flow

devices/surfaces

6

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

1. Mengapa peningkatan performa compact heat exchanger perlu dilakukan?

7

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Peningkatan laju perpindahan panas

Qkonveksi = A . h . ΔT

• Memperluas permukaan kontak perpindahan panas.

1. Merubah dimensi heat exchanger. 2. Membutuhkan ruang (space) yang lebih besar.

• Meningkatkan koefisien perpindahan panas konveksi.

1. Tidak membutuhkan space yang besar.2. Gas konduktivitas termal rendah.3. h dapat ditingkatkan dengan menggunakan vortex generator.

8

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Letak Vortex Generator pada Heat Exchanger

A. Joardar dan A.M. Jacobi“Heat Transfer Enhancement by Winglet-Type Vortex Generator Arrays in Compact Plain-Fin-and-Tube Heat Exchanger” International journal of refrigeration, 2008

9

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Penelitian yang telah dilakukan tentang Vortex generatorJ. M. Wu dan W. Q. Tao

“Numerical Study On Laminar ConvectionHeat Transfer In A Channel With Longitudinal Vortex Generator. Part B: Parametric Study of Major Influences Factors”, International J. Mass & Transfer 2008.

10

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Pengggunaan Vortex generator (metode Pasif)

Dampak Negatif:•Peningkatan Penurunan Tekanan (∆P)

Dampak Positif:•kenaikan koefisien perpindahan panas

11

Tujuan Penelitian:


TUGAS AKHIR

1. Untuk membandingkan pressure drop yang dihasilkan oleh concave rectangular winglet vortex generator dengan rectangular winglet vortex generator.

2. Untuk mengetahui pengaruh jumlah pasang vortex generator dan orientasi sudut serang vortex generator terhadap nilai penurunan tekanan (pressure drop)

3. Untuk mengetahui efek penggunaan vortex generator terhadap karakteristik pola aliran di dalam saluran.

PENDAHULUAN

12

TUGAS AKHIR


PENDAHULUAN

Batasan Masalah:1. Kecepatan rata-rata inlet mulai dari 0.4, sampai

dengan 2.0 m/det dengan interval 0,2 m/det2. Fluida yang digunakan adalah udara.3. Tidak memperhitungkan perpindahan panas di

dalam saluran.4. Menggunakan vortex generator dengan jenis

rectangular winglet dan concave rectangular winglet dengan aspek rasio tertentu.

5. Vortex generator menggunakan orientasi sudut serang 15o, 30o dan 45o.

6. Analisa dilakukan dengan jumlah susunan vortex generator 1 baris, 2 baris dan 3 baris.

7. Geometri lebar dan tinggi saluran udara dan geometri serta orientasi sudut VG mengacu pada jurnal internasional J.M. Wu dan W.Q. Tao

13

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


FluidaFluida adalah zat yang dapat terdeformasi secara terus menerus apabila diberi gaya geser, walaupun gaya geser tersebut relatif kecil

14

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


Klasifikasi Aliran FluidaAliran Fluida

Inviscid Viscous

Laminar Turbulent

Compressible Incompressible Internal External

15

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


Aliran didalam saluran

16

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


• Vortex adalah suatu gerak dari aliran fluida yang searah dari medan aliran fluida yang mana arahnya melingkar mengelilingi sumbunya (Kundu, 2012). Vortex disebabkan oleh tegangan geser dan separasi aliran

• .

Vortex

(Cengel, 2006)

https://i.ytimg.com/vi/Vzm6burVwQc/hqdefault.jpg

17

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


. • Dimanakah Vortex dapat terbentuk?

Separasi aliran = pemisahan aliran yang terjadi karena adanya gradien tekanan balik

(Cengel, 2006)

(Cengel, 2006)

18

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


• Longitudinal VortexMerupakan

vortex yang memiliki sumbu vortex searah dengan arah aliran utama.

• Transversal Vortexmerupakan vortex yang sumbu pusaran vortex-nya tegak lurus terhadap arah aliran utama.

Jenis Vortex

(Fiebig, 1998)

(Fiebig, 1998)

19

DASAR TEORI

TUGAS AKHIR


Vortex GeneratorMerupakan permukaan tambahan yang menonjol pada fin

dan berfungsi untuk meningkatkan perpindahan panas dengan menghasilan vortex.

Basic Vortex Generator (Ya-Ling He, 2013)

20

TUGAS AKHIR


METODE PENELITIAN DIAGRAM ALIR PENELITIAN

21

TUGAS AKHIR


METODE PENELITIAN

Diagram Skematik Alat Eksperimen Visualisasi Aliran dan Pressure Drop

22

TUGAS AKHIR


METODE PENELITIAN

Gambar Asli Alat Pengujian

Keterangan1. Saluran udara2. Blower 3. Hot wire

anemometer4. Pitot tube &

micromanometer5. Pemanas oli6. Kompresor7. Pointer Laser8. Pipa kapiler9. Trafo10. Regulator11. Material penelitian

(Vortex generator)12. Kamera

23

METODE PENELITIAN

TUGAS AKHIR


Material Penelitian : Rectangular Winglet & Concave rectangular Winglet Pair VG

• RWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 15o

•CRWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 15o



24

METODE PENELITIAN

TUGAS AKHIR




25

METODE PENELITIAN

TUGAS AKHIR


Konfigurasi Letak Vortex Generator

26

TUGAS AKHIR


Hasil Pengujian Pressure Drop

Grafik nilai pressure drop vortex generator jenis rectangular winglet dan concave rectangular winglet pada sudut serang 15o dengan variasi

jumlah baris VGs

HASIL & PEMBAHASAN

Nilai ∆P meningkat : VG > baseline ( V = 2 m/s)Baseline = 2,24 PaRWP 1 VGS = 4,80 PaRWP 2 VGS = 8,05 PaRWP 3 VGS = 12,72 PaCRWP 1 VGS = 16,66 PaCRWP 2 VGS = 26,20 PaCRWP 3 VGS = 34,44 Pa

27

TUGAS AKHIR



Grafik nilai pressure drop vortex generator jenis rectangular winglet dan concave rectangular winglet pada sudut serang 30o dengan variasi

jumlah baris VGs

HASIL & PEMBAHASAN


28

TUGAS AKHIR



Grafik nilai pressure drop vortex generator jenis rectangular winglet dan concave rectangukar winglet pada sudut serang 45o dengan

variasi jumlah baris VGs

HASIL & PEMBAHASAN


29

TUGAS AKHIR


Hasil Visualisasi Aliran

HASIL & PEMBAHASAN

Baseline (tanpa Vortex generator)

Aliran asap

Arah aliran

30

TUGAS AKHIR


Rectangular Winglet Pairs 15o 1,2 3 VGs

HASIL & PEMBAHASAN

Arah aliran

31

TUGAS AKHIR


Concave Rectangular Winglet Pairs 15o 1,2,3 VGs

HASIL & PEMBAHASAN

Arah aliran

32

TUGAS AKHIR


Rectangular Winglet Pairs 30o 1,2,3 VGs

HASIL & PEMBAHASAN

Arah aliran

33

TUGAS AKHIR


HASIL & PEMBAHASANConcave Rectangular Winglet

Pairs 30o 1,2,3 VGs

Arah aliran

34

TUGAS AKHIR


HASIL & PEMBAHASANRectangular Winglet Pairs 45o 1,2,3 VGs

Arah aliran

35

TUGAS AKHIR


HASIL & PEMBAHASANConcave Rectangular Winglet Pairs 45o 1,2,3 VGs

Arah aliran

36

TUGAS AKHIR


Kesimpulan

KESIMPULAN & SARAN

1. Peningkatan nilai pressure drop tertinggi terhadap baseline terjadi pada kecepatan 2 m/det, untuk geometri RWP 1 VGs , 2VGs , dan 3 VGs dengan sudut serang 15o secara berturut-turut sebesar 2,57 Pa, 5,81 Pa, dan 10,48 Pa. Nilai pressure drop pada geometri CRWP 1 VGs , 2VGs , dan 3 VGs meningkat terhadap basline secara berturut-turut sebesar 14,42 Pa, 23,96 Pa, dan 32,2 Pa. Pada sudut serang 30o, nilai pressure drop yang dihasilkan pada kecepatan tertinggi 2 m/det pada geometri RWP 1 VGs, 2VGs, dan 3 VGs meningkat terhadap baseline secara berturut-turut sebesar 6,21 Pa, 14,98 Pa, dan 20,74 Pa. Sedangkan pada geometri CRWP 1 VGs, 2VGs, dan 3 VGs nilai pressure drop meningkat secara berturut turut sebesar 25,82 Pa, 36,81 Pa, dan 46,14 Pa. Pada sudut serang tertinggi yaitu 45o nilai pressure drop yang dihasilkan pada kecepatan 2 m/det meningkat terhadap baseline untuk geometri RWP 1 VGs, 2VGs, dan 3 VGs, secara berturut-turut sebesar 14,83 Pa, 23,76 Pa, dan 37,15 Pa. Sedangkan pada geometri CRWP 1 VGs, 2VGs, dan 3 VGs nilai pressure drop meningkat sebesar 38,86 Pa, 54,46 Pa, dan 76,88 Pa.

37

TUGAS AKHIR


Kesimpulan

KESIMPULAN & SARAN

2. Berdasarkan bentuk geometrinya, CRWP menghasilkan nilai pressure drop yang lebih tinggi dibandingkan RWP) pada jumlah baris yang sama. Sedangkan, dengan semakin bertambahnya jumlah baris dan sudut serang vortex generator, nilai pressure drop yang dihasilkan juga semakin meningkat. Nilai pressure drop tertinggi terjadi pada CRWP variasi 3 baris dengan sudut serang 45o yaitu sebesar 79,12 Pa untuk kecepatan 2 m/det.

3. Penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan vortex generator dengan jenis rectangular winglet pairs (RWP) dan concave rectangular winglet pairs (CRWP) dengan berbagai variasi 1 , 2 dan 3 baris dengan sudut serang 15o, 30o, dan 45o mampu menghasilkan longitudinal vortex pada aliran di dalam saluran.

38

TUGAS AKHIR


Saran

KESIMPULAN & SARAN

1. Ditambahkan sistem feedback pada pengujian agar kecepatan udara masuk dapat diatur secara otomatis dan konstan.

2. Penggantian laser pointer dan pemendar laser yang lebih mendukung agar pola aliran dapat terlihat dengan lebih jelas

3. Ditambahkan sistem pengatur kecepatan aliran smoke injection agar smoke yang digunakan untuk pengujian visualisasi aliran dapat mengalir dengan sempurna.

4. Penambahan kamera yang mendukung di dalam saluran agar pola aliran dapat terlihat langsung dengan lebih jelas.

39

TUGAS AKHIR


SEKIAN &

TERIMA KASIH