Upload
nurnia-arifiani
View
35
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
OUTLINE
Pendahuluan
Dasar Teori
Metode Penelitian
Hasil Penelitian
Kesimpulan & Saran
3
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
PENDAHULUAN
1. Mengapa peningkatan performa compact heat exchanger perlu dilakukan?
7
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
PENDAHULUAN
Pengggunaan Vortex generator (metode Pasif)
Dampak Negatif:•Peningkatan Penurunan Tekanan (∆P)
Dampak Positif:•kenaikan koefisien perpindahan panas
11
Tujuan Penelitian:
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
FluidaFluida adalah zat yang dapat terdeformasi secara terus menerus apabila diberi gaya geser, walaupun gaya geser tersebut relatif kecil
14
DASAR TEORI
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Klasifikasi Aliran FluidaAliran Fluida
Inviscid Viscous
Laminar Turbulent
Compressible Incompressible Internal External
15
DASAR TEORI
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Aliran didalam saluran
16
DASAR TEORI
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
• 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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
. • Dimanakah Vortex dapat terbentuk?
Separasi aliran = pemisahan aliran yang terjadi karena adanya gradien tekanan balik
(Cengel, 2006)
(Cengel, 2006)
18
DASAR TEORI
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
• 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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
METODE PENELITIAN DIAGRAM ALIR PENELITIAN
21
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
METODE PENELITIAN
Diagram Skematik Alat Eksperimen Visualisasi Aliran dan Pressure Drop
22
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
• RWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 30o
•CRWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 30o
24
METODE PENELITIAN
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
• RWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 45o
•CRWP 1, 2 dan 3 VGs , sudut serang 45o
25
METODE PENELITIAN
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Konfigurasi Letak Vortex Generator
26
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Hasil Pengujian Pressure Drop
Grafik nilai pressure drop vortex generator jenis rectangular winglet dan concave rectangular winglet pada sudut serang 30o dengan variasi
jumlah baris VGs
HASIL & PEMBAHASAN
Nilai ∆P meningkat : VG > baseline ( V = 2 m/s)Baseline = 2,24 PaRWP 1 VGS = 8,45 PaRWP 2 VGS = 17,22 PaRWP 3 VGS = 22,98 PaCRWP 1 VGS = 28,04 PaCRWP 2 VGS = 39,05 PaCRWP 3 VGS = 48,38 Pa
28
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Hasil Pengujian Pressure Drop
Grafik nilai pressure drop vortex generator jenis rectangular winglet dan concave rectangukar winglet pada sudut serang 45o dengan
variasi jumlah baris VGs
HASIL & PEMBAHASAN
Nilai ∆P meningkat : VG > baseline ( V = 2 m/s)Baseline = 2,24 PaRWP 1 VGS = 17,07 PaRWP 2 VGS = 26,00 PaRWP 3 VGS = 39,38 PaCRWP 1 VGS = 41,10 PaCRWP 2 VGS = 56,70 PaCRWP 3 VGS = 79,12 Pa
29
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Hasil Visualisasi Aliran
HASIL & PEMBAHASAN
Baseline (tanpa Vortex generator)
Aliran asap
Arah aliran
30
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Rectangular Winglet Pairs 15o 1,2 3 VGs
HASIL & PEMBAHASAN
Arah aliran
31
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Concave Rectangular Winglet Pairs 15o 1,2,3 VGs
HASIL & PEMBAHASAN
Arah aliran
32
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
Rectangular Winglet Pairs 30o 1,2,3 VGs
HASIL & PEMBAHASAN
Arah aliran
33
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
HASIL & PEMBAHASANConcave Rectangular Winglet
Pairs 30o 1,2,3 VGs
Arah aliran
34
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
HASIL & PEMBAHASANRectangular Winglet Pairs 45o 1,2,3 VGs
Arah aliran
35
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
HASIL & PEMBAHASANConcave Rectangular Winglet Pairs 45o 1,2,3 VGs
Arah aliran
36
TUGAS AKHIR
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
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
Mechanical Engineering DepartmentDiponegoro UniversityJl. Prof. H. Sudarto, S.H Tembalang - Semarang 50275 Phone. (024) 7460059 Fax. (024) 7460059
SEKIAN &
TERIMA KASIH