Experimental Study of Flow and Heat Transfer Characteristic on Horizontal Double Pipe Heat Exchanger with Variation in Heater Power and Flow Rate

DANDI IVANDER, Prof. Ir. Samsul Kamal, M.Sc., Ph.D.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Dalam dunia industri, fenomena transfer kalor merupakan fenomena yang umum terjadi. Untuk itu dunia industri selalu membutuhkan alat yang bernama heat exchanger. Kemampuan transfer kalor pada tiap heat exchanger berbeda-beda tergantung pada jenis heat exchanger. Namun heat exchanger yang paling umum digunakan adalah double pipe heat exchanger. Tidak hanya dari jenisnya, performa heat exchanger juga ditentukan dari geometrinya. Dengan bentuk geometri dan ukuran yang berbeda tentunya menghasilkan karakteristik yang berbeda pula. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik double pipe heat exchanger dengan variasi pada daya heater dan debit aliran yang meliputi karakteristik aliran dan transfer kalor. Double pipe heat exchanger ini menggunakan heater pada bagian dalam sehingga nilai heat flux konstan. Terdapat 2 variabel pengujian yaitu debit dan daya heater. Debit yang digunakan meliputi 6 variasi yaitu 2,5 GPM; 3 GPM; 3,5 GPM; 4 GPM; 4,5 GPM dan 5 GPM sedangkan untuk daya heater yang digunakan meliputi 5 variasi yaitu 400 W, 450 W, 500 W, 550 W dan 600 W. Dari penelitian ini didapat bahwa peningkatan debit aliran akan meningkatkan performa transfer kalor. Aliran yang dihasilkan dari eksperimen berada pada rezim laminar dan transisi dimana semakin besar daya heater yang digunakan, aliran akan bergeser ke arah laminar. Dari nilai h lokal, didapatkan bahwa fluida mencapai kondisi fully developed pada x = 66 cm. Secara umum, perubahan pada daya heater tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai h dan f. Berdasarkan data yang sudah didapat dari eksperimen, korelasi bilangan Nusselt dihasilkan.

In the industrial world, heat transfer is a common phenomenon. For this reason, the industrial world always needs a tool called a heat exchanger. The heat transfer ability of each heat exchanger varies depending on the type of heat exchanger. However, the most commonly used heat exchanger is the double pipe heat exchanger. Not only from the type, the performance of the heat exchanger is also determined by its geometry. With different geometric shapes and sizes, of course, it will produce different characteristics. This research was conducted to determine the characteristics of a double pipe heat exchanger with variation in heater power and flow rate which includes flow and heat transfer characteristic. This double pipe heat exchanger uses a heater on the inside so it produces constant surface heat flux. There are 2 test variables that is flow rate and heater power. The flow rates used include 6 variations, namely 2.5 GPM; 3 GPM; 3,5 GPM; 4 GPM; 4,5 GPM and 5 GPM. The heater power used includes 5 variations that is 400 W, 450 W, 500 W, 550 W and 600 W. The experiment shows that flow is in a laminar and transitional regime where the greater the heater power used, the flow will shift in the laminar direction. From the local h value, it is found that the fluid reaches a fully developed condition at x = 66 cm. Generally, the change in heater power doesn�t give significant change in h and f value. Based on experiment�s data, Nusselt number correlation is proposed.

Kata Kunci : heat exchanger, heat transfer, flow regime, heat flux, effectiveness, concentric HE