Studi Numerik Perpindahan Panas Konveksi Paksa Pada Flat Fin Dengan Susunan Tube Staggered Pada Aliran Laminer-Transisi Menggunakan Software Fluent 18.1

Fadhilaturrohmah, Nur Alfa (2020) Studi Numerik Perpindahan Panas Konveksi Paksa Pada Flat Fin Dengan Susunan Tube Staggered Pada Aliran Laminer-Transisi Menggunakan Software Fluent 18.1. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img] Text
02111640000002-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only

Download (1MB) | Request a copy

Abstract

Organic Rankine Cycle (ORC) merupakan siklus dengan fluida kerja khusus yang termasuk kedalam low grade thermal energy. Departemen Teknik Mesin telah melakukan penelitian secara eksperimen tentang siklus ORC. Pada alat eksperimen, terdapat 4 komponen utama, antara lain: evaporator, turbin, pompa dan kondensor. Kinerja tiap komponen dapat memengaruhi kinerja sistem. Salah satu cara untuk meningkatkan kinerja sistem adalah dengan meningkatkan performa kondensor. Dua hal yang dapat memegaruhi performa kondensor antara lain kecepatan fluida pendingin dan jenis material fin. Analisa kondensor yang didalamnya terdapat fin and tube dapat dilakukan dengan menggunakan metode CFD (Computational fluid dynamics) yang merupakan salah satu cara mudah untuk menyelesaikan suatu persamaan-persamaan yang berkaitan dengan dinamika fluida menggunakan computer. Dalam penelitian ini, dilakukan simulasi fin and tube pada kondensor alat eksperimen ORC yang terdapat di Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin dengan menggunakan perangkat lunak GAMBIT 2.4.6 untuk pemodelan geometri dan pembuatan mesh serta progam FLUENT 18.1. Geometri flat fin susunan tube staggered dengan S_T=0,0118 m dan S_L=0,0222 m diletakkan di dalam rectangular duct disesuaikan dengan alat yang ada. Pemanasan pada flat fin dilakukan dengan menjaga temperatur dari wall tube 315 K. Simulasi dilakukan dengan menggunakan dua variasi, yaitu kecepatan udara dan jenis material fin. Kecepatan udara 1 m/s kondisi laminar dan 8 m/s kondisi transisi. Material fin terdiri dari Copper, aiumium, dan Steel. Untuk mendapatkan hasil yang baik, terlebih dahulu dilakukan grid independency test sehingga diperoleh kerapatan mesh yang optimal. Data yang akan dianalisa berupa data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif berupa gambar kontur temperatur pada fin, kontur temperatur dan kecepatan pada plane between flat fin. Data kuantitatif berupa nilai temperatur dan kecepatan pada titik-titik diantara tube, temperatur outlet, temperatur rata-rata fin, dan heat flux. Hasil yang didapatkan dari hasil simulasi berupa kontur, nilai efisiensi, dan efektifitas fin. Kontur temperatur baik pada fin dan plane diantara fin yang semakin didominasi oleh temperatur yang bernilai tinggi seiring dengan penurunan nilai kecepatan udara dan kenaikan nilai konduktivitas fin. Terlihat pada pathline variasi kecepatan 8 m/s bahwa area wake yang terjadi lebih luas jika dibandingkan dengan variasi kecepatan 1 m/s. 3. Pada kecepatan 1 m/s Efficiency fin denngan variasi jenis material fin copper sebesar 0,969779, aluminium 0,947237, dan steel 0,729207. Pada kecepatan 8 m/s, nilai efficiency fin dengan variasi material fin copper sebesar 0,981646, aluminium 0,980344, dan steel 0,96917.. Pada kecepatan 1 m/s nilai effectiveness fin dengan variasi material fin copper sebesar 18,076, aluminium 17,656, dan steel 13,59244. Pada kecepatan 8 m/s, nilai effectiveness fin dengan variasi material fin copper sebesar 18,297, aluminium 18,27364, dan steel 18,06536. Effectiveness dan efficiency akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan udara dan nilai konduktivitas material fin. Kata Kunci : Material Fin, Efficiency, Effectiveness ============================================================================================== Organic Rankine Cycle (ORC) is a cycle with a special working fluid and included in low grade thermal energy. The Mechanical Engineering Department has conducted experimental research on the ORC cycle. On the system, there are 4 main components: evaporator, turbine, pump and condenser. The performance of each component can affect system performance. One of the ways to improve system performance is by increasing condenser performance. Two things that can affect the performance of the condenser include the speed of the cooling fluid and the type of fin material. Condenser analysis in which there is a fin and tube, can be done using the CFD (Computational fluid dynamics) method, which is an easy way to solve equations related to fluid dynamics using a computer. In this study, fin and tube simulations were carried out on the condenser of the ORC experimental apparatus contained in the Refrigeration Laboratory of the Mechanical Engineering Department ITS using GAMBIT 2.4.6 software for geometric modeling and mesh making, and also FLUENT 18.1 software. Flat fin geometry of staggered tube arrangement with S_T=0,0118 m and S_L=0,0222 m is placed inside the rectangular duct according to the existing component. Heating on the flat fin is done by maintaining the temperature of the wall tube 315 K. The simulation is carried out using two variations, air velocity and type of fin material. Air velocity 1 m/s in laminar flow and 8 m/s in transition flow. Fin material consists of Copper, Aluminum, and Steel. To get the best results, a grid independency test is first performed so that the optimal mesh density is obtained. The data to be analyzed are qualitative and quantitative data. The qualitative data is in the form of temperature contours on the fin, temperature and velocity contours on the plane between the flat fin. Quantitative data are temperature and velocity values at the points between the tubes, outlet temperature, average fin temperature, and heat flux. The results obtained from the simulation are in the form of contours, efficiency, and fin effectiveness values. The temperature contours of both the fin and the plane between the fins are increasingly dominated by high-value temperatures along with decreasing air velocity and increasing fin conductivity. It can be seen in pathline belongs to 8 m/s that the wake area occurs wider than 1 m/s. At 1 m/s air velocity, fin efficiency with a variety of material types are copper fin 0.969779, aluminum 0.947237, and steel 0.729207. At 8 m/s air velocity, the fin efficiency with a variety of material types are copper fin 0.981646, aluminum 0.980344, and steel 0.96917. 17,656, and steel 13,59244. At 1 m/s air velocity, fin effectiveness a variety of material types are copper fin 18.076, aluminum 17.656, and steel 13.59244. At 8 m/s air velocity, fin effectiveness with a variety of material types are copper fin 18.297, aluminum 18.27364, and steel 18.06536. The value of effectiveness and efficiency will increase along with increasing air velocity and conductivity value of the fin material. Keywords: Fin Material, Efficiency, Effectiveness

Item Type: Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords: Material Fin, Efficiency, Effectiveness, Fin Material
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User: NUR ALFA FADHILATURROHMAH
Date Deposited: 22 Aug 2020 03:01
Last Modified: 22 Aug 2020 03:01
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/79052

Actions (login required)

View Item View Item