2
elektronik, air conditioner, mesin-mesin pendingin, menara pendingin motor bakar, komputer, evaporator, kondensor, maupun radiator.
Sirip merupakan piranti yang berfungsi sebagai sistem pendingin pada suatu mesin. Prinsip penggunaan sirip ini adalah memperluas permukaan bidang untuk
melepas kalor. Adanya banyak celah-celah pada mesin akan membuat semakin luasnya permukaan yang melepas kalor ke udarafluida pendingin dan kalor yang
dihasilkan oleh kerja mesin akan semakin cepat terbuang ke lingkungan sehingga mesin menjadi cepat dingin.
Penelitian mengenai sirip hingga saat ini belum banyak dilakukan dikarenakan sarana untuk menghitung distribusi suhu sirip secara akurat dan dalam
waktu yang singkat masih terbatas. Sumber referensi mengenai rumus-rumus maupun cara memperoleh efisiensi dan efektivitas juga masih terbatas pada bentuk-
bentuk sirip yang sederhana. Berdasarkan persoalan di atas, penulis berkeinginan untuk melakukan
penelitian terkait dengan perhitungan laju aliran panas, efisiensi dan efektivitas dengan metode komputasi. Adapun beberapa variasi yang akan dicari, yaitu 1
panjang sisi dua dasar penampang sirip, 2 sudut kemiringan sirip, dan 3 jenis material bahan yang bentuknya belum ada dalam buku-buku maupun literatur, yaitu
sirip dengan bentuk penampang kapsul yang luasnya berubah terhadap posisi dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi.
1.2 Rumusan Masalah
Perhitungan efisiensi dan efektivitas untuk sirip dengan luas penampang yang tidak tetap atau berubah terhadap posisi sulit untuk ditentukan. Hal ini dikarenakan
3
terbatasnya referensi yang menyediakan sirip dengan luas penampang yang tidak tetap. Untuk bentuk sirip dengan luas penampang tetap, dapat dibantu dengan
grafik-grafik yang ada di buku-buku referensi. Bagaimanakah menghitung efisiensi dan efektivitas sirip berpenampang kapsul yang luasnya berubah terhadap posisi,
pada kasus satu dimensi keadaan tak tunak dengan metode komputasi?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah: a.
Mengetahui pengaruh panjang sisi dua dasar penampang sirip terhadap distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip untuk kasus 1
dimensi, keadaan tak tunak dengan luas penampang berbentuk kapsul yang berubah terhadap posisi.
b. Mengetahui pengaruh sudut kemiringan sirip terhadap distribusi suhu, laju
aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip untuk kasus 1 dimensi, keadaan tak tunak dengan luas penampang berbentuk kapsul yang berubah terhadap posisi.
c. Mengetahui pengaruh jenis material bahan sirip terhadap distribusi suhu, laju
aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip untuk kasus 1 dimensi, keadaan tak tunak dengan luas penampang berbentuk kapsul yang berubah terhadap posisi.
d. Mengetahui perbandingan efisiensi terhadap ξ untuk sirip kasus 1 dimensi, pada
saat keadaan tunak, dengan luas penampang berbentuk kapsul yang berubah terhadap posisi.
4
1.4 Batasan Masalah
Sirip dengan penampang berbentuk kapsul yang luasnya berubah terhadap posisi memiliki kondisi awal berupa suhu yang seragam di setiap node atau titiknya,
sama dengan suhu pada dasar sirip, yang ditetapkan memiliki suhu sebesar T
b
. Sirip dengan penampang berbentuk kapsul yang luasnya berubah terhadap posisi dengan
nilai konduktivitas termal k ini dikondisikan pada lingkungan yang baru yang memiliki suhu fluida
T
∞
dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h dan dalam keadaan tak tunak unsteady state atau suhunya selalu berubah dari waktu
ke waktu. Suhu fluida dan koefisien perpindahan kalor diasumsikan memiliki nilai yang tetap dari waktu ke waktu. Masalah yang akan dipecahkan dalam penelitian
ini adalah distribusi suhu pada sirip, jumlah kalor yang dilepas oleh sirip, efisiensi sirip, dan efektivitas sirip dari waktu ke waktu untuk variasi-variasi sirip yaitu 1
panjang sisi dua dasar penampang sirip, 2 sudut kemiringan sirip, dan 3 jenis material bahan dari sirip serta mengetahui perbandingan efisiensi terhadap ξ untuk
sirip kasus 1 dimensi, pada saat keadaan tunak, dengan luas penampang berbentuk kapsul yang berubah terhadap posisi.
1.4.1 Benda Uji
Geometri dari benda uji berupa sirip dengan penampang berbentuk kapsul
yang luasnya berubah terhadap posisi disajikan dalam Gambar 1.1.
5
Gambar 1.1 Geometri Benda Uji Keterangan Gambar 1.1 :
T
b
= suhu dasar sirip, °C �
∞
= suhu fluida, °C
L = panjang sirip, m
α = sudut kemiringan sirip
S1 = panjang sisi satu dasar sirip, m
S2 = panjang sisi dua dasar sirip, m
1.4.2 Model Matematik
Model matematik digunakan untuk mendapatkan distribusi suhu pada keadaan tak tunak di setiap volume kontrol pada sirip, dinyatakan dengan
persamaan 1.1.
α
x �
∞
, h PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
t t
x T
dx dV
A T
t x
T dx
dA k
h A
x t
x T
dx dA
A x
t x
T
cd cv
cd cd
cd
, 1
1 ,
1 ,
1 ,
2 2
........................................................................................................................1.1
1.4.3 Kondisi Awal
Kondisi awal sirip memiliki suhu yang seragam dan merata sebesar T = T
i
dan memiliki persamaan kondisi awal seperti Persamaan 1.2.
T x,t = T x,0 = T
i
; untuk 0 x L, t = 0..........................................1.2
1.4.4 Kondisi Batas
Penelitian ini memiliki dua kondisi batas, yaitu kondisi batas pada dasar sirip dan kondisi batas pada ujung sirip yang dinyatakan pada Persamaan 1.3 dan 1.4.
Kondisi Batas Dasar Sirip Tx,t = T0,t = T
b
; x = 0 , t 0 .............................................................1.3
Kondisi Batas Ujung Sirip
, ;
, ,
, ,
t L
x t
t x
T cV
x t
x T
kA t
x T
T hA
t x
T T
hA
i s
s
........................................................................................................................1.4 Keterangan dari Persamaan 1.1 hingga 1.4 :
Tx,t = suhu sirip pada posisi x, pada waktu t, °C T
i
= suhu awal sirip, °C T
∞
= suhu fluida, °C PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
T
b
= suhu dasar sirip, °C A
s
= luas selimut sirip , m
2
A
s i
= luas selimut volume kontrol sirip pada posisi i, m
2
A
cd
= luas penampang sirip , m
2
ρ = massa jenis sirip, kgm
3
c = kalor jenis sirip, Jkg°
t = waktu, detik
x = posisi node yang ditinjau dari dasar sirip, m
k = konduktivitas termal sirip, Wm°C
h = koefisien perpindahan kalor konveksi sirip, Wm
2
°C L
= panjang total sirip, m
dx dA
cv
= perubahan luas permuakaan sirip terhadap perubahan x
dx dV
=
perubahan volume terhadap perubahan x
1.4.5 Asumsi
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a.
Temperatur fluida dan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h di sekitar sirip diasumsikan seragam dan tidak berubah terhadap waktu.
b. Tidak terjadi perubahan bentuk sirip tidak mengalami penyusutan ataupun
mengalami pembesaran. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
c. Sifat material sirip diasumsikan seragam atau homogen massa jenis ρ,
konduktivitas termal bahan k, dan kalor jenis c dan tidak berubah terhadap waktu.
d. Tidak ada pembangkitan energi dari dalam sirip.
e. Kondisi sirip dalam keadaan tak tunak.
f. Perpindahan kalor konduksi di dalam sirip terjadi hanya dalam satu arah, arah
sumbu x. g.
Penelitian yang dilakukan hanya terbatas dengan menggunakan metode numerik dan tidak dilakukan dengan metode analitis dan eksperimen
dikarenakan adanya keterbatasan sarana dan keterbatasan waktu.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah: a.
Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi penulis maupun pihak lain yang ingin meneliti dengan lebih dalam mengenai proses atau cara
mengetahui efektifitas dan efisiensi pada suatu sirip dengan bentuk yang kompleks .
b. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk menambah kasanah kepustakaan di
perpustakaan. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Perpindahan Panas
Panas merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu sistem ke sistem yang lain karena adanya perbedaan temperatur. Perpindahan panas
adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara sistem fisik atau material. Ilmu tentang
perpindahan panas tidak hanya menjelaskan mengenai bagaimana energi panas dapat berpindah dari satu material ke material lain, tetapi juga dapat memperkirakan
laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ilmu perpindahan panas juga erat kaitannya dengan hukum termodinamika hanya saja
yang membedakan antara ilmu perpindahan kalor dan ilmu termodinamika adalah masalah
laju perpindahan.
Termodinamika membahas
sistem dalam
kesetimbangan, ilmu ini dapat digunakan untuk memprediksi energi yang dibutuhkan untuk mengubah sistem dari suatu keadaan setimbang ke keadaan
setimbang yang lain, tetapi tidak dapat mengetahui seberapa cepat atau kecepatan perpindahan panas yang terjadi. Hal ini dikarenakan perpindahan panas yang terjadi
berlangsung pada keadaan sistem yang tidak setimbang. Jenis-jenis perpindahan panas antara lain adalah perpindahan panas secara konduksi, perpindahan panas
secara konveksi, dan perpindahan panas secara radiasi. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
