Perpindahan kalor keadaan tak tunak pada produksi partition plate - USD Repository

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PERPINDAHAN KALOR KEADAAN TAK TUNAK PADA PRODUKSI PARTITION PLATE TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh:

  SOEHARTANTO NIM : 095214068 Kepada

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

HEAT TRANSFER

  IN UNSTEADY STATES OF A PARTITION PLATE PRODUCTION FINAL PROJECT Presented As Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain Sarjana Teknik Degree

  Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department By:

  SOEHARTANTO Student Number : 095214068 To

SCIENCE AND ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2011

TUGAS AKHIR PERPINDAHAN KALOR KEADAAN TAK TUNAK PADA PRODUKSI PARTITION PLATE

  Disusun oleh: SOEHARTANTO NIM: 095214068 Telah disetujui oleh:

  Pembimbing 1

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. Tanggal, 04 Pebruari 2011

HALAMAN PERSETUJUAN PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

TUGAS AKHIR PERPINDAHAN KALOR KEADAAN TAK TUNAK PADA PRODUKSI PARTITION PLATE Dipersiapkan dan ditulis oleh: SOEHARTANTO

  NIM: 095214068 Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 17 Pebruari 2011 dan dinyatakan memenuhi syarat

  Susunan Panitia Penguji: Ketua : Ir. Fransciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T.

  Sekretaris : Budi Sugiharto, S.T., M.T.

  Anggota : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T.

  Yogyakarta, 24 Pebruari 2011 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Dekan (Yosef Agung Cahyanta, ST., M.T.) HALAMAN PENGESAHAN PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 02 Pebruari 2011 Penulis Soehartanto PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : SOEHARTANTO

  Nomor Mahasiswa : 095214068

Demi kepentingan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

PERPINDAHAN KALOR KEADAAN TAK TUNAK PADA PRODUKSI

PARTITION PLATE

  

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan

data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau

media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya

maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya

sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 02 Pebruari 2011 Yang menyatakan ( Soehartanto )

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRAK

Partition plate merupakan salah satu part dari produk register box yang

berbentuk pelat (sheet metal) yang berfungsi sebagai pembatas data file/arsip.

  

Proses pemanasan partition plate dilakukan secara massal dalam suatu

ruangan/oven dengan suhu tertentu dan dalam waktu yang tertentu pula.

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui distribusi suhu dan laju

perpindahan kalor keadaan tak tunak pada produksi partition plate dengan (1)

variasi jenis material dan (2) variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h.

  Penelitian dilakukan pada produk partition plate yang mempunyai dimensi luar, panjang 150 mm, lebar 72 mm dan tebal 1 mm. Material dari logam

dengan suhu awal sama dan merata sebesar Ti, diambil Ti=30 °C, kemudian

dikondisikan pada lingkungan baru dengan suhu fluida sebesar T =150 °C.

  ∞

  

Penelitian dilakukan dengan (1) memvariasikan jenis logam yaitu Besi murni,

Tembaga murni, Kuningan (70%Cu, 30%Zn), Perak murni dan Aluminium murni

  2

  

pada nilai h tertentu, h=100 W/m .°C. (2) memvariasikan nilai perpindahan kalor

  2

  konveksi h, dengan nilai h berturut-turut sebesar 100, 150, 200, 250, 300 W/m .°C

pada material besi. Penelitian dilakukan secara simulasi numerik, dengan metode

beda hingga cara eksplisit dan dianalisis dalam kasus 2 dimensi Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) Jenis material berpengaruh terhadap distribusi suhu dan laju aliran kalor. Pada pemanasan selama t=30 detik,

diperoleh: (a) Suhu untuk material Aluminium murni=140,81 °C; Perak

murni=140,34 °C; Kuningan (70%Cu, 30%Zn)=132,39 °C; Tembaga

murni=130,35 °C dan Besi murni=129,26 °C (b) Nilai laju aliran kalor

Aluminium murni=15,834 W; Perak murni=16,571 W; Kuningan (70%Cu,

30%Zn)=30,475 W; Tembaga murni=33,728 W dan Besi murni=36,002 W.

Aluminium murni memiliki suhu yang paling tinggi dan nilai laju aliran kalor

yang paling rendah, ini menunjukkan bahwa material jenis Aluminium memiliki

nilai m.cp yang paling kecil (kemampuan menyimpan panas) sehingga waktu yang

dibutuhkan untuk mencapai keadaan tunak lebih cepat dibandingkan dengan

keempat jenis material lainnya. (2) Variasi h pada pemanasan selama t=30 detik,

diperoleh (a) suhu pada masing-masing h (W/m².°C) yaitu: h=100 Æ 129,26 °C; h=150 Æ 141,47 °C; h=200 Æ 146,52 °C; h=250 Æ 148,59 °C dan h=300 Æ 149,43 °C. (b) pada t=5 detik nilai laju aliran kalor untuk masing-masing h

(W/m².°C) yaitu: h=100 Æ 152,59 W; h=150 Æ 197 W; h=200 Æ 225,8 W;

h=250 Æ 242,31 W; dan h=300 Æ 249,29 W. Ini berarti bahwa semakin besar

nilai koefisien perpindahan panas konveksi h, suhu pada benda akan semakin

besar dan kalor yang dialirkan juga semakin besar, sehingga waktu yang

dibutuhkan untuk mencapai keadaan tunak menjadi lebih cepat.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena

atas rahmat, petunjuk dan kemudahan dari-Nya penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu

syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Sains dan Teknologi

Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  Dengan berbekal ilmu yang didapat selama mengikuti kuliah teori selama

3 semester, beberapa buku referensi serta bimbingan dari dosen terkait, penulis

akhirnya berhasil menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini penulis

ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: a. Kedua orang tua penulis yang senantiasa memberikan dukungan dan doa kepada penulis. Semoga rahmat Allah SWT senantiasa tercurah untuk beliau berdua.

  b. Istriku tercinta, yang senantiasa memberikan motivasi, dukungan dan bantuan dalam penyusunan Tugas Akhir.

  c. Saudara-saudara penulis tercinta yang senantiasa memberikan doa dan dukungannya meski dari jarak jauh.

  

d. Romo Andreas Sugijopranoto, S.J., selaku Direktur ATMI Surakarta.

  e. Romo Clay Pareira, S.J., selaku Pudir ATMI Surakarta.

  f. Bapak Ir. PK. Purwadi , M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

  g. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

h. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

i. Segenap dosen pengajar, staf dan karyawan pada Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

  j. Teman-teman ATMI seperjuangan yang selalu kompak dalam kegiatan perkuliahan. k. Teman-teman di ATMI yang senantiasa memberikan bantuan dan

dukungan untuk kelancaran dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

l. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

  Penyusun menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak

kekurangannya, oleh karena itu saran dan masukan yang bersifat membangun

demi kesempurnaan karya ini sangat penulis harapkan.

  Akhirnya penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat baik bagi

penulis sendiri maupun bagi para pembaca, dan semoga pula apa yang tertulis

dalam Tugas Akhir ini dapat memberikan sedikit sumbangan ilmu pengetahuan

kepada semua pihak yang membacanya.

  Yogyakarta, 17 Januari 2011 Penulis Soehartanto

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i  

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................. i  

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii  

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................ iii  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .............................................................. iv  

ABSTRAK ............................................................................................................... v  

KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi

   

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii  

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii  

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv  

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi  

DAFTAR NOTASI/LAMBANG ....................................................................... xviii  

  

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1  

  1.1  

  Latar Belakang ................................................................................................ 1  

  

1.1   Tujuan ............................................................................................................. 3  

1.2   Manfaat ........................................................................................................... 3  

1.3   Batasan Masalah ............................................................................................. 4  

1.3.1   Bentuk Geometri Benda ............................................................................. 4  

  

1.3.2   Kondisi Awal ............................................................................................. 5  

1.3.3   Kondisi Batas ............................................................................................. 5  

1.3.4   Asumsi ....................................................................................................... 5  

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

BAB II DASAR TEORI .......................................................................................... 6  

2.1   Pendahuluan .................................................................................................... 6  

2.2   Perpindahan Kalor Konduksi .......................................................................... 7  

2.2.1   Definisi Umum ........................................................................................... 7  

  2.2.2  

  Konduktivitas Termal Bahan ..................................................................... 8  

  2.2.3   Difusivitas Termal ..................................................................................... 9  

2.3   Perpindahan Kalor Konveksi ........................................................................ 10  

2.3.1   Definisi Umum ......................................................................................... 10   2.3.2   Konveksi Bebas ....................................................................................... 12  

  2.3.3  

  Konveksi Paksa ........................................................................................ 15  

  

BAB III PERSAMAAN DISKRIT ........................................................................ 19  

3.1   Kesetimbangan Energi .................................................................................. 19  

3.2   Persamaan Suhu di Setiap Node pada Partition Plate ................................. 20  

3.2.1   Persamaan Suhu di Sudut (Luar-Dalam) ................................................. 22  

  3.2.2   Persamaan Suhu di Tepi (Atas-Bawah) ................................................... 25   3.2.3   Persamaan Suhu di Sisi Samping (Kanan-Kiri) ....................................... 28   3.2.4   Persamaan Suhu di Tengah ...................................................................... 31   3.2.5   Persamaan Suhu di Sudut Dalam ............................................................ 34   3.2.6   Persamaan Suhu di Lubang Lingkaran .................................................... 37  

3.3   Perhitungan Laju Aliran Kalor ..................................................................... 40  

  

BAB IV METODE PENELITIAN ........................................................................ 42  

4.1   Benda Uji ...................................................................................................... 42  

  4.2  

  Peralatan Pendukung .................................................................................... 43  

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

4.3   Metode Yang Dipakai ................................................................................... 43  

4.4   Variasi Yang Digunakan .............................................................................. 44  

4.5   Cara Pengambilan Data ................................................................................ 45  

4.6   Cara Pengolahan Data .................................................................................. 46  

BAB V HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ................................... 47

   

5.1   Hasil Perhitungan ......................................................................................... 47  

5.2   Distribusi Suhu pada Partition Plate dengan Variasi Jenis Material ........... 47  

  

5.2.1   Distribusi Suhu Material Besi murni, h=100 W/m².°C ............................ 48  

5.2.2   Distribusi Suhu Material Tembaga murni, h=100 W/m².°C ................... 49  

5.2.3   Distribusi Suhu Material Kuningan (70%Cu, 30%Zn), h=100 W/m².°C 51  

5.2.4   Distribusi Suhu Material Perak murni, h=100 W/m².°C .......................... 53  

5.2.5   Distribusi Suhu Material Aluminium murni, h=100 W/m².°C ................ 55  

5.3   Laju Perpindahan Kalor pada Partition Plate dengan Variasi Jenis Material57  

5.3.1   Laju Aliran Kalor Material Besi murni, h=100 W/m².°C ........................ 57  

5.3.2   Laju Aliran Kalor Material Tembaga murni, h=100 W/m².°C ................ 58  

5.3.3   Laju Aliran Kalor Material Kuningan ( 70% Cu, 30% Zn ), h=100W/m².°C ......................................................................................... 59  

  

5.3.4   Laju Aliran Kalor Material Perak murni, h=100W/m².°C ....................... 60  

5.3.5   Laju Aliran Kalor Material Aluminium murni, h=100W/m².°C .............. 61  

  5.4  

  Distribusi Suhu pada Partition Plate Material Besi murni dengan Variasi Nilai h ........................................................................................................... 62  

5.4.1   Distribusi Suhu Material Besi, h=100 W/m².°C ...................................... 62  

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5.4.2   Distribusi Suhu Material Besi, h=150 W/m².°C ...................................... 63   5.4.3   Distribusi Suhu Material Besi, h=200 W/m².°C ...................................... 65   5.4.4   Distribusi Suhu Material Besi, h=250 W/m².°C ...................................... 66   5.4.5   Distribusi Suhu Material Besi, h=300 W/m².°C ...................................... 68  

  

5.5   Laju Perpindahan Kalor pada Partition Plate Material Besi murni dengan

Variasi nilai h ................................................................................................ 69   5.5.1   Laju Aliran Kalor Material Besi, h=100 W/m².°C ................................... 70   5.5.2   Laju Aliran Kalor Material Besi, h=150 W/m².°C ................................... 71   5.5.3   Laju Aliran Kalor Material Besi, h=200 W/m².°C ................................... 72   5.5.4   Laju Aliran Kalor Material Besi, h=250 W/m².°C ................................... 73   5.5.5   Laju Aliran Kalor Material Besi, h=300 W/m².°C ................................... 74  

5.6   Pembahasan Hasil Perhitungan .................................................................... 75  

  5.6.1  

  Distribusi Suhu dari Waktu ke Waktu pada Variasi Jenis Material ......... 75  

  5.6.2   Laju Aliran Kalor dari Waktu ke Waktu pada Variasi Jenis Material ..... 78   5.6.3   Distribusi Suhu dari Waktu ke Waktu pada Variasi Nilai h ................... 81   5.6.4   Laju Aliran Kalor dari Waktu ke Waktu pada Variasi Nilai h ................ 83  

  

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 85  

6.1   Kesimpulan ................................................................................................... 85  

6.2   Saran ............................................................................................................. 87  

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 88  

LAMPIRAN - LAMPIRAN ................................................................................... 89

    PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 - 1 Partition Plate pada Register Box ..................................................... 2  

Gambar 1 - 2 Partition Plate .................................................................................... 4

Gambar 2 - 1 Perpindahan kalor konduksi pada sebuah dinding ............................ 7  

Gambar 2 - 2 Perpindahan kalor konveksi dari suatu balok panas ....................... 11

   

Gambar 2 - 3 Konveksi Bebas .............................................................................. 12  

Gambar 2 - 4 Konveksi paksa ............................................................................... 15  

Gambar 2 - 5 Lapis batas pada permukaan pelat rata pada beberapa rejim aliran (laminar, transisi dan turbulen) .......................................................... 16

Gambar 3 - 1 Kesetimbangan energi dalam volume kontrol ................................ 20

   

Gambar 3 - 2 Posisi node pada benda ................................................................... 21  

Gambar 3 - 3 Kesetimbangan energi pada node 1 ................................................ 22  

Gambar 3 - 4 Kesetimbangan energi pada node 2 ................................................ 25  

Gambar 3 - 5 Kesetimbangan energi pada node 27 .............................................. 28  

Gambar 3 - 6 Kesetimbangan energi pada node 28 .............................................. 31  

Gambar 3 - 7 Kesetimbangan energi pada node 55 .............................................. 34  

Gambar 3 - 8 Kesetimbangan energi pada node 190 ............................................ 37

Gambar 4 - 1 Geometri benda uji .......................................................................... 42

Gambar 5 - 1 Posisi node pada benda uji .............................................................. 47  

Gambar 5 - 2 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C ............ 49   Gambar 5 - 3 Distribusi suhu tembaga dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C .... 50   Gambar 5 - 4 Distribusi suhu kuningan dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C ... 52   Gambar 5 - 5 Distribusi suhu perak dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C ......... 54   PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Gambar 5 - 6 Distribusi suhu aluminium dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C . 56  

Gambar 5 - 7 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C ......... 57   Gambar 5 - 8 Laju aliran kalor tembaga dari waktu ke waktu, h=100 W/m

  2 . o

  C .. 58  

Gambar 5 - 9 Laju aliran kalor kuningan dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C . 59  

Gambar 5 - 10 Laju aliran kalor perak dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C ..... 60

   

Gambar 5 - 11 Laju aliran kalor aluminium dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C

............................................................................................................ 61  

Gambar 5 - 12 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C ......... 63  

Gambar 5 - 13 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=150 W/m².°C ......... 64  

Gambar 5 - 14 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=200 W/m².°C ......... 66

   

Gambar 5 - 15 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=250 W/m².°C ......... 67  

Gambar 5 - 16 Distribusi suhu besi dari waktu ke waktu, h=300 W/m².°C ......... 69  

Gambar 5 - 17 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=100 W/m².°C ....... 70  

Gambar 5 - 18 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=150 W/m².°C ....... 71  

Gambar 5 - 19 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=200 W/m².°C ....... 72  

Gambar 5 - 20 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=250 W/m².°C ....... 73  

Gambar 5 - 21 Laju aliran kalor besi dari waktu ke waktu, h=300 W/m².°C ....... 74  

Gambar 5 - 22 Distribusi suhu dari waktu ke waktu pada beberapa jenis material

  ............................................................................................................ 76  

Gambar 5 - 23 Laju aliran kalor dari waktu ke waktu pada beberapa jenis material

............................................................................................................ 79  

Gambar 5 - 24 Distribusi suhu dari waktu ke waktu pada variasi nilai h ............. 82  

  

Gambar 5 - 25 Laju aliran kalor dari waktu ke waktu pada variasi nilai h ........... 84

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2 - 1 Konduktivitas termal beberapa bahan pada suhu ruang ....................... 9  

Tabel 2 - 2 Difusivitas termal beberapa material pada suhu ruang ....................... 10  

Tabel 2 - 3 Nilai h pada beberapa tipe konveksi ................................................... 11  

Tabel 2 - 4 Nilai rata-rata bilangan Nusselt di permukaan dinding pada konveksi bebas ................................................................................................... 14   Tabel 2 - 5 Nilai rata-rata bilangan Nusselt pada beberapa penampang dengan aliran melintang pada konveksi paksa ................................................ 18

Tabel 4 - 2 Nilai koefisien perpindahan panas kalor konveksi (h) ....................... 44  

  C ........ 53   Tabel 5 - 5 Hasil perhitungan suhu material alumunium murni, h=100 W/m

  C .... 58  

Tabel 5 - 8 Hasil perhitungan kalor material kuningan, h=100 W/m².°C ............. 59  

Tabel 5 - 9 Hasil perhitungan kalor material perak murni, h=100 W/m².°C ........ 60  

Tabel 5 - 10 Hasil perhitungan kalor material aluminium murni, h=100 W/m².°C

  2 . o

  C ........... 57   Tabel 5 - 7 Hasil perhitungan kalor material tembaga murni, h=100 W/m

  2 . o

  C 55   Tabel 5 - 6 Hasil perhitungan kalor material besi murni, h=100 W/m

  2 . o

  2 . o

  Tabel 4 - 1 Nilai (k) dan ( α) untuk variasi jenis material ...................................... 44

  C .............. 51   Tabel 5 - 4 Hasil perhitungan suhu material perak murni, h=100 W/m

  2 . o

  C .... 49   Tabel 5 - 3 Hasil perhitungan suhu material kuningan, h=100 W/m

  2 . o

  C ........... 48   Tabel 5 - 2 Hasil perhitungan suhu material tembaga murni, h=100 W/m

  2 . o

   

Tabel 4 - 3 Distribusi suhu dari waktu ke waktu .................................................. 45  

Tabel 4 - 4 Laju aliran kalor dari waktu ke waktu ................................................ 45

Tabel 5 - 1 Hasil Perhitungan suhu material besi murni, h=100 W/m

  ............................................................................................................ 61   PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Tabel 5 - 11 Hasil perhitungan suhu material besi, h=100 W/m².°C .................... 62  

Tabel 5 - 12 Hasil perhitungan suhu material besi, h=150 W/m².°C .................... 63  

Tabel 5 - 13 Hasil perhitungan suhu material besi, h=200 W/m².°C .................... 65  

Tabel 5 - 14 Hasil perhitungan suhu material besi, h=250 W/m².°C .................... 66  

Tabel 5 - 15 Hasil perhitungan suhu material besi, h=300 W/m².°C .................... 68

   

Tabel 5 - 16 Hasil perhitungan kalor material besi, h=100 W/m².°C ................... 70  

Tabel 5 - 17 Hasil perhitungan kalor material besi, h=150 W/m².°C ................... 71  

Tabel 5 - 18 Hasil perhitungan kalor material besi, h=200 W/m².°C ................... 72  

Tabel 5 - 19 Hasil perhitungan kalor material besi, h=250 W/m².°C ................... 73  

Tabel 5 - 20 Hasil perhitungan kalor material besi, h=300 W/m².°C ................... 74

   

Tabel 5 - 21 Suhu node tengah dengan variasi jenis material pada t=30 detik ..... 75  

Tabel 5 - 22 Laju aliran kalor dari waktu ke waktu pada variasi jenis material ... 78  

Tabel 5 - 23 Suhu node tengah dengan variasi nilai h pada t=30 detik ................ 81  

Tabel 5 - 24 Laju aliran kalor dari waktu ke waktu dengan variasi nilai h ........... 83  

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A 1 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Besi

  2 °

  murni, h=100 W/m . C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C ............................................................................................................ 90  

Lampiran A 2 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Tembaga

  2 °

  murni, h=100 W/m . C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C ............................................................................................................ 95  

Lampiran A 3 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Kuningan

  2

  (70% Cu, 30% Zn), h=100 W/m .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu  

  Fluida Tf=150 °C .............................................................................. 101 Lampiran A 4 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Perak

  2

  murni, h=100 W/m .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C .......................................................................................................... 107   Lampiran A 5 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material

  2 Aluminium murni, h=100 W/m .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu

    Fluida Tf=150 °C .............................................................................. 114 Lampiran A 6 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Besi

  2

  murni, h=150 W/m .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C .......................................................................................................... 120   Lampiran A 7 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Besi

  2

  murni, h=200 W/m .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C .......................................................................................................... 125  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Lampiran A 8 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Besi murni, h=250 W/m

  2

  .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C .......................................................................................................... 130   Lampiran A 9 Tabel Suhu Node Tengah dari Waktu ke Waktu Material Besi murni, h=300 W/m

  2

  .°C Suhu Awal Ti=30 °C ; Suhu Fluida Tf=150 °C .......................................................................................................... 135  

Lampiran A 10 Tabel Nilai Sifat-sifat Logam .................................................... 140  

Lampiran A 11 Sifat-sifat Udara pada Tekanan Atmosfer ................................. 143  

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR NOTASI/LAMBANG

  q : laju perpindahan kalor (watt) t : waktu (detik) T f : suhu film (K) T s : suhu permukaan plat (K) T

  

/s)

∆t  : selisih waktu (detik) ∆x  : jarak antar node pada arah horizontal (m) ∆y  : jarak antar node pada arah vertikal (m)

  2

  ) x : posisi sepanjang sumbu horizontal dari titik 0,0 (m) α : difusivitas termal (m

  3

  , : suhu pada posisi i,j dan pada iterasi ke n+1 (°C) V : volume benda/kontrol volume (m

  , : suhu pada posisi i,j dan pada iterasi ke n (°C)

  : suhu fluida (°C) Ti : suhu inlet/suhu benda (°C) i,j : posisi node pada penyelesaian numerik

  ∞

  A : luas permukaan benda tegak lurus arah perpindahan kalor (m²) Bi : bilangan Biot = h.L/k c : kalor spesifik pada tekanan konstan (J/kg.°C) ρ : massa jenis (kg/m

  3

  

∆t)/(∆x)

  

: koefisien temperatur konduktivitas termal (1/°C)

δ : panjang karakteristik, untuk dinding vertikal δ=L (m) Fo : angka Fourier = (k.

  ) Gr : bilangan Grashof Ra : bilangan Reyleigh β

  2

  /s) g : gravitasi (m/s

  2

  : viskositas kinematik (m

  : kecepatan fluida (m/s) µ : viskositas dinamik (kg/m.s) C : konstanta ν

  ∞

  ) k : konduktivitas termal (W/m°.C) h : koefisien perpindahan panas konveksi (W/m².°C) L : panjang dinding (m)

k f : koefisien perpindahan panas konduksi fluida (W/m².°C)

Nu : bilangan Nusselt Pr : bilangan Prandtl Re : bilangan Reynold U

  2

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Sejarah perkembangan kehidupan manusia selalu diikuti dengan

perkembangan teknologi yang semakin lama semakin pesat. Perkembangan

teknologi tersebut salah satunya dipicu oleh tuntutan kebutuhan industri untuk

dapat berproduksi lebih cepat, efektif dan ekonomis.

  Dalam dunia industri, baik di lingkungan industri mesin/alat-alat berat,

industri makanan, industri kesehatan, industri otomotif dan lingkup industri yang

lain, banyak sekali ditemukan peralatan-peralatan yang bekerja dengan

berdasarkan pada prinsip perpindahan kalor. Peralatan-peralatan seperti mesin

injeksi plastik, tungku pelebur logam, sistem pemanas dan pendingin ruangan,

pemanas air, incubator, microwave, refrigerator, radiator, peralatan heat

exchanger, komputer, AC, dll, semuanya menggunakan prinsip ilmu perpindahan

kalor. Secara teoritis ilmu perpindahan kalor (heat transfer) adalah ilmu untuk

meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di

antara benda atau material (J.P. Holman).

  Demikian juga dalam industri pengerjaan sheet metal, ada beberapa

proses dalam produksi yang memanfaatkan mesin kalor seperti oven. Mesin oven

ini pada umumnya digunakan untuk proses pengeringan dan preheating sebelum

produk di cat. Dengan ilmu perpindahan kalor dapat dijelaskan bagaimana energi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

panas itu berpindah dari satu benda/fluida ke benda/fluida yang lain dan juga

dapat digambarkan laju perpindahan kalor yang terjadi dari waktu ke waktu.

  Salah satu pijakan yang dipakai penulis dalam menyusun tugas akhir ini

adalah: Laju perpindahan kalor pada benda padat komposit dua dimensi keadaan

tak tunak (Yanto, 2006) . Penelitiannya bertujuan untuk mengetahui pengaruh

perubahan nilai h terhadap pola distribusi suhu dan besar perpindahan kalor dari

waktu ke waktu pada benda padat komposit 2 dimensi dengan menggunakan

Metode Beda Hingga.

  Sample yang diambil penulis untuk penelitian ini adalah produk partition

plate. Partition plate merupakan salah satu part dari produk register box yang

berbentuk pelat (sheet metal). Dalam skala ukuran yang lebih besar, partition

plate digunakan dalam produk filing cabinet. Partition plate ini berfungsi sebagai

pembatas data file atau arsip dalam sistem penyimpanan administrasi baik di

lingkungan perkantoran maupun industri. Proses pemanasan partition plate

dilakukan secara massal dalam suatu ruangan dengan suhu tertentu dan dalam

waktu yang tertentu pula.

  Gambar 1 - 1 Partition Plate pada Register Box

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Dari penelitian yang dilakukan akan diketahui distribusi suhu dan laju

aliran kalor dari waktu ke waktu ketika terjadi proses pemanasan, sehingga waktu

yang dibutuhkan produk untuk mencapai kondisi suhu yang diinginkan dapat

diketahui. Dengan demikian waktu untuk proses pemanasan dapat ditentukan

secara efesien.

  1.1 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui distribusi suhu dan laju

perpindahan kalor yang terjadi pada produk partition plate ketika mengalami

proses pemanasan dalam keadaan tak tunak dengan (1) variasi jenis material pada

nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h tertentu dan (2) variasi nilai koefisien

perpindahan kalor konveksi h.

  1.2 Manfaat Penelitian ini dilakukan dengan harapan dapat memberikan manfaat, antara lain:

a. Dapat mengerti dan mengetahui cara untuk mendapatkan distribusi suhu dan laju aliran kalor pada produk partition plate pada keadaan tak tunak.

  b. Mendapatkan hasil yang lebih akurat mengenai distribusi suhu yang terjadi pada produk partition plate selama proses pemanasan dalam ruang pemanas. Dengan demikian akan diketahui waktu yang dibutuhkan untuk proses pemanasan pada masing-masing jenis material produk sehingga efisiensi produksi dapat lebih ditingkatkan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  c. Dapat menerapkan teori perhitungan distribusi suhu dan laju aliran kalor secara komputasi dengan metode numerik beda hingga cara eksplisit untuk produk-produk sejenis.

  d. Dapat digunakan sebagai referensi untuk penelitian lebih lanjut, khususnya kasus dua dimensi pada produk-produk pelat dengan variasi bentuk yang lain.

1.3 Batasan Masalah

1.3.1 Bentuk Geometri Benda

  Partition plate dengan dimensi L=150mm W=72mm T=1mm (lihat

Gambar 1-2). Semua ukuran benda uji dalam millimeter (mm). Material dari pelat

logam dengan suhu awal yang sama dan merata sebesar Ti (°C), kemudian secara

tiba-tiba dikondisikan pada lingkungan yang baru dengan suhu fluida sebesar T

  ∞

  (°C) dan koefisien perpindahan kalor konveksi h (W/m

  2 .°C).

  T ∞, h T ∞, h

  T ∞, h T ∞, h

  Gambar 1 - 2 Partition Plate

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Persoalan yang harus diselesaikan adalah distribusi suhu dan laju aliran

kalor dari waktu ke waktu pada produk partiton plate dengan (1) variasi jenis

material dengan nilai h tertentu dan (2) variasi nilai h untuk satu jenis material

tertentu.

  1.3.2 Kondisi Awal Produk mempunyai suhu yang seragam pada kondisi awal, yakni sebesar Ti (°C).

  1.3.3 Kondisi Batas Seluruh permukaan produk bersentuhan dengan fluida.

  1.3.4 Asumsi Asumsi yang digunakan untuk penelitian di atas adalah:

  a. Sifat-sifat fisis bahan yaitu massa jenis ( ρ), kalor jenis (c) dan kondutivitas termal (k) seragam dan tetap.

  b. Produk tidak mengalami perubahan bentuk selama proses pemanasan berlangsung.

  c. Perpindahan panas konduksi yang terjadi dalam produk berlangsung dalam 2 arah, yaitu arah x dan y.

  d. Tidak terdapat pembangkitan energi di dalam produk.