BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Simulasi Analisa Suhu Pendingin Dan Aliran Fluida Pada Kotak Pendingin Yang Menggunakan Elemen Pendingin Termoelektrik Dengan Sumberenergi Surya

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Dalam tinjauan pustaka, akan dibahas mengenai termoelektrik sebagai

  alternatif penganti refrigeran, energi surya yang merupakan sumber energi terbarukan, dan dinamika fluida komputasi yang digunakan untuk membantu analisis serta aliran fluida yang mengalir.

2.1 Pendingin Termoelektrik

2.1.1 Sejarah Perkembangan Termoelektrik

  Termoelektrik merupakan alat yang dapat mengubah energi elektrik menjadi energi termal. Konsep termoelektrik pertama sekali diperkenalkan oleh T.J. Seebeck pada tahun 1821. Seebeck menunjukkan bahwa medan magnet dapat diproduksi dengan membuat perbedaan panas

  [3] di antara dua konduktor elektrik yang berbeda .

  Tiga belas tahun setelah penemuan Seeback, J. Peltier menemukan efek termoelektrikyang kedua. Dia menemukan bahwa bagian dari arus listrik yang dilalui oleh dua konduktor elektrikdapat menghasilkan panas dan dingin bergantung pada arah pergerakan elektronnya.

  Pada awalnya, tidak terlihat adanya hubungan antara penemuan

  Seeback dan Peltier .Namun, pada 1855, W. Thomson menemukan

  keterkaitan antara dua penemuan tersebut. Dengan menerapkan teori termodinamika, dia mendapatkan hubungan antara koefisien yang ditetapkan Seebeck dan efek Peltier. Thomson menemukan bahwa perlu adanya teori ketiga dari termoelektrik untuk menunjukkan keterkaitan yang terdapat dalam sebuah konduktor yang homogen. Efek ini dikenal sebagai efek Thomson, yaitu: terdiri dari pemanasan dan pendinginan yangmemiliki kemampuan keterbalikan ketika berlangsungnya pemanasan dan pendinginan dengan aliran arus elektron.

2.1.2 Prinsip Kerja Termoelektrik

  Efek Peltier merupakan dasar dari teknologi pendingin termoelektrik saat ini. Teknologi termoelektrik memanfaatkan efek

  

Seebeck yang memaksa munculnya tegangan yang digunakan untuk

[9]

  menjalankan arus . Modul pendingin termoelektrik tersebut bekerja berdasarkan efek Peltieryang berfungsi apabila arus listrik DC dialirkan ke elemen Peltier yang terdiri dari beberapa pasangan semikonduktor tipe N (semikonduktor dengan tingkat energi lebih tinggi) dan tipe P

  [13] (semikonduktor dengan tingkat energi yang lebih rendah) .

  [21]

Gambar 2.1 Modul Pendingin Termoelektrik

  Gambar diatas menunjukan aliran elektron dari semikonduktor tipe-pmenuju semikonduktor tipe-n. Agar elektron pada tipe-p dapat mengalir, maka elektron akan menyerap kalor yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin, sedangkan pelepasan kalor ke lingkungan terjadi pada sisi panas sehingga elektron pada tipe-n dapat mengalir menuju semikonduktor tipe-p.

  Hasilnya, nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap pada sisi dingin ditambah dengan daya yang

  [10] diberikan ke modul termoelektrik .

  • = ……………………………………………………....... (2.1)

  ℎ

  Keterangan : q = laju perpindahan panas yang dilepaskan pada permukaan panas

  h

  elemen Peltier[Watt] q = laju perpindahan panas yang diserap pada permukaan dingin elemen

  c

  Peltier [Watt] P = daya input [Watt]

  in

  Pada kondisi ideal, jumlah kalor yang diserap pada sisi dingin dan dilepas pada sisi panas bergantung pada koefisien Peltier dan arus listrik yang digunakan. Pada saat dioperasikan, jumlah kalor yang diserap pada sisi dingin akan berkurang dikarenakan oleh dua faktor, yaitu kalor yang terbentuk pada material semikonduktor akibat perbedaan temperatur antara sisi dingin dan sisi panas modul (conducted heat) dan Joule Heat yang nilainya akan sama dengan kuadrat dari arus listrik yang digunakan, sehingga pada kondisi apapun kesetimbangan termal yang terjadi karena efek Peltier pada sisi dingin, akan sama dengan jumlah kalor yang terbentuk pada semikonduktor dijumlahkan dengan 1 ½ Joule heat.

Gambar 2.2 Arah aliran elektron pada modul termoelektrik

  [20]

  Selain ukuran yang relatif kecil, modul termoelektrik memiliki keunggulan lain, yaitu:

  • Modul termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga untukperawatan lebih mudah.
  • Pengujian usia pakai membuktikan bahwa modul termoelektrik bisa digunakan selama kurang lebih 100.000 jam sehingga memiliki ketahanan yang lebih baik.
  • Modul termoelektrik tidak memiliki kandungan chloroflourocarbons (CFC) atau material lainnya sehingga ramah terhadap lingkungan.
  • Modul termoelektrik dapat dioperasikan pada lingkungan yang sensitif karena tidak adanya ketergantungan terhadap posisi peletakan

2.1.3 Efek Peltier

  Pada tahun 1834, pembuat jam dan paruh waktu fisikawanPerancis, Jean Charles Peltier Athanase menemukan bahwa arus listrik menghasilkan pemanasan atau pendinginan di persimpangan dua arah aliran arus, panas dapat dihapus dari persimpangan untuk membekukan air menjadi es, atau dengan membalik arus, panas dapat dihasilkan untuk melelehkan es.Panas yang diserap atau diciptakan di persimpangan sebanding dengan arus listrik.Perbandingan konstan dikenal

  [6] sebagai koefisien Peltier .

  Jika arus DC dialirkan ke sepasang keping yang berbeda, maka sisi yang satu akan menjadi panas, sedangkan di sisi lain akan menjadi dingin tergantung dari kombinasi 2 material. Peltier mencoba merubah arus yang dialirkan dan menemukan tiap rataan pendinginan dan pemanasan pada

  [2] pasangan material yang berbeda .

2.1.4 Peredam Panas (Heat Sink)

  Sistem pendingin termoelektrik yang baik tidak terlepas dari alat pendamping yang bagus yang dikenal dengan peredam panas. Desain dan pemilihan peredam panassangat krusial dan mempengaruhi secara keseluruhan pada sistem kerja termoelektrik dalam mempercepat laju

  [5] pendinginan .

  Peredam panas yang optimal akan meningkatkan koefisien perfomansi dari sistem pendingin termoelektrik. Hal ini dapat dilakukan dengan memaksimalkan luas permukaan atau menggunakan peredam panas yang mempunyai kapasitas penyimpanan kalor yang besar sehingga dapat menjaga peredam panas pada temperatur rendah.

  Peredam panas plat bersirip banyak digunakan untuk meningkatkan pelepasan panas pada komponen mikroelektronik dan komponen elektronik penghasil panas lainnya. Plat bersirip peredam panas berfungsi untuk menurunkan tahanan termal dan temperatur operasi komponen.

  Perpindahan panas yang terjadi pada peredam panasadalah perpindahan panas secara konduksi dan konveksi. Pada proses ini, perpindahan panas konveksi lebih dominan dibanding dengan perpindahan

2.1.5 Efek-Efek Pendinginan Termoelektrik

  Efek pendinginan termoelektrik merupakan gejala termal yang muncul pada suatu termokopel. Ada lima efek yang mempengaruhi atau terjadi pada sistem pendinginan termoelektrik, yaitu efek Seebeck, efek

  [7] , efek konduksi, efek Peltier, dan efek Thomson .

  Joule a.

   Efek Seebeck

  Thomas J. Seebeck merupakan orang pertama yang menemukan fenomena termoelektrik. Apabila dua buah material yang berbeda jenis digabung lalu pada salah satu ujungnya diberi sumber panas maka akan mengalir arus. Koefisien Seebeck (S) disebut juga daya termoelektrik, seperti pada persamaan berikut:

  ………………….………..………...……………...………..... (2.2) = Keterangan:

  [Volt/K] α = koefisien Seebeck

  = potensial termoelektrik terinduksi [Volt] T = temperatur [K] b.

   Efek Joule

  Akibat timbulnya arus listrik dalam rangkaian karena adanya efek

  

Seebeck , maka akan timbul panas. Hal ini sesuai dengan hukum joule pada

  persamaan berikut:

  2

  q j = I .R……………………………………………………………..... (2.3) Keterangan: q j = laju perpindahan panas akibat efek Seebeck [Watt] I = arus [Ampere] R = tahanan [Ohm] c.

   Efek Konduksi

  Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas disebut efek konduktivitas. Besarnya perambatan tersebut dinyatakan dalam persamaan: q kond = U.(T h -T c ) ……...………..……………………………… (2.4) Keterangan: q = laju perpindahan panasakibat efek konduksi [Watt]

  kond

  U = konduktivitas termal [Watt/K] T h = temperatur permukaan panas [K] T c = temperatur permukaan dingin [K] d.

   Efek Peltier

  Pada saat arus mengalir melalui termokopel,temperaturakan berubah dan panas akan diserap pada salah satu permukaan, sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik, maka permukaan yang panas menjadi dingin dan sebaliknya. Gejala ini disebut efek Peltier yang merupakan dasar pendinginan termoelektrik. Dari percobaan diketahui, bahwa perpindahan panas sebanding terhadap arus yang mengalir. Persamaan dari efek Peltier adalah sebagai berikut:

  = ……………………………………………………...……… (2.5) Keterangan:

  = koefisien Peltier [Volt] q = laju perpindahan panas [Watt] I = arus [Ampere] e.

   Efek Thomson

  Pada tahun 1854, seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen mengenai perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan dalam: Keterangan: [Volt/K]

  = koefisien Thomson q = laju perpindahan panas [Watt] I = arus [Ampere] = perbedaan temperatur [K]

2.1.6 Perpindahan Kalor

  Perpindahan kalor atau heat transfer merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Energi yang berpindah ini dinamakan kalor atau panas (heat). Perpindahan kalor ini tidak hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Adapun modus perpindahan kalornya dapat

  [11]

  terjadi dengan tigacara yaitu : a.

   Perpindahan kalor secara konduksi

  Perpindahan kalor secara konduksi terjadi dikarenakan perpindahan energi dari partikel yang memiliki energi lebih tinggi ke partikel yang energinya lebih rendah akibatadanya interaksi antara kedua partikel. Jadi, jika pada suatu benda terdapat gradien, maka akanterjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah sehingga laju perpindahan kalor berbanding dengan gradien suhunya.

  Berdasarkan hukum Fourier, perpindahan kalor secara konduksi dapat dirumuskan sebagai berikut: 1 2

  −

  = …………..…….......……………………………........ (2.7) Keterangan:

  = laju perpindahan kalor [Watt]

  o

  (T -T2)/l = gradien suhu ke arah perpindahankalor [ C/m]

  1 o

  2 A c = luas benda [m ] [1]

Gambar 2.3 Proses Perpindahan Kalor Secara Konduksi b.

   Perpindahan kalor secara konveksi

  Perpindahan kalor secara konveksi terdiri dari 2 mekanisme, yang pertama terjadinya perpindahan energi akibat gerak acak fluida dan yang kedua akibat pergerakan fluida secara makro. Pergerakan fluida yang memiliki perbedaan temperatur akan meningkatkan perpindahan kalor. Perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi 2, yaitu:

  i. Konveksi paksa

  Konveksi paksa terjadi dimana fluida dialirkan oleh media lain seperti fan, pompa atau kompresor.

  ii. Konveksi alamiah

  Konveksi alamiah terjadi dimana pergerakan fluida secara alamiah disebabkan oleh adanya gaya apung (buoyancy force) yang meningkat karena perbedaan densitas.

  Persamaan dasar untuk perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagai berikut: q k = h.A.(T s - T ).………………………………...……….………...... (2.8)

  ∞

  Keterangan : q = laju perpindahan kalor [Watt]

  k o

  T s = suhu permukaan [ C]

  o

  T = suhu fluida [ C]

  ∞

  2 A = luas permukaan [m ] 2 o

  h = koefisien perpindahan kalor konveksi [W/m . C]

  [1]

Gambar 2.4 Proses Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Suatu Plat c.

   Perpindahan kalor secara radiasi

  Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi dimana perpindahan energinya terjadi melalui bahan perantara, pada perpindahan kalor secara radiasi terjadi karena radiasi elektro magnetik atau daerah- daerah hampa dimana mekanismenya berupa sinaran atau radiasi elektromagnetik. Pembahasan secara termodinamika menunjukkan bahwa penyinar ideal atau benda hitam, memancarkan energi dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda itu dan berbanding lurus dengan luas permukaan.

  Persamaan dasar untuk perpindahan kalor radiasi adalah:

  4

  4

  q rad = s -T )............................................................................. (2.9) .σ.A.(T ∞ q rad = laju perpindahan kalor radiasi [Watt] = emisivitas termal material

  2

  4

  .K ] σ = konstanta Stefan-Boltzman [W/m

  2 A = luas permukaan [m ]

  T s = suhu permukaan [K] T = suhu fluida [K]

  ∞

2.1.7Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik

  Bahan termoelektrik merupakan semikonduktor yang merupakan benda padat ataupun logam yang mempunyai nilai diantaranya nilai resistansi konduktor dan isolator. Permukaan dingin menyerap panas dari produk yang dikondisikan, bagian ini mempunyai fungsi yang sama dengan evaporator pada sistem pendinginan kompresi uap. Permukaan panasmengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini mempunyai

  [7] fungsi yang sama dengan kondensor .

  Sama halnya dengan kondensor yang menggunakan sirip-sirip untuk mempercepat pembuangan panasnya, termoelektrik pada sisi permukaanpanasjuga ditambahkan dengan peredam panas untuk mempercepat proses pembuangan panas. Sumber arus searah pada termoelektrik mempunyai fungsi yang sama dengan kompresor pada sistem kompresi uap. Pengeluaran dan penyerapan panas hanya terjadi pada kedua sisi permukaan.Besarnya kalor yang diserap dan dikeluarkan adalah sebagai berikut:

  2

  q c c .I – I (R/2) – K.(T h – T c ) ………………………...…..….. (2.10) = 2.α. T

  2

  q h =2. h .I – K. .R………………….……………............ (2.11) α. T ΔT + ½ .I

  Keterangan: q = laju perpindahanpanas yang diserap [Watt]

  c

  q h = laju perpindahan panas yang dilepas [Watt] [K]

  ΔT = perbedaan temperatur = kekuatan termoelektrik dari 2 material [Volt/K]

  α

  K = konduktifitas termal dari 2 material [Watt/K] I = arus yang mengalir [Ampere] T h = temperatur permukaan panas [K] T c = temperatur permukaan dingin [K] a.

   Luas permukaan elemen

  Luas permukaan elemen dapat dihitung dengan persamaan berikut: 2 π .

  ………….....………………………...………………..….. (2.12) =

  4 Keterangan:

  2 A = luas permukaan elemen [cm ]

  d = diameter dari elemen [cm] b.

   Tahanan material

  Tahanan total dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

  2

  • Keterangan: R = tahanan total dari 2 material [ohm] L = panjang elemen [cm]

  = 2 � �................................................................................ (2.13)

  2 A = luas penampang elemen [cm ]

  [Ohm cm] ρ = tahanan listrik

  2

  r = hubungan tahanan listrik [Ohm cm ] c.

   Konduktifitas termal

  Besarnya konduktifitas termal dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: ……..………...…………………………………………... (2.14)

  = 2

  K = konduktivitas termal dari elemen [Watt/K] k = koefisien termal dari elemen [Watt/cm.K]

  2 A = ukuran elemen [cm ]

  L = panjang elemen [cm] d.

   Arus optimum

  Arus optimum yang mengalir pada termoelektrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

  ) 2. 1 .( −

  = …….………......…………...……………...….. (2.15)

  ��1+ . − 1�

  Keterangan: I = arus optimum [Ampere]

  opt

  [V/K] α = kekuatan termoelektrik R = tahanan jenis [Ohm] T

  1 = temperatur permukaan panas [K]

  T = temperatur permukaan dingin [K]

  • 1

  Z = figure of merit [K ] T m = temperatur rata-rata [K]

  Temperatur rata-rata dihitung dengan menggunakan rumus: 1 + = ……..………...………………………….……..……….. (2.16)

  2

2.2 Energi Surya

2.2.1Sejarah Energi Surya Energi surya adalah sumber energi tertua yang pernah digunakan.

  Pemakaian energi surya pertama yang dikenal adalah dalam pengeringan makanan pengawet. Pada abad ke-18, tungku pembakaran energi surya telah digunakan dalam melelehkan besi, tembaga, dan logam lainnya yang digunakan untuk dikonstruksi menjadi besi halus, lensa kacamata ataupun cermin. Tungku tersebut digunakan di seluruh Eropa dan Timur Tengah

  [19]

  Satu dari penggunaan pertama yang terbesar adalah tungku surya yang dibangun oleh ahli kimia terkenal dari Prancis, Lavoisier, di sekitar tahun 1774, mengkonstruksi lensa kuat untuk mengkonsentrasi radiasi surya. Tungku ini dapat mencapai panas yang luar biasa dengan suhu

  o

  1750

  C. Tungku tersebut menggunakan sebuah lensa dengan panjang 1,32 m ditambah lensa sekunder dengan panjang 0,2 m untuk mendapatkan temperatur tersebut.

  [6]

  Gambar 2.5Solar Furnace Pada abad ke-19, percobaan dilakukan untuk mengkonversi energi surya ke bentuk lain didasarkan pada generasi uap tekanan rendah untuk mengoperasikan mesin-mesin uap. August Monchot merintis bidang ini dengan mengkonstruksi dan mengoperasikan beberapa mesin uap tenaga surya diantara tahun 1864 dan 1878 di Eropa dan Afrika Utara.

2.2.2 Pengertian Energi Surya

  Energi surya adalah energi yang berasal dari sinar dan panas dari nergi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti

   . Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajoule(EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa.Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun.

  Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi tidak terbarukan yang bisa diperoleh, seperti batubara, minyak bumi, gas alam, dan uranium. Energi surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.

2.2.3 Fotovoltaik (PV)

  Sel surya, atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang mengubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel fotovoltaik pertama dibuat olepada tahun 1880an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel fotovoltaik menggunaka Walaupun sel selenium mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi listr

  [18] melihat pentingnya penemuan ini .

  Dengan mengikuti kerjapada tahun 1940an, peneliti Gerald Pearspada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan mencapai efisiensi 4,5 - 6 %.Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20% dan efisiensi maksimum fotovoltaik dari penelitian melebihi 40%.

  Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi awal, produksi global mencapaiPemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, yang dikenal sebagaiatau BIPV.

  [18]

Gambar 2.6 Fotovoltaik (PV)

2.2.4 Perhitungan Solar Cell

  Sel surya menerima penyinaran matahari yang sangat bervariasi dalam satu hari. Hal ini dikarenakan, sinar matahari memiliki intensitas

  [8] yang lebih besar pada siang hari dibandingkan dengan pagi hari .

  Contoh ilustrasi perhitungan daya listrik yang dibutuhkan pada kotak pendingin:

  1. Tentukan daya total yang dibutuhkan kotak pendingin Hitung berapa watt daya yang dibutuhkan sungap bahang, fan,

  

peltier dan sebagainya serta berapa jam per hari pemakaiannya, sehingga

didapatkan perhitungan daya dalam satuan watt jam per hari.

  2. Menghitung kebutuhan modul surya Di Indonesia, umumnya energi surya dapat diserap dan dikonversikan ke dalam energi listrik dalam waktu 5 jam. Perhitungan kebutuhan modul surya adalah dengan membagi angka kebutuhan daya dengan 5 dan dihasilkan wattpeak.Lalu, wattpeak yang dihasilkan dari perhitungan dibagi lagi dengan nilai daya pada panel surya.

  3. Kebutuhan baterai Ukuran baterai ditentukan berdasarkan tegangan dalam satuan Volt

  (V) dan daya dalam satuan ampere jam (Ampere Hour), dimana umumnya digunakan baterai dengan daya 12 V atau 24 V.

  4. Menghitung kebutuhan solar charge controller Untuk menghitung kebutuhan solar charge controller, perlu diperhatikan Isc (short circuit current) dari solar panel. Kemudian, nilainya dikalikan dengan jumlah panel surya, maka didapat hasil nilai minimal dari solar charge controller.

2.2.5 Alasan Penggunaan Energi Surya pada Kotak Pendingin Energi surya merupakan energi yang telah tersedia di alam.

  Mengingat posisi Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa, sumber energi dari matahari akan selalu ada. Dengan kelebihannya, energi surya dapat dipilih menjadi sumber energi kotak pendingin

  [12]

  : a. Ramah lingkungan, energi surya tidak menghasilkan polusi yang dapat mencemari lingkungan.

  b.

  Berkelanjutan, sehingga energi surya dapat dimanfaatkan setiap saat.

  c.

  Mengurangi polusi bunyi, dimana energi surya tidak memiliki bagian yang bergerak.

  d.

  Kotak pendingin tidak membutuhkan daya yang besar sehingga listrik yang dihasilkan oleh energi surya cukup untuk digunakan.

2.3 Computational Fluid Dynamics (CFD)

  Kasus-kasus dinamika fluida yang membutuhkan penyelesaian bantuan komputer dipelajari dalam bidang ilmu tersendiri yaitu dinamika fluida komputasi (CFD).Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD (Computational Fluid Dynamics), adalah cabang dari mekanika fluida yang menganalisis masalah yang melibatkan aliran fluida tersebut. Pada analisis ini, komputer digunakan untuk melakukan perhitungan yang diperlukan untuk mensimulasikan interaksi cairan dan gas dengan permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi superkomputer, agar hasil analisis

  [16] yang lebih baik dapat dicapai .

  Dalam berbagai penelitian yang sedang berlangsung, telah banyak dihasilkan perangkat lunak yang meningkatkan akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti aliran transonik atau turbulen. Validasi awal dari perangkat lunak tersebut dilakukan dengan menggunakan terowongan angin dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan. Dewasa ini telah banyak software engineering yang dibuat untuk analisa CFD seperti ANSYS

  FLUENT, GAMBIT, dan lainnya.

  CFD dapat melakukan analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan tentunya waktu yang panjang dalam melakukan eksperimen tersebut. Hal lain yang mendasari penggunaan konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, ataupun kontur.

  Alasan penggunaan Ansys Fluent dalam analisis kotak pendingin dikarenakan memberikan kemudahan dalam memahami aliran fluida hasil analisa yang didukung dengan grafik, vektor, ataupun kontur sehingga pengguna dapat dengan cepat memahami hasil analisa yang didapat, sedangkan untuk Gambit lebih mudah digunakan dalam mendukung analisa padaFluent dengan memberikan kondisi batas serta meshing.

2.4 Aliran Fluida

  Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya

  [14] bergerak sejajarserta mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida .

  Laminar adalah ciri dari arus yang berkecepatan rendah, dan partikel terangkat (saltation). Pada laju aliran rendah, aliran laminar tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran dimana aliran laminar mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 500.000.

  Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibatnya, garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Aliran turbulen mempunyai Bilangan Reynoldyang lebih besar dari 500.000.

  [15]

Gambar 2.7 Aliran Laminar dan Turbulen

  Faktor yang mempengaruhi aliran laminar dan turbulen adalah bilangan Reynold. Dalam mekanika fluida, bilangan Reynold adalah rasio antara gayainersia terhadap gaya viskos yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen.

  Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, dengan memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara