PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP LIMAS SEGIENAM KEADAAN TAK TUNAK k = k (T)

  PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP LIMAS SEGIENAM KEADAAN TAK TUNAK k = k (T) TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh :

  Nama : Januarto Sadata NIM : 025214059 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

HEAT TRANSFER OF HEXAGON PYRAMID FIN

  IN UNSTEADY STATE CONDITION k = k(T)  

  FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  By

  Januarto Sadata 025214059 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT ENGINEERING FACULTY

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, Februari 2006 Penulis Januarto Sadata

KATA PENGANTAR

  Penulis memanjatkan puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan bimbingan-Nya sehingga dapat menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir ini dengan baik.

  Pada kesempatan ini penulis hendak mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Romo Ir. Gregorius Heliarko S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik serta Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

  4. Semua dosen yang memberikan kuliah, sehingga penulis bisa mendapatkan dan menggunakan ilmu yang diberikan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  5. Keluargaku tercinta, My Father Ir.W. Hutagaol, My Mother R. Br Simatupang.Ba, My big brother Boston Tarubat Hisar, S.T., My brother Ari Jito Tri Susanto Hutagaol, dan My sister Art Julianti br Hutagaol atas doa, dukungan dan motivasi yang tak terhingga kepada penulis.

  7. Teman-teman seperjuanganku Paskalianus, Bintoro, Deky, Jimmy, teman-teman Teknik Mesin khususnya angkatan 2002, Ridho Iwan Jaya, Bontang, Fernando, Eko, Very Gimbal, Panji, teman-teman kos, Yudhi, Haris, Marong, Agung, teman-teman sepak bola, teman-teman basket serta semua pihak yang tidak dapat di sebutkan satu persatu yang telah memberikan dukungan, motivasi dan doa yang sangat berarti.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab itu segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan.

  Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi semua pihak. Terimakasih.

  Yogyakarta, Februari 2007 Penulis

DAFTAR SIMBOL

  ρ

  = Laju fluida rata-rata, m/s

  ∞

  = Laju perpindahan panas vertikal, J/detik Nu = Bilangan Nuselt C = Konsentrasi n = Konstanta alas packed Re = Bilangan Reynold d = Diameter, m u

  y

  = Temperatur film, °C Pr = Bilangan Prandlt Ra = Bilangan Rayleigh q

  f

  /ft.s T

  m

  Gr = Bilangan Grashof g = Percepatan gravitasi, m/s² L = Panjang karakteristik, m µ = Viskositas dinamik, lb

  v = Viskositas kinematik, m²/s

  = Kapasitas panas bahan sirip, J/kg °C

  p

  = Densitas bahan sirip, kg/m³ c

  c = Kalor spesifik pada tekanan konstan (J/kg.°C) β

  = Koefisien temperatur konduktivitas thermal (1/°C) δ

  = Temperatur fluida, °C α

  ∞

  = Koefisien perpindahan kalor konveksi local si x, W/m² °C ∆T = Beda temperatur , °C Tw = Temperatur plat, °C T

  x

  = Tebal plat, m h = Koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m² °C h

  C ∆x

  o

  = Suhu pada x = ∆x,

  2

  = Suhu pada x = 0, °C T

  1

  = Laju perpindahan panas dalam arah sumbu x, J/detik k = Konduktivitas termal, W/m °C A = Luas permukaan yang tegak lurus perpindahan panas, m² T

  q = Laju perpindahan panas, J/detik q x

  = Panjang karakteristik, untuk dinding vertikal, δ = L (m)

  = Difusivitas termal, m²/s

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL i HALAMAN PERSETUJUAN iii HALAMAN PENGESAHAN iv HALAMAN PERNYATAAN v KATA PENGANTAR vi DAFTAR SIMBOL viii DAFTAR

  ISI ix

  INTISARI xiv

  DAFTAR GAMBAR xvi DAFTAR TABEL xxviii

BAB I PENDAHULUAN

  1

  2.2 Perpindahan Kalor Konduksi

  1

  17

  2.3 Perpindahan Kalor Konveksi

  12

  2.2.1 Konduktivitas Termal

  8

  8

  1.2 Perumusan Masalah

  2.1 Perpindahan Kalor

  8

  1.1 Latar Belakang

  1.4 Manfaat Penelitian

  10

  1.3 Tujuan Penelitian

  5

  10 BAB II LANDASAN TEORI

  2.3.2 Perpindahan Kalor Konveksi Paksa

  22

  2.4 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi

  20 BAB III PERSAMAAN NUMERIS SETIAP NODE 26

  3.1 Kesetimbangan Energi

  26

  3.1.1 Kesetimbangan Energi Pada Volume Kontrol Sirip 26

  3.2 Penerapan Metode Numerik

  29

  3.2.1 Persamaan Diskrit Untuk Node di Batas Kiri

  29

  3.2.2 Persamaan Diskrit Untuk Node Didalam Sirip

  30

  3.2.3 Persamaan Diskrit Untuk Node Ujung Sirip

  33

  3.3 Luas Penampang Ac

  36

  3.4 Luas Selimut Volume Kontrol As

  41

  3.4.1 Luas Selimut Volume Kontrol Didalam Sirip

  41

  3.4.2 Luas Selimut Volume Kontrol Didasar Sirip

  44

  3.4.3 Luas Selimut Volume Kontrol Diujung Sirip

  45

  3.5 Volume Sirip

  47

  3.6 Perhitungan Laju Aliran Kalor

  50

  3.7 Perhitungan Efisiensi Sirip

  51

  3.8 Perhitungan Efektivitas Sirip

  51 BAB IV METODE PENELITIAN

  52

  4.1 Benda Uji

  52

  4.2 Peralatan Pendukung

  53

  4.3 Metode Penelitian

  53

  4.5 Cara Pengambilan Data

  56

  4.6 Cara Pengolahan Data

  58 BAB V HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  59

  5.1 Saat t = 3 detik Variasi Sudut α 59

  5.1.1 Distribusi Suhu Pada Proses Pendinginan

  59

  5.1.2 Distribusi Suhu Pada Proses Pemanasan

  62

  5.1.3 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pendinginan 64

  5.1.4 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pemanasan 67

  5.1.5 Efisiensi (

  69 η) Pada Proses Pendinginan

  5.1.6 Efisiensi (

  72 η) Pada Proses Pemanasan

  5.1.7 Efektivitas (

  74 ε) Pada Proses Pendinginan

  5.1.8 Efektivitas (

  77 ε) Pada Proses Pemanasan

  5.2 Saat t = 15 Detik Variasi Sudut α 80

  5.2.1 Distribusi Suhu Pada Proses Pendinginan

  80

  5.2.2 Distribusi Suhu Pada Proses Pemanasan

  83

  5.2.3 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pendinginan 85

  5.2.4 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pemanasan 88

  5.2.5 Efisiensi (

  90 η) Pada Proses Pendinginan

  5.2.6 Efisiensi (

  93 η) Pada Proses Pemanasan

  5.2.7 Efektivitas (

  95 ε) Pada Proses Pendinginan

  5.2.8 Efektivitas (

  98 ξ) Pada Proses Pemanasan

  5.3 Keadaan Tunak Variasi Sudut α 100

  5.3.2 Distribusi Suhu Pada Proses Pemanasan 105

  5.3.3 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pendinginan 108

  5.3.4 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pemanasan 110

  5.3.5 Efisiensi ( η) Keadaan Tunak Proses Pendinginan 113

  5.3.6 Efisiensi ( η) Keadaan Tunak Proses Pemanasan 115

  5.3.7 Efektivitas ( ε) Keadaan Tunak Proses Pendinginan 118

  5.3.8 Efektivitas ( ε) Keadaan Tunak Proses Pemanasan 120

  5.4 Keadaan Tunak Variasi Nilai h 123

  5.4.1 Distribusi Suhu Pada Proses Pendinginan 125

  5.4.2. Distribusi Suhu Pada Proses Pemanasan 128

  5.4.3 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pendinginan 130

  5.4.4 Laju Perpindahan Kalor Pada Proses Pemanasan 133

  5.4.5 Efisiensi ( 135 η) Pada Proses Pendinginan

  5.4.6 Efisiensi ( 138 η) Pada Proses Pemanasan

  5.4.7 Efektivitas ( 140 ε) Pada Proses Pendinginan

  5.4.8 Efektivitas ( 143 ε) Pada Proses Pemanasan

  5.5 Pembahasan 145

  5.5.1 Pengaruh Variasi Sudut α Pada Proses Pendinginan 145

  5.5.2 Pengaruh Variasi Nilai h Pada Proses Pendinginan 147

  5.5.3 Pengaruh Variasi Sudut α Pada Proses Pemanasan 147

  5.5.4 Pengaruh variasi nilai h pada proses pemanasan 149

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 151

  6.1 Kesimpulan 151

  6.2 Saran-saran 154

  

DAFTAR PUSTAKA 155

  

I N T I S A R I

  Tujuan penelitian ini adalah (1).Memaparkan pencarian distribusi suhu, laju perpindahan panas sesungguhnya yang dipindahkan sirip, efisiensi sirip, serta efektivitas sirip pada keadaan tak tunak dengan metode komputasi beda hingga cara eksplisit, (2).Melihat bagaimana pengaruh nilai koefisien perpindahan panas konveksi, besar sudut

  α dengan nilai konduktivitas thermal bahan yang berubah terhadap temperatur (k = k(T)) pada sirip.

  Penelitian dilakukan terhadap sirip limas berpenampang segienam dengan bahan Alumunium dan perpindahan panas konduksi searah sumbu x. sirip mula- mula suhunya merata = T secara tiba-tiba dikondisikan pada lingkungan fluida

  i

  yang suhu dan nilai koefisien perpindahan panas konveksi dipertahankan tetap dan merata. Penyelesaian dilakukan dengan metode beda hingga cara eksplisit.

  Asumsi : sifat bahan merupakan fungsi suhu (nilai konduktivitas thermal bahan merupakan fungsi suhu k = k(T), massa jenis dan panas jenis tetap atau tidak berubah terhadap perubahan suhu, tidak ada energi yang dibangkitkan didalam sirip, selama proses perubahan bentuk dan volume diabaikan, nilai koefisien perpindahan panas konveksi dan suhu fluida lingkungan merata dan tetap atau tidak berubah terhadap waktu, perpindahan kalor radiasi yang menyertai selama proses berlangsung diabaikan.

  Hasil penelitian diketahui bahwa dengan metode komputasi beda hingga cara eksplisit dapat dipergunakan untuk mendapatkan distribusi suhu pada penelitian diperlihatkan bahwa distribusi suhu dari waktu ke waktu sangat tergantung dari besarnya nilai koefisien perpindahan panas konveksi dan sudut α.

  55

  41

  29

  3.4. Kesetimbangan energi pada volume kontrol di dalam sirip

  30

  3.5. Kesetimbangan energi pada volume kontrol di ujung sirip

  33

  3.6. Luas penampang 2 1 - i Ac dan 2 1 - 1) (i

  Ac

  3.7. Luas penampang Ac

  39

  3.8. Luas selimut dari volume control

  3.9. Luas selimut dari volume control

  27

  44

  3.10. Luas selimut dari volume control

  45

  3.11. Volume sirip, V

  i

  47 3.12. laju perpindahan kalor, q dan luas selimut, As

  50

  4.1. Benda uji

  52

  4.2. Variasi sudut α

  3.3. Pembagian volume kontrol pada sirip

  3.2. Volume kontrol pada sirip

  DAFTAR GAMBAR Gambar Hal

  2.2. Konduktivitas termal pada material padat

  1.1. Macam – macam bentuk sirip pada komponen komputer

  5

  1.2. Benda uji sirip 3 dimensi

  6

  1.3. Benda uji sirip berbentuk limas segi enam 2 dimensi

  6

  1.4. Grafik k bahan Alumunium sebagai fungsi suhu

  8

  2.1. Perpindahan kalor konduksi

  12

  15

  26

  2.3. Konduktivitas termal pada gas dan uap

  16

  2.4. Konduktivitas termal pada cairan

  17

  2.5. Perpindahan kalor konveksi dari suatu plat

  18

  2.6. Profil fluida yang mengalir melewati plat

  20

  2.7. Silinder dalam aliran silang

  23

  3.1. Kesetimbangan energi pada volume control

  • 36

  5.2. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  63

  5.10. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  64

  5.11. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  64

  5.12. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  65

  2

  5.13. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  65

  5.14. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  66

  5.15. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  66

  .°C (proses pemanasan)

  5.9. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  60

  5.3. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  60

  5.4. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  61

  5.5. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  63

  61

  5.6. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  62

  5.7. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  62

  5.8. Distribusi suhu sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  5.16. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  71

  5.26. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  72

  5.27. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  72

  5.28. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  .°C (proses pemanasan)

  71

  73

  5.29. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  73

  5.30. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  74

  5.31. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  5.25. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  .°C (proses pemanasan)

  69

  67

  5.18. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  68

  5.19. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  68

  5.20. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  5.21. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  69

  5.22. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  70

  5.23. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  70

  5.24. Efisiensi sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  74

  5.33. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  79

  5.41. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  80

  5.42. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  81

  5.43. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  81

  2

  5.44. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  82

  5.45. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  82

  5.46. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  83

  .°C (proses pemanasan)

  5.40. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  75

  5.34. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  76

  5.35. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  76

  5.36. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  .°C (proses pemanasan)

  78

  77

  5.37. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  77

  5.38. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  78

  5.39. Efektivitas sirip saat t = 3 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  5.47. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  2

  2

  .°C (proses pemanasan)

  88

  5.57. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  88

  5.58. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  89

  5.59. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  .°C (proses pemanasan)

  87

  89

  5.60. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  90

  5.61. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  90

  5.62. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  5.56. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  .°C (proses pemanasan)

  85

  84

  5.49. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  84

  5.50. Distribusi suhu sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  85

  5.51. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  5.52. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  86

  5.53. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  86

  5.54. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  87

  5.55. Laju perpindahan kalor sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  91

  5.64. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  .°C (proses pendinginan)

  95

  5.72. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  96

  5.73. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  96

  5.74. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  97

  2

  5.75. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  97

  5.76. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  98

  5.77. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  98

  .°C (proses pendinginan)

  5.71. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  2

  .°C (proses pendinginan)

  92

  5.65. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pendinginan)

  92

  5.66. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  93

  5.67. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 500 W/m

  .°C (proses pemanasan)

  95

  93

  5.68. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  94

  5.69. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  94

  5.70. Efisiensi sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  5.78. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  5.90. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 106

  5.88. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 106

  5.89. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 107

  2

  .°C (Proses pemanasan) 105

  .°C (Proses pemanasan) 107

  5.91. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 108

  5.92. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 108

  5.93. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  5.87. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan)

  2

  99

  5.80. Efektivitas sirip saat t = 15 detik, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (proses pemanasan) 100

  5.81. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 103

  5.82. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 500 W/m

  .°C (Proses pendinginan) 103

  5.86. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 100 W/m

  5.83. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 104

  5.84. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 104

  5.85. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 105

  .°C (Proses pendinginan) 109

  5.95. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 2000 W/m

  .°C (Proses pendinginan) 115 5.106. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 114 5.104. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (Proses pendinginan) 114 5.105. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 2000 W/m

  2

  α, h = 100 W/m

  2

  2

  .°C (Proses pemanasan) 115 5.107. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 500 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 116 5.108. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 1000 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 116 5.109. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  .°C (Proses pendinginan) 113 5.103. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 500 W/m

  2

  2

  .°C (Proses pendinginan) 110

  5.96. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 100 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 110

  5.97. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 500 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 111

  5.98. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1000 W/m

  .°C (Proses pemanasan) 111

  .°C (Proses pendinginan) 113 5.102. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  5.99. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut α, h = 1500 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan) 112 5.100. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 2000 W/m

  2

  .°C (Proses pemanasan)112 5.101. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α, h = 100 W/m

  2

  α,

  2

  h = 2000 W/m .°C (Proses pemanasan) 117 5.111. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 100 W/m .°C (Proses pendinginan) 118 5.112. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 500 W/m .°C (Proses pendinginan) 118 5.113. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 1000 W/m .°C (Proses pendinginan) 119 5.114. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 1500 W/m .°C (Proses pendinginan) 119 5.115. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 2000 W/m .°C (Proses pendinginan) 120 5.116. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 100 W/m .°C (Proses pemanasan) 120 5.117. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 500 W/m .°C (Proses pemanasan) 121 5.118. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 1000 W/m .°C (Proses pemanasan) 121 5.119. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 1500 W/m .°C (Proses pemanasan) 122 5.120. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi sudut

  α,

  2

  h = 2000 W/m .°C (Proses pemanasan) 122 5.121. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut pendinginan) 125

  α = 10° (Proses 5.122. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut pendinginan) 126

  α = 20° (Proses 5.123. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut pendinginan) 126

  α = 30° (Proses 5.124. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut pendinginan) 127

  α = 45° (Proses

  5.126. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut α = 10° (Proses pemanasan) 128

  α = 45° (Proses pendinginan) 132

  5.139. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut α = 45° (Proses pemanasan)

  α = 30° (Proses pemanasan) 134

  133 5.138. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut

  5.137. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut α = 20° (Proses pemanasan)

  α = 10° (Proses pemanasan) 133

  132 5.136. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut

  5.135. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut α = 60° (Proses pendinginan)

  131 5.134. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut

  5.127. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut α = 20° (Proses pemanasan) 128

  5.133. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut α = 30° (Proses pendinginan)

  α = 20° (Proses pendinginan) 131

  130 5.132. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut

  5.131. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, variasi h, sudut α = 10° (Proses pendinginan)

  5.130. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut α = 60° (Proses pemanasan) 130

  5.129. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut α = 45° (Proses pemanasan) 129

  5.128. Distribusi suhu sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, sudut α = 30° (Proses pemanasan) 129

  134 5.140. Laju perpindahan kalor sirip pada keadaan tunak, Sudut α = 10° (Proses pendinginan)

  135 5.142. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  139 5.149. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  (Proses pendinginan) 142 5.155. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut

  5.154. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut α = 45°

  α = 30° (Proses pendinginan) 141

  (Proses pendinginan) 141 5.153. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut

  5.152. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut α = 20°

  α = 10° (Proses pendinginan) 140

  140 5.151. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut

  Sudut α = 60° (Proses pemanasan)

  139 5.150. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 45° (Proses pemanasan)

  Sudut α = 30° (Proses pemanasan)

  Sudut α = 20° (Proses pendinginan)

  138 5.148. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 20° (Proses pemanasan)

  138 5.147. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 10° (Proses pemanasan)

  137 5.146. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 60° (Proses pendinginan)

  137 5.145. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 45° (Proses pendinginan)

  136 5.144. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  Sudut α = 30° (Proses pendinginan)

  136 5.143. Efisiensi sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h,

  α = 60° (Proses pendinginan) 142

  5.157. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut α = 20°(Proses pemanasan) 143

  5.158. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut α = 30°(Proses pemanasan) 144

  5.159. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut α = 45°(Proses pemanasan)

  144 5.160. Efektivitas sirip pada keadaan tunak, variasi nilai h, variasi sudut

  α = 60°(Proses pemanasan) 145

  

DAFTAR TABEL

Tabel Hal

  2.1. Konduktivitas bahan

  14

  2.2. Persamaan konduktivitas termal k fungsi suhu

  16

  2.3. Nilai-nilai konstanta C dan n

  22

  2.4. Nilai konstanta C dan n

  24

  2.5. Konstanta C dan n untuk perpindahan kalor dari silinder tak bundar 24

  4.1. Variasi nilai koefisien perpindahan panas konveksi h

  54

  4.2. Variasi besar sudut

  54 α

  5.1. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  

2

  variasi sudut .°C (proses pendinginan) 100 α dan nilai h = 100 W/m

  5.2. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  

2

  variasi sudut .°C (proses pendinginan) 101 α dan nilai h = 500 W/m

  5.3. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  2

  variasi sudut .°C (proses pendinginan) 101 α dan nilai h = 1000 W/m

  5.4. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  2

  variasi sudut .°C (proses pendinginan) 101 α dan nilai h = 1500 W/m

  5.5. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  2

  variasi sudut .°C (proses pendinginan) 101 α dan nilai h = 2000 W/m

  5.6. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak

  2

  untuk variasi sudut .°C (proses pemanasan) 101 α dan nilai h = 100 W/m

  5.7. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  

2

  variasi sudut .°C (proses pemanasan) 102 α dan nilai h = 500 W/m

  5.8. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  2

  variasi sudut .°C (proses pemanasan) 102 α dan nilai h = 1000 W/m

  5.9. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk

  2

  variasi sudut .°C (proses pemanasan) 102 α dan nilai h = 1500 W/m

  5.10. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 10° (proses pendinginan)

  123

  124

  5.20. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 60° (proses pemanasan)

  125

  5.19. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 45° (proses pemanasan)

  124

  5.18. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 30° (proses pemanasan)

  124

  5.17. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 20° (proses pemanasan)

  5.16. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 10° (proses pemanasan)

  5.12. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 20° (proses pendinginan)

  124

  5.15. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 60° (proses pendinginan)

  124

  5.14. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 45° (proses pendinginan)

  123

  5.13. Waktu yang dibutuhkan hingga mencapai keadaan tunak untuk variasi nilai h, dengan sudut α = 30° (proses pendinginan)

  123

  125

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

  Sirip berfungsi sebagai alat untuk melepas maupun menerima kalor sehingga laju aliran kalor selama proses perpindahan panas menjadi lebih besar, sehingga suhu didalam peralatan minimal. Penggunaan dari sirip dapat ditemui dalam dunia industri yang digunakan pada peralatan yang bekerja dengan suhu tinggi. Sirip sendiri memiliki bahan yang ringan, kekuatan yang relatif aman, biaya pembuatan yang murah, biaya dari pembelian bahan yang murah.

  Contoh penggunaan sirip sebagai alat pendingin dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari, seperti; sirip pada mesin kendaraan sepeda motor, peralatan elektronik, sirip pada komponen komputer, VGA, Motherboard, serta Processor. Berbagai jenis bentuk sirip pada komponen komputer dapat dilihat pada Gambar 1.1.

  Penelitian tentang sirip juga pernah dilakukan oleh :

a. Agustinus Riyadi dengan judul penelitian “Temperature Distribution of

  Unsteady State Fins”. Penelitian tersebut dilakukan pada sirip lurus dengan

  luas penampang tetap dengan variasi bentuk penampang :segitiga, segi empat, silinder (luas penampang sama sepanjang sirip. Sifat bahan tetap, tidak berubah terhadap suhu atau nilai konduktivitas termal (k) bahan bukan sebagai fungsi suhu. Tujuan penelitian yaitu mendapatkan pengaruh variasi bentuk panas sesungguhnya yang dipindahkan sirip, efisiensi sirip, serta efektivitas sirip pada keadaan tak tunak pada masing-masing bentuk sirip. Metode penelitian dipilih metode beda hingga cara eksplisit. Hasil yang diperoleh yaitu semakin luas penampang lingkaran maka semakin besar perpindahan panas konveksi terhadap fluida lingkungannya. Sedangkan besarnya laju perpindahan kalor pada tiap bentuk penampang yang bervariasi, berbeda-beda.

  Sirip dengan bentuk penampang jajaran genjang, laju perpindahan kalornya lebih cepat dibandingkan dengan bentuk penampang yang lain, yaitu bentuk penampang segitiga sama sisi, persegi panjang., persegi, segi enam dan lingkaran. Besarnya laju perpindahan kalor pada tiap luas penampang lingkaran yang bervariasi, berbeda – beda. Sirip dengan penampang diameter terbesar atau yang memiliki luas selimut paling besar, laju perpindahan kalornya lebih cepat. Urutan besarnya efisiensi sirip pada bentuk penampang yang bervariasi dari besar ke kecil : bentuk penampang lingkaran, segi enam, persegi, persegi panjang, segitiga sama sisi, dan jajaran genjang. Efisiensi sirip pada luas penampang lingkaran yang bervariasi berbeda – beda. Sirip dengan diameter yang lebih luas atau yang memiliki luas selimut lebih besar, efisiensi siripnya lebih besar atau besar efisiensi sirip sebanding dengan luas penampang sirip..

  Penyelesaian dengan metode beda hingga cara eksplisit memberikan hasil yang logis atau masuk akal dan dapat dipertanggungjawabkan.

  

b. Agustinus Hari Susanto dengan judul penelitian

  ” Efektivitas Sirip pada Keadaan tak Tunak”. Penelitian tersebut dilakukan pada sirip dengan bentuk penampang sirip yaitu lingkaran dimana luas penampang tetap sepanjang sirip. Sifat bahan sirip tetap, tidak berubah terhadap suhu atau nilai konduktivitas termalnya (k) bukan sebagai fungsi suhu. Tujuan penelitian untuk mendapatkan pengaruh variasi bahan sirip serta panjang sirip terhadap distribusi suhu, laju perpindahan panas sesungguhnya yang dipindahkan sirip, efisiensi sirip, serta efektivitas sirip pada keadaan tak tunak dengan menggunakan metode beda hingga cara eksplisit. Hasil penelitian yang diperoleh yaitu : kecepatan penurunan distribusi suhu untuk sirip dengan bahan baja nikel menunjukkan gejala yang sangat signifikan bila dibandingkan dengan bahan baja karbon, baja krom, besi murni, nikel murni dan perunggu; semakin panjang sirip, maka distribusi suhu untuk mencapai keadaan steady semakin cepat. Semakin panjang sirip maka efektifitas sirip pada waktu tertentu juga akan semakin besar: semakin panjang sirip maka laju perpindahan panas aktual pada waktu tertentu akan semakin bersar.

  Penyelesaian dengan metode beda hingga cara eksplisit memberikan hasil yang logis atau masuk akal dan dapat dipertanggungjawabkan.

  c. Yosomin Alik Bunga dengan judul penelitian “ Perpindahan Kalor pada

Sirip pada keadaan Tak Tunak”. Penelitian tersebut dilakukan pada sirip