Perpindahan kalor pada sirip bujur sangkar kasus 2 dimensi keadaan tak tunak - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BUJUR SANGKAR KASUS 2 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh:

  IVANDITYA PUTRA SUMIRAT NIM : 105214019 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  THE HEAT TRANSFER ON FIN WITH TWO DIMENSIONS

SQUARE SECTION AT UNSTEADY CONDITION

FINAL ASSIGNMENT

  

Presented as partial fulfillment of the requirement

as to obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  

Presented by

  

IVANDITYA PUTRA SUMIRAT

Student Number : 105214019

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PERSETUJUAN PEMBIMBING PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BUJUR SANGKAR KASUS 2 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  TUGAS AKHIR PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BUJUR SANGKAR KASUS 2 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK Dipersiapkan dan disusun oleh :

NAMA : IVANDITYA PUTRA SUMIRAT

  NIM : 105214019 Telah dipertahankan di depan Dewan penguji pada tanggal 8 Juni 2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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, 13 Juni 2012 Ivanditya Putra Sumirat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Dipersembahkan kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa.

  2. Bapak Ambar Wispantoko beserta Ibu Sugiyanti selaku orangtua beserta adik dan kakak saya, atas support materi dan dukunganya.

  3. Sahabat saya yang selalu mendukung saya dalam pengerjaan tugas akhir ini.

  4. Teman-teman Universitas Sanata Dharma.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

Sirip (fin) berfungsi untuk memperluas permukaan dan memperbesar laju

perpindahan kalor pada suatu sistem pendingin. Tujuan dari penelitian ini adalah

mengetahui pengaruh bahan sirip, nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi)

dan suhu fluida di sekitar sirip terhadap laju perpindahan kalor, efisiensi dan

efektivitas sirip dari waktu ke waktu. Sirip yang digunakan pada penelitian ini

berbentuk bujur sangkar, dengan ukuran 20 cm x 20 cm dan tebalnya 1 mm.

Kondisi benda yang akan diuji (sirip) mula-mula mempunyai suhu seragam

= 37 = 37 sebesar ℃, suhu udara di sekitar sirip sebesar ℃, dengan nilai

h tertentu dan bersifat tetap serta merata pada sirip. Suhu dasar sirip kemudian

= 150 dikondisikan pada suhu yang tetap dan merata sebesar ℃. Penyelesaian

penelitian ini dilakukan secara simulasi numerik dengan mempergunakan metode

“ beda hingga cara eksplisit “. Persoalannya adalah bagaimana laju perpindahan

kalor, efisiensi dan efektivitas dari waktu ke waktu. Penelitian memberikan hasil :

(a) besarnya laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu

kewaktu dipengaruhi oleh bahan sirip. Nilai tertinggi laju aliran kalor yang dilepas

sirip dimiliki bahan aluminium murni diikuti, magnesium murni, baja krom (Cr =

0 %), baja karbon (C= 0,5 %) dan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) sebesar:

281,06 W; 256,76 W; 163,65 W; 139,84 W; 97,62 W pada saat 90 sekon. (b) Laju

perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu kewaktu dipengaruhi

oleh kondisi nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi). Semakin besar nilai

perpindahan panas konveksi, semakin besar laju aliran kalor yang dilepas sirip,

tetapi semakin kecil nilai efisiensi dan efektivitasnya. (c) Laju perpindahan kalor,

efisiensi, dan efektivitas pada sirip dipengaruhi oleh suhu fluida di sekitar sirip

. Semakin kecil suhu fluida di sekitar sirip , semakin besar kalor yang

dilepas sirip. Semakin kecil suhu fluida disekitar sirip , semakin besar

efisiensi dan efektivitas sirip.

  Kata kunci: pengaruh sifat bahan,efisiensi dan efektivitas sirip, laju kalor yang

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 : Ivanditya Putra Sumirat Nomor mahasiswa : 105214019

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma Karya Ilmiah saya yang berjudul:

  

PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BERPENAMPANG

BUJUR SANGKAR 2 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK

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

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusi

secara terbatas, dan mempublikasikan di Internet untuk kepentingan akademis

tanpa perlu ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal 13 Januari 2012 Yang menyatakan Ivanditya Putra Sumirat

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan atas segala berkat dan

rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BERPENAMPANG BUJUR

SANGKAR 2 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK

  Penyusunan Tugas Akhir ini sebagai salah satu persyarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam penelitian dan penyusunan Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas

dari bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis

ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T, Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing Akademik 2010.

  4. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T., selaku pembimbing Tugas Akhir ini.

  5. Dosen-dosen program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, atas ilmu pengetahuan dan bimbingannya kepada penulis semasa kuliah.

  6. Ayahanda Ambar Wispantoko, Ibunda Sugiyanti selaku orang tua

penyusun yang selalu mendoakan dan mendukung penyusun.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pemberian semangat sampai dengan penyusunan skripsi ini yang tidak dapat penulis tulis diatas. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan

Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari

berbagai pihak. Akhirnya besar harapan penulis semoga hasil penelitian ini

bermanfaat bagi perkembangan ilmu teknik.

  Yogyakarta, 13 Juni 2012 Penulis

IVANDITYA PUTRA SUMIRAT

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

  

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

TITLE PAGE ............................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vi

  

INTISARI .................................................................................................. vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN .............................................. viii

KATA PENGANTAR ................................................................................. ix

DAFTAR ISI ............................................................................................... xi

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

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xv

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

  

1.1 Latar Belakang ...........................................................................

  1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................

  3

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................

  4

1.4 Batasan Masalah ........................................................................

  4

1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................

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

  7

2.1 Perpindahan Kalor.......................................................................

  7

  

2.2 Perpindahan Kalor konduksi .......................................................

  22

  39

4.6 Cara pengolahan data dan Kesimpulan .........................................

  4.4 Pengumpulan data .......................................................................... 37

4.5 Definisi operasional ....................................................................

  37

  36

4.3 Peralatan pendukung penelitian ..................................................

  36

4.2 Benda yang diuji, ukuran dan bahan ............................................

  25 BAB IV. METODE PENELITIAN................................................ .............. 36

4.1 Metode Peneltian.........................................................................

  24

3.2 Persamaan Numerik tiap node dari waktu ke waktu.....................

  23 BAB III. PERSAMAAN NUMERIK TIAP VOLUME KONTROL …….. 24

3.1 Kesetimbangan energi keadaan tak tunak ....................................

  2.9 Efesiensi dan efektivitas ..............................................................

  19 2.8.1 Aliran di atas plat rata pada konveksi alami .....................

  8

2.3 Konduktivitas Termal..................................................................

  2.7 Hubungan Nu, Re, dan Pr.............................................................. 18

2.8 Aliran laminar konveksi paksa pada plat rata...............................

  17

  16 2.6.4 Bilangan Grashoff ..............................................................

  15 2.6.3 Bilangan Rayleigh ....................................................... ......

  15 2.6.2 Bilangan Reynold ....................................................... ....... .

  14 2.6.1 Bilangan Prandtl ..............................................................

  12

2.6 Bilangan Nusselt ...........................................................................

  10

2.5 Koefisien perpindahan kalor konveksi .........................................

  9

2.4 Perpindahan kalor konveksi.........................................................

  41 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................

  42

5.1 Hasil perhitungan pada variasi bahan...........................................

  42 5.1.1 Pembahasan hasil perhitungan variasi bahan .....................

  44

5.2 Hasil perhitungan pada variasi suhu udara di sekitar sirip ......

  45

  5.2.1 Pembahasan hasil perhitungan variasi suhu udara di sekitar sirip .................................................................................

  53

  5.3 Hasil perhitungan pada variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ...................................................................................... .

  55

  5.3.1 Pembahasan hasil perhitungan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ............................................

  63 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................

  66

6.1 Kesimpulan......................................................................................

  66

6.2 Saran ...............................................................................................

  67 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................

  68 LAMPIRAN ...........................................................................................

  69

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal berbagai bahan ...............................

  10 Tabel 2.2 Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi .............................

  13 Tabel 2.3 Persamaan untuk aliran yang melewati plat rata .......................

  20 Tabel 2.4 Aliran yang melewati silinder penampang lingkaran dan tidak lingkaran .................................................................................

  21 Tabel 2.5 Nilai C dan m untuk aliran laminer ............................................ 22

Tabel 4.1 Sifat berbagai bahan yang digunakan dalam penelitian .............. 36

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pendingin CPU Danamics LM10 .......................................

  24 Gambar 3.2 Seperempat bagian sirip ....................................................

  43 Gambar 5.1.c Grafik perbandingan efektivitas sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu ...........................................................................

  42 Gambar 5.1.b Grafik perbandingan efisiensi sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu ................................................................................

  32 Gambar 5.1.a Grafik perbandingan perpindahan kalor pada sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu ...............................................

  30 Gambar 3.5 Volume kontrol pada bagian tengah sirip ..........................

  27 Gambar 3.4 Volume kontrol pada bagian pojok sirip ............................

  26 Gambar 3.3 Volume kontrol pada bagian tepi sirip ...............................

  18 Gambar 3.1 Kesetimbangan energi dalam volume kontrol ....................

  2 Gambar 1.2 Silinder blok pada sepeda motor Honda GL 100 ................

  17 Gambar 2.6 Skema perpindahan kalor konveksi pada plat rata .............

  14 Gambar 2.5 Skema aliran konveksi bebas pada plat rata .......................

  12 Gambar 2.4 Perpindahan kalor secara konduksi ..................................

  11 Gambar 2.3 Aliran laminer dan aliran turbulen ....................................

  8 Gambar 2.2 Skema perpindahan kalor konveksi ...................................

  4 Gambar 1.3.b Pandangan samping sirip .................................................. 4 Gambar 2.1 Skema perpindahan kalor konduksi ...................................

  2 Gambar 1.3.a Pandangan depan sirip ......................................................

  43 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Gambar 5.2.a Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...............................................................

  46 Gambar 5.2.b Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...............................................................

  46 Gambar 5.2.c Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...............................................................

  47 Gambar 5.2.d Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...........................................................

  47 Gambar 5.2.e Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip .............................

  48 Gambar 5.3.a Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..........................................................................................

  48 Gambar 5.3.b Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..........................................................................................

  49

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 5.3.c Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %)

terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip

  ..........................................................................................

  49 Gambar 5.3.d Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..................................................................................

  50 Gambar 5.3.e Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...............................................................

  50 Gambar 5.4.a Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..........................................................................................

  51 Gambar 5.4.b Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..........................................................................................

  51 Gambar 5.4.c Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ...................................................................................

  52 Gambar 5.4.d Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ..................................................................................

  52

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 5.4.e Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan perunggu (Cu = 75

%; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip ................................................................

  53 Gambar 5.5.a Grafik kalor yang dilepas sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  56 Gambar 5.5.b Grafik kalor yang dilepas sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  56 Gambar 5.5.c Grafik kalor yang dilepas sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  57 Gambar 5.5.d Grafik kalor yang dilepas sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  57 Gambar 5.5.e Grafik kalor yang dilepas sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi). ............................................

  58 Gambar 5.6.a Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  58

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Gambar 5.6.b Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  59 Gambar 5.6.c Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .................................................................

  59 Gambar 5.6.d Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .............................................

  60 Gambar 5.6.e Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) .............................................

  60 Gambar 5.7.a Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ................................................................

  61 Gambar 5.7.b Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan magnesium murni terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ................................................................

  61 Gambar 5.7.c Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ............................................

  62

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Gambar 5.7.d Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja karbon (C= 0,5

%) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ............................................

  62 Gambar 5.7.e Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) ............................................

  63

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Perkembangan teknologi sistem pendingin akhir-akhir ini sangat pesat, baik di bidang otomotif maupun di bidang elektronik. Perkembangan sistem pendingin pada industri otomotif tersebut dapat kita lihat dari banyaknya produk- produk baru, baik mobil maupun sepeda motor yang ada di pasaran. Proses pembakaran bahan bakar pada mesin yang berlangsung secara terus menerus, sehingga mengakibatkan mesin pada saat bekerja dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi. Temperatur sangat tinggi pada mesin akan mengakibatkan silinder menjadi sangat panas dan memuai. Temperatur yang rendah juga tidak terlalu menguntungkan dalam proses kerja mesin. Sistem pendinginan digunakan agar temperatur mesin terjaga pada batas temperatur kerja yang ideal. Peralatan elektronik juga terdapat sistem pendingin, seperti pada prosesor komputer, rangkaian elektronik pada TV, dan sebagainya peralatan elektronik. Perancangan bentuk sistem pendingin juga diperhitungkan, sehingga laju perpindahan panas dapat berlangsung dengan baik.

  Fungsi sirip (fin) pada mesin secara umum adalah untuk memperluas permukaan benda, agar laju perpindahan panas dapat diperbesar, sehingga mempercepat proses pendinginan. Misalnya, pemasangan sirip pada motor bakar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  komponen-komponen komputer. Apabila panas yang dihasilkan komponen- komponen komputer tidak dapat dibuang pada sistem pendingin, maka dapat menyebabkan kerusakan yang serius pada beberapa komponen komputer (Purwadi, 2012).

Gambar 1.1 Pendingin CPU Danamics LM10

  (sumbe

Gambar 1.2 Silinder blok pada sepeda motor Honda GL 100

  (sumbe Silinder pada mesin motor bakar yang dipasangi sirip akan terhindar dari

  “piston mengunci” yang diakibatkan karena panas berlebih (overheat) (Purwadi, 2008).

  Salah satu cara analisis mengenai perhitungan distribusi suhu pada sirip yang dilakukan secara simulasi numerik menggunakan motode beda-hingga (finite-

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  (kasus 1D) seperti: bentuk piramida (Bintoro dan Purwadi, 2006). Kedua penelitian tersebut sifat bahan diasumsikan konstan, tidak berubah terhadap waktu.

  Penelitian efisiensi dan efektivitas sirip longitudinal dengan profil siku empat pada keadaan tak tunak (unsteady) kasus 2D (]Purwadi, 2008), dihasilkan kesimpulan: (a). Semakin besar nilai

  ξ, semakin kecil nilai efisiensi sirip dan efektivitas sirip. (b). Semakin besar nilai h, laju aliran kalor konveksi semakin besar, beda suhu antara suhu sirip dengan suhu fluida di sekitar sirip semakin kecil, tetapi nilai

  ξ semakin besar. Pada kasus 2D artinya aliran kalor konduksi yang terjadi pada sirip hanya terjadi dalam 2 arah: arah x dan arah y, untuk tebal bisa diabaikan karena konveksi dan perpindahan kalor pada tebal sirip dianggap sama sehingga tidak terlalu berpengaruh pada perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas.

1.2 Rumusan Masalah

  Sesuai dengan latar belakang yang telah dibuat, untuk perumusan masalah pada penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh bahan, pengaruh

  )

  nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi) dan pengaruh suhu udara ( di sekitar sirip terhadap laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip pada keadaan tak tunak dari waktu ke waktu. Bentuk sirip yang akan dianalisis seperti yang terlihat pada Gambar 1.2.a dan Gambar 1.2.b berikut:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Gambar 1.3.a Pandangan Depan Sirip Gambar 1.3.b Pandangan Samping Sirip

  Kondisi benda yang akan diuji (sirip) mula-mula mempunyai suhu seragam sebesar , suhu udara di sekitar sirip sebesar , dengan nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi) tertentu dan bersifat tetap serta merata pada sirip. Suhu dasar sirip dikondisikan tetap dan merata pada suhu .

  Persoalannya adalah menghitung besarnya laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu ke waktu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.3 Tujuan Penelitian

  Penelitian sirip ini dilakukan dengan tujuan untuk:

a) Membandingkan pengaruh bahan sirip terhadap laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas pada sirip dari waktu ke waktu.

  b) Mengetahui pengaruh suhu udara di sekitar sirip terhadap laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas pada sirip dari waktu ke waktu.

  c) Mengetahui pengaruh nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi) terhadap laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas pada sirip dari waktu ke waktu.

1.4 Batasan Masalah

  Agar penelitian ini pembahasannya tidak meluas, maka beberapa asumsi yang diberlakukan pada penelitian ini adalah: a) Nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi) di sekitar sirip bersifat tetap dan merata.

  b) Massa jenis bahan sirip (ρ) bersifat tetap dan merata.

  c) Kalor jenis bahan sirip ( ) bersifat tetap dan merata.

  d) Konduktivitas termal bahan k (koefisien perpindahan kalor koduksi) bersifat tetap dan merata.

  e) Pembangkitan energi di dalam sirip diabaikan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  sirip diasumsikan tetap dan merata.

  g) Suhu dasar

  h) Penyelesaian penelitian ini dilakukan simulasi numerik dengan mempergunakan metode “ beda hingga cara eksplisit “.

1.5 Manfaat Penelitian

  Manfaat dari hasil penelitian ini adalah:

  a) Menambah wawasan dan pengetahuan baru kepada orang lain yang belum tahu tentang perhitungan laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip 2D pada keadaan tak tunak untuk sirip berbentuk bujur sangkar b) Hasil pada penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi bagi para peneliti lain untuk mengembangkan penelitian dengan bentuk penampang sirip yang berbeda.

  c) Dapat digunakan sebagai solusi bagi para pengguna dalam merancang sirip motor bakar untuk mempertimbangkan luas penampang sirip dan bentuk sirip dalam perancangan suatu sistem pendingin.

d) Sebagai solusi bagi para pembaca yang mempunyai motor bakar atau jenis mesin lain yang sedang bermasalah dengan sirip pendinginannya.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Perpindahan Kalor

  Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima atau melepaskan kalor maka suhu benda tersebut akan naik atau turun yang mengakibatkan wujud benda berubah. Transformasi energi dari sistem bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur lebih rendah disebut perpindahan kalor. Perpindahan kalor tersebut akan berhenti ketika, benda yang mengalami perpindahan kalor telah mencapai suhu yang sama atau setimbang (Nofrizal, 2008). Ilmu perpindahan panas tidak hanya memaparkan transfer energi panas dari benda satu ke benda lainya, tetapi bisa digunakan untuk merencanakan atau meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu (Holman, 1995).

  Kalor dapat dipindahkan dengan tiga jenis cara yang berbeda yaitu: perpindahan panas secara konveksi, perpindahan panas secara konduksi dan perpindahan panas secara radiasi. Untuk penelitian ini perpindahan panas secara radiasi diabaikan, karena tidak terlalu mempengaruhi hasil penelitian dan telah sesuai dengan batasan masalah pada karya ilmiah ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.2 Perpindahan Kalor Konduksi

  Perpindahan kalor konduksi adalah proses perpindahan kalor dengan mana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam satu medium (padat, gas, cair) atau antar medium-medium yang lain yang bersinggungan secara langsung.

  Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara konduksi yang diusulkan oleh Fourier, menyatakan bahwa laju perpindahan panas dengan cara konduksi dalam suatu bahan itu sama dengan hasil kali dari konduksi termal bahan, luas penampang yang mana panas mengalir dengan cara konduksi dan gradien suhu pada penampang. Sehingga dapat dituliskan persamaan untuk perpindahan panas dengan cara konduksi adalah sebagai berikut: (Kreith, 1997).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Persamaan perpindahan kalor konduksi adalah:

  ∆ = − . ∆ ( ) _{2 1} −

  ...............................................................................................(2.1) = − .

  ∆

  dengan : : Laju perpindahan kalor konduksi (watt).

  2 A : Luas permukaan benda yang tegak lurus arah perpindahan kalor ( m ). k : Konduktivitas termal bahan ( Thermal conductivity ) .

  .℃

  : Perbedaan suhu (

  ∆T ℃). ∆x : Tebal benda (m).

  Tanda minus menunjukan konsekuensi dari kenyataan bahwa panas mengalir ke arah suhu yang rendah.

2.3 Konduktivitas Termal

  Tetapan kesebandingan (k) adalah sifat fisik bahan atau material yang disebut konduktivitas termal. Laju perpindahan kalor pada benda padat juga dipengaruhi dari nilai konduktivitas termal (k) benda padat yang mengalami perpindahan kalor. Bahan yang mempunyai nilai konduktivitas termal tinggi disebut konduktor, sedangkan bahan yang nilai konduktivitasnya termal rendah

  ∆

  disebut isolator. Persamaan konduktivitas kalor (k) adalah . Pada = .

  ∆

  umumnya nilai konduktivitas termal bahan tergantung pada suhu dan struktur

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal beberapa bahan

  (Holman, Sixth Edition hal 8)

  Bahan . .

  . ℃ Logam :

  Perak (murni) 410 237 Tembaga (murni) 385 223 Alumunium (murni) 202 117 Nikel (murni)

  93

  54 Besi (murni)

  73

  42 Baja karbon 1%

  43

  25 Timbal (murni) 34 20,3 Baja krom-nikel (18% Cr, 8%

  16,3 9,4 Ni)

  Bukan logam :

  Magnesit 4,15 2,4 Batu pasir 1,83 1,06 Kaca jendela 0,78 0,45

  Zat cair

  Air raksa 8,21 4,74 Air 0,556 0,327 Amoniak 0,54 0,312 Minyak pelumas SAE 50 0,147 0,085 Freon 12 0,073 0,042

  Gas

  Hidrogen 0,175 0,101 Udara 0,024 0.0139 Uap air (jenuh) 0,0206 0,119

2.4 Perpindahan Kalor Konveksi

  Perpindahan kalor konveksi adalah proses transfer panas di mana cairan atau gas (fluida) yang suhunya lebih tinggi mengalir ke permukaan benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan kalor secara konveksi dari suatu permukaan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel-partikel fluida tersebut. Kedua, partikel-partikel tersebut akan bergerak ke daerah suhu yang lebih rendah dimana partikel tersebut akan bercampur dengan partikel-partikel fluida lainnya. Laju aliranya tergantung pada sifat fisik fluida dan macam aliran fluida (Holman, 1995).

  Perpindahan kalor konveksi terjadi jika ada medium yang bergerak, misalnya fluida (udara, air, gas). Perpindahan kalor secara konveksi dapat dikelompokkan menurut gerakan alirannya, yaitu konveksi alamiah (natural

  

convection) dan konveksi paksa (forced convection). Apabila gerakan fluida

  tersebut terjadi sebagai akibat dari perbedaan densitas (kerapatan) yang disebabkan oleh suhu maka disebut konveksi bebas atau konveksi alamiah

  

(natural convection) . Bila gerakan fluida tersebut disebabkan oleh penggunaan

  alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa (forced convection) .

Gambar 2.2 Skema perpindahan kalor konveksi

  Persamaan perpindahan kalor konveksi adalah:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dengan : : Laju perpindahan kalor konveksi (watt).

  2 A : Luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, satuan (m ). h : Koefisien Perpindahan kalor konveksi dengan satuan ² .

  .

  ℃

  : Suhu benda ( ℃). : Suhu fluida ( ℃).

2.5 Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi

  Koefisien perpindahan kalor konveksi merupakan aliran panas menyeluruh sebagai hasil proses konveksi. Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h) bergantung terhadap: (a) jenis aliran (laminer dan turbulen) pada

Gambar 2.3 , (b) bentuk ukuran benda dan area yang dialiri fluida, (c) sifat-sifat dari fluida, (d) suhu rata-rata dan (e) posisi sepanjang permukaan benda. Selain

  pengaruh diatas, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h) juga dipengaruhi mekanisme perpindahan panas dengan konveksi paksa (gerakan fluida karena bantuan pompa atau kipas), atau dengan konveksi bebas. Pada Tabel 2.2 disajikan nilai Koefisien perpindahan kalor konveksi (h) dengan kondisi yang berbeda.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 2.2 Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi

  (Holman, Sixth Edition hal 13)

  Modulus . .

  ℃ .

  Konveksi bebas, dT= 30

  ℃ Plat vertikal (tinggi 0,3 m) atau (1 ft di

  4,5 0,79 udara). Silinder horizontal (diameter 5 cm) di

  6,5 1,14 udara. Silinder horizontal ( diameter 2 cm ) di 890 157 air.

  Konveksi paksa

  Aliran udara 2 m/s di atas plat bujur 12 2,1 sangkar 0,2 m. Aliran udara 35 m/s di atas plat bujur 75 13,2 sangkar 0,75 m. Udara 2 atm mengalir di dalam tabung 65 11,4 (diameter 2,5 cm), kecepatan 10 m/s. Air 0,5 kg/s dalam tabung 2,5 cm. 3500 616 Aliran Udara mengalir didalam tabung

  180

  32 (diameter 5 cm), kecepatan 50 m/s.

  Air mendidih

  Dalam kolam atau bejana. 2500-35000 440-6200 Mengalir dalam pipa. 5000-100000 880-17600

  Pengembunan uap air, 1atm

  Muka vertikal. 4000-11300 700-200 Diluar tabung horizontal. 9500-25000 1700-4400

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.6 Bilangan Nusselt

  Bilangan Nusselt merupakan suatu bilangan yang didapat dari perbandingan antara proses perpindahan panas konveksi dengan proses perpindahan panas konduksi pada kondisi yang sama. Bilangan Nusselt adalah bilangan tanpa dimensi. Persamaan bilangan nusselt adalah:

Gambar 2.4 Perpindahan kalor secara konduksi

  ) ...................................................................................................(2.3)

   = h.A.(

• - ∆

  = )

  …......................................................................................(2.4)

  . . ( ∆

  Perbandingan Persamaan (2.3) dengan Persamaan (2.4) disebut bilangan Nusselt yang berlaku pada benda plat rata.

  . . ∆ = = )

  . . (∆ ∆ .∆

  =

  ...........................................................................................(2.5)

  =

  dengan :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  h : koefisien Perpindahan kalor konveksi ^{2 .}

  .

  ℃ : Panjang karakteristik (m). ∆

  2.6.1 Bilangan Prandtl

  Bilangan Prandtl adalah perbandingan antara viskositas kinematik dengan difusivitas panas. Bilangan ini dinyatakan dengan persamaan berikut:

  . .

  = = . = .................................................................(2.6) = . dengan : Pr : Bilangan Prandtl.

  μ : Viskositas absolute fluida dinamis .

  .

  : Kalor jenis fluida .

  .℃ k : Koefisien perpindahan panas konduksi fluida .

  .℃

  2.6.2 Bilangan Reynold

  Bilangan Reynolds adalah yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnyaJenis aliran fluida dapat dilihat pada Tabel (2.3). Bilangan ini dinyatakan dengan persamaan berikut: .

  = = =

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dengan : Re : Bilangan Reynold.

  V : Kecepan fluida yang mengalir . L : Panjang benda yang sejajar aliran fluida (m).

  : Kerapatan (densitas fluida) ^{3 .} : Viskositas absolut fluida dinamis ^{3 .}

  μ ₂ : Viskositas kinematik fluida .

  Nilai ρ, μ, v tergantung jenis fluida (lampiran).

2.6.3 Bilangan Rayleigh

  Bilangan Rayleigh adalah bilangan tak berdimensi yang menyatakan batas aliran laminer dan turbulen pada konveksi bebas atau konveksi natural.

  Bilangan Rayleigh (Ra) merupakan hasil perkalian antara Bilangan Grashof (Gr) dan Prandtl (Pr) yang dinyatakan sebagai berikut: = ……………… .................................................................................(2.9) . dengan : : Bilangan Rayleigh pada arah x.

  Gr : Bilangan Grashof. Pr : Bilangan Prandtl.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.6.4 Bilangan Grashof