Kesimpulan dan Saran - METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.8 Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan harus menjawab tujuan dari penelitian dan kesimpulan merupakan inti dari pembahasan yang telah dilakukan. Saran dibuat untuk pengembangan penelitian yang akan dilakukan dikemudian hari.

BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Perhitungan dan Pengolahan Data

4.1.1 Hasil Perhitungan untuk Komposisi Bahan Sirip

Variasi komposisi bahan sirip yang digunakan untuk perhitungan distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip mengerucut dengan bentuk penampang segi enam sama sisi yang tersusun atas dua bahan pada keadaan tak tunak ini adalah Besi – Aluminium, Besi – Seng, Besi – Tembaga, Besi – Nikel, dan Besi – Besi. Untuk variasi komposisi bahan sirip, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h yang dipilih adalah sebesar 100 W/m^2oC dengan sisi dasar sirip berbentuk segi enam sama sisi ditetapkan 0,01 m dan sisi ujung sirip berbentuk segi enam sama sisi ditetapkan 0,005 m, kemudian tinggi dasar sirip ditetapkan 0,0173 m dan tinggi ujung sirip ditetapkan 0,0087 m yang tersususn atas bahan satu sepanjang 0,05 m dan bahan kedua sepanjang 0,05 m. Suhu dasar sirip Tb

ditetapkan sebesar 100ôC, suhu fluida di sekitar sirip T∞ ditetapkan sebesar 30ôC, suhu mula – mula sirip Ti ditetapkan sebesar 100ôC.

Hasil perhitungan laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip mengerucut dengan bentuk penampang segi enam sama sisi yang tersusun atas dua bahan pada keadaan tak tunak disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Grafik disajikan dalam hubungan : (1) suhu dan volume kontrol, (2) laju aliran kalor dengan waktu, (3) efisiensi dan waktu, dan (4) efektivitas dan waktu. Waktu yang ditinjau dimulai dari keadaan mula – mula. Waktu yang dipilih untuk perhitungan adalah 1 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, 200 detik, 300 detik.

4.1.1.1 Distribusi Suhu untuk Komposisi Bahan Sirip

Suhu di setiap volume kontrol sirip dengan berbagai macam bahan sirip pada saat t = 1 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, 250 detik, dan 300 detik disajikan pada Gambar 4.1 hingga Gambar 4.6.

Gambar 4.1 Distribusi Suhu saat t = 1 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.2 Distribusi Suhu saat t = 50 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

98,4 98,6 98,8 99 99,2 99,4 99,6 99,8 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

65 70 75 80 85 90 95 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

Gambar 4.3 Distribusi Suhu saat t = 100 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.4 Distribusi Suhu saat t = 150 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

50 60 70 80 90 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

50 60 70 80 90 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

Gambar 4.5 Distribusi Suhu saat t = 250 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.6 Distribusi Suhu saat t = 300 detik untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

50 60 70 80 90 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

50 60 70 80 90 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Control

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

4.1.1.2 Laju Aliran Panas untuk Komposisi Bahan Sirip

Nilai laju aliran panas untuk setiap komposisi bahan sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, 250 detik, dan 300 detik disajikan dalam Tabel 4.1 dan Gambar 4.7.

Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Panas untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu

Bahan

Laju Aliran Panas Pada Saat t (W)

1 detik 50 detik 100 detik 150 detik 250 detik 300 detik Komposisi

Besi – Aluminium 31,5916 22,9168 20,4666 19,7939 19,5585 19,5455 Besi – Seng 31,6151 23,1298 20,4618 19,6442 19,3168 19,2932 Besi – Tembaga 31,6524 23,8684 21,1146 20,1599 19,7142 19,6744 Besi – Nikel 31,6701 24,1673 21,1649 19,9636 19,2893 19,2119 Besi – Besi 31,6535 23,7850 20,8352 19,7399 19,1813 19,1250

Gambar 4.7 Grafik Laju Aliran Panas untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Laju Aliran Panas, watt

Waktu, detik

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

4.1.1.3 Efisiensi untuk Komposisi Bahan Sirip

Nilai efisiensi untuk setiap komposisi bahan sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, 250 detik, dan 300 detik disajikan dalam Tabel 4.2 dan Gambar 4.8.

Tabel 4.2 Nilai Efisiensi untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu

Bahan

Efisiensi Pada Saat t (η)

1 detik 50 detik 100 detik 150 detik 250 detik 300 detik Komposisi

Besi – Aluminium 0,98936 0,71769 0,64095 0,61989 0,61251 0,61208 Besi – Seng 0,99009 0,72436 0,64081 0,61520 0,60495 0,60421 Besi – Tembaga 0,99126 0,74749 0,66125 0,63135 0,61739 0,61614 Besi – Nikel 0,99182 0,75685 0,66282 0,62520 0,60408 0,60166 Besi – Besi 0,99130 0,74487 0,65250 0,60070 0,60544 0,59894

Gambar 4.8 Grafik Efisiensi untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Efisiensi, η

Waktu, detik

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

4.1.1.4 Efektivitas untuk Komposisi Bahan Sirip

Nilai efektivitas untuk setiap komposisi bahan sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, 250 detik, dan 300 detik disajikan dalam Tabel 4.3 dan Gambar 4.9.

Tabel 4.3 Nilai Efisiensi untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu

Bahan

Efektivitas Pada Saat t

1 detik 50 detik 100 detik 150 detik 250 detik 300 detik Komposisi

Besi – Aluminium 17,3714 12,6013 11,2541 10,8841 10,7547 10,7470 Besi – Seng 17,3843 12,7185 11,2514 10,8018 10,6218 10,6088 Besi – Tembaga 17,4048 13,1246 11,6103 11,0854 10,8403 10,8184 Besi – Nikel 17,4146 13,2890 11,6380 10,9775 10,6066 10,5641 Besi – Besi 17,4054 13,0787 11,4567 10,8544 10,5473 10,5163

Gambar 4.9 Grafik Efektivitas untuk Komposisi Bahan Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

10 11 12 13 14 15 16 17 18

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Efektivitas

Waktu, detik

Besi-Seng Besi-Aluminium Besi-Tembaga Besi-Nikel Besi-Besi

4.1.2 Hasil Perhitungan untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi

Variasi koefisien perpindahan kalor konveksi yang digunakan untuk perhitungan distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip mengerucut dengan bentuk penampang segi enam yang tersusun atas dua bahan pada keadaan tak tunak ini adalah 50 W/m^2oC, 100 W/m^2oC, 250 W/m^2oC, 500 W/m^2oC, dan 1000 W/m^2oC. Untuk setiap variasi koefisien perpindahan kalor konveksi h, komposisi bahan sirip yang dipilih adalah besi dan aluminium dengan panjang sisi dasar sirip berbentuk segi enam ditetapkan 0,01 m, sisi ujung sirip 0,005 m, tinggi dasar sirip 0,017 m, tinggi ujung sirip 0,0087 m yang tersusun atas bahan satu sepanjang 0,05 m dan bahan dua sepanjang 0,05 m. Suhu dasar sirip Tb

ditetapkan sebesar 100ôC, suhu fluida di sekitar sirip T∞ ditetapkan sebesar 30ôC, suhu mula – mula sirip Ti ditetapkan sebesar 100ôC.

Hasil perhitungan laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas sirip mengerucut dengan bentuk penampang segi enam yang tersusun atas dua bahan pada keadaan tak tunak disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Grafik disajikan dalam hubungan : (1) distribusi suhu terhadap waktu, (2) laju aliran panas terhadap waktu, (3) efisiensi terhadap waktu, dan (4) efektivitas terhadap waktu.

Waktu yang ditinjau dimulai dari keadaan mula – mula sampai dengan keadaan tunak sirip tercapai. Waktu yang dipilih untuk perhitungan adalah 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik.

4.1.2.1 Distribusi Suhu untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Suhu di setiap volume kontrol untuk setiap variasi koefisien perpindahan kalor konveksi yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan pada Gambar 4.10 hingga Gambar 4.15

Gambar 4.10 Distribusi Suhu saat t = 1 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip Besi-Tembaga, Tb =

100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.11 Distribusi Suhu saat t = 25 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip

Besi-Tembaga, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.12 Distribusi Suhu saat t = 50 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip

Besi-Tembaga, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.13 Distribusi Suhu saat t = 100 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip

Besi-Tembaga, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.14 Distribusi Suhu saat t = 150 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip

Besi-Tembaga, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

Gambar 4.15 Distribusi Suhu saat t = 180 detik untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip

Besi-Tembaga, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

4.1.2.2 Laju Aliran Kalor untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi

Nilai laju aliran panas untuk setiap variasi koefisien perpindahan panas konveksi yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.4 dan Gambar 4.16.

Tabel 4.4 Nilai Laju Aliran Panas untuk Variasi Koefisien Perpindahan Panas Konveksi dari Waktu ke Waktu

h (W/m^2oC) Laju Aliran Kalor pada Saat t (W)

Gambar 4.16 Grafik Laju Aliran Kalor untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip Besi - Aluminium, Tb

= 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

4.1.2.3 Efisiensi untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi

Efisiensi untuk setiap variasi koefisien perpindahan kalor konveksi yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.5 dan Gambar 4.17.

Tabel 4.5 Nilai Efisiensi untuk Variasi Koefisien Perpindahan Panas Konveksi dari Waktu ke Waktu

h (W/m^2oC) Efisiensi pada Saat t (η)

1s 25s 50s 100s 150s 180s

50 W/m^2oC 0,99466 0,90008 0,83989 0,78064 0,75852 0,75264 100 W/m^2oC 0,98936 0,81377 0,71769 0,64095 0,61989 0,61558 250 W/m^2oC 0,97365 0,61774 0,49251 0,43658 0,43032 0,42974 500 W/m^2oC 0,94812 0,42532 0,33405 0,31650 0,31602 0,31601 1000 W/m^2oC 0,89940 0,26216 0,23154 0,23007 0,23007 0,23007

Gambar 4.17 Grafik Efisiensi untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip Besi - Aluminium, Tb

= 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 30 60 90 120 150 180

Efisiensi, η

Waktu, detik

h = 50 m2oC h = 100 m2oC h = 250 m2oC

h = 500 m2oC h = 1000m2oC

W/m^2oC W/m^2oC

W/m^2oC

4.1.2.4 Efektivitas untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Efektivitas untuk setiap variasi koefisien perpindahan kalor konveksi yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 130 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.6 dan Gambar 4.18.

Tabel 4.6 Nilai Efektivitas untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi dari Waktu ke Waktu

h (W/m^2oC) Efektivitas pada Saat t

1s 25s 50s 100s 150s 180s

50 W/m^2oC 17,4645 15,8039 14,7471 13,7067 13,3183 13,2150 100 W/m^2oC 17,3714 14,2885 12,6013 11,2540 10,8841 10,8086 250 W/m^2oC 17,0956 10,8465 8,6476 7,6656 7,5556 7,5455 500 W/m^2oC 16,6473 7,4678 5,8653 5,5572 5,5488 5,5485 1000 W/m^2oC 15,7919 4,6032 4,0654 4,0397 4,0396 4,0396

Gambar 4.18 Grafik Efektivitas untuk Variasi Koefisien Perpindahan Panas Konveksi dari Waktu ke Waktu dengan Bahan Sirip Besi - Aluminium, Tb

= 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 30 60 90 120 150 180

Efektivitas

Waktu, detik

h = 50 m2oC h = 100 m2oC h = 250 m2oC

h = 500 m2oC h = 1000 m2oC

W/m^2oC W/m^2oC

W/m^2oC

4.1.3 Hasil Perhitungan untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip

Variasi ukuran pada sisi dasar sirip yang digunakan untuk menghitung distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip mengerucut dengan bentuk penampang segi enam yang tersusun atas dua bahan pada keadaan tak tunak ini adalah pada ukuran sisi dasar (sd). Ukuran sd yang digunakan masing-masing sebagai berikut : 0,02 m dan 0,03 m , 0,04 m dan 0,05 m . Untuk setiap variasi ukuran pada sisi dasar sirip, komposisi bahan sirip yang dipilih adalah besi dan aluminium dengan nilai koefisien perpidahan kalor konveksi sebesar 250 W/m^2oC, sisi ujung sirip 0,005 m, tinggi sisi ujung sirip 0,0087 m yang tersusun atas bahan satu sepanjang 0,05 m dan bahan dua sepanjang 0,05 m. Suhu dasar sirip Tb ditetapkan sebesar 100ôC, suhu fluida di sekitar sirip T∞ ditetapkan sebesar 30ôC, suhu mula – mula sirip Ti ditetapkan sebesar 100ôC.

4.1.3.1 Distribusi Suhu untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip

Suhu di setiap volume kontrol untuk setiap variasi ukuran pada dasar sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan pada Gambar 4.19 hingga Gambar 4.24.

Gambar 4.19 Distribusi Suhu saat t = 1 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

Gambar 4.20 Distribusi Suhu saat t = 25 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

98,4 98,6 98,8 99 99,2 99,4 99,6 99,8 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, oC

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

84 86 88 90 92 94 96 98 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, o C

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

Gambar 4.21 Distribusi Suhu saat t = 50 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

Gambar 4.22 Distribusi Suhu saat t = 100 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

75 80 85 90 95 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, o C

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

70 75 80 85 90 95 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, o C

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

Gambar 4.23 Distribusi Suhu saat t = 150 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

Gambar 4.24 Distribusi Suhu saat t = 180 detik untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti =

100^oC, T∞ = 30^oC

70 75 80 85 90 95 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, o C

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

70 75 80 85 90 95 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Suhu, o C

Volume Kontrol

Sd = 0,02 m Sd = 0,03 m Sd = 0,04 m Sd = 0,05 m

4.1.3.2 Laju Aliran Kalor untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip

Nilai laju aliran panas untuk setiap variasi ukuran pada dasar sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.7 dan Gambar 4.25.

Tabel 4.7 Nilai Laju Aliran Panas untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu

Ukuran Laju Aliran Panas pada Saat t (W)

sd (m) 1s 25s 50s 100s 150s 180s

0,02 52,5486 47,2114 44,3375 42,0689 41,4564 41,3332 0,03 73,5065 68,3523 65,6056 63,4562 62,8832 62,7692 0,04 94,4652 89,4295 86,7629 84,6882 84,1401 84,0317 0,05 115,4248 110,4667 107,8525 105,8269 105,2949 105,1904

Gambar 4.25 Grafik Laju Aliran Panas untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100^oC, Ti = 100^oC, T∞ =

30^oC

40 50 60 70 80 90 100 110 120

0 30 60 90 120 150 180

Laju Aliran Panas, watt

Waktu, detik

sd = 0,02 m sd = 0,03 m sd = 0,04 m sd = 0,05 m

4.1.3.3 Efisiensi untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip

Efisiensi untuk setiap variasi ukuran pada dasar sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.8 dan Gambar 4.26.

Tabel 4.8 Nilai Efisiensi untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu

Ukuran Efisiensi pada Saat t (η)

sd (m) 1s 25s 50s 100s 150s 180s

0,02 0,99362 0,89270 0,83836 0,79546 0,78388 0,78155 0,03 0,99545 0,92565 0,88846 0,85935 0,85159 0,85004 0,04 0,99647 0,94335 0,91522 0,89333 0,88755 0,88641 0,05 0,99711 0,95428 0,93169 0,91420 0,90960 0,90870

Gambar 4.26 Grafik Efisiensi untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

0,75 0,775 0,8 0,825 0,85 0,875 0,9 0,925 0,95 0,975 1

0 30 60 90 120 150 180

Efisiensi, η

Waktu, detik

sd = 0,02 m sd = 0,03 m sd = 0,04 m sd = 0,05 m

4.1.3.4 Efektivitas untuk Variasi Ukuran pada Sisi Dasar Sirip

Efektivitas untuk setiap variasi ukuran pada dasar sirip yang ditinjau dari waktu ke waktu pada t = 1 detik, 25 detik, 50 detik, 100 detik, 150 detik, dan 180 detik disajikan dalam Tabel 4.9 dan Gambar 4.27.

Tabel 4.2 Nilai Efektivitasi untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu

Ukuran Efektivitas pada Saat t

sd (m) 1s 25s 50s 100s 150s 180s

0,02 7,2237 6,4901 6,0950 5,7831 5,6989 5,6820 0,03 4,4910 4,1761 4,0083 3,8769 3,8420 3,8350 0,04 3,2465 3,0734 2,9818 2,9105 2,8916 2,8879 0,05 2,5387 2,4297 2,3722 2,3276 2,3159 2,3136

Gambar 4.27 Grafik Efektivitas untuk Variasi Ukuran pada Dasar Sirip dari Waktu ke Waktu dengan h = 100 W/m^2oC, Tb = 100ôC, Ti = 100ôC, T∞ = 30ôC

2 3 4 5 6 7 8

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Efektivitas

Waktu, detik

sd = 0,02 m sd = 0,03 m sd = 0,04 m sd = 0,05 m

4.2 Pembahasan

4.2.1 Pembahasan untuk Variasi Material Bahan Sirip

Bedasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh grafik distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip dengan bentuk penampang segi enam sama sisi yang tersusun atas dua bahan untuk variasi bahan sirip yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.15. Grafik laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas sirip untuk masing – masing variasi material bahan sirip dibandingkan terhadap waktu pada keadaan tak tunak.

Dari masing – masing grafik variasi bahan sirip yang telah diperoleh, dapat dilihat bahwa variasi komposisi bahan pada sirip memiliki pengaruh yang besar terhadap distribusi suhu, laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas dengan bentuk penampang segi enam. Hal mendasar yang membedakan setiap bahan dalam distribusi suhu, laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas untuk setiap komposisi variasi bahan sirip adalah nilai difusivitas termal. Difusivitas termal merupakan kemampuan suatu material untuk menyalurkan panas dibandingkan dengan kemampuannya untuk menyimpan panas. Material yang memiliki nilai difusivitas termal tinggi akan semakin cepat menyalurkan panas dari satu bagian ke bagian lainnya. Difusivitas termal didapatkan dari nilai konduktivitas termal (k), massa jenis (ρ), dan panas jenis (c) masing – masing bahan. Rumus untuk difusivitas termal adalah k/(ρ.c). Data difusivitas termal masing – masing variasi bahan yang ditinjau dapat dilihat pada Tabel 4.10.

Tabel 4.10 Nilai Konduktivitas Termal, Massa Jenis, Panas Jenis, dan Difusivitas Termal Masing – Masing Bahan Material Sirip yang Ditinjau

Bahan k (W/m^oC) ρ (kg/m³) c (J/kg^oC) Difusivitas termal (m²/s)

Aluminium 237 2702 903 9,713 x 10^-5

Besi 80,2 7870 447 2,279 x 10^-5

Tembaga 401 8933 385 11,659 x 10^-5

Seng 116 7140 389 4,176 x 10^-5

Nikel 90,7 8900 444 2,295 x 10^-5

Dari grafik yang telah diperoleh, laju aliran kalor pada detik – detik awal (t

= 1s) dari masing – masing variasi komposisi bahan sirip cenderung seragam. Hal ini disebabkan karena pada saat t = 1s, sirip dengan semua variasi komposisi bahan suhunya tidak mengalami banyak perbedaan terhadap suhu dasar sirip (Tb).

Saat waktu telah menunjukkan t = 25s sampai pada keadaan tunak, perbedaan antara komposisi material bahan yang memiliki difusivitas termal tinggi dan rendah sudah terlihat perbedaannya. Sirip dengan komposisi variasi material berdifusivitas tinggi, seperti Tembaga dan Aluminium memiliki kemampuan untuk tetap mempertahankan suhu di setiap volume kontrolnya. Sirip dengan variasi komposisi material berdifusivitas tinggi memiliki nilai suhu yang lebih tinggi yang dimana hal ini disebabkan oleh kecepatan perambatan panas yang tinggi secara terus – menerus dari suhu dasar (Tb) yang dipertahankan tetap 100^oC dari waktu ke waktu di setiap volume kontrol sirip. Hal ini dapat membuktikan rumus q = h As (Ti - T∞), dimana semakin besar selisih antara suhu dasar sirip Ti

dengan suhu fluida di sekitar sirip T∞ membuat laju aliran kalor (q) menjadi semakin besar. Berbeda dengan sirip yang komposisi materialnya berdifusivitas termal rendah. Sirip dengan komposisi material yang berdifusivitas termal rendah, contohnya Besi dan Nikel yang dimana material ini tidak mampu mempertahankan suhu disetiap volume kontrolnya sehingga suhunya rendah, terutama di ujung volume kontrol cenderung rendah. Material berdifusivitas rendah memiliki kecepatan rambat panas dari dasar sirip hingga ke ujung sirip yang lambat sehingga suhu pada volume kontrol ujung sirip terus menerus bereaksi dengan fluida yang berada disekitar sirip yang memiliki suhu lebih rendah. Suhu sirip yang rendah menyebabkan perbedaan suhu sirip Ti dan suhu fluida di sekitar sirip T∞ menjadi kecil, hal ini menyebabkan laju aliran panas menjadi rendah pula.

Untuk nilai efisiensi dari sirip, grafik yang diperoleh memiliki pola yang hampir sama dengan grafik nilai laju aliran kalor. Grafik dapat dilihat pada Gambar 4.8. Pada detik awal (t = 1s) nilai efisiensi dari masing – masing variasi komposisi material bahan sirip cenderung seragam. Hal ini disebabkan karena pada detik t =1s, sirip belum mengalami perubahan suhu yang signifikan antara

suhu dasar sirip ( Tb =100^oC ) dengan suhu fluida di sekitar sirip T∞ = 30^oC. Saat suhu pada masing – masing volume kontrol belum banyak mengalami perubahan terhadap suhu dasar Tb dan suhu awal Ti, maka laju aliran kalor yang didapat pada masing – masing variasi komposisi material bahan sirip mendekati laju aliran panas maksimalnya. Ketika t = 1s dapat dilihat bahwa sirip dengan variasi komposisi material bahan yang nilai difusivitas rendah memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi dari komposisi material bahan yang nilai difusivitasnya tinggi.

Contohnya pada variasi material bahan Besi-Besi dengan Besi-Tembaga, dimana variasi komposisi material bahan pada Besi-Besi memiliki nilai difusivitas yang lebih rendah dari pada Besi-Tembaga namun memiliki nilai koefisien yang lebih tinggi pada t = 1s. Hal ini disebabkan karena nilai difusivitas yang tinggi membuat perpindahan panas dapat berdifusi secara cepat dari satu bagian ke bagian yang lain. Ketika t = 25s sampai pada keadaan tunak, terlihat perbedaan nilai efisiensi dari masing – masing variasi komposisi material bahan sirip. Sirip dengan variasi komposisi material bahan yang memiliki difusivitas termal paling tinggi yaitu Besi-Tembaga memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan sirip dengan variasi komposisi material bahan yang memiliki difusivitas rendah seperti Besi-Besi. Efisiensi merupakan perbandingan antara panas yang mampu dilepas sirip dibandingakan dengan jumlah panas yang mampu dilepas jika seluruh volume kontrol sirip memiliki suhu yang sama dengan suhu dasar sirip, Tb

= 100^oC. Sirip dengan komposisi material bahan yang berdifusivitas rendah tidak memiliki kemampuan yang bagus untuk mempertahankan suhu di setiap volume kontrol dikarenakan kecepatan perambatan panas yang lambat dari dasar sirip (Tb) hingga ke ujung sirip, sehingga suhu disetiap volume kontrol menjadi rendah dikarenakan sirip terus mengalami reaksi dengan fluida disekitar sirip yang memiliki suhu lebih rendah daripada suhu pada volume kontrol sirip.

Untuk nilai efektivitas sirip, grafik yang diperoleh memiliki pola yang hampir sama dengan grafik nilai laju aliran kalor dan grafik efisiensi. Grafik dapat dilihat pada Gambar 4.9. Pada detik awal (t = 1s) nilai efektivitas dari masing-masing komposisi bahan belum memiliki perbedaan yang signifikan karena nilai suhu pada setiap volume kontrol sirip belum mengalami banyak perubahan

dibandingkan dengan suhu awalnya, Ti = 100^oC. Pada nilai efektivitas hampir serupa dengan nilai efisiensi yaitu pada saat t = 1s dapat dilihat bahwa sirip dengan variasi komposisi material bahan yang nilai difusivitas rendah memiliki nilai efektivitas yang lebih tinggi dari komposisi material bahan yang nilai difusivitasnya tinggi. Contohnya pada variasi material bahan Besi-Besi dengan Besi-Tembaga, dimana variasi komposisi material bahan pada Besi-Besi memiliki nilai difusivitas yang lebih rendah dari pada Besi-Tembaga namun memiliki nilai koefisien yang lebih tinggi pada t = 1s. Hal ini disebabkan karena nilai difusivitas yang tinggi membuat laju aliran panas semakin cepat dari satu bagian ke bagian yang lain sehingga membuat nilai efektivitasnya semakin besar juga. Perbedaan nilai efektivitas dari masing-masing variasi komposisi material bahan terlihat pada t = 25s sampai pada keadaan tunak, sirip dengan variasi komposisi material bahan yang memiliki nilai difusivitas termal yang tinggi seperti Besi-Tembaga memiliki efektivitas yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan variasi komposisi material bahan yang memiliki nilai difusivitas termal rendah seperti Besi-Besi yang memiliki efektivitas paling rendah. Efektivitas merupakan perbandingan laju aliran panas ketika benda dipasang sirip dengan laju aliran panas ketika benda tidak dipasangi sirip.

Dari hasil perhitungan yang telah diperoleh dan grafik yang telah dilampirkan, maka dapat diketahui bahwa nilai difusivitas suatu material bahan sangat mempengaruhi distribusi suhu, laju aliran panas, efisiensi dan efektivitas sirip. Sirip dengan komposisi material yang memiliki nilai difusivitas yang tinggi akan memiliki distribusi suhu, laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas yang juga tinggi.

4.2.2 Pembahasan untuk Variasi Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh grafik distribusi suhu, laju aliran panas, efisiensi, dan efektivitas sirip dengan bentuk penampang segi enam sama sisi yang tersusun atas dua bahan. Untuk variasi

Dalam dokumen PENGARUH VARIASI BAHAN TERHADAP EFISIENSI DAN EFEKTIVITAS SIRIP MENGERUCUT BERPENAMPANG SEGI ENAM YANG TERSUSUN ATAS DUA BAHAN PADA KEADAAN TAK TUNAK (Halaman 55-0)