commit to user
METODOLOGI PENELITIAN
3. 1 Tempat Penelitian
Penelitian terdiri dari dua tahap. Untuk tahap pertama yaitu pengambilan data untuk penelitian konduktifitas thermal, dilaksanakan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin UMY. Dan untuk pengmbilan data perpindahan kalor dilaksanakan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa Pusat Studi Ilmu Teknik (PSIT) Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.
3. 2 Bahan Penelitian
· Partikel nano Al2O3 (Aluminium Oxide)
- Spesifikasi (Sigma Aldrich) :
· Kadar logam : 99,8% logam sebagai kandungan utama
· Bentuk : Partikel nano
· Ukuran partikel : 13 nm
· Densitas : 4 g/cm3
· Prophylene Glycol
Gambar 3.1. Prophylene glycol · Alcohol 95%
3. 3 Alat Penelitian a. Penukar kalor
Gambar 3.2. Gambar penukar kalor
Spesifikasi penukar kalor :
· Konstruksi : penukar kalor tabung melingkar · Bahan pipa (tube) : terbuat dari stainless steel
Gambar 3.3. Gambar pipa stainless steel · Dimensi
- panjang : 1.200 mm
- diameter dalam : 5 mm
- diameter luar : 6,3 mm
· Arah aliran : searah
· Sistem dilengakapi dengan pendingin yang akan mendinginkan fluida nano yang keluar dari seksi uji. Pendingin diletakkan dalam tangki yang dialiri air untuk mendinginkan
Gambar 3.4. Pendingin
· Penghantar pemanas menggunakan kawat nikelin 1 mm yang dililitkan pada pipa stainless steel dengan dibungkus oleh isolator.
Gambar 3.5. Nikelin dililitkan pada pipa dengan dibungkus isolator
· Untuk menahan agar panas tidak keluar, seksi uji dibungkus dengan isolator, kemudian dibungkus kembali dengan aluminium foil sebagai lapisan paling luar.
b. Termokopel
Untuk mengukur temperatur, digunakan termokopel tipe-K. Tipe K [Chromel
(Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)] tersedia untuk rentang suhu °C
hingga ± 1.200 °C. Termokopel ini dipasang pada sisi masuk dan keluar tabung (untuk mengukur temperatur fluida nano masuk dan keluar tabung), pada dinding luar tabung 5 buah (untuk mengukur temperatur dinding tabung). Pemasangan termokopel dilem menggunakan lem araldite yang terdiri dari pengeras (hardener) warna merah dan resin (warna putih) untuk keluar dan masuk tabung, sedangkan untuk dinding tidak dilem, melainkan dengan aluminium foil yang direkatkan
Gambar 3.6. Konektor termokopel dan termokopel tipe-K.
c. Thermocouple reader
Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur oleh termokopel.
Gambar 3.7. Thermocouple reader
commit to user
d. Regulated Power Supply
Digunakan sebagai daya untuk memanaskan seksi uji.
Gambar 3.8. Regulated Power Supply
e. Temperature Controller dan Contactor
Digunakan untuk membatasi keluaran suhu agar tidak terjadi pemanasan berlebih pada seksi uji. Temperature controller dihubungkan dengan contactor atau relay untuk memutus atau menyambung arus listrik yang diatur oleh temperature controller.
(a) (b)
Gambar 3.9. (a) Temperature Controller (b) Contactor
f. Pompa
Pompa yang digunakan sebanyak tiga buah, yaitu:
Satu buah pompa yang digunakan untuk memompa fluida nano dari tangki penampung masuk ke dalam alat penukar kalor.
Dua buah pompa pendingin untuk mengalirkan air yang digunakan untuk mendinginkan fluida.
g. Tangki penampung
Tangki penampung terdiri dari 3 tangki:
· Tangki pertama digunakan untuk menampung fluida nano sementara sebelum masuk penukar kalor.
· Tangki yang kedua untuk menampung bagian air pendingin fluida setelah keluar saluran
· Dan yang terakhir sebagai bak penampung air yang digunakan untuk mendinginkan bagian pendingin.
(a) (b) (c)
Gambar 3.10. Tangki penampung (a) untuk fluida nano, (b dan c) untuk air
h. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur selang waktu yang diperlukan untuk menampung fluida nano keluar dari penukar kalor dalam jumlah tertentu dengan menggunakan gelas ukur
· Stop kran
Stop kran ini dari bahan tembaga yang digunakan untuk mengatur debit aliran air. Sedangkan cara penggunaannya dengan cara diputar untuk mengatur debit yang akan diinginkan.
· Magnetic Stirrer
Digunakan untuk mencampur dan memanaskan fluida dasar Prophylene Glycol dengan partikel nano
Gambar 3.11. Magnetic Stirrer · Ultrasonic Vibrator
Digunakan sebagai pencampur lanjutan untuk fluida nano yang telah dicampur terlebih dahulu pada Magnetic Stirrer agar mendapat campuran yang lebih baik dan stabil.
Gambar 3.12. Ultrasonic Vibrator · Timbangan Digital
Digunakan untuk menakar dan menimbang partikel nano yang akan dicampurkan.
· Gelas Beaker dan Gelas Ukur
Sebagai penakar fluida yang akan dicampurkan pada Prophylene Glycol, serta digunakan untuk mengetahui debit aliran yang keluar dari alat uji.
· Thermal Conductivity of Liquid and Gases
Digunakan untuk melaksanakan pengujian untuk mendapatkan data yang nantinya akan digunakan pada perhitungan untuk mendapatkan nilai konduktifitas termal dari fluida nano
Gambar 3.15. Thermal Conductivity of Liquid and Gases.
3. 4 Prosedur Penelitian
Peralatan penelitian terdiri dari tiga sistem, yakni sistem pengukuran, sistem lintasan fluida nano dalam pipa, dan lintasan fluida pendingin. Lintasan fluida dalam pipa merupakan sebuah lintasan tertutup. Fluida nano yang berada dalam tangki penampung fluida nano digerakkan oleh pompa air melewati bagian pipa stainless, mengalir melewati seksi uji dan kembali ke tangki penampung fluida nano. Pemanas yang merupakan lilitan nikelin dikontrol dengan temperature controller untuk mempertahankan temperatur pada pipa stainless agar tidak terjadi pemanasan berlebih yang mengakibatkan lilitan nikelin putus. Lintasan fluida pendingin adalah lintasan terbuka. Aliran air dingin menggunakan dua buah pompa akuarium dan dua buah tandon air, di mana aliran air dingin berasal dari tandon air dingin utama menuju ke tandon pendingin. Air dingin yang
keluar dari tandon pendingin kembali ke tandon air dingin utama. Berikut adalah skema alat yang akan digunakan.
Gambar 3.16. Skema alat
3. 5 Tahap Persiapan
Tahap pertama adalah tahap pembuatan dari fluida nano. Berikut adalah proses yang akan dilakukan untuk membuat campuran fluida nano dari
Prophylene Glycol dan partikel nano Al2O3.
1. Menakar dan menimbang partikel nano sesuai variasi yang digunakan (dengan variasi 0.2%, 0.5%, dan 1% w/v ).
2. Mencampur partikel nano yang telah ditakar dan ditimbang dengan Prophylene Glycol kedalam gelas ukur hingga mencapai total volume satu liter, kemudian diaduk menggunakan magnetic stirrer selama satu jam.
3. Melakukan pencampuran lanjut menggunakan Ultrasonic Vibrator selama dua jam untuk mendapatkan campuran yang lebih stabil.
Tahap kedua adalah tahap pengujian nilai konduktivitas thermal dari fluida nano yang akan digunakan. Pengujian konduktivitas thermal dari fluida nano menggunakan alat Thermal Conductivity of Liquid and Gases P.A. Hilton LTD tipe H111.
Prosedur pengujian konduktivitas thermal dari fluida nano adalah: 1. Menyiapkan fluida nano yang akan diuji
2. Menyiapkan alat Thermal Conductivity of Liquid and Gases
3. Merangkai / menghubungkan bagian-bagian alat dan mengalirkan pendingin 4. Memasukkan salah satu fluida nano yang akan diuji ke dalam heater dengan
menggunakan suntikan
5. Menyalakan Heat Transfer Unit yang bertujuan untuk memanaskan fluida di dalam heater
6. Variasi voltase (V) dengan voltase 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, dan 200 volt
7. Mencatat data temperatur plug (T1), temperatur jacket (T2), arus (I) yang terbaca pada Heat Transfer Unit
8. Mematikan Heat Transfer Unit
9. Menguras bahan uji di dalam heater hingga bersih supaya tidak terjadi pencampuran fluida apabila akan melakukan pengujian dengan fluida lain, dan agar heater tidak berkerak.
Berikut ini diagram alir pengujian konduktivitas thermal :
Mulai
Menyiapkan fluida nano yang akan diuji
Menyiapkan Alat
Thermal Conductivity of Liquid and Gases
Mengalirkan pendingin
Memasukkan fluida nano
Menghidupkan alat Memvariasi voltase V = 60V, 80V, 100V, 120V, 140V, 160V, 180V, 200V Mencatat data T1, T2, I Mematikan alat
Menguras bahan uji
3. 6 Tahap Pelaksanaan Penelitian
Berikut adalah prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data penelitian: a. Memasukkan fluida nano yang telah dibuat kedalam tangki penampung. b. Mengalirkan fluida pendingin.
c. Mengalirkan fluida nano dengan cara menghidupkan pompa sentrifugal yang telah terpasang dan debit diatur dengan memutar stop kran.
d. Mengukur debit aliran dengan menggunakan gelas ukur.
e. Menghidupkan power regulator dan mengatur voltase yang sesuai untuk memanaskan seksi uji, kemudian menunggu kurang lebih selama satu jam untuk mendapat kondisi yang stabil dari pemanasan atau hingga temperatur fluida masuk tidak berubah.
f. Melakukan pengambilan data berupa temperatur masuk dan keluar pipa seksi uji, serta temperatur dinding dari seksi uji.
g. Mengulangi langkah 4 hingga 6 untuk debit aliran yang berbeda.
h. Setelah pengambilan data selesai, mematikan unit pemanas dan melakukan pendinginan terhadap alat dengan tetap menyalakan pompa fluida nano dan dua pompa pendingin selama kurang lebih satu jam.
i. Setelah seksi uji dingin, mematikan seluruh unit kelistrikan.
j. Mengulangi langkah 1 hingga 9 untuk konsentrasi fluida nano yang berbeda.
3. 7 Metode Analisis Data
Dari data yang telah diperoleh, yaitu berupa temperature fluida masuk dan keluar seksi uji, temperature dinding luar seksi uji, dan debit aliran selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu dengan :
a. Menentukan sifat-sifat fluida nano ( nf, Cnf, nf, knf,)
b. Menghitung laju aliran massa fluida nano ( )
c. Menghitung laju perpindahan kalor (Q) d. Menghitung nilai fluks kalor konstan ( )
e. Menghitumg temperatur dinding dalam tabung ( )
f. Menghitung temperatur bulk rata-rata ( )
g. Menghitung koefisien perpindahan kalor konveksi lokal ( )
h. Menghitung bilangan Nusselt lokal ( )
3. 8 Diagram Alir Penelitian
Kesimpulan
Selesai
Pengambilan data:
· Debit fluida kerja · Temperatur masuk fluida · Temperatur keluar fluida · Temperatur dinding luar pipa
Mulai
Alat penukar kalor horizontal circular tube Variasi: Fluida kerja (PG) 0% w/v Fluida kerja Al2O3-PG 0,2% w/v Fluda kerja Al2O3-PG 0,5% w/v Fluida kerja Al2O3-PG 1% w/v Variasi Re: 215 195 165 135 105 75 Analisis data:
· Menentukan sifat-sifat fluida nano ( nf, Cnf, nf, knf,) · Menghitung laju aliran massa fluida nano ( ) · Menghitung laju perpindahan kalor (Q) · Menghitung nilai fluks kalor konstan ( )
· Menghitumg temperatur dinding dalam tabung ( ) · Menghitung temperatur bulk rata-rata ( )
· Menghitung koefisien perpindahan kalor konveksi lokal ( ) · Menghitung bilangan Nusselt lokal ( )
41 BAB IV