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

i

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

ii

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

iii

PERSETUJUAN PEMBIMBING

PERPINDAHAN KALOR PADA SIRIP BUJUR SANGKAR

iv

TUGAS AKHIR

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

Dipersiapkan dan disusun oleh : NAMA : IVANDITYA PUTRA SUMIRAT NIM : 105214019

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

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

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

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.

vii 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, nilaih (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 sebesar = 37℃_{, suhu udara di sekitar sirip sebesar} = 37℃_{, dengan nilai} h tertentu dan bersifat tetap serta merata pada sirip. Suhu dasar sirip kemudian dikondisikan pada suhu yang tetap dan merata sebesar = 150℃_{. 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.

viii

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

ix

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.

x

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

xi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

xii

2.2 Perpindahan Kalor konduksi ... 8

2.3 Konduktivitas Termal... 9

2.4 Perpindahan kalor konveksi... 10

2.5 Koefisien perpindahan kalor konveksi ... 12

2.6 Bilangan Nusselt ... 14

2.6.1 Bilangan Prandtl ... 15

2.6.2 Bilangan Reynold ... ... . 15

2.6.3 Bilangan Rayleigh ... ... 16

2.6.4 Bilangan Grashoff ... 17

2.7 HubunganNu, Re, dan Pr... 18

2.8 Aliran laminar konveksi paksa pada plat rata... 19

2.8.1 Aliran di atas plat rata pada konveksi alami ... 22

2.9 Efesiensi dan efektivitas ... 23

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

3.1 Kesetimbangan energi keadaan tak tunak ... 24

3.2 Persamaan Numerik tiap node dari waktu ke waktu... 25

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

4.1 Metode Peneltian... 36

4.2 Benda yang diuji, ukuran dan bahan ... 36

4.3 Peralatan pendukung penelitian ... 37

4.4 Pengumpulan data ... 37

4.5 Definisi operasional ... 39

xiii

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

xiv

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

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pendingin CPU Danamics LM10 ... 2

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

Gambar 1.3.a Pandangan depan sirip ... 4

Gambar 1.3.b Pandangan samping sirip ... 4

Gambar 2.1 Skema perpindahan kalor konduksi ... 8

Gambar 2.2 Skema perpindahan kalor konveksi ... 11

Gambar 2.3 Aliran laminer dan aliran turbulen ... 12

Gambar 2.4 Perpindahan kalor secara konduksi ... 14

Gambar 2.5 Skema aliran konveksi bebas pada plat rata ... 17

Gambar 2.6 Skema perpindahan kalor konveksi pada plat rata ... 18

Gambar 3.1 Kesetimbangan energi dalam volume kontrol ... 24

Gambar 3.2 Seperempat bagian sirip ... 26

Gambar 3.3 Volume kontrol pada bagian tepi sirip ... 27

Gambar 3.4 Volume kontrol pada bagian pojok sirip ... 30

Gambar 3.5 Volume kontrol pada bagian tengah sirip ... 32

Gambar 5.1.a Grafik perbandingan perpindahan kalor pada sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu ... 42

Gambar 5.1.b Grafik perbandingan efisiensi sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu ... 43

xvi

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

xvii

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

xviii

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

xix

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

xx

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

1

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.

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

(sumber: www.aoaforums.com/forum/cooling-and-temperature-monitoring/45341-danamics-lm10.html )

Gambar 1.2 Silinder blok pada sepeda motor Honda GL 100

(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

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 𝑇_𝑖, suhu udara di sekitar sirip sebesar 𝑇_𝑓, dengan nilai h

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 𝑇_𝑓 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 (𝑐𝑝) bersifat tetap dan merata.

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

e) Pembangkitan energi 𝑞 di dalam sirip diabaikan.

g) Suhu dasar 𝑇_𝑏 sirip diasumsikan tetap dan merata.

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 siripdalam perancangan suatu sistem pendingin.

7

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).

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).

Persamaan perpindahan kalor konduksi adalah: 𝑞 = −𝑘.𝐴∆𝑇_∆𝑥

𝑞 = −𝑘.𝐴(𝑇2−𝑇1)

∆𝑥 ...(2.1)

dengan :

𝑞 : Laju perpindahan kalor konduksi (watt).

A : Luas permukaan benda yang tegak lurus arah perpindahan kalor ( m2).

k : Konduktivitas termal bahan ( Thermal conductivity ) _{𝑊 𝑚.℃} .

∆T : Perbedaan suhu (℃).

∆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 𝑞 =𝑘.𝐴∆𝑇_∆𝑥 . Pada

Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal beberapa bahan (Holman, Sixth Edition hal 8)

Bahan 𝐖_𝐦.℃ 𝐁𝐭𝐮_{𝐡.𝐟𝐭.𝐨𝐅}

Baja krom-nikel (18% Cr, 8%

Ni) 16,3 9,4

2.4 Perpindahan Kalor Konveksi

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:

dengan :

𝑞 : Laju perpindahan kalor konveksi (watt).

A : Luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, satuan (m2).

h : Koefisien Perpindahan kalor konveksi dengan satuan _{𝑊 𝑚}2_.℃ .

𝑇𝑖 : Suhu benda (℃). 𝑇𝑓 : 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.

Gambar 2.3 Aliran laminer dan aliran turbulen

Tabel 2.2 Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (Holman, Sixth Edition hal 13)

Modulus 𝐖_𝐦𝟐.℃ 𝐁𝐭𝐮 _{𝐡.𝐟𝐭𝟐.𝐅}

Konveksi bebas, dT= 30 ℃

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

udara). 4,5 0,79

Silinder horizontal (diameter 5 cm) di

udara. 6,5 1,14

Silinder horizontal ( diameter 2 cm ) di

air. 890 157

Konveksi paksa

Aliran udara 2 m/s di atas plat bujur

sangkar 0,2 m. 12 2,1

Aliran udara 35 m/s di atas plat bujur

sangkar 0,75 m. 75 13,2

Udara 2 atm mengalir di dalam tabung

(diameter 2,5 cm), kecepatan 10 m/s. 65 11,4 Air 0,5 kg/s dalam tabung 2,5 cm. 3500 616 Aliran Udara mengalir didalam tabung

(diameter 5 cm), kecepatan 50 m/s. 180 32

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

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

𝑞 = h.A.(𝑇𝑖-𝑇𝑓) ...(2.3)

𝑞 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 =𝑘.𝐴. (∆𝑇_∆𝑥)…...(2.4) Perbandingan Persamaan (2.3) dengan Persamaan (2.4) disebut bilangan Nusselt yang berlaku pada benda plat rata.

h : koefisien Perpindahan kalor konveksi _{𝑊 𝑚}2_.℃ .

∆𝑥 : Panjang karakteristik (m).

2.6.1 Bilangan Prandtl

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

𝑃𝑟= 𝑣

μ : Viskositas absolute fluida dinamis 𝐾𝑔

𝑚.𝑠 .

𝐶𝑝 : Kalor jenis fluida 𝐽

𝑘𝑔.℃ .

k : Koefisien perpindahan panas konduksi fluida _{𝑊 𝑚.℃} .

2.6.2 Bilangan Reynold

dengan :

Re : Bilangan Reynold.

V : Kecepan fluida yang mengalir 𝑚 𝑠 .

L : Panjang benda yang sejajar aliran fluida (m). 𝜌 : Kerapatan (densitas fluida) _{𝑘𝑔 𝑚} 3 .

μ : Viskositas absolut fluida dinamis _{𝑘𝑔 𝑚} 3 .

𝑣 : Viskositas kinematik fluida 𝑚2 _𝑠 .

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:

𝑅𝑎𝑥 = 𝐺𝑟.𝑃𝑟………...(2.9) dengan :

𝑅𝑎𝑥 : Bilangan Rayleigh pada arah x.

Gr : Bilangan Grashof.

2.6.4 Bilangan Grashof

Bilangan Grashof adalah bilangan tak berdimensi yang berkaitan dengan perhitungan pada aliran konveksi bebas atau konveksi natural.

Gambar 2.5 Skema aliran konveksi bebas pada plat rata

𝐺𝑟𝑥 =𝑔.ß.(𝑇_𝑣𝑠2−𝑇𝑓).𝑥

3 _...(2.10) dengan :

𝐺𝑟𝑥 : Bilangan Grashof pada arah x.

g : Kecepatan gravitasi 𝑚2 _𝑠 .

ß : Koefisien termal ekspansi 1 _𝐾 . 𝑇𝑠 : Temperatur permukaan benda (K). 𝑇𝑓 : Temperatur fluida (K).

x : Panjang karakteristik (m).

2.7 Hubungan Bilangan Nusselt (Nu), Reynold (Re), Prandtl Number (Pr)

Pada Konveksi Plat Rata.

Gambar 2.6 Skema perpindahan kalor konveksi pada plat rata

Nilai Re, dan Pr mempengaruhi besar nilai h (koefisien perpindahan kalor konduksi). Pada Gambar 2.4 temperatur fluida rata-rata 𝑇𝑓= 𝑇𝑤₂+𝑇𝑠 dari nilai

𝑇𝑓 bisa didapatkan nilai (ρ, μ, 𝑣, k, Pr) fluida yang bekerja. Berdasarkan

persamaan (2.7) nilai Re dapat diketahui dengan ρ, 𝑣, 𝑉, L, sehingga persamaan

2.8 Aliran Laminar Konveksi Paksa Pada Plat Rata

Konveksi pada plat rata dengan aliran laminar dapat dilihat pada Tabel 2-3. Sebagai contoh dengan persamaan untuk aliran laminar rata-rata adalah :

𝑁𝑢= 0,664.𝑅𝑒1/2_.𝑃𝑟1/3 _{………......(2.11)}

L : Panjang benda yang sejajar aliran fulida (m).

ν : Viskositas kinematik fluida 𝑣 =𝜇 _𝜌 𝑚2 _𝑠 . Pr : Bilangan Prandtl.

Re : Bilangan Reynold.

Tabel 2.3 Persamaan untuk aliran yang melewati plat rata (Holman, Sixth Edition Tabel 5.2)

Aliran Batas / syarat Persamaan

Tabel 2.4 Aliran yang melewati silinder penampang lingkaran dan tidak lingkaran (Cengel, Tabel 7-1)

Penampang silinder Fluida Batas Bilangan Nusselt

2.8 .1 Aliran di atas plat rata pada Konveksi Alami

Koefisien perpindahan kalor konveksi alami rata-rata untuk berbagai situasi dinyatakan dalam bentuk :

_𝑁𝑢𝑓=𝐶. (𝐺𝑟_𝑓.𝑃𝑟_𝑓)𝑚 =𝑕.∆𝑥

𝑘 ...(2.14)

dengan :

𝑁𝑢𝑓 : Bilangan Nusselt pada suhu film.

C,m : Konstanta perpindahan kalor konveksi bebas.

𝐺𝑟𝑓 : Bilangan Grashof pada suhu film. 𝑃𝑟𝑓 : Bilangan Prandtl pada suhu film.

f menunjukkan bahwa sifat-sifat untuk gugus tak berdimensi dievaluasi pada suhu film : 𝑇_𝑓 =𝑇𝑤+𝑇𝑠

Nilai C dan m untuk aliran laminer bisa dilihat pada tabel berikut: Tabel 2.5 Nilai C dan m untuk aliran laminer

Jenis aliran Ra=Gr.Pr C m

Laminar 10

4₋₁₀9 _{0,59 1/4}

2.9 Efisiensi dan Efektivitas sirip

24

BAB III

PERSAMAAN NUMERIK TIAP VOLUME KONTROL

3.1 Kesetimbangan Energi Keadaan Tak Tunak

Kesetimbangan energi keadaan tak tunak yaitu, jumlah energi yang masuk atau yang keluar pada volume kontrol selalu berubah-ubah terhadap waktu. Kesetimbangan Energi persatuan waktu pada volume kontrol (Ruang yang dibatasi control surface dimana energi dan materi dapat lewat) dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

𝐸𝑖𝑛 +𝐸𝑔 − 𝐸𝑜𝑢𝑡 =𝐸𝑠𝑡 ...(3.1)

Dengan:

𝐸𝑖𝑛 = Energi yang masuk volume kontrol persatuan waktu, watt. 𝐸𝑔 = Energi yang dibangkitkan volume kontrol persatuan waktu, watt.

𝐸𝑜𝑢𝑡 = Energi yang keluar volume kontrol persatuan waktu, watt.

𝐸𝑠𝑡 = Energi yang tersimpan di dalam volume kontrol persatuan waktu, watt.

Berdasarkan persamaan kesetimbangan Energi pada keadaan tak tunak, maka persamaan kesetimbangan energi dalam volume kontrol sebagai berikut:

𝑞 𝑖

𝑖=1 = Jumlah kalor yang masuk dalam volume kontrol. ρ = Massa jenis bahan sirip (kg_m3)

𝐶𝑝 = Kalor jenis bahan sirip ( 𝐽𝐾𝑔.℃ )

V = Volume kontrol (𝑚3₎

n = Menunjukan waktu. ∆t = Selang waktu (detik)

3.2 Persamaan Numerik tiap node dari waktu ke waktu

Sirip berbentuk bujur sangkar yang akan di analisis dibagi menjadi 4 bagian bagian sama besar. Kemudian pada penampang tersebut, dibagi menjadi 105 volume kontrol. Setiap volume kontrol (node) memiliki nilai ∆𝑥 = 0,01 𝑚 dan

∆𝑦= 0,01 𝑚, dengan tebal sirip (𝑡= 1.10−3𝑚). Pembagian volume kontrol (node) dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Seperempat bagian sirip

a) Volume kontrol (node) yang bersentuhan dengan bujur sangkar dalam (suhu dasar sirip).

Volume kontrol yang bersentuhan dengan bujur sangkar dalam (suhu dasar sirip) dikondisikan tetap sebesar 𝑇_𝑏 (Suhu dasar sirip). Volum kontrol tersebut dapat dilihat pada gambar 3.2 dengan nomer : 67; 68; 69; 70; 71; 78; 85; 92; 99. Persamaanya sebagai berikut:

𝑇𝑖𝑛 = 𝑇𝑖𝑛+1 = 𝑇𝑏 ...(3.3)

b) Volume kontrol (node) bagian tepi sirip pada nomer : 1- 10; 22; 33; 44; 55; 66; 77; 84; 91; 98; 105.

𝑞 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 = 𝑞 1= 𝑘. ∆𝑦.𝑡 .

Persamaan numerik volume kontrol keadaan tak tunak :

c) Volume kontrol (node) bagian pojok sirip pada nomer : 11.

Gambar 3.4 Volume kontrol pada bagian pojok sirip

Syarat stabilitas :

0≤1−4.𝐹𝑜 −4.𝐹𝑜.𝐵𝑖 − 2.𝐹𝑜._𝑡𝐵𝑖.∆𝑥 ...(3.33) 1≥4.𝐹𝑜+ 4.𝐹𝑜.𝐵𝑖+ 2.𝐹𝑜._𝑡𝐵𝑖.∆𝑥 ...(3.34)

1≥ 𝐹𝑜. 4 + 4.𝐵𝑖+ 2.𝐵𝑖_𝑡.∆𝑥 ...(3.35)

𝐹𝑜 ≤ 1

4+4.𝐵𝑖+2.𝐵𝑖_𝑡 .∆𝑥

...(3.36)

(𝛼.∆𝑡

∆𝑥2)≤

1

4+4.𝐵𝑖+2.𝐵𝑖_𝑡 .∆𝑥 ...(3.37)

∆𝑡 ≤ ∆𝑥_𝛼2 . 1 4+4.𝐵𝑖+2.𝐵𝑖_𝑡 .∆𝑥

...(3.38)

d) Volume kontrol (node) bagian tengah sirip pada nomer : 12- 21; 23- 32; 34- 43; 45- 54; 56- 65; 72- 76; 79- 83; 86- 90; 93- 97; 100- 104.

𝑞 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 =𝑞 1 =𝑘 ∆𝑦.𝑡 Persamaan numerik pada volume kontrol keadaan tak tunak :

dengan :

𝑇_𝑖𝑛 _{: adalah suhu volume kontrol ke-i, saat t= n (℃)} 𝑇𝑖𝑛+1 : adalah suhu volume kontrol ke-i, saat t= n+1 (℃) 𝑇𝑖𝑛,𝑗 : adalah suhu volume kontrol diposisi i,j, saat t= n (℃)

𝑇_𝑖𝑛,𝑗+1 : adalah suhu volume kontrol diposisi i,j, saat t= n+1 (℃)

𝑇𝑓 : adalah suhu fluida disekitar sirip (℃) 𝐵𝑖 : Bilangan Biot.

𝐹𝑜 : Bilangan Fourrier.

∆𝑥 : Jarak antara volume kontrol dalam arah x (m)

∆𝑦 : Jarak antara volume kontrol dalam arah y (m) ∆𝑡 : Selang waktu (s)

t : Tebal sirip (m)

k : Koefisien perpindahan panas konduksi ( 𝑊 _𝑚℃ )

h : Koefisien perpindahan panas konveksi ( 𝑊 _𝑚2_℃ )

ρ : Masa jenis bahan sirip ( 𝐾𝑔_𝑚3 )

36

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1 Metode Penelitian

Metode pada penelitian ini dilakukan secara simulasi numerik dengan mempergunakan metode “ beda hingga cara eksplisit “ . Peralatan yang digunakan untuk mendukung penelitian ini: komputer, softwear komputer, kalkulator, dan lain-lain.

4.2 Benda yang diuji (sirip), ukuran dan bahan

Benda yang diuji berupa sirip yang berbentuk bujur sangkar dengan ukuran 20cm x 20cm x 1mm seperti pada gambar benda uji (sirip) yang dapat dilihat pada Gambar 1.3.a dan Gambar 1.3.b. Benda uji (sirip) dibagi menjadi 4 bagian sama besar, kemudian penampang tersebut dibagi menjadi 105 volume kontrol (node). Setiap volume kontrol memiliki nilai ∆x = ∆y = 0,01 m dengan tebal sirip (t) = 0,001 m. Data bahan sirip yang digunakan dalam penelitian ini yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut :

Tabel 4.1 Sifat berbagai bahan yang digunakan dalam penelitian

4.3 Peralatan Pendukung Penelitian

Peralatan pendukung pada penelitian ini ada 2 macam yaitu perangkat lunak (Software) dan perangkat keras (Hardware), sebagai berikut:

a. Perangkat keras (Hardware):

1) Laptop processor AMD Turion-X2 64 Dual core mobile RM-72 2.10GHz.

2) Kalkulaktor CASIO fx-4500PA b. Perangkat lunak (Software):

1) Ms-Word 2007 2) Ms-Excel 2007 3) AutoCAD 2007

4.4 Pengumpulan Data

a) Variasi bahan sirip.

Langkah perhitungan data untuk variasi bahan sirip sebagai berikut: 1. Penurunan rumus suhu dari waktu ke waktu secara numerik.

2. Membuat program distribusi suhu sirip, kalor yang dilepas sirip, program efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu ke waktu secara komputasi dengan rumus yang sudah di turunkan untuk mencari distribusi suhu dari waktu ke waktu menggunakan softwear Microsoft Excel.

murni. Sehingga nilai distribusi suhu sirip, kalor yang dilepas sirip, efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu ke waktu akan berubah secara otomatis.

4. Membuat grafik kalor, grafik efisiensi dan grafik efektivitas dari hasil yang sudah di peroleh dari program.

b) Variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 .

Langkah perhitungan data untuk variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 𝑇_𝑓 sama dengan langkah perhitungan data untuk variasi bahan sirip, perbedaanya pada nilai suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 yang diubah pada tiap variasi bahan. Nilai suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 berturut-turut: 32_°C; . 35_°C; 37_°C; 39_°C; 41_°C.

c) Variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h).

4.5 Definisi Operasional

a) Variasi bahan sirip.

Variasi bahan pada penelitian ini, asumsi yang diberlakukan sebagai berikut:

1. Bahan sirip yang digunakan dalam penelitian ditunjukan pada Tabel 4.1.

2. Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h) sebesar 100 𝑊 _𝑚2℃ diasumsikan tetap dan seragam dari waktu ke waktu.

3. Suhu fluida disekitar sirip (𝑇𝑓= 37℃) diasumsikan tetap dan seragam

Variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 pada penelitian ini, asumsi yang diberlakukan sebagai berikut:

1. Nilai Variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 yang digunakan adalah 32_°C; . 35°C; 37°C; 39°C; 41°C.

2. Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h) sebesar 100 𝑊 _𝑚2℃ diasumsikan tetap dan seragam dari waktu ke waktu.

4. Suhu mula-mula sirip (𝑇𝑖 = 37℃) diasumsikan tetap dan seragam dari waktu ke waktu.

5. Bahan sirip yang digunakan dalam penelitian adalah : perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %); baja karbon (C= 0,5 %); baja krom (Cr = 0 %); magnesium murni dan aluminium murni.

c) Variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h).

Dalam penelitian ini, asumsi yang diberlakukan pada variasi h (koefisien perpindahan kalor konveksi) sebagai berikut:

1. Nilai variasi h (koefisien perpindahan kalor konveksi) yang digunakan adalah: 100 𝑊 _𝑚2_℃; 200 𝑊 _𝑚2_℃; 300 𝑊 _𝑚2_℃; 400 𝑊 _𝑚2_℃; 500 𝑊 _𝑚2_℃. 2. Suhu dasar sirip (𝑇𝑏= 150℃) diasumsikan tetap dan seragam dari

waktu ke waktu.

3. Suhu fluida disekitar sirip (𝑇𝑓= 37℃) diasumsikan tetap dan seragam dari waktu ke waktu.

4. Suhu mula-mula sirip (𝑇𝑖 = 37℃) diasumsikan tetap dan seragam dari waktu ke waktu.

4.6 Cara pengolahan data dan kesimpulan

42

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Perhitungapn pada Variasi Bahan

Hasil dari perhitungan dengan variasi bahan sebagai berikut: perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %), baja karbon (C= 0,5 %), baja krom (Cr = 0 %), magnesium murni dan alumunium murni. Hasil perhitungan perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas pada sirip dari waktu ke waktu, dapat dilihat pada Gambar (5.1.a; 5.1.b; 5.1.c).

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

5.1.1 Pembahasan Hasil Perhitungan Variasi Bahan

Hasil dari perhitungan secara komputasi dapat digambarkan pada grafik-grafik di atas. Pada Gambar 5.1.a dapat menunjukan bahwa perpindahan kalor pada sirip dari waktu ke waktu sangat dipengaruhi oleh bahan. Urutan bahan dari yang baik untuk melepas kalor adalah alumunium 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. Ketika 90 sekon laju perpindahan kalor pada sirip berbahan aluminium murni dan magnesium murni sudah mulai tunak yang di Gambar 5.1.a dengan grafik mendatar.

Efisiensi sirip dari hasil pehitungan berdasakan variasi bahan dapat ditunjukan dari Gambar 5.1.b. yang menggambarkan bawah besarnya efisiensi sirip dari waktu ke waktu sangat dipengaruhi oleh bahan. Pada Gambar 5.1.b Grafik efisiensi sirip berbagai bahan dari waktu ke waktu saat 90 sekon, urutan efisiensi sirip berbagai bahan dari yang paling besar berturut-turut: alumuinium murni diikuti, magnesium murni, baja krom (Cr = 0 %), baja karbon (C= 0,5 %) dan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) sebesar 36,58 %; 33,41 %; 21,30 %; 18,20 %; 12,70 %. Pada saat 90 sekon efisiensi sirip berbahan alumunium murni dan magnesium murni sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

baja krom (Cr = 0 %), baja karbon (C= 0,5 %) dan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) sebesar: 77,73; 71,01; 45,26; 38,67; 27 pada saat 90 sekon. Ketika 90 sekon efektivitas sirip berbahan alumunium murni dan magnesium murni sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

5.2 Hasil Perhitungan pada Variasi Suhu Udara Di Sekitar Sirip 𝑻_𝒇

Pepindahan kalor pada sirip dari waktu ke waktu untuk bahan alumunium murni, magnesium murni, baja krom (Cr = 0 %), baja karbon (C= 0,5 %) dan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) dengan variasi nilai suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 dapat dilihat pada Gambar (5.2.a, 5.2.b, 5.2.c, 5.2.d, 5.2.e).

Gambar 5.2.a Grafik hubungan perpindahan kalor pada sirip berbahan alumunium murni terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 .

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

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 𝑇_𝑓 .

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

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

Gambar 5.3.d Grafik hubungan efisiensi sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %)

terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 .

Gambar 5.4.a Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan alumunium murni

terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 .

Gambar 5.4.b Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan magnesium murni

Gambar 5.4.c Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja krom (Cr = 0 %)

terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 .

Gambar 5.4.d Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan baja karbon (C= 0,5 %)

Gambar 5.4.e Grafik hubungan efektivitas sirip berbahan perunggu (Cu = 75 %; Sn = 25 %) terhadap waktu, dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇𝑓 .

5.2.1Pembahasan Hasil Perhitungan Variasi Suhu Udara Di Sekitar Sirip

𝑻𝒇

ke waktu saat 50 sekon, dari yang paling besar berturut-turut pada sirip berbahan alumunium adalah: 32 ℃, 35 ℃, 37 ℃, 39 ℃, 41 ℃ sebesar: 293,03 W; 285,53 W; 280,53 W; 275,53 W; 270.54 W. Saat 50 sekon kalor yang dilepas sirip berbahan alumunium dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 dari waktu ke waktu sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

Dari Gambar 5.3.a dan Gambar 5.3.e semakin kecil nilai suhu udara disekitar sirip 𝑇_𝑓 terhadap suhu awal sirip, semakin besar nilai efisiensi sirip dari waktu ke waktu. Artinya nilai efisiensi sirip dari waktu ke waktu, dipengaruhi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 . Berbeda dengan Gambar (5.3.c; 5.3.d; 5.3.e), pada awal hasil perhitungan efisiensi pada sirip dari waktu ke waktu terlihat perbedaan nilai efisiensi yang cukup jauh selisihnya yang disebabkan karena pengaruh sifat bahan. Pada Gambar 5.3.a variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇_𝑓 , alumunium murni yang memiliki efisiensi tertinggi. Saat 55 sekon efisiensi dengan variasi suhu udara di sekitar sirip berbahan alumunium murni, sudah tunak dengan nilai efisiensi sebagai berikut: 32 ℃, 35 ℃, 37 ℃, 39 ℃, 41 ℃ sebesar: 36,55 %. Keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

𝑇𝑓 pada bahan sirip alumunium murni dan magnesium murni. Pada Gambar

5.4.a dan Gambar 5.4.b grafik efektivitas sirip berbahan alumunium murni dan magnesium murni dari waktu ke waktu dengan variasi suhu udara di sekitar sirip 𝑇𝑓 saat 55 sekon sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang

mendatar.

5.3 Hasil Perhitungan pada Variasi Nilai h (Koefisien perpindahan panas

konveksi).

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

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

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).

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

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

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

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

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

5.3.1 Pembahasan Hasil Perhitungan Variasi Nilai h (Koefisien perpindahan

panas konveksi).

(Koefisien perpindahan panas konveksi): 500 𝑊 _𝑚2℃, 400 𝑊 𝑚2℃, 300 𝑊 𝑚2℃, 200 𝑊 _𝑚2℃, 100 𝑊 𝑚2℃ sebesar: 607,55 W; 544,13 W; 473,69 W; 391,14 W; 279,36 W. Saat 40 sekon kalor yang dilepas sirip berbahan perak (murni) dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) dari waktu ke waktu sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

Garfik pada Gambar 5.6.a sampai Gambar 5.6.e menunjukan bahwa semakin besar nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi), besarnya efisiensi pada sirip dari waktu ke waktu semakin kecil. Nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) berpengaruh pada besarnya efisiensi sirip dari waktu ke waktu dipengaruhi oleh. Pada Gambar 5.6.a Grafik efisiensi sirip berbahan alumunium murni dari waktu ke waktu dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) saat 50 sekon, dapat diurutkan nilai efisiensin siripnya dari yang paling besar berturut-turut dimiliki oleh nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi): 500 𝑊 _𝑚2_℃, 400 𝑊 _𝑚2_℃, 300 𝑊 _𝑚2_℃, 200 𝑊 _𝑚2_℃, 100 𝑊 _𝑚2_℃sebesar: 36,36 %; 25,45 %; 20,55 %; 17,70 %; 15,81 %. Pada saat 40 sekon efisiensi sirip berbahan alumunium murni dan magnesium murni dengan variasi nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi) dari waktu ke waktu sudah tunak, keadaan tunak ditunjukan dengan grafik yang mendatar.

Dari Gambar 5.7.a sampai Gambar 5.7.e semakin besar nilai h

dari yang paling besar berturut-turut dimiliki oleh nilai h (Koefisien perpindahan panas konveksi): 500 𝑊 _𝑚2_℃, 400 𝑊 _𝑚2_℃, 300 𝑊 _𝑚2_℃, 200 𝑊 _𝑚2_℃, 100 𝑊 _𝑚2_℃ sebesar: 70,99; 49,26; 39,83; 34,40; 30,80. Pada saat 50 sekon efektivitas sirip berbahan alumunium murni dan magnesium murni dengan variasi nilai h

66

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat berdasarkan penelitian ini, yaitu:

a) Besarnya laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dari waktu ke waktu 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) Besarnya laju perpindahan kalor yang dilepas sirip dipengaruhi oleh suhu fluida di sekitar sirip 𝑇_𝑓 . Semakin kecil suhu fluida di sekitar sirip 𝑇_𝑓 , semakin besar kalor yang dilepas sirip. Semakin kecil suhu fluida di sekitar sirip 𝑇_𝑓 , semakin besar efisiensi dan efektivitas sirip. Nilai untuk laju perpindahan kalor dengan variasi 𝑇_𝑓 pada sirip berbahan alumunium adalah: 32 ℃, 35 ℃, 37 ℃, 39 ℃, 41 ℃ sebesar: 293,03 W; 285,53 W; 280,53 W; 275,53 W; 270.54 W pada saat 50 sekon.

(Koefisien perpindahan panas konveksi) pada sirip berbahan alumunium adalah: 500 𝑊 _𝑚2℃, 400 𝑊 _𝑚2℃, 300 𝑊 _𝑚2℃, 200 𝑊 _𝑚2℃, 100 𝑊 _𝑚2℃ sebesar: 607,55 W; 544,13 W; 473,69 W; 391,14 W; 279,36 W pada saat 40 sekon.

6.2 Saran

a) Pada penelitian selanjutnya, apabila ingin hasil perhitungan mendekati keadaan sebenarnya, jarak volume kontrol diusahakan sekecil mungkin. Sehingga lebih detil dalam memperhitungkan kalor yang dilepas, efisiensi dan efektivitas.

b) Penelitian mengenai laju distribusi kalor, efisiensi dan efektivitas sirip keadaan tak tunak, dapat dikembangkan dalam kasus 3 dimensi, untuk mendapatkan hasil yang mendekati keadaan sebenarnya.

c) Penelitian mengenai laju distribusi kalor, efisiensi dan efektivitas sirip keadaan tak tunak, dapat dikembangkan dengan variasi bentuk sirip yang berbeda sebagai pembanding dengan hasil penelitian ini.

68

DAFTAR PUSTAKA

Bintoro, A.N. dan Purwadi, P.K, 2006, Efektivitas Sirip Piramid Keadaan Tak

Tunak dengan Sifat Bahan k=k(T), Prosiding Seminar Nasional

Teknologi: Teknologi Bagi Masyarakat, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Cengel, Yunus A, 1998, Heat Transfer A Parctical Approach, Boston: Penerbit McGraw-Hill.

Falcon, Rafael, 2008, Perpindahan Kalor konduksi, FT Universitas Indonesia.

Http://merianggraini.blogspot.com/2011/02/viscous-laminer-dan-turbulen.html.

Holman, J.P, 1995, Perpindahan Kalor, Edisi keenam, Jakarta: Penerbit Erlangga.

Kreith F, Prijono A, 1997, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Edisi ketiga, Jakarta: Penerbit Erlangga.

Neowcodock.wordpress.com/2011/01/11/komponen-komponen-mesin/.

Purwadi, P.K, 2008, Efisiensi dan efektivitas sirip longitudinal dengan profil

siku empat keadaan tak tunak kasus 2D, Seminar Nasional Aplikasi

Sains dan Teknologi 2008: IST AKPRIND Yogyakarta.

69

LAMPIRAN

Tabel A-4 sampai dengan Tabel A-9 diambil dari buku berjudul Perpindahan Kalor (Holman,1995)

70