ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM PENDINGIN KONVEKSI PAKSA MENGGUNAKAN JET SINTETIK NOZZLE X dan Z

(1)

ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM PENDINGIN KONVEKSI PAKSA MENGGUNAKAN JET SINTETIK

NOZZLE X dan Z

SKRIPSI

AHMAD FIKRI KHAIR ASHAL 1610311069

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN 2020

(2)

ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM PENDINGIN KONVEKSI PAKSA MENGGUNAKAN JET SINTETIK

NOZZLE X dan Z

SKRIPSI

DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR SARJANA TEKNIK

AHMAD FIKRI KHAIR ASHAL 1610311069

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN 2020

(3)

II HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI

Skripsi diajukan oleh:

Nama : Ahmad Fikri Khair Ashal

NIM : 1610311069

Program Studi : S1 Teknik Mesin

Judul Skripsi :

ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM

PENDINGIN KONVEKSI PAKSA

MENGGUNAKAN JET SINTETIK NOZZLE X dan Z

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.

(Nur Cholis, S.T., M.Eng.) Penguji Utama

(M. Arifudin Lukmana, S.T., M.T.) Penguji lembaga

(Dr. Damora Rhakasywi, S.T., M.T.) Penguji III (Pembimbing)

(Dr. Ir. Reda Rizal, M.Si.) Dekan Fakultas Teknik

(Ir. M Rusdy Hatuwe, M.T.) Ka.Progdi

Ditetapkan di : Jakarta Tanggal Ujian : 25 Juni 2020

(4)

III HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING

ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM PENDINGIN KONVEKSI PAKSA MENGGUNAKAN JET SINTETIK NOZZLE

X dan Z

Disusun oleh :

AHMAD FIKRI KHAIR ASHAL 161.0311.069

Menyetujui,

Dr. Damora Rhakasywi, S.T., M.T.

Pembimbing I

Muhamad As'adi, M.T.

Pembimbing II

Mengetahui,

Ir. M.Rusdy Hatuwe, M.T.

Ketua Program Studi Teknik Mesin

(5)

IV PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil saya sendiri dan semua sumber yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

NIM : 1610311069

Tanggal : 8 Juli 2020

Bilamana dikemudian hari ditemukan ketidak sesuaian dengan pernyataan saya ini, maka saya bersedia dituntut dan diproses sesuai dengan ketentuan yang berlaku.

Jakarta, 8 Juli 2020

Yang Menyatakan

(Ahmad Fikri Khair Ashal)

(6)

V PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta, Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

NIM : 1610311069

Fakultas : Fakultas Teknik

Jurusan : Teknik Mesin

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta Hak Bebas Royalti Non-eksklusif (Non-eksklusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

ANALISIS FREKUENSI SWEEP SISTEM PENDINGIN KONVEKSI PAKSA MENGGUNAKAN JET SINTETIK NOZZLE

X dan Z

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti ini Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mengaplikasikan skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada Tanggal : 8 Juli 2020

Yang Menyatakan

(7)

VI

(8)

VII Nomenclature

f : Frekuensi (Hz) Ρ : Density (kg/m³)

n : Banyak getaran V : Kecepatan (m/s)

t : Waktu (s) D : Diameter pipa (m)

T : Periode (s) 𝛼 : Thermal diffusion rate (m²/s)

Ap : Amplitudo (m) du/dy : Gradien kecepatan

ω : Frekuensi radial (rad/s) L : Panjang (m)

φ ^: ^{Fase (m)} ^K ^: Konduktivitas termal (W/m.K)

Q : Debit (m³/s) D : Mass diffusion rate (m²/s)

A : Luas permukaan (m²) Kc : Convective mass transfer rate (m/s)

λ : panjang gelombang (m) Cp : Thermal capacity (J/K)

T : periode gelombang (s) H : Koefisien konveksi termal (W/m²K)

μ : Kekentalan, viskositas dinamik (Pa.s) υ : Viscous diffusion rate (m²/s) τ : Tegangan geser (Pa)

(9)

VIII

Analisis Frekuensi Sweep Sistem Pendinginan Konveksi Paksa Menggunakan Jet Sintetik Nozzle X dan Z

ABSTRAK

Jet sintetik merupakan solusi yang untuk digunakan sebagai alat pendinginan pada elektronik yang lebih modern. Terdapat banyak variasi yang dapat digunakan pada penelitian jet sintetik seperti bentuk nozzle, frekuensi, dan actuator yang digunakan. Penelitian ini dilakukan untuk memvariasikan gelombang frekuensi sweep dan bentuk nozzle menggunakan huruf alphabet yaitu X dan Z. Pemilihan variasi frekuensi sweep dan bentuk nozzle ini diharapkan mampu memberikan efek perpindahan panas yang lebih baik sebagai sebuah inovasi , jika dibandingkan dengan pendiginan koveksi natural. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan speaker sebagai actuator pada jet sintetik ini. Hasil penelitian secara eksperimental ini menunjukkan jet sintetik dengan variasi frekuensi sweep dengan nozzle bentuk X mampu menghasilkan pendinginan dengan temperature akhir yang baik pada frekuensi 120Hz – 420Hz dan nozzle bentuk Z mampu menghasilkan temperatur akhir terbaik pada frekuensi 80Hz – 380Hz jika dibandingkan dengan pendinginan konveksi natural. Sementara di dalam hasil simulasi aliran fluida menggunakan CFD pada penelitian ini menemukan nilai vorticity, turbulence, dan velocity tertinggi dihasilkan oleh nozzle bentuk X pada frekuensi 120Hz – 420Hz.

Sementara nilai velocity tertinggi pada fluida dihasilkan oleh nozzle bentuk Z untuk seluruh frekuensi yang digunakan. Hasil penelitian ini telah menunjukkan bahwa jet sintetik menggunakan variasi frekuensi sweep dengan menggunakan nozzle bentuk X dan Z dapat meningkatkan heat transfer jika dibandingkan dengan pendinginan konveksi natural.

Kata Kunci : Jet sintetik, Triangular, Variasi Gelombang, Variasi Sweep, Nozzle X, Nozzle Z

(10)

IX

Sweep Frequency Analysis Forced Convection Cooling System Using Synthetic Jet Nozzle X and Z

ABSTRACT

Synthetic jet was a solution that could be used as a cooled device in more modern electronics. There were many variations that could be used in synthetic jet research such as the nozzle shape, frequency, and actuator used. These research were conducted to variation the sweep frequency wave and the shape of nozzle used the alphabet letters x and z. Selection of frequency sweep and the shape of the nozzle was expected to provided a better heat transfered effect as an innovation, if were compared to natural covection cooled. These research was conducted used speakers as actuator on these synthetic jet. The results of these experimental research showed synthetic jet with variations in sweep frequency with x shape nozzle capable of produced cooled, with a good final temperature at frequency of 120hz - 420hz and z shape nozzle is capable of produced the best final temperature at a frequency of 80hz - 380hz if were compared to natural convection cooled.

While in the results of fluid flow simulations used cfd in these studied founed the highest vorticity, turbulence, and velocity value on fluid flow was produced generated by the x-shape nozzle at a frequency of 120hz - 380hz. While the highest velocity value on the fluid was produced by the z-shape nozzle for all frequency used. The result of these research had showed that synthetic jets used variations in sweep frequency using x and z form nozzles could increase heat transfer if was compared to natural convection cooling.

Keywords: Synthetic Jet, Triangular, Wave Variation, Sweep Variation, X Nozzle, Z Nozzle

(11)

X KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya serta masih memberikan nikmat sehat pada masa pandemik corona ini sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Analisis Frekuensi Sweep Sistem Pendinginan Konveksi Paksa Menggunakan Jet Sintetik Nozzle X dan Z”. Skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan akademis untuk memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta. Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terwujud dengan baik dengan bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak baik secara langsung dan tidak langsung.

Dalam kesempatan ini pula penulis menyampaikan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua dan saudara-saudari saya yang senantiasa memberikan dukungan terbaiknya berupa materil, moril, dan doa setiap waktunya, serta yang selalu menjadi alasan untuk tetap semangat melanjutkan apa pun yang telah dimulai.

2. Bapak Dr. Damora Rhakasywi S.T., M.T., IPP dan Muhamad As`adi, ST, MT selaku dosen pembimbing 1 dan dosen pembimbing 2 yang telah bersedia membantu dan meluangkan waktu untuk bimbingan online pada masa pandemik corona, memberikan arahan serta nasihat sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan baik.

3. Bapak Ir. M. Rusdy Hatuwe, MT selaku Kepala Prodi Teknik Mesin.

4. Segenap dosen dan karyawan Fakultas Teknik

5. Salma Zafirah W. dan ibnu drajat W. selaku rekan dalam penelitian Jet Sintetik.

6. Teman-teman Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta khususnya teman-teman angkatan 2016 Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan skripsi ini.

(12)

XI Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dikemudian hari.

Jakarta, 8 Juli 2020 Penulis,

(13)

XII DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... I HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI ... II HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ... III PERNYATAAN ORISINALITAS ... IV PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ... V Nomenclature ... VII ABSTRAK ... VIII ABSTRACT ... IX KATA PENGANTAR ... X DAFTAR ISI ... XII DAFTAR GAMBAR ... XIV DAFTAR TABEL ... XV

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 5

1.5 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Aliran fluida ... 6

2.1.1 Aliran Laminar ... 6

2.1.2 Aliran Transisi ... 6

2.1.3 Aliran Turbulen... 7

2.1.4 Dimensionless Number ... 8

2.2 Perpindahan panas (heat transfer) ... 9

2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi... 10

2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 11

2.3 Jet Sintetik ... 11

2.4 CFD (Computational Fluid Dynamic) ... 16

BAB III METODE PENELITIAN... 20

3.1 Alat yang Digunakan ... 20

3.2 Diagram Alur Penelitian ... 27

3.3 Prosedur Pengambilan Data ... 28

3.4 Tahapan CFD FLUENT ANSYS ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1 Analisi Data Experimen ... 30

4.2 Analisis perubahan temperatur terhadap waktu ... 30

4.3 Hasil data simulasi aliran CFD Ansys Fluent ... 32

(14)

XIII BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 50 5.1 Kesimpulan ... 50 5.2 Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA

RIWAYAT HIDUP LAMPIRAN

(15)

XIV DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Aliran Laminar ... 6

Gambar 2.1. Aliran Transisi ... 7

Gambar 2.3. Aliran Turbulen ... 7

Gambar 2.4. Jet sintetik ... 12

Gambar 2.5. Cara kerja speaker sebagai jet sintetik ... 14

Gambar 2.6. Aktuator Speaker. ... 15

Gambar 3.1 Stabilizer Tegangan ... 20

Gambar 3.2 Termometer Digital TM-946 ... 21

Gambar 3.3 Thermostat Autonics TC4S ... 22

Gambar 3.4. Plat Datar dan Plat Sumber Panas ... 23

Gambar 3.5. Nozzle Akrilik ... 23

Gambar 3.6 Dimensi Nozzle ... 24

Gambar 3.7 Speaker ... 24

Gambar 3.8. Tampilan ANSYS ... 26

Gambar 4.1. Grafik perbandingan frekuensi 80Hz – 380Hz, 100Hz – 400Hz, 120Hz – 420Hz menngunakan nozzle x... 31

Gambar 4.2. Grafik perbandingan frekuensi 80Hz – 380Hz, 100Hz – 400Hz, 120Hz – 420Hz menngunakan nozzle z. ... 31

Gambar 4.3. desain geometrid an mesh dalam software ANSYS... 33

(16)

XV DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Boundary Conditions ... 29 Tabel 4.1intensitas turbulen dan vorticity pada frekuensi 80Hz – 380Hz ... 34 Tabel 4.2 intensitas velocity dan contour temperature pada frekuensi 80Hz – 380Hz ... 35 Tabel 4.3 intensitas turbulen dan vorticity pada frekuensi 100Hz – 400Hz ... 37 Tabel 4.4 intensitas velocity dan contour temperature pada frekuensi 100Hz – 400Hz ... 38 Tabel 4.7 intensitas turbulen dan vorticity pada frekuensi 80Hz – 380Hz ... 42 Tabel 4.8 intensitas velocity dan contour temperature pada frekuensi 80Hz – 380Hz ... 44 Tabel 4.9 intensitas turbulen dan vorticity pada frekuensi 100Hz – 400Hz ... 45 Tabel 4.10 intensitas velocity dan contour temperature pada frekuensi 100Hz – 400Hz ... 46 Tabel 4.11 intensitas turbulen dan vorticity pada frekuensi 120Hz – 420Hz ... 47 Tabel 4.12 intensitas velocity dan contour temperature pada frekuensi 120Hz – 420Hz ... 49