KARAKTERISASI HYBRID NANOFLUID AL 2 O 3 -CuO-Water PADA PIPA KALOR BERTINGKAT SEBAGAI PENDINGIN CPU

Transkripsi

1 KARAKTERISASI HYBRID NANOFLUID AL 2 O 3 -CuO-Water PADA PIPA KALOR BERTINGKAT SEBAGAI PENDINGIN CPU Penulis Dosen Pembimbing : Cahyo Sudarmo : Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. : Ketut Astawa, ST, MT. ABSTRAK Perkembangan teknologi dewasa ini mengacu pada peningkatan performa dan pengecilan dimensi khususnya pada prosessor komputer. Dampak dari perkembangan tersebut menjadikan meningkatnya fluks kalor yang dihasilkan, sehingga sistem pendingin konvensional tidak mampu mengatasi dan mulai ditinggalkan. Sistem pendingin dua fase kini populer digunakan, salah satunya adalah pipa kalor. Kinerja pipa kalor sangat ditentukan oleh fluida kerja sebagai media penghantar kalor. Nanofluida mulai banyak di gunakan sebagai fluida kerja alternatif karena memiliki konduktivitas termal yang lebih baik, akan tetapi terkadang nanofluida dengan konduktivitas termal yang baik terdapat kelemahan pada permasalahan sedimentasi. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mendapatkan fluida kerja berupa nanofluida dengan konduktivitas termal yang tinggi dan tingkat sedimentasi yang rendah. Penelitian ini dilakukan dengan mendispersikan partikel nano komersial Al 2 O 3 dan CuO berdiameter 20 nm pada fluida dasar air dengan fraksi volume 0,1%, 0,3%, 0,5%, 0,7% dan 1% pada beberapa komposisi rasio Al 2 O 3 -CuO. Proses sintesa dilakukan dengan ultrasonic processor selama 15 menit, 30 menit dan 60 menit pada frekuensi 100 Hz. Konduktivitas termal diukur dengan menggunakan KD 2, dengan temperatur ukur 25 o C dalam circulating thermostatic bath. Viskositas diukur dengan menggunakan Brookfield DV-E Viscometer pada 60 rpm dan UL-Adaptor digunakan untuk mendapat nilai viskositas hybrid nanofluid. Pengamatan agglomerasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh fraksi volume terhadap sedimentasi. Pengujian wettability dilakukan untuk mengetahui sifat keterbasahan larutan sintesa terhadap sumbu kapiler dengan menggunakan high speed video camera. Dari penelitian yang dilakukan didapatkan bahwa komposisi rasio yang optimum sebesar 75% Al 2 O 3 dan 25% CuO pada fraksi volume 0,5% dengan konduktivitas termal 0,65 W/m o C, viskositas 1,07 cp, memiliki sifat hidrofilik antara larutan sintesa dan sumbu kapiler dan terjadi agglomerasi pada hari ke-35. Kata kunci: Hybrid nanofluid, pipa kalor bertingkat, fluida kerja alternatif iv

2 CHARACTERISTICS OF HYBRID NANOFLUID AL 2 O 3 -CuO-WATER ON CASCADE HEAT PIPE AS CPU COOLER Author Guidance : Cahyo Sudarmo : Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. : Ketut Astawa, ST, MT. ABSTRACT Technology development nowadays refer to improvements performance and the downsizing dimension specially in the computer processor. It affecting an increasing heat flux, the conventional cooling system was unable to managed it and began to abandoned. The cooling system lead to the two phases cooling system such as heat pipe. Heat pipe performance largely determined by the working fluid as heat transfer media. Nanofluids begin popular as an alternative working fluid because it has better thermal conductivity, but sometimes nanofluids with good thermal conductivity has problem on sedimentation sector. The purpose of this study is to get the best working fluid consist of nanofluids with high thermal conductivity and low sedimentation rate. This research was conducted by dispersing commercial nanoscale particles of Al 2 O 3 and CuO 20 nm diameter on water based fluid with a volume fractions are 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.7% and 1%, on some composition ratios Al 2 O 3 -CuO. The sonification process by 15 minutes, 30 minutes and 60 minutes using ultrasonic processor at 100 Hz frequency. The thermal conductivity is measured by KD 2, at 25 o C using circulating thermostatic bath. Viscosity is measured by Brookfield DV-E Viscometer at 60 rpm and UL-adapter used to obtain viscosity values of hybrid nanofluid. Observations agglomeration conducted to determine the effect of volume fraction on sedimentation phenomenon. High speed video camera used to discover wettability phenomenon. From this research, it was found that optimum hybrid nanofluid at 75% Al 2 O 3 and 25% CuO composition ratio of 0.5% volume fraction with 0.65 W/m C thermal conductivity, viscosity value 1.07 cp, has hydrofilic properties between hybrid nanofluid and capillary wick structure and agglomerated on day 35 th. Keyword: Hybrid nanofluid, cascade heat pipe, alternative working fluid v

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Karakterisasi Hybrid Nanofluid Al 2 O 3 -CuO-Air Pada Pipa Kalor Bertingkat Ssebagai Pendingin CPU Dalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah menyediakan banyak waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi. 2. Ketut Astawa, ST. MT Selaku Dosen Pembimbing II. 3. Prof. Dr.-Ing. Nandy Putra dan Bapak/Ibu Laboratorium Applied Heat Transfer Reseach Group FT UI yang telah banyak memberikan bimbingan serta bahan penelitian dan material. 4. Orang tua dan keluarga yang selalu mendukung dan membantu materriil serta moril dalam perkuliahan hingga penyusunan skripsi. 5. I Putu Lokantara, ST, MT. Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 6. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 7. Kepada rekan rekan Teknik Mesin Universitas Udayana serta Teknik Mesin Universitas Indonesia dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Juni 2016 vi

4 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI Pipa Kalor (Heat Pipe) Hybrid Nanofluida Konduktivitas Termal Nanofluida Viskositas Sedimentasi (Agglomeration) BAB III METODE PENELITIAN Metode Penelitian Bahan dan Alat Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Persiapan Pembuatan Hybrid Nanofluida Preparasi Pipa Kalor Bertingkat Pengujian Konduktivitas Termal Pengujian Wettability Pengisian Fluida Kerja Skematik Pengujian Kinerja Termal Pipa Kalor Dengan Fluida Kerja Hybrid Nanofluid Tempat Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Konduktivitas Termal vii

5 4.1.2 Viskositas Hybrid Nanofluid Waktu Agglomerasi Wettability Hybrid Nanofluid Kinerja Termal Hybrid Nanofluida Pengujian Hybrid Nanofluid Pada Pipa Kalor Bertingkat Distribusi Temperatur Plat Simulator Hambatan Termal Pipa Kalor Bertingkat BAB V PENUTUP Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

6 DAFTAR GAMBAR Halama n Gambar 2.1 Pipa Kalor... 7 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2 Alumunium Heatsink Gambar 3.3 Polyureathane Gambar 3.4 Thermal Pasta Gambar 3.5 Viskometer Gambar 3.6 Ultrasonik Prosessor Gambar 3.7 NI 9213 dan C-DAQ Gambar 3.8 Thermocouple tipe K Gambar 3.9 Pompa Vakum Gambar 3.10 Charging Manifold Gambar 3.11 Tang Ampere Gambar 3.12 Catridge Heater Gambar 3.13 AC-Regulator Voltage Gambar 3.14 Spuit Pump Injector 12ml Gambar 3.15 Circulating Thermostatic Bath Gambar 3.16 Skema Pembuatan Hybrid Nanofliud Gambar 3.17 Pembuatan Hybrid Nanofliud Gambar 3.18 Dinding Pipa Kalor Bawah (a) dan Dinding Pipa Kalor Atas (b). 24 Gambar 3.19 Plat Evaporator Bagian Bawah (a) dan Plat Kondensor Bagian Bawah (b) Gambar 3.20 Perancangan Pipa Kalor Bertingkat Gambar 3.21 KD 2 Decagon Gambar 3.22 Pengujian Konduktivitas Termal Gambar 3.23 Definisi wettability berdasarkan sudut kontaknya Gambar 3.24 Skematik Pengisian Fluida Kerja Gambar 3.25 Pengisian Fluida Kerja Gambar 3.26 Skematik Pengujian Pipa Kalor Bertingkat Gambar 3.27 Pengujian Kinerja Termal Pipa Kalor Bertingkat Gambar 4.1 Larutan Sintesa Hybrid Nanofluid Gambar 4.2 Konduktivitas Termal Pada Berbagai Komposisi Dengan 15 Menit Sonifikasi Gambar 4.3 Konduktivitas Termal Pada Berbagai Komposisi Dengan 30 Menit Sonifikasi Gambar 4.4 Konduktivitas Termal Pada Berbagai Komposisi Dengan 60 Menit Gambar 4.5 Sonifikasi Konduktivitas Termal Pada Komposisi 75:25 Dengan Varian waktu Sonifikasi Gambar 4.6 Konduktivitas Termal Efektif Hybrid Nanofluid Gambar 4.7 Viskositas Hybrid Nanofluid Gambar 4.8 Fenomena Agglomerasi Gambar 4.9 Grafik Waktu Agglomerasi Gambar 4.10 Wettability Hybrid Nanofluid Pada Fraksi Volume (a) 1%; (b) 0,5% dan (c) 0,1% Gambar 4.11 Distribusi Temperatur Plat Simulator Pada 0,1% Fraksi Volume 39 ix

7 Gambar 4.12 Distribusi Temperatur Plat Simulator Pada 0,5% Fraksi Volume 40 Gambar 4.13 Distribusi Temperatur Plat Simulator Pada 1% Fraksi Volume Gambar 4.14 Distribusi Temperatur Dengan Pembebanan 46,22Watt Pada Berbagai Fraksi Volume Hybrid Nanofluid Gambar 4.15 Grafik Hambatan Termal Pipa Kalor Bertingkat x

8 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Konduktivitas termal dari Beberapa Material Tabel 3.1 Propertis Nanopartikel Tabel 3.2 Perbandingan Massa Nanopartikel Dengan Fluida Dasar Tabel 4.1 Konduktivitas Termal Hybrid Nanofluid Tabel 4.2 Viskositas Hybrid Nanofluid Tabel 4.3 Waktu Agglomerasi Hybrid Nanofluid Tabel 4.4 Karekterisasi Pembebanan Tabel 4.5 Hambatan Termal Pipa Kalor Bertingkat xi

9 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi 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 secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Saya menyetujui hasil skripsi ini di pergunakan oleh Pembimbing I maupun Pembimbing II untuk publikasi ilmiah dengan syarat mencantumkan nama saya dalam penulisan. Bukit Jimbaran, Mahasiswa Cahyo Sudarmo NIM

10 :KEMENTEMN RISET,TEXNOI,OGI DAN PENDIDIKAN TINGGT UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MDSIN Kampus Bukit - Jimbaran Tlp/Faks : ( 0361 )703321,F;maiI: mesin@me.unud.ac,id '. *"Hli,'#;5ffi"li1ll':iHli:,,Ylfil *o TENTANG PEMBIMBING SKRIPSI MAHASISWA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA RFKToR u"nlvebgttas Menimbang,,4 qayani Bahwa bimbingan skripsi mahasiswa Fakultas Teknik dipandang perlu ditetapkan dengan Surat Keputusan Rektor; Bahwa nama-nama dosen yang tercantum dalam kolom Keputusan ini dapat diberikan honorsesuai dengan pedoman tarif DIPA BLU dilingkungan Universitas Udayana Tahun Anggaran b. Mengingat tj 1 2,) Undang-undang Nomor : 20 tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional; Peraturan Pemerintah Nomor: 60 tahun 1999 tanggal24 Juni 1999'tentang Pendidikan Tinggi; Keppres Nomor: 53/M/2009, tgl. 4 Juni 2C09 tentang Pgngangkatan Rektor Universitas Udayana; Keputusan Menteri PTIP Nornor: 104 tahun 1962, yo Keputusan Presiden Nomor: 18 tahun 1963, tentang Pendirian Universitas Udayana; Keputusan Mendikbud Nomor: 0450/0/1992 tanggal 18 Nopember 1992, tentang Statuta Universitas Udayana; Keputusan Mendikbud Nomor 0199/0/1995 tanggal 18 Juli 1995 tentang Organisasi dan Tata Kerja Unud; lnstruksi Mendiknas Nomor : 11U12002, tentang Pelaksanaan Akuntabilitas Kinerja di lingkungan Depdiknas; Keputusan Rektor Universitas Udayana Nomor: 156/UN14/KP/2015 tanggal. 29 April ZOtS t6ntang'pengangkatan Prol lr, Ngakan Putu Gede $uardana,,mt,phd sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana; Keputusan Rektor Nomor 31/H.14 /HK.01,23/2010 tanggal 2g Januari 2010 tentang pemberian Kuasa menandatangani Surat Keputusan Pelaksanaan Kegiatan Administrasi Keuangan,Kepegawaian kepada para Dekan, Direktur di lingkungan Unud, Peraturan Menteri Keuangan Republik lndonesia Nomor 53/PMK tentang Standar Biaya Masukan iahun Anggaran 2016 tgl 17 Maret 2014 dan Surat Menteri Keuangan lndonesia Nomor S.168/M(.OZIZOU teniang Standar Biaya mis-ukan Lainnya di Lingkup Perguruan Tinggi Negeri Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan Tanggal 13 Maret MEMUTUSKAN Menetapkan Pertama Keputusan Rektor Universitas Udayana tentang Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana tahun anggaran 2016; Peraturan Menteri Keuangan Republik lndonesia Nomor 53/PMK.0212Q14 tentang Standar Biaya Masukan Tahun Anggaran 2016 tanggal 17 Maret 2014 dan Surat Menteri Keuangan lndonesia ruomoi$- 168/MK.02/2014 Kedua SK mulai NAMA DOSEN PEMBIMBING Dr.Wayan Nata Septiadi.,ST,MT NO 1 Ketut Astawa,ST.,MT 2 20 Juni s/d 20 Desember 20'16; NIP GOL JABATAN MHS/NIM JUDUL SKRIPSI lll/a lll/c Pemb,l Cahyo Sudarmono Karakteresasi Hybrid Nano Fluid,AlzOr CuO-Air Pada Pipa Kalor Bertingkat Sebaqai Pendinqin CPU Pemb,ll Keempat:TentangStandarBiayamasukanLainnyadiLingkuppeiguiuan Perguruan Tinggi Negeri Kebudayaan tanggal 13 Maret 2014;!rul!Otqyl yang ditimbulkan akibat ditetapkannya Keputusan ini dibebankan pada mata anggaran DIPA BLU Universitas Udayana Tahun 2016 Nomor SP-DIPA-042,01,2,400969/2016 tanggai0z Desember 2015; Keputusan ini berlaku sejak Januari s/d Desember 2016 Kelima tl, Ditetapkan di Bukit Jimbaran 20 Juni 2016 Putu Gede Suardana,MT.PhD Tembusan: a l.rektor Universitas Udayana, 2.Para Dekan / Ketua Program Studi di lingkungan Unud, 3,Para Ketua Jurusan di lingtungan Fakultas Teknik, 4.Subbag Keuangan Fakultas Teknik, 5,Yahg bersangkutan untuk ditaksanakani