BAB I PENDAHULUAN. 1.1.Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Proses pendinginan sangat diperlukan dalam dunia perindustrian. Terutama industri yang bergerak di bidang material logam. Untuk menghasilkan logam dengan kualitas baik diperlukan perlakuan yang tepat. Salah satu perlakuan yang diberikan antara lain adalah perlakuan panas atau heat treatment. Proses heat treatment merupakan proses perlakuan terhadap logam yang diinginkan dengan cara memberikan pemanasan dan dilakukan pendinginan dengan media pendingin tertentu, sehingga sifat fisiknya dapat diganti sesuai yang diinginkan. Sifat-sifat logam yang terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh struktur mikrologam disamping posisi kimianya, contohnya suatu logam atau paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda struktur mikronya diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan dengan kecepatan tertentu maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya. Perlakuan panas adalah proses kombinasi antara proses pemanasan aatu pendinginan dari suatu logam atau paduannya dalam keadaan padat untuk mendaratkan sifat-sifat tertentu. Untuk mendapatkan hal ini maka proses pendinginan sangat menentukan. Beberapa teknik pendinginan yang umum dilakukan adalah pendinginan alami dan pendinginan secara mekanis.pendinginan alami adalah pendinginan dengan menggunakan es sebagai bahan pendingin atau penyerap panas (refrigant).cara ini banyak digunakan dalam pengangkutan buah, sayur, dan daging.beberapa teknik pendinginan alami :

2 a. Hidro cooling yaitu pencelupan atau perendaman bahan kedalam air dingin. b. Ice toping yaitu pendinginan dengan cara menimbun bahan menggunakan kristal es. c. Spray cooling yaitu pendinginan dengan cara menghembuskan udara dingin pada bahan yang didinginkan. Prinsip pendinginan yaitu udara yang berada didekat es akan dingin, karena udara dingin mempunyai berat jenis lebih besar, maka udara akan bergerak ke bawah dan kontak dengan bahan yang didinginkan.udara dingin tersebut selanjutnya akan mendapat panas dari bahan.sebaliknya udara dingin yang telah membawa panas dari bahan berat jenisnya menjadi lebih kecil sehingga udara tersebut akan bergerak keatas dan berhubungan lagi dengan es. Demikian proses ini berulang-ulang sampai bahan menjadi dingin. Sedangkan pendinginan secara mekanis dilakukan menggunakan cairan pendingin (refrigant) untuk menyerap panas bahan. Penyerapan panas terjadi pada saat cairan refrigant tersebut menguap (Sinaga, 2013). Pendinginan dengan metode spray atau melepaskan butiran-butiran air dengan ukuran yang sangat kecil (droplet) sangat sering digunakan untuk mendinginkan beberapa mesin industrial. Droplet yang berasal dari kata dasar drop adalah sebuah kumpulan atau kolom kecil cairan yang terikat seluruhnya oleh permukaan bebas. Droplet dapat terbentuk ketika cairan menumpuk di ujung bawah tabung atau batas permukaan lain. Selain itu, droplet juga dapat terbentuk dari uap cairan yang mengalami kondensasi. Cairan dapat membentuk droplet disebabkan karena adanya tegangan permukaan pada cairan tersebut. Cara mudah untuk membentuk droplet adalah dengan mengalirkan cairan secara perlahan di bawah tabung yang berdiameter cukup kecil.

3 Pada bagian ujung tabung kecil tersebut akan terbentuk pendant drop. Ketika diameter ukuran droplet membesar dan melebihi ukuran tertentu, droplet menjadi tidak stabil dan melepaskan diri. Pada droplet yang sudah terlepas dari tempatnya akan terjatuh dengan bentuk seperti bola, hal ini disebabkan karena tegangan permukaan menjaga cairan agar tetap menjadi satu gumpalan. Multiple Droplet adalah tetesan air yang terus menerus dan dijatuhkan pada suatu permukaan untuk tujuan tertentu. Spray cooling merupakan salah satu contoh aplikasi penggunaan Droplet untuk proses pendinginan. Spray cooling merupakan teknik yang popular dari water cooling system di perusahaan industry besi dan baja. Selain diaplikasikan di industry besi dan baja, spray cooling juga diaplikasikan di beberapa sistem lain sebagai contoh: internal combustion engine, pada sudu turbin untuk mendinginkan permukaan yang suhunya cukup tinggi. Penggunaan spray cooling akan lebih banyak menyerap heat flux dibandingkan dengan forced convection cooling. Dinamika bertumbukannya droplet dengan permukaan yang dipanaskan sangatlah menarik perhatian pada masa sekarang karena dapat digunakan pada beberapa bidang contohnya bidang industri.salah satu yang patut diamati adalah struktur liquid yang terjadi pada saat droplet bertumbukan dengan permukaan yang sedang dipanaskan.fenomena yang akan muncul berupa terjadinya menyebar (spread), pecah berhamburan(splash), atau melambung kembali(rebound) (Chandra dan Avedisian, 1991). Ada beberapa faktor yang akan mempengaruhi dinamika fisik dari droplet diantaranya adalah jenis benda uji (permukaan yang akan ditetesi droplet), jenis cairan yang digunakan sebagai bahan droplet, bilangan Weber, frekuensi dari jatuhnya droplet, dan suhu permukaan dari bidang kerja. Faktor faktor tersebut akan sangat mempengaruhi pola dan dinamika dari droplet. Pola dan dinamika Droplet ini penting untuk digunakan sebagai sarana validasi model matematis dan simulasi yang saat ini sudah ada. Salah satu sifat dari droplet adalah sifat mampu

4 basah (wettability). Wettability merupakan kemampuan dari droplet untuk membasahi permukaan atau ukuran luasan dari droplet yang menyentuh permukaan dari bidang datar. Wettability berkaitan erat dengan laju perpindahan kalor yang terjadi antara permukaan datar dengan droplet. Semakin besar daerah yang dibasahi oleh droplet maka perpindahan kalor juga semakin besar (Deendarlianto dkk., 2008). Pendekatan yang lebih sederhana dengan meneliti tumbukan single Droplet pada permukaan padat yang dipanaskan telah dilakukan oleh Bernardin dkk. (1997). Hasil penelitian tersebut menghasilkan karakteristik karakteristik perpindahan kalor pada droplet tunggal yang kemudian digunakan untuk memprediksi karakteristik karakteristik perpindahan kalor secara menyeluruh pada proses spray cooling. Laju perpindahan kalor tidak hanya dipengaruhi oleh bagaimana cara fluida disuplai ke permukaan. Penyemprotan permukaan dengan droplet menghasilkan fluks kalor yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan pendinginan secara konveksi paksa. Efektivitas spray cooling terbukti mampu meningkatkan laju perpindahan kalor pada multi array heater yang telah dilakukan oleh Horacek dkk. (2005). Penelitian mengenai dinamika multiple Droplet masih tergolong sedikit, karena pada umumnya penelitian droplet menggunakan tetesan single Droplet. Untuk itu peneliti berusaha mempelajari dan mengamati pengaruh dari pola multiple droplet ketika menumbuk permukaan stainless steel. Dari penelitian ini, peneliti berusaha untuk mengetahui hubungan antara frekuensi tetes droplet dan suhu permukaan dengan luas penjalaran dari droplet yang menumbuk permukaan datar UVN. 1.2.Rumusan Masalah Dalam penelitian ini akan dilakukan studi mengenai pengaruh frekuensi terhadap fenomena tumbukan multiple droplet dengan permukaan UVN.

5 1.3.Batasan Masalah batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Variasi temperatur permukaan yang digunakan adalah 60 0 C, C, C, C, dan C 2. Menggunakan variasi frekuensi tetesan 80, 100, dan 120 tetes/menit 3. Menggunakan variasi nilai Weber 30.1, 52.6, dan Spesimen uji yang digunakan adalah material UVN 1.4.Tujuan penelitian Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengkaji visualisasi tumbukan multiple droplet dengan permukaan padat yang dipanaskan. 2. Mengkaji pengaruh frekuensi tetesan terhadap dinamika spreading 3. Mengkaji pengaruh variasi nilai Weber terhadap dinamika spreading 4. Mengkaji pengaruh variasi temperatur terhadap dinamika spreading 1.5.Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah : 1. Untuk mengetahui pengaruh frekuensi dan suhu terhadap dinamika multiple Droplet 2. Sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya dibidang droplet