ANALISIS PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA NANOFLUIDA AIR-Al2O3 DALAM SUB-BULUH VERTIKAL SEGIENAM

Transkripsi

1 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 632 Abstrak ANALISIS PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA NANOFLUIDA AIR-Al2O3 DALAM SUB-BULUH VERTIKAL SEGIENAM FORCED CONVECTION HEAT TRANSFER ANALYSIS OF WATER- Al2O3 NANOFLUIDS IN VERTICAL HEXAGONAL SUB-CHANNEL Asiah Hasanah 1, Dr. Abrar Ismardi, M.Sc 2, Drs. K. Kamajaya MT. 3 1 Prodi S1 Tknik Fisika, Fakultas TknikElktro, Univrsitas Tlkom 2 Prodi S1 Tknik Fisika, Fakultas Tknik Elktro, Univrsitas Tlkom 3 BATAN, Bandung 1 asiahhasanah26@gmail.com, 2 abrarslah@gmail.com, 3 kamajaya@batan.go.id Pnrapan nanofluida sbagai fluida pndingin raktor nuklir mmiliki banyak aspk yang harus diprhitungkan sprti dimnsi, ukuran, jnis aliran, jnis nanofluida dan konsntrasi nanopartikl di dalam fluida akan mmpngaruhi kofisin prpindahan panas yang dihasilkan. Pnlitian ini mnggunakan nanofluida air-al2o3 sbagai fluida pndingin yang diaplikasikan dalam sub-buluh vrtikal sginam dan mnggunakan aliran konvksi paksa. Prangkat uji bsrta susunan pipa pmanas tlah dirancang sdmikian rupa mnyrupai susunan bahan bakar dan bntuk tras raktor pada raktor TRIGA BATAN Bandung. Prsamaan korlasi prpindahan panas konvksi paksa mnggunakan nanofluida air-al2o3 yang didapat dari pnlitian ini adalah sbagai brikut. Laju aliran 6 litr/mnit : Nu = 6,321 Gz 0,446 ; 159,012 Gz 556,542 Laju aliran 10 litr/mnit : Nu = 0,864 Gz0, 0,761 ; 265,020 Gz 927,570 Laju aliran 12 litr/mnit : Nu = 1,727 Gz 0,707 ; 318,024 Gz 1113,084 Hasil pnlitian mnunjukkan nilai kofisin prpindahan panas nanofluida air Al2O3 lbih tinggi skitar 90%-100% dari kofisin prpindahan panas air. Hal trsbut tlah dibuktikan baik dari prsamaan korlasi yang dihasilkan maupun data ksprimn. Kata kunci: nanofluida, sub-buluh, sginam, Al2O3, konvksi paksa Abstract Application of nanofluids as a nuclar ractor coolant has many aspcts to b rckond such as th dimnsion, siz, typs of fluid flow, typs of nanofluids and concntration of nanoparticls in bas fluid would affct th valu of hat transfr cofficint. This rsarch usd watr-al2o3 nanofluids as a cooling fluid that was applid in a vrtical hxagonal sub-channl and using forcd convction flow. Th rsarch quipmnt and th arrangmnt of hating pips hav bn dsignd to rsmbl th structur of nuclar ractor cor and trrac of ractor TRIGA BATAN Bandung. Th hat transfr mpirical corrlation in forcd convction flow using watr- Al2O3 nanofluids as a cooling fluids from this rsarch could b writtn in quations blow. Flow rat of 6 litrs/minut : Nu = 6,321 Gz 0,446 ; 159,012 Gz 556,542 Flow rat of 10 litrs/minut : Nu = 0,864 Gz0, 0,761 ; 265,020 Gz 927,570 Flow rat 12 litrs/minut : Nu = 1,727 Gz 0,707 ; 318,024 Gz 1113,084 Th rsult showd that hat transfr cofficint of watr-al2o3 nanofluids is highr about 40%-50% than hat transfr cofficint of watr. It has bn provn by both of mpirical corrlation and xprimntal data. Kywords: nanofluids, sub-channl, hxagon, Al2O3, forcd convction 1. Pndahuluan Raktor nuklir mmbutuhkan suatu sistm pndingin yang sangat pnting dalam aspk kslamatan pada saat pngoprasian raktor. Pada umumnya suatu raktor mnggunakan air (H 2O) sbagai fluida pndingin. Namun, blakangan ini nanofluida mnjadi populr karna banyak pnliti yang ingin mmanfaatkan kunggulan dari nanofluida dalam brbagai sistm pndingin trutama sbagai sistm pndingin raktor nuklir [1].

2 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 633 Nanofluida mrupakan fluida yang mngandung nanopartikl di dalamnya. Dalam brbagai aplikasi yang mnyangkut transfr panas, nanofluida mmiliki kmampuan prpindahan panas yang lbih tinggi dibandingkan dngan air biasa. Hal ini tntu sangat mnguntungkan apabila nanofluida diaplikasikan sbagai pndingin raktor karna dapat mnyrap dan mmindahkan kalor lbih baik. Manca t al. mlakukan pnlitian studi numrik invstigasi karaktristik prpindahan panas scara konvksi mnggunakan nanofluida air-al 2O 3 di dalam tabung mlingkar. Dalam pnlitian trsbut, sksi uji yang digunakan brupa tabung mlingkar yang dilngkapi dngan pmanas pada dinding tabung. Hasil pnlitian mnunjukkan bahwa kofisin prpindahan panas mningkat jika laju aliran nanofluida mningkat. Kofisin prpindahan panas juga mningkat pada saat mnggunakan konsntrasi nanopartikl yang lbih tinggi [2]. Brdasarkan pnlitian Jacopo Buongiorno dan Lin-wn Hu, salah satu syarat nanofluida yang dapat digunakan pada sistm pndingin raktor nuklir yaitu mmiliki kmampuan pnyrapan nutron yang rndah dan waktu paruh yang pndk agar tidak mngganggu raksi fisi yang trjadi pada raktor [3]. Saat ini pnlitian mngnai sistm pndingin raktor nuklir hanya mnggunakan nanofluida Al 2O 3 dan ZrO 2 karna kdua matrial trsbut diktahui mmiliki kmampuan pnyrapan nutron yang rndah dan waktu paruh yang pndk shingga ssuai untuk diaplikasikan sbagai fluida pndingin raktor. Pmanfaatan nanofluida sbagai pndingin raktor mmbutuhkan suatu pngkajian. Slain dari sgi dimnsi, ukuran dan jnis aliran yang akan digunakan juga akan brpngaruh dalam pross prpindahan panas. Olh karna itu, analisis mngnai prpindahan panas pada sub-buluh vrtikal mnggunakan nanofluida prlu dilakukan sblum ditrapkan k raktor nuklir. Prhitungan laju aliran yang digunakan, pngukuran tmpratur bahan bakar raktor, dan konsntrasi nanopartikl yang dibrikan dalam nanofluida akan mnntukan nilai kofisin prpindahan panas yang dihasilkan [4]. Pnlitian ini mnggunakan nanofluida air-al 2O 3 dngan konsntrasi 0,05% brat sbagai fluida pndingin mnggunakan konvksi paksa dalam sub-buluh vrtikal sginam. Pmilihan susunan sub-buluh sginam didasari atas susunan bahan bakar yang dibntuk sginam pada raktor nuklir di BATAN Bandung. Pnlitian ini diharapkan dapat mnghasilkan prsamaan-prsamaan korlasi mpirik untuk mmprolh nilai kofisin prpindahan panas di skitar sub-buluh dan mngtahui prbandingan kofisin prpindahan panas pada saat mnggunakan fluida air dan air-al 2O Mtodologi Pnlitian Pnlitian ini mnggunakan modl alat uji sub-buluh vrtikal sginam yang tlah dirancang dalam pnlitian sblumnya yang dilakukan olh M. Maktabifard dan N. P. Tandian yang brjudul Thortical Study of Forcd Convctiv Hat Transfr in Hxagonal Configuration with 7 Rod Bundls Using Zirconia-watr Nanofluid [5]. Pnlitian trsbut mnggunakan simulasi CFD (Computational Fuid Dynamics) FLUENT untuk mndsain alat uji sub-buluh sginam. Alat-alat yang digunakan dalam pnlitian ini mliputi tabung sksi uji, pompa, dua tangki pnampung fluida, jalur pipa, hat xchangr, dan rotamtr. Fluida krja yang digunakan sbagai matrial uji adalah nanofluida air- Al 2O 3. Mtod yang digunakan dalam mnylsaikan prsoalan mngnai prpindahan panas konvksi sub-buluh vrtikal sginam mnggunakan nanofluida air-al 2O 3 adalah mlalui pndkatan scara ksprimntal. Dalam pngujian ini, sistm pndingin primr mnggunakan fluida krja air-al 2O 3. Sistm pndingin skundr mnggunakan fluida krja air. Dbit aliran pndingin primr yang masuk pada sksi uji dngan laju alir konstan sbsar 6, 10, dan 12 litr/mnit, sdangkan laju alir pndingin skundr konstan 20 litr/mnit. Kalor pada sistm pndingin primr ditransfr k sistm pndingin skundr mlalui sbuah hat xchangr tip plat. Kmudian trhadap susunan pmanas yang ditmpatkan pada bagian sksi uji dilakukan prubahan daya pmanas dngan cara mngatur tgangan krja pada pmanas. Daya pmanas mulai dari 200 W, 300 W, 400 W, 500 W, dan 600 W. Bsar arus, tgangan, dan daya listrik yang dibutuhkan untuk stiap pngujian diukur scara langsung mnggunakan clamp mtr. Gambar alat uji yang sudah trinstalasi jalur pipa bsrta konfigurasi susunan pmanas dibrikan pada Gambar 2.1 dan 2.2. Rangkaian alat uji bsrta jalur aliran pndingin primr dan skundr yang trdapat pada pnjlasan sblumnya ditunjukkan pada Gambar 2.3.

3 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 634 P (Pitch) = 1,4 inch D (diamtr) = 1,06 inch Gambar 2.1 Alat uji dan jalur aliran pipa HE : Hat Exchangr FM : Flowmtr HE Gambar 2.2 Konfigurasi susunan pmanas Tangki Prtama Tangki Nanofluida Prtama Pompa Primr Pompa Pompa Skundr Skund Valv 2 FM Valv 3 Valv 1 Tangki Kdua (Air) Gambar 2.3 Rangkaian alat uji Untuk stiap pngujian dilakukan pncatatan tmpratur fluida pndingin dan tmpratur prmukaan pmanas pada tujuh titik pngukuran dngan ktinggian yang brbda. Prkapan data tmpratur untuk stiap pngujian dilakukan stlah pmanas dijalankan slama kurang lbih satu jam untuk mndapatkan nilai tmpratur fluida dan dinding pmanas dalam kondisi stady dilihat dari prubahan nilai data tmpratur salah satu titik pngukuran pipa pmanas. Stiap pmanas mmiliki trmokopl yang ada di dalam pipa pmanas yang brjumlah lima trmokopl. Trmokopl di dalam pipa pmanas brfungsi hanya sbagai indikator untuk mnntukan komponn pmanas yang trdapat di bagian dalam pipa pmanas brfungsi dngan baik. Apabila salah satu komponn pmanas yang trdapat di dalam pipa pmanas mati, maka akan ada bagian dari dinding pmanas yang tidak mngalami pmanasan. Hal trsbut nantinya akan brpngaruh pada data pngukuran yang dihasilkan. Untuk mmastikan stiap pmanas bkrja dngan baik, maka lima trmokopl trsbut dihubungkan k data akuisisi shingga stiap prubahan tmpratur dapat trcatat. Untuk pngambilan data tmpratur fluida dan dinding pmanas sbagai input data tmpratur yang akan dianalisis mnggunakan trmokopl yang dapat digrakkan. Trmokopl trsbut mmiliki ujung dngan dua cabang, dimana cabang prtama mngukur tmpratur dinding pmanas dan cabang yang lainnya mngukur tmpratur fluida. 3. Analisis Nilai kofisin prpindahan panas (h) dari stiap variasi prcobaan dapat dihitung mnggunakan prsamaan umum konvksi yang dituliskan pada Prsamaan 1. Q h A T s T (1) Untuk mmbuat prsamaan korlasi dari prcobaan yang dilakukan, maka nilai dari bbrapa paramtr tak brdimnsi untuk aliran konvksi harus diktahui. Pada dasarnya, prcobaan ini mnggunakan alat yang didsain untuk konvksi paksa. Namun stiap konvksi paksa pasti mmiliki pngaruh konvksi alami juga, hanya saja dibutuhkan bbrapa paramtr khusus untuk mnntukan apakah pngaruh konvksi alami trsbut bsar atau tidak. Olh karna itu, pnntuan jnis konvksi diprlukan sblum mlakukan pmbuatan korlasi agar paramtr dalam pmbuatan korlasi yang digunakan ssuai.

4 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 635 Pnntuan jnis konvksi dilakukan dngan cara mnganalisis bilangan tak brdimnsi yaitu bilangan Richardson. Brikut pnglompokan jnis aliran konvksi brdasarkan bilangan Rhicardson (Gr/R 2 ). (Gr/R 2 ) << 1 mrupakan konvksi paksa (Gr/R 2 ) >> 1 mrupakan konvksi alami (Gr/R 2 ) ~ 1 mrupakan konvksi gabungan Nilai Grashof dan Rynold suatu aliran dinyatakan pada Prsamaan 2 dan 3. Gr= 9pq'Dh4 kv2 R= vpdh µ (2) (3) Prsamaan korlasi yang dihasilkan akan brbda untuk jnis aliran konvksi yang brbda. Jnis prsamaan korlasi untuk konvksi alami, paksa, ataupun gabungan diklompokkan sbagai brikut. Konvksi alami : Nu= C (Gr' 1.Pr 1 r (4) Konvksi paksa : Nu = C (Rm P1 ") (5) Kdua prsamaan trsbut hanya dapat digunakan pada aliran yang tlah brkmbang pnuh (fully dvlopd). Untuk aliran yang masih brkmbang (dvloping), paramtr tak brdimnsi lain dibutuhkan dalam pmbntukan korlasi konvksi. Bilangan tak brdimnsi lainnya yang dapat digunakan adalah bilangan Gratz. Dngan mnggunakan bilanga Gratz, maka korlasi konvksi mrupakan hubungan antara bilangan Nusslt dngan Gratz sprti yang ditunjukkan pada Prsamaan 6. Nu = C (Gz m ) (6) Bilangan Gratz dapat dituliskan dalam bntuk sprti brikut. Gz = R Pr D h/x (7) Adapun x mrprsntasikan jarak ataupun ktinggian posisi pngukuran yang diukur dari ujung bawah pmanas. Dngan mnggunakan paramtr D h/x, maka nilai Nusslt yang dihasilkan pada stiap prcobaan dapat diklompokkan brdasarkan ktinggian posisi pngukuran. Nilai Prandtl dari fluida krja dan Diamtr hidrolik (D h) sginam dinyatakan pada prsamaan brikut. Pr= cpµ. k (8) 2 o, = D [(2 ( ) - 1] (9) 4. Hasil dan Pmbahasan Prcobaan prpindahan panas pada pnlitian ini hanya mnggunakan nanofluida air-al 2O 3 dngan konsntrasi 0,05% brat sbagai fluida pndingin. Untuk mndapatkan data fluida air sbagai pmbanding, pnlitian ini mnggunakan data air yang tlah diprolh dari disrtasi yang dilakukan olh Diah Hidayanti Sukarno yang brjudul Studi Konduktivitas Trmal dan Prpindahan Panas Konvksi Fluida Nano ZrO 2-Air [6]. Data tmpratur fluida dan tmpratur dinding pmanas diambil pada tujuh titik pngukuran pmanas yang brbda. Data tmpratur yang trukur pada titik trbawah pmanas tidak digunakan karna mmiliki fk yang signifikan bagi pmbacaan trmokopl. Aliran fluida yang dras dari pompa yang mngalir mlalui sub buluh dari titik pngukuran trbawah mngganggu pross pmbacaan trmokopl pada saat mngukur tmpratur dinding pmanas dan tmpratur fluida pada titik pngukuran prtama. Olh karna itu data tmpratur yang diolah hanya dari nam titik pngukuran. Adapun jarak titik pngukuran pmanas yang trukur dari ujung bawah pmanas ditampilkan pada tabl brikut. Tabl 4.1 Jarak titik pngukuran pmanas yang trukur dari ujung pmanas Titik pngukuran Jarak dari ujung pmanas (m) 1 0,1 2 0,15 3 0,2 4 0,25 5 0,3 6 0,35

5 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 636 Hasil pngukuran mnunjukkan tmpratur dinding cndrung mningkat dngan adanya knaikan titik pngukuran pmanas, bgitu juga dngan tmpratur nanofluida. Hal ini disbabkan olh nanofluida yang dialirkan k sub-buluh mndapatkan pmanasan scara kontinyu dari ujung pmanas bawah hingga k ujung pmanas atas yang mngakibatkan tmpratur nanofluida smakin bsar pr titik pngukuran. Tmpratur nanofluida yang smakin bsar mngakibatkan kmampuan pnyrapan kalor yang dihasilkan olh pmanas smakin brkurang, shingga tmpratur pmanas juga cndrung mningkat siring dngan knaikan posisi titik pngukuran pmanas. Hal trsbut ditunjukkan pada gambar grafik brikut. so u :: :i., 35 i:::j::i;.:::: :;!! 200W 300W 400W soow a. 30 f Titik pngukuran W... Linar (200 W) Linar (300 W) Linar (400 W)... Linar (500 W) Gambar 4.1 Grafik tmpratur dinding pmanas trhadap titik pngukuran dngan variasi daya pada aliran 12 litr/mnit E :i W 300W 400W ro :;;. E, 30 f t:::::.::t:::::::.... ::::.:::i:::::::::: SOOW 600W Titik pngukuran... Linar (200 W)... Linar (300 W)... Linar (400 W)... Linar (500 W) Gambar 4.2 Grafik tmpratur nanofluida air-al 2O 3 trhadap titik pngukuran dngan variasi daya pada aliran 12 litr/mnit Slain posisi titik pngukuran, input daya yang dibrikan juga mmpngaruhi tmpratur yang diasilkan. Smakin bsar daya yang dibrikan, maka tmpratur yang dihasilkan juga akan smakin tinggi. Dari sluruh variasi prcobaan yang dilakukan, nilai kofisin prpindahan panas maksimum yang dihitung mnggunakan prsamaan 1 untuk daya 200 W hingga 600 W adalah 8060,114 W/m 2 C, 10351,683 W/m 2 C, 10955,265 W/m 2 C, 10131,178 W/m 2 C, dan 12023,398 W/m 2 C. Sluruh nilai kofisin prpindahan maksimum trsbut dihasilkan dari prcobaan yang mnggunakan aliran 12 litr/mnit. Shingga dapat disimpulkan bahwa aliran 12 litr/mnit mrupakan aliran yang paling optimum untuk prcobaan ini. trdapat pada aliran 12 litr/mnit. Data kofisin prpindahan panas untuk aliran 12 litr/mnit ditunjukkan pada gambar grafik brikut.

6 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag ' ' W 300W, ụ E 8000 <; I 6000 s: :,::-: ::: ::. --1.:-::-...': ,,,,1 <', ', ', '.. ',' _ ' Titik pngukuran 400W soow 600W... Powr ( 200 W) Powr ( 300 W) Powr (400 W)... Powr ( 500 W) Gambar 4.3 Grafik kofisin prpindahan panas (h) trhadap titik pngukuran dngan variasi daya pada dbit aliran 12 litr/mnit Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa kofisin prpindahan panas mnurun dngan smakin tingginya posisi titik pngukuran. Grafik-grafik yang ditampilkan sblumnya juga mnampilkan tmpratur nanofluida yang cndrung mningkat dngan smakin tingginya posisi titik pngukuran. Hal trsbut trjadi karna nanofluida mndapatkan pmanasan scara trus mnrus pada saat mlwati sub-buluh dari titik pngukuran trbawah. Kmampuan pnyrapan panas nanofluida juga smakin brkurang siring dngan prtambahan ktinggian titik pngukuran. Hal trsbut ditandai dngan slisih tmpratur dinding dan tmpratur nanofluida yang smakin bsar siring dngan smakin tingginya posisi titik pngukuran. Pnntuan jnis aliran konvksi dibutuhkan untuk mnntukan prsamaan korlasi yang tpat. Brdasarkan analisis bilangan Richardson (Gr/R 2 ). Nilai Grashof dan Rynolds diprolh dari prsamaan 2 dan 3. Kdua prsamaan dari bilangan tak brdimnsi trsbut mngandung bbrapa paramtr trmofisik nanofluida. Dalam pnntuan jnis konvksi dan pmbuatan korlasi, bbrapa paramtr trmofisik nanofluida Al 2O 3 prlu diktahui nilainya. Brikut data dari bbrapa paramtr trmofisik nanofluida air-al 2O 3 yang ditampilkan pada Tabl 4.2. Tabl 4.2 Prhitungan paramtr trmofisik nanofluida air-al 2O 3 0,05% Paramtr trmofisik Prsamaan Hasil Massa jnis Pnt = (1-<p)Pbt + 'PPp 1144 kg/m 3 Viskositas µ., 1 = (1 + 2,S<p)µbf 0, kg/ms Konduktivitas panas kn/= [kp + 2kbf - 2<p(kbf - k.,,)] k,, + 2kbf + <p(kbf - k,,,) 1, W/mK Panas spsifik CPnf = <pc1'p + (1- <p)c'pbf 4011,55 J/kgK Dngan mngtahui nilai dari bbrapa paramtr trmofisik nanofluida air-al 2O 3, maka nilai Grashof dan Rynolds untuk stiap variasi prcobaan dapat dikalkulasikan. Nili Richardson yang dihasilkan untuk sluruh prcobaan brada diatas 1. Hal trsbut mnunjukkan jika aliran juga dipngaruhi olh konvksi alami shingga dapat dikatakan bahwa aliran fluida pada prcobaan ini trgolong k konvksi gabungan karna prpindahan panas trjadi akibat pnggunaan pompa dan juga prbdaan krapatan yang diakibatkan olh gradin tmpratur. Brdasarkan pnlitian disrtasi yang dilakukan olh Diah Hidayanti Sukarno yang brjudul Studi Konduktivitas Trmal dan Prpindahan Panas Konvksi Fluida Nano ZrO2-Air, dihasilkan prsamaan korlasi gabungan untuk air yang dinyatakan pada prsamaan 10 [6]. Nu = 1,821 Gz0,557 Ri0,027; 353,00 Gz 4154,51 dan 1,87 Ri 158,30 (10) Pnlitian trsbut mnggunakan alat uji yang sama dngan alat uji pada pnlitian ini dan korlasi yang dihasilkan brlaku dari aliran 5, 7, 9, 11, 13, 15 dan 17 litr/mnit untuk variasi daya dari 100 W hingga 700 W. Dari prsamaan korlasi brikut, didapatkan bahwa pangkat dari bilangan Gratz lbih tinggi dari pangkat bilangan Richardson. Hal trsbut mnunjukkan bahwa pngaruh konvksi paksa dalam aliran konvksi gabungan masih mndominasi. Konsntrasi nanofluida yang digunakan pada pnlitian ini sangat kcil shingga dapat diasumsikan pnggunaan fluida nano Al 2O 3 pada pnlitian ini juga mnghasilkan aliran konvksi gabungan yang didominasi olh konvksi paksa. Olh karna itu pmbuatan korlasi prpindahan panas pada pnlitian ini hanya brfokus pada konvksi paksa baik untuk fluida krja air maupun fluida krja air Al 2O 3.

7 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 638 Brdasarkan grafik hubungan antara tmpratur dngan posisi titik pngukuran yang tlah dipaparkan sblumnya, tmpratur akan cndrung naik dngan smakin tingginya posisi titik pngukuran. Hal trsbut juga brlaku pada nilai kofisin prpindahan panas (h) yang juga cndrung turun dngan smakin tingginya posisi pngukuran. Olh karna itu, bilangan Nusslt yang dihasilkan tidak konstan shingga dapat disimpulkan bahwa aliran yang digunakan pada prcobaan ini masih dalam kadan brkmbang. Shingga prsamaan korlasi yang ssuai adalah hubungan antara paramtr Nusslt dngan Gratz sprti yang dituliskan pada prsamaan 6. Adapun bntuk prsamaan korlasi yang dihasilkan untuk aliran 6, 10, dan 12 litr/mnit nanofluida air-al 2O 3 adalah sbagai brikut. Nu = 6,321 Gz 0,446 ; 159,012 Gz 556,542 (11) Nu = 0,864 Gz 0,761 ; 265,020 Gz 927,570 (12) Nu = 1,727 Gz 0,707 ; 318,024 Gz 1113,084 (13) Pmbuatan prsamaan korlasi untuk air sbagai pmbanding mnggunakan data air yang diprolh dari prcobaan yang dilakukan olh Diah Hidayanti Sukarno dari disrtasi yang brjudul Studi Konduktivitas Trmal dan Prpindahan Panas Konvksi Fluida Nano ZrO 2-Air. Data air yang digunakan dalam prcobaan trsbut mnggunakan alat uji yang sama dan variasi daya yang sama namun dngan variasi dbit aliran yang brbda yaitu 7 litr/mnit, 9 litr/mnit, 11 litr/mnit, 13 litr/mnit, 15 litr/mnit, dan 17 litr/mnit. Korlasi yang dibuat hanya diambil dari salah satu variasi dbit aliran yaitu 11 litr/mnit. Pmilihan 11 litr/mnit didasarkan karna prcobaan nanofluida air-al 2O 3 mngaplikasikan bbrapa variasi aliran yaitu 10 litr/mnit dan 12 litr/mnit, shingga korlasi 11 litr/mnit untuk fluida air akan mudah dibandingkan dngan rata-rata korlasi dari 10 litr/mnit dan 12 litr/mnit nanofluida air-al 2O 3. Brikut ditampilkan grafik korlasi air dan nanofluida air-al 2O 3 pada gambar 4.4. ẓ :::, 2.1..Q y = 0,7314x+0,201 2 R = 0,943,--- I I...., " y = x R 2 = LogGz Korlasi air 11 lpm... Linar (Korlasi air 11 lpm) Korlasi Al lpm... Linar (Korlasi Al lpm) Gambar 4.4 Grafik prbandingan prsamaan korlasi antara air dan nanofluida air-al 2O 3 Adapun bntuk prsamaan korlasi untuk air dan nanofluida air-al 2O 3 ditampilkan pada Prsamaan 14 dan 15. Nu = 4,412 Gz 0,458 ; 489,841 Gz 3428,886 (14) Nu = Gz 0,731 ; 291,522 Gz 1020,327 (15) Grafik korlasi nanofluida air-al 2O 3 trlihat lbih curam daripada grafik korlasi air. Hal trsbut dikarnakan nilai kofisin prpindahan panas (h) yang mrupakan komponn bilangan Nusslt untuk nanofluida air- Al 2O 3 jauh lbih tinggi daripada air dan rntang log Gz untuk nanofluida air-al 2O 3 lbih kcil dari air. Contoh hasil prbandingan nilai kofisin prpindahan panas yang dihasilkan dari prsamaan 14 dan 15 ditampilkan pada tabl brikut. Tabl 4.4 Prbandingan nilai h dari korlasi air dan nanofluida air-al 2O 3 dbit aliran 11 litr/mnit Posisi x pngukuran (m) Gratz Dh. (R Pr-) x Nusslt h (W/m 2 C) air air-al 2O 3 Air air-al 2O 3 air air-al 2O 3 0,2 m 857, , , ,25 m 454, ,614 88, , , ,086 0,35 m 489, ,522 75, ,

8 ISSN : Procding of Enginring : Vol.4, No.1 April 2017 Pag 639 Brdasarkan tabl trsbut, nanofluida air-al 2O 3 mmiliki kmampuan prpindahan panas yang lbih baik dari air. Hal trsbut ditunjukkan dngan prbdaan nilai kofisin prpindahan panas nanofluida air-al 2O 3 yang jauh lbih tinggi dibandingkan dngan nilai kofisin prpindahan panas untuk fluida air. 5. Ksimpulan Brdasarkan pnlitian ini, diprolh ksimpulan sbagai brikut. 1. Brdasarkan prhitungan bilangan Rynolds dan Grashof yang didapat, alat uji yang digunakan bsrta dngan variasi aliran yang diaplikasikan sudah mnghasilkan konvksi paksa. 2. Prsamaan korlasi mpiris yang didapat untuk nanofluida air-al 2O 3 untuk dbit aliran 6 litr/mnit, 10 litr/mnit, dan 12 litr/mnit adalah sbagai brikut. Nu = 6,321 Gz 0,446 ; 159,012 Gz 556,542 Nu = 0,864 Gz 0,761 ; 265,020 Gz 927,570 Nu = 1,727 Gz 0,707 ; 318,024 Gz 1113, Kofisin prpindahan panas yang didapat dari prcobaan akan naik siring dngan knaikan daya dan dbit aliran, namun akan turun siring dngan smakin tingginya posisi pngukuran. Pada prcobaan ini, kofisi n prpindahan panas maksimum yang dihasilkan untuk stiap input daya pmanas diprolh pada saat mnggunakan aliran dngan dbit 12 litr/mnit. 4. Prbandingan nilai kofisin prpindahan panas antara air dngan nanofluida air-al 2O 3 cukup bsar. Brdasarkan prhitungan nilai h yang didapat baik dari prsamaan korlasi maupun data prcobaan, rata-rata kofisin prpindahan panas (h) nanofluida air-al 2O 3 lbih tinggi hampir 90% dari kofisin prpindahan panas untuk air dalam kondisi variasi prcobaan yang sama. Daftar Pustaka [1] O. S. Prajapati and A. Rajvanshi, "Effct of Al2O3-Watr Nanofluids in Convctiv Hat Transfr," Intrnational Journal of Nanoscinc, vol. 1, no. 1, p. 1, [2] L. Colla, L. Fdl, O. Manca, L. Marinlli and S. Nardini, "Exprimntal and Numrical Invstigation on Forcd Convction in Circular Tubs," in 4th Micro and Nano Flows Confrnc, London, [3] J. Buongiorno and L.-w. Hu, "Nanofluid Hat Transfr Enhancmnt for Nuclar Ractor Applications," in ASME nd Micro/Nanoscal Hat & Mass Transfr Intrnational Confrnc, Shanghai, [4] A. Waluyo, N. P. Tandian and E. Umar, "Studi Prpindahan Panas Konvksi pada Susunan Silindr Vrtikal dalam Raktor Nuklir atau Pnukar Panas Mnggunakan Program CFD," in Prosiding Sminar Nasional Sains dan Tknologi Nuklir PTNBR, Bandung, [5] M. Maktabifard and N. P. Tandian, "Thortical Study of Forcd Convctiv Hat Transfr in Hxagonal Configuration with 7Rod Bundls Using Zirconia-watr Nanofluid," in Sminar Nasional Tahunan Tknik Msin XIV (SNTTM XIV), Banjarmasin, [6] D. H. Sukarno, Studi Konduktivitas Trmal dan Prpindahan Panas Konvksi Fluida Nano ZrO2 -Air, Bandung: Institut Tknologi Bandung, 2016.