PENGARUH KOEFISIEN PERPINDAHANKALOR KONVEKSI DAN BAHAN TERHADAP LAJU ALIRAN KALOR, EFEKTIVITAS DAN EFISIENSI SIRIP DUA DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK

Transkripsi

1 i PENGARUH KOEFISIEN PERPINDAHANKALOR KONVEKSI DAN BAHAN TERHADAP LAJU ALIRAN KALOR, EFEKTIVITAS DAN EFISIENSI SIRIP DUA DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan Memperoleh gelar Sarjana Teknik Diajukan oleh : ANTONIUS MONTANUS DEE NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i

2 ii THE EFFECT OF CONVECTION HEAT TRANSFER COEFFICIENT AND MATERIAL TO THE HEAT TRANSFER, EFFECTIVENESS AND EFFICIENCY ON TWO DIMENTIONAL FIN ON UNSTEADY STATE CASE FINAL ASSIGNMENT Presented as partial fulfillment of the requirement as to obtain the SarjanaTeknik Degree in Mechanical Engineering by ANTONIUS MONTANUS DEE Student Number : MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM MECHANICAL ENGINERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi INTISARI Sirip banyak digunakan di motor bakar, peralatan elektronik, alat penukar kalor dll. Penggunaan sirip sangat luas dan penting. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bahan sirip dan pengaruh nilai koefisien perpindahan kalor konduksi terhadap waktu yang diperlukan sirip untuk mencapai keadaan tunak, laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip. Benda uji berupa sirip utuh dengan ukuran 20 cm x 20 cm x 0,1 cm dengan ukuran dasar sirip 10 cm x 10 cm yang berada di tengah sirip. Variasi bahan yang digunakan berupa tembaga, alumunium, besi dan nikel. Sirip dikondisikan pada lingkungan dengan suhu awal sirip (T o ) 30 o C, suhu dasar sirip (T dasar ) 100 o C dan suhu fluida disekitar sirip (T f ) 30 o C dengan variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi yaitu 25 W/m 2 o C, 50 W/m 2 o C, 100 W/m 2 o C dan 200 W/m 2 o C. Asumsi yang digunakan adalah perpindahan kalor konduksi terjadi pada dua arah yaitu arah X dan arah Y, suhu disekitar sirip tetap dan merata dari waktu ke waktu dan selama proses sirip tidak berubah bentuk. Perhitungan penelitian dilakukan secara komputasi dengan metode beda hingga cara eksplisit. Dari hasil perhitungan dan analisa pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa untuk nilai koefisien perpindahan panas konveksi 50 W/m 2 o C (a) waktu yang diperlukan sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel untuk mencapai keadaan tunak berturut turut adalah 45 detik, 47 detik, 83 detik dan 87 detik, (b) laju aliran kalor yang dilepas sirip berbahan berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut turut adalah 160 W, 133 W, 86 W dan 97 W, (c) efisiensi sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut turut adalah 75%, 62%, 41% dan 46 %, (d) efektivitas sirip berbahan berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut turut adalah 115, 95, 62 dan 69. Untuk sirip tembaga (e) waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan tunak dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 W/m 2 o C, 50 W/m 2 o C, 100 W/m 2 o C dan 200 W/m 2 o C berturut-turut adalah 52 detik, 45 detik, 37 detik dan 27 detik, (f) laju aliran kalor yang dilepas sirip dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 W/m 2 o C, 50 W/m 2 o C, 100 W/m 2 o C dan 200 W/m 2 o C berturutturut adalah 91 W, 160 W, 263 W dan 401 W, (g) efisiensi sirip dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 W/m 2 o C, 50 W/m 2 o C, 100 W/m 2 o C dan 200 W/m 2 o C berturut-turut adalah 86%, 76%, 62% dan 47%, (h) efektivitas sirip dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 W/m 2 o C, 50 W/m 2 o C, 100 W/m 2 o C dan 200 W/m 2 o C berturut-turut adalah 130, 115, 94 dan 72. Kata kunci: sirip, laju aliran kalor, efisiensi, efektivitas vi

7 vii

8 viii KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Sudi Mungkasi, Ph. D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 3. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik. 4. Michael Dee dan Roberta Mai selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis. Keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. viii

9 ix 5. Yulius Martinus Dee yang telah membantu dalam pengetikan tulisan ini. 6. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas segala bantuanya. Penulis menyadari dalam penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Segala kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan demi penyempurnaan dikemudian hari. Akhir kata seperti yang penulis harapkan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Yogyakarta, 12 Februari 2016 Penulis ix

10 x DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i TITLE PAGE...ii HALAMAN PENGESAHAN...iii DAFTAR DEWAN PENGUJI...iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR...v INTISARI...vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS...vii KATA PENGANTAR...viii DAFTAR ISI...x DAFTAR GAMBAR...xiii DAFTAR TABEL...xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat Penelitian...4 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Perpindahan Kalor...5 x

11 xi Kalor Perpindahan Kalor Konduksi Perpindahan Kalor Konveksi Sirip Efisiensi Sirip Efektivitas Sirip Tinjauan Pustaka...13 BAB III METEDOLOGI PENELITIAN Diagram Alur Penelitian Alat Penelitian Objek Penelitan Variabel Penelitian Penurunan Persamaan Numerik Pada Volume Kontrol Penurunan Persamaan Numerik Pada Volume Kontrol Di Tengah Sirip Penurunan Persamaan Numerik Pada Volume Kontrol Di Rusuk Sirip Penurunan Persamaan Numerik Pada Volume Kontrol Di Sudut Sirip Metode Penelitian Cara Pengambilan Data, Pengolahan dan Pembahasan Pengambilan Kesimpulan dan Saran...28 xi

12 xii BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN Data Pengamatan Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Laju Aliran Kalor, Efisiensi dan Efektivitas Sirip Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Laju Aliran Kalor, Efisiensi dan Efektivitas Sirip Pembahasan...34 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...44 DAFTAR PUSTAKA...46 LAMPIRAN...47 xii

13 xiii DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Ukuran Sirip Gambar 2.1 Perpindajhan Kalor Secara Konduksi...6 Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian Gambar 3.2 Sirip yang Akan Diteliti Gambar 3.3 Node-node Pada Seperempat Bagian Sirip Gambar 3.4 Volume Kontrol dan Perpindahan Kalor Di Node Posisi Tengah Gambar 3.5 Volume Kontrol dan Perpindahan Kalor Di Node Posisi Rusuk Gambar 3.6 Volume Kontrol dan Perpindahan Kalor Di Node Posisi Sudut Gambar 4.1 Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Kalor Yang Dilepas Sirip Gambar 4.2 Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Efisiensi Sirip Gambar 4.3 Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Efektivitas Sirip Gambar 4.4 Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Kalor Yang Dilepas Sirip Gambar 4.5 Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Efisiensi Sirip Gambar 4.6 Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Efektivitas Sirip xiii

14 xiv DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Bilangan Nusselt Untuk Dinding Vertikal Tabel 4.2 Sifat Bahan Sirip yang Diuji Dalam Penelitian Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Laju Aliran Kalor Sirip Dari Waktu ke Waktu Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Efisiensi Sirip Dari Waktu ke Waktu Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Efektivitas Sirip Dari Waktu ke Waktu Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Laju Aliran Kalor Sirip Berbahan Tembaga Dari Waktu Ke Waktu Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Efisiensi Sirip Berbahan Tembaga Dari Waktu Ke Waktu Pengaruh Nilai Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Efektivitas Sirip Berbahan Tembaga Dari Waktu Ke Waktu xiv

15 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sirip adalah suatu instrumen penting yang sering dijumpai sehari-hari. Fungsi sirip sendiri adalah untuk memperluas permukaan agar laju perpindahan kalor secara konveksi semakin besar. Contoh penggunaan sirip dapat dilihat pada motor bakar, alat-alat elektronik, alat-alat penukar kalor seperti kondensor, evaporator, dan radiator. Pada motor bakar dengan adanya sirip laju perpindahan konveksi semakin besar sehingga suhu dari piston bisa terjaga. Bila suhu dari piston terlalu tinggi maka akan terjadi pemuaian piston yang dapat membuat piston tidak dapat bergerak bila tanpa adanya oli. Pada alat-alat elektronik dengan adanya sirip membuat suhu dari komponen-komponennya dapat terjaga sehingga tidak terjadi kendala saat beroperasi. Pada alat penukar kalor semakin besar laju perpindahan konveksi semakin meningkat performanya dan hal ini bisa diperoleh dengan bantuan sirip. Melihat dari pentingnya penggunaan sirip yang sudah dipaparkan di atas, penulis merasa tertarik untuk melakukan penelitian tentang sirip. Penelitian yang penulis lakukan adalah penelitian secara komputasi. Dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan secara eksperimen di laboratorium, penelitian 1

16 2 komputasi lebih memberikan keuntungan seperti: lebih murah, lebih cepat dan bisa dilakukan dimana saja. Selain itu belum banyak refrensi tentang perhitungan efisiensi dan efektivitas sirip dengan menggunakan metode komputasi 1.2 Rumusan Masalah Kesulitan utama dalam proses perpindahan kalor pada sirip adalah penyelesaian perhitungan besarnya laju aliran kalor, efisiensi, dan efektivitas sirip. Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui besarnya perpindahan kalor, efektivitas sirip dan efisiensi sirip dengan metode komputasi beda-hingga secara eksplisit. 1.3 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: a. Membuat program untuk dipergunakan dalam perhitungan distribusi suhu, perpindahan kalor, efektivitas dan efisiensi sirip. b. Mengetahui pengaruh bahan sirip terhadap waktu yang diperlukan sirip untuk mencapai keadaan tunak. c. Mengetahui pengaruh bahan sirip terhadap besar laju aliran kalor yang dilepas sirip. d. Mengetahui pengaruh bahan sirip terhadap besar efisiensi sirip. e. Mengetahui pengaruh bahan sirip terhadap besar efektivitas sirip. f. Mengetahui pengaruh nilai koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap waktu yang diperlukan sirip untuk mencapai keadaan tunak. g. Mengetahui pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap besar laju aliran kalor yang dilepas sirip.

17 3 h. Mengetahui pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap besar efisiensi sirip. i. Mengetahui pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap besar efektivitas sirip. 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah dari penelitian ini adalah: a. Sirip yang diteliti adalah sirip dua dimensi b. Penelitian dilakukan dengan asumsi: Kondisi tak tunak atau suhu sirip berubah dari waktu ke waktu Sifat-sifat bahan sirip di setiap posisi tetap, tidak berubah terhadap suhu. Selama proses, sirip tidak berubah-ubah bentuk. Suhu lingkungan sirip tidak berubah-ubah Perpindahan kalor secara radiasi diabaikan c. Sirip yang diteliti memiliki panjang 20 cm, lebar 20 cm dan tebal 0,1 cm sesuai dengan Gambar 1.1 Gambar 1.1 Ukuran sirip

18 4 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah: a. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk menambah kasanah ilmu pengetahuan dan sebagai refrensi yang ditempatkan di perpustakaan Perguruan Tinggi b. Menjadi acuan pemilihan sirip berdasarkan efektivitas dan efisiensi yang dihasilkan.

19 5 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Perpindahan Kalor Kalor Kalor adalah energi yang dipindahkan di antara sistem fisika dengan lingkungannya akibat perbedaan temperatur. Ada tiga cara proses perpindahan kalor, secara konduksi, secara konveksi dan secara radiasi Perpindahan Kalor Konduksi Perpindahan kalor konduksi yaitu perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut, yang dapat dirumuskan dengan persamaan (2.1) q = k.a.... (2.1) Pada persamaan (2.1) k = konduktivitas thermal ( ) A = luas penampang ( ) ΔT = beda suhu permukaan 1 dan permukaan 2 dari benda ( = T 1 T 2 Δx = tebal benda (m) 5

20 6 A k T 1 T 2 q x Gambar 2.1 Perpindahan kalor secara konduksi Perpindahan kalor konduksi dapat berlangsung pada benda padat, cair, dan gas. Untuk perpindahan pada zat cair dan gas, syaratnya adalah dalam keadaan diam Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan kalor konveksi yaitu perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan kalor konveksi dapat terjadi pada fluida mengalir (zat cair dan gas). Perpindahan kalor konveksi terdiri dari dua macam yaitu perpindahan kalor konveksi paksa dan perpindahan kalor konveksi bebas. a. Perpindahan Kalor Konveksi Paksa Perpindahan kalor konveksi paksa ditandai dengan adanya fluida yang bergerak disebabkan oleh peralatan bantu. Alat bantu untuk menggerakan fluida dapat berupa kipas angin, blower, pompa dll. Prosedur untuk menghitung laju perpindahan panas konveksi paksa adalah:

21 7 Menentukan jenis aliran laminar atau turbulen dengan menghitung bilangan Reynold yang dirumuskan dengan persamaan (2.2) Re =... (2.2) syarat aliran laminar Re< syarat aliran turbulen <Re< pada persamaan (2.2) Re = bilangan reynold ρ = massa jenis fluida (kg/m 3 ) U = kecepatan fluida (m/det) L = panjang (m) μ = viskositas (kg/m.s) Menghitung nilai bilangan Nusselt Untuk aliran laminar perhitungan bilangan Nusselt mempergunakan persamaan (2.3) Nu= 0,664 Re 1/2 Pr 1/3... (2.3) Untuk aliran turbulen perhitungan bilangan Nusselt mempergunakan persamaan (2.4) Nu =( 0,037 Re 4/5 871)Pr 1/3... (2.4)

22 8 Pada persamaan( 2.3) dan (2.4): Nu = bilangan Nusselt Re = bilangan Reynold Pr = bilangan Prandtl Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi menggunakan persamaan (2.5) h =... (2.5) Pada persamaan (2.5) h = Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m 2 o C) Nu = bilangan Nusselt L = panjang dinding (m) k f = Koefisien perpindahan panas konduksi fluida (W/ o C) Menghitung laju perpindahan kalor konveksi paksa menggunakan persamaan (2.6) q = h A (T s - T )... (2.6) Pada persamaan (2.6): q = laju perpindahan kalor konveksi paksa (Watt) h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m 2o C) A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m 2 )

23 9 T s = suhu benda ( o C) T = suhu fluida ( o C) b. Perpindahan Kalor Konveksi Bebas Perpindahan kalor konveksi bebas ditandai dengan adanya fluida bergerak yang disebabkan karena perbedaan massa jenisnya. Jadi pergerakan aliran fluida tidak disebabkan karena adanya alat bantu pergerakan. Prosedur untuk menghitung laju pepindahan kalor konveksi bebas adalah: Menghitung Rayleigh number yang dinyatakan dengan persamaan (2.7) Ra =Gr Pr =... (2.7a) β =, dengan T f =...(2.7b) Pada persamaan (2.7): g = percepatan grafitasi (9,81 m/s 2 ) δ = panjang karakteristik (m) T s = suhu dinding ( o C) T = suhu fluida ( o C) v = viskositas kinematik (m 2 /detik) Pr = bilangan prandtl

24 10 Menghitung bilangan Nusselt Tabel 2.1 Bilangan Nusselt untuk dinding vertikal Geometri Ts Panjang Karekteristik Ra Nusselt (Nu) 10 4 s.d 9 10 Nu = 0,59 L δ = L 10 9 sd Nu = 0,1 Untuk semua Ra Nu = *koompleks tetapi lebih akurat Menghitung koefisien perpindahan kalor sesuai dengan persamaan (2.8) h =... (2.8) Pada persamaan (2.8): h = koefisien perpidahan kalor konveksi (W/m 2 o C) k = koefisien perpindahan kalor konduksi fluida (W/ m o C) Menghitung laju perpindahan kalor konveksi bebas sesuai persamaan (2.9) q = h A (T s - T )... (2.9)

25 11 Pada persamaan (2.9): q = laju peprpindahan kalor konveksi bebas (q) h = koefisien perpidahan kalor konveksi (W/m 2 o C) A = luas permukaan yang besentuhan dengan fluida (m 2 ) T s = suhu benda ( o C) T = suhu fluida ( o C) 2.2. Sirip Fungsi sirip (fin) secara umum adalah untuk memperluas permukaan benda, agar laju perpindahan kalor konveksi dapat diperbesar, sehingga dapat mempercepat proses pelepasan panas Efisiensi Sirip Efisiensi sirip merupakan perbandingan antara panas sesungguhnya yang dilepas sirip dengan kalor maksimum yang dapat dilepas sirip atau dapat dinyatakan dengan persamaan (2.10) η = =... (2.10) Pada persamaan (2.10): η = Efisiensi sirip q actual = panas sesungguhnya yang dilepas sirip (Watt) q max = panas maksimal yang dilepas sirip (Watt)

26 12 h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m 2 o C) A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m 2 ) T s = suhu benda ( o C) T = suhu fluida ( o C) Efektivitas Sirip Efektivitas sirip merupakan perbandingan panas yang dilepas seluruh permukaan benda bersirip dengan permukaan benda jika tanpa sirip. Efektivitas sirip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.11) ε = =... (2.11) Pada Persamaan (2.11): ε = efektivitas sirip q actual = panas sesungguhnya yang dilepas sirip (Watt) q nofin = panas yang dilepaskan tanpa sirip (Watt) h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m 2 o C) A nofin = luas benda jika tanpa sirip (m 2 ) T s = suhu benda ( o C) T = suhu fluida ( o C)

27 Tinjauan Pustaka Nuryanto (2002) meneliti tentang laju perpindahan kalor dan efektivitas pada sirip tiga dimensi keadaan tak tunak. Tujuan penelitian untuk menentukan besarnya laju perpindahan kalor yang dilepas sirip dan efektivitas sirip pada keadaan tak tunak dengan berbagai nilai koefisien perpindahan kalor konveksi dan berbagai bahan sirip. Perpindahan konduksi pada sirip ditinjau dalam tiga dimensi (arah x, arah y dan arah z). Penelitian dilakukan secara komputasi. Hasil penelitian menujukkan semakin besar nilai perpindahan kalor konveksi semakin besar laju aliran kalor yang dilepas sirip dan semakin kecil nilai efektivitas sirip. Yohana (2004) meneliti tentang laju perpindahan kalor dan efektivitas pada sirip tiga dimensi keadaan tak tunak. Tujuan penelitian untuk mengetahui laju aliran kalor dan efektivitas sirip tiga dimensi pada keadaan tak tunak pada sirip berongga. Perpindahan konduksi pada sirip ditinjau dalam tiga dimensi (arah x, arah y dan arah z). Penelitian dilakukan secara komputasi. Hasil penelitian: (a) Semakin besar nilai koefisien konveksi di luar sirip (h 1 ) maka semakin besar laju perpindan kalor dan efektivitas menurun. (b) semakin besar nilai koefisien konveksi di dalam sirip (h 2 ) maka laju perpindahan dan efektivitas sirip semakin besar. (c) semakin besar nilai h 1 =h 2 maka laju perpindahan kalor dan efektivitas sirip semakin kecil. (d) Sifat bahan sirip mempengaruhi laju aliran kalor dan efektivitas sirip. Andi (2012) meneliti tentang Perbandingan laju perpindahan kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dua dimensi utuh dan berlubang pada keadaan tak

28 14 tunak. Tujuan penelitian untuk mengetahui perbandingan laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip antara sirip berlubang dan sirip utuh. Perpindahan konduksi pada sirip ditinjau dalam dua dimensi (arah x dan arah y). Hasil penelitian (a) Besar laju perpindahan kalor pada sirip utuh lebih tinggi dibandingkan dengan laju perpindahan kalor sirip berlubang. (b) Efisiensi sirip utuh lebih besar dari efisiensi sirip berlubang. (c) Efektivitas sirip utuh lebih besar dibanding dengan efektivitas sirip berlubang.

29 15 BAB III METEDOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alur Penelitian Diagram alur penelitian disajikan pada Gambar 3.1 di bawah ini Mulai menentukan bentuk sirip yang akan diteliti Diskritisasi pada sirip Pernurunan persamaan numerik pada setiap node untuk kasus dua dimensi Membuat program untuk menghitung distribusi suhu pada sirip sesuai dengan persamaan Membuat program untuk menghitung kalor yang dilepas sirip Menghitung efisiensi dan efektivitas sirip dengan mengubah nilai h dan variasi bahan agar mendapat efektivitas dan efisiensi yang berbeda sesuai nilai h dan Menganalisis, menarik kesimpulan dan membuat saran Selesai Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian 15

30 Alat Penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini : a. Komputer portable dengan spesifikasi Merk : Compaq Tipe : 510 Prosesor : Intel core duo b. Software Microssoft Office Excel Objek Penelitian Objek penelitian ini adalah sebuah sirip yang memiliki ukuran panjang 20 cm, lebar 20 cm dan tebal 0,1 cm sesuai Gambar 3.2. (a) Gambar 3.2 Sirip yng akan diteliti (a) tampak atas, (b) tampak samping (b)

31 Variabel Penelitian Variabel pada penelitian ini dibagi menjadi tiga yaitu : a. Variabel tetap yaitu variabel yang dipertahankan tetap ; Suhu pipa kalor/suhu dasar (T b ) Suhu udara sekitar (T f ) Suhu awal sirip (T o ) b. Variabel tak tetap yaitu variabel yang sengaja diubah-ubah Nilai h Nilai k c. Variabel yang diamati yaitu variabel yang dibandingkan dan diamati sesuai perubahan variabel tak tetap Distribusi suhu pada setiap node pada setiap perubahan waktu Laju perpindahan kalor pada setiap node Efisiensi Efektivitas 3.5. Penurunan Persamaan Numerik Pada Volume Kontrol Penyelesaian metode komputasi diselesaikan dengan membagi sirip menjadi elemen-elemen kecil. Pada pengujian ini dinyatakan bahwa dx = dy = 1cm. Untuk mempermudah penelitian, sirip yang diamati hanya seperempat bagianya saja, sehingga sirip dapat dibagi menjadi 96 volume kontrol seperti yang tersaji pada Gambar 3.3

32 Gambar 3.3 Node-node pada seperempat bagian sirip Penurunan persamaan numerik berdasarkan pada prinsip kesetimbangan energi pada setiap volume kontrol. Pada pengujian ini volume kontrol dengan nomor 61, 62, 63, 64, 65, 66, 72, 78, 84, 90 dan 96 berada pada dasar sirip. Sehingga volume kontrol pada dasar sirip tidak dilakukan penurunan persamaan numerik karena suhu pada volume kontrol tersebut sama dengan suhu pada dasar sirip. Maka penurunan persamaan numerik dilakukan pada volume kontrol yang berada di tengah sirip, rusuk sirip dan sudut sirip Persamaan numerik pada volume kontrol di tengah sirip Volume kontrol di tengah sirip adalah volume kontrol yang tidak bersinggungan dengan udara sekitar pada arah x dan y seperti yang tersaji pada gambar 3.3 di atas. Volume kontrol yang berada ditengah sirip antara lain volume kontrol dengan nomor 13 s/d 22, 24 s/d 33, 35 s/d 44, 46 s/d 55, 57 s/d s/d 71, 74 s/d 77, 80 s/d 83, 86 s/d 89, 92 s/d 95. Pada volume kontrol posisi tengah

33 19 perpindahan kalor konduksi terjadi pada arah sumbu x dan sumbu y yaitu q 1 s/d q 4 sedangkan perpindahan kalor konveksi terjadi pada arah sumbu z (dari arah atas dan bawah) yaitu q 5 dan q 6, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4 (a) (b) Gambar 3.4 Volume kontrol dan perpindahan kalor di node posisi tengah (a) Tampak atas (b) tampak samping

34 20 Sehingga dapat diketahui nilai q 1 = k A 1 ( ) = k (dy t) ( ) = k (dx t) ( )... (3.1) q 2 = k A 2 ( ) = k (dy t) ( ) = k (dx t) ( )... (3.2) q 3 = k A 3 ( ) = k (dx t) ( ) =k (dx t) ( )... (3.3) q 4 = k A 4 ( ) = k (dx t) ( ) = k (dx t) ( )...(3.4) q 5 = q 6 = h A 5 (T f T i,j ) =h (dx dy) (T f T n i,j ) = h (dx dx) (T f T n i,j )...(3.5) dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi = m c...(3.6) q 1 + q 2 + q 3 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = (ρv) c... (3.7) k (dx t) ( ) += k (dx t) ( ) + k (dx t) ( ) + k (dx t) ( ) + 2h(dx dx)(t f -T i,j n ) = ρc(dx dy t)... (3.8) dari persamaan (3.8) dikalikan maka menjadi : (dx t) ( ) + (dx t) ( ) + (dx t) ( ) +(dx t) ( ) + 2 (dx dx) (T f ) = (dx dx t) dx... (3.9) dari persamaan (3.9) dikalikan maka menjadi: B i T f - ( 4 + 2B i ) = ( - )... (3.10) Dengan nilai B 1 =, α = dan =

35 21 Dari persamaan (3.10) dikalikan Fo maka menjadi = F o ( B i T f ) - ( 4F o + 2B i F o -1)...(3.11) dengan syarat stabilitas : (4F o + 2B i F o -1) 0 - F o (4+2B i ) -1 F o (4+2B i ) 1 maka F o... (3.12) Persamaan numerik pada volume kontrol di rusuk sirip Volume kontrol di rusuk sirip adalah volume kontrol yang berada pada tepi sirip yang besinggungan dengan udara dari arah luar ke dalam sirip pada sumbu y dan dari arah sumbu z (dari arah atas dan arah bawah) seperti yang tersaji pada Gambar 3.3 Volume kontrol yang berada di rusuk sirip antara lain volume kontrol dengan nomor 2 s/d 11, 12, 23, 34, 45, 56, 67, 73, 79, 85 dan 91. Pada volume kontrol di rusuk sirip perpindahan kalor konduksi terjadi pada arah sumbu x yaitu q 1 dan q 2 serta dari arah sirip ke luar (lingkungan sekitar) pada sumbu y yaitu q 3. Sedangkan perpindahan kalor konveksi terjadi dari luar (lingkungan sekitar) ke sirip pada arah sumbu y yaitu q 4 dan pada sumbu z (dari arah atas dan bawah) yaitu q 5 dan q 6, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.5

36 22 (a) (b) Gambar 3.5 Volume kontrol dan perpindahan kalor di node posisi rusuk. Sehingga dapat diketahui nilai tampak atas, (b) tampak samping q 1 = k A 1 ( ) = k (0,5dy t) ( ) = k (0,5dx t) ( )... (3.13) q 2 = k A 2 ( ) = k (0,5dy t) ( ) = k (0,5dx t) ( )... (3.14)

37 23 q 3 = k A 3 ( ) = k (dx t) ( ) = k (dx t) ( )... (3.15) q 4 = h A 4 (T f ) =h (dx t) (T f ) = h (dx t) (T f )...(3.16) q 5 = q 6 = h A 5 (T f ) =h (dx 0,5dy) (T f ) = h (0,5dx dx) (T f )...(3.17) dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi = m c...(3.18) q 1 + q 2 + q 3 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = (ρv) c... (3.19) k (0,5dx t) ( ) + k (0,5dx t) ( ) + k (dx t) ( ) + h (dx t) (T f ) + 2h(0,5dx dx) (T f )= ρ c (dx 0,5dy t)... (3.20) dari persamaan (3.20) dikalikan maka menjadi : (0,5dx t) ( ) + (0,5dx t) ( ) + (dx t) ( ) + (dx t) (T f ) + 2 (0,5 dx dx) (T f ) = (0,5dx dx t) dx... (3.21) dari persamaan (3.20) dikalikan maka menjadi B i T f + 2B 1 T f - T i,j n (4 +2B i + 2B 1 ) = ( - )... (3.22) dengan nilai B 1 =, α = dan = dari persamaan (3.22) dikalikan Fo maka menjadi:

38 24 = ( B i T f + 2B 1 T f ) -T n i,j (4F o +2B i F o + 2B 1 F o -1)...(3.23) syarat stabilitas : -(4F o +2B i F o + 2B 1 F o -1) 0 1-4F o - 2B i F o -2B 1 F o 0 - (4 +2B i +2B 1 ) -1 (4 +2B i +2B 1 ) 1 maka Fo... (3.24) Persamaan numerik pada volume kontrol di sudut sirip Volume kontrol di sudut sirip adalah volume kontrol yang berada pada tepi sirip yang besinggungan dengan udara dari arah luar ke dalam sirip pada sumbu y dan sumbu x dari arah sumbu z (dari arah atas dan arah bawah) seperti yang tersaji pada gambar 3.3. Volume kontrol yang berada di sudut sirip adalah volume kontrol dengan nomor 1. Pada volume kontrol di sudut sirip, perpindahan kalor konduksi terjadi pada sumbu x dan sumbu y dari arah dalam sirip menuju ke luar (lingkungan sekitar) yaitu q 1 dan q 2. Sedangkan perpindahan kalor konveksi terjadi pada sumbu x dan sumbu y dari arah luar (lingkungan sekitar) menuju sirip serta dari arah sumbu z (arah atas dan arah bawah) sesuai dengan Gambar 3.6.

39 25 (a) (b) Gambar 3.6 Volume kontrol dan perpindahan kalor di node posisi sudut (a) Tampak atas, (b) tampak samping Sehingga dapat diketahui nilai q 1 = k A 1 ( ) = k (0,5dy t) ( )= k (0,5dx t) ( )... (3.25) q 2 = k A 2 ( ) = k (0,5dx t) ( ) = k (0,5dx t) ( )... (3.26) q 3 = h A 3 (T f T i,j ) = h (0,5 dx t) (T f T i,j ) = h (0,5 dx t) (T f T i,j )... (3.27)

40 26 q 4 = h A 4 (T f ) = h (0,5 dy t) (T f ) = h (0,5 dx t) (T f )...(3.28) q 5 =q 6 = h A 5 (T f ) = h (0,5 dx 0,5dy) (T f ) = h (0,25 dx dx) (T f )...(3.29) dengan menggunakan prinsip kesetimbangan energi = m c...(3.30) q 1 + q 2 + q 3 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = (ρv) c... (3.31) k (0,5dx t) ( ) + k (0,5dx t) ( ) + h (0,5 dx t) (T f ) + h (0,5 dx t) (T f ) + 2 h (0,25 dx dx) (T f ) = ρ c (dx 0,5dy t)... (3.32) dari persamaan (3.22) dikalikan maka menjadi : (0,5dx t) ( ) + (0,5dx t)( ) + 2 (0,5dx t) (T f ) + 2 (0,25 dx dx) (T f ) = (0,5dx dx t) dx... (3.33) dari persamaan (3.33) dikalikan maka menjadi : 2( B i T f + B i T f ) - T i,j n (4 + 4 B i + 2 B i ) = ( - )... (3.34) dengan nilai B 1 =, α = dan = dari persamaan (3.34) dikalikan Fo maka menjadi: == 2F o ( B i T f + B i T f ) - (4 F o + 4 B i F o + 2 B i F o -1)...(3.35)

41 27 Syarat stabilitas : -(4 F o + 4 B i F o + 2 B i F o -1) F o + 4 B i F o + 2 B i F o 0 -F o (4 + 4 B i + 2 B i ) -1 Fo (4 + 4 B i + 2 B i ) 1 maka Fo... (3.36) 3.5. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan secara komputasi dengan menggunakan metode beda hingga secara eksplisit. Langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan metode beda hingga secara eksplisit sebagai berikut: a. Memilih seperempat bagian dari benda uji sirip untuk diamati dan membagi seperempat bagian dari benda uji sirip tersebut menjadi elemen-elemen kecil seperti yang ditunjukan pada gambar 3.2. Suhu pada elemen-elemen kecil tersebut mewakili suhu volume kontrol elemen kecil tersebut. b. Menuliskan persamaan numerik pada setiap volume kontrol dengan metode beda hingga eksplisit berdasarkan prinsip kesetimbangan energi pada sirip. c. Membuat program komputasi untuk mendapatkan distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas dari waktu ke waktu pada benda uji sirip. d. Memasukan data yang diperlukan untuk dapat mengetahui hasil dari pengolahan data yang dijalalankan dari program yang telah dibuat.

42 28 Pengujian pada sirip dilakukan dengan variasi bahan yang telah ditentukan untuk dapat mengetahui perbedaan distribusi suhu, laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas dari variasi bahan tersebut Cara Pengambilan Data, Pengolahan dan Pembahasan. Pengambilan data dilakukan dengan membuat program terlebih dahulu pada microsoft office excel sesuai dengan metode yang digunakan, kemudian memasukan data kedalam program yang telah dibuat. Hasil perhitungan dari program yang telah dibuat berupa distribusi suhu, laju aliran kalor efisiensi dan efektivitas. Hasil perhitungan dari program yang didapat kemudian diolah untuk dapat ditampilkan dalam grafik. Grafik yang ditampilkan adalah grafik : a. Laju aliran kalor dari waktu ke waktu b. Efesiensi dari waktu ke waktu c. Efektivitas dari waktu ke waktu Pembahasan dapat dilakukan berdasarkan grafik-grafik yang disajikan sehingga dapat diambil kesimpulan dari penelitian. Dalam melakukan pembahasan, memperhatikan juga hasil-hasil penelitian yang terkait Pengambilan Kesimpulan dan Saran Kesimpulan dibuat berdasarkan pembahasan yang telah dilakukan dan kesimpulan merupakan jawaban dari tujuan penelitian. Saran diberikan agar penelitian yang dilakukan berikut dapat dijalankan dengan lebih baik.

43 29 BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Pengamatan Percobaan dilakukan untuk mengetahui pengaruh bahan sirip dan pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip pada keadaan tak tunak Pengaruh Bahan Sirip Terhadap Laju Aliran Kalor, Efisiensi dan Efektivitas Sirip Pengaruh bahan sirip terhadap laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dapat diketahui dengan melakukan empat variasi bahan yaitu alumunim, besi nikel dan tembaga. Sifat-sifat dari keempat bahan yang diamati disajikan dalam Tabel 4.1. Tabel 4.1 Sifat bahan sirip yang diuji dalam penelitian Sifat-sifat bahan Kondukvitas Kalor Massa No Bahan Termal k Jenis c Jenis ρ (watt/m o C) (J/kg o C) (kg/m 3 ) Difusivitas Termal α (m 2 /s) 1 Alumunium ,37 x Besi ,01 x Nikel ,3 x Tembaga ,13 x

44 30 Percobaan dilakukan dengan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi yang sama yaitu 50 watt/m 2o C. Percobaan dilakukan dengan kondisi sebagai berikut : suhu awal sirip (T o ) : 30 C suhu dasar sirip (T dasar) : 100 C suhu lingkungan (T f ) : 30 C Hasil penelitian disajikan dalam Tabel 4.2 sampai dengan Tabel 4.4. Tabel 4.2 Pengaruh bahan sirip terhadap laju aliran kalor sirip dari waktu ke waktu No Waktu (detik) Laju Aliran kalor (watt) Tembaga Alumunium Besi Nikel ,7 14,7 14,7 14,7 2 0,12 18,99 17,81 15,46 15,55 3 0,24 22,66 20,59 16,19 16,37 4 0,48 28,85 25,44 17,61 17,95 5 0,72 34,04 29,60 18,95 19,44 6 1,20 42,70 36,61 21,44 22,20 7 2,40 59,36 50,05 26,81 28,08 8 3,60 72,43 60,44 31,29 32,97 9 7,20 100,86 82,87 41,58 44, ,80 119,56 97,79 49,15 52, ,86 115,27 60,00 64, ,77 122,85 66,38 72, ,62 127,12 71,18 77, ,16 131,36 78,79 86, ,17 132,40 82,76 91, ,45 132,71 85,95 95, ,46 132,73 86,86 96, ,46 132,73 86,86 96,85

45 31 Tabel 4.3 Pengaruh bahan sirip terhadap efisiensi sirip dari waktu ke waktu No waktu Efisiensi (%) (detik) Tembaga Alumunium besi Nikel 1 0 6,91 6,91 6,91 6,91 2 0,12 8,92 8,37 7,26 7,31 3 0,24 10,65 9,68 7,61 7,69 4 0,48 13,56 11,95 8,27 8,44 5 0,72 15,99 13,91 8,90 9,14 6 1,2 20,07 17,20 10,08 10,43 7 2,4 27,90 23,52 12,60 13,20 8 3,6 34,03 28,40 14,70 15,49 9 7,2 47,40 38,94 19,54 20, ,8 56,18 45,96 23,10 24, ,20 54,17 28,20 30, ,38 57,73 31,20 33, ,66 59,74 33,45 36, ,80 61,73 37,03 40, ,27 62,22 38,89 43, ,40 62,37 40,39 44, ,40 62,37 40,82 45, ,40 62,37 40,82 45,51 Tabel 4.4 Pengaruh bahan sirip terhadap efektivitas sirip dari waktu ke waktu No waktu Efektivitas (detik) Tembaga Alumunium Besi Nikel 1 0,00 10,50 10,50 10,50 10,50 2 0,12 13,56 12,72 11,04 11,11 3 0,24 16,19 14,71 11,57 11,70 4 0,48 20,60 18,17 12,58 12,82 5 0,72 24,31 21,14 13,54 13,89 6 1,20 30,50 26,15 15,32 15,85 7 2,40 42,40 35,75 19,15 20,06 8 3,60 51,73 43,17 22,35 23,55 9 7,20 72,05 59,19 29,70 31, ,80 85,40 69,85 35,11 37,56

46 32 Tabel 4.4 Lanjutan No Waktu (detik) Efektivitas Tembaga Alumunium Besi Nikel ,62 82,34 42,86 46, ,98 87,75 47,42 51, ,44 90,80 50,85 55, ,69 93,83 56,28 61, ,41 94,57 59,11 65, ,60 94,80 61,40 68, ,61 94,81 62,05 69, ,61 94,81 62,05 69, Pengaruh Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Terhadap Laju Aliran Kalor, Efektivitas dan Efisiensi Sirip Pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip dapat diketahui dengan melakukan empat variasi, setiap percobaan yang dilakukan menggunakan variasi nilai koefisien perpindahan kalor konveksi yang berbeda-beda yaitu 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2 o C. Percobaan dilakukan pada bahan sirip yang sama yaitu tembaga. Percobaan dilakukan dengan kondisi sebagai berikut: suhu awal sirip (T o ) suhu dasar sirip (T dasar) suhu lingkungan (T f ) : 30 C : 100 C : 30 C Hasil penelitian disajikan dalam Tabel 4.5 sampai dengan Tabel 4.7.

47 33 Tabel 4.5 Pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap laju aliran kalor sirip dari waktu ke waktu No Laju Aliran Kalor (watt) Waktu (detik) h = 25 h = 50 h = 100 h = 200 watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C 1 0 7,35 14,70 29,40 58,80 2 0,12 9,49 18,99 37,97 75,95 3 0,24 11,34 22,66 45,30 90,47 4 0,48 14,44 28,85 57,54 114,49 5 0,72 17,06 34,04 67,75 134,22 6 1,2 21,45 42,70 84,61 166,12 7 2,4 30,00 59,36 116,26 223,21 8 3,6 36,82 72,43 140,19 263,38 9 7,2 52,19 100,86 188,88 334, ,8 62,86 119,56 217,57 368, ,99 140,86 245,68 393, ,07 149,77 255,26 398, ,68 154,62 259,60 400, ,58 159,16 262,73 401, ,66 160,17 263,17 401, ,05 160,45 263,24 401, ,08 160,46 263,24 401, ,08 160,46 263,24 401,33 Tabel 4.6 Pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap efisiensi sirip dari waktu ke waktu N0 Efisiensi (%) waktu (detik) h = 25 h = 50 h = 100 h = 200 watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C 1 0 6,91 6,91 6,91 6,91 2 0,12 8,92 8,92 8,92 8,92 3 0,24 10,65 10,65 10,64 10,63 4 0,48 13,57 13,56 13,52 13,45 5 0,72 16,03 15,99 15,92 15,77 6 1,2 20,16 20,07 19,88 19,52 7 2,4 28,20 27,90 27,32 26,22 8 3,6 34,61 34,03 32,94 30,94

48 34 Tabel 4.6 Lanjutan No Efisiensi (%) Waktu (detik) h = 25 h = 50 h =100 h = 200 watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C 9 7,2 49,05 47,40 44,38 39, ,8 59,08 56,18 51,12 43, ,42 66,20 57,73 46, ,13 70,38 59,98 46, ,53 72,66 61,00 47, ,19 74,80 61,73 47, ,21 75,27 61,84 47, ,57 75,40 61,85 47, ,60 75,40 61,85 47, ,60 75,40 61,85 47,15 Tabel 4.7 Pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap Efektivitas sirip dari waktu ke waktu NO Efektivitas waktu (detik) h = 25 h= 50 h = 100 h = 200 watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C watt/m 2 o C ,50 10,50 10,50 10,50 2 0,12 13,56 13,56 13,56 13,56 3 0,24 16,19 16,19 16,18 16,16 4 0,48 20,63 20,60 20,55 20,45 5 0,72 24,37 24,31 24,20 23,97 6 1,2 30,64 30,50 30,22 29,66 7 2,4 42,86 42,40 41,52 39,86 8 3,6 52,60 51,73 50,07 47,03 9 7,2 74,56 72,05 67,46 59, ,8 89,80 85,40 77,71 65, ,56 100,62 87,74 70, ,24 106,98 91,16 71, ,41 110,44 92,72 71, ,97 113,69 93,83 71, ,52 114,41 93,99 71, ,07 114,60 94,01 71, ,11 114,61 94,02 71, ,11 114,61 94,02 71,67

49 Pembahasan Penelitian tentang pengaruh bahan sirip terhadap laju perpindahan kalor sirip digambarkan dengan grafik seperti yang tersaji pada Gambar 4.1. Grafik pada Gambar 4.1 menunjukkan bahwa seiring dengan pertambahan waktu laju aliran kalor yang dilepas sirip semakin meningkat, hingga mencapai keadaan tunak yaitu pada saat laju aliran kalor yang dilepas sirip tidak berubah-ubah lagi terhadap waktu. Laju aliran kalor sirip mencapai keadaan tunak seperti yang dirumuskan pada persamaan (4.1 ) x 100% 1%...(4.1) Pada sirip berbahan tembaga, laju aliran kalor menjadi tunak setelah detik ke 45. Pada sirip berbahan alumunium, laju aliran kalor menjadi tunak setelah detik ke 47. Pada sirip berbahan besi, laju aliran kalor menjadi tunak setelah detik ke 83. Pada sirip berbahan nikel, laju aliran kalor menjadi tunak setelah detik ke 87. Dengan demikian untuk mencapai keadaan tunak tercepat dimiliki oleh tembaga kemudian diikuti berturut-turut sirip dari bahan alumunium, besi dan nikel. Grafik pada Gambar 4.1 menunjukkan bahwa bahan sirip berpengaruh terhadap laju aliran kalor yang dilepas sirip. Pada penelitian ini laju aliran kalor terbesar yang dilepas sirip dimiliki oleh bahan tembaga, kemudian diikuti berturut-turut dari bahan alumunium, nikel dan besi. Ketika keadaan sudah tunak besar laju aliran kalor yang dilepas sirip dari bahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut-turut sebesar: 160 watt, 133 watt, 86 watt dan 97 watt.

50 Laju Aliran Kalor (watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI tembaga alumunium besi nikel waktu (detik) Gambar 4.1 Pengaruh bahan sirip terhadap laju aliran kalor yang dilepas sirip Penelitian tentang pengaruh bahan sirip terhadap efisiensi sirip digambarkan dengan grafik seperti yang tersaji pada Gambar 4.2. Grafik pada Gambar 4.2 menunjukkan bahwa seiring dengan pertambahan waktu nilai efisiensi sirip semakin meningkat, hingga mencapai keadaan tunak yaitu pada saat efisiensi sirip tidak berubah-ubah lagi terhadap waktu. Laju efisiensi sirip mencapai keadaan tunak seperti yang dirumuskan pada persamaan (4.2 ) x 100% 1%...(4.2) Pada sirip berbahan tembaga, efisiensi sirip menjadi tunak setelah detik ke 45. Pada sirip berbahan alumunium, efisiensi sirip menjadi tunak setelah detik ke 47. Pada sirip berbahan besi, efisiensi sirip menjadi tunak setelah detik ke 83. Pada sirip berbahan nikel, efisiensi sirip menjadi tunak setelah detik ke 87. Grafik pada Gambar 4.2 menunjukkan bahwa bahan sirip berpengaruh terhadap efisiensi. Pada penelitian ini laju aliran kalor terbesar yang dilepas sirip dimiliki oleh bahan tembaga kemudian diikuti berturut-turut dari bahan alumunim, nikel dan besi.

51 Efisiensi (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37 Ketika keadaan sudah tunak besar efisiensi sirip dari bahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut-turut sebesar: 75%, 62%, 41% dan 46% waktu (detik) Gambar 4.2 Pengaruh bahan sirip terhadap efisiensi sirip tembaga alumunium besi nikel Penelitian tentang pengaruh bahan sirip terhadap efektivitas sirip digambarkan dengan grafik seperti yang tersaji pada Gambar 4.3. Grafik pada Gambar 4.3 menunjukkan bahwa seiring dengan pertambahan waktu efektivitas sirip semakin meningkat, hingga mencapai keadaan tunak yaitu pada saat efektivitas sirip tidak berubah-ubah lagi terhadap waktu. Laju efektivitas sirip mencapai keadaan tunak seperti yang dirumuskan pada persamaan (4.3 ). x 100% 1%... (4.3) Pada sirip berbahan tembaga, efektivitas sirip menjadi tunak setelah detik ke 45. Pada sirip berbahan alumunium, efektivitas sirip menjadi tunak setelah detik ke 47. Pada sirip berbahan besi, efektivitas sirip menjadi tunak setelah detik ke 83. Pada sirip berbahan nikel, efektivitas sirip menjadi tunak setelah detik ke 87

52 Efektivitas PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 38 Grafik pada Gambar 4.3 menunjukkan bahwa bahan sirip berpengaruh terhadap efektivitas sirip. Pada penelitian ini efektivitas sirip terbesar dimiliki oleh bahan tembaga kemudian diikuti berturut-turut dari bahan alumunium, nikel dan besi. Ketika keadaan sudah tunak besar efektivitas sirip dari bahan tembaga, alumunium, besi dan nikel berturut-turut sebesar: 115, 95, 62 dan waktu (detik) tembaga alumunium besi nikel Gambar 4.3 Pengaruh bahan terhadap efektivitas sirip Penelitian tentang pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap laju perpindahan kalor sirip digambarkan dengan grafik seperti tersaji pada Gambar 4.4. Dari Gambar 4.4 untuk bahan sirip tembaga terlihat bahwa laju aliran kalor sirip untuk nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 52, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 45, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 100 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 37, nilai koefisien perpindahan panas konveksi 200 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 27. Dengan demikian untuk mencapai keadaan tunak tercepat ketika nilai koefisien perpindahan panas konduksi sebesar 200 watt/ m 2

53 Laju Aliran Kalor(watt) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39 o C kemudian diikuti berturut-turut watt/ m 2 o C, watt/ m 2 o C dan watt/ m 2 o C. Grafik pada Gambar 4.4 menunjukkan bahwa nilai koefisien peprpindahan kalor konveksi berpengaruh terhadap laju aliran kalor yang dilepas sirip. Pada penelitian ini laju aliran kalor terbesar yang dilepas sirip dari bahan tembaga ketika nilai koefisien perpindahan kalor konveksi sebesar 200 watt/m 2 o C kemudian diikuti berturut-turut 100 watt/ m 2 o C, 50 watt/ m 2 o C dan 25 watt/m 2o C. Ketika keadaan sudah tunak besar laju aliran kalor yang dilepas sirip dari bahan tembaga pada saat nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2o C, 50 watt/ m 2 o C, 100 watt/ m 2 o C dan 200 watt/ m 2 o C berturut-turut sebesar: 91 watt, 160 watt, 263 Watt dan 401 watt h= 25 W/m² C h=50 W/m² C h=100 W/m² C h=200 W/m² C waktu (detik) Gambar 4.4 Pengaruh nilai koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap laju aliran kalor sirip bahan tembaga Penelitian tentang pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap efisiensi sirip digambarkan dengan grafik seperti tersaji pada Gambar 4.5. Dari Gambar 4.5 untuk bahan sirip tembaga terlihat bahwa efisiensi sirip untuk nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/ m 2 o C akan mencapai

54 Efisiensi (%) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40 tunak setelah detik ke 52, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2o C akan mencapai tunak setelah detik ke 45, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 100 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 37 dan nilai koefisien perpindahan panas konveksi 200 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 27. Grafik pada Gambar 4.5 menunjukkan bahwa nilai koefisien perpindahan kalor konveksi berpengaruh terhadap efisiensi sirip. Pada penelitian ini efisiensi terbesar sirip dari bahan tembaga, ketika nilai koefisien perpindahan kalor konveksi sebesar 25 watt/ m 2 o C kemudian diikuti berturut-turut 50 watt/ m 2 o C, 100 watt/ m 2 o C dan 200 watt/ m 2 o C. Ketika keadaan sudah tunak besar efisiensi sirip dari bahan tembaga pada saat nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/ m 2 o C, 50 watt/ m 2 o C, 100 watt/ m 2 o C dan 200 watt/ m 2 o C berturut-turut sebesar: 86%, 75%, 62% dan 47% waktu (detik) h=25 W/m² C h=50 W/m² C h=100 W/m² C h=200 W/m² C Gambar 4.5 Pengaruh nilai koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap efisiensi sirip bahan tembaga

55 Efektivitas PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41 Penelitian tentang pengaruh koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap efektivitas sirip digambarkan dengan grafik seperti tersaji pada Gambar 4.6. Grafik pada Gambar 4.6 untuk bahan sirip tembaga terlihat bahwa laju efektivitas sirip untuk nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 52, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 45, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 100 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke 37 dan nilai koefisien perpindahan panas konveksi 200 watt/ m 2 o C akan mencapai tunak setelah detik ke h=25 W/m² C h=50 W/m² C h=100 W/m² C h=200 W/m² C waktu (detik) Gambar 4.6 Pengaruh nilai koefisien perpindahan kalor konveksi terhadap efektivitas sirip bahan tembaga Grafik pada Gambar 4.6 menunjukkan bahwa nilai koefisien perpindahan kalor konveksi berpengaruh terhadap efektivitas sirip. Pada penelitian ini efektivitas sirip terbesar dari bahan tembaga ketika nilai koefisien perpindahan

56 42 kalor konveksi sebesar 25 watt/m 2 o C, kemudian diikuti berturut-turut 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2o C. Ketika keadaan sudah tunak besar efektivitas sirip dari bahan tembaga pada saat nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2o C, 100 watt/ m 2 o C dan 200 watt/ m 2 o C berturut-turut sebesar: 130, 115, 94 dan 72.

57 43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan pada sirip dengan variasi bahan dan koefisien perpindahan panas konveksi dapat diambil kesimpulan bahwa : a. Telah berhasil dibuat program dari Microsoft Ofice Excel untuk menghitung distribusi suhu, laju aliran perpindahan kalor sirip, efektivitas dan efisiensi sirip. b. Laju aliran kalor, efisiensi dan efektivitas sirip berubah-ubah terhadap waktu hingga mencapai keadaan tunak. Waktu yang diperlukan sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel untuk mencapai keadaan tunak pada nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 45 detik, 47 detik, 83 detik dan 87 detik. c. Besar laju aliran kalor sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel saat keadaan tunak pada nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 160 watt, 133 watt, 86 watt dan 97 watt. d. Besar efisiensi sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel saat keadaan tunak pada nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 75%, 62%, 41% dan 46%. 43

58 44 e. Besar efektivitas sirip berbahan tembaga, alumunium, besi dan nikel saat keadaan tunak pada nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 50 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 115, 95, 62 dan 69. f. Waktu yang dibutuhkan sirip berbahan tembaga untuk mencapai keadaan tunak pada nilai koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2 o C adalah 52 detik, 45 detik, 37 detik dan 27 detik. g. Besar laju aliran kalor sirip berbahan tembaga saat keadaan tunak pada koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 91 watt, 160 watt, 263 watt dan 401 watt. h. Besar efisiensi sirip berbahan tembaga saat keadaan tunak pada koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 86%, 75%, 62 % dan 47%. i. Besar efektivitas sirip berbahan tembaga saat keadaan tunak pada koefisien perpindahan kalor konveksi 25 watt/m 2 o C, 50 watt/m 2 o C, 100 watt/m 2 o C dan 200 watt/m 2 o C berturut-turut adalah 130, 115, 94 dan Saran sirip adalah: Saran yang perlu dikemukakan untuk penelitian yang lebih lanjut tentang

59 45 a. Hasil penelitian akan lebih akurat jika volume kontrol yang digunakan lebih kecil. b. Penelitian akan lebih akan lebih cepat dan mudah jika menggunakan komputer dengan prosesor yang lebih baik c. Penelitian dapat dilakukan dengan variasi bahan dan bentuk sirip yang yang berbeda.

60 46 DAFTAR PUSTAKA Cengel, Yunus A.2002.Heat Transfer A Practical Approach, M C Graw-Hill. New York. Holman, J.P.1997.Heat Transfer,M C Graw-Hill. New York. Kuncoro,A.S.2012.Perbandingan Laju Perpindahan Kalor,Efisiensi dan Efektivitas Sirip Dua Dimensi Utuh dan Berlubang Pada keadaan Tak Tunak dengan Variasi Bahan.Universitas Sanata Dharma.Yogyakarta Nuryanto,Y.D.2002.Laju Perpindahan Kalor dan Efektivitas Sirip Keadaan Tak Tunak. Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta. Yohana,S.2004.Laju Perpindahan Kalor dan Efektivitas Sirip Pada Kasus Tiga Dimensi Keadaan Tak Tunak.Universitas Sanata Dharma.Yogyakarta. 46