BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang"

Widyawati Tedjo
6 tahun lalu
Tontonan:

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Proses pendinginan merupakan hal yang sangat penting dalam dunia industri. Proses pendinginan yang baik akan membuat proses dalam industri berjalan lebih efisien. Dengan demikian, biaya dalam proses produksi menjadi murah. Proses pendinginan dapat kita temui dalam proses pendinginan di reaktor nuklir serta proses pembuatan logam terutama baja dengan proses casting dan berbagai proses lainnya. Dinamika tumbukan air (Droplet) merupakan sebuah fenomena yang saat ini dikembangkan oleh para peneliti untuk berbagai fungsi. Droplet memiliki berbagai peran dalam dunia industry, Salah satunya adalah sebagai proses pendinginan. Proses pendinginan dilakukan dengan sejumlah tetesan air dan dengan penyemprotan. Proses pendinginan dikenal sebagai spray cooling. Spray cooling digunakan untuk mendinginkan suatu permukaan panas. Salah satu penggunaannya adalah dalam pendingingan reaksi inti reaktor, pembuatan material logam terutama baja serta peralatan elektronik. Seain itu, fenomena droplet dapat ditemukan untuk proses pemadaman api, pengecatan, pelumasan dan berbagai penggunaan lainnya baik dalam dunia industri maupun kehidupan sehari hari. Dalam fenomena droplet, hal yang menjadi perhatian adalah peristiwa saat droplet mengenai permukaan padat yang dipanaskan. Struktur dan dinamika yang terjadi saat peristiwa tersebut menjadi hal yang mendasar dalam fenomena droplet. Pada saat droplet menyentuh permukaan padat yang dipanaskan, maka secara umum yang terjadi adalah kondisi droplet yang menyebar (spread), pecah berhamburan (splash) ataupun melambung kembali (bounce). Dalam proses pembuatan baja,proses pendinginan yang sangat cepat diperlukan untuk menghasilkan struktur mikro martensit (α i ). Dimana baja akan dipanaskan hingga suhu 950 o C dengan struktur martensit (γ), kemudian baja akan 1

2 didinginkan secara mendadak. Lalu baja akan dipanaskan kembali hingga mencapai suhu o C untuk mengurangi sifat getas pada baja. Proses pendinginan yang dilakukan dalam proses ini disebut pula quenching. Semakin singkat waktu yang diperlukan untuk proses pendinginan, maka baja yang akan dihasilkan akan semakin baik. Artinya, semakin besar flux kalornya (q), maka baja yang dihasilkan akan semakin keras dan getas. Proses pendinginan yang digunakan secara umum dalam dunia industry baja adalah dengan cara mencelupkan baja panas kedalam air atau minyak dengan suhu o C. Proses pendinginan ini dikenal dengan istilah Konveksi Paksa. Kelemahan dalam konveksi paksa adalah timbulnya lapisan film akibat proses pendidihan. Adanya lapisan film ini membuat proses perpindahan panas menjadi terhambat. Dengan kata lain flux kalor yang berpindah menjadi berkurang akibat adanya lapisan film ini. Dalam penelitiannya, Araki dan Moriyama (1981) menjelaskan bahwa proses pendinginan menggunakan tetesan air dapat mengatasi permasalahan tersebut. Dengan metode penyemprotan, maka flux perpindahan panas yang dihasilkan dapat lebih besar dibandingkan dengan proses konveksi paksa. Dengan demikian, proses pendinginan dapat dilakukan dengan lebih cepat. Sehingga baja yang dihasilkan dapat lebih keras dan getas dengan biaya pendinginan yang lebih efisien. Dalam proses penelitian pendinginan dengan metode penyemprotan atau spray sangat sulit dipelajari secara sistematik. Maka beberapa peneliti menggunakan pendekatan sederhana dengan menggunakan tetesan tunggal yang menumbuk permukaan panas. Deendarianto,dkk (2008) mengatakan bahwa dengan mempelajari karakteristik yang terjadi saat tetesan menumbuk permukaan panas, maka dapat memprediksi apa yang terjadi pada semprotan (spray). Dalam mempelajari fenomena tetesan air, maka proses pendinginan tidak hanya terganung pada karakteristik dari cairan, tetapi juga kondisi permukaan panasnya. Perbedaan material permukaan panas dan perlakuan terhadap material akan mempengaruhi karakteristik droplet ketika menyentuh permukaan panas. Perbedaan ini terletak pada kondisi air ketika menyentuh permukaan panas. Semakin besar kemampuan air membasahi permukaan panas maka semakin besar 2

3 kemampuan air untuk memindahkan panas dari permukaan panas. Kemampuan ini disebut sebagai derajat kebebasan (wettability). Derajat kebasahan dapat diukur dari seberapa besar air menyebar dipermukaan panas yang diukur dengan sudut kontak. Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara tetesan air dan permukaan panas. Semakin besar sudut kontak, maka semakin besar kemampuan air dalam memindahkan panas dari permukaan. Pada Grafik yang dibuat oleh Nukiyama, terdapat sebuah titik yang disebut sebagai titik fluks kalor kritis (Critical Heat Flux, CHF). Diketahui bahwa pada titik CHF ini terjadi perpindahan kalor paling besar diantara titik titik suhu lainnya. Dengan kata lain, daerah CHF memiliki nilai perpindahan kalor yang maksimum. Semenov,dkk (2011) dan Kandlikar (2001) pernah mengamati proses pendinginan di daerah ini. Berdasarkan penelitian penelitian yang dilakukan mengenai spray cooling, diperlukan pengembangan penelitian berikutnya untuk memperkaya referensi mengenai fenomena spray cooling. Maka, dilakukan penelitian mengenai fenomena dinamika tumbukan tetesan air di daerah critical heat flux Rumusan Masalah Dalam penelitian mengenai spray cooling, peneliti mengalami kesulitan karena fenomena spray cooling memiliki kompleksitas dalam perpindahan kalor. Maka dilakukan pendekatan menggunakan tetesan air dengan frekuensi tertentu pada lapisan logam panas. Dengan pendekatan ini akan didapatkan mengenai gambaran yang terjadi pada spray cooling. Pada titik CHF dimana terjadi perpindahan kalor maksimum, maka sistem pendingin yang paling efisien dapat dilakukan pada daerah ini. Oleh karena itu, penelitian ini akan mengkaji bagaimana fenomena saat tetesan air dengan frekuensi tetesan dan nilai ketinggian tertentu pada titik CHF saat dijatuhkan di plat panas. 3

4 1.3. Asumsi dan Batasan Masalah Penelitian ini akan difokuskan pada visualisasi yang terjadi pada fenomena tetesan air yang mengenai lapisan panas pada daerah CHF. Pengambilan data dilakukan pada suhu 100 o C 140 o C dengan interval 10 o C. Frekuensi tetesan air divariasikan pada frekuensi 80,100 dan 120 tetesan permenit. Tetesan air akan dijatuhkan pada ketinggian 40 mm, 70 mm dan 140 mm. Logam yang digunakan adalah Tembaga (Cu), Aluminium (Al), Steinless Stell (NSS), Steinless Stell dengan lapisan TiO 2 (UVN), dan Steinless Stell dengan lapisan TiO 2 yang dipancari dengan sinar UV (UVW). Tetesan air yang digunakan adalah distilled water dengan asumsi memiliki sifat yang sama dengan H 2 O. Penelitian ini mengabaikan pengaruh aliran udara sekeliling droplet Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengamati visualisasi tetesan air pada logam panas didaerah CHF. 2. Mengamati pengaruh temperatur, frekuensi dan bilangan Weber terhadap fenomena tetesan air pada logam panas di daerah CHF 3. Mengamati pengaruh temperatur, frekuensi dan bilangan Weber terhadap fenomena tetesan air pada logam panas di Daerah CHF 1.5. Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian mengenai spray cooling ini diharapkan dapat memberikan kontribusi terhadap kemajuan teknologi pendinginan baik dalam perkembangan ilmu pengetahuan maupun dalam dunia industri. Hasil visual tetesan air pada logam panas yang didapatkan dari penelitian ini dapat digunakan sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya sehingga perkembangan ilmu pendinginan menggunakan spray cooling dapat terus berkembang secara 4

5 berkesinambungan. Selain itu, dalam industri, data yang didapat dalam penelitian ini dapat digunakan sebagai dasar pengembangan sistem pendinginan dengan spray cooling. 5

dokumen-dokumen yang mirip

BAB I PENDAHULUAN. 1.1.Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN. 1.1.Latar Belakang 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