Perpindahan Panas dan Pressure Drop Fluida Nano Al2O3-Air pada Proses Pendinginan Aliran Laminar dalam Pipa
| Main Author: | Sudarmadji |
|---|---|
| Format: | Thesis NonPeerReviewed |
| Terbitan: |
, 2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: |
http://repository.ub.ac.id/161050/ |
Daftar Isi:
- Dengan perkembangan teknologi perpindahan panas yang semakin pesat, akibat dari semakin kecilnya suatu produk teknologi (miniaturization) dengan kemampuan yang sangat tinggi menyebabkan fluks kalor yang dibangkitkan meningkat tajam. Fluks kalor yang meningkat tajam menyebabkan peningkatan temperatur yang sangat cepat, sehingga peralatan tidak dapat berfungsi dengan baik. Maka pendinginan menjadi sangat penting untuk menjaga komponen bekerja dengan optimal. Pada konveksi paksa perpindahan panas terjadi pada fluida yang bergerak menuju dinding padat pada yang dinyatakan dengan koefisien perpindahan panas. Peningkatan perpindahan panas yang lazim dilakukan adalah dengan menambah luas permukaan konveksi yaitu menggunakan sirip-sirip dan peningkatan laju aliran fluida. Hal tersebut sudah tidak relevan lagi karena memerlukan ruang yang besar dan boros energy. Dengan penambahan partikel padat ukuran nanometer kedalam fluida murni (fluida nano) diharapkan dapat memperbaiki laju perpindahan panas konveksi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan peningkatan koefisien perpindahan panas dan rugi tekanan pada proses pendinginan dan pemanasan, juga mendapatkan model matematis perpindahan panas dan faktor gesekan pada proses pendinginan. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental sungguhan ( true experimental research ) menggunakan alat penukar kalor pipa ganda aliran berlawanan arah terdiri dari pipa bagian dalam dari bahan dari kuningan diameter dalam 4,9 mm panjang 1,25 m, pipa luar dari bahan dari stainless steel diameter 38,5 mm tebal 1,5 mm. Fluida nano yang digunakan adalah partikel Al 2 O 3 -air, dengan tiga prosentase volume partikel masing-masing adalah: 0,15%; 0,25% dan 0,5%. Temperatur fluida panas (fluida nano) pada sisi masuk pipa bagian dalam dan pipa bagian luar (annulus) dibuat konstan yaitu: 40 o C dan 23 o C untuk proses pendinginan dan 23 o C dan 40 o C untuk proses pemanasan. Aliran fluida nano diatur pada daerah aliran laminar, sedangkan aliran fluida pada annulus dibuat konstan. Pengukuran temperatur pada kondisi steady , menggunakan thermocouple data logger TC-08 USB 8 channel dengan empat buah thermocouple type K dipasang pada daerah sisi masuk dan keluar aliran fluida dan empat buah dipasang pada dinding pipa. Sedangkan pengukuran menggunakan pressure drop menggunakan wet-wet differential pressure transducer Brand Omega model PX 409-005DWU5V. Untuk menjamin semua data pada daerah aliran berkembang penuh ( fully developed flow ) dipasang calming section panjang 60 cm dan untuk menjaga agar fluida dalam pipa terisi penuh pada sisi keluar dipasang raiser setinggi 1 m. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa peningkatan koefisien perpindahan panas fluida nano dan rugi tekanan antara proses pendinginan berbeda dengan proses pemanasan. Koefisien perpindahan panas pada proses pendinginan lebih tinggi dari proses pemanasan. Peningkatan koefisien perpindahan panas sebanding dengan peningkatan prosentase volume partikel dan laju aliran fluida. Didapatkan persamaan baru untuk perpindahan panas pada proses pendinginan pada prosentase volume 0,15%; 0,25% dan 0,5% yaitu, ?? ?? =0,75 ?? 0,846 ?? −2,28 ? 0,03 dengan penyimpangan maksimum berkisar antara -16,4% sampai +16,5%. Rasio peningkatan koefisien perpindahan panas tertinggi sebesar 45,2% pada prosentase volume 0,25% untuk proses pendinginan, dan untuk proses pemanasan peningkatan perpindahan panas fluida nano relatip sama dengan perpindahan panas air murni. Sedangkan hasil penelitian untuk rugi tekanan (pressure drop) menunjukkan bahwa, terdapat perbedaan rugi tekanan antara proses pendinginan dengan proses pemanasan, pressure drop pada proses pendinginan lebih tinggi dibandingkan dengan proses pemanasan. Pada prosentase volume partikel 0,5% pressure drop fluida nano pada proses pendinginan sekitar 2,5 kali pressure drop fluida murni. Sedangkan, rugi tekanan proses pendinginan pada prosentase volume partikel 0,15% dan 0,25% fluida nano relatip sama dengan rugi tekanan air murni, tetapi untuk prosentase volume 0,5% persamaan rugi tekanan air murni tidak dapat digunakan untuk menghitung rugi tekanan fluida nano. Dengan menggunakan kurva fitting dan kwadrat terkecil didapatkan persamaan faktor gesekan baru untuk proses pendinginan yaitu ? ?? =2,27 ?? −1,69 ? −1,75 dengan penyimpangan maksimum berkisar antara -13,64 % sampai + 9,98 %. Sedangkan faktor gesekan fluida nano pada proses pemanasan relatip sama dengan faktor gesekan air murni.