PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN …...bahan duralumin dengan ... Parameter-parameter dalam...
Transcript of PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN …...bahan duralumin dengan ... Parameter-parameter dalam...
PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN DARI SIRIP - SIRIP PIN DIAMOND
SUSUNAN SEGARIS DALAM SALURAN SEGIEMPAT SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
EFENDI DWI HARIYANTO
I1407505
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN DARI SIRIP - SIRIP PIN DIAMOND SUSUNAN SEGARIS DALAM SALURAN SEGIEMPAT
Disusun oleh :
Efendi Dwi Hariyanto
NIM. I1407505
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Tri Istanto, ST., MT Wibawa Endra J., ST., MT
NIP. 19730820200121001 NIP. 197009112000031001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari ....... tanggal ...... 2009
1. Eko PB, ST., MT. ………………………… NIP. 19710615 199802 1 002
2. Rendy Adhi Rachmanto, ST., MT. ………………………... NIP. 19710119 200012 1 006
3. Zaenal Arifin, ST., MT. ………………………… NIP. 19730308 200003 1 001
Mengetahui:
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
Dody Ariawan, ST., MT. Syamsul Hadi, ST., MT.
NIP. 19730804 199903 1 003 NIP. 19710615 199802 1 002
MOTTO
Allah akan memberikan jalan keluar bagi orang yang
bertaqwa kepada-Nya dan akan memberikan rezeki kepadanya dari arah yang ia tidak duga. ( Q.S Ath Thalaq ;
2-3 )
Manungsa kang taberi ulah kapinteran iku koyo inten sinoro wedi, during ambabar wus katon ajine. ( M. Atmo diwiryo )
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap. ( Q.S Ala Nasyrah ; 6-8 )
Manfaatkanlah masa mudamu dan gunakanlah dengan sebaik-
baiknya sehingga kamu tidak merugi masa tuamu.
Menghormati dan menghargai orang lain berarti pula menghormati dan menghargai dirimu sendiri.
Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang
dan sabar. ( Khalifah ‘Umar )
Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas dan Penurunan Tekanan dari Sirip-Sirip Pin Diamond Dalam Saluran Segi Empat
Efendi Dwi Hariyanto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja termal dari sirip-sirip pin diamond dalam saluran udara segiempat, dimana udara mengalir di dalamnya sebagai fluida pendingin. Sirip-sirip pin ini disusun secara segaris. Dimensi plat dasar dimana sirip-sirip pin dipasang adalah 150 mm x 200 mm x 6,5 mm. Temperatur rata-rata permukaan plat dasar dijaga konstan sebesar 60oC. Sirip-sirip pin terbuat dari bahan duralumin dengan tinggi 75 mm, dengan sisi-sisinya berturut-turut 12,7 mm dan 12,7 mm, dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah melintang aliran udara dibuat konstan sebesar Sx/D = 2,95. Parameter-parameter dalam penelitian ini adalah bilangan Reynolds 3.123 – 37.847 berdasarkan kecepatan udara masuk rata-rata dan diameter hidrolik, dan jarak antar titik pusat sirip arah aliran udara (Sy/D = 1,97 – 3,94).
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa peningkatan bilangan Reynolds dan semakin kecil jarak Sy/D akan meningkatkan bilangan Nusselt, yang berarti meningkatkan laju perpindahan panas, dimana mencapai maksimum pada Sy/D = 2,36. Nilai penurunan tekanan (DP) dan faktor gesekan (f) menurun dengan meningkatnya Sy/D. Unjuk kerja termal meningkat dengan kenaikan Sy/D. Semua nilai unjuk kerja termal (h) dan nilainya bervariasi antara 0,77 dan 1,22. Ini berarti bahwa pemakaian sirip pin diamond susunan segaris untuk keseluruhan nilai Sy/D dan Re akan menghasilkan perolehan energi netto. Meningkatnya bilangan Reynolds akan
menurunkan unjuk kerja termal (h) untuk keseluruhan Sy/D. Perolehan energi netto hingga 22% dapat dicapai untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.123.
Kata kunci : sirip pin diamond, bilangan Reynolds, faktor gesekan, unjuk
kerja termal.
Investigation on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of
Inline Diamond Pin Fin Array in Rectangular Channel
Efendi Dwi Hariyanto
Mechanical Engineering Departement
Engineering Faculty, Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Abstract
This research was conducted to investigate the characteristics of heat transfer and pressure drop as well as the thermal performance of diamond pin fin array in the rectangular channel which air was passed through it as coolant fluid. The pin fins were arranged in inline manner. Dimension of base plate in which pin fins were attached was 150 mm x 200 mm x 6.5 mm. The average temperature of base plate surface was kept
constant at 60oC. Pin fins were made of duralumin having the dimension of 75 mm of height, wide 12.7 and 12,7 mm respectively, and the distance inter-fin picth in the spanwise direction was kept constan at Sx/D = 2.95. The parameters of this research were Reynolds number 3,123 – 37,847 based on averaged inlet air velocity and hydraulic diameter, and the distance between the inter-fin pitch in the streamwise direction (Sy/D = 1.97 – 3.94).
The research result shown that increasing Reynolds and decreasing the distance Sy/D increased Nusselt number, that means increased heat transfer rate where it reach maximum at Sy/D = 2,36. The values of pressure drop (DP) and friction factor (f) decreased with increasing Sy/D. Thermal performance increased with increasing Sy/D. All of values of the thermal performances (h) and varies between 0,77 – 1.22. This means that the usage of inline diamond pin fin array for all of values Sy/D and Re produce a net energy gain. Increasing Reynolds number would decrease the thermal performance (h) for all Sy/D. A net energy gain up to 22% was achieved for Sy/D = 2,36 and Re = 3,123.
Keywords : diamondPin fin, Reynolds number, friction factor, thermal performance.
PERSEMBAHAN
Penulisan ini saya persembahkan kepada :
1. Ayah dan Ibu yang menyayangiku, terima kasih atas cinta dan kasih.
2. Kakak dan Adik yang selalu memberikan dorongan dan motivasi.
3. My future wife.
4. Dan semua teman-teman
seperjuangan, terima kasih.
2.1. KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan
skripsi ini yang berjudul “Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas Dan Penurunan
Tekanan Dari Sirip-sirip pin diamond susunan segarisdalam saluran segi empat ” dengan
baik dan lancar.
Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa
bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh
karena itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Bapak Dody Ariawan, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS
Surakarta.
2. Bapak Tri Istanto, ST. MT, selaku Pembimbing I atas bimbingannya hingga
penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
3. Bapak Wibawa Endra J, ST. MT, selaku Pembimbing II yang telah turut serta
memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
4. Bapak Heru Sukanto, ST. MT, selaku Pembimbing Akademis yang telah
memberikan pengarahan selama menempuh studi di Universitas Sebelas
Maret ini.
5. Bapak Syamsul Hadi, ST. MT, selaku koordinator Tugas Akhir
6. Bu Elisa, Pak Endras, Pak Agus dan Mas Har yang banyak membantu dalam hal
administarsi.
7. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.
8. Ayah, Ibu, kakakku ( Eko ) dan adikku ( Bagus ) dan segenap keluarga Bekasi
atas do’a restu, motivasi, dan dukungan material maupun spiritual dalam
menyelesaian Tugas Akhir ini.
9. Rekan Skripsi : Semua personil tim “Sirip Pin” tuk semua dukungan, sindiran,
kritikan, serta bantuan yang sangat berarti dalam mengerjakan penelitian ini.
10. Semua teman-teman mahasiswa teknik mesin UNS khususnya angkatan 2004.
11. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah
membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari sempurna,
maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua Amin.
Surakarta, juni 2010
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul ......................................................................................................... i
Halaman Surat Penugasan........................................................................................ ii
Halaman Pengesahan............................................................................................... iii
Halaman Motto ....................................................................................................... iv
Halaman Abstrak .................................................................................................... v
Halaman Persembahan ........................................................................................... vii
Kata Pengantar ........................................................................................................ viii
Daftar Isi ................................................................................................................. x
Daftar Tabel ............................................................................................................ xii
Daftar Gambar ........................................................................................................ xiii
Daftar Notasi ............................................................................................................ xv
Daftar Lampiran ....................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ......................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 2 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ........................................................ 4 1.5. Sistematika Penulisan ....................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 6 2.2. Dasar Teori ........................................................................................ 7
2.2.1. Sirip ............................................................................................ 7 2.2.2. Sirip Pin ...................................................................................... 12 2.2.3. Macam-Macam Bentuk Sirip Pin................................................ 13
2.2.3.1. Silinder............................................................................... 13
2.2.3.2. Kubus................................................................................. 14 2.2.3.3. Oblong ............................................................................... 14 2.2.3.4. Ellips .................................................................................. 15
2.2.4. Aplikasi Sirip Pin ......................................................................... 16 2.2.5. Perpindahan Panas .................................................................... 17 2.2.6. Parameter Tanpa Dimensi ......................................................... 18 2.2.7. Perhitungan Perpindahan Panas dan Faktor Gesekan
pada Pin Fin Array ..................................................................... 19
2.2.7.1. Perhitungan Perpindahan Panas (Heat Transfer)...... ........ 19
2.2.7.2. Perhitungan Faktor Gesekan (Friction Factor)................... 25
2.2.7.3. Perhitungan Unjuk Kerja Termal Pin Fin Array .................. 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian ............................................................................ 28 3.2. Alat Penelitian.................................................................................... 28 3.3. Spesimen .......................................................................................... 33 3.4. Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 35
3.4.1. Tahap Persiapan ....................................................................... 35 3.4.2. Tahap Pengujian ....................................................................... 36
3.5. Metode Analisis Data ........................................................................ 36 3.6. Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 38
BAB IV DATA DAN ANALISIS
4.1 Data Hasil Pengujian .......................................................................... 39
4.2 Perhitungan Data............................................................................... 48 4.3 Analisis Data ...................................................................................... 55
4.3.1 Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas ......................................................................................... 55
4.3.2 Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Karakteristik Penurunan Tekanan .................................................................................... 58
4.3.3 Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Unjuk Kerja Termal ........... 59
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 62 5.2. Saran ................................................................................................. 62
Daftar Pustaka ........................................................................................................ 64
Lampiran ................................................................................................................. 66
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Spesifikasi spesimen penelitian ......................................................... 30
Tabel 4.1. Data hasil pengujian spesimen 1 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97) ............. 41
Tabel 4.2. Data hasil pengujian spesimen 2 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 2,36) ............. 42
Tabel 4.3. Data hasil pengujian spesimen 3 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 2,95) ............. 43
Tabel 4.4. Data hasil pengujian spesimen 4 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 3,94) ............. 44
Tabel 4.5. Data hasil pengujian spesimen 5 (Tanpa sirip)
Tabel 4.5.1. Data hasil pengujian spesimen 5 (Tanpa sirip)...........................
Tabel 4.5.2. Data hasil pengujian spesimen 5 (Tanpa sirip)...........................
Tabel 4.5.3. Data hasil pengujian spesimen 5 (Tanpa sirip)...........................
Tabel 4.5.4. Data hasil pengujian spesimen 5 (Tanpa sirip)...........................
Tabel 4.6. Perhitungan spesimen 1 ..................................................................... 59
Perhitungan spesimen 1 (Lanjutan) ................................................... 59
Tabel 4.7. Perhitungan spesimen 2 ..................................................................... 60
Perhitungan spesimen 2 (Lanjutan) ................................................... 60
Tabel 4.8. Perhitungan spesimen 3 ..................................................................... 61
Perhitungan spesimen 3 (Lanjutan) ................................................... 61
Tabel 4.9. Perhitungan spesimen 4 ..................................................................... 62
Perhitungan spesimen 4 (Lanjutan) ................................................... 62
Tabel 4.10. Perhitungan spesimen 5 ..................................................................... 63
Perhitungan spesimen 5 (Lanjutan) ................................................... 63
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Beberapa contoh jenis extended surface ......................................... 8
Gambar 2.2. Beberapa contoh jenis permukaan penukar kalor kompak ............. 9
Gambar 2.3. Perbedaan-perbedaan gradien temperatur dalam sirip ................. 10
Gambar 2.4. Sebuah susunan sirip pin diamond segaris ...................................... 12
Gambar 2.5. Susunan sirip pin .............................................................................. 13
Gambar 2.6. Perbandingan sirip pin silinder lurus dengan sirip pin silinder berfillet 13
Gambar 2.7. Perbandingan antara konfigurasi susunan staggered sirip pin
kubus dan sirip pin diamond ............................................................. 14
Gambar 2.8. Konfigurasi susunan staggered menggunakan sirip pin
oblong............................................................................................... 14
Gambar 2.9. Ukuran relatif dari circular fin, SEF dan N fin ................................... 15
Gambar 2.10. Potongan melintang sudu turbin dengan pendinginan dalam (internal cooling) ........................................................................................... 16
Gambar 2.11. Pin fin array dalam suatu saluran udara segiempat dengan clearance nol 17
Gambar 3.1. Alat penelitian ..................................................................................
(a) Pin yang menancap pada base plate ................................................ 29 (b) Base plate ........................................................................................ 29 (c) Sketsa spesimen keseluruhan ......................................................... 30
Gambar 3.2. Saluran Udara Segiempat (Rectanguler Channel) ........................... 31
Gambar 3.3. Pelurus aliran udara (flow straightener)............................................. 31
Gambar 3.4. Fan Hisap ......................................................................................... 31
Gambar 3.5. Rheostat ........................................................................................... 31
Gambar 3.6. Anemometer .................................................................................... 31
Gambar 3.7. Pemanas Listrik (heater)................................................................... 32
Gambar 3.8. Slide regulator .................................................................................. 32
Gambar 3.9. Voltmeter ......................................................................................... 33
Gambar 3.10. Amperemeter ................................................................................... 33
Gambar 3.11. Manometer U ................................................................................... 33
Gambar 3.12. Thermocoupel tipe T ........................................................................ 34
Gambar 3.13. Posisi 3 buah termokopel untuk mengukur temperatur
udara masuk seksi uji ....................................................................... 34
Gambar 3.14. Posisi 5 buah termokopel untuk mengukur temperatur udara keluar seksi uji....................................................................................................... 34
Gambar 3.15 Pemasangan termokopel pada base plate ....................................... 34
Gambar 3.16 Thermocouple Reader ...................................................................... 35
Gambar 3.17 Dimensi dan tata nama spesimen ................................................... 35
Gambar 3.18 Model spesimen ................................................................................ 35
Gambar 3.19 Spesimen 1 ......................................................................................... 35
Gambar 3.20 Spesimen 2 ......................................................................................... 36
Gambar 3.21 Spesimen 3 ......................................................................................... 36
Gambar 3.22.Spesimen 4 .........................................................................................
Gambar 4.1. Posisi titik pengukuran temperatur udara ....................................... 40
Gambar 4.2. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap bilangan
Nusselt pada Sx/D = 2,95.................................................................. 53
Gambar 4.3. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap koefisien
perpindahan panas konveksi rata-rata pada Sx/D = 2,95 ................ 54
Gambar 4.4. Grafik pengaruh nilai Sx/D terhadap bilangan Nusselt pada
Sx/D = 2,95........................................................................................ 55
Gambar 4.5. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap penurunan
tekanan pada Sx/D = 2,95................................................................ 56
Gambar 4.6. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap faktor
gesekan pada Sx/D = 2,95................................................................ 57
Gambar 4.7. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap unjuk kerja
termal pada Sx/D = 2,95 .................................................................. 58
DAFTAR NOTASI
Lt = Panjang seksi uji ( m )
H = Tinggi sirip ( m )
Wb = Lebar specimen ( m )
L = Panjang specimen ( m )
S = Sisi-sisi sirip diamond ( m)
Afront = Luas frontal dari sirip – sirip ( m2 )
As = Luas total permukaan perpindahan panas ( m2 )
At = Luas penampang melintang saluran udara ( m2 )
Dh = Diameter hidrolik ( m )
inT = Temperatur rata – rata udara masuk saluran udara ( oK )
outT = Temperatur rata – rata udara keluar saluran udara ( oK )
bT = Temperatur udara rata – rata base plate ( oK )
Tf = Temperatur film ( oK )
V = Kecepatan rata- rata dalam saluran udara (m/s)
Vmaks = Kecepatan uadara maksimum yang melalui sirip pin (m/s)
ρ = massa jenis udara (kg/m3)
ν = viskositas kinematik udara (m2/s)
µ = viskositas dinamik udara (kg/m.s)
CP = Panas jenis udara (kJ/kg.oC)
Qelect = Laju aliran panas dari heater (W)
m& = Laju aliran masa udara ( kg/s )
Qconv = Laju perpindahan panas konveksi (W)
Qloss = Heat losses yang terjadi pada seksi uji
ha = Koefisien perpindahan panas konveksi rata – rata dengan sirip (W/m2.K)
hs = Koefisien perpindahan panas konveksi rata – rata tanpa sirip (W/m2.K)
Nu = Bilangan Nusselt saluran udara ( Duct Nusselt number )
NuD = Bilangan Nusselt pada pin ( Pin Nusselt number )
Re = Bilangan Reynold saluran udara ( Duct Reynold number )
ReD = Bilangan Reynold pada pin ( Pin Reynold number )
PD = Penurunan tekanan
f = Faktor gesek
η = Unjuk kerja termal
Vh = Tegangan listrik heater ( V )
Ih = Arus listrik heater ( A )
Vf = Tegangan listrik fan ( V )
If = Arus listrik fan ( A )
jcos = Faktor daya listrik 2 phase
Pfan = Daya listrik fan ( pumping power ) ( W )
g = Kecepatan gravitasi ( kg m2/s )
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data spesimen 1 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s .............................. 67
Lampiran 2. Data spesimen 1 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ................................. 68
Lampiran 3. Data spesimen 1 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ................................. 69
Lampiran 4. Data spesimen 1 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s .............................. 70
Lampiran 5. Data spesimen 2 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s .............................. 71
Lampiran 6. Data spesimen 2 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ................................. 72
Lampiran 7. Data spesimen 2 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ................................. 73
Lampiran 8. Data spesimen 2 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s .............................. 74
Lampiran 9. Data spesimen 3 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s .............................. 75
Lampiran 10. Data spesimen 3 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ................................... 76
Lampiran 11. Data spesimen 3 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ................................... 77
Lampiran 12. Data spesimen 3 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ................................ 78
Lampiran 13. Data spesimen 4 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ................................ 79
Lampiran 14. Data spesimen 4 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ................................... 80
Lampiran 15. Data spesimen 4 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ................................... 81
Lampiran 16. Data spesimen 4 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ................................ 82
Lampiran 17. Data spesimen 5 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ................................ 83
Lampiran 18. Data spesimen 5 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ................................... 84
Lampiran 19. Data spesimen 5 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ................................... 85
Lampiran 20. Data spesimen 5 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s .............................. 86
Lampiran 21. Thermophysical Property untuk udara ............................................. 87
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Sirip banyak digunakan dalam alat penukar kalor untuk meningkatkan
luasan perpindahan panas. Sirip-sirip biasa digunakan dalam pengkondisian udara
dan juga peralatan elektronik, motor listrik dan motor bakar, dan lain-lain. Dalam
semua peralatan tersebut, fluida digunakan sebagai media perpindahan panas.
Berbagai tipe sirip alat penukar panas, mulai dari bentuk yang sederhana sampai
kombinasi dari berbagai geometri yang berbeda, dan digunakan pada jarak yang
telah diatur dalam susunan selang-seling (staggered) atau segaris (inline). Tipe
sirip yang digunakan tergantung dari ruang yang tersedia dalam peralatan
pembangkit panas yang terlibat dalam proses pendinginan.
Salah satu tipe sirip alat penukar panas yang biasa digunakan adalah sirip
pin. Sirip pin adalah elemen berbentuk silinder atau bentuk lainnya yang dipasang
secara tegak lurus terhadap dinding alat penukar panas, dengan fluida pendingin
mengalir dalam arah aliran melintang (crossflow) terhadap elemen tersebut. Sirip-
sirip pin yang menonjol dari sebuah permukaan yang dipanaskan dapat
meningkatkan luas permukaan disipasi panas dan menyebabkan percampuran
aliran yang turbulen, sehingga meningkatkan unjuk kerja disipasi panas yang
berdampak pada meningkatnya ketahanan (reliabilty) dan umur peralatan.
Terdapat berbagai parameter yang menggolongkan sirip pin, seperti
bentuk, tinggi, diameter, perbandingan tinggi-diameter (H/D) dan sebagainya.
Sirip pin dengan perbandingan tinggi-diameter (H/D) antara 0,5 – 4 dikategorikan
sebagai sirip pin pendek (short pin fin), sedangkan perbandingan tinggi diameter >
4 digolongkan kedalam sirip pin panjang (long pin fin). Perbandingan tinggi-
diameter yang besar merupakan bagian yang menarik dalam aplikasi alat penukar
panas dalam hal pencapaian koefisien perpindahan panas yang sangat tinggi. Sirip
pin banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri, khususnya dalam alat
penukar panas kompak (compact heat exchanger), trailing edge sudu turbin gas,
beberapa sistem elektronik modern dan industri pesawat terbang.
Laju perpindahan panas dari suatu rakitan sirip pin (pin fin assembly) ke
lingkungan tergantung pada distribusi temperatur pada sirip pin dan plat dasar
(base plate), geometri sirip pin, shroud clearance (jarak antara ujung sirip pin
dengan permukaan atas saluran udara), sifat-sifat fluida dan sirip pin, laju aliran
udara, jarak antar titik pusat sirip (inter-fin pitch), susunan sirip pin, dan orientasi
dari penukar panas (terutama untuk laju aliran udara yang rendah). Untuk plat
dasar dengan temperatur tertentu, laju perpindahan panas dapat ditingkatkan
dengan menaikkan koefisien perpindahan panas rata-rata, menaikkan luas
permukaan perpindahan panas atau kedua-duanya. Kenaikan perpindahan panas
dapat dicapai dengan cara konveksi paksa (forced convection) atau mengubah
konfigurasi geometri dari alat penukar panas. Dalam praktiknya, cara-cara ini
dibatasi oleh penurunan tekanan maksimum yang diijinkan melalui susunan sirip
pin tersebut karena kenaikan perpindahan panas akan disertai penurunan tekanan.
Energi yang hilang karena penurunan tekanan dapat melebihi energi yang
didapatkan dari usaha peningkatan perpindahan panas tersebut.
Karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan dalam sistem sirip
pin telah menjadi bahan penelitian secara luas karena perannya yang penting
dalam berbagai aplikasi keteknikan. Penelitian ini bertujuan untuk menguji
karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja termal
dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris (inline) dalam saluran segiempat
(rectangular channel).
1.2. Perumusan Masalah
Bagaimanakah pengaruh bilangan Reynolds dan jarak antar titik pusat
sirip dalam arah aliran udara (streamwise) terhadap karakteristik perpindahan
panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja termal dari sirip-sirip pin diamond
susunan segaris (in line) dalam saluran segiempat (rectangular channel).
1.3. Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:
1. Material sirip pin dan plat dasar (base plate) yang digunakan adalah
duralumin.
2. Dimensi base plate yang digunakan adalah : panjang 200 mm, lebar 150
mm dan tebal 6,5 mm
3. Dimensi sirip pin yang digunakan adalah : tinggi 75 mm, dan sisi-sisi
12,7 mm x 12,7 mm, atau H/D = 5,9
4. Jarak antara ujung sirip pin dengan permukaan atas saluran udara (shroud
clearence) adalah nol.
5. Penelitian menggunakan alat saluran udara segiempat yang terdiri dari:
a. Saluran udara segiempat berdimensi penampang 150 mm x 75 mm
b. Fan hisap
c. Pemanas listrik tipe plat (plate electric heater)
d. Pelurus aliran udara (flow straightener)
e. Manometer U
6. Permukaan dalam saluran udara dilapisi dengan bahan melamin yang
halus, sehingga faktor gesekan diabaikan.
7. Permukaan luar saluran udara dimana seksi uji diletakkan diisolasi
dengan glasswool dan styrofoam sehingga perpindahan panas ke
lingkungan diminimalisasi.
8. Parameter yang dibuat konstan yaitu temperatur permukaan base plate
sebesar 60oC, temperatur udara masuk, jarak antar titik pusat sirip
dalam arah melintang (spanwise direction) sebesar 37,5 mm.
9. Parameter yang divariasi adalah kecepatan udara masuk yaitu sebesar 0,5
m/s, 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s dan 6 m/s serta jarak antar
titik pusat sirip dalam arah aliran udara (streamwise) yaitu sebesar 25
mm, 30 mm, 37,5 mm dan 50 mm.
10. Pengujian karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta
unjuk kerja termal dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris dilakukan
pada kondisi tunak (steady state).
11. Penelitian dilakukan dalam keadaan diam (static experiment) dan pada
temperatur kamar.
1.4. Tujuan dan Manfaat
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mengetahui pengaruh bilangan Reynolds terhadap karakteristik perpindahan
panas dan penurunan tekanan dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris
dalam saluran segiempat.
2. Mengetahui pengaruh jarak antar titik pusat sirip dalam arah aliran udara
(streamwise direction) terhadap karakteristik perpindahan panas dan
penurunan tekanan dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris dalam
saluran segiempat.
3. Mengetahui pengaruh bilangan Reynolds dan jarak antar titik pusat sirip
dalam arah aliran udara terhadap unjuk kerja termal dari sirip-sirip pin
diamond susunan segaris dalam saluran segiempat.
Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat
sebagai berikut:
1. Mampu memberikan pengetahuan baru yang berguna dalam ilmu
perpindahan panas, khususnya mengenai karakteristik perpindahan panas,
penurunan tekanan dan unjuk kerja termal dari sirip-sirip pin diamond
susunan segaris dalam saluran segiempat.
2. Dapat diterapkan dalam sistem pendinginan sudu-sudu turbin gas, sistem
elektronik modern dan industri pesawat terbang.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah,
perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat
penelitian.
BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan
pengujian susunan sirip pin, dasar teori tentang sirip pin dan teori
perhitungan perpindahan panas, penurunan tekanan dan unjuk kerja
termal dari susunan sirip pin dalam saluran segiempat.
BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan tempat dan pelaksanaan
penelitian, peralatan yang digunakan, langkah-langkah penelitian
dan pengambilan data.
BAB IV : Data dan analisis, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan
data hasil pengujian serta analisis hasil dari perhitungan.
BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.
BAB II
DASAR TEORI
2.2. Tinjauan Pustaka
Chyu et al (1998) meneliti peningkatan perpindahan panas dari susunan
sirip pin kubus (cubic pin fin). Dalam penelitian ini, sirip kubus diorientasikan
sebagai persegi dan diamond terhadap arah aliran. Semua susunan dalam
penelitian ini mempunyai geometri S/d = X/d = 2,5 dan H/d = 1. Kedua susunan
segaris (inline) dan selang-seling (staggered) diteliti. Dari penelitian ini diperoleh
bahwa sirip pin kubus orientasi persegi menghasilkan perpindahan panas yang
lebih besar secara signifikan daripada diamond atau sirip pin silinder lurus. Untuk
susunan selang-seling, peningkatan perpindahan panas sirip pin kubus orientasi
persegi adalah 20-40% lebih besar daripada susunan diamond dan 30-80% lebih
tinggi daripada susunan sirip pin silinder. Untuk susunan segaris, perbedaan lebih
kecil tetapi tetap signifikan, dimana susunan sirip pin kubus orientasi persegi
adalah 10-20% lebih besar daripada susunan diamond dan 10-40% lebih besar
daripada susunan sirip pin silinder.
Tanda, G., (2000) melakukan penelitian tentang peningkatan perpindahan
panas dan penurunan tekanan pada plat bersirip pin diamond di dalam suatu
saluran udara segiempat. Penelitian dilakukan dengan menggunakan spesimen
berupa plat datar berdimensi 0,28 m x 0,1 m x 0,5 mm yang diberi sirip pin
berbentuk diamond dengan panjang sisi-sisi 0,5 cm x 0,5 cm dan tinggi sirip 2 cm
yang disusun secara inline dan staggered dengan jarak antar sirip, SL/W = 4 - 8
dan ST/W = 4 – 8,5. Spesimen diletakkan pada saluran udara segiempat yang
berdimensi 3,28 m x 0,1 m x 0,02 m dengan clearance ratio sebesar 4 dan
1. Pengujian dilakukan dengan variasi bilangan Reynolds sebesar 8000 –
30.000. Dari penelitian tersebut diperoleh bahwa penggunaan sirip pin
berpenampang diamond dapat meningkatkan perpindahan panas. Efisiensi
meningkat seiring dengan menurunnya bilangan Reynolds. Faktor gesekan
dan bilangan Nusselt meningkat seiring dengan meningkatnya jarak antar sirip
pin dan clearance ratio. Parameter terpenting yang mempengaruhi perpindahan
panas adalah bilangan Reynolds, tinggi sirip pin dan jarak antar sirip pin,
dimana perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan mengontrol parameter-
parameter tersebut.
Jeng, M.T., (2006) melakukan penelitian tentang karakteristik perpindahan
panas, faktor gesekan (friction factor) dan menganalisis unjuk kerja termal pada
suatu permukaan bersirip didalam saluran udara segiempat. Dimana pada
penelitian tersebut menggunakan spesimen berupa plat datar yang diberi sirip
pin berbentuk diamond dengan sisi 9,6 mm x 9,6 mm dan tinggi 76,5 mm
yang terbuat dari aluminium paduan yang disusun secara inline dengan jarak
antar sirip, XT = 1,060, 1,414, 1,979 dan XL = 1,060, 1,414, 1,979. Spesimen
diletakkan dalam saluran udara segiempat (rectangular channel) yang
berdimensi 300 mm x 81,5 mm x 76,5 mm . Dari penelitian tersebut
diperoleh hasil bahwa dengan meningkatnya bilangan Reynolds akan
meningkatkan bilangan Nusselt, yang berarti meningkatkan perpindahan panas.
Tetapi dengan meningkatnya bilangan Reynolds, peningkatan perpindahan panas
dan unjuk kerja termal semakin menurun, dimana perpindahan panas maksimum
terjadi pada variasi XT = 1,414 dan XL= 1,060, dibatasi oleh panas yang terbuang
yang terbesar dalam daya pemompaan (pumping power) yang sama. Penambahan
sirip pin pada suatu permukaan meningkatkan perpindahan panas dari permukaan
tersebut sebagai hasil dari kenaikan luasan permukaan perpindahan panas dan
turbulensi tetapi mengorbankan penurunan tekanan yang lebih besar dalam
saluran.
2.3. Dasar Teori
2.2.1. Sirip
Perluasan permukaan perpindahan panas (extended surface heat
transfer) adalah studi tentang komponen-komponen perpindahan panas berunjuk
kerja tinggi yang berkenaan dengan berat, volume, dan biaya yang semakin kecil,
dan perilakunya dalam berbagai kondisi lingkungan termal. Komponen-komponen
tertentu telah diterapkan dalam berbagai macam aplikasi seperti pesawat
ruang angkasa (air-land-space vehicles) dan sumber dayanya dalam proses-
proses kimia, refrigerasi, dan kriogenika, dalam peralatan listrik dan elektronika,
dalam tungku konvensional dan turbin gas, dalam proses pembuangan panas
pada boiler, dan dalam modul bahan bakar nuklir.
Dalam desain dan konstruksi dari berbagai macam peralatan
perpindahan panas, bentuk-bentuk sederhana seperti; silinder, batang dan plat
biasa diterapkan pada aliran panas antara sumber panas dan penyerap panas
(heat source and heat sink). Permukaan-permukaan penyerap panas maupun
pembuang panas masing-masing dikenal sebagai permukaan utama (prime
surface). Apabila permukaan utama diperluas dengan permukaan tambahan
seperti dalam gambar 2.1, maka gabungan antara kedua permukaan tersebut
dinamakan permukaan yang diperluas (extended surface). Elemen yang
digunakan untuk memperluas permukaan utama dikenal sebagai sirip (fin).
Jika elemen sirip tersebut berbentuk kerucut atau silinder, sirip tersebut
dinamakan spines atau pegs.
Gambar 2.1. Beberapa contoh jenis extended surface: (a) sirip longitudinal (memanjang) dengan profil segiempat (b)pipa silindris dengan sirip berprofil segiempat (c) sirip longitudinal dengan profil trapezioda (d) sirip longitudinal dengan profil parabola (e) pipa silindris dengan sirip radial berprofil segiempat (f) pipa silindris dengan sirip radial berprofil trapezoida (g)cylindrical spine (h)truncated conical spine (i) truncated parabolic spine
Kebutuhan untuk perlengkapan pesawat terbang, pesawat ruang
angkasa, turbin gas, pengkondisian udara, dan kriogenika telah mendapatkan
perhatian khusus dalam hal keringkasan permukaan alat penukar panas, terutama
pada permukaan yang mengalami gradien tekanan yang kecil dalam fluida yang
bersirkulasi melaluinya. Beberapa diantaranya ditunjukkan dalam gambar 2.2
Keringkasan (compactness) mengacu pada perbandingan luas permukaan
perpindahan panas per satuan volume alat penukar panas.
Definisi awal dari Kays dan London (1950) menetapkan bahwa
elemen alat penukar panas kompak adalah alat penukar panas yang mempunyai
kelebihan 245 m2 per meter kubik alat penukar panas. Elemen alat penukar
panas kompak telah tersedia lebih dari 4100 m2 per meter kubik dibandingkan
dengan 65 – 130 m2 per meter kubik untuk alat penukar panas konvensional
dengan pipa 5/8 – 1 in. Kebanyakan elemen alat penukar panas kompak terdiri
dari plat-plat permukaan utama atau pipa-pipa yang dipisahkan oleh plat,
batang atau spines, yang juga bertindak sebagai sirip. Seperti pada gambar
2.2(d), setiap sirip dapat diperlakukan sebagai sirip tunggal dengan tinggi sirip
sama dengan setengah dari jarak plat pemisah dan dengan plat pemisah
bertindak sebagai permukaan utama. Sehingga, alat penukar panas kompak
dipandang sebagai bentuk lain dari permukaan yang diperluas (extended surface).
Gambar 2.2 Beberapa contoh jenis permukaan penukar kalor kompak: (a) pipa silinder (b) pipa silinder dengan sirip-sirip radial (c) flat tube dengan sirip kontinyu (d) sirip plat
(plate fin) (e)offset plate fin (f) crossed rod matrix Apabila sirip dan permukaan utamanya ditempatkan pada lingkungan
termal yang seragam, efektivitas permukaan sirip lebih kecil daripada permukaan
utama. Hal ini dapat dilihat pada plat dengan sirip memanjang (longitudinal)
pada penampang melintang segiempat pada gambar 2.3. Permukaan plat bagian
dalam membuang panas dari sumber panas dengan koefisien perpindahan panas
seragam dan temperatur T1, sedangkan permukaan plat bagian luar dan sirip
membuang panas tersebut ke lingkungan sekelilingnya yang lebih dingin dengan
koefisien perpindahan panas seragam dan temperatur Ts. Permukaan plat yang
lebih dingin berada pada temperatur intermediate Tp, dan panas dari sumber panas
meninggalkan plat karena adanya gradien temperatur, Tp – Ts. Dengan cara yang
sama, permukaan sirip dengan temperatur tertentu T, dan panas meninggalkan
sirip karena adanya gradien temperatur T – Ts. Panas memasuki sirip melalui
dasarnya (base), dimana itu berhubungan dengan plate dan bergerak berpindah
secara kontinyu melalui sirip secara konduksi. Hampir dalam setiap kasus,
temperatur dasar sirip akan sangat mendekati sama dengan Tp. Panas yang
diserap oleh sirip melalui dasarnya dapat mengalir menuju ujung sirip hanya
jika ada gradien temperatur dalam sirip, yakni Tp lebih besar dari T. Untuk
kondisi ini, karena temperatur T bervariasi dari dasar hingga ujung sirip,
gradien temperatur T – Ts akan lebih kecil daripada Tp – Ts, sehingga satu
satuan luas permukaan sirip akan kurang efektif dibandingkan dengan satu
satuan luas permukaan plat atau permukaan utama.
Gambar 2.3. Perbedaan-perbedaan gradien temperatur dalam sirip
Rugi mutlak dari unjuk kerja satu satuan permukaan sirip dibandingkan
terhadap satu satuan permukaan utama dinamakan inefisiensi sirip. Efisiensi sirip
didefinisikan sebagai perbandingan antara panas aktual yang hilang dari sirip
terhadap panas ideal yang hilang jika temperatur seluruh permukaan sirip sama
dengan temperatur dasarnya. Sirip dengan ukuran, bentuk, dan material
tertentu memiliki efisiensi sirip yang berbeda-beda, dan efisiensi sirip akan
bervariasi terhadap konduktivitas termal dan cara perpindahan panasnya
berkenaan dengan lingkungannya. Referensi telah dibuat untuk permukaan
yang diperluas berisikan beberapa tipe permukaan utama dan beberapa tipe sirip.
Banyak pengetahuan mengenai aliran panas, profil temperatur, efisiensi dan
optimasi parameter-parameter sirip dapat diperoleh dari analisis tiga geometri
dasar sirip yang ditunjukkan dalam gambar 2.1. yaitu sirip longitudinal, sirip
radial dan spines.
Sirip dengan berbagai macam geometri dan konduktivitas termal akan
memberikan tanggapan yang berbeda terhadap sumber panas dan penyerap
panas (source and sink) yang seragam dan identik. Sebaliknya, terdapat
banyak hal mengapa temperatur dan koefisien perpindahan panas dari sumber
panas dan penyerap panas bisa bervariasi. Hal penting dalam menganalisis
geometri sirip adalah asumsi-asumsi yang diambil untuk menentukan dan
membatasi masalah dan tentunya menyederhanakan penyelesaiannya. Analisis
dari tiga geometri dasar sirip dapat dilakukan dengan mengacu pada asumsi
Murray-Gardner, yaitu:
1. Aliran panas dalam sirip dan temperaturnya tetap konstan terhadap
waktu.
2. Material sirip adalah homogen, konduktivitas termal sama di segala
arah, dan tetap konstan.
3. Koefisien perpindahan panas konveksi di permukaan sirip konstan
dan seragam di keseluruhan permukaan sirip.
4. Temperatur dari medium lingkungan sirip konstan.
5. Ketebalan sirip adalah kecil, dibandingkan dengan tinggi dan
panjangnya, sehingga gradien temperatur melewati ketebalan sirip
dan perpindahan panas dari tepi sirip dapat diabaikan.
6. Temperatur dasar sirip adalah seragam.
7. Tidak ada tahanan kontak dimana dasar sirip digabung dengan
permukaan utama.
8. Tidak ada sumber panas di dalam sirip itu sendiri.
9. Panas yang ditransfer melalui ujung sirip diabaikan dibandingkan
dengan panas yang meninggalkan permukaan lateralnya.
10. Perpindahan panas ke atau dari sirip sebanding terhadap kelebihan
temperatur antara sirip dan medium sekitar.
2.2.2. Sirip Pin
Sirip pin adalah elemen berbentuk silinder atau bentuk lainnya yang
dipasang secara tegak lurus terhadap dinding alat penukar panas, dengan
fluida pendingin mengalir dalam arah aliran melintang (crossflow) terhadap
elemen tersebut. Terdapat berbagai parameter yang menggolongkan sirip pin,
seperti bentuk, tinggi, diameter, perbandingan tinggi-diameter (H/D) dan
sebagainya. Sirip pin dengan perbandingan tinggi-diameter (H/D) antara 0,5 – 4
dikategorikan sebagai sirip pin pendek (short pin fin), sedangkan sirip pin panjang
(long pin fin) memiliki perbandingan tinggi-diameter > 4. Perbandingan
tinggi-diameter yang besar merupakan bagian yang menarik dalam aplikasi
alat penukar panas dalam hal pencapaian koefisien perpindahan panas yang
sangat tinggi.
Gambar 2.4. Sebuah susunan sirip pin diamond susunan segaris
Sirip pin dapat disusun dalam dua arah utama. Pada gambar 5 sirip-
sirip pin ditunjukkan dalam susunan segaris (inline) dan selang-seling (staggered).
Sy adalah jarak antar titik pusat sirip sepanjang arah aliran (stream-wise
direction), sedangkan Sx adalah jarak antar titik pusat sirip yang diukur
normal/tegak lurus terhadap arah aliran (span-wise direction).
Gambar 2.5. Susunan sirip pin (a) inline (b) staggered
2.2.3. Macam-Macam Bentuk Sirip pin
2.2.3.1 Silinder
Silinder lurus merupakan geometri sirip pin yang paling umum. Geometri
sirip pin yang lain adalah silinder lurus dengan ujung difillet (filleted pin fin) dan
silinder tirus (tapered cylindrical pin fin). Hubungan antara geometri sirip pin
silinder lurus dengan geometri sirip pin silinder berfillet ditunjukkan dalam
gambar 2.6.
Gambar 2.6. Perbandingan sirip pin silinder lurus dengan sirip pin silinder berfillet
2.2.3.2 Kubus
Sirip pin berbentuk kubus (cubic pin fin) dapat disusun secara segiempat
maupun diamond berdasarkan arah aliran. Diamond merupakan susunan
segiempat yang diputar 45o. Gambar 2.7 menunjukkan sketsa kedua tipe
susunan.
Gambar 2.7. Perbandingan antara konfigurasi susunan staggered sirip pin kubus
dan sirip pin diamond
2.2.3.3. Oblong
Sirip pin oblong merupakan perpaduan antara bentuk silinder dan
bentuk kubus. Sirip pin oblong tersusun pada sudut orientasi yang berbeda, γ,
berdasarkan arah aliran. Gambar 2.8 menunjukkan tata nama yang
digunakan dalam sirip pin oblong.
Gambar 2.8. Konfigurasi susunan staggered menggunakan sirip pin oblong
2.2.3.3 Ellips
Sirip pin ellips adalah bentuk silinder yang direntangkan dalam satu
arah garis diameternya. Gambar 2.9 menunjukkan sketsa geometri circular fin
dan dua bentuk sirip pin ellips. Dalam menguji sirip pin ellips, sumbu utama
(major axis) segaris dengan arah aliran.
Gambar 2.9. Ukuran relatif dari circular fin, SEF dan N fin.
Bentuk-bentuk sirip pin ellips dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Standard Elliptical Fin (SEF).
Sirip pin ini mempunyai standar penampang ellips dengan panjang sumbu
minor sama dengan diameter circular fin dan panjang sumbu utama adalah
1,67 kali panjang sumbu minor. Luas permukaan dari SEF dihitung 1,35 kali
luas permukaan circular fin, tetapi luas frontal efektif sama dengan circular fin
karena panjang sumbu minor sama dengan diameter circular fin.
b. N fin
Bentuk sirip ini diturunkan dari seri airfoil simetris 4 digit NACA. Panjang
sumbu minor sama dengan diameter circular fin dan panjang sumbu utama 2,5
kali panjang sumbu minor. Luas permukaan N fin dihitung 1,85 kali lebih besar
daripada luas permukaan circular fin. Luas frontal efektif adalah sama dengan
circular fin.
Kemampuan bentuk sirip pin dalam meningkatkan perpindahan panas
dapat dilihat dari kemampuannya dalam menyebabkan pemisahan aliran (flow
separation) dan menghasilkan turbulensi dalam medan aliran. Sehingga, sirip
pin dengan bentuk yang kurang aerodinamis akan menghasilkan peningkatan
perpindahan panas yang lebih baik, misalnya pada sirip pin kubus. Karena
kuatnya gaya inersia dari aliran fluida di sekitar sirip pin, aliran tidak dapat
melekat pada permukaan sirip bagian belakang (downstream) dari sudut yang
tajam. Selain itu, perubahan lintasan aliran secara tiba-tiba di sekeliling sirip pin
kubus menyebabkan pemisahan aliran dan daerah pusaran turbulen (turbulent
vortex shedding), yang dapat menambah perpindahan panas dalam susunan sirip
pin tersebut.
2.2.4. Aplikasi Sirip pin
Perpindahan panas dari susunan sirip pin merupakan subjek yang
sangat penting dengan banyak aplikasi keteknikan. Aplikasi tersebut mulai
dari alat penukar panas kompak, boiler untuk turbin uap dan pendinginan
internal secara konveksi dari air foils turbin gas. Seperti pada gambar 2.10,
sirip pin biasanya dimasukkan dalam ruang pendinginan dalam (internal
cooling) dekat trailing edge dari sudu turbin untuk meningkatkan perpindahan
panas. Hal ini memungkinkan sudu beroperasi dalam temperatur tinggi tanpa
mengalami kerusakan, sehingga meningkatkan efisiensi termal dan daya output.
Gambar 2.10. Potongan melintang sudu turbin dengan pendinginan dalam (internal
cooled)
Oleh karena pertimbangan aerodinamis, seperti pada gambar 2.10 trailing
edge dari sudu menuntut profil yang semakin mengecil. Untuk itu, ruang
pendinginan dalam daerah ini harus dengan bentuk penampang trapesium.
Pendingin dari pangkal sudu (blade base) bergerak memutar ke samping
kemudian dikeluarkan dari slot ujung sudu, atau melalui saluran sirip pin
kemudian keluar dari slot sepanjang trailing edge sudu. Namun, kebanyakan
penelitian yang dilakukan adalah untuk sirip pin yang menggunakan saluran
segiempat (rectangular channel) dengan aliran keluar yang lurus.
2.2.5. Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari tentang cara untuk
meramalkan perpindahan (distribusi) energi berupa panas yang terjadi karena
adanya perbedaan temperatur di antara benda atau material. Perpindahan
panas dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu :
Perpindahan panas secara konduksi adalah distribusi energi berupa
panas yang terjadi pada benda atau medium yang diam (padat) bertemperatur
tinggi ke bagian benda yang bertemperatur rendah atau terdapat gradien
temperatur pada benda tersebut. Rumus dasar perpindahan panas secara konduksi
adalah :
xTAk
QD
= (2.1)
dimana:
Q = laju perpindahan panas (Watt)
k = konduktivitas panas (W/m.oC)
A = luasan perpindahan panas arah normal Q (m2)
∆T = beda temperatur (oC)
x = ketebalan bahan (m)
Perpindahan panas konveksi adalah distribusi energi berupa panas yang
terjadi karena terdapat aliran fluida. Persamaan dasar perpindahan panas konveksi
adalah :
( )¥-= TTAhQ w.. (2.2)
dimana:
Q = laju perpindahan panas (Watt)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 oC)
A = luasan perpindahan panas arah normal Q (m2)
Tw = temperatur permukaan benda (oC)
T¥ = temperatur fluida (oC)
Perpindahan panas radiasi atau thermal radiation adalah distribusi energi
berupa panas yang terjadi melalui pancaran gelombang cahaya dari suatu zat ke
zat yang lain tanpa zat perantara atau radiasi elektromagnetik yang dipancarkan
oleh suatu benda karena suhunya. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu
bahan, maka sebagian dari radiasi itu di pantulkan (refleksi), sebagian diserap
(absorsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi). Untuk menghitung besarnya
panas yang dipancarkan yaitu menggunakan rumus :
se 4TAQ = (2.3)
dimana:
Q = panas yang dipancarkan (Watt)
ε = emisivitas permukaan benda (0 s.d. 1)
A = luas perpindahan panas (m2)
T = temperatur permukaan benda (K)
σ = konstanta Stefan Boltzmann (W/m2.K4)
Untuk benda hitam sempurna nilai emisivitasnya (ε) adalah 1 dan besar nilai σ =
5,67.10-8 W/m2.K4
2.2.6. Parameter Tanpa Dimensi
Persamaan perpindahan panas konveksi berkaitan dengan variabel
penting yang dinamakan parameter tanpa dimensi (dimensionless). Parameter
tanpa dimensi dalam kaitannya dengan perpindahan panas konveksi adalah:
a. Bilangan Reynolds ( Reynolds Number )
Bilangan Reynolds dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya
inersia dengan gaya kekentalan, di dalam kecepatan lapis batas. Untuk kontrol
volume yang berbeda pada lapis batas ini, gaya inersia diasosiasikan dengan
sebuah kenaikan momentum dari fluida yang bergerak melewati kontrol volume.
Gaya inersia dalam bentuk [ ] xuu ¶¶ /)(r didekati dengan persamaan :
LV
FI
2r= . Gaya kekentalan diwakili dengan gaya geser dalam bentuk
( )[ ] yyuyyx ¶¶¶¶=¶¶ /// mt dan dapat didekati dengan persamaan : 2/ LVFs m= .
Perbandingan gaya tersebut dapat ditulis :
Ls
I VLLVLV
F
FRe
//
2
2
===mr
mr
(2.4)
Untuk harga Re yang tinggi , gaya inersia akan lebih berpengaruh daripada gaya
kekentalan. Untuk harga Re yang rendah, gaya kekentalan akan lebih berpengaruh
dari gaya inersia.
b. Nusselt ( Nusselt Number )
Bilangan Nusselt adalah bilangan tanpa dimensi yang menyatakan
perbandingan antara koefisien perpindahan panas konveksi terhadap konduktivitas
termal fluida. Bilangan ini menyediakan sebuah perhitungan tentang perpindahan
panas konveksi yang terjadi pada permukaan. Bilangan Nusselt dirumuskan :
fk
hDNu = (2.5)
dimana : Nu = bilangan Nusselt h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2. oC)
D = diameter (m)
kf = konduktivitas termal fluida (W/m.oC)
Bilangan Nu merupakan fungsi universal dari bilangan Re. Apabila fungsi
bilangan Re diketahui, maka dapat digunakan untuk menghitung nilai Nu untuk
fluida, nilai kecepatan, dan skala panjang yang berbeda.
2.2.7. Perhitungan Perpindahan Panas dan Faktor Gesekan pada Pin-
Fin Assembly
2.2.7.1 Perhitungan Perpindahan Panas (Heat Transfer)
Kesetimbangan energi kondisi tunak (steady state) untuk permukaan uji
yang dipanaskan secara elektrik adalah sebagai berikut :
Qelect = Qconv + Qloss (2.6)
dimana :
Qelect = laju aliran panas dari listrik (W)
Qconv = laju perpindahan panas konveksi (W)
Qloss = laju aliran panas yang hilang dari sistem (heat loss) (W)
Input panas listrik dapat dihitung dari tegangan listrik dan arus listrik yang
disuplai ke permukaan. Kehilangan panas (heat loss) dari sistem bisa karena; (i)
radiasi dari permukaan dan (ii) konduksi melalui dinding-dinding saluran ke
atmosfer. Sehingga persamaan (2.6) dapat ditulis menjadi :
Qelect = Qconv + Qrad + Qcond (2.7)
dimana :
Qrad = laju perpindahan panas radiasi (W)
Qcond = laju perpindahan panas konduksi (W)
Pada penelitian yang serupa, Naik et al (1987) dan Hwang dan Liou
(1995) melaporkan bahwa total heat loss radiasi dari permukaan uji yang serupa
sekitar 0,5% dari total input panas listrik, sehingga radiative heat loss diabaikan.
Heat loss karena konduksi dari sisi dinding-dinding dapat diabaikan dibandingkan
dari permukaan bawah dari seksi uji, karena luas total sisi plat yang dipanaskan
jauh lebih kecil dari luas permukaan bawah. Pada penelitian ini, permukaan
bawah dari plat uji tidak dipapar ke aliran, dan disolasi dengan kombinasi lapisan
isolator dan lapisan kayu, sehingga heat loss konduksi dapat diminimalisir.
Analisis data akan memuaskan jika persentase total heat loss, (Qelect –Qconv)/Qconv
kurang dari 10% (Naphon, P., 2007).
Maka persamaan (2.7) menjadi :
Qelect = Qconv (2.8)
Panas yang dipindahkan dari permukaan bersirip dengan cara konveksi adalah :
úû
ùêë
é÷øö
çèæ +
-=2
.. outinbsconv
TTTAhQ (2.9)
dimana :
Qconv = laju perpindahan panas konveksi (W)
h = koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (W/m2.K)
As = luas seluruh permukaan yang kontak dengan udara dari pin fin
assembly (m2)
Tb = temperatur permukaan plat dasar (base plate) (K)
Tin = temperatur inlet dari aliran udara (K)
Tout = temperatur outlet dari aliran udara (K)
Dari persamaan (2.9), Qconv dapat juga dinyatakan dengan :
Qconv = (2.10)
dimana :
= laju aliran massa udara (kg/s)
Cp = panas jenis udara (J/kg.K)
Tin = temperatur inlet aliran udara (K)
Tout = temperatur outlet aliran udara (K)
Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (h) dapat dihitung dengan
menggunakan kombinasi persamaan (2.9) dan (2.10), sehingga didapatkan bahwa:
( )( )( )[ ]2.
..
inoutbs
inoutp
TTTA
TTCmh
+-
-=
& (2.11)
Dari persamaan (2.11) laju aliran massa, , dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
= r. At. V (2.12)
dimana :
r = massa jenis (densitas) udara (kg/m3)
At = luas penampang saluran udara (m2)
Gambar 2.11. Pin fin assembly dalam saluran udara segiempat dengan clearence nol
Untuk kasus dengan clearence nol seperti pada gambar 2.11, maka At dihitung
dengan rumus :
At = H. Wb (2.13)
V = kecepatan rata-rata udara dalam saluran udara (m/s)
As adalah luas seluruh permukaan yang kontak dengan udara dari pin fin assembly
atau luas permukaan total dari permukaan plat dasar dan sirip-sirip diamond,
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
As = Wb.L + 2 (a + b).H.Nf – a.b.Nf (2.14)
dimana :
Wb = lebar base plate untuk pin fin assembly (m)
L = panjang pin fin assembly (m)
Nf = jumlah total sirip pin diamond dalam pin fin assembly
H = tinggi saluran udara atau tinggi sirip pin diamond (m)
a,b = panjang sisi-sisi sirip pin diamond (m)
Dari persamaan (2.11), nilai-nilai Tb, Tin dan Tout diukur dari percobaan
yang dilakukan menggunakan termokopel. Sedangkan sifat termofisik dari udara
Cp dihitung berdasarkan temperatur udara rata-rata, Tf = (Tin + Tout)/2
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Cp = [9,8185 + 7,7 x 10-4 (Tin + Tout)/2] x 102 J/kg.K (2.15)
Persamaan (2.15) berlaku untuk udara pada tekanan atmosfer dan
K4002
K250 £+
£ outin TT
Parameter tanpa dimensi (dimensionless) yang digunakan dalam perhitungan
perpindahan panas untuk permukaan bersirip dihitung sebagai berikut :
a. Bilangan Reynolds (Re)
Dua jenis bilangan bilangan Reynolds digunakan untuk menggolongkan
kondisi aliran. Pertama adalah bilangan Reynolds berdasarkan kecepatan rata-
rata (V) dalam saluran halus (smooth duct) dan diameter hidrolik dari saluran
(Dh) dan dinyatakan dengan :
Re = (2.16)
Re = (2.17)
Kedua adalah berdasarkan kecepatan maksimum melalui sirip-sirip pin dan
ketebalan dari sirip-sirip pin, yaitu :
ReD = (2.18)
dimana Vmaks adalah kecepatan maksimum melalui sirip-sirip pin dan diberikan
dengan persamaan :
Vmaks = (2.19)
ReD telah digunakan secara luas dalam banyak studi perpindahan panas pada
sirip pin, dan ReD tergantung pada jumlah pin dalam arah spanwise dan tinggi
dari sirip pin. Re diatas biasa disebut sebagai duct Reynolds number dan ReD
disebut sebagai pin Reynolds number.
b. Bilangan Nusselt (Nu)
Seperti pada definisi bilangan Reynolds, bilangan Nusselt rata-rata dinyatakan
juga dengan duct Nusselt number dan pin Nusselt number, dimana berturut-
turut dinyatakan dengan persamaan :
Nu = (2.20)
Nu = (2.21)
dimana :
Re = duct Reynolds number
ReD = pin Reynolds number
V = kecepatan rata-rata udara dalam saluran udara (m/s)
Vmaks = kecepatan maksimum melalui sirip-sirip pin (m/s)
Dh = diameter hidrolik dari saluran udara (m)
d = diameter sirip pin (m)
n = viskositas kinematik udara (m2/s)
r = massa jenis udara (kg/m3)
µ = viskositas dinamik udara (kg/m.s)
A = luas penampang saluran (m2)
Afront = luas frontal dari sirip-sirip (m2)
Nu = duct Nusselt number
NuD = pin Nusselt number
h = koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (W/m2.K)
k = konduktifitas termal udara (W/m.K)
Untuk saluran udara segiempat, diameter hidrolik, Dh , dihitung dengan
persamaan :
( )b
bh WH
WH
PA
D+
==2
..4.4 (2.22)
Properties udara, µ dan k dihitung berdasarkan temperatur udara rata-rata, Tf =
(Tin + Tout)/2 menggunakan persamaan sebagai berikut :
µ = [4,9934 + 4,483 x 10-2 (Tin + Tout/2)] x 10-6 kg/m.s (2.23)
k = [3,7415 + 7,495 x 10-2 (Tin + Tout/2)] x 10-3 W/m.K (2.24)
Persamaan (2.23) dan (2.24) berlaku untuk udara pada tekanan atmosfer dan
K4002
K250 £+
£ outin TT
2.2.7.2 Perhitungan Faktor Gesekan (Friction Factor)
Penelitian penurunan tekanan (pressure drop) sepanjang seksi uji dalam
saluran bersirip diukur dibawah kondisi aliran panas. Pengukuran ini dikonversi
ke faktor gesekan (friction factor), f. Faktor gesekan ditentukan dari nilai
pengukuran penurunan tekanan, DP , sepanjang seksi uji menggunakan persamaan
úúû
ù
êêë
é÷÷ø
öççè
æ÷÷ø
öççè
æ=
2
Δ2V
ρD
L
Pf
h
t
(2.25)
dimana :
f = faktor gesekan
DP = perbedaan tekanan statik (N/m2)
Lt = panjang jarak titik pengukuran tekanan di seksi uji (m)
Dh = diameter hidrolik (m)
r = massa jenis udara (kg/m3)
V = kecepatan rata-rata udara dalam saluran udara (m/s)
2.2.7.3 Perhitungan Unjuk Kerja Termal Pin Fin Assembly
Peningkatan perpindahan panas dicapai dengan mengorbankan penurunan
tekanan. Banyak aplikasi praktis hal tersebut dibolehkan, sehingga perlu untuk
menentukan keuntungan ekonomis karena peningkatan perpindahan panas dan
pengaruh sirip-sirip pin dan susunannya terhadap unjuk kerja energi overall dari
sistem perpindahan panas sekarang melalui sebuah analisis unjuk kerja termal.
Daya pemompaan (pumping power) adalah daya yang dibutuhkan
untuk mengalirkan fluida pendingin ke susunan sirip pin, dalam hal ini
adalah daya blower. Daya pemompaan blower dapat diukur dari besaran
arus dan tegangan listriknya. Untuk sebuah daya pemompaan yang konstan,
adalah berguna untuk menentukan efektivitas peningkatan perpindahan kalor dari
promotor perpindahan panas dibandingkan dengan permukaan halus, sedemikian
sehingga :
(2.26)
Dimana dan berturut-turut adalah laju aliran volumetrik di atas plat tanpa
halangan (blocks) dan dengan halangan, sedangkan dan berturut-turut
adalah penurunan tekanan tanpa dan dengan halangan. Mengunakan persamaan
Darcy untuk penurunan tekanan dan bilangan Reynolds untuk masing-masing
geometri, dari hubungan antara permukaan dengan sirip dan permukaan halus
untuk daya pemompaan yang sama, persamaan (2.26) dapat ditulis ulang menjadi:
(2.27)
Unjuk kerja termal peningkatan perpindahan panas untuk suatu daya
pemompaan yang konstan dapat dinyatakan sebagai berikut :
h = (ha/hs)P (2.28)
dimana :
ha = koefisien perpindahan panas konveksi dengan sirip (W/m2.K)
hs = koefisien perpindahan panas konveksi tanpa sirip (W/m2.K)
Jika nilai h ≥ 1, teknik yang dipakai untuk menaikkan laju perpindahan panas
adalah menguntungkan dari sudut pandang energi. Jika h ≤ 1, energi yang telah
digunakan untuk menaikkan laju perpindahan panas lebih besar daripada yang
diperoleh.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3. 1 Tempat penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan
Termodinamika, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
3. 2 Alat penelitian
Gambar 3.1. Skema alat penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. Saluran udara segiempat (rectangular channel)
Saluran udara segiempat terbuat dari kayu yang permukaan bagian dalam
dan luarnya dilapisi melamin. Dimensi penampang bagian dalam dari
saluran udara segiempat adalah 150 mm x 75 mm x 2.000 mm.
Gambar 3.2. Saluran udara segiempat (rectangular channel)
b. Pelurus aliran udara (flow straightener)
Pelurus aliran udara terbuat dari selang plastik berdiameter 5 mm,
panjang 200 mm yang disusun sedemikian hingga membentuk segiempat
dimana dimensi keseluruhan dari pelurus aliran udara adalah 150 mm x
75 mm x 200 mm.
Gambar 3.3. Pelurus aliran udara (air flow straightener)
c. Fan hisap
Fan hisap merupakan modifikasi dari blower, sedemikian rupa sehingga
blower dapat menghisap udara.
Gambar 3.4. Fan hisap
d. Rheostat
Rheostat digunakan untuk mengatur putaran fan hisap agar didapatkan
kecepatan udara yang diinginkan.
Gambar 3.5. Rheostat
e. Anemometer
Anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang
masuk ke dalam saluran udara.
Gambar 3.6. Anemometer
f. Pemanas (heater)
Pemanas terbuat dari pita nikelin dengan panjang 4.000 mm, lebar 3 mm
dan tebal 1,3 mm yang dililitkan pada kertas mika tahan panas dengan
dimensi panjang 200 mm, lebar 150 mm dan tebal 1 mm.
Gambar 3.7. Pemanas listrik (electric heater).
g. Regulator
Regulator digunakan untuk mengatur tegangan listrik yang dialirkan ke
heater sehingga temperatur permukaan base plate dapat dijaga konstan
pada setiap variasi kecepatan dan variasi jarak antar titik pusat sirip pin
arah streamwise.
Gambar 3.8. Regulator pengatur tegangan listrik yang masuk heater
h. Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk mengukur besarnya tegangan listrik yang
dibutuhkan heater untuk mencapai temperatur permukaan base plate
yang diinginkan.
Gambar 3.9. Voltmeter
i. Amperemeter
Amperemeter digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik yang
dibutuhkan heater untuk mencapai temperatur permukaan base plate
yang diinginkan.
Gambar 3.10. Amperemeter
j. Manometer U
Manometer digunakan untuk mengukur penurunan tekanan udara yang
terjadi antara sisi masuk dan sisi keluar seksi uji. Manometer terbuat dari
selang plastik berdiameter 5 mm yang kedua ujungnya ditempatkan pada
awal dan akhir dari seksi uji, sehingga dapat mengukur besarnya beda
tekanan yang terjadi antara keduanya. Fluida yang digunakan dalam
manometer ini adalah solar.
Gambar 3.11. Manometer U dan posisi titik pengukuran tekanan
k. Termokopel
Menggunakan termokopel tipe T sebanyak 17 buah, dimana 3 buah
termokopel dipasang sebelum seksi uji untuk mengukur temperatur udara
inlet, 5 buah termokopel dipasang setelah seksi uji untuk mengukur
temperatur udara outlet dan 9 buah termokopel dipasang pada permukaan
base plate untuk mengukur temperatur permukaan base plate.
Gambar 3.12. Termokopel tipe T
Gambar 3.13. Posisi 3 buah termokopel untuk mengukur temperatur udara masuk seksi uji
Gambar 3.14. Posisi 5 buah termokopel untuk mengukur temperatur udara keluar seksi uji
Gambar 3.15. Pemasangan termokopel pada permukaan base plate
l. Thermocouple reader
Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang terukur oleh
sensor termokopel.
Gambar 3.16. Display termokopel
3. 3 Spesimen
Spesimen berupa pin fin assembly dengan dimensi plat dasar (base plate)
panjang 200 mm, lebar 150 mm dan tebal 6,5 mm, yang dipasangi oleh sejumlah
sirip-sirip pin diamond yang disusun secara segaris (inline) dengan panjang sisi-
sisi sirip 12,70 mm x 12,70 mm dan tinggi sirip 75 mm. Spesimen sirip pin
diamond dibuat dengan jarak antar titik pusat sirip arah spanwise (Sx) yang tetap
dan divariasi pada jarak antar titik pusat sirip dalam arah streamwise (Sy), seperti
terlihat pada tabel 3.1. Bahan base plate dan sirip-sirip pin diamond adalah
duralumin.
Gambar 3.17. Dimensi dan tata nama spesimen
Gambar 3.18 Model spesimen
Tabel 3.1. Spesifikasi spesimen penelitian
Spesimen Sx Sy Jumlah sirip
(Nf) Sy/D
1 37,5 mm 25 mm 28 1,97
2 37,5 mm 30 mm 24 2,36
3 37,5 mm 37,5 mm 20 2,95
4 37,5 mm 50 mm 16 3,94
5 Plat tanpa sirip 0 0
Gambar 3.19. Spesimen 1 Gambar 3.20. Spesimen 2
Gambar 3.21. Spesimen 3 Gambar 3.22. Spesimen 4
3. 4 Pelaksanaan Penelitian
Pengujian dilakukan pada keadaan diam (statis). Sistem beroperasi pada
temperatur udara masuk yang konstan sebesar 26 oC dan temperatur permukaan
base plate yang konstan sebesar 60 oC. Alat penelitian harus dinetralkan terlebih
dahulu seperti pada kondisi pengujian sebelumnya (kondisi awal) untuk periode
pengujian selanjutnya. Pengambilan data penelitian berupa temperatur dilakukan
hingga semua temperatur udara keluar seksi uji mencapai steady state. Data-data
temperatur dan beda tekanan pada keadaan steady state inilah yang akan
digunakan untuk analisis data penelitian. Dalam setiap pencatatan data akan
diperoleh 17 data temperatur (3 data temperatur udara masuk seksi uji, 5 data
temperatur udara keluar seksi uji dan 9 data temperatur permukaan base plate).
3.4.1 Tahap Persiapan
Memastikan bahwa seluruh alat yang digunakan dalam pengujian, seperti
fan hisap, saluran udara, seksi uji, heater, regulator, rheostat, manometer dan alat
pendukung lainnya telah terpasang dengan benar dan berfungsi dengan baik.
Memastikan termokopel pengukur temperatur udara masuk dan keluar telah
terhubung ke thermocouple reader serta termokopel pengukur temperatur
permukaan base plate spesimen telah terpasang dengan benar.
3.4.2 Tahap Pengujian
1. Memasang spesimen ke dalam saluran udara.
2. Menghubungkan semua termokopel dengan thermocouple reader.
3. Menyalakan heater sebagai pemanasan awal (preheating) sebesar 70 oC.
4. Menghidupkan fan hisap.
5. Mengatur kecepatan udara sebesar 0,5 m/s dengan mengatur putaran
fan menggunakan rheostat.
6. Mengatur temperatur permukaan base plate pada temperatur 60 oC.
7. Mencatat seluruh data temperatur dan beda tinggi fluida manometer
(h) setiap 15 menit sampai didapatkan temperatur steady.
8. Mencatat tegangan dan arus listrik yang disuplai ke heater dan fan
hisap.
9. Mematikan heater setelah selesai mengambil data.
10. Mematikan fan.
11. Mengulangi langkah percobaan (1) – (10) untuk variasi kecepatan
udara yang lain (1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s dan 6 m/s).
12. Mengulangi langkah percobaan (1) – (11) dengan mengganti spesimen
untuk variasi jarak antar titik pusat sirip pin arah streamwise, Sy yang
lain (30 mm, 37,5 mm dan 50 mm).
13. Mengulangi pengujian untuk spesimen tanpa sirip dengan daya
pemompaan yang sama dengan spesimen bersirip.
14. Mematikan alat setelah selesai mengambil semua data.
3. 5 Metode Analisis Data
Berdasarkan data hasil pengujian, yaitu berupa kecepatan aliran udara,
temperatur rata-rata udara masuk seksi uji, temperatur rata-rata udara keluar seksi
uji, temperatur rata-rata permukaan base plate, beda tinggi fluida manometer (h),
serta tegangan listrik dan arus listrik yang disuplai ke heater dan blower ,
selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu dengan melakukan perhitungan
terhadap:
a. Laju aliran panas dari heater listrik (Qelect)
b. Laju perpindahan panas konveksi (Qconv)
c. Koefisien perpindahan panas konveksi rata – rata (h)
d. Bilangan Nusselt (Nu)
e. Bilangan Reynolds (Re)
f. Faktor gesekan (f)
g. Unjuk kerja termal dari inline diamond pin fin assembly (η)
Setelah melakukan perhitungan besaran diatas untuk setiap variasi
berdasar data yang didapat maka selanjutnya dapat disusun grafik hubungan
antara :
a) Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (h) dengan bilangan
Reynolds ( Re )
b) Bilangan Nusselt ( Nu ) dengan bilangan Reynolds ( Re )
c) Pengaruh jarak antar titik pusat sirip pin dalam arah aliran (streamwise
direction, Sy/D) terhadap bilangan Nusselt (Nu).
d) Penurunan tekanan (DP) dengan bilangan Reynolds (Re)
e) Faktor gesekan (f) dengan bilangan Reynolds (Re)
f) Unjuk kerja termal (η) dengan bilangan Reynolds (Re).
Kemudian berdasarkan dari grafik-grafik yang disusun tersebut dapat dilakukan
analisa karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja
termal untuk setiap variasi kecepatan aliran udara (bilangan Reynolds) dan jarak
antar titik pusat sirip pin dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris (inline)
dalam saluran segiempat (rectangular channel).
3. 6 Diagram Alir Penelitian
Persiapan: Alat penelitian berupa saluran udara segiempat lengkap dengan seksi uji.
(Inline diamond pin fin assembly)
Mulai
Variasi:
· Kecepatan udara; 0,5 m/s, 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s, 5,5 m/s dan 6 m/s.
· Jarak antar titik pusat sirip pin dalam arah aliran udara (streamwise); 25 mm, 30 mm, 37,5 mm dan 50 mm.
Pengambilan data:
· Temperatur udara masuk, temperatur udara keluar dan temperatur permukaan plat dasar
· Beda tinggi fluida manometer (h) · Tegangan listrik dan arus listrik yang digunakan
Analisis data:
· Laju aliran panas dari listrik (Qelect) · Laju perpindahan panas konveksi (Qconv) · Koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (h) · Bilangan Reynolds (Re) · Bilangan Nusselt (Nu) · Faktor gesekan (f) · Unjuk kerja termal inline diamond pin fin assembly
(η)
Kesimpulan
Selesai
Hasil analisa untuk tiap variasi data
3. 7 BAB IV
3. 8 DATA DAN ANALISA
3. 9 3. 10
Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh bilangan Reynolds dan jarak antar
titik pusat sirip dalam arah aliran udara (streamwise direction) terhadap karakteristik
perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja termal dari sirip pin
diamond yang disusun segaris (inline) dalam saluran segiempat.
Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan aliran udara masuk antara 0,5 m/s
– 6 m/s, dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah aliran udara (streamwise direction)
yaitu sebesar 25 mm, 30 mm, 37,5 mm dan 50 mm. Data yang diperoleh dalam
pengujian ini, yaitu kecepatan aliran udara masuk, temperatur udara masuk seksi uji,
temperatur udara keluar seksi uji, temperatur base plate, penurunan tekanan serta
tegangan listrik dan arus listrik yang disuplai ke heater dan fan hisap. Sistem dijalankan
sampai didapatkan temperatur pada kondisi tunak pada tiap variasi pengujian. Proses
pengambilan data adalah setiap 10 menit hingga tercapai kondisi tunak.
4.1 Data Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dari hasil pengamatan temperatur udara masuk seksi uji, temperatur udara keluar
seksi uji, temperatur base plate, penurunan tekanan, kecepatan aliran udara masuk
serta tegangan listrik dan arus listrik yang disuplai ke heater dan fan hisap saat
pengujian pada kondisi steady, diperoleh data seperti pada tabel 4.1 – 4.8 di bawah ini :
Gambar 4.1 Posisi titik pengukuran temperatur udara 1. Spesimen 1
Tabel 4.1. Data hasil pengujian spesimen 1 (Sx/D = 2,95; Sy/D = 1,97)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,5 1 2 3 4 5 5,5 6
Tegangan heater (V) 39 54 68 77 88 96 98 100
Arus heater (A) 2,2 2,9 4,2 4,8 5 5,3 5,5 5,7
Tegangan fan (V) 88 108 125 140 152 170 190 200
Arus fan (A) 1,2 1,3 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,2
Beda tinggi fluida manometer (mm)
0,8 1,5 2,5 3,5 4,6 6 6,8 7,5
Tin,1 (oC) 26,4 26,3 26,3 26,2 26,1 26,2 26,3 26,2
Tin,2 (oC) 26,4 26,2 26,3 26,1 26,2 26,2 26,3 26,3
Tin,3 (oC) 26,4 26,2 26,3 26,1 26,2 26,2 26,3 26,2
Tin,rata-rata (oC) 26,4 26,2 26,3 26,1 26,2 26,2 26,3 26,2
Tbase,1 (oC) 58,8 58,3 58,4 58,5 57,6 57 57,5 56,7
Tbase,2 (oC) 59,8 60,1 61,1 57,5 59,2 58,7 58,8 58,6
Tbase,3 (oC) 59,3 59,8 60,3 59,4 58,3 58,1 58 58
Tbase,4 (oC) 57,1 56 57,8 57,2 57,5 57,5 57,4 57,4
Tbase,5 (oC) 60,9 61 60,3 60,2 59 59 59,1 59,2
Tbase,6 (oC) 60,8 60,3 60,4 59,7 60,7 60,7 60,8 61
Tbase,7 (oC) 61,5 61,4 59,4 59,2 58,2 58,2 58,1 58,2
Tbase,8 (oC) 61,4 62,2 60,9 63,3 63,2 63,8 63,4 64,2
Tbase,9 (oC) 61,6 61 61,8 65,2 66,5 67,3 67,8 68,3
Tbase, rata-rata (oC) 60,1 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 60,1 60,2
Tout,1 (oC) 37,7 36,5 36,2 32,5 32,2 32,2 31,6 30,4
Tout,2 (oC) 35,5 34,5 33,2 32,2 31,4 31,3 31,2 31,1
Tout,3 (oC) 35,4 35 33,2 33,5 32,6 32,1 32 32
Tout,4 (oC) 36 35,5 34,1 34 33,8 33 33,2 33,2
Tout,5 (oC) 37,3 36,5 36,3 35,3 34 33,2 33 32,9
Tout, rata-rata (oC) 36,4 35,6 34,6 33,5 32,8 32,4 32,2 31,9
2. Spesimen 2
Tabel 4.2. Data hasil pengujian spesimen 2 (Sx/D = 2,95; Sy/D = 2,36)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,5 1 2 3 4 5 5,5 6
Tegangan heater (V) 36 52 63 75 81 86 90 92
Arus heater (A) 2,4 3 4,2 4,7 5,2 5,7 5,8 6,1
Tegangan fan (V) 75 79 98 102 162 180 195 218
Arus fan (A) 1,2 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1
Beda tinggi fluida manometer (mm)
0,6 1,3 2 2,8 3,5 4,3 4,7 5,3
Tin,1 (oC) 26,2 26,1 26,2 26 26,2 26,2 26,1 26
Tin,2 (oC) 26,3 26 26,2 25,9 26,1 26,3 26,2 26
Tin,3 (oC) 26,3 26 26,2 26 26,2 26,1 26,1 26
Tin,rata-rata (oC) 26,3 26,0 26,2 26,0 26,2 26,2 26,1 26,0
Tbase,1 (oC) 58,6 58,3 58,8 58,2 59,8 60,4 60,4 59,6
Tbase,2 (oC) 60 62,4 62,8 58,5 55,7 56,6 64,4 64,1
Tbase,3 (oC) 60,6 61,2 62 62,4 63,5 64,3 64,2 63,5
Tbase,4 (oC) 59,1 58,6 58,6 58,6 59,3 59 57,4 57
Tbase,5 (oC) 59,5 59 58,9 59,2 59,5 59,5 58,4 58,3
Tbase,6 (oC) 59,7 58,8 57,9 57,4 57,1 57,1 57,6 57,8
Tbase,7 (oC) 62,4 62,2 62,3 64,5 62,7 62,4 60,8 62
Tbase,8 (oC) 59,8 58,7 58 58,3 58,5 57,8 56,4 56,6
Tbase,9 (oC) 60,9 60,6 61,1 63,4 63,5 63,3 61,6 61,6
Tbase, rata-rata (oC) 60,1 60,0 60,0 60,1 60,0 60,0 60,1 60,1
Tout,1 (oC) 36,4 35 35 34,4 34,2 33,8 32,6 32,5
Tout,2 (oC) 34,5 33 31,4 30,8 30,1 30 30 29,9
Tout,3 (oC) 35,7 34,2 32,3 31 31 30,6 30,6 30
Tout,4 (oC) 37,3 36,2 34,2 33,6 33,1 32,1 32,1 31,7
Tout,5 (oC) 39,7 37,7 37,4 35,3 34 34 33,9 33,5
Tout, rata-rata (oC) 36,7 35,2 34,1 33,0 32,5 32,1 31,8 31,5
3. Spesimen 3
Tabel 4.3. Data hasil pengujian spesimen 3 (Sx/D = 2,95; Sy/D = 2,95)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,5 1 2 3 4 5 5,5 6
Tegangan heater (V) 33 38 48 58 68 77 79 80
Arus heater (A) 2 3,1 4,5 5 5,2 5,5 5,7 5,9
Tegangan fan (V) 87 90 122 140 149 172 198 215
Arus fan (A) 1,1 1,3 1,5 1,7 1,8 1,9 2 2,2
Beda tinggi fluida manometer (mm)
0,5 0,9 1,5 2,1 2,8 3,4 3,7 4,1
Tin,1 (oC) 26,2 26,2 26,1 26,3 26,3 26,2 26,3 26
Tin,2 (oC) 26,2 26,1 26 26,2 26,2 26,3 26,2 25,9
Tin,3 (oC) 26,2 26,2 26 26,2 26,3 26,3 26,2 26,1
Tin,rata-rata (oC) 26,2 26,2 26,0 26,2 26,3 26,3 26,2 26,0
Tbase,1 (oC) 54,6 54,2 53,4 53,2 53,2 52,3 52,8 52,5
Tbase,2 (oC) 57,3 56,5 55,7 56,6 56,5 54,5 55,2 54,4
Tbase,3 (oC) 59,8 59,2 58,3 58 57,8 56,6 56,7 56,7
Tbase,4 (oC) 60 60,2 60,8 62,5 62,4 60,6 61,1 61
Tbase,5 (oC) 59,5 59,4 59 59,4 59,5 58,4 58,2 58,4
Tbase,6 (oC) 60,5 59,5 58,6 59,2 59 57,7 56,6 56,5
Tbase,7 (oC) 64 64,6 66 59,5 59,8 69,6 70,9 70,7
Tbase,8 (oC) 61,9 62,2 62,9 65,6 65,9 65,1 65,9 65,9
Tbase,9 (oC) 64 64,2 64,8 66 66,1 65,1 64,1 64,9
Tbase, rata-rata (oC) 60,2 60,0 59,9 60,0 60,0 60,0 60,2 60,1
Tout,1 (oC) 33,8 33,3 32,6 32,5 32,2 31,8 31,6 31
Tout,2 (oC) 33,6 32,3 31,6 31,3 30,1 30 30 29,8
Tout,3 (oC) 33,5 33,1 31,8 31,2 30,3 30,2 30,1 30,1
Tout,4 (oC) 33,4 34,5 33,8 32,5 32,4 31,8 31,2 30,5
Tout,5 (oC) 33,8 32,7 32,5 32,1 31,8 31,5 31,5 30,8
Tout, rata-rata (oC) 33,6 33,2 32,5 31,9 31,4 31,1 30,9 30,4
4. Spesimen 4
Tabel 4.4. Data hasil pengujian spesimen 4 (Sx/D = 2,95; Sy/D = 3,94)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,5 1 2 3 4 5 5,5 6
Tegangan heater (V) 32 38 50 58 60 68 71 73
Arus heater (A) 1,8 2,5 3,4 4,1 4,8 5 5,2 5,3
Tegangan fan (V) 88 100 102 130 145 158 200 210
Arus fan (A) 1,1 1,3 1,5 1,75 1,8 1,9 2 2,2
Beda tinggi fluida manometer (mm)
0,4 0,8 1,3 1,8 2,3 2,8 3 3,3
Tin,1 (oC) 26,2 26,1 26,2 26,1 26,2 26,3 26,2 26
Tin,2 (oC) 26,2 26,1 26,3 26,2 26,1 26,3 26,2 26,1
Tin,3 (oC) 26,3 26,2 26,3 26,1 26,2 26,2 26 26
Tin,rata-rata (oC) 26,2 26,1 26,3 26,1 26,2 26,2 26,1 26,0
Tbase,1 (oC) 61,2 61,6 63,3 62,9 63 61,3 64,4 64,6
Tbase,2 (oC) 59,1 59,1 55,6 59,5 59,6 56,7 57,3 56,6
Tbase,3 (oC) 59 59,4 60,2 58,6 58,7 62,8 60,8 62,2
Tbase,4 (oC) 61 61 61,5 60,3 60,3 61 62 61,8
Tbase,5 (oC) 59,3 59 58,1 58,8 58,9 56,9 58,5 59
Tbase,6 (oC) 58,2 58 59,1 57,8 57,8 58,6 57,6 57,8
Tbase,7 (oC) 61,1 60,2 61,2 59,8 60,2 61,6 59,3 59
Tbase,8 (oC) 59,2 58,8 61,7 59,4 59,5 61,4 57 56,6
Tbase,9 (oC) 62 62,2 60,7 62,2 62,2 60,9 64,2 63,7
Tbase, rata-rata (oC) 60,0 59,9 60,2 59,9 60,0 60,1 60,1 60,1
Tout,1 (oC) 33,8 32,3 32,1 31,6 31 30,4 30,1 30
Tout,2 (oC) 32,4 31,6 31,2 31 30,2 30,1 30 29,5
Tout,3 (oC) 32,2 31 30,2 30,2 30 30 29,8 29,5
Tout,4 (oC) 32,2 31,3 31,2 30,4 30,1 29,9 29,8 29,6
Tout,5 (oC) 33,7 32,2 32,2 31,4 31,2 31 30,6 30,4
Tout, rata-rata (oC) 32,9 31,7 31,4 30,9 30,5 30,3 30,1 29,8
5. Spesimen 5
Tabel 4.5.1 Data hasil pengujian spesimen 5 (plat tanpa sirip)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,75 1,3 2,2 3,5 4,24 5,5 5,7 6,48
Tegangan heater (V) 20 25 34 38 41 48 50 52
Arus heater (A) 1 1,5 2 2,6 2,8 3 3,1 3,3
Tegangan fan (V) 88 108 125 140 152 162 190 200
Arus fan (A) 1,2 1,3 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,2
Beda tingi fluida manometer (mm)
0,3 0,5 0,7 1,3 1,5 2 2,1 2,4
Tin,1 (oC) 26,3 26 26,2 26 26 26,1 25,9 26
Tin,2 (oC) 26,2 26 26,1 26 26 26,1 25,9 26
Tin,3 (oC) 26,3 25,9 26,1 25,9 26 26,2 26 26
Tin,rata-rata (oC) 26,3 26,0 26,1 26,0 26,0 26,1 25,9 26,0
Tbase,1 (oC) 60,1 59,8 56,4 60,9 55,6 60 57,1 61,7
Tbase,2 (oC) 58,4 57,9 57,2 58,0 57,8 56,8 56,7 50,4
Tbase,3 (oC) 58,5 58 56,9 57,9 55,9 57,7 57,7 49,7
Tbase,4 (oC) 59,7 59,2 64,4 58,7 65,8 63 63,3 57,3
Tbase,5 (oC) 59,4 59,1 58,8 59,7 59,8 57,8 58,5 66,1
Tbase,6 (oC) 60,7 59,5 52,6 57,6 51,9 59 59,2 63,8
Tbase,7 (oC) 62,8 62,6 68,1 64,8 69,4 63,3 63,5 64,5
Tbase,8 (oC) 60,2 59,9 63,8 61,3 64 62,5 63,3 65,5
Tbase,9 (oC) 61,9 62,3 61,6 61,0 63 63,6 63,5 61,6
Tbase, rata-rata (oC) 60,2 59,8 60,0 60,0 60,4 60,4 60,3 60,1
Tout,1 (oC) 27,5 27,5 27,6 27,6 27,7 27,8 27,6 27,5
Tout,2 (oC) 27,1 27 27,7 27,2 27,2 27,3 27,2 27,6
Tout,3 (oC) 27,5 27,4 27,8 27,7 27,7 27,8 27,5 27,2
Tout,4 (oC) 28,6 28,6 28,8 27,8 28 28 28 27,8
Tout,5 (oC) 28,3 27,8 27,9 27,4 27,5 27,4 27,3 27,4
Tout, rata-rata (oC) 27,8 27,7 28,0 27,5 27,6 27,7 27,5 27,5
6. Spesimen 5
Tabel 4.5.2 Lanjutan Data hasil pengujian spesimen 5 (plat tanpa sirip)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,75 1,3 2,5 3,3 4,5 5,3 5,82 6,5
Tegangan heater (V) 20 23 33 36 40 44 48 53
Arus heater (A) 1,1 1,7 2,2 2,7 3 3,2 3,3 3,4
Tegangan fan (V) 75 79 98 102 147 180 195 218
Arus fan (A) 1,2 1,4 1,7 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1
Beda tingi fluida manometer (mm)
0,3 0,5 0,8 1,3 1,6 2,0 2,4 2,5
Tin,1 (oC) 26,1 25,9 26,1 26,2 26 26 26 26,1
Tin,2 (oC) 26,2 25,9 26,1 26 26 26 26,1 26,2
Tin,3 (oC) 26,2 25,8 26 25,9 25,9 26 26,1 26,2
Tin,rata-rata (oC) 26,2 25,9 26,1 26,0 26,0 26 26,1 26,2
Tbase,1 (oC) 56,6 56,6 56,4 59,8 60,8 55,6 55,6 61,7
Tbase,2 (oC) 58,5 59,2 57,2 57,9 57,4 57,8 57,8 50,7
Tbase,3 (oC) 56,1 56,4 56,9 58 57,3 55,9 55,9 49,4
Tbase,4 (oC) 63,6 64,7 64,4 59,2 59,1 65 65 56,3
Tbase,5 (oC) 60,6 58,3 58,8 59,1 59,5 59,8 59,8 66
Tbase,6 (oC) 53,9 53,4 52,6 59,5 57,1 51,9 56 63,5
Tbase,7 (oC) 66,3 67,1 68,1 62,6 65,4 69,4 68,3 64,2
Tbase,8 (oC) 64,6 63,6 63,8 59,9 61,1 64 60 65,8
Tbase,9 (oC) 61,3 61,8 61,6 62,3 61,2 62 61,8 61,4
Tbase, rata-rata (oC) 60,2 60,1 60,0 59,8 59,9 60,2 60,0 59,9
Tout,1 (oC) 27,2 27,1 27,2 27,4 27 27,3 27,5 28,5
Tout,2 (oC) 28,2 27,7 27,7 27,6 27,8 27,4 27,3 27,6
Tout,3 (oC) 27 27 27,5 27,5 26,8 27,5 27,6 27,3
Tout,4 (oC) 29,6 29,1 28,9 28,7 28,7 28,5 28,4 27,5
Tout,5 (oC) 27,3 27,3 27,2 27,5 27,3 27,2 27,3 27,4
Tout, rata-rata (oC) 27,9 27,6 27,7 27,7 27,5 27,6 27,6 27,7
7. Spesimen 5
Tabel 4.5.3 Lanjutan data hasil pengujian spesimen 5 (plat tanpa sirip)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,8 1,4 2,3 3,5 4,55 5,5 5,8 6,5
Tegangan heater (V) 21 27 32 40 42 45 48 51
Arus heater (A) 1 1,5 2,2 2,6 3 3,2 3,3 3,5
Tegangan fan (V) 87 90 122 140 149 172 198 215
Arus fan (A) 1,1 1,3 1,5 1,7 1,8 1,9 2 2,2
Beda tingi fluida manometer (mm)
0,3 0,5 0,75 1,5 1,8 2,1 2,3 2,5
Tin,1 (oC) 26 26,2 26,1 26,1 26 26 26 26
Tin,2 (oC) 26 26,1 26,1 26 26 26 26 26
Tin,3 (oC) 26 26 26 26 26 26 26 26
Tin,rata-rata (oC) 26,0 26,1 26,1 26,0 26,0 26,0 26,0 26,0
Tbase,1 (oC) 60,4 60,2 56,6 60,8 60,9 60 55,6 60
Tbase,2 (oC) 58,4 58,6 57,1 57,4 57,7 56,8 57,8 56,8
Tbase,3 (oC) 58,5 58,3 57 57,3 57,6 57,7 55,9 57,6
Tbase,4 (oC) 59,9 60 64,5 59,1 59,4 63 65 62,9
Tbase,5 (oC) 59,4 59,5 58,8 59,5 59,7 57,8 59,8 57,8
Tbase,6 (oC) 60,7 61,1 52,6 57,1 57,4 59 51,9 59
Tbase,7 (oC) 63 62,8 68,3 65,4 65,5 63,3 69,4 63,2
Tbase,8 (oC) 60,2 60,4 63,6 61,1 61,4 62,5 64 62,5
Tbase,9 (oC) 62,9 62,5 61,7 61,2 61,5 63,6 62 63,5
Tbase, rata-rata (oC) 60,4 60,4 60,0 59,9 60,1 60,4 60,2 60,4
Tout,1 (oC) 27,8 28 28,1 27,2 27,3 27,3 27,3 27,5
Tout,2 (oC) 27,4 27,6 28 27,5 27,5 27,3 27,4 27,6
Tout,3 (oC) 27,7 28,2 27,1 27,5 27,4 27,5 27,6 27,3
Tout,4 (oC) 27,3 27,2 28,2 28,1 28 27,5 27,8 27,8
Tout,5 (oC) 27,2 27,6 28,2 28,2 27,7 28,3 28 27,5
Tout, rata-rata (oC) 27,5 27,7 27,9 27,7 27,6 27,6 27,6 27,5
8. Spesimen 5
Tabel 4.5.4 Lanjutan Data hasil pengujian spesimen 5 (plat tanpa sirip)
Kecepatan aliran udara (m/s)
0,9 1,5 2,55 3,53 4,62 5,38 5,73 6,35
Tegangan heater (V) 20 28 33 40 43 47 48 50
Arus heater (A) 1,1 1,4 2,2 2,5 3 3,1 3,3 3,4
Tegangan fan (V) 88 100 102 130 145 158 200 210
Arus fan (A) 1,1 1,3 1,5 1,75 1,8 1,9 2 2,2
Beda tingi fluida manometer (mm)
0,4 0,5 0,9 1,5 1,8 2 2,3 2,4
Tin,1 (oC) 26,2 26,2 26,1 26 26 26 26 26
Tin,2 (oC) 26,1 26 26,1 26,1 26 26 25,9 26,1
Tin,3 (oC) 26 25,9 26 26 26 25,9 25,9 26,1
Tin,rata-rata (oC) 26,1 26,0 26,1 26,0 26,0 26,0 25,9 26,1
Tbase,1 (oC) 60,4 59,8 60,5 56,2 60,8 60,8 59,9 61,6
Tbase,2 (oC) 58,4 57,9 58,4 58,2 57,5 57,5 56,9 53,1
Tbase,3 (oC) 58,5 58 58,4 56,7 57,4 57,5 57,6 49,4
Tbase,4 (oC) 59,9 59,2 58,7 64,4 59,1 59,1 63 56
Tbase,5 (oC) 59,4 59,1 58,7 58,8 59,7 59,5 57,8 66
Tbase,6 (oC) 60,7 59,5 57,7 52,6 57,2 57,2 59,2 63,3
Tbase,7 (oC) 63 62,6 63,2 68,1 65,4 65,4 63,1 63,7
Tbase,8 (oC) 60,2 59,9 59,8 63,8 61,4 61,3 62,4 65,4
Tbase,9 (oC) 62,9 62,3 61,6 61,6 61,4 61,2 63,3 61,5
Tbase, rata-rata (oC) 60,4 59,8 59,7 60,0 60,0 59,9 60,4 60,0
Tout,1 (oC) 27,5 27,8 27,8 27,4 27,7 27,9 27,7 27,2
Tout,2 (oC) 27,3 27,5 27,7 27,5 27,4 27,4 27 27,1
Tout,3 (oC) 27,4 27,4 27,8 27,7 27,6 27,6 27,5 28,4
Tout,4 (oC) 27,6 27,3 27,6 28,2 27,7 27,4 27,4 27,8
Tout,5 (oC) 28 27,6 27,6 27,8 27,5 27,6 28,4 27,9
Tout, rata-rata (oC) 27,6 27,5 27,7 27,7 27,6 27,6 27,6 27,7
4.2. Perhitungan Data
Berikut contoh perhitungan untuk spesimen 1 dan spesimen 5
Data spesimen dan seksi uji:
Panjang seksi uji (Lt) = 250 mm = 0,25 m
Tinggi sirip (H) = 75 mm = 0,075 m
Sisi-sisi sirip diamond (S) = 12,7 mm x 12,7 mm
= 0,0127 m x 0,0127 m
Panjang spesimen (L) = 200 mm = 0,2 m
Lebar spesimen (Wb) = 150 mm = 0,15 m
Contoh perhitungan
1. Spesimen 1 (Sx/D = 2,95; Sy/D = 1,97) pada kecepatan aliran udara 0,5 m/s
Data hasil pengujian:
Tegangan heater = Vh = 39 V Tin, rata-rata = inT = 26,4 oC = 299,4 K
Arus heater = Ih = 2,2 A Tout,, rata-rata = outT = 36,4 oC = 309,4 K
Tegangan fan = Vf = 88 V Tbase, rata-rata = bT = 60,1 oC = 333,1 K
Arus fan = If = 1,16 A
Beda ketinggian fluida manometer = h = 0,8 mm
· Pumping power
jcosIVP fffan ..=
= 88 V x 1,16 A x 0,8
= 81, 664 W
· Temperatur film
( )
2outin
f
TTT
+=
( )
2K309,44,992 +
=
K4,304=
· Properti udara
ρ@299,4 = 1,1641996 (tabel Incropera)
( ) 24 10]2107,78185,9[ xTTxxC outinp ++= -
24 10]4,304107,78185,9[ xxx -+=
kg.KJ1005,2888=
( ) 32 10]210495,77415,3[ -- ++= xTTxxk outin
32 10]4,30410495,77415,3[ --+= xxx
m.KW 0,02655628=
( ) 62 10]210483,49934,4[ -- ++= xTTxx outinm
62 10]4,30410483,49934,4[ --+= xxx
m.skg0,00001864=
· Luas penampang melintang saluran udara
bWHA .=
m0,15xm0,075=
2m0,01125=
· Luas total permukaan perpindahan panas
As = Wb.L + 2(a+b).H.Nf – (a.b).Nf
28m)(0,0127-28x075,0)0127,00127,0(2m0,2xm0,15 2 xxmm ++=
2m0,132=
· Diameter hidrolik saluran udara
PA
Dh
4=
( )b
b
WHWH+
=2
..4
( )m0,15m0,075x2m0,15xm0,075x4
+=
m0,1=
· Laju aliran panas dari heater
jcos.I.VQ hhelect =
0,8xA2,2xV39=
Watt68,64=
· Laju aliran massa udara
VAm ..r=&
sm0,5xm01125,0xmkg1641996,1 23=
skg0,00655=
· Laju perpindahan panas konveksi
( )inoutpconv TTCmQ -= ..&
( )K299,4309,4xkg.KJ1005,2888xskg0,00655 -=
W85,65=
· Heat losses yang terjadi pada seksi uji
%100x
Q
QQQ
conv
convelectloss
-=
%100xW85,65
W85,6568,64W -=
%2,4=
· Koefisien perpindahan panas konveksi rata - rata
( )( )( )[ ]2.
..
inoutbs
inoutpa TTTA
TTCmh
+-
-=
&
( )( )( )[ ]2K4,9924,093K1,333xm132,0
K4,9924,093kg.KJ2888,0051xskg00655,02 +-
-=
.KmW4,17 2=
· Bilangan Nusselt
Ø Duct Nusselt number
k
DhNu ha .
=
m.KW0,02655628
m0,1x.KmW4,17 22
=
5,65=
· Bilangan Reynolds
Ø Duct Reynolds number
mr hDV
Re..
=
m.skg00001864,0
m0,1xsm0,5xmkg1641996,1 23
=
0,3123=
· Penurunan tekanan
hgP ..r=D
m0008,0sm81,9mkg800 23 xx=
Pa2784,6=
· Faktor gesekan
úúû
ù
êêë
é÷÷ø
öççè
æ÷÷ø
öççè
æ=
2
Δ2V
ρD
L
Pf
h
t
( )úúû
ù
êêë
é÷÷ø
öççè
æ÷÷ø
öççè
æ=
2sm5,0
mkg1641996,1m1,0m25,0
Pa,278462
3 x
257,17=
2. Spesimen tanpa sirip pada pumping power = 81,664 W
Data hasil pengujian:
Tegangan heater = Vh = 20 V Tin, rata-rata = inT = 26,3 oC = 299,3 K
Arus heater = Ih = 1 A Tout,, rata-rata = outT = 27,8 oC = 300,8 K
Tegangan fan = Vf = 88 V Tbase, rata-rata = bT = 60,2 oC = 333,2 K
Arus fan = If = 1,16 A
Beda tekanan ketinggian fluida manometer = h = 0,25 mm
· Temperatur film
( )
2outin
f
TTT
+=
( )
2K8,3003,992 +
=
= 300,1 K
· Properti udara
ρ@299,3K = 1,164821733 kg/m3 (tabel Incropera)
( ) 24 10]2107,78185,9[ xTTxxC outinp ++= -
24 10]1,300107,78185,9[ xxx -+=
kg.KJ9577,0041=
( ) 32 10]210495,77415,3[ -- ++= xTTxxk outin
32 10]1,30010495,77415,3[ --+= xxx
m.KW026233995,0=
( ) 62 10]210483,49934,4[ -- ++= xTTxx outinm
62 10]1,30010483,49934,4[ --+= xxx
m.skg60,00001844=
· Luas penampang melintang saluran udara
bWHA .=
m0,15.m0,075=
2m0,01125=
· Luas total permukaan perpindahan panas
bs WLA .=
m0,15xm0,2=
2m0,03=
· Diameter hidrolik saluran udara
PA
Dh
4=
( )b
b
WHWH+
=2
..4
( )m0,15m0,075x2m0,15xm0,075x4
+=
m0,1=
· Laju aliran panas dari heater
jcos.I.VQ hhelect =
0,8xA1xV20=
W16=
· Laju aliran massa udara
VAm ..r=&
sm0,75xm01125,0xmkg31,16482173 23=
skg0,00983=
· Perpindahan panas konveksi
( )inoutpconv TTCmQ -= ..&
( )K299,3-300,8xkg.KJ1004,9577xskg0,00983=
W82,14=
· Heat loss yang terjadi
%100x
Q
QQQ
conv
convelectloss
-=
%100x4,82W1
W82,146W1 -=
%96,7=
· Koefisien perpindahan panas konveksi rata - rata
( )( )( )[ ]2.
..
inoutbs
inoutps TTTA
TTCmh
+-
-=
&
( )( )( )[ ]2K299,38,003K2,333xm0,03
K3,9928,003kg.KJ9577,0041xskg0,009832 +-
-=
.KmW92,14 2=
· Bilangan Reynolds
Ø Duct Reynolds number
mr hDV
Re..
=
m.skg000018446,0
m0,1xsm0,75xmkg164821733,1 23
=
1,4736=
· Bilangan Nusselt
Ø Duct Nusselt number
k
DhNu hs .
=
m.K5W0,02623399
m0,1x.KmW4,921 22
=
= 56,87
· Penurunan tekanan
hgP ..r=D
m00025,0sm81,9mkg800 23 xx=
Pa962,1=
· Faktor gesekan
úúû
ù
êêë
é÷÷ø
öççè
æ÷÷ø
öççè
æ=
2
Δ2V
ρD
L
Pf
h
t
( )úúû
ù
êêë
é÷÷ø
öççè
æ÷÷ø
öççè
æ=
2sm75,0
mkg164821733,1m1,0m25,0
,962Pa12
3 x
3956,2=
· Unjuk kerja termal pada pin-fin array
( ) psa hh=h
.KmW92,14
.KmW4,172
2
=
166,1=
4.3 Analisis Data
4.3.1. Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas
Sirip-sirip dipasang secara vertikal pada permukaan base plate sehingga
mempunyai nilai perbandingan jarak antar titik pusat sirip pin diamond dalam arah
streamwise dengan base diameter sirip (Sy/D) untuk susunan sirip segaris, Sy/D , sebesar
1,97, 2,36, 2,95 dan 3,94, sedangkan nilai perbandingan jarak antar titik pusat sirip pin
diamond dalam arah spanwise dengan base diameter, Sx/D , konstan sebesar 2,95.
Pengaruh bilangan Reynolds terhadap karakteristik perpindahan panas pada sirip-sirip
pin diamond susunan segaris dapat dilihat pada gambar 4.2. Karakteristik perpindahan
panas pada sirip-sirip pin diamond susunan segaris dapat dilihat dari hubungan antara
duct Nusselt number dan duct Reynolds number.
Gambar 4.2 Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap bilangan Nusselt
pada Sx/D = 2,95
Dari gambar 4.2 dapat dilihat bahwa bilangan Nusselt meningkat dengan kenaikan
bilangan Reynolds, hal ini terjadi pada keseluruhan nilai Sy/D, Peningkatan perpindahan
panas ini berasal dari penurunan tebal lapis batas dengan kenaikan laju aliran udara
(Bilen, 2002), Dari fenomena ini terlihat bahwa bilangan Reynolds berpengaruh kuat
pada laju perpindahan panas.
Gambar 4.3 Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap koefisien perpindahan
panas konveksi rata-rata pada Sx/D = 2,95
Dari gambar 4.3 dapat dilihat bahwa dengan kenaikan bilangan Reynolds, maka
nilai koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata (h) semakin besar. Semakin besar
nilai koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata, maka semakin besar laju
perpindahan panas konveksi yang terjadi.
Gambar 4.4 menunjukkan kelakuan bilangan Nusselt rata-rata terhadap Sy/D pada
bilangan Reynolds yang berbeda-beda untuk susunan sirip pin diamond segaris. Dari
gambar 4.4 dapat dilihat bahwa nilai Sy/D mempunyai pengaruh yang sedang (moderate
effect) terhadap perpindahan panas (Nu). Bilangan Nusselt naik sedikit dengan kenaikan
Sy/D, mencapai maksimum pada Sy/D = 2,36 dan kemudian menurun dengan kenaikan
Sy/D. Sirip-sirip pin, setelah baris pertama dari susunan sirip, adalah dalam jalur turbulen
dari aliran bagian depan sirip-sirip pin (upstream pin fins). Untuk nilai Sy yang sedang
(moderate), koefisien konveksi yang berkaitan dengan aliran di baris sirip bagian
belakang (downstream row) dipertinggi sebagai hasil aliran turbulen. Akan tetapi, untuk
nilai Sy yang kecil, baris-baris di bagian depan (upstream rows) akan menghalangi laju
aliran udara pada baris-baris di bagian belakang (downnstream rows) dan laju
perpindahan panas akan berkurang (Babus’Haq, R.F., 1995). Sehingga, lintasan aliran
yang diinginkan (prefered flowpath) dalam jalur antara sirip-sirip pin, sangat banyak
permukaan sirip-sirip pin tidak terkena aliran utama (main flow) terutama pada baris-
baris bagian belakang. Untuk susunan segaris, lintasan dari aliran utama lurus.
Koefisien perpindahan panas konveksi (h) akan meningkat seiring dengan semakin
kecil jarak antar titik pusat sirip pin dalam arah streamwise (Sy) atau semakin banyak
sirip pin yang dipakai sampai pada nilai tertentu dan mencapai maksimal dimana
penambahan sirip pin lebih lanjut atau nilai Sy yang semakin kecil akan menurunkan
koefisien perpindahan panas konveksinya.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1,75 2,25 2,75 3,25 3,75 4,25 4,75
Sy/d
Nu
3139
6290
12576
18888
25192
31483
34664
37847
Re
Gambar 4.4 Grafik pengaruh nilai Sy/D terhadap bilangan Nusselt
pada Sx/D = 2,95
Dari data-data penelitian ini dapat diperoleh korelasi matematis untuk
karakteristik perpindahan panas dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris. Korelasi
antara bilangan Nusselt (Nu) dengan bilangan Reynolds (Re), jarak antar titik pusat sirip
(Sy) dan panjang spesimen uji (L) adalah sebagai sebagai berikut :
Nu = 0,345 Re 0,687 (Sy/L)-0,125 (4.1)
Korelasi perpindahan panas pada persamaan (4.1) berlaku valid untuk range bilangan
Reynold 3.123 ≤ Re ≤ 37.847, L/Dh = 2 dan 1,97 ≤ Sy/D ≤ 3,94
4.3.2. Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Karakteristik Penurunan Tekanan
Pengaruh bilangan Reynolds dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah
streamwise terhadap penurunan tekanan (pressure drop) dan faktor gesekan dari sirip-
sirip pin diamond susunan segaris berturut-turut dapat dilihat pada gambar 4.5 dan 4.6.
Kelakuan penurunan tekanan (DP) terhadap bilangan Reynolds (Re) serupa dengan hasil
penelitian yang dilakukan oleh Yang et al (2007). Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa
penambahan sirip-sirip pin diamond dengan susunan segaris, menyebabkan penurunan
tekanan (pressure drop) yang signifikan dibandingkan dengan permukaan tanpa sirip-
sirip (smooth surface). Kelakuan faktor gesekan terhadap bilangan Reynolds pada
gambar 4.6 serupa dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Kakac et al (1987). Nilai
penurunan tekanan (DP) dan faktor gesekan (f) akan semakin menurun dengan kenaikan
nilai Sy/D. Hal ini disebabkan dengan semakin besar nilai Sy/D, maka jumlah sirip-sirip pin
diamond akan semakin berkurang, sehingga tahanan terhadap aliran udara (resistance
to flow) akan semakin berkurang (Bilen, 2002).
Gambar 4.5 Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap penurunan tekanan
pada Sx/D = 2,95.
Dari gambar 4.6 dapat dilihat bahwa nilai Sy/D lebih berpengaruh dibandingkan
bilangan Reynolds terhadap nilai faktor gesekan (f). Hal ini menunjukkan bahwa
kenaikan faktor gesekan (f) seiring dengan berkurangnya nilai Sy/D pada dasarnya
disebabkan karena meningkatnya luas permukaan halangan dan efek halangan
(blockage effect) akibat kenaikan jumlah sirip-sirip pin diamond.
Gambar 4.6 Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap faktor gesekan
pada Sx/D = 2,95
Dari data-data penelitian dapat dibuat korelasi matematis antara faktor gesekan (f) yang
dihasilkan oleh sirip-sirip pin diamond susunan segaris dengan bilangan Reynolds (Re),
jarak antar titik pusat sirip (Sy) dan panjang spesimen uji (L) sebagai berikut
f = 3,083E5Re-1,132Sy/L-1,043 (4.2)
Korelasi faktor gesekan pada persamaan (4.2) berlaku valid untuk range bilangan
Reynolds 3.123 ≤ Re ≤ 37.847, L/Dh = 2 dan 1,97 ≤ Sy/D ≤ 3,94
4.3.3. Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah Streamwise Terhadap Unjuk Kerja Termal
Dari data penelitian dapat diambil kesimpulan mengenai pengaruh bilangan
Reynolds dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah streamwise terhadap unjuk kerja
umum dari sistem dan dapat dievaluasi perolehan energi netto karena penambahan
sirip-sirip. Peningkatan perpindahan panas disertai oleh kenaikan penurunan tekanan
yang signifikan, dimana dapat mengeliminasi perolehan energi karena peningkatan laju
perpindahan panas. Untuk tujuan aplikasi praktis, analisis unjuk kerja termal menjadi
sebuah pemikiran yang berguna untuk menentukan perolehan energi netto karena
adanya penambahan sirip-sirip.
Gambar 4.7 Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap unjuk kerja termal
pada Sx/D = 2,95
Pada gambar 4.7 menunjukkan hubungan antara unjuk kerja termal (h) dengan
bilangan Reynolds (Re) pada nilai Sy/D yang berbeda-beda untuk sirip-sirip pin diamond
susunan segaris. Perlu ditekankan lagi disini bahwa untuk perolehan energi netto yaitu
untuk perpindahan panas yang efektif, nilai h harus lebih besar dari 1 (batas ambang
perolehan energi). Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa nilai h menurun dengan
kenaikan bilangan Reynolds (Re), dimana nilai h bervariasi antara 0,77 dan 1,22 untuk
keseluruhan Sy/D dan Re yang diteliti. Untuk Sy/D > 1,97 dan Re > 25.000, nilai h lebih
kecil dari 1 dan bervariasi antara 0,77 dan 0,99. Ini berarti bahwa pemakaian sirip-sirip
pin diamond susunan segaris dengan Sy/D > 1,97 untuk Re > 25.000 akan menyebabkan
kehilangan energi daripada perolehan energi. Untuk Sy/D = 3,94, nilai h lebih kecil dari 1
untuk keseluruhan Re dan bervariasi antara 0,77 dan 0,94, ini berarti bahwa pemakaian
sirip-sirip pin diamond susunan segaris dengan Sy/D = 3,94 akan menyebabkan
kehilangan energi daripada perolehan energi. Nilai h lebih besar dari 1 hanya untuk Sy/D
= 1,97 pada Re < 18.830, Sy/D = 2,36 pada Re < 25.000, dan Sy/D = 2,95 pada Re < 3.150.
Sehingga direkomendasikan untuk memperbaiki efisiensi dari suatu sistem
dengan menggunakan sirip-sirip pin diamond susunan segaris dibatasi pada spesifikasi
Sy/D = 1,97 pada Re < 18.830, Sy/D = 2,36 pada Re < 25.000, dan Sy/D = 2,95 pada Re <
3.150. Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa pada Sy/D = 2,36 menghasilkan unjuk kerja
termal yang paling tinggi untuk keseluruhan Re, sehingga direkomendasikan
penggunaan sirip-sirip pin diamond susunan segaris dengan nilai Sy/D = 2,36 untuk
memperbaiki efisiensi suatu sistem. Perolehan energi netto dapat dicapai hingga 22%
untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.123.
3. 11 BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisis data dan pembahasan, dapat diambil kesimpulan mengenai
pengujian karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta unjuk kerja
termal dari sirip-sirip pin diamond susunan segaris dalam saluran segiempat sebagai
berikut :
1. Sirip-sirip pin diamond susunan segaris meningkatkan laju perpindahan panas dari
permukaan base plate sebagai hasil dari kenaikan luasan permukaan perpindahan
panas dan turbulensi, tetapi dengan mengorbankan penurunan tekanan (pressure
drop) yang lebih besar dalam saluran segiempat.
2. Kenaikan bilangan Reynolds (Re) meningkatkan laju perpindahan panas, tetapi
kenaikan nilai Sy/D meningkatkan perpindahan panas hingga Sy/D = 2,36 setelah itu
kenaikan nilai Sy/D lebih lanjut akan menyebabkan penurunan laju perpindahan
panas.
3. Penurunan tekanan dan faktor gesekan (f) meningkat seiring dengan berkurangnya
nilai Sy/D.
4. Kenaikan bilangan Reynolds (Re) akan menurunkan unjuk kerja termal (h) untuk
keseluruhan nilai Sy/D.
5. Sirip-sirip pin diamond susunan segaris dapat mencapai perolehan energi netto
hingga 22% untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.123.
5.2 Saran
Berdasarkan pengalaman yang diperoleh dari penelitian tentang pengujian
karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan pada sirip-sirip pin diamond
susunan segaris dalam saluran segiempat ini, direkomendasikan beberapa saran sebagai
berikut :
1. Menggunakan data akusisi agar pengambilan data temperatur menjadi lebih mudah
dan akurat.
2. Peningkatan kualitas pendingin ruangan dan pengadaan pemanas ruangan agar
temperatur ruangan yang dikehendaki untuk pengambilan data dapat tercapai
dalam semua kondisi cuaca.
3. Perlu adanya pengembangan penelitian mengenai pengaruh variasi geometri, jarak
antar titik pusat pin terhadap perpindahan panas dan penurunan tekanan serta
unjuk kerja termal.
DAFTAR PUSTAKA
Babus’, R.F., Akintunde, K., and Probert, S.D., 1995, Thermal Performance of a Pin Fin Assembly, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 16, pp. 50 – 55.
Bilen Kadir, Akyol Ugur, Yapici Sinan, 2002, Thermal Performance Analysis of A Tube Finned Surface, Energy Conversion & Management, Vol. 26, pp. 321-333.
Chyu, M.K., Hsing, Y.C., and Natarajan, V., 1998, Convective heat transfer of cubic fin arrays in a narrow channel, ASME Journal of Turbomachinery, Vol. 120, pp. 362-367
Hwang, J.J., Lui, C.C., 1999, Detailed heat transfer characteristic comparison in straight and 90-deg turned trapezoidal ducts with pin-fin arrays, Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 42, pp. 4005-4016
Incropera, F.P., DeWitt, D.P., 2007, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Ed, John Willey and Sons, New York
Jeng., M.T., 2006, Thermal performance of in-line diamond-shaped pin fins in a rectangular duct, International Communications in Heat and Mass Transfer , Vol 33, pp. 1139–1146
Kakac, S., Shah, R.K., and Aung, W., 1987, Handbook of Single Phase Convective Heat Transfer, John Wiley and Sons, New York.
Krauss, A.D., Aziz, A. and Welty, J., 2006, Extended Surface Heat Transfer, 5th Ed, John Wiley & Son, Inc., England
Lyall, M.E., 2006, Heat Transfer from Low Aspect Ratio Pin Fins, M.S. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia
Naik.S., Propert, SD, Shilston, MJ, 1987, Forced convective steady state heat transfer from shrouded vertically fin arrays, aligned paralel to an undisturbed air stream, Applied Energy, Vol. 26, pp. 137-158
Naphon, P. and Sookkasem, A.,2007, Investigation on heat transfer characteristics of tapered cylinder pin fin heat sinks, Energy Conversion and Management, Vol 48, pp2671–2679
Tanda, G.,2000, Heat transfer and pressure drop in a rectangular channel with diamond-shape elements, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 44, pp.3529-3541
Yang, K.S., Chu, W.H., Chen, I.Y., and Wang, C.C., 2007, A Comparative Study
of the Airside Performance of Heat Sinks having Pin Fin Configurations,
International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 4661–4667.