bab iii metode penelitian -...

27 Anisa Fitri Mandagi, 2017 PENINGKATAN HEAT TRANSFER MENGGUNAKAN NANOFLUIDA (AIR-ETHYLENE GLYCOL)-ZIRCONIUM DIOXIDE UNTUK APLIKASI PADA RADIATOR Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode studi literatur dan eksperimen.

Nanopartikel yang digunakan adalah Zirkonium Dioksida (ZrO2) disuspensikan

kedalam fluida dasar campuran air dan Ethylene glycol. Karakterisasi yang digunakan

untuk nanopartikel adalah X-Ray Diffractometer (XRD) dan Surface Area. Sedangkan

karakterisasi yang digunakan untuk nanofluida adalah potensial zeta, viskositas dan

Critical Heat Flux (CHF). Nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan diaplikasikan pada

rangkaian alat radiator dengan variasi konsentrasi dengan tujuan menguji efektivitas

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 yang digunakan sebagai fluida kerja menggantikan fluida

konvensional.

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Bahan, Pusat Sains dan Teknologi

Terapan (PSTNT), BATAN, yang beralamat di Jalan Tamansari No. 71, Coblong, Lb.

Siliwangi, Bandung, Jawa Barat 40132. Penelitian ini dilakukan sejak 9 Januari-30

Juni 2017.

3.2. Desain Penelitian

Dalam melaksanakan penelitian, diagram alir penelitian yang sistematis dan

tepat diperlukan agar tujuan dari sebuah penelitian dapat tercapai. Diagram alir

penelitian yang menjelaskan tahapan-tahapan kegiatan penelitian dapat dilihat pada

Gambar 3.1.

28

Anisa Fitri Mandagi, 2017 PENINGKATAN HEAT TRANSFER MENGGUNAKAN NANOFLUIDA (AIR-ETHYLENE GLYCOL)-ZIRCONIUM DIOXIDE UNTUK APLIKASI PADA RADIATOR Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Gambar 3.1. Diagram Penelitian

29


3.3. Alat dan Bahan

Pada penelitian ini dibutuhkan berbagai macam peralatan dan bahan yang

menunjang tercapainya tujuan. Mulai dari proses pembuatan nanofluida, karakterisasi

hingga pengujian. Adapun peralatan dan bahan yang digunakan dalam proses

penelitian ini adalah

3.3.1. Alat

Peralatan yang digunakan secara umum diantaranya sebagai berikut,

1) Neraca digital

2) Ultrasonic bath

3) Kertas timbang

4) Botol kaca ukuran 150 ml

5) PH meter

6) Gelas ukur

3.3.2. Bahan

Pada penelitian ini nanopartikel yang digunakan adalah Zirconium Dioxide

(ZrO2) yang telah disintesis oleh peneliti sebelumnya menggunakan metode sol gel.

Untuk mengetahui struktur kristalit dan ukuran kristalit dari partikel ZrO2 maka

dilakukan karakterisasi menggunakan X-Ray Diffarction (XRD) dan surface

area.Hasil karakterisasi XRD dari serbuk ZrO2 yang ditunjukkan pada Gambar 3.2

yang diperoleh dari peneliti sebelumnya, yang kemudian dianalisis menggunakan

data JCPDS 37-1484.

Gambar 3.2 menunjukkan pola difraksi sinar-X dari sampel ZrO2.

Berdasarkan data diperoleh kesesuaian antara kurva yang dihasilkan dengan data

JCPDS file no 88-2390 yang terdapat pada Lampiran A, profil XRD menunjukkan

beberapa puncak pada sudut 2θ yaitu 24,14500, 28,2550

0, 35,3650

0, 35,812

0, 55

0 dan

600 yang mengindikasikan keberadaan kristal ZrO2 berstuktur monoklinik. Nilai hkl

dari sudut-sudut tersebut adalah (1 1 0), (1 1 1), (0 2 0), (1 0 2), (3 1 0), dan (3 0 2).

30


Gambar 3.2. Kurva X-Ray Diffraction Nanopartikel ZrO2

Berdasarkan analisis XRD menggunakan software Match menunjukkan bahwa

sistesis ZrO2 telah terbentuk secara sempurna. Dari salah satu puncak tertinggi ZrO2

dari data peak list pada XRD dapat diketahui ukuran kristal yang terbentuk. Tabel 4.1

menunjukkan besar ukuran kristal ZrO2. Berdasarkan persamaan 4.1 yang

menjelaskan persamaan Full Widht at Half Maximum (FWHM), maka ukuran kristalit

ZrO2 dapat diketahui menggunakan persamaan 4.2.

√ (4.1)

(4.2)

Tabel 3.1.

Ukuran kristal ZrO2.

W (2) FWHM (rad) 2 (m) d (nm)

0,4681 0,0096 28,17 1,5405 14,69

31


Untuk mendukung ukuran kristalit ZrO2 dari karakterisasi XRD, maka

dilakukan karakterisasi luas permukaan partikel menggunakan alat Instrument

Quanthachrome NovaWin versi 11.03. Berdasarkan karakterisasi luas permukaan

partikel ZrO2 ditunjukan bahwa surface area dari ZrO2 adalah 66,463 m2/g. Hasil

tersebut merupakan luas permukaan partikel dalam 1 gram yang terukur. Diketahui

massa jenis dari ZrO2 adalah sebesar 6,52 g/cm3. Dari data luas permukaan maka

dapat diketahui ukuran kristal dari partikel ZrO2 menggunakan persamaan (2.6), yaitu

13,80 nm. Hasil tersebut mendekati ukuran kristal yang dianalisis dari puncak

tertinggi pada XRD, yaitu 14,69 nm. Pengukuran tersebut menunjukkan bahwa

ukuran partikel ZrO2 yang digunakan telah masuk kedalam skala nanometer sehingga

ZrO2 yang digunakan dapat dikategorikan sebagai nanopartikel.

Tabel 3.2.

Perbandingan ukuran kristal ZrO2 menggunakan XRD dan surface area.

Analisis Ukuran partikel (nm)

X-Ray Diffraction 13,80

Surface Area Meter 14,69

Fluida dasar yang digunakan merupakan campuran antara air distilasi atau

aquades dan ethylene glycol dengan perbandingan 50:50 (% vol). Penggunaan

aquades bertujuan agar tidak terjadi pertukaran ion-ion dalam nanofluida sehingga

nanofluida lebih stabil dan pH nanofluida tidak berubah.

3.4. Prosedur

3.4.1 Preparasi Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

Tahap pertama yang dilakukan dalam preparasi sampel adalah menyiapkan

semua peralatan yang akan digunakan dan memastikannya dalam keadaan bersih.

Gambar 3.3 memperlihatkan empat variasi berat nanopartikel ZrO2 yaitu 0,05 gram,

0,1 gram, 0,3 gram, dan 0,5 gram. Kemudian nanopartikel yang telah ditimbang

dilarutkan dalam 100 ml fluida dasar berupa 50 ml air distilasi dan 50 ml ethylene

32


glycol. Pelarutan langsung dilakukan didalam botol kaca untuk mencegah

berkurangnya konsentrasi nanopartikel dan tercampurnya dengan partikel lain.

Gambar 3.3. Penimbangan berat nanopartikel ZrO2, a) 0,05 g, b) 0,1 g, c) 0,3 g,

dan d) 0,5 g.

Setelah nanopartikel ZrO2 dicampurkan kedalam fluida dasar (Air-Ethylene

Glycol), nanofluida dimasukkan kedalam ultrasonic bath selama 60 menit agar

nanopartikel tersuspensi merata dalam fluida dasar dan tidak terjadi penggumpalan

didalam fluida. Ultrasonifikasi atau proses ultrasonik merupakan penggetaran

nanofluida menggunakan gelombang ultra sound untuk memecah agreasi sehingga

nanofluida terdispersi dengan baik. Alat yang digunakan dalam proses ini adalah

ultrasonic bath yang terdapat dalam Laboratorium Fisika Bahan, PSTNT, BATAN

Bandung. Sistem koloid cenderung akan mengalami aglomerasi atau pengendapat,

oleh karena itu proses ultrasonik dilakukan sebelum pengamatan dan sesaat sebelum

pengujian. Mekanismenya adalah memasukan botol kaca berisi nanofluida kedalam

ultrasonic bath yang berisi air sampai botol terendam sebagian, kemudian alat

ultrasonic bath dioperasikan selama 60 menit. Proses ultrasonik dapat dilihat pada

Gambar 3.4.

33


Gambar 3.4. Proses ultrasonik nanofluida (Air-EG)-ZrO2 selama 60 menit.

PH nanofluida (Air-EG)-ZrO2 diukur menggunakan Vibro Viscometer pada setiap

variasi konsentrasi. Tabel 3.3 menunjukkan pengukuran pH nanofluida (Air-EG)-

ZrO2. PH nanofluida (Air-EG)-ZrO2 dikondisikan pada pH netral yaitu 7,7-7,8.

Sehingga nanofluida (Air-EG)-ZrO2 dapat diaplikasikan sebagai fluida kerja pada

sistem heat transfer radiator.

Tabel 3.3. Nilai pH Nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

Konsentrasi (% vol) pH

0,05 7,8

0,1 7,727

0,3 7,740

0,5 7,741

PH merupakan salah satu karakteristik penting untuk nanofluida karena akan

mempengaruhi kestabilan dari fluida. Banyak penelitian tentang nanofluida yang

tidak memperhatikan pH nanofluida. Seperti penelitian eksperimental tentang heat

transfer radiator mobil menggunakan nanofluida air-ZnO (Ali, dkk., 2015) dan

34


penelitian tentang heat transfer radiator mobil menggunakan nanopartikel CuO

dengan fluida dasar berupa gabungan antara air dan ethylene glycol (Heris, dkk.,

2014). Pada penelitian yang dilakukan oleh Syarif (2014), nanofluida yang memiliki

pH netral (pH diantara 5 dan 8) merupakan nanofluida yang tidak stabil. Sedangkan

nanofluida yang memiliki derajat keasaman yang tergolong pH asam dan pH basa

merupakan nanofluida yang stabil. Akan tetapi nanofluida yang memiliki pH asam

atau basa tidak bisa diaplikasikan pada sistem radiator karena akan menyebabkan

korosi dan kebocoran pada radiator.

3.4.2 Karakterisasi Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

Karaktersisasi dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat dari nanofluida.

Dilakukan berbagai karakterisasi untuk mendapatkan data yang saling melengkapi.

3.4.2.1. Stabilitas Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

Nanofluida akan mengalami sedimentasi dalam kurun waktu tertentu

tergantung pada tingkat kestabilan dari nanofluida tersebut. Stabilitas nanofluida

(Air-EG)-ZrO2 dapat diamati secara visual selama 18 hari. Setiap hari nanofluida

(Air-EG)-ZrO2 didokumentasi melalui gambar menggunakan kamera digital pada

semua variasi konsentrasi untuk melihat perubahan sedimentasi nanofluida secara

visual. Kemudian, berdasarkan gambar perubahan nanofluida yang mengalami

sedimentasi pada hari ke-6 dan hari ke-18 dapat dibandingkan. Dari kedua gambar

tersebut dapat menunjukkan perubahan ketinggian permukaan nanopartikel pada

nanofluida berkurang dari ketinggian awal yang disebabkan karena proses

sedimentasi.

3.4.2.2.Viskositas Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

Viskositas merupakan indikator tingkat kekentalan suatu koloid. Pengukuran

viskositas nanofluida sangat dipengaruhi oleh konsentrasi nanopartikel dalam fluida.

Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas adalah SV series Sine-Wave Vibro

Viscometer seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.5. Sebelum melakukan

pengukuran viskositas, nanofluida (Air-EG)-ZrO2 dipanaskan menggunakan hot plate

sampai suhu yang diinginkan lalu sampel nanofluia (Air-EG)-ZrO2 dimasukan dalam

wadah sebanyak 45 ml. Kemudian tekan tombol ‘run’ pada visible display

35


viskometer dan akan menunjukkan nilai viskositas pada setiap perubahan suhu. Lalu

mencatat setiap nilai viskositas pada setiap perubahan suhu 1oC.

Gambar 3.5. Alat untuk mengukur viskositas nanofluida (Air-EG)-ZrO2, a) sensor,

dan b) visible display.

Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, maka akan diperoleh data

viskositas nanofluida pada suhu 25oC yang dilakukan untuk setiap variasi konsentrasi

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 yang akan dikarakterisasi. Data viskositas terhadap

konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 yang telah dikarakterisasi kemudian diplot

pada grafik menggunakan software Origin 8. Dari grafik tersebut dapat dilihat

kecenderungan viskositas nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan meningkat setiap kenaikan

konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 karena bertambahnya kerapatan dalam

nanofluida.

3.4.2.3.Potensial Zeta Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

Karakterisasi potensial zeta berfungsi untuk mengetahui kestabilan dari

suspensi nanofluida. Alat yang digunakan adalah Malvern Zetasizer Nano. Prinsip

kerja pengukuran potensial zeta adalah mengukur ion-ion pada permukaan partikel.

Nanofluida yang stabil akan memiliki nilai potensial zeta ±30 mV. Partikel yang

36


memiliki nilai potensial zeta lebih besar dari 30 mV dan lebih kecil dari -30 mV akan

memiliki gaya untuk mencegah terjadinya aglomerasi pada partikel.

Gambar 3.6. Zetasizer nano dari Malvern.

Gambar 3.6 memperlihatkan alat zetasizer nano dan cuvvet. Mekanisme

karakterisasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 adalah sebagai berikut, pertama

mengaktifkan komputer yang telah tersambung ke sistem zetasizer nano, lalu buka

software potensial zeta. Selanjutnya, mengaktifkan instrumen zetasizer nano dan

tunggu selama 30 menit untuk menstabilkan laser pada zetasizer. Menyiapkan cuvvet

sebagai tempat untuk menyimpan sampel nanofluida. Lalu, memasukan sampel

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 ke dalam cuvvet sebanyak ± 375 L dan usahakan agar

tidak ada gelembung dalam cuvvet karena akan mengganggu proses pengukuran

muatan dalam fluida. Membuka tutup zetasizer sensor dengan cara menekan tombol

metalik yang terdapat dibagian atas zetasizer. Memasukan cuvvet kedalam instrument

zetasizer dan menutup kembali penutup pada zetasizer sensor. Lalu, mengaktifkan

software potensial zeta sesuai dengan petunjuk yang terdapat pada user manual.

37


Ketika selesai, zetasizer akan berbunyi dan hasil potensial zeta nanofluida (Air-EG)-

ZrO2 ditampilkan pada display software zetasizer.

Hasil pengukuran menggunakan zetasizer didapatkan tiga nilai zeta potensial

(Z1, Z2, dan Z3) untuk setiap sampel nanofluida. Kemudian dihitung rata-rata dari tiga

nilai potensial zeta tersebut ( . Hal yang sama dilakukan pada semua konsentrasi

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 0,05% vol, 0,1% vol, 0,3% vol dan 0,5% vol. Data

potensial zeta terhadap variasi konsentrasi nanofluida dianalisis menggunakan grafik

pada software Origin 8. Dari grafik tersebut dapat dilihat kecenderungan potensial

zeta nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan meningkat setiap kenaikan konsentrasi

nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

3.4.2.4. Crtitical Heat Flux Nanofluida (Air-EG)-ZrO2

. Banyak metode yang bisa digunakan untuk mengukur CHF salah satunya

dengan cara mengalirkan arus listrik pada kawat yang dimasukan kedalam nanofluida

yang dipanaskan. Mekanisme pengukuran CHF menggunakan nanofluida diawali

dengan mempersiapkan nanofluida yang akan dipanaskan diatasn hot plate sampai

mencapai titik didih. Kemudian kawat Cu dialirkan arus listrik yang berasal dari

power supply sehingga terbentuk gelembung-gelembung pada bagian permukaan

kawat. Seiring dengan bertambahnya arus listrik yang diberikan, maka akan terjadi

perbedaan suhu diantara kawat dengan nanofluida, dan terus meningkat sampai

keadaan permukaan kawat terselubungi oleh gelembung-gelembung yang

menyebabkan nanofluida tidak bisa mendekati dan membasahi permukaan luar

kawat. Sehingga mengakibatkan terjadinya titik fluks kritis panas atau CHF yang

ditandai dengan putusnya kawat. Arus listrik yang diberikan pada kawat Cu dan

tegangan yang dihasilkan dari power supply dapat diukur menggunakan multimeter

seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.7. Panjang dan diameter kawat Cu diukur

menggunakan jangka sorong dan mikrometer sekrup.

Berdasarkan data tersebut, CHF nanofluida dapat dihitung menggunakan

persamaan 2.7. Hasil pengukuran CHF pada konsentrasi berbeda kemudian dibuat

grafik menggunakan software Origin 8. Dari grafik tersebut dapat dilihat

38


kecenderungan CHF nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan meningkat setiap kenaikan

konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2. Hal tersebut disebabkan keberadaan

nanopartikel yang menempel dipermukaan kawat akan memperbesar luas permukaan

dan meningkatkan wetabilitas sehingga memperbesar perpindahan panas dari kawat

ke nanofluida.

Gambar 3.7. Multimeter pada pengukuran Critical Heat Flux (CHF).

3.4.3. Pengujian Heat Transfer Nanofluida (Air-EG)-ZrO2 Pada Radiator

Nanofluida memiliki potensi untuk diaplikasikan pada berbagai bidang salah

satunya adalah sistem pendingin pada radiator. Skema sistem heat transfer radiator

yang digunakan pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.8.

39


Gambar 3.8. Skema sistem heat transfer pada radiator.

Pada penelitian ini panas mesin yang merupakan hasil dari proses pembakaran

udara dan bahan bakar diganti dengan heater electric. Panas dari heater electric

diteruskan ke fluida kerja secara konveksi yang mengakibatkan fluida kerja menjadi

panas. Lalu fluida kerja yang panas ini disirkulasikan menggunakan pompa ke

radiator untuk didinginkan. Fluida kerja masuk ke radiator melalui upper hose lalu ke

upper tank. Selanjutnya melalui lower tank melalui tube/ pipa kapiler pada radiator.

Kemudian keluar melalui hose sebagai fluida kerja yang telah didinginkan. Fluida

kerja tersebut kembali disirkulasikan ke heater untuk menyerap panas seperti yang

telah diuraikan diatas.

Proses pembuangan panas pada fluida kerja terjadi pada bagian core radiator.

Fluida kerja yang memiliki suhu tinggi akan mengalir pada tube. Panas pada fluida

akan berpindah ke permukaan luar tube secara konduksi, lalu diteruskan ke kisi-kisi

40


radiator secara konduksi. Panas dari kisi-kisi radiator dipindahkan ke lingkungan

secara konveksi. Gambar 3.9 merupakan tampilan prototype heat transfer pada

radiator pada penelitian ini.

Gambar 3.9. Alat pengujian heat transfer radiator.

Data yang akan diamati saat pengujian adalah temperatur fluida yang masuk ke

radiator (Tin), temperatur fluida yang keluar radiator (Tout), temperatur dinding

radiator (Tw) dan laju alir fluida (u) untuk setiap fluida kerja. Proses pengujian

diawali dengan menyiapkan prototype heat transfer radiator dan fluida kerja yang

akan digunakan dalam pengujian. Dalam penelitian ini fluida kerja yang digunakan

adalah air dan nanofluida (Air-EG)-ZrO2 dengan konsentrasi 0,05-0,5% vol.

Pengukuran dilakukan secara kontinu pada temperatur inlet nanofluida pada radiator

yang dijaga tetap yaitu 60oC Nanofluida dimasukkan kedalam water bath yang

kemudian dipanaskan menggunakan heater electric. Nanofluida yang telah

41


dipanaskan lalu di pompa kedalam radiator dengan laju aliran fluida tertentu,

bersaman dengan itu kipas radiator akan menyala untuk membantu proses

pendinginan. Kemudian nanofluida akan keluar dari radiator dan kembali ke water

bath. Proses pengambilan data dilakukan dengan mengamati perubahan suhu pada

suhu inlet, suhu outlet, dan suhu pada dinding radiator. Data tersebut akan direkam

menggunakan thermocouple yang telah terintegrasi dengan data logger thermometer

sehingga data yang dihasilkan akan terekam setiap detik pada personal computer

(PC) dalam bentuk tabel. Sedangkan laju aliran fluida diukur menggunakan sensor

flow meter yang diintegrasikan dengan arduino uno. Peralatan prototype heat transfer

radiator dan spesifikasi alat yang digunakan pada penelitian ini ditunjukan pada Tabel

3.1

Tabel 3.4. Peralatan prototype heat transfer radiator.

No. Alat Spesifikasi

1. Radiator 150 cc

2. Fan (120 x 120 x 38 ) mm

3. Selang 3 inci

4. Heat electric -

5. Pompa Amara SP 1200 A

6. Termokopel Jenis-K

7. Arduino Arduino Uno

8. Data logger Data logger thermometer 4 Port

3.5. Analisis Data

Analisis data dilakukan untuk menjelaskan hasil penelitian yang telah dilakukan

berdasarkan rumusan masalah. Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi stablititas

nanofluida dan karakterisasi sifat termal nanofluida. Karakterisasi yang dilakukan

diantaranya pengamatan visual stabilitas nanofluida, pengukuran viskositas, potensial

zeta, dan Critical Heat Flux (CHF), serta dilakukan karakterisasi menggunakan alat

heat transfer radiator.

42


3.5.1. Pengaruh Konsentrasi Nanofluida (Air-EG)-ZrO2 Terhadap Karakteristik

Nanofluida

Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap karakteristik nanofluida (Air-

EG)-ZrO2 maka dilakukan karakterisasi stabilitas, viskositas, potensial zeta, dan

Critical Heat Flux (CHF) dari nanofluida (Air-EG)-ZrO2. Variasi konsentrasi

nanofluida, yaitu 0,05% vol, 0,1% vol, 0,3% vol, dan 0,5% vol. Karakteristik

stabilitas nanofluida (Air-EG)-ZrO2 dilakukan dengan cara mendokumentasikan

keadaan nanofluida (Air-EG)-ZrO2 secara visual menggunakan kamera digital setiap

harinya. Kemudian, berdasarkan dokumentasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 pada hari

ke-6 dan ke-18 dapat dilihat kecenderungan perubahan ketinggian permukaan

nanopartikel pada nanofluida berkurang dari ketinggian awal yang disebabkan karena

proses sedimentasi. Kecenderungan terjadinya sedimentasi nanofluida dipengaruhi

oleh konsentrasi nanofluida yang semakin besar Berdasarkan gambar keadaan

nanofluida (Air-EG)-ZrO2, dapat dilihat perubahan ketinggian permukaan

nanopartikel dalam fluida dasar akan berbeda tergantung konsentrasi yang dimiliki

nanofluida.

Selain stabilitas nanofluida, viskositas juga merupakan salah satu karakteristik

penting yang dimiliki nanofluida. Pengukuran viskositas nanofluida sangat

dipengaruhi oleh konsentrasi nanopartikel dalam fluida. Alat yang digunakan untuk

mengukur viskositas adalah SV series Sine-Wave Vibro Viscometer. Berdasarkan

pengukuran yang telah dilakukan, maka diperoleh data viskositas nanofluida pada

suhu 25oC yang dilakukan pada setiap variasi konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2

yang dikarakterisasi. Data viskositas terhadap konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2

yang telah dikarakterisasi kemudian diplot pada grafik menggunakan software Origin

8. Dari grafik tersebut dapat dilihat kecenderungan viskositas nanofluida (Air-EG)-

ZrO2 akan meningkat setiap kenaikan konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 karena

bertambahnya kerapatan dalam nanofluida.

Pengaruh konsentrasi terhadap karakteristik nanofluida juga dapat dilihat dari

nilai potensial zeta yang dimiliki oleh nanofluida. Karakterisasi potensial zeta

berfungsi untuk mengetahui kestabilan dari suspensi nanofluida. Alat yang digunakan

43


adalah Malvern Zetasizer Nano. Hasil pengukuran menggunakan zetasizer didapatkan

tiga nilai zeta potensial (Z1, Z2, dan Z3) untuk setiap sampel nanofluida. Kemudian

dihitung rata-rata dari tiga nilai potensial zeta tersebut ( . Hal yang sama dilakukan

pada semua konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2 0,05% vol, 0,1% vol, 0,3% vol

dan 0,5% vol. Data potensial zeta terhadap variasi konsentrasi nanofluida dianalisis

menggunakan grafik pada software Origin 8. Dari grafik tersebut dapat dilihat

kecenderungan potensial zeta nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan meningkat setiap

kenaikan konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

Salah satu kelebihan yang dimiliki oleh nanofluida adalah sifat termal yang

lebih baik dibandingkan fluida dasarnya. Karakteristik nanofluida tersebut dapat

diketahui menggunakan karakterisasi Critical Heat Flux (CHF) nanofluida

Berdasarkan hasil perhitungan nilai CHF nanofluida menggunakan persamaan 2.7

pada konsentrasi berbeda kemudian dibuat grafik menggunakan software Origin 8.

Dari grafik tersebut dapat dilihat kecenderungan CHF nanofluida (Air-EG)-ZrO2 akan

meningkat setiap kenaikan konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

3.5.2. Pengaruh Konsentrasi Nanofluida (Air-EG)-ZrO2Terhadap Heat Transfer

Pada Radiator

Konsentrasi nanopartikel dalam fluida dasar merupakan salah satu parameter

yang mempengaruhi sifat termal nanofluida. Pengukuran heat transfer pada radiator

diawali dengan memasukkan nanofluida kedalam water bath yang kemudian

dipanaskan menggunakan heater electric. Nanofluida yang telah dipanaskan lalu di

pompa kedalam radiator dengan laju aliran fluida tertentu, bersaman dengan itu kipas

radiator akan menyala untuk membantu proses pendinginan. Kemudian nanofluida

akan keluar dari radiator dan kembali ke water bath. Proses pengambilan data

dilakukan dengan mengamati perubahan suhu pada suhu inlet, suhu outlet, dan suhu

pada dinding radiator. Data tersebut akan direkam menggunakan thermocouple yang

telah terintegrasi dengan data logger thermometer sehingga data yang dihasilkan

akan terekam setiap detik pada personal computer (PC) dalam bentuk tabel

Sedangkan laju aliran fluida diukur menggunakan sensor flow meter yang

diintegrasikan dengan arduino uno. Pengukuran tersebut dilakukan pada setiap variasi

44


konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2, yaitu 0,05% vol, 0,1% vol, 0,3% vol, dan

0,5% vol dengan laju aliran dan suhu inlet dijaga tetap yaitu pada 3,3 LPM dan 60oC..

Data yang akan diamati saat pengujian adalah temperatur fluida yang masuk ke

radiator (Tin), temperatur fluida yang keluar radiator (Tout), temperatur dinding

radiator (Tw) dan laju alir fluida (u) untuk setiap fluida kerja. Untuk mengetahui heat

transfer pada radiator, data tersebut dihitung menggunakan persamaan 2.8. Hasil dari

perhitungan kemudian dianalisis dalam bentuk grafik menggunakan software Origin

8. Berdasarkan grafik tersebut dapat dilihat kecenderungan dari pengaruh konsentrasi

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 terhadap heat transfer yang berbentuk linear. Heat transfer

pada radiator akan meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi nanofluida

(Air-EG)-ZrO2.

3.5.3. Pengaruh Laju Aliran Nanofluida (Air-EG)-ZrO2 Terhadap Heat Transfer

Pada Radiator

Laju aliran fluida merupakan salah satu parameter yang dapat mempengaruhi

heat transfer pada radiator. Untuk membuktikan hal tersebut maka dilakukan

pengujian pada empat variasi laju aliran fluida kerja, yaitu 1,32 LPM, 2,2 LPM, 2,64

LPM, dan 3,3 LPM dengan suhu inlet 60oC. Konsentrasi nanofluida (Air-EG)-ZrO2

yang digunakan pada pengujian heat transfer ini adalah 0,05% vol. Setelah

nanofluida (Air-EG)-ZrO2 disiapkan lalu nanofluida dimasukkan kedalam water bath

yang kemudian dipanaskan menggunakan heater electric. Sebelum nanofluida

dialirkan menuju radiator, laju aliran fluida diatur menggunakan valve sesuai dengan

laju aliran yang diinginkan. Nanofluida yang telah dipanaskan kemudian dipompa

menuju radiator dengan laju aliran fluida tertentu, bersaman dengan itu kipas radiator

akan menyala untuk membantu proses pendinginan. Kemudian nanofluida akan

keluar dari radiator dan kembali ke water bath. Data yang akan diamati saat pengujian

adalah temperatur fluida yang masuk ke radiator (Tin), temperatur fluida yang keluar

radiator (Tout), temperatur dinding radiator (Tw) dan laju alir fluida (u) untuk setiap

fluida kerja. Data tersebut akan direkam menggunakan thermocouple yang telah

terintegrasi dengan data logger thermometer sehingga data yang dihasilkan akan

terekam setiap detik pada personal computer (PC) dalam bentuk tabel. Sedangkan

45


laju aliran fluida diukur menggunakan sensor flow meter yang diintegrasikan dengan

arduino uno.

Untuk mengetahui pengaruh laju aliran fluida terhadap heat transfer pada

radiator, maka data yang telah didapat kemudian dihitung menggunakan persamaan

2.8. Hasil dari perhitungan lalu dianalisis dalam bentuk grafik menggunakan software

Origin 8. Berdasarkan grafik tersebut dapat dilihat kecenderungan dari pengaruh laju

aliran nanofluida (Air-EG)-ZrO2 terhadap heat transfer pada radiator yang berbentuk

linear. Heat transfer pada radiator akan meningkat seiring dengan bertambahnya laju

aliran nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

Dalam rangka untuk melakukan pengujian terhadap alat penelitian yang

digunakan, pertama dibutuhkan validasi hasil dan pengecekan jenis aliran fluida pada

alat eksperimen heat transfer radiator dengan cara membandingkan bilangan tak

berdimensi dari hasil penelitian dengan teori menggunakan fluida kerja air. Secara

teori bilangan Nusselt dapat dihitung dari hubungan empirik pada aliran tubulen yang

diberikan oleh Gnielinski (dalam Heris, 2014) sebagai berikut,

Korelasi Gnielinski : (

) (

(

)

(

(3.2)

dengan Nu adalah bilangan Nusselt, Re adalah bilangan Reynolds, dan Pr adalah

bilangan Prandtl yang dapat dihitung menggunakan persamaan (2.15). Sedangkan

untuk menghitung bilangan Nusselt secara eksperimental menggunakan persamaan

(2.16). Dalam hubungan empirik Gnielinski, f adalah faktor konsentrasi yang

dihitung menggunakan persamaan yang diajukan oleh Filonenko (dalam Heris, 2014).

( (3.3)

Berdasarkan data yang diperoleh dari hasil perhitungan menggunakan

persamaan 3.1 dan 3.2, maka didapatkan hubungan antara bilangan Nu terhadap

bilangan Re dari hasil percobaan yang dibandingkan dengan korelasi Gnielinsky.

Kemudian hasil perhitungan dari bilangan Nu terhadap bilangan Re dibuat dalam

46


bentuk grafik menggunakan software Origin 8. Berdasarkan grafik tersebut dapat

dilihat kecenderungan hubungan bilangan Nu terhadap Re yang dipengaruhi oleh laju

aliran nanofluida (Air-EG)-ZrO2.

bab iii metode penelitian -...

Documents