PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN DARI STAGGERED CYLINDRICAL PIN FIN ARRAY DALAM RECTANGULAR CHANNEL

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat 

untuk memperoleh gelar 

Sarjana Teknik

 

Oleh :

Aditya HidayantoNIM : I 0404011

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA2009

PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN DARI STAGGERED CYLINDRICAL PIN FIN ARRAY DALAM 

RECTANGULAR CHANNEL

Disusun oleh :

Aditya HidayantoNIM. I0404011

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

       Wibawa Endra J., ST., MT          __Tri Istanto, ST., MT__       NIP. 197009112000031001                             NIP. 19730820200121001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari ....... tanggal ...... 2009                   

1. Rendy Adhi Rachmanto   , ST.,MT    …………………………NIP. 

2. Budi Kristiawan, ST.,MT.    ………………………...NIP. 

3. Eko Prasetyo, P. B, ST.,MT.    …………………………NIP. 19710926199903

Mengetahui:

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir    

Dody Ariawan, ST, MT     Syamsul H   adi, ST., MT      NIP .                                 NIP. 

PERSEMBAHAN

Kepada mereka yang telah berjasa, kepada mereka pula aku persembahkan hasil jerih payahku 

selama menempuh jenjang S­1 ini yaitu  sebuah skripsi yang akan menjadi karya terbesarku sehingga 

aku lulus dari Universitas Sebelas Maret ini dengan gelar Sarjana Teknik. Mereka adalah:

1. Sang   Maha  Pencipta   alam  semesta   ini   yang   telah  memberikan   berjuta   kenikmatan   kepada 

penulis, Subhanalloh…..

2. Keluarga besar Slamet Rodhi (Bapak : Slamet, Ibu : Siswarni, karena beliaulah penulis terlahir 

didunia serta cinta dan kasih merekalah penulis merasakan kasih sayang yang paling tulus.), serta 

segenap keluarga yang telah memberikan dukungan, baik spiritual maupun material.

3. Kang Very and  kang  Wahyu serta  Ivan dan  Putri, terima kasih tuk semua dukungan,  kritikan 

pedas, saran, serta bantuan yang sudah diberikan.

4. MR.3G and Prof. Bawa, yang telah mensupport segala materi Tugas Akhir serta tuk kesabaran 

dan kerja keras yang telah mereka dedikasikan untuk para mahasiswanya.

5. Segenap keluarga besar Teknik Mesin UNS.

6. Semua orang yang dekat  dan kenal dengan penulis   (mereka yang pernah bersama memberi 

pengalaman yang berarti, memberikan nasehat serta dukungan dalam kehidupan penulis ).

7. CB blalang tempurq yang senantiasa menemaniq disaat susah, sedih,  susah banget dan juga 

senang. Apapun kata orang u always be my first ride….,thanks bro..!!!

Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas dan Penurunan Tekanan dari Staggered Cylindrical Pin Fin Array dalam Rectangular Channel

Aditya HidayantoJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas MaretSurakarta, Indonesia

E­mail : hi   day_mech04@yahoo.com   

Abstrak

Penelitian ini dilakukan untuk menguji karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan serta  unjuk kerja  termal  dari  cylindrical  pin  fin  assembly  yang disusun secara selang­seling  dalam saluran segiempat Sirip­sirip pin terbuat dari bahan duralumin dengan dimensi diameter 12,7 mm dan tinggi 75 mm, dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah melintang aliran udara dibuat konstan sebesar Sx/D  =  2,95.  Parameter­parameter   dalam penelitian   ini   adalah  bilangan  Reynolds   3.000  –  37.700 berdasarkan kecepatan udara masuk rata­rata dan diameter hidrolik, dan jarak antar titik pusat sirip arah aliran udara (Sy/D = 1,97 – 3,94). 

Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa bilangan Nusselt  meningkat  dengan  kenaikan bilangan Reynolds   (Re),   tetapi   kenaikan   Sy/D   menaikkan   bilangan   Nusselt   hingga   Sy/D   =   2,36   setelah   itu kenaikan Sy/D menyebabkan bilangan Nusselt  menurun.  Nilai  penurunan  tekanan (∆ P)  dan faktor gesekan (f) menurun dengan meningkatnya Sy/D. Unjuk kerja termal meningkat dengan kenaikan Sy/D hingga Sy/D = 2,36 dan kemudian menurun dengan kenaikan Sy/D lebih lanjut. Meningkatnya bilangan Reynolds akan menurunkan unjuk kerja termal (η ) untuk keseluruhan Sy/D. Perolehan energi   netto hingga 47% dapat dicapai untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.760.

Kata kunci :  Sirip pin, bilangan Reynolds, bilangan Nusselt, faktor gesekan, unjuk kerja termal

Investigation on Heat Transfer and Friction Factor Characteristics of Staggered Cylindrical Pin Fin Array in Rectangular Channel

Aditya HidayantoMechanical Engineering Departement

Sebelas Maret UniversitySurakarta, Indonesia

E­mail : hiday_   mech04@yahoo.com   

Abstract

This research was conducted to examine the characteristics of heat transfer and pressure drop as well as the thermal performance of staggered cylindrical pin fin assembly in the rectangular channel. Pin fins were made of duralumin having the dimension of 12.7 mm diameter and 75 mm height, and the distance inter­fin picth in the spanwise direction was kept constan at Sx/D = 2.95. The parameters of this research were Reynolds number 3,000 – 37,700 based on averaged inlet air velocity and hydraulic diameter, and the distance between the inter­fin pitch in the streamwise direction (Sy/D = 1.97 – 3.94).

The research result  shown that Nusselt number increased with increasing Reynolds number, but increasing  Sy/D   increased  Nusselt   number  till   Sy/D  =  2.36  after  which   it   cause  Nusselt   number decreased.  The pressure drop (∆ P) and friction factor  (f) decreased  with  increasing  Sy/D.  Thermal performance  increased with increasing  Sy/D till  Sy/D = 2.36  and  then it decreased  with furthermore increasing of Sy/D. Increasing Reynolds number would decrease thermal performance (η ) for all Sy/D . A net energy gain up to 47 % was achieved for Sy/D = 2.36 and Re = 3,760.

Keywords :  pin fin, Reynolds number, Nusselt number, friction factor, termal performance

MOTTO

Sesungguhnya jika kamu bersyukur , pasti Kami akan menambah (nikmat) kepadamu,dan jika kamu mengingkari nikmat-Ku, maka

sesungguhnya azab-Ku sangat pedih(Q.S. Ibrahim:7)

“ Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan”(Q.S. Al-Insyirah: 6)

“Allah Ta’ala berfirman: Aku sesuai dengan persangkaan hamba-Ku terhadap-Ku dan Aku selalu bersamanya ketika dia mengingat-Ku….,

(Kitab Sahih Muslim no. 4832)

Lebih baik berani mencoba kemudian gagal daripada sukses tapi hanya dalam angan-angan,

namun kan lebih indah jika kita berani mencoba lalu berhasil

Hidup merupakan suatu pilihan, baik dan buruk hanyalah bagian dari keputusan yang kita ambil,

lakukan yang terbaik…..! lalu serahkan segalanya pada kehendak Sang Pencipta

Talk Less Do More(Class Mild)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat ALLAH SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan  rahmat dan 

Karunia­Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Skripsi “Pengujian Karakteristik 

Perpindahan   Panas   Dan   Penurunan   Tekanan   Dari   Staggered   Cylindrical   Pin   Fin   Arrays   Dalam 

Rectangular Channel” ini dengan baik.

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 pada kesempatan ini penulis ingin 

menyampaikan   rasa   terimakasih  yang  sebesar  besarnya kepada  semua pihak  yang  telah  membantu 

dalam menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada:

4. Bapak Dody Ariawan, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS Surakarta.

5. Bapak Wibawa Endra J, ST. MT, selaku Pembimbing I atas bimbingannya   hingga penulis 

dapat menyelesaikan Skripsi ini. 

6. Bapak   Tri   Istanto,   ST.   MT,   selaku   Pembimbing   II   yang   telah   turut   serta   memberikan 

bimbingan yang berharga bagi penulis.

7.Bapak Eko Surojo, ST. MT, selaku Pembimbing Akademis yang telah memberikan pengarahan 

selama menempuh studi di Universitas Sebelas Maret ini.  

8. Bapak Syamsul Hadi, ST. MT, selaku koordinator Tugas Akhir

9. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut mendidik penulis 

hingga menyelesaikan studi S1.

10. Ayah,   Ibu,  mas  Very  dan  mas  Wahyu,   Ivan,  Putri,  dan  segenap keluarga  atas  do’a   restu, 

motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

11. Rekan Skripsi : Nidum Yess dan Mbah Apras serta semua personil tim “Sirip Pin” tuk semua 

dukungan, sindiran, kritikan, serta bantuan yang sangat berarti dalam mengerjakan penelitian 

ini.

12. Dody,   Rosyid,   Eko,   Syafiq,   Ryan,   Susi,   Wisnu,   Gama   dan   semua   penghuni   malam   lab 

konversi energi yang sudah menemani waktu mengambil data.

13. Semua temen – temen penghuni teknik mesin UNS  khususnya angkatan 2004.

14. All  “Cahaya Cipta”  crew dan personil  kost  “Trida  Rock n Roll”   tuk  semua dukungannya 

selama ini.

15. 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,16 Juli  2009

 

                     Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul .............................................................................................. i

Halaman Pengesahan .................................................................................... ii

Halaman Motto ............................................................................................. iii

Halaman Abstrak  ..........................................................................................  iv

Halaman Persembahan .................................................................................. vi

Kata Pengantar .............................................................................................. vii

Daftar Isi  ...................................................................................................... ix

Daftar Tabel  ................................................................................................. xi

Daftar Gambar  ............................................................................................. xii

Daftar Notasi.................................................................................................. xiv

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  ...................................................................... 3

1.5.Sistematika Penulisan  ................................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.Tinjauan Pustaka  ........................................................................................... 5

2.2. Dasar Teori  ................................................................................................... 7

2.2.1. Sirip ...........................................................................................7

2.2.2. Sirip Pin ..........................................................................................12

2.2.3. Macam­Macam Bentuk Sirip Pin.......................................................... 13

h. Kubus ..................................................................................13

i. Silinder................................................................................... 13

j. Ellips ..................................................................................14

k. Oblong.................................................................................... 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 Assembly................................................................................. 20

2.2.7.1. Perhitungan Perpindahan Panas (Heat Transfer)  ................................... 20

2.2.7.2. Perhitungan Faktor Gesekan (Friction Factor)........................................ 25

2.2.7.3. Perhitungan Unjuk Kerja Termal Pin Fin Assembly................................ 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian  ........................................................................ 27

3.2. Spesimen Penelitian....................................................................................... 27

3.3. Alat Penelitian  .............................................................................................. 29

3.4. Pelaksanaan Penelitian .................................................................................  35

3.4.1. Tahap Persiapan  ................................................................................... 35

3.4.2. Tahap Pengujian  ................................................................................... 35

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........................................................................................... 45

4.3  Analisis Data ................................................................................................ 52

4.3.1 Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah 

Streamwise Terhadap Karakteristik Perpindahan Panas ...............................

......................................................................................................................52

4.3.2  Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah 

Streamwise Terhadap Karakteristik Penurunan Tekanan ..............................

......................................................................................................................54

4.3.3  Pengaruh Bilangan Reynolds dan Jarak Antar Titik Pusat Sirip Dalam Arah 

Streamwise Terhadap Unjuk Kerja Termal ...................................................

......................................................................................................................56

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ................................................................................................... 63

5.2. Saran  ..................................................................................................63

Daftar Pustaka  .............................................................................................. 65

Lampiran  ...................................................................................................... 66

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1. Spesifikasi spesimen penelitian ................................................ 28

Tabel 4.1.  Data hasil pengujian spesimen 1 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97). . 40

Tabel 4.2.  Data hasil pengujian spesimen 2 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97). . 41

Tabel 4.3.  Data hasil pengujian spesimen 3 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97). . 42

Tabel 4.4.  Data hasil pengujian spesimen 4 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97). . 43

Tabel 4.5.  Data hasil pengujian spesimen 5 (Sx/D = 2,95 ; Sy/D = 1,97). . 44

Tabel 4.6.  Perhitungan spesimen 1............................................................. 58

Tabel 4.7.  Perhitungan spesimen 1 (Lanjutan) ........................................... 58

Tabel 4.8.  Perhitungan spesimen 2............................................................. 59

Tabel 4.9.  Perhitungan spesimen 2 (Lanjutan) ........................................... 59

Tabel 4.10.  Perhitungan spesimen 3............................................................. 60

Tabel 4.11.  Perhitungan spesimen 3 (Lanjutan) ........................................... 60

Tabel 4.12.  Perhitungan spesimen 4............................................................. 61

Tabel 4.13.  Perhitungan spesimen 4 (Lanjutan) ........................................... 61

Tabel 4.14.  Perhitungan spesimen 5............................................................. 62

Tabel 4.15.  Perhitungan spesimen 5 (Lanjutan) ........................................... 62

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. Perbedaan­perbedaan gradien  temperatur dalam sirip............ 10

Gambar 2.4. Sebuah susunan sirip pin......................................................... 12

Gambar 2.5. Susunan sirip pin...................................................................... 13

Gambar 2.6. Perbandingan antara konfigurasi susunan staggered sirip pin kubusdan sirip pin diamond

13............................................................................................

Gambar 2.7. Perbandingan sirip pin silinder lurus dengan sirip pin silinder berfillet........ 14

Gambar 2.8.  Ukuran relatif dari circular fin, SEF dan N fin........................  14

Gambar 2.9.  Konfigurasi susunan staggered menggunakan sirip pin 

oblong   15

Gambar 2.10.  Potongan melintan sudu turbin dengan pendinginan dalam  (internal cooling)   16

Gambar 2.11.  Pin fin assembly dalam suatu saluran udara segiempat dengan clearance nol 22

Gambar 3.1.  Sketsa Spesimen Penelitian

(a) Pin yang menancap pada base plate........................................ 27

(b) Base plate ................................................................................ 27

(c) Sketsa spesimen keseluruhan .................................................. 28

Gambar 3.2.  Spesimen 2 .............................................................................. 29

Gambar 3.3.  Spesimen 3 .............................................................................. 29

Gambar 3.4.  Spesimen 4 .............................................................................. 29

Gambar 3.5.  Spesimen 5 .............................................................................. 29

Gambar 3.6.  Alat penelitian ......................................................................... 30

Gambar 3.7.  Skema alat penelitian............................................................... 30 

Gambar 3.8.  Pelurus aliran udara (flow straightener)..................................  30

Gambar 3.9.  Fan hisap..................................................................................  31

Gambar 3.10.  Heater..................................................................................... 31

Gambar 3.11.  Manometer tipe U.................................................................. 32

Gambar 3.12.  Termokopel tipe T..................................................................  32

Gambar 3.13. Posisi 3 buah termokopel untuk mengukur temperatur inlet... 32

Gambar 3.14 Posisi 5 buah termokopel untuk mengukur temperatur outlet  32

Gambar 3.15 Pemasangan termokopel pada base plate................................. 33

Gambar 3.16 Display termokopel ................................................................. 33

Gambar 3.17 Anemometer ............................................................................ 33

Gambar 3.18 Slide regulator .......................................................................... 34

Gambar 3.19.Voltmeter ................................................................................. 34

Gambar 3.20.Amperemeter ........................................................................... 34

Gambar 4.1.  Posisi titik pengukuran  ........................................................... 39

Gambar 4.2. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap bilangan

 Nusselt pada Sx/D = 2,95.............................................................................. 52

Gambar 4.3. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap koefisien 

 Perpindahan panas konveksi rata­rata pada Sx/D = 2,95.............................. 53

Gambar 4.4. Grafik pengaruh nilai Sx/D terhadap bilangan Nusselt pada

 Sx/D = 2,95 54

Gambar 4.5. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap penurunan

 tekanan  pada Sx/D = 2,95............................................................................ 55

Gambar 4.6. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap faktor

 gesekan  pada Sx/D = 2,95............................................................................ 56

Gambar 4.7. Grafik pengaruh bilangan Reynolds terhadap unjuk kerja

 termal  pada Sx/D = 2,95.............................................................................. 57

DAFTAR NOTASI

Lt = Panjang seksi uji ( m )H = Tinggi sirip ( m )Wb = Lebar specimen ( m )L = Panjang specimen ( m )dbase = base diameter sirip ( 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 ujiha = 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 )

P∆ = Penurunan tekananf = Faktor gesekη = Unjuk kerja termalVh = Tegangan listrik heater ( V )Ih = Arus listrik heater ( A )Vf = Tegangan listrik  fan ( V )If = Arus listrik fan ( A )

ϕcos = Faktor daya listrik 2 phasePfan = 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 ........................ 66

Lampiran 2.  Data spesimen 1 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ........................... 67

Lampiran 3.  Data spesimen 1 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ........................... 68

Lampiran 4.  Data spesimen 1 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ........................ 69

Lampiran 5.  Data spesimen 2 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ........................ 70

Lampiran 6.  Data spesimen 2 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s ........................... 71

Lampiran 7.  Data spesimen 2 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s ........................... 72

Lampiran 8.  Data spesimen 2 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ........................ 73

Lampiran 9.  Data spesimen 3 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ........................ 74

Lampiran 10. Data spesimen 3 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s .......................... 75

Lampiran 11. Data spesimen 3 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s .......................... 76

Lampiran 12. Data spesimen 3 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ....................... 77

Lampiran 13. Data spesimen 4 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ....................... 78

Lampiran 14. Data spesimen 4 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s .......................... 79

Lampiran 15. Data spesimen 4 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s .......................... 80

Lampiran 16. Data spesimen 4 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ....................... 81

Lampiran 17. Data spesimen 5 kecepatan 0,5 m/s dan 1 m/s ....................... 82

Lampiran 18. Data spesimen 5 kecepatan 2 m/s dan 3 m/s .......................... 83

Lampiran 19. Data spesimen 5 kecepatan 4 m/s dan 5 m/s .......................... 84

Lampiran 20. Data spesimen 5 kecepatan 5,5 m/s dan 6 m/s ........................ 85

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Sirip   digunakan  dalam banyak   alat   penukar  kalor   untuk  meningkatkan 

luasan   perpindahan   panas.  Sirip   sering   digunakan   dalam   sistem   pendingin 

ruangan, peralatan elektronik, motor pembakaran dalam, trailing edge sudu turbin 

gas, alat penukar kalor kompak (compact heat exchanger) dan sebagainya,  dengan 

udara merupakan media perpindahan panasnya. Berbagai tipe sirip alat penukar 

kalor,   mulai   dari   bentuk   yang   relatif   sederhana   seperti   sirip   segiempat 

(rectangular), silindris,  annular, tirus (tapered) atau  pin, sampai kombinasi dari 

berbagai geometri yang berbeda telah digunakan. 

Bentuk sirip yang cukup sering digunakan dalam alat penukar kalor adalah 

sirip pin. . Sirip pin merupakan elemen silinder atau bentuk lainnya yang dipasang 

secara tegak lurus terhadap dinding alat penukar panas, dengan fluida pendingin 

mengalir secara bersilangan (crossflow) terhadap elemen tersebut. Sirip pin dapat 

disusun dalam susunan segaris (inline) maupun selang­seling (staggered) terhadap 

arah aliran. Susunan segaris maupun selang­seling dari suatu sirip pin   silinder 

yang pendek dengan bentuk penampang (cross­section) melingkar  adalah salah 

satu yang sering digunakan dalam alat pendinginan pada sudu turbin.

Sirip   pin   yang   menonjol   keluar   dari   permukaan   pemanasan   dapat 

meningkatkan luasan permukaan dissipasi dan mengakibatkan percampuran aliran 

yang turbulen sehingga meningkatkan performa dissipasi panas dan meningkatkan 

ketahanan (reliability)  serta umur pemakaian dari  suatu alat.  Karakteristik dari 

suatu sirip pin berdasarkan beberapa parameter, seperti bentuk, tinggi, diameter, 

dan perbandingan tinggi terhadap diameter (H/D), dan lain sebagainya. Sirip pin 

dengan perbandingan tinggi terhadap 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 terhadap diameter > 4. 

16

Terdapat beberapa parameter  yang mempengaruhi   laju perpindahan panas dari  suatu rakitan 

sirip pin (pin fin assembly) ke lingkungan, yaitu : 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), sifat­sifat fluida dan sirip pin, laju aliran udara, jarak antar titik pusat sirip (inter­fin  

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   rata­rata,  menaikkan   luas  permukaan  perpindahan 

panas   atau  kedua­duanya.  Kenaikan  perpindahan  panas  dapat  dicapai  dengan  cara  konveksi  paksa 

(forced convection) atau mengubah konfigurasi geometri dari alat penukar panas. Dalam praktiknya, 

cara­cara   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 

Penelitian ini bertujuan untuk menguji karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan 

serta unjuk kerja termal dari cylindrical pin fin assembly yang disusun secara selang­seling (staggered) 

dalam saluran segiempat (rectangular channel). 

1.2 Perumusan Masalah 

Bagaimanakah  pengaruh       bilangan Reynolds dan   jarak   antar  titik pusat   sirip   dalam arah 

aliran udara terhadap karakteristik  perpindahan   panas   dan   penurunan   tekanan   serta unjuk kerja 

termal dari cylindrical pin fin assembly yang disusun secara berselang­seling (staggered) dalam saluran 

segiempat (rectangular channel). 

1.3 Batasan  Masalah 

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut: 

1. Material pin fin dan 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 pin fin yang digunakan adalah ; tinggi 75 mm, dan diameter 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: 

Saluran udara segiempat berdimensi penampang 150 mm x 75 mm

Pemanas listrik (electric heater) 

Fan hisap

Pelurus aliran udara (flow straightener) 

Manometer tipe 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 diabaikan. 

8. Parameter    yang   dibuat   konstan   yaitu    temperatur   permukaan  , base plate, 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 dan jarak antar titik pusat sirip dalam arah aliran udara 

(streamwise direction) 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 

cylindrical pin fin assembly 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 cylindrical pin fin assembly dengan susunan sirip staggered dalam 

rectangular channel 

2.    Mengetahui    pengaruh    jarak   antar    titik  pusat  sirip    dalam arah aliran udara (streamwise 

direction) terhadap   karakteristik perpindahan   panas   dan penurunan tekanan dari  cylindrical  

pin fin assembly dengan susunan sirip staggered dalam rectangular channel. 

3.  Mengetahui pengaruh  variasi  bilangan  Reynolds  dan jarak  antar  titik pusat sirip dalam arah 

aliran udara terhadap unjuk kerja termal dari cylindrical pin fin assembly dengan susunan sirip 

staggered dalam rectangular channel

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  dan unjuk kerja termal  dari  cylindrical  

pin fin assembly dengan susunan sirip staggered dalam rectangular channel.

2. Dapat diterapkan dalam sistem pendinginan sudu­sudu 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, , langkah­langkah 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 IV

DATA DAN ANALISIS

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  cylindrical pin  fin 

assembly yang disusun secara selang­seling (staggered) dalam saluran segiempat (rectangular channel).

Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan aliran udara masuk antara 0,5 – 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 steady 

pada tiap variasi pengujian. Proses pengambilan data adalah setiap 10 menit hingga tercapai kondisi steady.

4.1  Data Hasil Pengujian

Pengujian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 

Sebelas Maret Surakarta.

(a)                                            (b)                                              (c)Gambar 4.1 Posisi titik pengukuran (a) temperatur udara masuk seksi uji (b) temperatur  base plate dan (c) temperatur udara keluar seksi uji

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 1 – 4

(d) 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) 43 56 71 79 86 92 96 98Arus heater     (A) 2,2 2,9 3,6 4.1 4,5 4,7 4,8 4,9Tegangan fan     (V) 90 106 120 135 147 162 186 240Arus fan     (A) 1,2 1,3 1,5 1,7 1,8 1,9 2 2,1Beda tinggi fluida manometer      (mm)

0,75 1,3 2,3 3,2 4 5 5,75 6,5

Tin,1  (oC) 25,8 25,9 26,1 26,2 26 26,1 26 26

Tin,2  (oC) 25,8 25,9 25,9 26,1 25,9 26,1 25,9 26

1

2

3

7

8

9

4

5

6

13

54

21

23

53

Tin,3  (oC) 25,7 25,8 25,8 26,1 25,8 26 25,9 25,9

Tin,rata­rata       (oC) 25,77  25,87 25,93 26,13 25,9 26,07 25,93 25,97

Tbase,1  (oC) 60,6 62,3 63,4 62,9 63,4 63,9 64,5 61,6

Tbase,2  (oC) 59,4 60,3 60,5 59,5 59 59,9 59,9 57,9

Tbase,3  (oC) 59,1 58,9 59,3 58,6 58,1 57 57,4 58,3

Tbase,4  (oC) 59,2 58,8 60,5 60,3 61,9 62,2 63,1 58,5

Tbase,5  (oC) 58 59,7 59,3 58,8 58,9 58,3 58,5 57,7

Tbase,6  (oC) 59,3 59,7 60,2 57,8 59,8 60,6 60,3 60

Tbase,7  (oC) 61,3 61,9 60 63,8 61 61,4 61,8 62

Tbase,8  (oC) 59 59,6 58,6 59,4 58,7 57,6 57,5 58,1

Tbase,9  (oC) 61,7 61,9 61,3 62,2 62,7 61,1 60,2 63,9

Tbase, rata­rata  (oC) 59,73 60,34 60,34 60,37 60,39 60,22 60,36 59,78

Tout,1  (oC) 36,1 34,7 32,6 32 30,9 30,7 30,2 30

Tout,2  (oC) 35,9 34,1 32,3 31,8 30,8 30,4 29,9 29,7

Tout,3  (oC) 36,5 34,9 32,9 31,9 31,1 30,8 30,3 30,`1

Tout,4  (oC) 37,7 36,3 34,4 33,9 33,3 33,1 32,8 32,5

Tout,5  (oC) 36,8 35,1 33,4 32,1 31,3 31,1 30,4 30,2

Tout, rata­rata    (oC) 36,6 35,02 33,12 32,34 31,44 31,02 30,72 30,5

54

(e) 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) 42 54 69 76 83 90 93 96Arus heater     (A) 2,2 2,8 3,4 3,9 4,3 4,6 4,7 4,8Tegangan fan     (V) 90 105 120 134 147 162 185 230Arus fan     (A) 1,2 1,3 1,5 1,65 1,8 1,9 2 2,1Beda tinggi fluida manometer          (mm)

0,5 1 2 2,7 3,25 4 4,75 5,5

Tin,1  (oC) 26,2 26 26,1 26,3 26,1 26,1 26,1 26

Tin,2  (oC) 26 26 26 26,2 26 26,1 26 26

Tin,3  (oC) 26 25,9 26 26,2 25,9 26 25,9 25,9

Tin,rata­rata       (oC) 26,07 25,97 26.03

26,23 26 26,07 26 25,97

Tbase,1  (oC) 60,2 58,9 57,8 59,2 59,7 60,2 59,8 59

Tbase,2  (oC) 60,4 60,1 58,2 59,7 59,8 60,5 59,7 59,4

Tbase,3  (oC) 57,1 57,8 57,4 58,7 58,7 56,7 58,9 57,2

Tbase,4  (oC) 58,7 59,1 58,7 56,9 56,6 57,3 56,8 56,6

Tbase,5  (oC) 59,1 59,1 57,5 58,6 58,4 58,5 59,2 59,2

Tbase,6  (oC) 59,9 59,1 64,6 61 61,6 63,5 56,5 57

Tbase,7  (oC) 61,3 62,7 62,5 64,1 64,1 61,2 64,3 64,7

Tbase,8  (oC) 61 60,7 61 62,3 61,9 61,7 64,1 64,2

Tbase,9  (oC) 61,3 60,6 61,3 62,7 62,3 63,7 63,6 63,3

Tbase, rata­rata  (oC) 59,89

59,79

59,89

60,36 60,34 60,37 60,3

2 60,07

55

Tout,1  (oC) 36 33,8 32,3 31,8 31,2 30,9 30,7 30,5

Tout,2  (oC) 35,8 33,2 31,6 31,2 30,4 29,7 29,5 29,4

Tout,3  (oC) 36,4 34,5 32,4 31,6 30,8 30,4 30 29,8

Tout,4  (oC) 38 36,8 34,8 33,6 32,9 32,5 32 31,8

Tout,5  (oC) 37,4 34,6 32,5 31,9 30,9 30,5 30,4 30,1

Tout, rata­rata    (oC) 36,72 34,58 32,72 32,02 31,24 30,8 30,5

2 30,3

56

(f) 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) 38 50 60 70 76 81 82 86Arus heater     (A) 2 2,5 3 3,55 3,9 4,15 4,3 4,4Tegangan fan     (V) 88 105 120 130 145 162 175 200Arus fan     (A) 1,2 1,3 1,5 1,7 1,8 1,9 2 2,1Beda  tinggi fluida manometer         (mm)

0,5 0,9 1,7 2,25 2,75 3,5 4 4,5

Tin,1  (oC) 25,9 26,2 26,1 26,1 26,2 26,2 26,3 26,2

Tin,2  (oC) 25,9 26,1 26,1 26,1 26,1 26,2 26,2 26,2

Tin,3  (oC) 25,8 25,8 26 25,9 26,1 26,1 26,1 26,1

Tin,rata­rata       (oC) 25,87 26,03 26,07 26,0

3 26,13 26,17 26,2 26,17

Tbase,1  (oC) 60,2 59,8 60,3 60,5 61,4 60,6 59,2 59,1

Tbase,2  (oC) 60,5 60,3 61 60,8 60,2 59,9 60,1 60

Tbase,3  (oC) 59,1 60,2 59,9 60,4 60 59,6 59,3 59,4

Tbase,4  (oC) 61,4 60 59,3 60,2 61,5 60,8 58,4 58,3

Tbase,5  (oC) 58,6 58,5 58,6 59,1 58,7 58,5 59,2 59,5

Tbase,6  (oC) 60,9 62 61,8 62,1 61 61,2 64,9 65,5

Tbase,7  (oC) 61,7 62,1 60,7 62,1 63,6 63,6 60,6 60,5

Tbase,8  (oC) 58,4 58,8 57,9 57,4 57,3 57,6 58,5 59

Tbase,9  (oC) 60,4 61,2 59,9 60,6 60,7 62,2 63,3 64,3

Tbase, rata­rata  (oC) 60,13 60,32

59,93

60,36

60,49

60,44

60,39 60,62

57

Tout,1  (oC) 34 33,1 31,1 30,3 29,8 29,4 29,2 29,1

Tout,2  (oC) 33,6 32,4 30,9 30 29,5 29,2 29,1 29

Tout,3  (oC) 34,4 32,6 31,4 30,4 30,1 29,8 29,6 29,4

Tout,4  (oC) 35,4 34,2 32,5 32,1 31,8 31 30,9 30,7

Tout,5  (oC) 35,1 33,7 31,9 31 30,7 30,4 30,2 30,1

Tout, rata­rata    (oC) 34,5 33,2 31,56 30,76 30,38

29,26 29,8 29,66

58

(g) 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) 34 44 56 63 69 73 75 77Arus heater     (A) 1,85 2,25 2,85 3,1 3,55 3,75 3,85 4Tegangan fan     (V) 87 100 120 130 145 158 166 190Arus fan     (A) 1,18 1,3 1,5 1,65 1,75 1,85 1,9 2Beda tinggi fluida manometer          (mm)

0,4 0,7 2 1,75 2 2,5 3 3,5

Tin,1  (oC) 26,2 26,3 26 26,3 26,2 26,3 26,2 26

Tin,2  (oC) 26,1 26,2 25,9 26,2 26,2 26,3 26,1 25,9

Tin,3  (oC) 26,1 26 25,9 26,2 26,1 26,2 26 25,9

Tin,rata­rata       (oC) 26,13 26,17 25,93

26,23 26,13 26,27 26,1 25,93

Tbase,1  (oC) 60,7 59,2 60,4 59,2 58,6 58,8 58,7 58,5

Tbase,2  (oC) 55,6 56,8 55,5 57 56,4 57,9 56,8 57,3

Tbase,3  (oC) 61 59,6 60,2 58,6 61,2 62,5 62,3 62,1

Tbase,4  (oC) 61,5 60,5 62,8 61,9 61,2 61,6 62,5 62,2

Tbase,5  (oC) 58,1 56 56,2 56,7 57,2 57,1 56,9 57,9

Tbase,6  (oC) 59,1 57,3 57,1 56,8 57,3 57,4 57,5 58,1

Tbase,7  (oC) 61,2 61,8 62,6 62,1 62,6 63,1 62,1 62,2

Tbase,8  (oC) 63,9 62,9 62,5 61,5 61,3 61,4 61,2 61

Tbase,9  (oC) 63,3 63,3 63,7 62,4 63,7 63,5 63,4 63,1

Tbase, rata­rata  (oC) 60,49 59,71 60,11 59,5

8 59,94 60,37 60,16 60,27

59

Tout,1  (oC) 32,5 31,7 30 29,5 29,3 28,9 28,8 28,6

Tout,2  (oC) 32,3 31 29,7 29,2 29 28,8 28,5 28,2

Tout,3  (oC) 33,5 32 30,3 29,8 29,4 29,3 28,9 28,7

Tout,4  (oC) 34,8 33,2 32,2 31,4 30,8 30,5 30 29,8

Tout,5  (oC) 33,1 31,6 30,2 30 29,5 29,4 29,1 28,8

Tout, rata­rata    (oC) 33,24 31,9 30,4

829,9

829,6

429,3

829,0

6 28,82

60

(h) Spesimen 5

Tabel 4.5. Data hasil pengujian spesimen 5 (pelat tanpa sirip)

Kecepatan aliran udara (m/s)0,5 1 2 3 4 5 5,5 6

Tegangan heater   (V) 20 27 34 39 44 47 49 51Arus heater     (A) 1,25 1,5 1,85 2,1 2,3 2,5 2,6 2,65Tegangan fan     (V) 90 105 120 134 147 162 185 240Arus fan     (A) 1,2 1,3 1,6 1,65 1,8 1,9 2 2,1Beda  tinggi fluida manometer          (mm)

0,2 0,25 0,3 0,5 0,75 1 1,2 1,4

Tin,1  (oC) 26,2 26,2 26,1 26,1 26 26 25,9 25,9

Tin,2  (oC) 26,1 26 26,1 26 26 25,9 25,9 25,8

Tin,3  (oC) 26 25,9 26 25,9 25,9 25,9 25,8 25,7

Tin,rata­rata       (oC) 26,1 26,03 26,07 26 25,97 25,9

3 25,87 25,8

Tbase,1  (oC) 60,4 59,8 60,5 60,7 60,8 60 57,1 57

Tbase,2  (oC) 58,4 57,9 58,4 57,8 57,4 56,8 56,7 57,2

Tbase,3  (oC) 58,5 58 58,4 57,7 57,3 57,7 57,7 56,4

Tbase,4  (oC) 59,9 59,2 58,7 58,6 60,1 63 63,3 62

Tbase,5  (oC) 59,4 59,1 58,7 59,5 59,5 57,8 58,5 59,2

Tbase,6  (oC) 60,7 59,5 57,7 57,3 57,1 59 59,2 56,3

Tbase,7  (oC) 63 62,6 63,2 64,6 64,4 63,3 63,5 64,9

Tbase,8  (oC) 60,2 59,9 59,8 61,1 61,1 62,5 63,3 63,9

Tbase,9  (oC) 62,9 62,3 61,6 60,8 61,2 63,6 63,7 63,4

Tbase, rata­rata  (oC) 60,38 59,81 59,67 59,74 59,8

8 60,41 60,33 60,03

61

Tout,1  (oC) 26,9 26,8 26,8 26,8 26,7 26,6 26,5 26,4

Tout,2  (oC) 26,1 26 26 26 25,9 25,8 25,8 25,7

Tout,3  (oC) 27 26,8 26,8 26,7 26,5 26,3 26,3 26,2

Tout,4  (oC) 32,2 31,8 31,2 30,7 30,5 30,5 30,3 30,2

Tout,5  (oC) 27 27 26,9 26,9 26,8 26,7 26,6 26,5

Tout, rata­rata    (oC) 28,84 28,16 27,78 27,72 27,66 27,64 27,6 27,52

62

4.2 Perhitungan Data

Data spesimen dan seksi uji:

Panjang seksi uji (Lt) = 250 mm  = 0,25 m

Tinggi sirip (H) = 75 mm  = 0,075 m

Diameter sirip (d) = 12,7 mm  = 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 = 43 V Tin, rata­rata =  inT = 25,8 oC = 298,8 K

Arus heater = Ih = 2,2 A Tout,, rata­rata =  outT = 36,6 oC = 309,6 K

Tegangan fan = Vf = 90 V Tbase, rata­rata =  bT = 59,7oC = 332,7 K

Arus fan = If = 1,2 A

Beda ketinggian fluida manometer = h = 0,5 mm

a. Pumping power

ϕcosIVP fffan ..=

63

0,8xA21,xV90=

W4,86=

b. Temperatur film

( )2

outinf

TTT

+=

( )2

K309,68,982 +=

K2,043=  

c. Properti udara pada temperatur film3mkg4751,1=ρ (tabel Incropera) 

( ) 24 10]2107,78185,9[ xTTxxC outinp ++= −

24 10]2,304107,78185,9[ xxx −+=

kg.KJ272,5100=

( ) 32 10]210495,77415,3[ −− ++= xTTxxk outin

  32 10]2,30410495,77415,3[ −−+= xxx

  m.KW0,0265=

( ) 62 10]210483,49934,4[ −− ++= xTTxx outinµ

64

62 10]2,30410483,49934,4[ −−+= xxx

m.skg0,00001863=

d. Luas penampang melintang saluran udara

bWHA .=

m0,15.m0,075=

2m0,01125=

e. Luas frontal dari sirip­sirip

HdA front .7=

m0,075xm0,0127x7=

20067,0 m=

f. Luas total permukaan perpindahan panas

−+=

4....

dHNdπLWA fbs

−+=

4m0,0127

m0,075x25xm0,0127x3,14m0,2xm0,15

2m020,1=

65

g. Diameter hidrolik saluran udara 

PA

Dh

4=

( )b

b

WHWH

+=

2..4

( )m0,15m0,075x2m0,15xm0,075x4

+=

m0,1=

h. Laju aliran panas dari heater

ϕcos.I.VQ hhelect =

  0,8xA2,2xV43=

  W7,57=

i. Laju aliran massa udara

VAm ..ρ=

sm0,5xm01125,0xmkg1,1475 23=

skg0,006=

66

j. Laju perpindahan panas konveksi

( )inoutpconv TTCmQ −= ..

  ( ) K298,8309,6xkg.KJ1005,272xskg0,006 −=

  W3,70=

k. Heat losses yang terjadi pada seksi uji 

%100xQ

QQQ

conv

convelectloss

−=

%100xW3,70

W3,7075,7W −=

%7,7=

l. Koefisien perpindahan panas konveksi rata­rata

( )( )( )[ ]2.

..

inoutbs

inoutpa TTTA

TTCmh

+−−

=

( )( )( )[ ]2K8,9826,093K7,323xm102,0

K8,9826,093kg.KJ272,0051xskg006,02 +−

−=

  .KmW2,42 2=  

67

m. Bilangan Nusselt

ρ Duct Nusselt number

kDh

Nu h.=

m.KW0,0265m0,1x.KmW2,42 22

=

3,91=

ρ Pin Nusselt number

kdh

NuD

.=

 m.KW50,026

m0,0127x.KmW2,24 22

=

  6,11=

n. Bilangan Reynolds

ρ Duct Reynolds number

68

µρ hDV

Re..

=

m.skg00001863,0m0,1xsm0,5xmkg1475,1 23

=

7,3079=

ρ Pin Reynolds number

µρ dV

Re maksD

..=

µ

ρ dVAAA

front

...

−

=

s.mkg30,0000186

m0,0127xsm0,5xm0670,0m0,01125

m0,01125xmkg751,14

22

23

−

=

2,960=     

  

o. Penurunan tekanan

hgP ..ρ=∆

69

m00075,0sm81,9mkg800 23 xx=

Pa886,5=

p. Faktor gesekan

=

2

Δ2V

ρDL

Pf

h

t

( )

=

2sm5,0

mkg1475,1m1,0m25,0

Pa 5,8862

3 x414,16=

2. Spesimen tanpa sirip pada pumping power = 86,4 W

Data hasil pengujian:

Tegangan heater = Vh = 20 V Tin, rata­rata =  inT = 26,1 oC = 299,1 K

Arus heater = Ih = 1,2 A Tout,, rata­rata =  outT = 27,8 oC = 300,8 K 

Tegangan fan = Vf = 90 V Tbase, rata­rata =  bT = 60,4 oC = 333,4 K

Arus fan = If = 1,2 A

70

Beda ketinggian fluida manometer = h = 0,2 mm

q. Temperatur film

( )2

outinf

TTT

+=

( )2

K8,3001,992 +=

K95,299=  

r. Properti udara pada temperatur film3mkg151,16=ρ (tabel Incropera) 

( ) 24 10]2107,78185,9[ xTTxxC outinp ++= −

24 10]95,299107,78185,9[ xxx −+=

kg.KJ1004,948=

  ( ) 32 10]210495,77415,3[ −− ++= xTTxxk outin

32 10]95,29910495,77415,3[ −−+= xxx

m.KW0,0262=

( ) 62 10]210483,49934,4[ −− ++= xTTxx outinµ

71

62 10]95,29910483,49934,4[ −−+= xxx

m.skg40,0000184=

s. Luas penampang melintang saluran udara

bWHA .=

m0,15.m0,075=

2m0,01125=

t. Luas total permukaan perpindahan panas

bs WLA .=

m0,15xm0,2=

2m0,03=

u. Diameter hidrolik saluran udara

PA

Dh

4=

72

( )b

b

WHWH

+=

2..4

( )m0,15m0,075x2m0,15xm0,075x4

+=

m0,1=

v. Laju aliran panas dari heater

ϕcos.I.VQ hhelect =

  0,8xA25,1xV20=

  W20=

w. Laju aliran massa udara

VAm ..ρ=

sm0,8xm01125,0xmkg1,1615 23=

skg0,01=

x. Perpindahan panas konveksi

( )inoutpconv TTCmQ −= ..

  ( ) K299,1300,8xkg.KJ1004,948xskg0,01 −=

73

  W3,18=

y. Heat loss yang terjadi

%100xQ

QQQ

conv

convelectloss

−=

%100xW3,81

W3,18W20 −=

= 9,4 %

z. Koefisien perpindahan panas

( )( )( )[ ]2.

..

inoutbs

inoutps TTTA

TTCmh

+−−

=

 ( )

( )( )[ ]2K299,18,003K4,333xm0,03K1,9928,003kg.KJ948,0041xskg0,01

2 +−−=

  .KmW2,81 2=

aa. Unjuk kerja termal pada pin­fin assembly

( ) psa hh=η

74

.KmW2,81.KmW2,42

2

2

=

33,1=

Selanjutnya data perhitungan untuk seluruh variasi pengujian dapat dilihat pada tabel 4.6 hingga tabel 4.15.

4.3 Analisis Data 

4.3.1  Pengaruh     Bilangan   Reynolds   dan   Jarak  Antar   Titik   Pusat   Sirip   Dalam   Arah   Streamwise  Terhadap   Karakteristik Perpindahan Panas

Sirip­sirip  silinder pejal  dipasang secara  selang­seling pada permukaan  base plate  sehingga  mempunyai nilai perbandingan jarak 

antar titik pusat sirip dalam arah streamwise dengan diameter sirip, Sy/D, sebesar 1,97, 2,36, 2,95, dan 3,94, sedangkan nilai perbandingan 

jarak antar titik pusat sirip dalam arah spanwise dengan diameter sirip, Sx/D , konstan sebesar 2,95. Pengaruh bilangan Reynolds terhadap 

75

karakteristik  perpindahan panas  pada  cylindrical  fin  pin assembly  susunan selang­seling  dapat  dilihat  pada gambar  4.2.  Karakteristik 

perpindahan panas pada cylindrical pin fin assembly susunan selang­seling dapat dilihat pada hubungan antara duct  Nusselt number dan 

duct Reynolds number. Gambar 4.2 menunjukkan kelakuan bilangan Nusselt rata­rata terhadap bilangan Reynolds pada nilai – nilai Sy/D 

yang berbeda­beda untuk susunan sirip selang­seling

 

0

75

150

225

300

375

450

525

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Gambar 4.2 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 

Re x 103

Nu

Re x 103

76

keseluruhan  nilai  Sy/D.  Peningkatan  perpindahan panas   ini  berasal  dari  kenaikan   turbulensi  dan  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  4.4 menunjukkan kelakuan bilangan Nusselt   rata­rata   terhadap  Sy/D  pada bilangan Reynolds  yang berbeda­beda untuk 

susunan selang­seling. Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa 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. Fenomena ini serupa dengan penelitian terdahulu (Bilen, 2001, 2002). Dari gambar 4.3 dapat dilihat bahwa 

dengan kenaikan bilangan Reynolds, maka nilai koefisien perpindahan panas konveksi (h) semakin besar. Semakin besar nilai koefisien 

perpindahan panas konveksi, maka semakin besar laju perpindahan panas konveksi yang terjadi. 

77

0

25

50

75

100

125

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Gambar 4.3 Pengaruh bilangan Reynolds terhadap koefisien perpindahan panas                           konveksi rata­rata pada Sx/D = 2,95

Dari data­data penelitian ini  dapat diperoleh korelasi  matematis  untuk karakteristik perpindahan panas dari  cylindrical  pin fin  

assembly susunan selang­seling. Dari hasil penelitian untuk plat dengan sirip­sirip silinder susunan selang­seling, korelasi antara bilangan 

Nusselt (Nu)  dengan bilangan Reynolds (Re), jarak antar titik pusat sirip (Sy) dan panjang spesimen uji (L) adalah sebagai sebagai berikut :

h  ( 

W / 

m2 K

 )

Re x 103

78

( ) 235,0578,0Re62,0 −= LSNu yaa ( 4.1 )

Korelasi perpindahan panas pada persamaan (4.1) berlaku valid untuk range bilangan Reynolds 3.000 < Re < 37.700, L/Dh = 2 dan  1,97 < 

Sy/D < 3,94

Gambar 4.4 Pengaruh nilai Sy/D terhadap bilangan Nusselt pada Sx/D = 2,95

Sy/D

Nu

79

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 cylindrical  pin fin assembly  susunan selang­seling berturut­turut dapat dilihat pada gambar 4.5. dan 4.6. Kelakuan 

penurunan tekanan (∆ P) terhadap bilangan Reynolds (Re) serupa dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Yang et al (2007). Dari 

gambar 4.5 dapat dilihat bahwa penambahan sirip­sirip pin silinder pejal dengan susunan selang­seling, menyebabkan penurunan tekanan 

yang signifikan dibandingkan dengan penurunan tekanan pada permukaan tanpa sirip­sirip (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 (∆ P) dan faktor gesekan (f) , semakin menurun dengan kenaikan nilai Sy/D. Hal ini disebabkan dengan semakin besar nilai Sy/D, 

maka jumlah sirip­sirip silinder pejal akan semakin berkurang, sehingga tahanan terhadap aliran udara (resistance to flow) akan semakin 

berkurang (Bilen, 2002).

80

Gambar 4.5 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 karena meningkatnya luas 

permukaan halangan dan efek halangan (blockage effect)  akibat kenaikan jumlah sirip­sirip pin silinder pejal.

Δ P

 (Pa)

Re x 103

81

Gambar 4.6 Pengaruh bilangan Reynolds terhadap faktor gesekan pada Sx/D = 2,95

Dari data­data penelitian dapat dibuat korelasi matematis antara faktor gesekan (f) yang dihasilkan oleh susunan selang­seling sirip 

pin silinder pejal dengan bilangan Reynolds (Re), jarak antar titik pusat sirip (Sy) dan panjang spesimen uji (L) sebagai berikut :

f

Re x 103

82

( ) 0,954y

1,162aa LSRe  25590f −−= (4.2)

Korelasi faktor gesekan pada persamaan (4.2) berlaku valid untuk range bilangan Reynolds 3.000 < Re < 37.700, 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

Untuk tujuan aplikasi praktis, analisis unjuk kerja termal   menjadi sebuah pemikiran yang berguna untuk menentukan perolehan 

energi netto karena adanya penambahan sirip­sirip.  Gambar 4.7  menunjukkan hubungan antara unjuk kerja termal (η ) dengan dengan 

bilangan Reynolds (Re) pada nilai Sy/D yang berbeda­beda untuk susunan sirip  silinder pejal  selang­seling (staggered). Perlu ditekankan 

lagi disini bahwa untuk perolehan energi netto yaitu untuk perpindahan panas yang efektif, nilai η  harus lebih besar dari 1 (batas ambang 

perolehan energi). Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa nilai  η  menurun dengan kenaikan bilangan Reynolds (Re) dan dapat dikatakan 

bahwa untuk keseluruhan Sy/D dan Re, nilai  η   hampir semuanya diatas 1.  Ini  berarti  bahwa pemakaian  cylindrical pin fin assembly 

susunan selang­seling untuk keseluruhan nilai Sy/D dan Re akan menghasilkan perolehan energi.

Jika nilai Sy/D semakin besar maka jumlah fin semakin sedikit karena Nf semakin kecil. Jika Sy/D semakin diperbesar maka akan 

mendekati kondisi tanpa sirip. Berdasarkan rumus perhitungan unjuk kerja termal (pers 2.30), jika Sy/D semakin besar maka koefisien 

perpindahan panas plat dengan sirip nilainya semakin mendekati koefisien perpindahan panas plat tanpa sirip sehingga nilai unjuk kerja 

termalnya semakin mendekati  1.  Dari  gambar  4.7  dapat  dilihat  pada Sy/D = 3,94 nilai  unjuk  kerja   termalnya semakin mendekati  1, 

kemudian unjuk kerja termalnya semakin besar jika nilai Sy/D semakin diperkecil. Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa pada Sy/D = 2,36 

83

menghasilkan unjuk kerja termal yang paling tinggi untuk keseluruhan Re, sehingga direkomendasikan penggunaan  cylindrical pin fin  

assembly susunan selang­seling dengan nilai Sy/D = 2,36 untuk memperbaiki efisiensi suatu sistem. Perolehan energi netto dapat dicapai 

hingga 47% untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.760.

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Gambar 4.7 Pengaruh bilangan Reynolds terhadap unjuk kerja termal pada Sx/D = 2,95

η

Re x 103

84

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   pada  staggered cylindrical pin fin array dalam saluran segiempat sebagai berikut :

1. Sirip   pin   silinder   susunan   selang­seling   (staggered)   meningkatkan   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 Sy/D meningkatkan   perpindahan   panas   hingga   Sy/D   =   2,36   setelah   itu   menyebabkan   penurunan perpindahan panas.

3. Penurunan tekanan dan faktor gesekan (f) meningkat seiring dengan berkurangnya nilai Sy/D.

4. Kenaikan bilangan Reynolds akan menurunkan unjuk kerja termal (η ) untuk keseluruhan nilai Sy/D.

5. Unjuk kerja termal meningkat dengan kenaikan Sy/D hingga Sy/D = 2,36 dan kemudian menurun dengan kenaikan Sy/D.

6. Sirip   pin   silinder   susunan   selang­seling   (staggered)   dapat  mencapai   perolehan   energi     netto hingga 47% untuk nilai Sy/D = 2,36 pada Re = 3.760

5.2 Saran

Berdasarkan   pengalaman   yang   diperoleh   dari   penelitian  tentang   pengujian   karakteristik perpindahan panas  dan penurunan  tekanan pada  staggered cylindrical  pin   fin  array  dalam saluran segiempat ini, direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut :

3. Menggunakan   peralatan   yang   mendukung   pengambilan   data   dengan   data   akusisi   agar pengambilan data menjadi lebih mudah.

4. Peningkatan   kualitas   pendingin   ruangan   dan   pengadaan   pemanas   ruangan   agar  temperatur ruangan yang dikehendaki untuk pengambilan data dapat tercapai dalam semua kondisi cuaca.

5. Mengadakan penelitian lebih lanjut mengenai karkteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan dari pin fin assembly terutama tentang pengaruh variasi geometrinya.