IRWNS 2011 Peranan Sains dan Teknologi untuk Meningkatkan Kapasitas Inovasi dalam Rangka Mempercepat Kemandirian Ekonomi Nasional

P RO S I D I N G

W

INDUSTRIAL RESEARCH WORKSHOP AND NASIONAL SEMINAR 2011

“PERANAN SAINS DAN TEKNOLOGI UNTUK MENINGKATKAN KAPASITAS INOVASI DALAM RANGKA MEMPERCEPAT KEMANDIRIAN EKONOMI NASIONAL”

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG NOVEMBER 2011

IRWNS 2011 Peranan Sains dan Teknologi untuk Meningkatkan Kapasitas Inovasi dalam Rangka Mempercepat Kemandirian Ekonomi Nasional POLITEKNIK NEGERI BANDUNG – POLBAN Jl. Gegerkalong Hilir, Ciwaruga Bandung 40012 Kotak Pos 1234, Telp. (022) 2014167, Fax (022) 2013889 E-mail : [email protected], URL : www.polban.ac.id

Pengantar Industrial Research Workshop and National Seminar (IRWNS) adalah seminar tahunan yang diselenggarakan oleh Politeknik Negeri Bandung ( POLBAN) sebagai forum publikasi dan komunikasi hasil-hasil penelitian dan pengembangan para ilmuwan di lingkungan POLBAN khususnya, dan Perguruan Tinggi serta Institusi Penelitian yang lain, baik dari dalam maupun dari luar negeri. Pada tahun 2011 ini, penyelenggaraan IRWNS merupakan penyelenggaraan tahun kedua dengan mengambil tema : ”Peran Sains dan Teknologi untuk Meningkatkan Kapasitas Inovasi dalam Rangka Mempercepat Kemandirian Ekonomi Nasional”. Berbagai klaim penemuan, pembaharuan serta inovasi baru terangkum dalam 45 makalah dari berbagai cabang ilmu, yang disajikan dalam sesi paralel. Semoga penemuan, pembaharuan dan hasil inovasi baru yang dihasilkan dapat memberikan kontribusi positif pada pembangunan ekonomi nasional, serta masuk dalam arus utama dalam rangka menuju era kemandirian bangsa. Penyelenggara menyampaikan terima kasih kepada pembicara utama yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberikan inspirasi serta arah penelitian di masa mendatang. Apresiasi kami tujukan kepada seluruh pembicara serta peserta seminar yang telah berperan aktif dalam sesi diskusi. Terima kasih juga kami sampaikan kepada seluruh Reviewer serta panitia yang telah meluangkan waktunya untuk mempersiapkan kegiatan ini. Kepada seluruh ilmuwan “Selamat bertemu, berdiskusi dan bertukar pikiran”, serta sukses bagi kita semua.

Bandung, 17 November 2011 Ketua IRWNS 2011,

Dr. Ir. Rachmad Imbang Tritjahjono

i


Tim Reviewer Dr. Ismet P. Ilyas, BS.MET.,M.Eng.Sc. Dr. Ir. Kastam Astami, M.Sc. Haryadi, Ph.D Dr.Ir. Rachmad Imbang Tritjahjono Ir. Hertog Nugroho,MSc., PhD. Dr. Maria F. Soetanto, MT Transmissia Semiawan, BSCS.,MIT.,PhD Ir. Conny K. Wahyoe, M.Eng.,PhD. Ir. Sumargo, M.Sc.,PhD. Dr.Ir. Hermagasantos Zein, MSc Dr. Dwi Suhartanto, MCM. Dr. M. Umar Mai, M.Si Dr. Ruhadi, SE.ME Ir. Suherman, M.Eng.,PhD. Dra. Bevy Lidya, MSi.,Apt Ir. Windy Hermawan M.,MT.

ii


Susunan Panitia Pengarah

: Ir. Mei Sutrisno, M.Sc., Ph.D. Haryadi, Ph.D. Dr. Drs. Muhammad Umar Mai, M.Si. Bambang Wisnuadhi, S.Si., MT Ir. Hertog Nugroho, Ph.D

Penanggung Jawab

: Dr. Ir. Ediana Sutjiredjeki, M.Sc.

Ketua

: Dr. Ir. Rachmad Imbang Tritjahjono

Wakil Ketua

: Nani Yuningsih, S.Si., M.Si.

Sekretaris

: Dra. Katharina Priyatiningsih, M.Si.

Anggota

: Sri Susilo Windarti, S.Pd Ase Sulaeman Yuniarti Surtiasih, A.Md. Tusijati Ranny Indriyani Yane Hendriyani Elsa Yusi Irmala Watty Herlina Sutjipto Sri Mulyani Winarya Boyke Gunawan R Enjang Karyana Eka Kurnia Asep Gandamanah Asep Johan Surya Nurkhakam

iii


Jadwal Acara

Waktu 08.00 - 08.50 08.50 - 08.55 08.55 - 09.00 09.00 - 09.45 09.45 - 10.30 10.30 - 11.15

11.30 - 11.45 11.45 – 12.00 12.00 - 12.15 12.15 - 13.15 13.15 - 13.30 13.30 - 13.45 13.45 - 14.00 14.00 - 14.15 14.15 - 14.30 14.30 - 14.45 14.45 - 15.00 15.00 - 15.15

Acara SESI PLENO Conference Room Gedung P2T Lt.3 Pendaftaran & Coffee Break Pagi Laporan Panitia Penyelenggara Pembukaan Pembicara Utama I (Dirut PLN) Pembicara Utama II (Ketua DRN) Pembicara Utama III (Kepala PPTIK ITB) SESI PARALEL R-1 R-2 R-3 R-4 Kode Makalah

Kode Makalah

Kode Makalah

Kode Makalah

P1 P2 P3

P12 P13 P14

P23 P24 P25

P34 P35 P36

P26 P27 P28 P29 P30 P31 P32 P33

P37 P38 P39 P40 P41 P42 P43 P45

ISOMA P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11

P15 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P22

15.15 - 15.45

Coffee Break Sore

15.45 - 16.15

Penutupan

iv


Daftar Abstrak Kode

Judul

Halaman

P01

Studi Sifat Mekanik Komposit Hibrid Unsaturated Polyester/Clay/Serat Glass

P02

Kaji Teoritik dan Eksperimental Penempatan Ideal Vortex Generator pada TASV-Gorlov

6 - 11

P03

Penentuan Panjang Chord Sudu untuk Meningkatkan Kinerjanya Menggunakan Perangkat Lunak CFD Numeca

12-17

P04

Pengaruh Contraction Ratio Nosel Terhadap Kinerja Liquid Jet Gas Pump

P05

Simulasi Numerik Pengaruh Jumlah Nozzle Terhadap Separasi Energi pada Ranque-Hilsch Tube Vortex

19-25

P06

Pengaruh Variasi Voltase, Waktu pada Temperatur Pelapisan Krom Konstan (50º C) terhadap Karakteristik Logam Alumunium)

26- 3

P07

Pengaruh Variasi Putaran Terhadap Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Sambungan Las Tak Sejenis Paduan Aluminium 5083 dan 6061-T6 pada Proses Las FSW

34-39

P08

Pengaruh Moisture Content dan Thermal Shock Terhadap Sifat Mekanik Komposit Hibrid Berbasis Serat Gelas dan Coir (Aplikasi: Blade Turbin Angin)

40-45

P09

Pengaruh Pelapisan WN yang Diperoleh dengan Teknik DC Reaktive Magnetron Sputtering terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Korosi Baja Tahan Karat Martensitik AISI 410

46-51

P10

“Pengaruh Putaran Centrifugal Casting Velg dari Bahan Aluminium Scrap terhadap Karakteristik Perambatan Retak Fatik”

52-57

P11

The effect of sandblasting on AISI 316L stainless steels

58-61

P12

Pengaruh Penggunaan Ejector Terhadap Penurunan Daya Input Kompresor pada Sistem Refrigerasi Kompresi Uap

62-65

P13

Studi Kelayakan dari Penggunaan Mesin Pengkondisi Udara Jenis Absorption Chiller pada Gedung di Negara Beriklim Tropis

66-72

P14

Performansi Sistem Pendingin Kendaraan dengan Menggunakan HFC134a dan HC-134a

73-77

v

1-5

18


P15

Performansi Sistem Pendingin Split Unit dengan Menggunakan HCFC22 dan HC-22

78-81

P16

Kaji Eksperimental Mesin Refrigerasi Unit Kecil yang Dilengkapi dengan Secondary Refrigerant

82-90

P17

Air Conditioning System Design for Polban Server Room

91-97

P18

Performansi Sistem Pendingin Kendaraan dengan Variasi Putaran Kompresor Menggunakan Kendali Logika Fuzzy

P19

Analisis Manajemen Perawatan untuk Perhitungan Availabilitas Sistem AC Toshiba RPU 4003X Pada Kereta Api Argo Gede di PT KAI

P20

Pengaruh Suntikan Udara pada Aliran Pusar Sekunder terhadap Kapasitas Pendinginan Keluaran Tabung Vortex

104-110

P21

Kajian Eksperimental Sistem Refrigerasi Adsorpsi Karbon Aktif – Methanol Menggunakan Karbon Aktif Lokal

111-116

P22

Sistem Alarm Pada Cold Storage Berbasis Jaringan GSM Alarm System on Cold Storage Based on A GSM Network

P23

Implementasi ATN Tunneling pada Testbed VHF Datalink (VDL) Berbasis Software-Defined Radio

117-123

P24

Penerapan Metoda Project Based Learning (PBL) Pada Praktikum Mekatronika

124-127

P25

Stabilisasi Networked Control Systems dengan Parameter Packet Dropout

128-133

P26

Desain dan realisasi platform robot setimbang

134-138

P27

Penggunaan Aritmatika Interval sebagai Pendukung Proses Pembelajaran pada Jurusan Teknik Elektro

139-142

P28

Penggunaan Sensor Ultrasonik Sebagai Pendeteksi Ketinggian Air Sungai Pada Sistem Peringatan Dini Tanggap Darurat Bencana Banjir

143-147

P29

Implementasi Enkapsulasi pada VHF Data Link (VDL) Mode 2 Berbasis Software Gnuradio

148-152

P30

Perancangan Sensor Gelembung Udara Fault Tolerant Menggunakan Metoda Triple Modular Redundancy

153-158

P31

Kontrol Kecepatan Turbin Angin Dengan Daya Sendiri

159-164

P32

Fluktuasi Beda Tekanan Isyarat Gangguan Pada Saluran Pipa Horisontal

165-174

P33

Water Pressure Transformer

175-180

vi

98-103

22


P34

Interaktif TV Digital menggunakan Middleware Berbasis MHP (Multimedia Home Platform)

P35

Seleksi Material Menggunakan Metode Analytical Hierarchy Process dan Pugh

P36

Peluang dan Tantangan Bagi Pengembangan Bahan Material Biopolimer dari Lautan Indonesia

P37

Fermentasi Mikroaerofilik Lactobacillus Acidophilus untuk Produksi Probiotik

188-192

P38

Pengaruh Fiber Baja pada Kapasitas Tarik dan Lentur Beton

193-199

P39

The Effects of Multimode Load Pattern on Pushover Analysis to Estimate The Seismic Demands for Symmetric Steel Building Frames

200-206

P40

Komparasi Perencanaan Menara Telekomunikasi di Indonesia Mengacu pada TIA/EIA-222-F dan TIA/EIA-222-G

40

P41

Analisis Diskriminan Persepsi Wisatawan terhadap Kualitas Komponen Kepariwisataan di Kawasan Wisata Agro

207-215

P42

An Investigation of The Relationship Between Customers’ Perceptions of Internet Retail Service Quality, Customer Satisfaction and Customer Loyalty Amongst University Students

216-225

P43

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Harga Diri Remaja Akhir (16-18 Tahun) Akibat Perceraian Orang Tua di SMA Negeri 3 Subang

226-230

P45

Analisis Kelajuan Gerak Pelari 100 Meter pada Kasus Pemecahan Rekor Dunia Tahun 2008 dan 2009

231-236

vii

34 181-186 187

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011

PENGARUH SUNTIKAN UDARA PADA ALIRAN PUSAR SEKUNDER TERHADAP KAPASITAS PENDINGINAN KELUARAN TABUNG VORTEX Faldian+, I Made Suardjaja*, Prajitno* *Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281, Telp dan Fax. (0274) 521673 Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds Ciwaruga, Bandung, Telp dan Fax (022) 2013789 dan 2013788 E-mail : [email protected] +

ABSTRAK Tabung vortex merupakan salah satu sistem refrigerasi yang menggunakan udara bertekanan sebagai fluida kerja masukan yang menghasilkan ekspansi dengan separasi udara keluaran bertemperatur lebih rendah dan udara keluaran bertemperatur lebih tinggi yang berlangsung pada tabung yang sama. Kapasitas pendinginan yang kecil merupakan salah satu kekurangan pada sistem pendingn tabung vortex Upaya untuk meningkatkan kapasitas pendinginan pada tabung vortex tanpa mengubah konstruksi dan tanpa mengubah dimensinya, dilakukan dengan cara menyuntikkan sejumlah udara pada daerah terbentuknya aliran pusar udara sekunder melalui katup sumbat (hot end plug) yang dilubangi pada bagian tengahnya.. Penyuntikan sejumlah udara dilakukan tanpa terjadi arus aliran udara balik pada keluaran udara panas. Eksperimen ini menggunakan suatu model tabung vortex dengan diameter nominal tabung 12,7 mm dan panjang tabung 100 mm, sedangkan nosel untuk pembangkit vortex menggunakan 3 alur masukan dengan geometrik alur persegi Hasil dari penelitin menunjukkan batas penurunan temparatur terjadi hingga mencapai fraksi massa udara dingin μc = 0,66 pada takanan udara masukan 5 kg/mm,, fraksi massa udara dingin μc = 0,66 pada takanan udara masukan 4 kg/mm2, dan fraksi massa udara dingin μc = 0,54 pada takanan udara masukan 3 kg/mm2. Demkian pula kenaikan kapasias pendinginan bervariasi terhadap tekanan masukan dapat mencapai 57%.

Kata kunci: Tabung vortex, kapasitas pendinginan, suntikan udara, penurunan temperatur, temperatur separasi PENDAHULUAN Tabung vortex (Vortex Tube) merupakan salah satu sistem refrigerasi non konvensional yang mengubah energi potensal dari aliran udara mampat masukan yang kemudian diekspansikan menjadi separasi aliran udara keluaran berpusar sekunder bertemperatur yang lebih rendah (inner vortex) dan keluaran aliran udara berpusar primer yang bertemperatur lebih tinggi (outer vortex) yang berlangsung di dalam tabung secara bersamaan, dimana dalam prosesnya tidak terdapat peralatan yang bergerak. Fenomena separasi

dari udara mampat yang menghasilkan keluaran ekspansi udara panas dan keluaran ekspansi udara dingin, pertama kali dikemukakan oleh G.J.Ranque pada tahun 1930 dan kemudian diinvestigasikan oleh Hilch pada tahun1947 untuk menentukan performansi tabung vortex (Gao, 2005). Keluaran udara dingin dapat dimanfaatkan sebagai sistem pendinginan , sedangkan keluaran udara panas dapat dimanfaatkan sebagai sistem pemanasan.

104

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 bagian tengah katup sumbat keluaran gas panas.Udara suntikan yang diambil dari sebagian dari udara mampat masukan terlebih dahulu perlu dilakukan suatu proses penurunkan tekanan yang sesuai dengan tekanan pada daerah stagnasi aliran berpusar udara sekunder pada temperatur tertentu. Gambar 1: Prinsip tabung vortex

Energi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan tabung vortex berupa udara mampat, tanpa menggunakan sumber enegi listrik , tanpa menggunakan refrigeran sehingga ramah terhadap lingkungan serta tanpa adanya komponen yang bergerak ataupun yang berputar. Konstruksi yang sederhana, berdimensi kecil, ringan, murah mudah mengatur temperatur keluaransertahapir tidak memerlukan perawatan merupakan keunggulan pada sistem pendinginan tabung vortex. Penggunaan sistem pendinginan tabung vortex umumnya sebagai spot cooling untuk pendinginan suatu proses, pendinginan suatu komponen mesin atau peralatan yang sedang beroperasi serta pendinginan pada proses pemesinan. Efesiensi yang kecil dan kapasitas pendinginan yang kecil merupakan keterbatasan pada pada penggunaan sistem pendingin tabung vortex. Kapasitas pendinginan tabung vortex merupakan fungsi dari penurunan temperatur udara dingin keluaran dan laju aliran massa udara dingin keluaran. Pengaturan temperatur dingin keluaran pada suatu tabung vortex dilakukan dengan mengubah bukaan katup sumbat keluaran gas panas (hot end plug) dan secara bersamaan terjadi pula perubahan laju aliran massa udara dingin keluaran. Semakin rendah pengaturan temperatur keluaran, maka laju aliran massa dingin keluaranpun akan semakin mengecil, begitu pula sebaliknya, untuk meningkatkan laju aliran udara dingin keluaran yang lebih besar akan mengakibatkan temperatur keluaran udara dingin akan meningkat. Untuk meningkatkan laju aliran massa keluaran udara dingin yang lebih besar dapat dilakukan dengan menggabungkan secara peralel terhadap beberapa buah tabung vortex atau dapat pula memilih tabung vortex dengan dimensi atau kapasitas yang lebih besar, tetapi akan terjadi penambahan peralatan atau akan mengubah spesifikasi atau dimensi i tabung vortex. Upaya untuk meningkatkan efesiensi adiabatik dan kapasitas pendinginan tabung vortex dengan suatu modifikasi tanpa mengubah dimensi dan konstruksi utama tabung vortex telah lakukan oleh . Piralishvili dan Polyaev (1996). Dalam penelitiannya dibuatlah sirkit kedua pada sistem tabung vortex ( double circuit vortex tube) yakni dengan mengambil sebagian dari udara mampat masukan, kemudian disuntikkan ke daerah awal terbentuknya aliran berpusar udara sekunder. Suntikan sejumlah udara pada sirkit kedua (feed back air) dimasukkan dengan cara melubangi

Udara kompresi Udara dingin keluaran

Udara panas keluaran

Udara suntikan

Gambar 2: Skema prinsip penyuntikan udara (double circuit vortex tube). (Piralishvili, 1996)

Penelitian dilakukan dengan menggunakan suatu model tabung vortex dengan geometrik tabung konis dengan berbagai variasi sudut konis. Pada diameter tabung D = 30 mm, dan perbandingan antara panjang tabung dengan diameter tabung, L/D = 9 pada penelitiannya, merupakan ssatu kondisi yang paling optimum.yang terjadi pada sudut konis tabung 30. Tekanan udara mampat masukan 4 barg dan temperatur 200 C . Penurunan temperatur maksimum ∆Td,maks sebesar 440 C pada fraksi massa dingin µt = 0,5 dengan efesiensi adiabatik h = 20 % serta gap katup sumbat, δ sebesar 10 mm. Efesiensi adiabaik 33 % terjadi pada maksimum ƞ h maks sebesar fraksi massa dingin µt = 0,9 dengan penurunan temperatur ∆Td sebesar 380C. Penurunan temperatur maksi–mum terjadi pada rentang 0,4 < µt < 0,5 sedangkan efesiensi adiabatik maksimum terjadi pada rentang 0,8 < µt < 1,0. Pemasukan udara suntikan diupayakan sedekat mungkin dengan daerah awal terbentuknya aliran berpusar udara sekunder (stagnation point). Bramo (2006) melakukan salah satu studi numerik terhadap daerah stagnasi pada tabung vortex dengan berbagai perbandingan antara panjang tabung dengan diameter tabung, L/D. Panjang daerah stagnasi (stagnation point) terhadap panjang tabung maksimum Z/L = 0,985 terjadi pada kondisi L/D = 9,3 dengan panjang tabung, L = 104 mm. Semakin besar nilai L/D ,semakin kecil nilai Z/L atau jarak antara titik stagnasi dengan ujung katup sumbat semakin menjauh.

Gambar 3. Penunjukan titik stagnasi pada tabungvortex (Bramo,2006) 105

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 Berdasarkan hukum konservasi massa, laju aliran massa udara masukan m sama dengan jumlah laju aliran udara panas keluaran dengan laju p aliran udara dingin keluaran d , atau : m

=

d

+

p

..

Apabila fraksi udara dingin µd didefinisikan sebagai perbandingan antara aliran udara dingin keluaran md atau dengan aliran udara mampat masukan m disebut sebagai fraksi massa udara dingin : µd , sedangkan penurunan temperatur udara dingin keluaran dinyatakan dengan ΔTd, kenaikan temperatur udara panas keluaran dinyatakan dengan ΔTp dan perbedaan antara temperatur keluaran panas dengan temperatur keluaran dingin dintyatakan dengan ΔT, maka

:

µd =

dan ∆ Td = Tm - Td sedangkan ΔTp = Tp - Tm Besarnya kapasitas pendinginan sensibel akibat ekspansi separasi tabung vortex Qv,i.adalah : Qv = md. cp . ΔTd ............

METODA PENELITIAN

pressure regulator dan air separator F(5) untuk mengatur tekanan masuk ke .tabung vortex dan mengeluarkan uap air yang terkandung pada aliran udara mampat sesuai yang diinginkan dan tekanan keluaran yang dipantau oleh pressure gauge P(6). Udara mampat sebelum digunakan didinginkan terlebih dahulu oleh penukar kalor PK(7) untuk mestabilkan temperatur udara masukan ke tabung vortex kemudian uap air yang masih terkandung dalam udara di pisahkan lagi pada air sparator F(8). Setelah melewati air sparator F(8) udara mampat dipisahkan menjadi dua bagian masing masing menuju tabung vortex dan yang lainnya menuju ke bagian saluran udara suntikan. Aliran sparasi udara dingin keluar ke udara ambien dengan pantauan temperatur dingin T(16) pada tekanan P(17) dan debit FM(14). Aliran sparasi udara panas keluar ke udara ambien dengan pantauan temperatur T(16), pada tekanan P(17) dengan debit keluaran FM (19). Pada kondisi dimana terjadi pemasukan udara suntikan ,tekanan udara suntikan masukan diatur oleh katup pengatur tekanan (25) dengan pantauan tekanan P(24). . Tekanan udara stagnasi dipantau oleh perssure gauge P(21) dengan cara menutup katup K(22), sedangkan aliran udara suntikan pada saat dimasukkan dipantau dengan temperatur T(20) dengan debit FM(23). Pengambilan data awal diakukan dengan mengatur suatu posisi katup untuk memperoleh debit keluaran udara dingin atau fraksi massa udara dingin yang paling minimum tanpa udara suntikan. Berikutnya setiap pengaturan suatu posisi bukaan katup sumbat untuk mengatur temperatur keluaran awal atau debit keluaran udara dingin awal tanpa udara suntikan , diikuti dengan pemasukan udara suntikan secara bertahap.

Eksperimen dilaksanakan dengan mempergunakan sebuah model tabung vortex dengan geometri tabung silindris, diameter nominal tabung 12,7 mm atau diameter dalam tabung 10,4 mm serta panjang tabung 100 mm atau L/D = 9,6.. Geometris katup sumbat berbentuk konis dengan sudut kerucut 40o dan terdapat lubang pada bagian tengahnya untuk masuknya udara suntikan dengan diameter lubang d = 3 mm. Pembangkit vortex mengunakan nosel konvensional berpenampang persegi,` berukuran 1 mm x 1,7 mm dengan 3 alur nosel. Penelitian ini akan melihat fenomena yang terjadi terhadap peningkatan kapasitas pendinginan dari suatu model tabung vortex akibat adanya masukan udara dengan sengaja pada daerah aliran pusar udara sekunder tanpa terjadi gangguan atau arus balik udara suntikan pada aliran keluaran udara panas. Gambar 4 memperlihatkan skema dari instalasi pengujian. Udara ambien (1) dimampatkan oleh kompresor (2) hingga mencapai tekanan 7 bar kemudian ditampung terlebih dahulu pada tangki tekan (3) untuk meratakan tekanan. Setelah ke luar tangki tekan diperlukan komponen tambahan seperti katup blokir K(4),

Gambar 4. Skema instalasi pengujian

106

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 Pemasukan sejumlah udara suntikan akan menurunkan temperatur udara dingin keluaran dan juga terjadi kenaikan debit udara dingin keluaran , tetapi pemasukan udara suntikan dibatasi hingga terjadi arus udara balik pada udara panas keluaran, yang ditandai dengan terjadi kenaikan debit udara panas keluaran. Pengaturan posisi bukaan katup sumbat maksimal pada tekanan udara mampat masukan tertentu terjadi apabila efek penurunan temperatur tidak terjadi lagi apabila dilakukan pemasukan udara suntikan atau terjadi arus balik udara keluaranpanas. Tekanan udara masukan pada penelitian ini divariasikan pada masingmasing tekanan 3 kg/cm2, 4 kg/cm2 dan 5 2 kg/cm. Data yang diperoleh dari pengukuran pada setiap tekanan masukan udara mampat dan pada setiap posisi bukaan katup sumbat dengan dan tanpa pemasukan udara suntikan berupa tekanan udara mampat masukan, Pm, debit udara dingin keluaran,

d,

debit

udara panas keluaran, p, debit udara suntikan s, temperatur udara mampat masukan Tm, temperatur udara dingin keluaran,Td, temperatur udara panas keluaran, Tp, tekanan udara dingin keluaran ,Pd, tekanan udara panas keluaran, Pp, tekanan udara suntikn masukan ,Ps dan temperatur udara suntikan masukan, Ts.

Pertama katup sumbat diatur untuk memperoleh udara dingin keluaran terendah tanpa pemasukan udara suntikan pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,28 atau pada debit udara dingin keluaran awal d = 1,69 SCFMd dan diperoleh temperatur keluaran udara dingin Td =-1,6 dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 26,97 watt . Kemudian dimasukkan udara suntikan secara bertahap, terjadi penurunan temperatur dingin terendah pada 4,1 dan kenaikan kapasitas pendinginan 22%. . Pemasukan udara suntikan berikutnya akan menaikkan temperatur keluaran udara dingin dan batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin keluaran Td = -3,0 dan masih lebih rendah dari temperatur keluaran udara dingin awal, sedangkan kenaikan kapasitas pendinginan mencapai 31%. Penambahan udara suntikan berikutnya akan mengakibakan terjadinya arus balik sebagian dari udara suntikan ke udara panas keluaran atau sudah mencapai batas pemasukan udara suntikan maksimum. Pengaturan katup sumbat berikutnya dengan mengatur debit udara dingin keluaran awal d = 1,32 SCFMd atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,35 dan temperatur awal keluaran tanpa udara suntikan sebesar 0,9oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pemasukan udara suntikan akan d = 30,83 watt menurunkan temperatur dingin keluaran terendah pada

Pada penelitian ini udara mampat masuk dijaga konstan pada temperatur 27,5oC pada setiap pengambilan data, baik pada saat sebelum dan pada saat pemasukan terhadap udara suntikan

temperatur -0,9 dan kenaikan kapasitas pendinginan 33%. Batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin keluaran Td = -0,3 dengan terus meningkatnya kenaikan kapasitas pendinginan hingga mencapai 36 %.

Tekanan udara mampat masukan pada tekanan 5 kg/cm2\

Berikutnya katup sumbat diatur pada debit udara dingin keluaran awal d = 2,14 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,37 dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar

10 9 8

2,8oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 34,34 watt . Pemasukan udara suntikan akan terus menurunkan temperatur dingin hingga mencapai

7 6 Td (Celcius)

5 4 3

temperatur terendah 0 dan kenaikan kapasitas pendinginan maksimal terjadi sebesar 48% dan juga merupakan batas akhir pemasukan udara suntikan.

2 1 0 -1 -2

Pada pengaturan katup sumbat dengan debit udara

-3 -4 -5 100

110

120

130

140

150

Qa (%)

Gambar 5. Grafik prosentase Kapasitas pendinginan terhadap penurunan temperatur udara dingin pada tekanan masukan Pm = 5 kg/cm2 Gambar . 5 memperlihatkan grafik hasil pengolahan data pada tabung vortex antara kapasitas pendinginan dengan penurunan temperatur keluaran udara dingin akibat pemasukan udara suntikan.

dingin keluaran awal d = 3,02 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,55dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 4,9oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 36,66 . Penurunan temperatur keluaran dingin akibat udara suntikan terus terjadi hingga mencapai temperatur 3 oC dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan sebesar 24 %.Kenaikan udara suntikan berikutnya.akan mencapai batas pemasukan udara suntikan maksimal terjadi pada temperatur 4,8 oC dengan, prosentase kapasitas pendinginan hanya 18% 107

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 dari kapasitaspendinginan awal. Dibandingkan kurva sebelumnya terjadi perbedaan seperti terlihat pada grafik akan terlihat prosentase penurunan kapasitas pendinginan. Hal ini disebabkan oleh kenaikan temperatur dingin udara keluaran yng mendekati temperatur ingin keluaran awal sehingga kurva berbalik arah , hali ini disebabkan oleh nilai kapasitas pendinginan merupakan fungsi dari penurunan temperatur udara keluaran dingin dan debit udara dingin keluaran. Debit udara dingin keluaran awal berikutnya pada d = 3,5 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,66 mempunyai temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 7,2 oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 37,63 watt. Penurunan temperatur keluaran dingin akibat udara suntikanpun terus terjadi hingga mencapai temperatur 6,3 oC dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan sebesar 11 %.Kenaikan udara suntikan lanjutan akan meningkatkan temperatur udara dingin keluaran di atas temperatur udara keluaran dingin awal tanpa suntikan hingga mencapai temperatur 8,9oC pada prosentase kenaikann kapasitas pendinginanmenjadi turun menjadi 6%. .Temperatur dingin keluaran yang lebih tinggi menyebabkan terjadinya penurunan kapasitas pendinginan keluaran dan kurvapun berbalik arah.

Tekanan udara mampat masukan pada tekanan 4 kg/cm2\ Pada gambar . 6 memperlihatkan grafik hasil pengolahan data pada tabung vortex antara kapasitas pendinginan dengan penurunan temperatur keluaran udara dingin akibat suntikan pada tekanan 4 kg/cm2..: 14 12

0,24 atau pada debit udara dingin keluaran awal d = 1,23 SCFM dan diperoleh temperatur keluaran udara dingin Td =-0,7 dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 18,63 watt . Kemudian dimasukkan udara suntikan secara bertahap, terjadi penurunan temperatur dingin terendah pada -2,7 dan kenaikan kapasitas pendinginan 31%. . Pemasukan udara suntikan berikutnya akan menaikkan temperatur keluaran udara dingin dan batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin keluaran Td = --2,4 dan masih lebih rendah dari temperatur keluaran udaradingin awal, sedang kenaikan kapasitas pendinginan terus meningkat hingga 49%. Penambahan udara suntikan berikutnya akan mengakibakan terjadinya arus balik sebagian dari udara suntikan ke udara panas keluaran. Pengaturan katup sumbat berikutnya dengan mengatur debit udara dingin keluaran awal d = 1,67 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,35 dan temperatur awal tanpa udara suntikan sebesar 3,3oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 22,43 watt Pemasukan udara suntikan akan menurunkan temperatur dingin keluaran terendah pada temperatur -0,1 dan kenaikan kapasitas pendinginan 35%. Batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin keluaran Td = 0,2 dengan terus meningkatnya kenaikan kapasitas pendinginan hingga mencapai 48 %. Berikutnya katup sumbat diatur pada debit udara dingin keluaran awal d = 2,11 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,48 dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 5,5oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 25,49 watt . Pemasukan udara suntikan akan terus menurunkan temperatur dingin hingga mencapai

10 8 Td (Celcius)

Pertama katup sumbat diatur untuk memperoleh udara dingin keluaran terendah tanpa pemasukan udara suntikan pada fraksi massa udara dingin awal µd =

6

temperatur terendah 3,1 dan kenaikan kapasitas pendinginan maksimal terjadi sebesar 33% . Batas akhir pemasukan udara suntikan mencapai temperatur 3,9oC pada kenaikan kapasitas pendinginan 34 %.

4 2 0 -2 -4 90

Pada pengaturan katup sumbat dengan debit udara 100

110

120 Qa (%)

130

140

150

Gambar 6. Grafik prosentase Kapasitas pendinginan terhadap penurunan temperatur udara dingin pada tekanan masukan Pm = 4 kg/cm2 Secara prinsip bentuk kuva keseluruhan pada grafik untuk tekanan 4 kg/cm2 tidak jauh berbeda denganbentuk kurva keseluruhan pada tekenan 5 kg/cm2. Perbedaannya terlihat kenaikan temperatur awal dingin keluaran dan peningkatan prosentase kapasitas pendinginan pada setiap kurva.

dingin keluaran awal d = 2,62 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,62dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 8,2oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 28,63 watt . Pemasukan udara suntikan akan terus menurunkan temperatur dingin hingga mencapai temperatur terendah 7,8oC dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan sebesar 19 %. Kenaikan udara suntikan berikutnya.akan menaikan temperatur keluaran udara dingin hingga mencapai batas pemasukan udara suntikan maksimal terjadi 108

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 pada temperatur 10,1oC dengan, prosentase kapasitas pendinginan 16% dari kapasitas pendinginan awal. Dibandingkan kurva sebelumnya terjadi perbedaanpun terjadi seperti terlihat pada grafik pada Gambar 5, yakni terjadi pembalikan arah kurpada kurva akibat dari penurunan kapasitas pendinginan. Hal ini disebabkan juga oleh kenaikan temperatur dingin udara keluaran yang mendekati temperatur dingin keluaran awal,

kapasitas pendinginan 46%. . Pemasukan udara suntikan berikutnya akan menaikkan temperatur keluaran udara dingin dan batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin dan masih lebih rendah dari keluaran Td = 2,5 temperatur keluaran udaradingin awal, sedang kenaikan kapasitas pendinginan terus meningkat hingga 57%.

Debit udara dingin keluaran awal berikutnya pada d = 2,79 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,66 mempunyai temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 8,4oC, dengan kapasitas

debit udara dingin keluaran awal d = 1,2 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,31 dan temperatur awal tanpa udara suntikan sebesar

pendinginan keluaran d = 28,77 watt. Penurunan temperatur keluaran dingin akibat udara suntikanpun terus terjadi hingga mencapai temperatur 7,3 oC dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan sebesar 8 %.Kenaikan udara suntikan lanjutan akan meningkatkan temperatur udara dingin keluaran di atas temperatur udara keluaran dingin awal tanpa suntikan hingga mencapai temperatur 11,7 keluaran 2%yang merupakan batas akhir pemasukan udara suntikan.Karena kecilnya perosentse keluaran kapasitas pendinginan, maka kurvapun berbalik arah.

temperatur 3,3 dan kenaikan kapasitas pendinginan 38%. Batas akhir pemasukan udara suntikan terjadi pada temperatur dingin keluaran Td dengan terus meningkatnya kenaikan = 5,6 kapasitas pendinginan hingga mencapai 52 %.

Tekanan udara mampat masukan pada tekanan 3 kg/cm2\ Gambar . 7 memperlihatkan grafik hasil pengolahan data pada tabung vortex antara kapasitas pendinginan dengan penurunan temperatur keluaran udara dingin akibat suntikan pada tekanan masukan 3 kg/cm2.:

7,1oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 14,18 watt Pemasukan udara suntikan akan menurunkan temperatur dingin keluaran terendah pada

Berikutnya katup sumbat diatur pada debit udara dingin keluaran awal atau pada d = 1,4 SCFM fraksi massa udara dingin awal µd = 0,39 dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 7,2oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 16,46 watt . Pemasukan udara suntikan akan terus menurunkan temperatur dingin hingga mencapai

10

dan kenaikan kapasitas temperatur terendah 4,9 pendinginan maksimal terjadi sebesar 27% . Batas akhir pemasukan udara suntikan mencapai temperatur 6,7oC pada kenaikan kapasitas pendinginan 39 %.

9

Pada pengaturan katup sumbat dengan debit udara

11

dingin keluaran awal d = 1,66 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,46dengan temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar

8 Td (Celcius)

Pengaturan katup sumbat berikutnya dengan mengatur

7 6 5 4 3 2 1 100

110

120

130 Qa (%)

140

150

160

G ambar 7. Grafik prosentase Kapasitas pendinginan terhadap penurunan temperatur udara dingin pada tekanan masukan Pm = 3 kg/cm2 Pertama katup sumbat diatur untuk memperoleh udara dingin keluaran terendah tanpa pemasukan udara suntikan pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,26 atau pada debit udara dingin keluaran awal d = 1,0 SCFM dan diperoleh temperatur keluaran udara dingin Td = 4,4 dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 13,38watt . Kemudian dimasukkan udara suntikan secara bertahap, terjadi penurunan temperatur dingin terendah pada 1,5

dan kenaikan

8,6oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 17,52 watt. Pemasukan udara suntikan akan terus menurunkan temperatur dingin hingga mencapai temperatur terendah . 76,6oC dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan sebesar 23 %. Kenaikan udara suntikan berikutnya.akan menaikan temperatur keluaran udara dingin hingga mencapai batas pemasukan udara suntikan maksimal terjadi pada temperatur 8,3 oC dengan, prosentase kapasitas pendinginan hanya 33% dari kapasitaspendinginan awal. Debit udara dingin keluaran awal berikutnya pada d = 1,8 SCFM atau pada fraksi massa udara dingin awal µd = 0,54 mempunyai temperatur keluaran awal tanpa udara suntikan sebesar 9,6 oC, dengan kapasitas pendinginan keluaran d = 18,67 watt. Penurunan temperatur keluaran dingin akibat udara suntikanpun terus terjadi hingga mencapai temperatur terendah 7,8 o C dengan kenaikan prosentase kapasitas pendinginan 109

Industrial Research Workshop and National Seminar 2011 sebesar 22 % .Kenaikan udara suntikan lanjutan akan meningkatkan temperatur udara dingin keluaran di atas temperatur udara keluaran dingin awal tanpa suntikan hingga mencapai temperatur 10,9oC pada prosentase kenaikann kapasitas pendinginan 18% . Penurunan temperatur udara dingin keluarann yang kecil dari nilai temperatur sebelumnya mengakibatkan kapasitas pendinginan keluaranpun menurun dan terlihat kurvapun berbalik arah.

DAFTAR PUSTAKA 1.

Bramo, A.; Pourmahmoud, N, a Numerical study on the effect of lenght to diameter ratio and stagnation point on the performance of counter flow Ranque Hilsch vortextube, Australian Journal of Basic and Applied Science 4(10) : 943-4957, 2010.

2.

Gao.C.M, 2005, Experimental Study on The Ranque-HilchVortex Tube, PhD Dissertation, Technische Universiteit Eindhouven, http :\\ alexandria.tue.nl/extra2/200513271.pdf.

3.

Piralishvili S.A.; Polyaev V.M.,1996, Flow and thermodynamics characteristics Of energy separation in a Double-Circuit Vortex Tube – an Experimental Investigation, Experimental Thermal and Fluid Science 1996 ; 12:399-4

4.

Http:\\ en. wikipidea.org/wiki/vortex_tube, Vortex Tube.

KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan dari hasil penelitian yang dilakukan, dapatlah diambil beberapa kesimpulan seperti berikut : 1.

Akibat suntikan udar a terjadi fenomena penurunan temperatur dan peningkatan debit udara keluaran yang akan meningkatkan kapasitas pendinginan udara

2.

Pengaruh tekanan udara mampat masukan terhadap batas penyuntikan udara maksimal tidak terlalu signifikan, terjadi pada fraksi massa udara dingin keluara µd, maks = 0,66 ,untuk tekanan 4 kg/cm2 µd, maks = 0,66 pada tekanan 5 kg/cm2 dan µd, maks = 0,66 dan untuk tekanan 3 kg/cm2 µd, maks = 0,54.

3.

Semakin tinggi tekanan udara mampat masukan kenaikan kapasitas pendinginan maks, akibat udara suntikanpun semakin menurun , terjadi pada µd = 0,28 dengan

maks

= 31 % pada

2,

tekanan 5 kg/cm ; µd = 0,24 dengan maks = 49 % pada tekanan 4 kg/cm2 µd = 0,26 dengan maks =

57 % pada tekanan 3 kg/cm2

110

IRWNS 2011 Peranan Sains dan Teknologi untuk Meningkatkan Kapasitas Inovasi dalam Rangka Mempercepat Kemandirian Ekonomi Nasional

Recommend Documents