SKRIPSI
OPTIMASI UNJUK KERJA PENDINGINAN KONVEKSI PAKSA PADA JET SINTETIK BERBASIS SPEAKER DENGAN VARIASI NOZZLE BERBENTUK ABJAD X DAN Z
SKRIPSI
XXXXX XXXXXXX XXXXXXXXXXX 1610311045
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA
OPTIMASI UNJUK KERJA PENDINGINAN KONVEKSI PAKSA PADA JET SINTETIK BERBASIS SPEAKER DENGAN VARIASI NOZZLE BERBENTUK ABJAD X DAN Z
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
XXXXX XXXXXXX XXXXXXXXXXX 1610311045
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademik Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Xxxxx Xxxxxxx Xxxxxxxxxxx
NRP 1610311045
Fakultas : Teknik
Program Studi : Teknik Mesin
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta Hak Bebas Royalti Non ekslusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
OPTIMASI UNJUK KERJA PENDINGINAN KONVEKSI PAKSA PADA JET SINTETIK BERBASIS SPEAKER DENGAN VARIASI NOZZLE BERBENTUK ABJAD X DAN Z
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti ini Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan Skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Jakarta Pada tanggal : 10 Juli 2020
Yang menyatakan,
Penulis
OPTIMASI UNJUK KERJA PENDINGINAN KONVEKSI PAKSA PADA JET SINTETIK BERBASIS SPEAKER DENGAN VARIASI NOZZLE BERBENTUK ABJAD X DAN Z
Xxxxx Xxxxxxx Xxxxxxxxxxx
Abstrak
Jet sintetik dianggap sebagai solusi yang menjanjikan untuk digunakan sebagai alat pendinginan pada elektronik modern yang memiliki bentuk bodi tipis. Terdapat banyak variasi variabel yang dapat digunakan pada penelitian jet sintetik seperti bentuk nozzle dan frekuensi yang digunakan. Penelitian ini memilih untuk memvariasikan bentuk nozzle menggunakan huruf alphabet yaitu X dan Z. Pemilihan bentuk nozzle ini selain sebagai bentuk inovasi juga diharapkan mampu memberikan efek perpindahan panas yang lebih baik karena keberadaan sudut- sudut (corners) pada bentuknya, jika dibandingkan dengan bentuk nozzle yang paling umum yaitu bentuk lingkaran. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan speaker pada jenis gelombang sinusoidal sebagai aktuatornya. Hasil penelitian ini secara eksperimental menunjukkan bahwa nozzle bentuk X dan Z mampu menghasilkan temperatur akhir terbaik pada frekuensi 40 Hz, 60 Hz dan 80 Hz. Sementara hasil simulasi aliran fluida menggunakan CFD pada penelitian ini menemukan nilai vorticity tertinggi dihasilkan oleh nozzle bentuk Z pada seluruh frekuensi. Sementara nilai velocity tertinggi pada fluida dihasilkan oleh nozzle bentuk X untuk seluruh frekuensi yang digunakan. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nozzle bentuk X dan Z dapat meningkatkan heat transfer jika dibandingkan dengan nozzle bentuk lingkaran.
Kata Kunci : Jet sintetik, gelombang sinusiodal, variasi nozzle, corners
THE OPTIMIZATION OF FORCED COOLING CONVECTION IN SYNTHETIC JET SPEAKER BASED BY VARYING THE SHAPE OF NOZZLE IN THE ALPHABET FORM OF X AND Z
Xxxxx Xxxxxxx Xxxxxxxxxxx
Abstract
Synthetic jet is considered as a promising solution to be used as a cooling device in a modern electronic that requires a slim body. There are several variables that can be used in synthetic jet studies such as nozzle shapes and frequency excitations. This study chose to vary the shape of the nozzle by using X and Z alphabet shape. Other than as an innovation, this study wanted to prove that the exsistance of corners in X and Z shape could actually increase the heat transfer if compared to the conventional nozzle shape (circle). This study is done by using speaker as an actuator with sinusoidal wave. The result of this study experimentally showed that X and Z shaped nozzle could produce the best final temperature of the heat source at 40 Hz, 60 Hz and 80 Hz. Moreover, the computational result of this study found that the highest vorticity magnitude occurred is produced by Z shaped nozzle in all frequency excitations whilst the highest velocity magnitude is generated by X shaped nozzle in all frequency excitations as well. This study showed that the X and Z shaped nozzle could increase the heat transfer compared to the circle shaped one.
Keywords : Synthetic Jet, sinusoidal wave, nozzle variations, corners
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Optimasi Unjuk Kerja Pendinginan Konveksi Paksa Pada Jet Sintetik Berbasis Speaker Dengan Variasi Nozzle Berbentuk Abjad X Dan Z”. Skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan akademis untuk memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta. Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terwujud dengan baik dengan bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak baik secara langsung dan tidak langsung.
Dalam kesempatan ini pula penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Xxxxx X. Xxxxx Xxxxxx, S.T, M.T selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.
2. Bapak Dr. Xxxxxx Xxxxxxxxx, S.T, M.T selaku dosen Program Studi Teknik Mesin di Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta dan dosen pembimbing Skripsi yang telah membantu penulis dalam penelitian.
3. Xxxxx Xxx Xxxxxx XX, M. Eng selaku dosen Program Studi Teknik Mesin di Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta dan dosen pembimbing Skripsi yang telah membantu penulis dalam penelitian.
4. Kedua orang tua dan keluarga yang senantiasa memberikan dukungan moral dan material sehingga penulis dapat mengerjakan skripsi.
5. Rekan-rekan seperjuangan Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta khususnya tahun angkatan 2016 yang senantiasa memberikan dukungan moral dan material sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi.
6. Serta semua pihak baik teman maupun sahabat yang telah membantu penulis secara materi maupun moril.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua di kedepannya kelak.
Jakarta, 10 Juli 2020
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING iii
PERNYATAAN ORISINALITAS iv
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI v
Abstrak vi
Abstract vii
KATA PENGANTAR viii
DAFTAR ISI x
DAFTAR NOTASI xv
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 4
1.3 Batasan Masalah 4
1.4 Tujuan Penelitian 5
1.5 Sistematika Penulisan 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 Jet Sintetik 7
2.2 Aktuator Jet Sintetik 10
2.2.1 Speaker 11
2.2.2 Frekuensi 12
2.2.3 Gelombang Sinus 13
2.3 Aliran Fluida 13
2.3.1 Aliran Laminar 15
2.3.2 Aliran Transisi 16
2.3.3 Aliran Turbulen 16
2.3.4 Dimensionless Number 17
2.4 Perpindahan Panas 19
2.4.1 Perpindahan Panas Konduksi 19
2.4.2 Perpindahan Panas Konveksi 20
2.5 Computational Fluid Dynamic (CFD) 20
2.5.1 ANSYS 22
2.5.2 Mesh Independent Study 23
2.5.3 User-Defined-Function (UDF) 24
BAB III METODE PENELITIAN 26
3.1 Diagram Alir Penelitian 26
3.2 Alat yang Digunakan 28
3.3 Prosedur Pengambilan Data 35
3.4 Tahapan CFD FLUENT ANSYS 36
3.5 Parameter Penelitian 38
BAB IV PEMBAHASAN 41
4.1 Pengujian Eksperimental 42
4.1.1 Fan 42
4.1.2 Variasi Frekuensi 43
3.1.2 Variasi Nozzle 48
4.2 Simulasi Aliran Fluida Menggunakan CFD 54
4.2.1 Nozzle Circle 55
4.2.2 Nozzle X 63
4.2.3 Nozzle Z 71
BAB V PENUTUP 79
5.1 Kesimpulan 79
5.2 Saran 80
DAFTAR PUSTAKA 82
RIWAYAT HIDUP 86
LAMPIRAN 87
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jet Sintetik. 7
Gambar 2.2 Langkah Kerja Jet Sintetik Berbasis Speaker 10
Gambar 2.3 Aktuator Speaker 11
Gambar 2.4 Aliran Laminar 15
Gambar 2.5 Aliran Transisi 16
Gambar 2.6 Aliran Turbulen 17
Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian Jet Sintetik… 27
Gambar 3.2 Termometer Digital TM-946 29
Gambar 3.3 Thermostat Autonics TC45… 30
Gambar 3.4 Thermocouple 30
Gambar 3.5 Plat Datar dan Plat Sumber Panas 31
Gambar 3.6 Nozzle Akrilik… 32
Gambar 3.7 Dimensi Nozzle 32
Gambar 3.8 Speaker 33
Gambar 3.9 Jangka Sorong… 33
Gambar 3.10 TTG… 34
Gambar 3.11 Tampilan ANSYS 16… 34
Gambar 3.12 Pengambilan Data… 35
Gambar 4.1 Penurunan Temperatur Menggunakan Fan 42
Gambar 4.2 Perubahan Temperatur Menggunakan Fan 42
Gambar 4.3 Penurunan Temperatur Nozzle Circle Variasi Frekuensi… 43
Gambar 4.4 Perubahan Temperatur Nozzle Circle Variasi Frekuensi… 44
Gambar 4.5 Penurunan Temperatur Nozzle Bentuk X Variasi Frekuens… 45
Gambar 4.6 Perubahan Temperatur Nozzle Bentuk X Variasi Frekueni… 46
Gambar 4.7 Penurunan Temperatur Nozzle Bentuk Z Variasi Frekuensi… 46
Gambar 4.8 Perubahan Temperatur Nozzle Bentuk Z Variasi Frekuensi 47
Gambar 4.9 Penurunan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 40 Hz 48
Gambar 4.10 Perubahan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 40 Hz 49
Gambar 4.11 Penurunan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 60 Hz 50
Gambar 4.12 Perubahan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 60 Hz 51
Gambar 4.13 Penurunan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 80 Hz 51
Gambar 4.14 Perubahan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 80 Hz 52
Gambar 4.15 Penurunan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 100 Hz 53
Gambar 4.16 Perubahan Temperatur Variasi Nozzle Frekuensi 80 Hz 54
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Boundary Conditions 36
Tabel 4.1 Vorticity dan Velocity Nozzle Circle 40 Hz 55
Tabel 4.2 Vorticity dan Velocity Nozzle Circle 60 Hz 57
Tabel 4.3 Vorticity dan Velocity Nozzle Circle 80 Hz 59
Tabel 4.4 Vorticity dan Velocity Nozzle Circle 100 Hz 61
Tabel 4.5 Vorticity dan Velocity Nozzle X 40 Hz 63
Tabel 4.6 Vorticity dan Velocity Nozzle X 60 Hz 65
Tabel 4.7 Vorticity dan Velocity Nozzle X 80 Hz 67
Tabel 4.8 Vorticity dan Velocity Nozzle X 100 Hz 69
Tabel 4.9 Vorticity dan Velocity Nozzle X 40 Hz 71
Tabel 4.10 Vorticity dan Velocity Nozzle X 60 Hz 73
Tabel 4.11 Vorticity dan Velocity Nozzle X 80 Hz 75
Tabel 4.12 Vorticity dan Velocity Nozzle X 100 Hz 76
DAFTAR NOTASI
f : n : t : T : | Frekuensi (Hz) Banyak getaran Waktu (s) Periode (s) | Ρ : V : D : 𝛼 : | Density (kg/m3) Kecepatan (m/s) Diameter pipa (m) Thermal diffusion rate (m2/s) |
Ap : | Amplitudo (m) | h : | Koefisien konveksi termal (W/m2K) |
ω : | Frekuensi radial (rad/s) | L : | Panjang (m) |
φ : | Fase (m) | k : | Konduktivitas termal |
(W/m.K) | |||
Q : | Debit (m3/s) | D : | Mass diffusion rate (m2/s) |
A : | Luas permukaan (m2) | Kc : | Convective mass transfer |
rate (m/s) | |||
λ : | panjang gelombang (m) | Cp : | Thermal capacity (J/K) |
T : | periode gelombang (s) | ||
μ : | Kekentalan, viskositas | ||
dinamik (Pa.s) | |||
τ : | Tegangan geser (Pa) | ||
du/dy : | Gradien kecepatan | ||
υ : | Viscous diffusion rate (m2/s) |