STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI STRUKTUR DAN GAP FINS TERHADAP KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR DAN FENOMENA FLOW BOILING DENGAN FLUIDA KERJA HFE-7100

ALAN EKSI WIBISONO, Ir. Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Thermal Management System merupakan hal yang penting pada suatu alat. Perangkat permesinan dituntut memiliki performa tinggi dengan dimensi yang kecil. Performa yang tinggi tersebut menuntut daya yang lebih besar sehingga berimbas kepada panas yang dihasilkan. Sudah banyak metode pendinginan yang dikembangkan, dan salah satunya adalah metode boiling heat transfer. Boiling heat transfer memiliki heat transfer coefficient yang tinggi dibandingkan dengan metode lainnya. Pada penelitian ini penulis menggunakan metode sistem pendinginan flow boiling. Penelitian ini untuk menentukan heat transfer coefficient (HTC) dan fenomena flow boiling pada fins dengan variasi struktur berupa rectangular dan trapezoidal dan variasi gap sebesar 1 mm dan 1,5 mm dengan fluida kerja HFE-7100. Perhitungan dan analisis dilakukan pada daya kalor 100 - 170 W dengan kondisi fluks massa sebesar 6,6 - 19,7 kg/m2.s. Hasil perhitungan menunjukkan variasi fluks massa, struktur, dan gap berpengaruh terhadap nilai koefisien perpindahan kalor dan nilai pressure drop. Fluks massa 6,6 kg/m2.s menghasilkan performa paling baik dibandingkan fluks massa lain pada keempat fins. Performa flow boiling diidentifikasi melalui koefisien perpindahan kalor dan pressure drop. Dihasilkan bahwa performa paling baik ditunjukkan oleh trapezoidal fins gap 1,5 mm dengan fluks massa 6,6 kg/m2s dengan nilai performa 63% lebih baik dibanding rectangular fins gap 1 mm, diikuti dengan rectangular fins gap 1,5 mm dengan nilai performa lebih baik sebesar 46%, dan trapezoidal fins gap 1 mm dengan nilai performa lebih baik sebesar 44% dengan besar fluks massa yang sama. Pada analisis fenomena pendidihan variasi daya kalor berpengaruh terhadap onset nucleate boiling (ONB) dan jumlah bubble. Pada keempat fins, rata-rata onset nucleate boiling terjadi pada input daya sebesar 120 W pada fluks massa 6,6 kg/m2.s. Frekuensi bubble yang dihasilkan akan bertambah seiring bertambahnya input daya dan berkurang seiring bertambahnya fluks massa yang diberikan.

Thermal Management System is an important thing in a tool. Machine tools are required to have high performance with small dimensions. This high performance demands more power so that it affects the heat generated. Many cooling methods have been developed, and one of them is the boiling heat transfer method. Boiling heat transfer has a high heat transfer coefficient compared to other methods. In this study, the authors used the flow boiling cooling system method. This research is to determine the heat transfer coefficient (HTC) and the flow boiling phenomenon in fins with structural variations in the form of rectangular and trapezoidal and gap variations of 1 mm and 1.5 mm with HFE-7100 working fluid. Calculations and analyzes were carried out at a heat capacity of 100 - 170 W with a mass flux of 6,6 - 19.7 kg/m2.s. The calculation results show that the variation of mass flux, structure, and gap has an effect on the value of the heat transfer coefficient and the value of the pressure drop. The mass flux of 6.6 kg/m2.s gave the best performance compared to other mass fluxes on the four fins. The flow boiling performance was identified through the heat transfer coefficient and pressure drop. The result is that the best performance is shown by a trapezoidal fins gap of 1.5 mm with a mass flux of 6.6 kg/m2.s with a performance value of 63% better than a rectangular fins gap of 1 mm, followed by a rectangular fins gap of 1.5 mm with a higher performance value. good value of 46%, and trapezoidal fins gap of 1 mm with a better performance value of 44% with the same mass flux. In the analysis of the boiling phenomenon, variations in heating power affect the onset of nucleate boiling (ONB) and the number of bubbles. On the four fins, the average onset of nucleate boiling occurred at the input power of 120 W at a mass flux of 6.6 kg/m2.s. The resulting bubble frequency will increase with increasing power input and decrease with increasing given mass flux.

Kata Kunci : Flow Boiling, Heat Transfer Coefficient, Fenomena Pendidihan, Straight Fins, HFE-7100