Analisis Pengaruh Getaran Mekanis Terhadap Karakteristik Kondensasi dan Perpindahan Panas Pelat Tembaga Pola Horizontal Hidrofobik Hidrofilik

Syah Ahnaf Ragasenda, Dr. I Made Miasa, S.T., M.Sc. ; Dr. Eng. Adhika Widyaparaga, S.T., M.Biomed.E.

2026 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Pemanenan air atmosferik melalui kondensasi merupakan solusi inovatif untuk mengatasi krisis air tawar global. Efisiensi sistem ini sangat bergantung pada keberlanjutan mode kondensasi tetesan (dropwise condensation) dan kecepatan pelepasan kondensat untuk meminimalkan hambatan termal. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh getaran mekanis terhadap karakteristik kondensasi dan performa perpindahan panas pada pelat tembaga berpola hibrid (biphilic) alur horizontal (horizontal groove).

Eksperimen dilakukan menggunakan sistem pemanen air yang mengintegrasikan modul termoelektrik sebagai pendingin aktif untuk menjaga temperatur permukaan pelat pada 2 ± 1 °C di dalam chamber dengan kelembapan relatif konstan 80%. Getaran mekanis diinduksi menggunakan vibration speaker dengan variasi frekuensi sapu (1000–80 Hz) dan frekuensi struktur (240 Hz), serta tiga jenis bentuk gelombang yaitu sinusoidal, segitiga (triangle), dan kotak (square). Pengamatan dilakukan untuk mengevaluasi dinamika pelepasan tetesan ( droplet shedding), fluks laju pemanenan air, serta koefisien perpindahan panas.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan getaran mekanis secara signifikan meningkatkan performa kondensasi. Fluks laju pemanenan air kondensasi meningkat dari 0,132 kg/m²h pada kondisi tanpa getaran menjadi maksimum 0,34 kg/m²h pada getaran struktur dengan gelombang square. Peningkatan fluks laju massa hingga 278%  korespondensi dengan peningkatan performa peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi yang nantinya mengindikasikan hasil fluks kalor perpindahan panas konveksi yang semakin baik. Peningkatan ini terjadi karena getaran mempercepat proses droplet shedding sehingga area kondensasi segar dapat terbentuk secara lebih cepat. Integrasi pola hibrid dengan getaran mekanis ini berpotensi besar untuk mengoptimalkan sistem pemanenan air atmosferik dan perangkat perpindahan panas berperforma tinggi.

Atmospheric water harvesting through condensation is an innovative solution to address the global freshwater crisis. The efficiency of this system depends heavily on maintaining the dropwise condensation mode and the speed of condensate removal to minimize thermal resistance. This research aims to analyze the effect of mechanical vibration on the condensation characteristics and heat transfer performance of biphilic copper plates with horizontal groove patterns.

Experiments were conducted using a water harvesting system that integrates a thermoelectric module as an active cooler to maintain the plate surface temperature at 2 ± 1 °C inside a chamber with a constant relative humidity of 80 %. Mechanical vibrations were induced using a vibration speaker with variations in sweep frequency (1000 – 80 Hz) and structural frequency (240 Hz), along with three types of waveforms: sinusoidal, triangle, and square. Observations were carried out to evaluate droplet shedding dynamics, water harvesting mass flux, and the heat transfer coefficient.

The results showed that the application of mechanical vibration significantly enhances condensation performance. The condensation water harvesting mass flux increased from 0.132 kg/m²h in the non-vibration condition to a maximum of 0.34 kg/m²h under structural vibration with a square waveform. The mass flux increase of up to 278% corresponds to an improvement in the convective heat transfer coefficient, indicating a better convective heat flux. This enhancement occurs because vibrations accelerate the droplet shedding process, allowing fresh condensation areas to form more rapidly. The integration of hybrid patterns with mechanical vibration holds great potential for optimizing atmospheric water harvesting systems and high-performance heat transfer devices. 

Kata Kunci : Condensation, Mechanical Vibration, Copper Plate, Hydrophilic– Hydrophobic Surface, Heat Transfer, Atmospheric Water Harvesting.