ANALISIS PERFORMANSI CLOSED THERMOSYPON DENGAN

## VARIASI KONSENTRASI CAMPURAN ASETON DAN ETANOL

## Arif Rochman Fachrudin
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang Email: rasya_fachrudin@yahoo.com

## ABSTRACT
Thermosypon are heat exchangers in the form of a pipe that consists of three main parts:  evaporator  (the  bottom  of  the  tube),  adiabatic  and  condenser  (top  tube). Evaporator  part  is  the  part  that  receives  heat  and  absorb  them  to  be  brought  goto  the condenser, the part which releases heat to the environment. Among the evaporator and condenser there is a section that separates, ie adiabatic section as part of an isolated so no  temperature  exchange  with  the  pipe  lingkungan.Didalam  there  is  the  working  fluid that  carries  heat  from  the  evaporator  evaporator.Panas  absorbed  from  the  environment and move up the tube because of differences in density between the vapor and liquid to kesisi  condensation  (condenser)  and  heat  dilepaskan.Pada  side  vapor  condensation condensed into liquid  and moves down back to  the evaporator because of the force of gravity.
In this study, thermosypon made of copper with a diameter of 12,7 mm and a length of 500 mm with a length of 195 mm condenser. The area subject to the evaporator as the heat  source  side,  adiabatic  section  is  isolated  so  that  no  heat  exchange  with  the environment and the area condenser mounted heat sink which aims to remove heat from the heat pipe to the environment. The research was done by varying the concentration of the working fluid, the concentration of the mixture of acetone and ethanol.Variasi fluid mixture  concentrations  used  in  this  study  is  the  percentage  of  acetone  to  methanol, yaitu0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100%. The data required is the temperature at the evaporator (Te), the temperature of the condenser (TK1, Tk2, TK3) and air temperature (Tu).
The  results  showed  that,  most  small  thermal  prisoner  at  the  time  of  the concentration of 100% acetone to ethanol. At the same acetone concentration, the higher the power (the higher the temperature), the greater the heat flux and power output. The process  in  this  experiment  the  largest  output  power  and  capacity  terbesarterjadi  the acetone concentration of 100% and the highest power (63 W).
Keywords: thermosypon, heat pipes, heat exchangers, condensers
1. Pendahuluan
Dalam  bidang mechanic maupun electric dibutuhkan  suatu  alat  pendingin  untuk melindungi komponennya dari kerusakan.Dengan sistem pendinginan maka temperatur komponen  akan  terjaga  sehingga  terhindar  dari  kerusakan  kerusakan  yang  diakibatkan dari panas yang berlebih ( over heating ).
Salah  alat  pendingin  yang  efektif  dalam  memindahkan  panas  dalam  hal  ini adalah thermosypon . Thermosypon merupakan  alat  penukar  panas  yang  berupa  pipa, terdiri  dari  3  bagian  utama  yaitu  :  evaporator,  adiabatik  dan  kondensor.  Bagian evaporator  merupakan  bagian  yang  menerima  panas  dan  menyerapnya  untuk  di  bawa kebagian  kondensor,  yaitu  bagian  yang  melepas  panas  ke  lingkungan.Diantara evaporator dan kondensor ada bagian yang memisahkan,yaitu bagian  adiabatik sebagai bagian  yang  terisolasi  sehingga  tidak  ada  pertukaran  temperatur  dengan lingkungan.Didalam pipa itu terdapat fluida kerja yang berfungsi membawa panas dari evaporator dan melepaskannya di kondensor.
Apabila  sejumlah  panas  diberikan  pada  bagian  evaporator  panas,makafluida  kerja akan  menguap  melalui  inti  tengah.    Uap  yang  dibangkitkan  bertekanan  yang  besar melebihi  tekanan  cairan  sehingga  uap  akanmenuju  ke  bagian  kondensor.Pada  bagian kondensor,  fluida  kerja  yang  berupa  uap  dikondensasikan  dengan  melepas  panas  dan fluida  yang  telah  terkondensasi  kembali  ke  bagian  evaporator  melalui  dinding berdasarkan gravitasi. Proses ini berjalan secara terus menerus, panas dipindahkan dari evaporator ke kondensor adalah berbentuk panas laten penguapan.
Gambar 1. Thermosypon
Sumber : Sabharwall P.,2009
Thermosyphon sebenarnya merupakan heat pipe tetapi tanpa struktur kapiler ( wick ) (Sabharwall P, 2009).Menurut Meyer A, Dobson, R T (2006) thermosyphon merupakan heatpipe tetapi  tanpa struktur kapiler (wick),  sehingga perbedaan antara thermosyphon dan heatpipe yaitu  thermosyphon  menggunakan  gaya  gravitasi  untuk  mentransfer
panasdari  sumber  panas  ( heat  source )  yaitu  evaporator  yang  terletak  di bawahkondensor, sedangkan heat pipe menggunakan pipa kapiler ( wick ).
Menurut  penelitian  sebelumnya  diperoleh  kesimpulanbahwagaya  gravitasi  pada thermosyphon mempunyai  efek  perpindahan  panas  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan  struktur  kapiler  (wick)  dalam  heat  pipe  karenastruktur wick cenderung menambah  hambatan  terhadap  aliran  kondensat.    Meng-Chang  Tsai,  dkk  (2007) melakukan  penelitian  pada loop  thermosyphon ,  dengan  menggunakan  evaporator dinding wick dan  tanpa wick .  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  Temperatur evaporator tertinggi pada evaporator tanpa sumbu struktur ( wick ). Meena P., dkk (2006) melakukan  penelitian  terhadap  recovery  panas  padasiklus  pengeringan  dengan CLOHP/CV  (Closed-loop  oscillating  heat-pipe  withcheck  valves )  air-preheater  yang digunakan  sebagai  recovery  panas  buangan.  Hasil  penelitian  menyimpulkan  efektiitas Efektivitas  perpindahan  panas  tertinggi  dicapai  pada  kecepatan  udara  terendah    dan pada    temperatur  tertinggi.    Heri  Sudarmanto  (2011),  melakukan  penelitian  campuran konsentrasi  aseton  dan  methanol  pada heat  pipe .  Dalam  penelitiannya  disimpulkan bahwa  campuran  konsentrasi  aseton  dan  methanol  berpengaruh  pada  unjuk  kerja heat pipe , yaitu semakin besar konsentrasi aseton unjuk kerja semakin bagus
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka pengujian ini dititik beratkan  pada  masalah  pengaruh  konsentrasi  campuran  aseton  dengan  titik  didih 56,53 0 C dan ethanol dengan titik didih 78,29 0 pada unjuk kerja closed thermosypon.
Kinerja termal thermosypon tergantung pada beberapa hal antara lain fluida kerja, , bahan  pipa,  bentuk  dan  panjang thermosypon .  Kriteria  pokok  dari  kinerja  termal ditentukandari  beda  temperatur  evaporator  dan  kondensor  (end  to  end  ΔT),  tahanan termal,  kapasitasperpindahan  kalor  (fluk  kalor)  dan  dayaoutputSecara  teori  tahanan termal (Rth) pipa kalordapat dihitung dengan persamaan (Hopkin etal., 1999) :
Semakin rendah harga tahanan termal maka kinerja thermosypon semakin baik dan begitu  juga  sebaliknya.    Pada  kondisi  ideal  kalor  yang  keluar  harussama  dengan  kalor yang  masuk,  karena  pada  kondisi  stedi  kalor  yang  dibutuhkan  untuk  penguapan  fluida kerja  di  evaporator  akan  sama  dengan  kalor  yang  dilepaskan  pada  saat  proses kondensasi  uap  di  daerah  kondensor.  Kalor  yang  keluar  melaui  kondensor  dapat
dihitung sebagai berikut : Qout = η. At. h. (Tw – Tu).  Fluks kalor didapatkan dari kalor yang keluar (Qout) persatuan luas.  Koefesien perpindahan kalor konveksi (h) diperoleh dengan  rumus  empiris,  khususnya  untuk  konveksi  paksa  denganaliran  turbulen  dapat dinyatakan dalam bentukfungsi sebagai berikut (Holman, 1994 : 60):
Angka Nusselt diperoleh dari (Holman 1994:252) :

## Nud  0,023 Re 0,8 Pr n
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka pengujian ini dititik beratkan  pada  masalah  pengaruh  konsentrasi  campuran  aseton  dan  ethanol  pada  unjuk kerja close thermosypon.
2. Metodologi Penelitian
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  hubungan    pengaruh  campuran konsentrasi  aseton  dan  ethanol  pada  unjuk  kerja thermosypon ,  sehingga  untuk mendapatkan  variasi  parameter  –  parameter  tersebut  di  atas  dilakukan  dengan  jalan memvariasi  konsentrasi  aseton  dan  ethanol    yang  digunakan  sebagai  penukar  panas. Selain itu dilakukan variasi daya untuk mengetahui unjuk kerja thermosypon.

## Prosedur Pengambilan Data
Sebagai  langkah  awal  dalam  penelitian  yaitudengan  melakukan  Mengisi  fluida kerja  aseton  7,5  ml  dalam  pipa  kalor,  menghidupkan  power  dan  mengatur  kedudukan auto travo, sehingga diperoleh daya input 10 Watt atau input temperatur 50 0 C. Setelah kondisi stedi mencatat data temperatur dievaporator ( Te ), temperature kondensor (Tk1, Tk2, Tk3 ), dan temperatur udara ( Tu ) masing  – masing 10 kali denganselang waktu 30 detik.
Ada  6  variasi  konsentrasi  volume  asetonterhadap  etanol  yang  menjadi  obyek penelitian  ini  yaitu  :  0%,20%,  40%,  60%,  80%,  dan  100%.  Daya  inputyang  diberikan adalah 8 ; 13,4 ; 19,2 ; 27 ; 34,2;42,1; 52 dan 63 Watt.Pengambilan data temperatur di evaporator(Te),  kondensor  (Tk1,  Tk2,  Tk3),  dan  temperatur  udara  (Tu)  dilakukan setelah  kondisi  stedi,  yaitukurang  lebih  120  menit  setelah  power  dihidupkan,  dan untukdaya input selanjutnya berselang kurang lebih 30 menit.
Gambar 2Susunan Alat Uji Thermosypon
Spesifikasi Thermosypon
Tabel 1. Spesifikasi Thermosypon SPESIFIKASI KET Panjang total (mm) 500 Panjang kondensor (mm) 195 Panjang adiabatiK (mm) 210 Panjang Evaporator (mm) 110 Diameter Pipa (mm) 12,7 Tebal Pipa (mm) 0,5 Fluida kerja Variasi Aseton dan Etanol Jumlah sirip 23 Diameter sirip 48 Bahan Pipa Cu
Daya  input  dihitung  berdasarkan  tegangan  dan  arus  yang  diterima  oleh  pemanas (heater), yaitu bisa dihitung :

## Q in = V . I
Pengambilan data temperatur adalah pada bagian, evaporator (Te), kondensor (Tk1, Tk2,  Tk3),  dan  temperatur  ruangan/udara  (Tu).Pengambilan  data  dilakukan  setelah kondisi  kerja heat  pipe stabil,  yaitu  kurang  lebih  30  menit  setelah heat  pipe mulai beroperasi.Pengukuran dilakukan 3 kali dan setiap temperatur diambil datanya 10 data dengan  jeda  pengambilan  data  5  menit,  sehingga  setiap  temperatur  memeperoleh  30 data.

## 90 INFO TEKNIK, Volume 17 No.1 Juli 2016
Untuk  setiap  konsentrasi  yang  berbeda  ,  diberikan  5  variasi  temperatur  dan  untuk panjang adiabatik berikutnya diulang dari awal seperti sebelumnya. Hasil penelitian ini digambarkan dalam suatu grafik.
3. Hasil Dan Pembahasan
Gambar 3.  Grafik Pengaruh Konsentrasi Volume Aseton Terhadap End To End Gambar  3  menunjukkan  bahwa  perbedaan  temperatur  ( end  to  end ∆𝑇 )  dibagian evaporator dan kondensor padakonsentrasi aseton 0%, end to end ∆𝑇 nya cukup tinggi, dan semakin bertambahnya daya (semkin tinggi temperatur) maka semakin kecil end to end ∆𝑇 dan semakin menurun seiring pertambahan konsentrasi Aseton.Untuk konsentrasi Aseton 0% pada semua temperatur mempunyai harga end to end ∆𝑇 terbesar . Sebaliknya untuk  konsentrasi  aseton  100%  mempunyai end  to  end ∆𝑇 yang  terkecil.Dengan konsentrasi  aseton  100%  mempunyai end  to  end ∆𝑇 terkecil  adalah  menunjukkan mempunyai unjuk kerja thermal yang terbaik.
Ketika  konsentrasi  aseton  0%,  fluida  yang  berada  pada  evaporator  belum sepenuhnya  mencapai  suhu  kondensasi  langsung  masuk  ke  kondensor  sehingga mempunyai end  to  end ∆𝑇 tinggi.  Temperatur  di  bagian  evaporator  mengalami penurunan  dengan  kenaikkan  konsentrasi  volume  aseton  dan  mengalami  kenaikkan dengan bertambahnya daya input. Hal ini sesuai dengan ketentuan teori ( Qin = m.hfg ), sehingga aliran massa uap akan terus bertambah denganbertambahnya daya input, yang berakibat  meningkatnya  tekanan  uap  dalam  pipa.  Kenaikan  konsentrasi  volume  aseton berpengaruh  terhadap  penurunan  titik  didih  fluida  kerja  yang  berada  dibagian evaporator, karena titik didih aseton lebih rendah daripada etanol. Khusus untuk fluida
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0% 20% 40% 60% 80% 100% En d To E n d ( 0 C) Konsentrasi Volume Aseton (%) 8 W
13,4 W 19,2 W 27 W 34,2 W 42,1 W 52 W 63 W
dengan  konsentrasi  etanol  (0%  aseton)temperatur  pada  evaporator  sangat  tinggi sehingga end  to  end  tinggi ,  dandengan  penambahan  konsentrasi  aseton  temperatur pada  evaporator  akan  menurun  seiring  dengan  peningkatan  daya  input,  dan  penurunan temperatur  lebih  stabil  pada  volume  aseton40%  -  100%,  dan  fluida  kerja  yang  tersisa dievaporator konstan.
Gambar4.  Grafik Pengaruh Konsentrasi Volume Aseton Terhadap Tahanan Termal Pada  gambar  4  hubungan  antara  konsentrasi  aseton  dengan  tahanan  thermal terlihatketika  konsentrasi  aseton  0%,  tahanan  thermal  sangat  besar,semakin  tinggi konsentrasi  aseton  maka  tahanan  thermalnya  semakin  turun.Hal  ini  terlihat  pada konsentrasi  aseton  0%dengan  daya 8Wmempunyai  tahanan thermal  14 0 C/W kemudian semakin turun sampai pada konsentrasi aseton 100% = 0,5 0 C/W pada daya terbesar, 63 W.
Dari kejadian diatas disebabkan semakin bertambahnya prosentase aseton, kenaikan konsentrasi volume aseton berpengaruh terhadap penurunan titik didih fluida kerja yang berada  dibagian  evaporator,  karena  titik  didih  aseton    lebih  rendah  daripada  methanol sehingga  proses  penguapan  semakin  cepat  terjadi  pada  kondisi  daya  yang  sama sehingga tahanan thermal menjadi semakin kecil.
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  bertambahnya  konsentrasi  aseton  dengan temperatur  yang  sama  akan  meningkatkan  daya  output . Pada  daya  8  W  dengan konsentrasi  aseton  0%  diperoleh  daya  output  17  W  sedang  pada  konsentrasi  aseton 100%  diperoleh  daya  output  23  W.  Daya  Output  tertinggi  35  W,  adalah  ketika konsentrasi aseton 100% dan pada daya tertinggi 63 W.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0% 20% 40% 60% 80% 100% Tah an an Ter mal ( 0 C /W) Konsentrasi Aseton (%) 8 W 13,4 W
19,2 W 27 W 34,2 W 42,1 W 52 W 63 W
Gambar5.  Grafik Pengaruh Konsentrasi Volume Aseton Terhadap Daya Output Hal  ini  disebabkan  dengan  semakin  besar  konsentrasi  aseton  makan  tahanan thermal  semakin  kecil  sehingga  daya  output  akan  semakin  besar.    Dengan  semakin bertambahnya  Daya  input,  tahanan  termal  akan  semakin  kecil  sehingga  akan  semakin bertambah daya output.
Gambar6.Grafik Pengaruh Konsentrasi Volume Aseton Terhadap Fluks Kalor Gambar 6 menunjukkan bahwa  fluk kalor terbesar adalah pada saat  konsentrasi aseton 100%.  Hal ini ditunjukkan pada temperatur yang sama, fluks kalor terbesar pada pada konsentrasi aseton 100% dan semakin menurun pada konsentrasi aseton semakin kecil. Hal  ini  dipegaruhi  oleh  volume  spesifik  uap  dan  kandungan  panas  laten  dari  fluida kerja,maka  dengan  konsentrasi  aseton  100%,  karena  titik  didihnya  lebih  rendah
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0% 20% 40% 60% 80% 100% D ay a O u tp u t ( W) Konsentrasi Aseton (%) 8 W
13,4 W
19,2 W 27 W 34,2 W 42,1 W 0 5 10 15 20 25 30 35 0% 20% 40% 60% 80% 100% Fl u ks Kal o r ( W/Cm 2 ) Konsentrasi Aseton 8 W 13,4 W
19,2 W 27 W 34,2 W 42,1 W 52 W 63 W
dibanding  konsentrasi  lain,maka  mempunyai  kandungan  panas  laten  yang  tinggidan komposisi  uap  akan  semakin  banyak,  sehingga  mekanisme  proses  transfer  panas semakin besar.  Hal ini menyebabkan fluks kalor semakin tinggi.
Gambar7.  Grafik Pengaruh Daya Input Terhadap Fluks Kalor Pada  gambar  6  terlihat  bahwa  untuk  semua  variasi  konsentrasi  aseton,  kapasitas perpindahan kalor persatuan luas melintang pipa (fluks kalor) meningkat seiring dengan semakin besar daya. Hal ini ditunjukkan bahwa pada konsentrasi aseton  0% pada daya 8  W,  mempunyai  fluks  kalor  10  W/cm 2 sedangkan  pada  konsentrasi  yang  sama  pada daya 63 W mempunyai fluks kalor 19 W/Cm 2 . Pada konsentrasi aseton 100% pada daya 8 W, mempunyai fluks kalor 16 W/cm 2 dan pada daya 63 W mempunyai fluks kalor 30 W/cm 2 .    Data  ini  mempunyai  arti  bahwa  fluida  kerja  yangmempunyai  fluk  kalor terbesar  adalah  yang  mempunyai  unjuk  kerja  termal  yang  baik.  Pada  gambar  terlihat bahwa pada umumnya nilai flukkalor untuk setiap variasi daya input yang terbesarpada fluida kerja yang berasal dari campuranetanol dan aseton
4. Kesimpulan
1. Semakin besar konsentrasi aseton end to end semakin kecil. End to end tertinggi pada daya  terendah  (8  W)  dengan  konsentrasi  aseton  0%  danend  to  end  terendah  pada temperatur daya tertinggi (63 W)dengankonsentrasi aseton 100%.
2.  Pada  semua  nilai  daya,  semakin  besar  prosentase  asetonmaka  tahanan  thermal  akan menurun.  Tahanan  thermal  tertinggi  pada  konsentrasi  aseton  0%  pada  daya
0 5 10 15 20 25 30 35 8 13,4 19,2 27 34,2 42,1 52 63 Fl u ks Kal o r ( W/Cm 2 ) Daya Input (W) 0% 20% 40%
60% 80% 100%
8W(14C/W) dan terendah pada konsentrasi aseton 100% pada daya tertinggi, 63 W (0,5 C/W)
3. Pada semua temperatur, semakin besar prosentase asetonsemakin besar fluk kalor dan daya output. Fluks kalor tertinggi pada prosentase aseton 100% dan pada daya 63 W (30 W/cm 0 ) dan daya output tertinggi (35 W) pada prosentase aseton terbesar dan daya tertinggi.
4.   Pada konsentrasi aseton yang samasemakin besar daya input, maka semakin besar daya output yang dihasilkan thermosypon

## Daftar Pustaka
[1]  Dunn,  P.D.  and  D.A.  Ready,1994. Heat  pipe ,  Fourth  edition,pergamon press,Elselvier Science Ltd
[1] Faghri A.1995. Heat Pipe science and tehnologi , Taylor and francis
[2]  Holman,  JP.1986. Heat  Transfer  Mc  Graw  Hill ,  Ltd  jasjfi  (Penerjemah).  1994. Perpindahan Kalor. Edisi keempat. Erlangga Jakarta
[3]  Masaru  Oomi,  Toshiro  Fukumoto,  Takao  Kobayashi,  Masamobu  Sugiora,  Ktsuo Nakayama, and kenichi Namba. 2000. State of the art Technologies Of Micro Heat Pipe Heat Sink for Note Book PCS .
[4] Mozumder AK, A. F. Akon, M. S. H. Chowdhury dan S. C. Banik , 2010. Journal of Mechanical  Engineering,  Vol.  ME  41,  No.  2,  December  2010  Transaction  of  the Mech. Eng. Div., The Institution of Engineers, Bangladesh
[5] Hadi, HS. 2003. Pengaruh Sudut kemiringan terhadap Kinerja Thermal Pipa Kalor Alur Memanjang . Tesis, Universitas Brawijaya
[6]  Sathaye,N.D.2000 .Incorporation  of  heat  pipe  Into  Engine  Air  Pre  Cooling ,Master Thesis, B.E, University of Pune.
[7]  Sabharwall,  p.,  2009, Engineering  Design  Elements  of  a Two-PhaseThermosyphon to  Transfer  NGNP  Thermal  Energy  to  a  Hydrogen  Plant. Idaho  National Laboratory U.S. Department of Energy National Laboratory
[8]  Soedarmanto,Heri.  2011. Pengaruh  Konsentrasi  Campuran  Aseton  dan  Metanol Terhadap  Unjuk  Kerja  Termal  Revolving  Heat  Pipe  dengan  Alur  Memanjang . Jurnal poros Teknik, 3:1, 34-30.(Manado,1 Juni 2011).