I 2 N N 2/AU2/P2MI-LIPI/04/2012 ( 2 P N
TerhadapKorelasi ......... ( S u ! ! )
PENGARUH KONSENTRASI ZrO 2 TERHADAP KORELASI PERPINDAHAN PANAS NANOFLUIDA AIR – ZrO 2 UNTUK PENDINGIN REAKTOR
Sudjatmi K.A,  K. Kamajaya,  dan Efrizon Umar Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri – BATAN Email: sudjatmi@batan.go.id
Diterima editor 16 September 2013

## Disetujui untuk publikasi 16 Oktober 2013
ABSTRAK. PENGARUH  KONSENTRASI  ZRO 2 TERHADAP  KORELASI  PERPINDAHAN  PANAS NANOFLUIDA  AIR-ZRO 2 UNTUK  PENDINGIN  REAKTOR .  Sejalan  dengan  perkembangan konsep  keselamatan  pasif  pada  sistem  keselamatan  PLTN,    maka  sistem  perpindahan  panas  konveksi alam memegang peranan penting. Pemakaian nanofluid sebagai fluida pendingin pada sistem keselamatan nuklir  dapat  digunakan  pada  Sistem  Pendingin  Teras  Darurat  dan  Sistem  Pendingin  Pengungkung  Luar Reaktor.  Beberapa  peneliti  telah  melakukan    studi  desain  konseptual  aplikasi  nanofluid  untuk meningkatkan  keselamatan    AP1000  dan  sistem  pendingin  teras  darurat  pada  reaktor  daya  eksperimen. Penerapan  nanofluida  juga  mulai  dikembangkan  melalui  hasil  penelitian  perpindahan  panas  konveksi alamiah  pada  sub-buluh  dengan  nanofluida  sebagai  fluida  kerjanya  sangat  dibutuhkan.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  menentukan  pengaruh perubahan  konsentrasi  ZrO 2 terhadap  korelasi perpindahan panas konveksi alamiah dengan pendekatan eksperimental. Data eksperimental yang diperoleh digunakan untuk mengembangkan korelasi umum empirik perpindahan panas konveksi alamiah. Metode penelitian dengan menggunakan  alat  uji  sub-buluh  vertikal  dengan  geometri  segitiga  dan  segiempat  menggunakan  air  dan nanofluida  air-ZrO 2 sebagai  fluida  kerjanya.  Konsentrasi  nanopartikel  dalam  larutan  yang  digunakan sebesar  0,05  %,  0,10%  dan  0,15  %  dalam  persen  berat.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  untuk bilangan  Rayleigh  yang  sama,  kemampuan  pemindahan  kalor  oleh  nanofluida  air-ZrO 2 lebih  baik  dari pada  pemindahan  kalor  oleh  air.  Namun  peningkatan  konsentrasi  nanofluida  tidak  selalu  mendapatkan kemampuan pemindahan kalor yang lebih baik.
Kata kunci: nanofluida air-ZrO 2 , konveksi alamiah, sub-buluh segitiga, sub-buluh segi segiempat

## ABSTRACT
THE  EFFECT  OF  ZrO 2 CONCENTRATION  ON  THE  HEAT  TRANSFER  CORRELATION NANOFLUIDA  WATER-ZrO2  FOR  REACTOR  COOLANT. In  line  with  the  development  of  the passive safety concept for the safety systems of nuclear power plants, the natural convection heat transfer system  plays  an  important  role.  The  nanofluid  as  coolant  fluid  on nuclear  safety  system  can  be used  in Emergency  core  cooling  system  and  in  reactor  coolant  system  confinement.  Several  researchers  have studied  the  conceptual  design  of  nanofluid  applications  to  improve  the  safety  of  the  AP1000  and  the emergency core cooling system at reactor power experiments. Application of nanofluid also began to be developed through the research of natural convection heat transfer in  sub-channel. This study aimed to determine  the  effect  of  changes  in  the  concentration  of  ZrO 2 on  natural  convection  heat  transfer correlation with experimental approaches. The experimental data obtained is used to develop a general empirical  correlation  of  heat  transfer  of  natural  convection.  Research  methods  using  test  equipment vertical  sub-channel  with  triangular  and  rectangular  geometry  using  water  and  nanofluid  water  ZrO 2 . The concentration of nanoparticles in the solution used by 0.05 %, 0.10 % and 0.15 % in weight percent. The results showed that for the same Rayleigh number, the heat removal capability by nanofluid water- ZrO 2 better  than  the  transfer  of  heat  by  water.  However,  increasing  the  concentration  of  nanofluid  not always get heat removal capability better .
Keywords: water-ZrO 2 nanofluid, natural convection, triangular sub-channel, rectangular sub-channel
J # $% & # ' % )& * + , # - .& / # V0 34 5 6 No.3 Oktober 2013, Hal. 171-181 78 9 : 9 ; < = 3 9 > ? @ kreditasi s/d April 2015) ABB C 5 D 55 – 240X Nomor : 402/AU2/P2MI-LIPI/04/2012

## PENDAHULUAN
Diprediksi  bahwa  nanofluida  akan  mulai  diterapkan  dalam  PLTN  dimasa  mendatang, terutama sebagai pendingin utama pada reaktor PWR, pendingin bagi instalasi ECCS pada reaktor PWR,  ABWR/SBWR  dan  pendingin  pada  kondisi  kecelakaan  parah  pada  reaktor  LWR  dengan power  density yang  tinggi.  Penerapan  pertama  nanofluida  di  bidang  nuklir  diprediksi  akan  dapat meningkatkan daya keluaran yang signifikan pada reaktor jenis PWR sehingga dapat meningkatkan pula  performansinya  secara  ekonomis.  Penerapan  nanofluida  dalam  bidang  nuklir  yang  sangat menjanjikan ini tentu sebelumnya harus ditunjang oleh berbagai penelitian yang komprehensif, baik dari sisi performansi termohidrolik maupun kompatibilitas kimia nanofluidanya terhadap material reaktor.  Salah  satu  topik  penelitian  yang  masih  terus  dikembangkan  saat  ini  adalah  pemanfaatan sistem  pasif  dalam  proses  pemindahan  panas  peluruhan  saat  terjadi  kecelakaan  reaktor.  Dalam sistem ini, pemanfaatan proses konveksi alamiah dalam sub-buluh pendingin vertikal menggunakan fluida  konvensional  maupun  nanofluida  menjadi  pilihan  utama  dan  berbagai  jenis  penukar  panas aliran  vertikal  dengan  dimensi  dan  ukuran  yang  berbeda-beda  mulai  dirancang  dan  diaplikasikan dalam penelitian tersebut [1,2,3].
Mengacu  pada  pemikiran-pemikiran  yang  telah  dikemukakan  di  atas  maka  penelitian perpindahan  panas  konveksi  alamiah  maupun  paksa  dalam  sub-buluh  vertikal  menggunakan nanofluida  dengan  nanopartikel  produksi  dalam  negeri  ini  perlu  dilakukan.  Untuk  pemahaman proses  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  pada  sub-buluh  vertikal  menggunakan  nanofluida tersebut tentu perlu dukungan semua pihak dan penelitian ini diajukan untuk tujuan tersebut. Pada saat awal penelitian digunakan air murni sebagai fluida kerjanya [4,5,6].
Sifat  termal  nanofluid  tampaknya  jauh  lebih  baik  dari  fluida  air  dan  nanopartikel  sangat meningkatkan konduktivitas termal campuran dan meningkatkan kemampuan pemindahan kalor. Li dan Xuan telah mempelajari dan melakukan eksperimen perpindahan panas konveksi menggunakan nanofluida untuk aliran laminar dan aliran turbulen di dalam tabung. Mereka dapat mengungkapkan bahwa  peningkatan  yang  luar  biasa  dalam  transfer    panas  dari  fluida  kerja  nanofluida  untuk bilangan  Reynolds  yang  sama[7]. Dengan  menggunakan  nanofluida  Yang  dan  kawan-kawan mengukur  peningkatan  koefisien  perpindahan  panas  konveksi  sehubungan  dengan  konduktivitas termal efektif dan menyimpulkan bahwa bentuk partikel atau rasio aspek partikel adalah parameter yang signifikan untuk mempengaruhi kinerja nanofluida [8].
Penelitian  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  maupun  paksa  dengan  fluida  kerja nanofluida  di  sekitar  susunan  silinder  sub-buluh  vertikal  tidak  banyak  dilakukan  orang  karena penerapannya  yang  belum  terlalu  umum.  Karena  penelitian  di  bidang  ini  masih  relatif  terbatas, maka persamaan-persamaan korelasi perpindahan panas konveksi untuk kasus ini juga masih jarang dan mempunyai daerah keberlakuan yang sangat terbatas.
Sejalan  dengan  perkembangan  konsep  keselamatan  pasif  dalam  teknologi  reaktor  nuklir  di mana  perpindahan  panas  konveksi  alamiah,  paksa  atau  konveksi  gabungan  semakin  diandalkan, dan  penerapan  nanofluida  sebagai  fluida  kerjanya  juga  mulai  dikembangkan  maka  penelitian perpindahan  panas  konveksi  alamiah  pada  sub-buluh  dengan  nanofluida  sebagai  fluida  kerjanya juga semakin penting. Atas dasar pemikiran tersebut di atas, penelitian perpindahan panas konveksi paksa  pada  susunan  silinder  vertikal  ini  dilakukan.  Melalui  penelitian  ini,  diharapkan  dapat diperoleh  persamaan-persamaan  korelasi  empirik  yang  dapat  memprediksi  nilai  koefisien perpindahan panas konveksi di sekitar sub-buluh. Nilai koefisien perpindahan panas tersebut sangat diperlukan  dalam  melakukan  analisis  termohidrolika  suatu  reaktor  nuklir  berbahan  bakar  silinder atau  dalam  proses  perancangan  penukar  panas shell dan tube tanpa  penyekat  yang  banyak diterapkan pada reaktor nuklir LWR maupun reaktor generasi baru.
HK KL M OMM QRO ST L U W U X Y OS 2/AU2/P2MI-LIPI/04/2012 Z[ \ ] \ ^ _ X ` \a b c a X _ de f \] e ] g d c h X e ` RSMi j k _ lm \ Xb n o U l ]_ lf X \]e p qr s TerhadapKorelasi .........
Z S b d t\f W e o v cv )

## METODOLOGI

## Dasar Teori
Perpindahan  panas  merupakan  suatu  proses  bilamana  dalam  suatu  sistem  terdapat  gradien suhu,  atau  bila  dua  sistem  yang  suhunya  berbeda  disinggungkan,  maka  akan  terjadi  perpindahan energi. Perbedaan densitas dalam fluida menyebabkan fluida tersebut dapat mengalami pergerakan aliran.  Aliran  inilah  yang  menyebabkan  terjadinya  perpindahan  energi  keseluruh  sistem.  Aliran terjadi  secara  dua  macam,  yaitu:  aliran  alamiah  dan  aliran  paksa.  Fluks  panas  yang  dipindahkan oleh konveksi dihitung dengan menggunakan persamaan (1) [9].
z ) ¥ - = T T h q s {| }
Dalam persamaan tersebut, h adalah koefisien perpindahan panas konveksi, T s adalah temperatur permukaan dan T ∞ adalah temperatur fluida. Karena terjadi konduksi pada lapisan permukaan, aliran panas tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan (2).
~ = ¶ ¶ - = y y T k q (2)
Dalam  persamaan  di  atas k adalah  konduktivitas  termal  fluida.  Dengan  mengombinasikan Persamaan  1  dan.2,  diperoleh  nilai  koefisien  perpindahan  panas  konveksi h dalam  bentuk persamaan (3).
¥ = - ¶ ¶ - = T T y T k h s y 0 (3)
Dalam masalah konveksi memang ada kebutuhan untuk menyatakan parameter di dalamnya dalam  fungsi  yang  umum  dan  tidak  tergantung  pada  jenis  fluida.  Kebutuhan  tersebut  difasilitasi dengan  penggunaan  bilangan  tak  berdimensi.  Salah  satu  bilangan  tak  berdimensi  yang  penting adalah bilangan Nusselt ( Nu ) yang merepresentasikan gradien temperatur tak berdimensi. Bilangan Nusselt  juga  memberikan  ukuran  koefisien  perpindahan  panas  seperti  yang  tercermin    dalam persamaan (4).
 hL Nu = { }
Dari  persamaan  (4), L merupakan  panjang  karakteristik  dari  masalah    yang  ditinjau.  Bilangan tak  berdimensi  lain  adalah bilangan  Prandtl  ( Pr )  yang  merupakan  parameter  yang  menyatakan perbandingan  ketebalan  lapisan  batas  hidrodinamik  dan  termal,  dengan  kata  lain  bilangan Prandtl  merupakan  penghubung  antara  medan  kecepatan  dengan  medan  termal.  Bilangan Prandtl diberikan oleh  persamaan (5).
 c p m = Pr (5)
dengan,
c p : panas spesifik
µ : viskositas dinamik fluida
k : konduktivitas termal.
                   No.3 Oktober 2013, Hal. 171-181          kreditasi s/d April 2015)      – 240X Nomor : 402/AU2/P2MI-LIPI/04/2012
Ada tiga macam jenis aliran konveksi, yaitu konveksi paksa, konveksi alamiah dan konveksi gabungan.  Konveksi  paksa  terjadi  ketika  perpindahan  panas  berlangsung  dengan  aliran  fluida akibat dorongan gaya eksternal. Dalam hal ini korelasi yang biasanya digunakan adalah hubungan antara  bilangan  Nusselt  dengan  bilangan  Reynolds  dan  Prandtl  sebagaimana  ditunjukkan  dalam persamaan (6).
  (Re, f Nu = ¡ ¢£ ¤ ¦ § ¨ © © ª ¦« ¬ © ­ ® ¯ ¬ ¯ ° ­ ± ¯ ® ²° ¦ ³ ° ¦ ´ ¨ ­ ­ ¬ ²§ µ ® ¦¶ ° §° © ° ¦ ­ ¬ ¯ ° ³ ° ® · ¨ ¦ ³ ­ ® µ ° ¸® bilangan Rayleigh. Bilangan Rayleigh merupakan bilangan tak berdimensi, yang merupakan perkalian antara bilangan Grashof dan Prandtl.
¹ º » ¼ ½ ¾½ ¡¿ £ À ¬ µ ° ¦³ © ° ¦ ¯®² ° ¦³ ° ¦ Á ¸° ­ Â ª · µ® § ¨¦ Ã ¨ © © ° ¦ ª ² ¬ Â persamaan (8),
Ä ) 2 3 2 / m b r L T T g Gr s ¥ - = Å Æ Ç µ¬ ¦³ ° ¦±
ρ = kerapatan
β = koefisien muai panas
L = panjang karakteristik yang digunakan pada perhitungan ( significant length ).
Jadi dapat dikatakan bahwa bilangan Grashof menggambarkan hubungan antara daya apung dan viskositas  dalam  cairan,  sedangkan  bilangan  Prandtl  menggambarkan  hubungan  antara  difusi momentum  dan  difusi  panas.  Oleh  karena  itu  bilangan  Rayleigh  sendiri  juga  dapat  dipandang sebagai rasio gaya apung, difusi panas dan difusi momentum.

## Bahan dan Peralatan
Peralatan  eksperimen  untuk  sub  buluh  vertikal  segitiga  dan  segiempat.  dirancang  untuk aliran  konveksi  alamiah.  Peralatan  ini  juga  telah  dilengkapi  dengan  alat  penukar  kalor  tipe  plat, tangki  primer  untuk  nanofluida  yang  dilengkapi  pula  dengan  sistem  pendingin  primer  dan sekunder. Sebagai fluida kerja digunakan air, nanofluida air-ZrO 2 dengan konsentrasi 0,05%, 0,10% dan 0,15%.
(a) T1 = Sub-buluh segitiga (b) T2 = Sub-buluh segiempat
Gambar 1. Skema rangkaian alat uji [10,11,12]
ÈÉÊ ËÌ Í ÈÉÊ Ë Ì Î T1 T2 Ï Ð Ñ ÒÓ Ï Ô Õ Ñ Ö Ô × Ø Ù Ú É sekunder Û É Ü Ý Þ ß sekunder (air) àá âãä ÈÉÊ Ë Ì å ÈÉÊ Ë Ì æ
çè èé ê ëêê ìíë îï é ð ñ ð ò ó ëî 2/AU2/P2MI-LIPI/04/2012 ôõ ö ÷ ö ø ù ò ú öû ü ý û ò ù þÿ ( ö÷ ÿ ÷ þ ý  ò ÿ ú íîê P ù ö òü ð  ÷ù ( ò ö÷ÿ 2 TerhadapKorelasi .........
ô S ü þ uö( ñ ÿ ý )
Gambar 2. Geometri daerah sub-buluh segitiga dan segiempat [10,11,12]
Gambar 3. Skema pemanas
(a) Fluida kerja air - Z G 4. Alat uji sub-buluh vertikal [10,11,12]

## Tata Kerja
Metode yang digunakan dalam penyelesaian masalah perpindahan panas konveksi pada sub- buluh  vertikal  menggunakan  air  dan  nanofluida  air-ZrO 2 dilakukan  melalui  pendekatan
J ! "# $ ! % # &$ ' ) * ! + ,$ - ! V )-! . 5 No.3 Oktober 2013, Hal. 171-181
/0 &3& 4# * - & $ , 6 kreditasi s/d April 2015) I77 + . 8 .. – 240X Nomor : 402/AU2/P2MI-LIPI/04/2012
9 : ;
eksperimental.  Kaji  eksperimental  dilakukan  menggunakan  peralatan  eksperimen  yang  khusus dirancang bangun untuk keperluan tersebut.
Penelitian ini dilakukan dengan tahap-tahap sebagai berikut:
a. Menyusun  peralatan  eksperimen  yang  meliputi  pembuatan  model  elemen  bakar,  sistem penyediaan air, seksi uji ( test section ), sistem kelistrikan, dan sistem pencatat data seperti data temperatur, laju aliran fluida dan daya listrik.
b. Melakukan kalibrasi pada alat-alat ukur suhu (termokopel)
c. Melakukan eksperimen untuk memperoleh data-data perpindahan panas konveksi pada sub- buluh  vertikal  untuk  air  murni  dan  naofluida  sebagai  fluida  kerja.  Dalam  eksperimen  ini dilakukan perubahan fluks panas pada permukaan setiap pemanas yang digunakan.
d. Melakukan  analisis  data,  perhitungan,  dan  pengembangan  korelasi  teoritik  koefisien perpindahan panas konveksi pada sub-buluh vertikal susunan segitiga dan segiempat

## Pelaksanaan Eksperimen
Dalam pengujian ini, pada sistem pendingin primer digunakan air dan  nanofluida air-ZrO 2 , sedangkan  pada  sistem  pendingin  sekunder  digunakan  air  murni.  Untuk  konveksi  alamiah,  debit aliran primer yang masuk pada seksi uji dengan laju alir konstan sebesar  3 liter/menit sedangkan laju  alir  sekunder  konstan  20  liter/menit.  Perangkat  uji  telah  didesain  dengan  memperhitungkan agar  air yang masuk pada tabung uji hanya melalui lubang samping yang dibuat didalam tabung uji dan akan menyebar keseluruh tabung, sehingga kondisi konveksi alamiah dapat dipertahankan dan pengaruh  pompa  sebesar  3  liter/menit  dapat  diabaikan. K< = > ? @ < A < B CB D E F @E H AC H L CH @ ?CF E ? ditransfer  ke  sistem  pendingin  sekunder  melalui  sebuah  alat  penukar  kalor  tipe  plat.  Kemudian terhadap  susunan  pemanas  yang  ditempatkan  pada  bagian  seksi  uji  dilakukan  perubahan  daya pemanas dengan cara  mengatur  tegangan  kerja  pada  pemanas. Daya pemanas  mulai dari  250 W, 350  W,  500  W,  650  W,  750  W  dan  850  W  perpemanas.  Selanjutnya  besar  daya  listrik  yang dibutuhkan  untuk  setiap  pengujian  diukur  secara  langsung  menggunakan  wattmeter  dan  nilainya dijaga  konstan  untuk  setiap  tahap pengujian,  sedangkan  besarnya arus  yang  mengalir pada setiap pemanas dan tegangan kerja pemanas diukur menggunakan amperemeter dan voltmeter. Ketiga alat ukur listrik ini juga merupakan alat ukur digital.
Untuk  setiap  pengujian  juga  dilakukan  pencatatan  suhu  fluida  pendingin  dan  suhu permukaan  pemanas  pada  5  titik  pengukuran  dengan  ketinggian  yang  berbeda.  Pencatatan  suhu untuk  setiap  pengujian  dilakukan  setelah  pemanas  dijalankan  selama  3  jam  sehingga  diharapkan kondisi steady  state telah  dicapai.  Termokopel  yang  digunakan  untuk  pengukuran  suhu  ini disambungkan  secara  langsung  pada  data  akusisi  sehingga  nilai  suhunya  dapat  langsung didapatkan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini  dilakukan dengan  menggunakan  pendekatan  eksperimental.  Data eksperimen yang  didapatkan  digunakan  untuk  mengembangkan  korelasi  empiris  perpindahan  panas  konveksi pada  sub-buluh  vertikal  dengan  geometri  segiempat,    air  murni  dan  nanofluida  air-ZrO 2 sebagai fluida  kerja.  Dari  data  tersebut  dapat  ditentukan  korelasi  perpindahan  panas  konveksi  sub-buluh susunan segitiga segiempat vertikal.
Pada  penelitian  ini,  harga  koefisien  perpindahan  kalor  rata-rata  antara  permukaan  luar pemanas dengan fluida pendingin dalam sub-buluh ditentukan secara tidak langsung. Menggunakan data pengukuran suhu pada permukaan pemanas dan pendingin pada sub-buluh serta pengukuran daya  pemanas  maka  harga  koefisien  perpindahan  panas  ditentukan  melalui  perhitungan.    Dalam perhitungan  diasumsikan  tidak  ada  perpindahan  kalor  dalam  arah  tutup  pemanas  dan  tidak  ada
MN NO Q RQQ SR TU O W X W Y [ RT 2/AU2/P2MI-LIPI/04/2012 \] ^ _ ^ ` a Y b ^c d e c Y a fg h ^_ g _ i f e j Y g b STQk l m a no ^ Yd p q W n _a nh Y ^_g r st v TerhadapKorelasi .........
\ S d f w^h X g q x ex )
pengaruh aliran dari atau ke kanal yang bersebelahan (aliran satu dimensi). Agar asumsi ini dapat berlaku maka dalam pemanas listrik ditempatkan isolator dalam arah tutup kelongsongnya sehingga kerugian kalor dalam arah aksial dapat diminimumkan. Demikian pula, dengan menempatkan tiga buah dummy dalam seksi uji diharapkan efek geometri dapat dipertimbangkan sehingga pengaruh aliran silang dapat diperkecil.
Pengembangan  korelasi  koefisien  perpindahan  panas  konveksi  diawali  dengan  penentuan semua  parameter  yang  mempengaruhi  harga  koefisien  perpindahan  kalor  konveksi  alamiah tersebut.  Kemudian  dengan    analisis  dimensional,  parameter  yang  berpengaruh  tersebut dikelompokkan  dalam  beberapa  bilangan  tak  berdimensi.    Mengingat  pemanas  dirancang  untuk fluks  kalor  seragam  dan  data  pengamatan  juga  menunjukkan  suhu  pemanas  yang  tidak  sama  di sepanjang  batang  pemanas  maka  pengembangan  korelasi  ini  didekati  dengan  kasus  fluks  kalor konstan.
Panjang karakteristik yang digunakan dalam penurunan korelasi ini adalah diameter hidrolik sub-buluh  sehingga  pemilihan  ini  dianggap  dapat  mewakili  faktor  konfigurasi  (susunan)  elemen bakar  atau  batang  pamanas  yang  disusun  secara  segiempat.  Sementara  itu  semua  sifat  fisis dievaluasi pada suhu  rata-rata  antara  pemanas  dan  pendingin. Pada  eksperimen  menggunakan air sebagai fluida kerja baik untuk sub-buluh segitga dan segiempat telah dilakukan [9, 10]. Demikian juga untuk fluida kerja menggunakan nanofluida air-ZrO 2 dengan konsentrasi persen berat 0,05 % telah dilakukan pula.[11]
Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  bentuk  regresi  linier  korelasi  log  Nu Local terhadap  log (Ra.D h /L), yang tertera pada Tabel 1. Dalam penelitian ini, nilai Rayleigh berada pada rentang orde 9 sampai 13. Nilai Rayleigh tersebut dihitung dengan mengambil ketinggian titik ukur dari dasar pemanas  sebagai  panjang  karakteristiknya.  Jadi  dengan  5  titik  pengukuran  dengan  ketinggian berbeda dan dengan masing-masing 6 nilai daya pemanas, maka akan diperoleh 30 nilai Rayleigh untuk masing-masing konsentrasi nanofluida.
Tabel 1. Korelasi log Nu Local terhadap  log (Ra.D h /L)
{|}~ 
 ub-buluh vertikal geometri segitiga  ub-buluh vertikal geometri segiempat
~       4 x + 1,526     66 x + 1,123  anofluida konsentrasi 0,05 %
 = 0,037 x + 1,559       x + 1,230
 anofluida konsentrasi 0,10 %
 = 0,03 x + 1,574       x + 1,329   nofluida konsentrasi 0,15 %
     x + 1,565  = 0,057 x+ 1,224
Gambar 5.  Grafik regresi linier korelasi log NuLocal terhadap log (Ra.Dh/L) data hasil eksperimen untuk sub-buluh segitiga
         59    1.75 2 2.25 8 10 12 14         ¡ ¢ £ ¤¥¦ §¨ © ª « ¬­ ¤ ® ¯ ° ±²³´ µ¶ · ° ¸²± ¹ º » º ¼ ½ ¾ ¶ ± ¿° À Á ¯ ° ±²³´ µ¶ · ° ¸²± ¹ º» º ¼ ½Â
Ã Ä ÅÆ Ç Ä È Æ ÉÇ Ê Ë Ì Ä Í ÎÇ Ï Ä Ð ËÏÄ Ñ Ò No.3 Oktober 2013, Hal. 171-181 ÓÔ ÉÕÉ ÖÆ Ì Ï É Ç Î × kreditasi s/d April 2015) ØÙÙ Í Ñ Ú ÑÑ – 240X Nomor : 402/AU2/P2MI-LIPI/04/2012
Þß à á ß â 6.  Grafik regresi linier korelasi log NuLocal terhadap log (Ra.Dh/L)
untuk sub-buluh segitiga
Þß à á ß â 7. Grafik regresi linier korelasi log NuLocal terhadap log (Ra.Dh/L) untuk sub-buluh segiempat
Gambar 5 merupakan contoh grafik regresi linier korelasi log Nu Local terhadap log (Ra.D h /L) data hasil eksperimen  untuk sub-buluh segitiga. Pada Gambar 6, antara garis air, nano1, nano2 dan nano3,  terlihat  hampir  berhimpitan,  hal  ini  dikarenakan  penggambaran  dilakukan  dalam  bilangan logaritmis, sehingga perbedaan nilai sangat kecil. Demikian juga pada Gambar 7, ke empat grafik terlihat juga hampir berhimpitan. Pada Gambar 6 dan 7 dapat pula dilihat bahwa perpindahan panas pada  sub-buluh  segitiga  maupun  segiempat  menggunakan  fluida  pendingin  nanofluida  air-ZrO 2 dengan konsentrasi  0,05%, 0,10% dan 0,15% lebih baik dari pada menggunakan fluida pendingin air  murni.  Namun  perpindahan  panas  menggunakan  nanofluida  air-ZrO 2 dengan  konsentrasi 0,15%  tidak  sebaik  nanofluida  air-ZrO 2 dengan  konsentrasi    0,05%  dan  0,10%.  Hal  yang  sama terjadi  pula  pada  perpindahan  panas  sub-buluh  segiempat.  Tampaknya  hasil  eksperimen menunjukkan  kenaikan  konsentrasi tidak  selalu  memperbaiki  sifat  perpindahan panas pada  fluida pendingin  nanofluida.  Dari  gambar  tersebut  juga  dapat    dilihat  bahwa  dengan  semakin  besar bilangan Rayleigh maka grafik  nanofluida air-ZrO 2 dengan konsentrasi 0,15% akan berpotongan dengan  grafik  fluida  air,  yang  artinya  sifat  perpindahan  panas  nanofluida  tersebut  pada  nilai Rayleigh  tinggi  tidak  lebih  baik  dari  pada  sifat  perpindahan  panas  air.  Semua  konsentrasi nanofluida yang digunakan sebagai fluida pendingin dalam persen berat.
ãäå 1.75 2 2.25 2.5 8 10 12 14 æ ç è é ê ë ì í î ï ì ð ñò ó ô õ ö÷øù ú ñû üý þ ÿ N ý N 0  0 ÿ N ý N 0 0 ÿ N ý N 0 1 1.75 2 2.25 8 10 12 14 æ ç è é ê ë ì í î ï ì ð ñ ò ó ô õ ö÷øùú ñû üý þ ÿ N ý N 0  0 ÿ N ý N 0 0
( !" # " $ ! % " 2& ' P )* + , ) )# " - ./ 3 TerhadapKorelasi .........
( S ! u# " , 4 4 )
Rea,  McKrell,  Hu  dan  Buongiorno  memprediksi  bahwa  koefisien  perpindahan  panas  akan mencapai  nilai  maksimum  pada  3,5%  volume,  dan  kemudian  akan  menurun  [13].  Selain  itu  Rea dkk  juga  menyatakan  bahwa  koefisien  perpindahan  panas  pada  nanofluida  zirkonia  tidak  sebaik koefisien  perpidahan  panas  pada  nanofluida  alumina.  Perbedaan  antara  prediksi  yang  dilakukan oleh  Rea  dkk  dengan  hasil  eksperimen  yang  telah  dilakukan  dapat  disebabkan  karena  perbedaan dalam persentase (eksperimen ini dalam % berat sedangkan Rea dkk. dalam % volume). Selain itu perbedaan hasil yang diperoleh kemungkinan  disebabkan oleh ukuran butir nano partikel berbeda
Gambar 8.  Perbandingan grafik regresi linier korelasi log NuLocal terhadap log (Ra.Dh/L) untuk fluida nano dengan konsentrasi 0,05% untuk sub-buluh segitiga dan segiempat
Gambar 9.  Perbandingan grafik regresi linier korelasi log Nu Local terhadap log (Ra.D h /L) untuk fluida nano dengan konsentrasi 0,10% untuk sub-buluh segitiga dan segiempat
8 1.25 1.5 1.75 2 8 10 12 14 16 L 9 : ; < = l > ? @ l A BC D E F GHJK M BO Q R STUV WXY R Z TS [ \ ] \ ^ _ [ s`X a X `R Q R STUV WXY R Z TS [ \ ] \ ^ _ [ s`X sbcR a d 0.5 1 1.5 2 2.5 8 10 12 14 16 e f g h i j l > ? @ l A BC D E F GHJK MB O Q R STUV WXYR Z TS [ \ ] k\ _ [ s`X a X `R Q R STUV WXYR Z TS [ \ ] k\ _ [ s`X sbcR a
m n op q n r p tq v w x n y zq { n | w{n } ~ No.3 Oktober 2013, Hal. 171-181
 tt p x { t q z  kreditasi s/d April 2015)  y }  }} – 240X Nomor : 402/AU2/P2MI-LIPI/04/2012
  
Gambar 10.  Perbandingan grafik regresi linier korelasi log Nu Local terhadap log (Ra.D h /L) untuk nano fluida dengan konsentrasi 0,15% untuk sub-buluh segitiga dan segiempat
Pada Gambar 8, dapat dilihat bahwa perpindahan panas nanofluida ZrO 2 dengan konsentrasi 0,05%  pada  sub-buluh  segitiga  lebih  baik  dibandingkan  dengan  pada  sub-buluh  segiempat.  Hal yang  sama  terjadi  pada  gambar  9  dan  10,  yaitu  perpindahan  panas  nano  fluida  ZrO 2 dengan konsentrasi  0,10%  dan  0,15%  pada  sub-buluh  segitiga  juga  lebih  baik  dibandingkan  dengan perpindahan panas pada sub-buluh segi empat.

## KESIMPULAN
Dari  hasil    penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa  perpindahan panas  nanofluida  ZrO 2 lebih  baik  dibandingkan  dengan  fluida  air.  Penambahan  konsentrasi  ZrO 2 tidak  selalu  menghasilkan  perpindahan  panas  yang  lebih  baik  dan  perpindahan  panas  pada  sub- buluh segitiga lebih baik bila dibandingkan dengan perpindahan panas pada sub-buluh segiempat. Dengan hasil yang demikian, maka nanofluida dapat dijadikan sebagai  media pendingin reaktor, terutama pada keadaan darurat.

## SARAN
Dalam  rangka  studi  pengembangan  lebih  lanjut  dari  topik  yang  dikaji  dalam  penelitian  ini serta untuk memperbaiki dan menyempurnakan hasil-hasil yang telah dicapai dalam penelitian ini, diperlukan beberapa perbaikan sebagai berikut:
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan konsentrasi nanofluida air- ZrO 2 lebih besar.
2. Perlu  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  mengenai  sub-buluh  dengan  variasi  P/D  yang lebih  banyak  sehingga  akan  didapat  persamaan  korelasi  perpindahan  panas  dengan daerah keberlakuan yang lebih umum.
 1.25 1.5 1.75 2 8 10 12 14 16                    ¡ ¢ £¤¥¦§ ¨© ª £ «¥ ¤ ¬ ­ ® ¯ ° ¬±² © ³ © ²£´ ¢ £¤¥¦§ ¨© ª £ «¥ ¤ ¬ ­ ® ¯ °´ ¬±² © ± µ¶£ ³
·¸ ¸¹ º »ºº ¼½» ¾¿ ¹ À Á À Â Ã »¾ 2/AU2/P2MI-LIPI/04/2012 ÄÅ Æ Ç Æ È É Â Ê ÆË Ì Í Ë Â É ÎÏ Ð ÆÇ Ï Ç Ñ Î Í Ò Â Ï Ê ½¾ºÓ Ô Õ É Ö× Æ ÂÌ Ø Ù À Ö ÇÉ ÖÐ Â ÆÇÏ Ú ÛÜ Ý TerhadapKorelasi .........
Þ S ßà áâ ã ä å æ ç èç )

## Ucapan Terimakasih
Terimakasih  disampaikan  kepada  Bapak  Adis  Badjarzali,  Bapak  Tata    Kusmayadi  dan Bapak  Budy  Darmono    atas  bantuannya  untuk  mengoperasikan  peralatan  uji  sub-buluh  segitiga maupun segiempat dan pengambilan data pada eksperimen ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Buongiorno,  J.  Nanofluids  for  enhanced  economics  and  safety  of  nuclear  reactors. Nuclear Technology. 2008;162: 80-91.
2. J.W. Pockett.  Passive nuclear power, Westinghouse technology; 1989.
3. In Cheol Bang, Gyunyoung Heo, Yong Hoon Jeong and Sun Heo. An axiomatic design approach  of  nanofluid  engineered  nuclear  safety  features  for  generation  III+  reactors. Nuclear engineering and technology. 2009; 4: 9
4. Ciptadi, A,. Kajian numerik karakteristik perpindahan panas konveksi alamiah, paksa dan gabungan pada sub-buluh dengan susunan silinder bujur sangkar. Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung, Indonesia; 2010
5. Supriyadi,  Joko.  Perpindahan  panas  konveksi  paksa,  alamiah  dan  gabungan  pada  sub- buluh dengan susunan silinder bujur sangkar. Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung, Indonesia; 2010.
6. N.P. Tandian, E. Umar, T. Hardianto and A. Waluyo,. Theorical study of convective heat transfer in a vertical triangular sub channel. Proceedings of  the International Conference of Fluid and Thermal Energy Convection, Tongyeong, Shouth Kore; 2009
7. Q. Li and Y. Xuan. Convective heat transfer performances of fluids with nano-particles. Proceedings of the 12 th International Heat Transfer Conference; 2002. p. 483 – 488
8. Y. Yang, Z. G. Zhang, E. A. Grulke,W.B.Anderson, and G.Wu. Heat transfer properties of nanoparticle-in-fluid dispersions (nanofluids) in laminar flow.  International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005;  48:1107 – 1116.
9. M.AL-Arabi. Laminar natural convection heat transfer from the outer surface of a vertical circular cylinder. Journal of Heat and Mass Transfer. 1980; 23.
10. K. Kamajaya, E. Umar, Sudjatmi KS. The development of empirical correlation equation at convection heat transfer correlation on vertical cylinder triangular lattice sub channels. Proceedings of the 7 th International Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion, Zhengzhou, China; 2011; p. 267-274.
11. K.  Kamajaya,  E.  Umar,  Sudjatmi  KS.  The  study  and  development  of  the  empirical correlations  equition  of  natural  convection  heat  transfer  on  vertical  rectangular  sub- channels. Proceedings  of  The  3rd  International  Conference  on  Advances  in  Nuclear Science and Engineering, ICANSE-. Bali, Indonesia; 2011
12. K. Kamajaya,  E.  Umar,  Sudjatmi  KS. The  empirical correlations for  natural  convection heat transfer of water-ZrO 2 nanofluid in vertical sub-channel. Proceedings of The ICCHT The 6 th International Conference on Cooling & Heating Technologies.  Xian, China; 2012
13. Ulzie  Rea,  Tom  McKrell,  Lin-wen  Hu,  Jacopo  Buongiorno.  Laminar  convective  heat transfer  and  viscous  pressure  loss  of  alumina – water  and  zirconia –water  nanoﬂuids .
International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009; 52: 2042 – 2048