ANALISIS PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI ALAMIAH PIPA BERBENTUK C MENGGUNAKAN NANO FLUIDA AL 2 O 3 -AIR
David Rusli 1 , As Natio Lasman 2 , Ahmad Jibril 3 & Diah Hidayanti Sukarno 4
1,2 Magister Teknik Mesin, Universitas Pancasila Jakarta
3 Program Studi Mekanisasi Perikanan, Politeknik Kelautan dan Perikanan Sidoarjo
4 Badan Pengawas Tenaga Nuklir E-mail: ruslidavid2@gmail.com
Abstrak: Salah  satu  cara  untuk  meningkatkan  efektivitas  pendinginan  suatu  sistim  adalah  dengan  mencoba mengganti  fluida  kerjanya,  yaitu  dengan  menggunakan  nanofluida.  Dalam  penelitian  ini  digunakan  nanofluida yang dibuat dari campuran air dengan partikel nano Al 2 O 3 dengan konsentrasi sebesar 1%, 2%, 3% dan 4% dalam persen  volume.  Penelitian  ini  dilakukan  dengan  memodelkan  suatu  sistem  dengan  menggunakan  software Computational  Fluids  Dynamic (CFD)  yang  terdiri  dari  pemanas  berbentuk  pipa  C  sebagai  sumber  panas  di dalam  tangki  pendingin  IRWST  dengan  nanofluida  sebagai  fluida  pendingin  yang  dialirkan  ke  permukaan pemanas.  Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  distributsi  temperatur  untuk  fluida  pendingin  nanofluida  Al 2 O 3 memiliki temperatur yang lebih rendah dibandingkan tanpa nanofluida. Selain itu juga diperoleh, pada kosentrasi 4%  nanofluida  Al 2 O 3 memiliki  nilai  koefisien  perpindahan  panas  1.12  kali  dibandingkan  dengan  koefisien perpindahan panas menggunakan air, hal ini menunjukkan bahwa nanofluida lebih efektif dipergunakan sebagai fluida pendingin dibandingkan air.
Kata Kunci: Nanofluida, konveksi alamiah, koefisien perpindahan panas
Abstract: One effort to improve the effectiveness of cooling a system is to try to replace the working fluid, namely by using nanofluids. In this study nanofluids were made from a mixture of water with Al 2 O 3 nanoparticles with concentrations of 1%, 2%, 3% and 4% in percent volume. This research began by modeling a system consisting of a C-shaped heater as a heat source in an IRWST cooling tank with nanofluids as cooling fluid flowed to the heating  surface  using  Computational  Fluids  Dynamic  (CFD).  From  the  calculation  results  obtained  by temperature distribution for cooling fluid Al2O3 nanofluids have lower temperatures than without nanofluids. It was  also  obtained,  at  a  concentration  of  4%  Al 2 O 3 nanofluid  has  a  heat  transfer  coefficient  of  1.12  times compared to the coefficient of heat transfer to water, this shows that nanofluids are more effectively used as a cooling fluid than water.

## Keywords: Nanofluid, natural convection, convection heat transfer coefficient

## PENDAHULUAN
Meningkatnya kebutuhan energi dan terbatasnya sumber daya alam seperti minyak bumi, gas alam  dan  batubara  akhir-akhir  ini  telah  membawa  Indonesia  ke  dalam  suatu  krisis  energi  yang nantinya  berujung  pada  meningkatnya  harga  jual  listrik.  Kebutuhan  akan  energi  listrik  per  kapita  di Indonesia  pada  tahun  2050  diperkirakan  berdasarkan  BPPT Outlook Energi  Indonesia  tahun  2017 (Fitriana,  2017)  mencapai  sekitar  5.211  kWh  per  kapita  untuk  skenario  dasar  dan  7.129  kWh  per kapita  untuk  skenario  tertinggi.  Salah  satu  alternatif  pemenuhan  energi  yang  perlu  diperhitungkan adalah dengan membangun Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Nuklir  (PLTN)  tidak  lepas  dari  resiko  kecelakaan  karena banyaknya  bahan  radioaktif  yang  dimilikinya.  Oleh  karena  itu,  aspek  keselamatan  menjadi  prioritas utama  dalam  pembangunan  dan  pengoperasian  PLTN.  Salah  satu  konsep  sistem  keselamatan  yang terus  dikembangkan  saat  ini  adalah  menggunakan  sistem Passive  Residual  Heat  Removal (PRHR) untuk  situasi  pendinginan  darurat.  Sistem  ini  bekerja  berdasarkan  prinsip  sirkulasi  alami.  Sirkulasi alami pada siklus tertutup yang berisi fluida dicapai dengan menempatkan sebuah heat sink di dalam untai tersebut pada ketinggian  yang lebih tinggi daripada sumber panas. Fluida yang  menuju sumber panas akan menyerap panas sehingga kerapatan berkurang dan bergerak naik. Sementara fluida yang masuk ke heat sink akan membuang panas sehingga kerapatan bertambah dan bergerak turun. Dengan demikian  terjadi  perbedaan  kerapatan  fluida  di  dalam  untai  tersebut  dan  gravitasi  akibat  perbedaan ketinggian  di antara sumber panas dan heat sink , akan  menghasilkan  gaya apung  yang  menggerakan fluida di dalam siklus yang kemudian disebut fenomena sirkulasi alami.
Sistim PRHR terdiri dari: penukar panas pipa bentuk C yang terendam dalam In-containment Refueling  Water  Storage  Tank (IRWST).  PRHR  menyediakan  pembuangan  panas  pendingin  primer melalui  jalur  sirkulasi  alami,  air  yang  bersuhu  tinggi  mengalir  secara  alami  melalui  jalur  masukan PRHR  yang  terhubung  ke  salah  satu  kaki  panas  dan  memasuki  pipa  bentuk  C  dari  penukar  panas PRHR. Sedangkan pembuangan panas terjadi pada permukaan luar tubes .
Secara  umum  pendinginan  pada  sistim In-containment  Refueling  Water  Storage  Tank (IRWST)  masih  menggunakan  media  air  ringan  atau  H2O.  Dengan  semakin  berkembangnya teknologi  nanofluida sebagai pilihan pendinginan,  maka di  dalam penelitian  ini  dilakukan percobaan dengan  menggantikan  air  ringan  dengan  campuran  nanofluida  Al2O3-air  sebagai  pendingin. Nanofluida adalah larutan yang mengandung partikel-partikel nano yang berukuran (1-100 nm) dalam fluida  dasar.  Partikel  nano  umumnya  dibuat  dari  logam  yang  secara  kimia  adalah  stabil.  Karena ukurannya  yang  sangat  kecil  nanofluida  memiliki  kemampuan  perpindahan  panas  yang  tinggi  dan tidak menimbulkan korosi sehingga dapat dipertimbangkan sebagai pilihan untuk media pendingin.
Salah  satu  topik  penelitian  yang  masih  terus  dikembangkan  saat  ini  adalah  pemanfaatan sistem  pasif  dalam  proses  pemindahan  panas  peluruhan  saat  terjadi  kecelakaan  reaktor  telah dipelajari.
Q.  Men  dkk,  (2014)  melakukan  eksperimen  untuk  menghitung  perpindahan  panas  untuk Passive  Residual  Heat  Removal-Heat  Exhanger (PRHR-HX)  menggunakan  pipa  C- tube yang dibenamkan ke dalam tangki IRWST yang berisi air untuk memperoleh korelasi perpindahan panas konveksi alami.
BinJia  dkk,  (2013)  melakukan  simulasi  untuk  PRHR-HX  menggunakan  FLUENT  dengan beberapa  C- tube untuk  mempelajari  pengaruh  suhu  masukan  terhadap  kemampuan  menghilangkan sisa panas  dari PRHR-HX.  Dari simulasi  yang  dikerjakan  diperoleh aliran  massa  yang tetap  ketika suhu  masukan  dari PRHR-HX bertambah,  kecepatan  aliran  masukan bertambah  dan suhu  keluaran bertambah tinggi dengan kata lain laju pendinginan bertambah pada waktu yang bersamaan.
Demikian  pula  dengan  eksperimen  menggunakan  nanofluida  telah  diteliti  dan  dipelajari, Buongiorno  (2009)  mempelajari  dan  menganalisa  aliran  pendidihan critical  heat  flux pada  air bertekanan  rendah  dengan  menggunakan  nanofluida  Al2O3-air  dan  memperoleh  nilai critical  heat flux lebih besar dibandingkan dengan fluida air.
C.J  Ho  dkk,  (2010)  melakukan  eksperimen  perpindahan  panas  secara  konveksi  alamiah dengan  menggunakan  nanofluida  Al 2 O 3 -air  pada  kotak  tiga  dimensi  yang  diletakkan  pada  posisi vertikal dengan berbagai ukuran 25 mm x 25 mm x 60 mm, 40 mm x 40 mm x 90 mm, dan 80 mm x 80  mm x  80  mm  dan  kosentrasi  nanofluida  yang  digunakan sebesar 0,1% sampai  4%.  Diperoleh nilai  Rayleigh  bervariasi  dari  6,21  x  105  sampai  dengan  2,56  x  108.  Hasil  penelitian  ini menunjukkan  bahwa  efisiensi  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  menggunakan  nanofluida mengalami peningkatan.
Babu    &  Rao  (2018)  mempelajari  perpindahan  panas  konvektif  alami  yang  diinduksi  daya apung  di  sepanjang  silinder  vertikal  yang  direndam  dalam  nanofluida  Al 2 O 3 -air untuk  berbagai konsentrasi  (0;  0,05;  0,1;  0,2;  0,4;  0,6  vol  %)  di  bawah  kondisi  fluks  panas  konstan.    Dari  hasil pengujian diperoleh bahwa suhu silinder dan fluida meningkat sepanjang arah aksial dan suhu fluida menurun  dalam  arah  radial.  Eksperimen  dilakukan  untuk  berbagai  masukan  panas  (30  W,  40  W,  45 W,  dan  50  W)  dan  konsentrasi  volume  dan  mengamati  bahwa  penambahan  nanopartikel  alumina hingga  0,1  vol  %  meningkatkan  kinerja  termal  dan  penambahan  lebih  lanjut  nanopartikel menyebabkan terjadinya penurunan.
Mohebbi  dkk,  (2019)  melakukan  simulasi  untuk  menyelidiki  pengaruh  nanofluida  Al 2 O 3 -air terhadap pola aliran  dan perpindahan panas  konveksi  alami rongga berbentuk bergelombang  dengan mengunakan  metode Lattice  Boltzmann (LBM).  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  laju perpindahan panas Al 2 O 3 - air nanofluida lebih tinggi daripada air.
Rao & Babu (2020) melakukan eksperimen nanopartikel dan natrium dodesil sulfat dicampur ke  dalam  cairan  dasar (air) untuk fraksi  volume  yang  berbeda (0,05%, 0,1%, 0,15%, dan 0,2%)  dan memasok panas yang beragam masukan 30 W, 40 W, 50 W dan 60 W. Nanopartikel Al 2 O 3 memiliki konduktivitas  termal  yang  tinggi  dibandingkan  CuO.  SDS  (natrium  dodesil  sulfat)  dicampur  dengan Al 2 O 3 nanopartikel lalu dimasukan ke dalam motor yang berada bawah permukaan silinder kemudian lantainya digetarkan dan suhunya meningkat dan terjadi peningkatan koefisien perpindahan panas.
Bellahcene  dkk,  (2021)  melakukan  simulasi  mengunakan  COMSOL  5.4  CFD  untuk
menyelidiki fenomena perpindahan panas konveksi paksa dan aliran fluida nanofluida Al 2 O 3 berbasis air  dalam baffled  shell and tube  heat  exchanger (STHE).  Air  sebagai  fluida  panas  mengalir  di  sisi tabung  dan  nanofluida  Al 2 O 3 sebagai  fluida  pendingin  mengalir  di  sisi  shell.  Hasil  yang  diperoleh disajikan  oleh  rata-rata  bilangan  Nusselt,  streamline,  isoterm  dan  berbagai  parameter  fisika  yang merupakan  fraksi  volumetrik  nanopartikel  (1% ≤  Cv ≤3%) menunjukkan  peningkatan  perpindahan panas  dengan  kenaikan  kecepatan  masuk  dan  fraksi  volume,  di  mana  bilangan  Nusselt  ditambah dengan 0,1%, 3,96% dan 7,62% untuk Cv = 1%, 2%  dan 3% dan  gesekan faktor  meningkat sebesar 22,41%, 24,14 % dan 26,72 % untuk Cv = 1%, 2% dan 3% dibandingkan dengan fluida dasar.
Karagoz  dkk,  (2022)  melakukan  penelitaian  mengunakan  nanopartikel  Al 2 O 3 pada  radiator pendingin  kendaraan  yang  pada  umumnya  air  digunakan  sebagai  cairan  pendingin.  Partikel  Al 2 O 3 yang digunakan dengan konsentrasi yang berbeda sebagai 0,25; 0,50 dan 1,0 wt% dan nilai daya rem engine .  Dari  hasil  pengujian  diperoleh  bahwa  penambahan  nanopartikel  ke  air  pendingin meningkatkan kinerja perpindahan panas.
Sistem passive residual heat removal (PRHR) bekerja  memindahkan panas  melalui pipa C yang selanjutnya mengalirkan masuk ke dalam tangki IRWST yang berisikan air sebagai pendingin telah  banyak  dipelajari  dan  diteliti.  Untuk  pemakaian  nanofluida  sebagai  pendingin  pada  sistem PRHR  sejauh  ini  belum  ada  peneliti  yang  mempelajari.  Oleh  karena  itu  merupakan  tantangan  dan peluang  untuk  mempelajari  dan  menganalisa  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  dengan menggunakan  campuran  nanofluida  Al 2 O 3 -air.  Untuk  mempelajari  hal  tersebut  pada  penelitian  ini, menggunakan  simulasi  dengan  mengunakan  paket  program  CFD  ( Computational  of  Fluid Dyanamic )-FLUENT.  Hasil  yang  diperoleh  nantinya  dapat  digunakan  sebagai  data  awal  untuk pengembangan  sistim  keselamatan  PRHR  khususnya  perpindahan  panas  antara  C- tube dengan media pendingin yang terdapat pada IRWST dengan menggunakan nanofluida.

## METODE
a) Sistematika Penelitian
Dalam penelitian perpindahan panas konveksi alamiah ini, pada pipa bentuk C,  dibenamkan pada  kolam In-containment  Refueling  Water  Storage  Tank (IRWST).  Ada  beberapa  hal  yang  harus diperhatikan, antara lain fluks panas pada permukaan pipa bentuk C adalah tetap dan fluida pendingin dalam  hal  ini  menggunakan  campuran  air  dan  nanofluida  Al 2 0 3 1%  hingga  4%  hal  ini  dikerenakan data  fisis  dari  nanofluida  Al 2 O 3 sudah  tersedia  dan  secara  umum  sering  digunakan  (Lee,  2017), sedangkan untuk campuran diatas 4% ini belum tersedia datanya dan juga dalam proses pembuatanya cukup  mahal secara ekonomis.  Ada beberapa tahap dalam perancangan  model  yang  harus dilakukan antara  lain  perancangan  pipa  bentuk  C  dengan  ukuran  ketingian  6  m  dan  tangki  kolam  IRWST berukuran 5  m x 10  m,  dalam  hal  ini ukuran tangki  kolam IRWST tidak berpengaruh  dalam  jalanya simulasi.
Perancangan  pipa  bentuk  C  ini  bertujuan  sebagai  sumber  panas,  sedangkan  perancangan  kolam IRWST  bertujuan  untuk  mengetahui  koefisien  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  yang  diambil pada  posisi  ketingian  3  m  hingga  6  m,  hal  ini  disebabkan  temperatur  pada  ketingian  tersebut  sudah stabil.  Skema  pipa  bentuk  C  dan  kolam  IRWST  terdapat  pada  Gambar  1  dan  langkah-langkah pembuatan model dan simulasi untuk penelitian ini, dilakukan melalui langkah-langkah pada Gambar 2.

## Gambar 2. Diagram alir pemodelan dan simulasi perpindahan panas konveksi alamiah pada pipa C

## b) Rangkaian Kegiatan Penelitian
Adapun  input  CFD  ( Computional  Fluid  Dyanamic )  yang  diberikan  untuk  parameter  termo- fisika  nanofluid  Al 2 O 3 -air  seperti  kerapatan,  kalor  jenis,  kondukvitas  panas,  viskositas  pada konsentrasi  1%,  2%,  3%  dan  4%.  Untuk  kondisi  batas  termal  yang  digunakan  dalam  hal  ini  adalah memberikan nilai fluks panas yang sama pada permukaan pipa bentuk C.
Data  yang  diperoleh  dari  simulasi  numerik  tersebut  yaitu:  temperatur  dipermukaan  pipa bentuk C. Kemudian dengan menggunakan data tersebut dilakukan analisa perpindahan panas dengan fluida air dan juga campuran nanofluid Al2O3-air.

## c) Pemodelan Numerik Dengan FLUENT
FLUENT  adalah  salah  satu  jenis  program  CFD  yang  menggunakan  metode  volume  hingga. FLUENT  menyediakan  fleksibilitas  mesh  yang  lengkap,  sehingga  dapat  menyelesaikan  kasus  aliran fluida dengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah. Jenis mesh yang didukung  FLUENT  adalah  tipe  2D triangular-quadrilateral ,  3D tetrahefral-hexahedralpyramid- wedge dan mesh campuran ( hybrid ).

## d) Input Nilai Parameter-Parameter Pada FLUENT
Pemodelan numerik dalam penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat FLUENT versi  6.3.26.  Simulasi  numerik  terhadap  volume  atur  yang  telah  dibuat  dengan  program  GAMBIT dilakukan  pada  kondisi steady .  Dalam  pemodelan  numerik  tersebut,  diperlukan  beberapa  asumsi, antara lain perpindahan panas secara konduksi pada dinding pipa C dan IRWST model ini diabaikan serta perpindahan panas radiasi  dari  dinding pipa C dan IRWST dalam  maupun  luar pada model ini juga diabaikan.
e) Variabel-Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini meliputi:
1) Variabel terikat adalah faktor dari tipe partikel nano Al 2 O 3 dengan komposisi (1%, 2%, 3% dan
4%) terhadap air di dalam nanofluida sebagai fluida pendingin.
2) Variabel  bebas  adalah  fluks  konstan  sebesar  50  W/m 2 dan  laju  pengerak  konveksi  alamiah  di dalam tangki IRWST adalah 0,001m/s.

## f) Teknik Pengumpulan Data
Teknik  pengumpulan  data  dan  pengujian  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  pada  pipa bentuk  C  dilakukan  dengan  mengunakan  CFD  ( Computional  Fluid  Dyanamic ).  Data  yang  diperoleh sebagai temperatur di permukaan pipa bentuk C dan fluida pendingin.

## g) Pengolahan Data
Data kuantitatif yang diperoleh dari hasil simulasi dengan CFD ( Computional Fluid Dynamic ) Code  diolah  dengan  mengunakan formulasi  dan simulasi numerik  yang selanjutnya digunakan untuk menentukan  koefisien  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  air  dan  nanofluida  Al 2 O 3 sebagai  fluida pendingin.

## h) Persamaan-Persamaan Dasar FLUENT
Untuk  membuat  model  fisis  dan  matematis  dari  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  yang terjadi  pada  permukaan  pipa  C  ke  fluida  pendingin  di  dalam  tangki  IRWST  digunakan  beberapa pendekatan atau asumsi di dalam penyelesaian, yaitu:
1) Kondisi steady state
2) Aliran satu fase dengan fluida kerja kerja adalah air dan nanofluida Al 2 O 3
3) Kondisi tekanan 1.01325 x 10 5 Pascal dan temperatur 288 K
4) Fluks panas pada permukaan pipa bentuk C adalah seragam
Sedangkan  untuk  menyelesaikan  persamaan  matematis  aliran  konveksi  alamiah  dari permukaan  pipa  bentuk  C  ke  fluida  pendingin  di  dalam  FLUENT menggunakan  persamaan- persamaan dibawah ini:
1) Persamaan kontinuitas
Dengan: ρ =  massa jenis fluida v i =  komponen kecepatan arah i x i =  jarak dalam arah i
2)  Persamaan momentum
Dengan:  P  =  tekanan statik v’  =  kecepatan rata-rata μ =  viskositas dinamika fluida
3)  Persamaan energi
Dengan:  k  =  konduktivitas termal T  =  temperature

## HASIL DAN DISKUSI
a) Distribusi Temperatur Pada Permukaan Pipa C
Dari hasil simulasi fluent diperoleh temperatur pada permukaan pipa bentuk C di dalam fluida pendingin di tangki IRWST yang disajikan pada tabel 1 berikut:

## Tabel 1. Distribusi Temperatur Pada Permukaan Pipa C Dalam Tangki IRWST
Fluida Pendingin Temperatur ( o C) Posisi (m) 3 4 5 6 Air 70.46 71.56 72.87 74.41 nf Al 2 O 3 -Air 1% 68.87 69.95 71.24 72.76 nf Al 2 O 3 -Air 2% 67.77 68.89 70.22 71.74 nf Al 2 O 3 -Air 3% 66.66 67.78 69.08 70.57 nf Al 2 O 3 -Air 4% 65.62 66.71 67.99 69.46
Gambar 1. Grafik Distribusi Temperatur Pada Permukaan Pipa C Dalam Tangki IRWST
Ketika permukaan pipa bentuk C  diberikan  fluks panas kemudian  dialirkan fluida pendingin yang berbeda terlihat adanya pengaruh dari fluida pendingin yang digunakan dengan adanya kenaikan temperatur pada permukaan luar pipa bentuk C. Jika menggunakan fluida pendingin air kenaikan suhu dimulai dari 70 o C hingga 74 o C. Sedangkan dengan menggunakan nanofluida Al 2 O 3 1% kenaikan suhu 68 o C  hingga  72 o C  kemudian  diikuti  dengan  nanofluida  Al 2 O 3 2%  kenaikan  suhu  dari  67 o C  hingga 71 o C, selanjutnya nanofluida  Al 2 O 3 3%  kenaikan suhu dari 66 o C  hingga 70 o C, nanofluida  Al 2 O 3 4% 65 o C  sampai  70 o C.  Dari  hasil  ini  dapat  dilihat  bahwa  dengan  menggunakan  fluida  pendingin  air kenaikan temperatur lebih tinggi dari pada nanofluida Al 2 O 3 1% hingga 4%.

## b) Distribusi Temperatur Pada Jarak 0.1 m Dari Permukaan Pipa C
Dari hasil simulasi fluent diperoleh temperatur pada jarak 0.1 m dari permukaan pipa bentuk C di dalam fluida pendingin di tangki IRWST yang disajikan pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Distribusi Temperatur Pada Jarak 0.1 m Dari Permukaan Pipa C Dalam Tangki IRWST
Fluida Pendingin Temperatur ( o C) Posisi (m) 3 4 5 6 Air 66.21 67.27 68.53 70.02 nf Al 2 O 3 -Air 1% 64.77 65.82 67.06 68.52 nf Al 2 O 3 -Air 2% 63.78 64.86 66.14 67.59 nf Al 2 O 3 -Air 3% 62.79 63.85 65.11 66.53 nf Al 2 O 3 -Air 4% 61.84 62.89 64.12 65.53
Terjadi  aliran  perindahan  panas  dari  permukaan  pipa  C  yang  berjarak  0,1  m  dari  tepi permukaan  pipa  c  ke  fluida  pendingin  yang  berada  di  dalam  tangki  IRWST  yang  mengakibatkan fluida pendingin air menyerap panas sehingga temperatur air berubah semakin naik dengan bertambah jarak  ke  arah  aksial  dengan  perubahan  temperatur  dari  66 o C  hingga  70 o C.  Jika  fluida  pendingin diganti  dengan  menggunakan  nanofluida Al 2 O 3 1% dengan posisi yang sama, temperatur mengalami kenaikan  dari  64 o C  hingga  68 o C,  kemudian  nanofluida  Al 2 O 3 2%,  kenaikan  temperatur  63 o C  hingga 67 o C  dan  nanofluida  Al 2 O 3 3%  kenaikan  temperatur  62 o C  hingga  66 o C,  serta  nanofluida  Al 2 O 3 4% mengalami  kenaikan  temperatur  61 o C  hingga  65 o C.  Jika  dilihat  dari  fluida  pendingin  menggunakan air  diperoleh  temperatur  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  menggunakan  fluida  pendingin
nanofluida  Al 2 O 3 dengan  kosentarasi  1%  hingga  4%.  Tetapi  antar  nanofluida  1%  dibandingkan dengan  nanofluida  2%  diperoleh  nilai  temperatur  yang  semakin  berkurang  begitu  juga  dengan semakin  besar  kosentrasinya  semakin  berkurang  temperaturnya.  Hal  ini  dikerenakan  nilai konduktivitas nanofluida Al 2 O 3 juga semakin meningkat mengikuti kenaikan temperatur.
Gambar 2. Grafik Distribusi Temperatur Pada Jarak 0.1 m Dari Permukaan Pipa C Dalam Tangki IRWST

## c) Koefisien Perpindahan Panas Konveksi
Untuk  memperoleh  nilai  koefisien  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  antara  permukaan pipa  C  di  dalam  tangki  IRWST  dengan  fluida  pendingin  adalah  menggunakan  data  temperatur  yang terdapat pada tabel 1 dan tabel 2. Hasil perhitungan nilai koefisien perpindahan panas konveksi alami disajikan pada tabel 3 berikut:
Tabel 3. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Alami
Fluida Pendingin h (W/m 2o C) Posisi (m) 3 4 5 6 Air 11.75 11.64 11.51 11.37 nf Al 2 O 3 -Air 1% 12.21 12.08 11.95 11.79 nf Al 2 O 3 -Air 2% 12.55 12.40 12.24 12.06 nf Al 2 O 3 -Air 3% 12.90 12.76 12.58 12.40 nf Al 2 O 3 -Air 4% 13.25 13.10 12.92 12.73
Dari  Tabel  3  dapat  di  lihat  untuk  posisi  6  m,  koefisien  perpindahan  panas  untuk  fluida pendingin air adalah 11,37 W/m 2o C jika fluida pendingin tesebut digantikan dengan  nanoflida Al 2 O 3 1%  maka  diperoleh  nilai  koefisien  perpindahan  panas  menjadi  11,79  W/m 2o C  kemudian  nanofluida Al 2 O 3 2%  adalah  12,06  W/m 2o C  serta  nanofluida  Al 2 O 3 3%  adalah  12,40  W/m 2o C  dan  nanofluida Al 2 O 3 4% adalah 12,73W/m 2o C.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Alami
Dari hasil yang diperoleh untuk koefisien perpindahan panas menggunakan nanofluida Al 2 O 3 menjadi  naik  bila  dibandingkan  dengan  menggunakan  fluida  pendingin  air.  Selain  itu  dengan
bertambah  besarnya  kosentrasi  volumenya  nanofluida  Al 2 O 3 nilai  koefisien  perpindahan  panas konveksi  alamiah  juga  bertambah  besar.  Dan  dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  posisi  maka koefisien  perpindahan  panas  konveksi  alamiah  semakin  berkurang.  Hal  ini  dikerenakan  adanya perbedaan  temperatur antara permukaan  pipa  bentuk  C  dan  fluida  pendingin  dalam  hal  ini  memakai air dan nanofluida Al 2 O 3 semakin besar nilai perubahan temperatur. Untuk  menentukan  perbandingan  koefisien  perpindahan  panas  antara  nanofluida  Al 2 O 3 terhadap  air  adalah  menggunakan  tabel  3,  dari  hasil  perbandingan  diperoleh  gambar  3.  Berdasarkan gambar 3 dapat dilihat, jika persen  volum  nanofluida  Al 2 O 3 bertambah akan  menyebabkan  koefisien perpindahan panas  konveksi alamiah  dari  nanofluida Al 2 O 3 terhadap air semakin bertambah. Hal ini dikerenakan  konduktivitas  dari  nanofluida  Al 2 O 3 terhadap  persen  volum  juga  semakin  besar.  Dari gambar 3 diperoleh perbandingan  koefisien perpindahan panas nanofluida  Al 2 O 3 terhadap air adalah untuk komposisi 1% hingga 4% diperoleh 1.04; 1.06; 1.09 dan 1.12. Berdasarkan hasil perbandingan tersebut  diperoleh,  untuk  nanofluida  Al 2 O 3 4%  memiliki  nilai  perbandingan  koefisien  perpindahan panas  yang  lebih  tinggi  sebesar  1.12  terhadap  air.  Oleh  kerenannya  pengunaan  nanofluida  dapat menjadi salah satu pilihan untuk dapat digunakan sebagai fluida pendingin.

## SIMPULAN
Dari  simulasi  terhadap  model  perhitungan  telah  diperoleh  nilai  koefisien  perpindahan  panas dengan menggunakan fluida air ringan (H 2 O) dan nanofluida Al 2 O 3 (Alumina) dengan komposisi 1%; 2%;  3%  dan  4%  terhadap  arah  vertikal.  Untuk  koefisien  perpindahan  panas  pada  posisi  tertinggi diperoleh untuk fluida pendingin air adalah 15,91 W/m 2o C dan fluida pendingin nanofluida Al 2 O 3 1% 16,51 W/m 2o C, nanofluida 2% 16,89 W/m 2o C kemudian nanofluida 3% 17,35 W/m 2o C dan nanofluida 4%;  17,82  W/m 2o C  dari  hasil  yang  diperoleh  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa  untuk  nanofluida alumunia  sebagai  fluida  pendingin  memiliki  pengaruh  yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  air terutama  untuk  nanofluida  4%  yang  memiliki  nilai  koefisien  perpindahan  panas  yang  lebih  besar dibandingkan dengan nanofluida 1% hingga 3%.

## DAFTAR RUJUKAN
Bin Jia Jianping Jing, Xuendong Qiao. and Chuming Zhang. (2013). Numerical Simulation Of PRHR
System Based on CFD. Journal of Applied Mathmatics and Physics , pp. 74-81.
C.J.  Ho,  W.K.  Liu  Y.S.  Chang  and  C.  Lin.  (2010).  Natural  Convection  Heat  Transfer  of  Alumina- Water  Nanofluid  In  Vertical  Square  Enclsures. International  Jourmal  of  Thermal  Sciences , pp. 1345-1353.
Dani  Gustaman  Syarif.  (2016). Nanopartikel  Dan  Nanofluida  Perpindahan  Panas .  Bandung:  Batan Press.
Diah Hidayanti Sukarno. (2017). Challenges For Nanofluid Aplication In Heat Transfer Technology.
IOP Conf.Series , pp. 1-6.
Efrison Umar, Ketut Kamajaya. (2017). Studi Eksperimental Perpindahan Kalor Konveksi Paksa Pada Nanofluida  ZrO 2 -air  Didalam  Sub  Buluh  Vertikal  Segiempat. Sains  dan  Teknologi  Nuklir Indonesia , pp. 49-59.
Firman Tuaka. (2008). Dasar-dasar CFD mengunakan Fluent . Bandung: Penerbit Informatika. Frank Incopetra. (2013). Principles of Heat and Transfer . Singapore: Jhon Wily & Sons. Indriati Sri Wardhani (2014). Fluida Nano ZRO 2 Sebagai Fluida Pendingin Pada Permukaan Pemanas Pelat Vertikal. Teknologi Reaktor Nuklir , pp. 169-177.
Jan  Setiawan,  Djoko  Hadi  Prajitno.  (2019).  Prilaku  Elektrokimia  Baja  Tahan  Karat  SS  316  Dalam Media NanoFluida. Daur Bahan Bakar Nuklir Urania , pp. 1-70.
J. Buonggiorno. (2009). Nanofluid Heat Transfer Enhancement for Nuclear Reaktor Applications. in Procedings of the ASME Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer . Khalil  Khafner  and  Kambiz  Vafai.  (2010).  Critical  Synthesis  of  Thermophysical  Charateristics  of Nanofluid. Internasional Journal of Thermal Sciences , pp. 1345-1353.
Kyo  Sik,  Seok  Pil  Jang  and  Stephen  Choi.  (2009).  Flow  and  Convective  Heat  Transfer  Of  Water Based Al2O3 Nanofluids In Fully Developed Laminar Flow Regime. Internasional Journal of Thermal Sciences , pp. 193-198.
Misale, F.Devia and P.Garibaldi. (2012). Experiment with Al 2 O 3 In Single Phase Natural Circulation Mini Loop. Applied Thermal Enginering , pp. 64-70.
Mudawar,  Lee.  (2017).  Assesment  of  the  Effectiveness  of  Nanofluids  for  Single-Phase  and  Two- Phase Heat Transfer in micro-channels. Heat and Mass Transfer , pp. 452-463.
Q.  Men,  Xuesheng  Wang,  Xiangyu  Zhou,  and  Xiangyu  Meng.  (2014).  Heat  Transfer  Analysis  of Passive Residual Heat Removal Heat Exchanger Under Natural Convection In Tank. Journal Science and Technology of Nuclear Installations, pp. 1-8.
Reinaldy Nasar (2016). Karakteristik Perpindahan Panas Konveksi Almiah Aliran Nanofluida Al 2 O 3 - air Di dalam Pipa Anulus Vertikal. Teknologi Reaktor , pp. 21-28.
Surip  Widodo,  Andi  Sofrany.  (2011).  Pemodelan  Sistim  Pembuangan  Panas  Pasif  dengan Mengunakan  Relap  5. in  Pertemuan  dan  Penelitian  Ilmiah  Pengetahuan  dan  Teknologi Reaktor .