Top Banner
UNIVERSITAS INDONESIA JUDUL TUGAS MERANCANG INKUBATOR NON-ELEKTRIK DENGAN MEMANFAATKAN PERPINDAHAN PANAS PHASE CHANGE MATERIAL (PCM) TUGAS MERANCANG Pembimbing: Prof. Dr-Ing. Nandy Setiadi Djaya Putra Kelompok 6: Annisaa Yuniasih Suhendar 1106015440 Devino Christie M. 1106070691 M. Abdito Rachman 1106070514 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2014
37

Laporan Tugas Merancang

Dec 10, 2015

Download

Documents

laporan mata kuliah tugas merancang kelompok 19
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Laporan Tugas Merancang

UNIVERSITAS INDONESIA

JUDUL TUGAS MERANCANG

INKUBATOR NON-ELEKTRIK DENGAN MEMANFAATKAN PERPINDAHAN

PANAS PHASE CHANGE MATERIAL (PCM)

TUGAS MERANCANG

Pembimbing: Prof. Dr-Ing. Nandy Setiadi Djaya Putra

Kelompok 6:

Annisaa Yuniasih Suhendar 1106015440

Devino Christie M. 1106070691

M. Abdito Rachman 1106070514

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2014

Page 2: Laporan Tugas Merancang

ii | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

HALAMAN PERNYATAAN

Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul:

INKUBATOR NON-ELEKTRIK DENGAN MEMANFAATKAN PERPINDAHAN

PANAS DARI BATU YANG DIPANASKAN

adalah karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah dinyatakan

dengan benar.

Annisaa Yuniasih Suhendar

(1106015440)

M. Abdito Rachman

(1106070514)

((((((9

Devino Christie M.

(1106070691)

(((

Page 3: Laporan Tugas Merancang

iii | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

HALAMAN PERSETUJUAN

Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul:

INKUBATOR NON-ELEKTRIK DENGAN MEMANFAATKAN PERPINDAHAN

PANAS DARI PHASE CHANGE MATERIAL (PCM)

dapat disetujui untuk penilaian akhir mata kuliah Tugas Merancang

Depok, Juni 2014

Dosen Pembimbing,

Prof. Dr-Ing. Nandy Setiadi Djaya Putra

NIP. 197010251995021001

Page 4: Laporan Tugas Merancang

iv | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

ABSTRAK

Penduduk dunia setiap tahunnya semakin bertambah, khususnya di negara Indonesia.

Badan kesehatan dunia (WHO) bekerja sama dengan March of Dimes melaporkan setiap tahun

diperkirakan 13 juta bayi lahir secara prematur di seluruh dunia dan satu juta bayi meninggal dunia.

Kasus ini khususnya banyak terjadi di negara-negara berkembang termasuk Indonesia.

Penggunaan inkubator menjadi sangat penting dalam kasus kelahiran prematur. Oleh sebab itu,

pengembangan terhadap rancangan inkubator non-elektrik yang dapat digunakan oleh seluruh

lapisan masyarakat menjadi hal yang sangat membantu dalam menekan angka kematian bayi. Saat

ini penggunaan phase change materials (PCM) sebagai media penyimpan panas sedang

berkembang dalam berbagai aplikasi keteknikan. Untuk itu, penulis mencoba menghubungkan

mengaplikasikan penggunaan PCM ke dalam inkubator bayi. Dalam penulisan laporan tugas

merancang ini, akan disertakan perancangan dan analisis dari inkubator non-elektrik yang

memanfaatkan phase change materials (PCM) sebagai sumber panas.

Kata kunci: Inkubator bayi; Inkubator non-elektrik; Phase change materials; Konveksi natural

Page 5: Laporan Tugas Merancang

v | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat-Nya

tim penulis dapat menyelesaikan laporan dengan judul: “ Inkubator Non-Elektrik Dengan

Memanfaatkan Perpindahan Panas Dari Phase Change Material (PCM)” yang ditujukan sebagai

laporan akhir mata kuliah Tugas Merancang DTM FTUI angkatan 2011.

Laporan ini membahas mengenai hasil rancangan yang dibuat oleh tim penulis sendiri,

yaitu bagaimana membuat sistem untuk mengontrol aliran panas secara konveksi alami untuk

inkubator bayi supaya dapat bekerja lebih optimal dan efisien dengan menyesuaikan suhu optimal

tubuh bayi yang diperlukan.

Dalam pembuatan laporan ini, tim penulis sudah berusaha semaksimal mungkin dengan

segala kemampuan yang dimiliki. Tanpa mengurangi rasa hormat, kepada semua pihak yang telah

berjasa terhadap penyelesaian laporan ini, secara khusus tim penulis menyampaikan ucapan terima

kasih kepada:

1. Prof. Dr-Ing. Nandy Putra, sebagai dosen pembimbing, yang telah memberikan

bimbingan dan dorongan kepada tim penulis.

2. Prof. Ir. Yulianto Sulistyo Nugroho, M.Sc., Ph.D, sebagai dosen koordinator mata

kuliah Tugas Merancang, yang telah memberikan dorongan kepada tim penulis.

3. Orang tua anggota tim penulis, yang senantiasa memberikan bimbingan dan bantuan

moril maupun materil bagi penyelesaian laporan akhir ini.

4. Asisten-asisten Laboratorium Heat Transfer yang telah banyak membantu

perancangan hingga terselesaikannya laporan akhir tugas merancang ini

5. Rekan-rekan tim penulis dan seluruh pihak yang telah membantu hingga

terselesaikannya laporan akhir ini.

Tim penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena masih terdapat

kekurangan baik dari segi materi, ilustrasi, contoh, dan sistematika penulisan dalam

pembuatannya. Oleh karena itu, saran dan kritik dari para pembaca yang bersifat membangun

sangat diharapkan. Besar harapan laporan ini dapat diapresiasi sehingga dapat bermanfaat baik

bagi tim penulis, pembaca, dan masyarakat pada umumnya.

Depok, Mei 2014

Tim Penulis

Page 6: Laporan Tugas Merancang

vi | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................................................ ii

HALAMAN PERSETUJUAN....................................................................................................... iii

ABSTRAK ..................................................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR .................................................................................................................... v

DAFTAR ISI .................................................................................................................................. vi

BAB I .............................................................................................................................................. 1

PENGANTAR ................................................................................................................................ 1

1.1. Latar Belakang ................................................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah ........................................................................................................... 2

1.3. Tujuan ................................................................................................................................. 2

1.4. Kegunaan ............................................................................................................................ 2

BAB II ............................................................................................................................................. 3

PENELUSURAN LITERATUR .................................................................................................... 3

2.1. Prinsip Kerja Inkubator .................................................................................................... 3

2.2. Perpindahan Panas ............................................................................................................ 4

2.3. Metode Perpindahan Panas............................................................................................... 5

2.4. Konveksi Natural................................................................................................................ 9

2.5. Phase Change Material .................................................................................................... 10

2.6. Rack And Pinion System ................................................................................................. 12

BAB III ......................................................................................................................................... 13

PENGEMBANGAN DESAIN ..................................................................................................... 13

3.1. Konsep Desain .................................................................................................................. 13

3.3. Mekanisme Kerja Alat ..................................................................................................... 17

BAB IV ......................................................................................................................................... 21

PERHITUNGAN DAN HASIL RANCANGAN ......................................................................... 21

4.1. Perhitungan Waktu .......................................................................................................... 21

Page 7: Laporan Tugas Merancang

vii | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

4.2. Perhitungan Kekuatan ..................................................................................................... 23

4.3. Bill of Materials ................................................................................................................. 28

BAB V .......................................................................................................................................... 29

PENUTUP..................................................................................................................................... 29

5.1. Kesimpulan ....................................................................................................................... 29

5.2. Saran .................................................................................................................................. 29

REFERENSI ................................................................................................................................. 30

Page 8: Laporan Tugas Merancang

1 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

BAB I

PENGANTAR

1.1. Latar Belakang

Penduduk dunia setiap tahunnya semakin bertambah, khususnya di negara Indonesia.

Angka kelahiran di Indonesia menunjukkan peningkatan dari tahun ke tahun sebanding dengan

angka kelahiran di dunia. Seiring meningkatnya angka kelahiran di dunia, terdapat catatan

mengenai kelahiran bayi yang cacat maupun prematur. Badan kesehatan dunia (WHO) bekerja

sama dengan March of Dimes, lembaga sosial dari Amerika Serikat yang memiliki misi mencegah

bayi lahir prematur dan cacat melaporkan setiap tahun diperkirakan 13 juta bayi lahir secara

prematur di seluruh dunia dan satu juta bayi meninggal dunia. Fakta selanjutnya adalah angka

kelahiran bayi prematur terbesar berada pada negara-negara berkembang, salah satunya adalah

Indonesia. Dalam kasus ini, diperlukan penanganan khusus terhadap bayi yang dilahirkan

abnormal, salah satunya adalah penggunaan inkubator. Oleh sebab itu, sebagai calon Sarjana

Teknik dituntut untuk dapat mengaplikasikan ilmu yang didapat untuk kepentingan sosial dan

kemajuan bangsa. Inkubator non-elektrik yang kami rancang diharapkan mampu menjangkau

seluruh kalangan masyarakat Indonesia dengan pasokan listrik yang tidak memadai. Untuk

pembahasan mengenai inkubator non-elektrik yang kami rancang akan dibahas pada bab

selanjutnya.

Pada tugas merancang ini kami memfokuskan pada prinsip kerja perpindahan panas secara

konveksi alami. Dalam perancangan inkubator non-elektrik ini, kami berusaha untuk merancang

bentuk dan ukuran dari inkubator agar dapat disesuaikan dengan suhu ideal inkubator elektrik pada

umumnya. Selain itu, kami merancang ketinggian dari penyangga inkubator untuk mengatur

perpindahan panas dari phase change material berupa batu yang dipanaskan melalui cara direbus

ataupun dibakar agar dapat mencapai suhu optimal tubuh bayi yang diperlukan. Berbeda dengan

inkubator pada umumnya, ukuran inkubator non-elektrik lebih kecil dan hanya memanfaatkan

aliran konveksi alami dari panas batu. Untuk pengaturan suhu yang berubah terhadap waktu, kami

membuat pengaturan terhadap ketinggian tempat penyimpanan sumber panas menggunakan

tuas/katrol.

Page 9: Laporan Tugas Merancang

2 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

1.2. Perumusan Masalah

Dari penjabaran latar belakang di atas, dapat kita rumuskan permasalahan yang ada sebagai

berikut:

1. Bagaimana membuat inkubator alternatif sederhana yang dapat digunakan secara

langsung oleh masyarakat di sekitar pedesaan?

2. Apakah ada ide inovatif untuk penerapan sumber panas untuk inkubator berdasarkan

sumber daya alam yang ada di pedesaan dengan pasokan listrik minimum?

3. Bagaimana membuat dan menganalisa rancangan sebuah sistem inkubator dengan

modifikasi pada sumber panas yang dihasilkan?

1.3. Tujuan

Kami pun memiliki beberapa tujuan yang merupakan hasil dari pencapaian yang

diharapkan:

1. Merancang suatu system inkubator alternatif dengan memanfaatkan energi panas non-

elektrik menggunakan panas dari Phase Change Material (PCM).

2. Merancang persebaran kalor secara konveksi alamiah pada inkubator non-elektrik.

3. Merancang suatu kerja tuas pengungkit untuk mengatur ketinggian sumber panas

dengan ruang inkubasi.

1.4. Kegunaan

1. Menghangatkan tubuh bayi prematur agar sesuai dengan suhu tubuh opimal.

2. Menghindari pemakaian listrik pada inkubator.

3. Mengurangi biaya penggunaan inkubator pada umumnya

4. Memanfaatkan sumber daya alam yang ada untuk mengaktifkan inkubator.

Page 10: Laporan Tugas Merancang

3 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

BAB II

PENELUSURAN LITERATUR

2.1. Prinsip Kerja Inkubator

Pada proses persalinan, bayi yang dilahirkan dengan bobot rendah maupun lahir sebelum

waktunya disebut dengan bayi prematur. Pada saat dalam kandugan, bayi hidup dalam temperatur

tubuh ibu sekitar 36 oC – 37 oC. Saat baru dilahirkan, bayi prematur belum dapat menyesuaikan

diri terhadap temperatur lingkungan. Untuk itu, penggunaan inkubator sangat diperlukan.

Inkubator bayi bekerja dengan cara menurunkan temperatur secara perlahan sehingga bayi dapat

beradaptasi dengan lingkungan yang baru.

Untuk membuat lingkungan yang nyaman bagi bayi prematur, suhu di dalam inkubator

diturunkan secara perlahan. Misalnya, temperatur awal di lingkungan sekitar adalah 36-37oC,

maka inkubator tersebut diatur temperaturnya menjadi 32-37oC. Panas di inkubator ini berasal

dari heater yang diletakkan dibawah inkubator, yang kemudian dialirkan ke atas

menggunakan fan. Temperatur di dalam inkubator tersebut akan tetap bertahan sesuai

dengan setting-an awal karena proses pengaturannya bekerja secara otomatis. Misalnya, jika

temperatur yang diinginkan adalah 34oC, maka jika sudah naik mencapai 34oC heater-nya akan

otomatis mati. Dan ketika temperaturnya sudah turun menjadi 33oC, maka heater-nya akan

menyala lagi.

Pada dasarnya inkubator produk dalam dan luar negeri prinsip kerjanya sama saja. Yang

membedakannya adalah desain dan heater-nya. Inkubator buatan Indonesia umumnya memiliki

kelebihan dalam hal penghematan energi. Sedangkan, inkubator buatan luar negeri (impor)

membutuhkan daya yang tinggi, sehingga membutuhkan energi listrik yang cukup besar. Hal ini

disebabkan karena di luar negeri, mereka menghadapi temperatur yang rendah. Sehingga

membutuhkan energi yang besar untuk menaikan temperatur. Sedangkan, di Indonesia

temperaturnya sekitar 28-29oC, sehingga tidak memerlukan energi yang terlalu besar untuk

menaikan temperatur. Oleh karena itu, perancangan inkubator haruslah disesuaikan dengan iklim

dan temperatur lingkungan sekitar.

Page 11: Laporan Tugas Merancang

4 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Gbr.1. Inkubator elektrik yang umum dipasaran

2.2. Perpindahan Panas

Panas dapat diketahui dapat berpindah dari tempat dengan temperatur lebih tinggi ke

tempat dengan temperatur lebih rendah. Hukum percampuran panas juga terjadi karena panas itu

berpindah. Sedangkan, pada kalorimeter perpindahan panas dapat terjadi dalam bentuk pertukaran

panas dengan luar sistem. Pemberian atau pengurangan panas tidak saja mengubah temperatur atau

fasa zat suatu benda secara lokal, melainkan panas itu merambat ke atau dari bagian lain benda

atau tempat lain. Peristiwa ini disebut perpindahan panas.

Page 12: Laporan Tugas Merancang

5 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Perpindahan panas terbagi menjadi beberapa cara , yaitu panas yang merambat dari suatu

bagian ke bagian lain melalui zat atau benda yang diam disebut konduksi, panas yang dibawa oleh

partikel-partikel zat yang mengalir disebut konveksi, dan panas yang berpindah melalui cara

pancaran disebut radiasi. Umumnya, suatu perpindahan panas terjadi melalui ketiga cara tersebut.

Untuk menganalisis peristiwa berlangsungnya perpindahan panas dapat dianalogikan dengan

aliran listrik, maka aliran panas ini kita namakan arus panas, nilai dari arus panas terserbut akan

mempengaruhi nilai resistansi termal.

Kita definisikan bahwa arus panas adalah jumlah tenaga panas per satuan waktu. Sehingga

diperoleh suatu rumusan arus panas setiap saat adalah

𝐻 lim∆𝑡→0

∆𝑄

∆𝑡=

𝑑𝑄

𝑑𝑡 (1.1.)

Perpindahan panas dapat diketahui melalui perubahan temperatur. Oleh karena itu, perlu

ditentukan hubungan antara arus panas dan perubahan temperatur. Menurut Newton, perubahan

temperatur akibat perpindahan panas adalah berbanding lurus dengan waktu. Perbandingan ini

dapat dijadikan persamaan dengan memasukan suatu konstanta k, sehingga

𝑑𝑇

𝑑𝑡= −𝑘(𝑡 − 𝑡𝑠) (1.2)

2.3. Metode Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah proses berpindahnya energi dari suatu tempat ke tempat yang lain

dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat-tempat tersebut. Perpindahan panas dapat

berlangsung dengan beberapa cara seperti :

1. Konduksi

Merupakan proses transport dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah di

dalam medium (padat, ciar, gas) atau antara medium yang bersinggungan langsung

2. Konveksi

Merupakan proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan

energi dan proses mencampur. Proses ini terjadi pada permukaan padat, cair, dan gas

3. Radiasi

Page 13: Laporan Tugas Merancang

6 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Merupakan proses transport dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda-

benda itu terpisah di dalam suatu ruangan bahkan bila terdapat suatu ruang hampa diantara

benda-benda

tersebut.

Perpindahan panas konveksi

Pada gambar 2.1 diatas Tw adalah suatu plat T∞ adalah suhu fluida. Apabila kecepatan diatas plat

adalah nol, maka kalor hanya dapat berpindah dengan cara konduksi. Akan tetapi apabila fluida

diatas plat bergerak dengan gradient suhu bergantung dari laju fluida membawa kalor. Sedangkan

laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh luas permukaan perpindahan kalor (A) dan beda suhu

menyeluruh antara permukaan bidang dengan fluida yang dapat dirumuskan sebagai bberikut

q = h. A. (Tw-T∞)……..(2.1)

Dimana h merupakan koefisien perpindahan panas konveksi

Untuk keadaan yang sederhana, koefisien perpindahan panas konveksi (h) dapat diperhitungkan

secara analisis, sedangkan untuk keadaan yang rumit, harus diperhitungkan dengan cara

eksperimen atau percobaan.

Perpindahan konveksi tergantung pada viskositas fluida, disamping ketergantungannya terhadap

sifat-sifat termal fluida, seperti : konduktivitas termal, kalor spesifik, dan densitas. Hal ini

disebabkan karena viskositas mempengaruhih laju perpindahan energi di daerah dinding

Ada dua sisi konveksi, yaitu :

1. Konveksi Alami (Natural Convection)

Fenomena ini terjadi karena fluida yang terjadi karena pemanasan , berubah densitasnya,

sehingga fluidanya bergerak

2. Konveksi Paksa (Forced Convection)

Fenomena ini terjadi apabila sistem dimana fluida didorong oleh permukaan perpindahan

kalor, atau melaluinya, fluida bergerak aadanya faktor pemaksa

Page 14: Laporan Tugas Merancang

7 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Sistem konveksi alami

Dari pembahasan sebelumnya, perpindahan sistem konveksi alami terjadi karena fluida dengan

proses pemanasan, berubah densitasnya, sehingga fluidanya bergerak. Gerakan fluida dalam

konveksi bebas, baik fluida gas maupun cair, terjadi karena gaya apung yang alami apabila densitas

fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Gaya

apung ini tidak akan terjadi apabila fluida itu tidak mengalami gaya dari luar seperti gaya gravitas,

walaupun gravitasi bukan satu-satunya gaya luar yang dapat menghasilkan arus konveksi bebas

Sistem Konveksi Alami

Konveksi paksa disebabkan karena adanya gaya pemaksa yang menyebabkan fluida bergerak dan

mempunyai kecepatan. Pada umumnya peralatan untuk memindahkan panas pada industri maupun

otomotif menggunakan sistem konveksi paksa. Sebagai gambaran adalah fenomena perpindahan

panas aliran didalam pipa yang dinyatakan sebagai :

dq = m. cp. dTb

= h. 2π. R (Tw - T∞ )dx………..(2.2)

Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah :

Nud = 0,023 Red0.8Prn ……….(2.3)

Dimana :

n = nilai eksponen

= 0,4 untuk pemanasan

Page 15: Laporan Tugas Merancang

8 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

= 0,3 untuk pendinginan

Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah :

ℎ𝑑 = 3,66 + 0,0668 (

𝑑𝐿) 𝑅𝑒𝑑 𝑃𝑟

1 + 0,04 [(𝑑𝐿) 𝑅𝑒𝑑 𝑃𝑟]2/3

Dimana :

d = diameter pipa

L = panjang pipa

Koefisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh :

ℎ𝑑 = 𝑁𝑢𝑑.𝑘

𝑑 …… (2.5)

Perpindahan Panas Konduksi

Jika terdapat suatu gradien suhu, maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan dari bagian

bersuhu tingga ke bagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi akan berpindah secara

konduksi atau hantaran, laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai :

q = -k. A. ∂T/∂x…..(2.6)

Dimana:

q = laju perpindahan kalor

∂T/∂x = gradien suhu ke arah perpindahan kalor

k = konduktivitas termal bahan

A = luas bidang perpindahan kalor

Perpindahan Panas Radiasi

Merupakan proses transport panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda-

benda itu terpisah didalam suatu ruangan bahkan bila terdapat di ruang hampa diantara benda-

benda tersebut

Untuk radiasi diantara dua benda dapat dirumuskan :

q = Fx. Fg. A σ (T14-T2

4)…… (2.7)

Dimana :

Page 16: Laporan Tugas Merancang

9 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Fe = fungsi emisivitas

Fg = fungsi geometri

A = luas permukaan

σ = konstanta Stefan Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2 K2)

2.4. Konveksi Natural

Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel

zat. Konveksi terjadi karena adanya pergerakan massa molekul pada suatu tempat ke tempat lain

yang disebabkan oleh adanya perbedaan massa jenis zat. Konveksi dapat terjadi pada karena

adanya aliran panas dari bagian yang memiliki temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.

Dalam proses konveksi, terjadi aliran energi dalam bentuk kalor dan aliran materi dalam bentuk

fluida baik cair maupun gas. Konveksi terbagi menjadi dua, yaitu konveksi bebas (natural

convection) dan konveksi paksa (forced convection). Selanjutnya, yang akan digunakan pada

perancangan inkubator non-elektrik kali ini hanya pada pemanfaatan perpindahan kalor secara

konveksi bebas.

Konveksi natural (natural convection) merupakan proses perpindahan kalor secara

konveksi yang disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan massa akibat adanya perbedaan

temperatur. Mekanisme kerja pada konveksi alamiah dengan mempertimbangkan suatu benda atau

permukaan tersentuh udara dingin. Temperatur di luar objek permukaan akan turun (sebagai akibat

dari perpindahan panas dengan udara dingin), dan temperatur udara yang berdekatan dengan objek

akan naik. Akibatnya, objek dikelilingi dengan udara yang lebih hangat dan panas akan ditransfer

dari objek permukaan ke luar objek.

Udara panas

Udara dingin

Objek panas

Page 17: Laporan Tugas Merancang

10 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Gbr.3. Perpindahan panas secara konveksi natural pada permukaan panas

Temperatur udara yang berdekatan dengan sumber panas akan memiliki densitas yang

lebih rendah. Akibatnya, temperatur udara objek tersebut akan naik. Pergerakan udara panas secara

konveksi natural juga melibatkan adanya gaya apung. Adanya gaya gravitasi menyebabkan adanya

gaya total yang mendorong fluida bergerak ke daerah yang densitasnya lebih besar.

2.5. Phase Change Material

Phase Change Material (PCM) merupakan zat dengan tingkat penyatuan panas yang tinggi

yang akan melebur maupun memadat pada temperatur tertentu (berubah fase) dan material ini

memungkinkan untuk menyimpan dan mengeluarkan energi yang cukup besar. Panas diserap dan

dilepaskan pada saat material tesebut berubah fase dari solid menjadi liquid dan sebaliknya. Saat

ini, PCM sudah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi penyimpanan panas, contohnya pada

pompa kalor, rekayasa energi surya, pengaturan termal pesawat ruang angkasa, dan berbagai

aplikasi keteknikan lainnya termasuk pemanfaatan PCM pada inkubator. Penyimpanan panas pada

PCM meliputi dua cara, yakni sensible heat storage (SHS) dan latent heat storage (LHS).

Pada sensible heat storage (SHS), energi panas disimpan dalam dengan menaikkan

temperatur dari material padat atau cair. Sistem SHS memanfaatkan kapasitas kalor dan perubahan

temperatur material selama proses pengisian dan pemakaian. Jumlah dari panas yang disimpan

bergantung pada panas spesifik dari media, perubahan temperatur, dan banyaknya material

penyimpanan panas. Sedangkan, latent heat storage (LHS) berdasarkan pada pelepasan atau

penyerapan panas saat material mengalami perubahan fase dari padat menjadi cair maupun

sebaliknya.

Tabel 1

Data beberapa material padat-cair untuk sensible heat storage

Media Jenis fluida Rentang

temperatur (oC)

Densitas

(kg/m3)

Kalor spesifik

(J/kg.K)

Batu 20 2560 879

Batu bata 20 1600 840

Beton 20 1900-2300 880

Page 18: Laporan Tugas Merancang

11 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Air 0-100 1000 4190

Caloriea HT43 Minyak 12-260 867 2200

Pelumas mesin Minyak Hingga 160 888 1880

Ethanol Cairan organik Hingga 78 790 2400

Proponal Cairan organik Hingga 97 800 2500

Butanol Cairan organik Hingga 118 809 2400

Isotunaol Cairan organik Hingga 100 808 3000

Isopentanol Cairan organik Hingga 148 831 2200

Octane Cairan organik Hingga 126 704 2400

PCM merupakan material penyimpanan kalor laten. Prinsip kerja dari PCM adalah men-

transfer energi panas pada saat material berubah fase. Diketahui bahwa sebagian besar material

PCM akan berubah fase dan bercampur dengan panas hampir pada semua renttang yang

diinginkan. PCM didesain untuk sistem penyimpanan panas dengan telah melewati beberapa aspek

baik termofisik, kinetik, maupun kimia. Salah satu penggunaan PCM adalah pemanfaatannya

sebagai sumber dan media penyimpanan panas untuk inkubator bayi prematur. Dengan

memanfaatkan prinsip dari sensible heat storage PCM, dilakukan percobaan untuk mengetahui

berapa banyak kalor yang dapat diterima di ruang inkubasi dengan sumber penyimpanan panas

berasal dari batu panas yang merupakan salah satu jenis dari PCM, serta berapa lama waktu yang

dapat dipertahankan untuk tetap berada pada suhu optimal yang diinginkan.

Page 19: Laporan Tugas Merancang

12 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Gbr.4. Perubahan fase PCM berbanding dengan temperatur

2.6. Rack And Pinion System

Rack and pinion merupakan jenis aktuator linear yang terdiri dari sepasang roda gigi yang

mengubah gerak rotasi menjadi gerak linear. Sebuah gigi melingkar disebut "pinion" terhubung

dengan gigi linear yang disebut "rack". Gerak rotasi pada pinion menyebabkan rack untuk

bergerak, sehingga mengubah gerak rotasi pada pinion menjadi gerak linear seperti pada rack.

Contoh penggunaan umum rack and pinion adalah pada rel kereta api. Rotasi pinion (roda) yang

dipasang pada lokomotif akan bersentuhan dengan rack (rel) dan menyebabkan kereta api berjalan

sepanjang lintasan. Gear yang terdapat pada pinion akan menyesuaikan dengan dimensi gear pada

rack dan disesuaikan dengan ukuran garis/panjang dari tiap celah rack.

Pada umumnya, rack and pinion digunakan sebagai bagian dari aktuator linear sederhana,

dimana rotasi diubah manual dengan menggunakan tangan maupun dengan motor untuk

menghasilkan gerak linear. Selain itu, sistem rack and pinion memungkinkan pengurangan

pemakaian gear sehingga beban torsi dan pemutaran berkurang.

Prinsip inilah yang digunakan untuk mengatur ketinggian/jarak PCM dengan ruang

inkubasi. Dengan menggunakan sistem rack and pinion beban pemutaran dengan tuas katrol yang

dilakukan tidak terlalu berat dan memungkinkan beban sumber panas bergerak linear ke arah vert

Page 20: Laporan Tugas Merancang

13 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

BAB III

PENGEMBANGAN DESAIN

3.1. Konsep Desain

Kegiatan perancangan dilakukan dengan beracuan pada konsep-konsep yang kami

inginkan dibawah ini, yaitu:

1. Memanfaatkan material alam sebagai media penyimpan panas.

2. Mengurangi biaya penggunaan listrik.

3. Mengoptimalkan kerja tuas sebagai pengatur jarak media penyimpan panas dengan

ruang inkubasi.

4. Mengoptimalkan penerimaan kalor pada ruang inkubasi.

3.2. Spesifikasi Desain

No. Part Gambar Material Detail

1. Penutup

ruang

inkubasi

Acrylic

(Medium-high

impact)

- Ukuran: 56 cm x

30 cm x 27 cm

- Terdapat 5 lubang

sirkulasi udara

pada bagian atas

dan 2 lubang pada

bagian samping,

masing-masing

diameter 2 cm.

- Model yang

digunakan adalah

buka-tutup.

Page 21: Laporan Tugas Merancang

14 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

2. Matras

Medical grade

PVC

- Ukuran: 52 cm x

29 cm x 7 cm

- Matras vinyl tidak

menyatu dengan

ranjang

(penyangga ruang

inkubasi).

3. Ranjang /

penyangga

matras

Balsa wood Pada ranjang

penempatan matras

terdapat dua lubang

sebesar 20 mm

untuk lalu lintas

persebaran panas.

4. Lemari

penyangga

Wash Oak wood Kayu oak dipilih

karena tingkat

kekuatannya yang

cukup besar.

Ukuran yang

digunakan dalam

perancangan

adalah 560 mm x

300 mm x 1200

mm.

5. Tuas

engkol

ASTM A36 Steel Tuas digunakan

untuk memutar

pinion.

Page 22: Laporan Tugas Merancang

15 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

6. Rack

ASTM A36 Steel Panjang rack yang

digunakan 600 mm

x 50 mm

7. Pinion

ASTM A36 Steel Pinion digunakan

untuk

menggerakkan

rack. Ukuran

masing-masing

gigi sebesar 2,5

mm.

8. Roda

Nylon 6/10

Plastics

- Ukuran roda

diameter 5 cm.

- 4 roda digunakan

dalam rancangan

inkubator dengan

sistem 2 roda gerak

dan roda mati.

9. Penjepit

roda

Aluminium

Alloys

- Ukuran

penyangga roda 29

mm x 50 mm.

- Pemilihan

material

disesuaikan dengan

penyangga roda

yang dijual di

pasaran, umumnya

telah menyatu

dengan roda.

Page 23: Laporan Tugas Merancang

16 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

10. Mur M6

AISI 1035 Steel Disesuaikan

dengan mur yang

dijual dipasaran.

11. Baut M6

AISI 1035 Steel Disesuaikan

dengan baut yang

dijual dipasaran.

12. Roller

Bearing

ASTM A756–09

Steel

- Ukuran bearing

disesuasikan

dengan ukuran

pinion dengan

diameter 5 cm.

- Pemilihan

material ASTM

merupakan standar

anti-friction steel.

13. Handle

lemari

Brass Alloys Disesuaikan

dengan handle

lemari bahan

kuningan yang

dijual dipasaran.

14. Pengunci

tuas

AISI 1035 Steel Digunakan untuk

menjaga dan

menahan agar tuas

dan rack pinion

tidak bergerak pada

saat mencapai jarak

yang diinginkan.

Page 24: Laporan Tugas Merancang

17 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

15. Penyimpan

PCM

Stainless steel - Pemilihan

material

disesuaikan dengan

yang beredar di

pasaran.

3.3. Mekanisme Kerja Alat

Perancangan yang dilakukan oleh mahasiswa didahulukan dengan melakukan percobaan

menggunakan maket inkubator hingga diperoleh data karakteristik phase change material berupa

data perubahan temperatur terhadap waktu. Dalam hal ini, PCM yang digunakan adalah jenis batu,

yakni batu granit. Rancangan inkubator yang kami buat disesuaikan dengan ukuran inkubator pada

umumnya. Namun, terdapat beberapa perubahan ukuran berkaitan dengan sumber/media

penyimpan panas yang memberikan kalor tidak terlalu besar, dirancanglah ruang inkubasi yang

lebih kecil dengan pertimbangan besar bayi prematur tidak lebih dari 50 cm.

Temperatur optimal yang diharapkan pada ruang inkubasi berkisar antara 36oC – 32oC.

Atas dasar itu, dirancang sebuah ruang penyimpanan material PCM dibawah ruang inkubasi yang

ketinggian atau jaraknya dapat diatur untuk menyesuaikan dengan penurunan temperatur terhadap

waktu.

Di antara ruang inkubasi dan ruang penyimpan panas diberi lubang sebagai tempat

mengalirnya panas dari ruang penyimpan panas ke ruang inkubasi. Temperatur yang berasal dari

PCM berangsur-angsur mengalami penurunan terhadap waktu. Pada saat temperatur di ruang

inkubasi sudah mencapai kurang dari suhu optimal yang diinginkan, media penyimpan panas PCM

dinaikkan menggunakan tuas/katrol dengan sistem rack and pinion yang dipasang secara vertikal

pada sisi lemari ruang penyimpan media panas. Pada ruang inkubasi diberi 5 lubang bagian atas

dan 2 lubang pada bagian samping sebagai tempat sirkulasi udara.

Page 25: Laporan Tugas Merancang

18 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Gbr.3.1. Inkubator final dengan software inventor

Gbr.3.2. Penampakan inkubator menggunakan software solidworks

Page 26: Laporan Tugas Merancang

19 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Gbr.3.3. Penampakan tampak atas inkubator

Gbr.3.4. Gambar 3D inkubator dengan dimensi

Page 27: Laporan Tugas Merancang

20 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Tuas pada bagian kanan rak inkubator dapat diputar untuk mengatur ketinggian

penampanhh PCM. Ketinggian dapat diatur sesuai jarak yang diinginkan sesuai dengan tinggi

lemari penyangga, yaitu 1200 mm dan panjang rack 600 mm. Sebagai pengaman untuk menjaga

agar tuas tidak bergerak sendiri, maka diberi slot kunci.

Page 28: Laporan Tugas Merancang

21 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

BAB IV

PERHITUNGAN DAN HASIL RANCANGAN

4.1. Perhitungan Waktu

Perhitungan waktu yang dilakukan berfokus pada lamanya PCM yang digunakan dapat

mempertahankan kondisi steady. Kondisi ini akan mempengaruhi nilai dari temperatur pada ruang

inkubasi agar tetap steady. Kondisi ini sangat penting untuk memastikan kondisi pada ruang

inkubasi tetap aman untuk digunakan.

Dalam melakukan perhitungan terhadap waktu, kami menggunakan rumus konveksi

alamiah yang terjadi secara vertikal. Hal pertama yang dilakukan adalah menghitung Rayleigh

number untuk mendapatkan Nusselt number yang akan digunakan untuk menghitung kalor.

𝑅𝑎 =𝑔 𝛽 (𝑇𝑆−𝑇∞)𝐿3

𝑣𝛼 (4.1)

Keterangan : 𝑔 = percepatan gravitasi = 9,81 (m/s2)

β = koefisien ekspansi volume = 1

𝑇𝑃𝐶𝑀−𝑇𝐼𝑛𝑐𝑢𝑏𝑎𝑡𝑜𝑟 = 0.020003435

Ts = temperatur PCM = 353,15 K

T∞ = temperatur ruang inkubasi = 303,16 K

𝑣 = viskositas kinematik udara = 1,62 x 107 (m2/s)

α = difusivitas termal udara = 2,30 x 107 (m2/s)

L = jarak sumber panas dengan ruang inkubasi (m)

𝑅𝑎 =(9,81

𝑚2

𝑠 ) . (0,020003435) . (353,15 𝐾 − 303,16 𝐾). (0,5 𝑚)3

(1,62 x 107 m2

s ) . (2,30 x 107 m2

s )= 0,865

Page 29: Laporan Tugas Merancang

22 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Berdasarkan Rayleigh number yang diperoleh, didapatkan suatu rumusan untuk menentukan

Nusselt number pada aliran laminar (C = 0.59 dan n = ¼), yakni:

Nu = 0,59 (Ra)1/4 Nu = 0,59 (0,865)1/4 = 0,569

Dengan melakukan substitusi rumus Nu, dapat diperoleh koefisien konveksi sebagai berikut:

𝑁𝑢 =ℎ .𝑙

𝑘 (4.2)

ℎ =𝑁𝑢 . 𝑘

𝑙=

0,569 . (2,59 𝑥 104 𝑊𝑚 . 𝐾)

0,5 𝑚= 2,95 𝑥 104

𝑊

𝑚2. 𝐾

Keterangan: h = Koefisien konveksi udara (W/m2.K)

Nu = Nusselt number

k = Koefisien konduksi udara (W/m.K)

l = Jarak ruang dengan sumber panas (m)

Kemudian, setelah mendapatkan nilai dari koefisien konveksi dilanjutkan perhitungan terhadap

nilai kalor yang dihasilkan (Q).

Q = h . A . (Ts - T∞) (4.3)

Q = (2,95 x 104 W/m2.K) . (0,168 m2) . (353,15 K – 303,16 K)

Q = 247581,1033 W

Prinsip yang digunakan selanjutnya adalah hukum kekekalan energi dimana energi dalam harus

sama dengan kalor yang dihasilkan. Pada subbab ini, perhitungan yang dilakukan adalah untuk

mengetahui lamanya waktu yang dapat dipertahankan agar temperatur ruangan tetap dalam kondisi

steady. Dengan menggunakan sumber panas PCM jenis batu granit dengan Cp granit = 783,16

J/kg.K pada temperatur 80 oC, diperoleh waktu untuk mempertahankan temperatur dengan kondisi

steady sebagai berikut:

Q = ΔU (4.4)

ΔU = m . Cp granit . 𝑑𝑇

𝑑𝑡

dt = 1,12443 sekon

Page 30: Laporan Tugas Merancang

23 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Keterangan: ΔU = Energi dalam (W)

m = Banyaknya PCM (batu granit) yang digunakan (kg).

Pada percobaan dan perhitungan yang dilakukan, batu yang digunakan

sebanyak 1 kg.

𝑑𝑇

𝑑𝑡 = Perubahan suhu terhadap waktu (K/s)

Gbr. . Grafik hubungan jarak (L) dengan waktu (t)

Dari grafik antara jarak sumber panas dengan waktu diperoleh kesimpulan bahwa semakin

dekat jarak antara ruang inkubasi, maka akan meningkatkan waktu yang didapatkan untuk

mempertahankan kondisi steady. Jarak yang digunakan merupakan jarak dari permukaan dasar

ruang sumber panas dengan ruang inkubasi. Namun, dalam penggunaan batu granit sebagai PCM

masih sangat jauh dari waktu yang diinginkan, karena waktu yang didapat untuk mempertahankan

temperatur sebelumnya tidak lebih dari 2 detik. Waktu yang cukup singkat tersebut, dapat

disebabkan oleh beberapa faktor, yakni kondisi lingkungan, jumlah batu sebagai PCM yang kurang

banyak, temperatur pemanasan PCM yang terlalu rendah, maupun pemilihan jenis PCM yang tidak

sesuai dengan kapasitas inkubator.

4.2. Perhitungan Kekuatan

Perhitungan kekuatan yang kami lakukan adalah untuk mendapatkan nilai dari beban

maksimum yang dapat diterima oleh sistem. Beban pada inkubator terpusat pada bagian bawah

lemari dimana terdapat 4 buah roda yang berfungsi sebagai roller. Perhitungan yang dilakukan

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.12 1.26 1.39 1.53 1.66 1.80 1.93 2.07

Jara

k (L

)

Waktu (s)

Grafik Hubungan Jarak (L) dan Waktu (t)

Page 31: Laporan Tugas Merancang

24 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

dimulai dengan menghitung stress dan safety factor yang selanjutnya akan digunakan untuk

menghitung beban maksimum (kg).

Kami menggunakan FEM (Finite Element and Multiphysics) Analysis pada Autodesk

Inventor untuk mengetahui stress dan safety factor pada kayu oak dengan dimensi yang telah

disesuaikan dengan rancangan inkubator kami.

Tabel spesifikasi kayu oak

Name Wood (Oak)

General

Mass Density 0.56 g/cm^3

Yield Strength 46.6 MPa

Ultimate Tensile Strength 5.5 MPa

Stress

Young's Modulus 9.3 GPa

Poisson's Ratio 0.35 ul

Shear Modulus 3.44444 GPa

Stress Thermal

Expansion Coefficient 0.0000049 ul/c

Thermal Conductivity 0.14 W/( m K )

Specific Heat 1200 J/( kg c )

Page 32: Laporan Tugas Merancang

25 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Von misses stress analysis Safety factor analysis

Displacement yang terjadi pada saat bending Strain analysis

Pengukuran tekanan pada bagian bawah inkubator dengan material kayu oak.

Page 33: Laporan Tugas Merancang

26 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

Tabel hasil analisis pada tekanan 10000 Mpa

Name Minimum Maximum

Volume 0,2016 m^3

Mass 112.896 kg

Von Mises Stress 2484.28 MPa 113620 MPa

1st Principal Stress -37171.1 MPa 21615.6 MPa

3rd Principal Stress -163417 MPa 2154.44 MPa

Displacement 0 mm 2307.83 mm

Safety Factor 0.00041014 ul 0.0187579 ul

Stress XX -66390.8 MPa 13270 MPa

Stress XY -53019.7 MPa 44110.8 MPa

Stress XZ -5298.67 MPa 4597.93 MPa

Stress YY -133583 MPa 14958.1 MPa

Stress YZ -11204.3 MPa 11679.2 MPa

Stress ZZ -69990.8 MPa 11360.7 MPa

X Displacement -145.31 mm 200.304 mm

Y Displacement -2275.33 mm 0 mm

Z Displacement -177.867 mm 331.553 mm

Equivalent Strain 0.247235 ul 11.7368 ul

1st Principal Strain 0.126291 ul 4.76415 ul

Page 34: Laporan Tugas Merancang

27 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

3rd Principal Strain -13.5619 ul -0.102439 ul

Strain XX -1.04846 ul 4.2061 ul

Strain XY -7.6964 ul 6.40318 ul

Strain XZ -0.769161 ul 0.667441 ul

Strain YY -9.23109 ul 1.29549 ul

Strain YZ -1.62642 ul 1.69536 ul

Strain ZZ -0.290536 ul 2.30703 ul

Tabel hasil analisis gaya dan momen pada tekanan distribusi 10000 MPa

Constraint Name

Reaction Force Reaction Moment

Magnitude Component (X,Y,Z) Magnitude Component (X,Y,Z)

Fixed Constraint:1 957720000 N

459928000 N

2780360 N m

1596270 N m

840043000 N -2276460 N m

4596260 N 0 N m

Fixed Constraint:2 957672000 N

-459998000 N

1628740 N m

-1600790 N m

839951000 N -300453 N m

-4573270 N 0 N m

Page 35: Laporan Tugas Merancang

28 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

4.3. Bill of Materials

Dalam perancangan yang telah dibuat, kami menyertakan perkiraan biaya yang diperlukan

untuk merealisasikan rancangan Non-Elektrik Inkubator kami. Detail biaya sebagai berikut:

Tabel rincian biaya material

No. Material Dimensi/berat Harga/dimensi Harga beli

1. Akrilik Medium – High

Impact

1830 mm x 1380 mm x

5 mm / lembar

Rp 800.000,- /

lembar

Rp 800.000,-

2. Akrilik Medium – High

Impact

1220 mm x 830 mm x 5

mm /lembar

Rp 700.000,- /

lembar

Rp 700.000,-

3. Kayu balsa lembaran 1000 mm x 1000 mm x

10 mm

Rp 25.000,- / m2 Rp 50.000,-

4. Wash oak wood

lembaran

1000 mm x 1000 mm x

10 mm

Rp 175.000,- / m2 Rp 700.000,-

5. Matras Vinyl 550 mm x 300 mm x 70

mm

Rp 100.000,-

6. Roda nylon Diameter 50 mm Rp 7.500,- / roda Rp 30.000,-

7. Handle pintu kuningan Rp 25.000,-

8. Mur M6 Diameter 6 mm Rp 200,- / mur Rp 4.000,-

9. Baut M6 Diameter 6 mm,

panjang thread 30 mm

Rp 300,- / mur Rp 6.000,-

10. Pembuatan pinion spur

gear dan rack spur plus

tuas

Diameter pinion 50

mm, panjang rack 600

mm

Rp 350.000,-

11. Nampan stainless untuk

PCM

500 mm x 200 mm Rp 50.000,-

Total = Rp 2.815.000,-

Page 36: Laporan Tugas Merancang

29 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan dan analisis perancangan, diperoleh kesimpulan:

Inkubator dengan menggunakan PCM memiliki ukuran lebih kecil dibandingkan dengan

inkubator elektrik pada umumnya, dikarenakan kalor yang dapat dihasilkan dari PCM jenis

batu granit lebih kecil, yaitu 247,6 kW pada pemanasan 80 oC.

Penurunan temperatur terlalu cepat dengan menggunakan PCM jenis batu granit, hal

tersebut dikarenakan faktor lingkungan, kalor spesifik pada saat tekanan tetap (Cp),

temperatur awal, dan lain-lain.

Safety factor yang dihasilkan dari pembebanan sebesar 6589 MPa pada rangka bawah

inkubator adalah sebesar 5. Pembebanan yang digunakan adalah pembenanan distribusi

pada rangka bawah inkubator dengan material kayu oak. Untuk meningkatkan nilai safety

factor, pembebanan dapat dikurangi hingga mencapai nilai safety factor maksimum.

Waktu yang dihasilkan untuk mempertahankan temperatur tetap pada kondisi steady

adalah 2 detik, hal ini masih sangat jauh dari target yang diharapkan.

Kuantitas dari PCM jenis batu granit sangat mempengaruhi jumlah kalor.

5.2. Saran

Berdasarkan pembahasan dan analisis perancangan, penulis memberikan beberapa

masukan dan saran untuk perbaikan, sebagai berikut:

Perlu dilakukan modifikasi ulang terhadap rancangan inkubator non-elektrik agar dapar

disesuaikan dengan penggunaan PCM.

Jenis PCM perlu diganti dengan jenis PCM yang memiliki nilai Cp lebih besar atau yang

mengalami perubahan fase dari solid-liquid atau sebaliknya.

Memperbanyak jumlah PCM yang digunakan untuk meningkatkan lamanya waktu untuk

mempertahankan pada kondisi steady.

Page 37: Laporan Tugas Merancang

30 | Tugas Merancang “Inkubator Non-Elektrik Dengan Memanfaatkan Perpindahan Panas PCM”

REFERENSI

[1] R.S Khurmi & J.K Gupta. A Text Book of Machine Element. Eurasia Publishing House.

1987.

[2] Fundamental of Heat and Mass Transfer, 6th Edition. Incropera, De Witt, Bergman,

Lavine.

[3] http://www.sfu.ca/~mbahrami/ENSC%20388/Notes/Natural%20Convection.pdf

[4] Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Atul

Sharma, V.V. Tyagi, C.R. Chen, D. Buddhi.

[5] Non-Electric, Standalone Heating Element for an Infant Incubator. Stephanie A. Whalen.

Massachusetts Institute of Technology.