Page 1
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.