Jurnal Teknik Mesin

A method developed to predict the failure that occurs at gas transmission pipe caused by loading with peak angle crack opening is described in this paper. There are two aspects become the main consideration; the maximum crack peak angle opening for the given load and space, and the determination of the critical stress intensity factor to search at what degree of loading the crack on the gas transmission pipe experiencing creep or failure. This research uses arc-shaped tension specimen and the analysis is carried out by finite element method using ansys  rel 5.4. In order to get the stress intensity factor, the loading is varied from 1 KN to 160 KN. Based on finite element method, the maximum stress intensity factor occurs at the range of loading of 16-160 KN, which is 5.67 x 1016 MPa.m1/2, and the minimum factor occurs at the range of loading of 0.5-1 KN, which is 3.76 MPa.m1/2. The stress intensity factor result is also validated with the analytical result. The maximum crack peak angle opening occurs at the range of loading of 16-160 KN which is 250, the stage that is able to cause pipe failure

R, Asbar

Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 7 
Analisis Penjalaran Retakan pada Pipa Transmisi Gas Jenis SUS 304 
Menggunakan Metode Elemen Hingga 
 
 
Asbar R 
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala 
Jl. Tgk. Syech Abdurrauf, No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111 
Email : asbar.razali@yahoo.co.id 
 
Abstract 
 A method developed to predict the failure that occurs at gas transmission pipe caused by loading with peak 
angle crack opening is described in this paper. There are two aspects become the main consideration; the 
maximum crack peak angle opening for the given load and space, and the determination of the critical stress 
intensity factor to search at what degree of loading the crack on the gas transmission pipe experiencing creep or 
failure. This research uses arc-shaped tension specimen and the analysis is carried out by finite element method 
using ansys ™ rel 5.4. In order to get the stress intensity factor, the loading is varied from 1 KN to 160 KN. 
Based on finite element method, the maximum stress intensity factor occurs at the range of loading of 16-160 
KN, which is 5.67 x 1016 MPa.m1/2, and the minimum factor occurs at the range of loading of 0.5-1 KN, which 
is 3.76 MPa.m1/2. The stress intensity factor result is also validated with the analytical result. The maximum 
crack peak angle opening occurs at the range of loading of 16-160 KN which is 250, the stage that is able to 
cause pipe failure. 
 
Keywords: stress intensity factor, Maximum crack peak angle opening, finite element method, arc-shaped tension  
     
1. Pendahuluan 
Masalah retak pada suatu rancangan kontruksi, 
baik itu kontruksi mesin ataupun pipa transmisi gas 
merupakan suatu hal yang seharusnya tidak boleh 
terjadi namun dalam kenyataannya dilapangan 
keretakan seringkali terjadi pada kedua kontruksi 
tersebut. Kerusakan pada mesin atau pipa transmisi 
gas dapat disebabkan oleh pemberian beban yang 
terus menerus sehingga menyebabkan terputusnya 
ikatan antar atom suatu material pemberian beban ini 
atau kombinasi pembebanan menyebabkan retak 
tumbuh terhadap waktu, adapun beban yang diterima 
oleh suatu kontruksi bias berupa beban dinamik, 
static, thermal atau kombinasi semua 
pembebanan.retak yang terjadi pada dinding pipa 
menyebabkan keluarnya gas, banyak kasus retak 
yang terjadi dengan modus dan waktu yang hampir 
bersamaan dapat dilihat pada tabel 1. 
Tabel 1. Data Kerusakan 
Data Kerusakan Kondisi  Retak Jarak 
Retak 
dari Pusat 
Gas 
19 Agustus 1996 Panjang retak 
20cm,dengan 
kedalaman 0,3cm 
11,4 Km 
9 November 1997 Panjang retak 
66cm,dengan 
kedalaman 0,3cm 
19,8 Km 
12 November 1997 Panjang retak 
14cm,dengan 
kedalaman 0,5 cm 
20,1 cm 
Usaha untuk mencegah terjadinya kegagalan 
awal pada pipa transmisi gas telah banyak dilakukan 
diberbagai belahan dunia dengan metode metode 
yang berbeda-beda, antara lain metode energi Charpy 
merupakan pengujian yang sering digunakan pada 
industri-industri gas, namun metode ini tidak 
selamanya dapat digunakan terutama apabila terdapat 
data-data diluar variable yang telah ditentukan maka 
metode energi charpy tidak bisa digunakan, begitu 
juga dengan metode prediksi kegagalan berdasarkan 
nilai faktor intensitas tegangan atas pertimbangan 
diatas, maka analisa pencegahan retak dewasa ini 
banyak diarahkan menggunakan analisa metode 
elemen hingga, pada tahun 1994. P.E. Donoghue, 
M.F. kanninen,C.P.leung ,G.O. demofenti dan s 
.venzi[2],mengembangkan metode pencegahan retak 
dengan analisa pembukaan sudut puncak retak yang 
didasarkan pada analisa metode elemen hingga, 
tulisan ini merupakan pengembangan dari analisa 
diatas dengan metode dan analisa yang berbeda. 
 
2.  Metode Penelitian 
2.1 Material 
Material yang digunakan pada analisa retakan 
bertekanan tinggi adalah stainless stell ( SUS 304 
)yang mengandung kurang lebih 10,5 % Cr 
(Chromium), 30-50% Fe(besi) , penguatan pada baja 
ini dilakukan dengan pemanasan material pada 
temperatur  19000F(10380C)minimum pada saat 
yang tepat, dengan proses pendinginan yang cepat 
dalam mendapatkan sifat mekanik yang dibutuhkan 
[3] sifat sifat mekanik dan komposisi kimia dari 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 8 
material stainless stell SUS 304 dapat dilihat pda 
tabel 2 dan 3 sebagai berikut : 
 
Tabel.2. sifat sifat mekanik dari stainless stell SUS 
304  
Sifat Mekanik 
Kekuatan tarik (MPa) 
Kekuatan luluh (MPa) 
Modulus elastisitas (Gpa) 
Poisson ratio 
Densitas    (kg/m) 
Elongasi    (mm) 
515 
205 
193 
0,27 
8000 
40,0% 
 
Tabel.3.komposisi kimia baja SUS 304(%) 
Car 
bon 
(C) 
Mag 
ne 
sium 
(Mn) 
Si 
li 
con 
(Si) 
Chro 
mium 
(CR) 
Ni 
kel 
(Ni) 
Pos 
For 
(P) 
Sul 
Fur 
((s) 
Ele 
Men 
lain 
0,08 2,00 1,0 18,00 - 
20,00 
8,0 – 
10,0 
0,045 0,030 0,10 
 
2.2 Dimensi Spesimen  
Model elemen hingga yang dibuat dalam analisa 
ini merupakan model shaped tension specimen, dua 
dimensi.permodelan penuh dan simetri mengacu pada 
standart ASTM E 309-A5 1994,maka bentuk dan 
dimensi serta model adalah sebagai berikut : 
 
 
Gambar 1. Bentuk dan dimensi specimen (mm) 
 
2.3. Permodelan pipa dengan elemen hingga 
Model elemen hingga dibuat (gambar 2) 
menggunakan elemen segitiga (plant 2, the six- node 
triangular solid), ujung retak diberikan konsentrasi 
mesh dengan ukuran elemen a/80 yang terdiri dari 
15180 elemen dan 21970 nodal, bagian-bagian yang 
menyebabkan terjadinya pergeseran dikonstrain 
sehingga pada saat pemberian beban bentuk dan 
besarnya penjalaran dapat dianalisa. 
 
(a) 
  
(b) 
 
(c) 
Gambar 2. Model elemen hingga ANSYSTM,          
(a). model bentuk retak pada pipa, (b). bentuk mesh 
pada ujung retak, (c). bentuk bukaan ujung retak pipa 
transmisi gas 
 
3. Hasil Analisa 
Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan nilai 
faktor intensitas tegangan diperoleh dengan dua 
motede, Kedua metode ini digunakan untuk menguji 
tingkat kevaliditasannya, nilai faktor intensitas 
tegangan  terhadap beban, faktor intensitas tegangan 
terhadap waktu pengaruh pembebanan terhadap 
pembukaan sudut puncak retak (CTOA) dapat dilihat 
pada grafik sebagai berikut; 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 9 
a. Faktor intensitas tegangan terhadap pembebanan. 
 
Gambar 3. Grafik hubungan KI (MPa m) terhadap 
pembebanan (KN) dengan analisa teoritis 
  
Gambar 4. Grafik hubungan KI (MPa m) terhadap 
pembebanan (KN) dengan analisa numerik 
 
Gambar 5. perbandingan KI (MPa m) terhadap 
pembebanan (KN) antara teoritis dengan 
numeric 
 
(b) Faktor Intensitas Terhadap Waktu 
 
Gambar 6. Grafik hubungan KI (MPa m) terhadap 
waktu (detik) 
 
Gambar 7. Grafik Pembukaan sudut puncak retak 
(CTOA), terhadap pembebanan untuk beban 1 – 
15 KN 
 
Gambar 8. Grafik pembukaan sudut puncak retak 
(CTOA) maksimum terhadap beban 1–100 KN 
 
(d) Bentuk CTOA sebelum dan sesudah diberikan 
pembebanan 
 
(a)                           (b) 
Gambar 9. Bentuk bukaan sudut puncak retak pada 
pembebanan 1 KN, 
a. Sebelum diberikan beban  
b. Sesudah diberikan beban. 
 
(a)                        (b) 
Gambar 10. Bentuk Bukaan sudut Puncak retak Pada 
beban 10 KN  
a. Sebelum dikenakan beban 
b. Sesudah dikenakan beban 
 
 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 10 
Tabel.4. Nilai CTOA (derajat), nilai KI (MPa m) 
arah pergeseran nodal pada setiap pembebanan 
No Beban (KN) 
Waktu 
(Detik) 
KI numeric 
(MPa.m1/2) 
PSPR 
(Derajat) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
23 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
23 
1E-05 
0.5      
1         
1.5      
2         
2.5 
3 
3.5 
4 
4.5 
5 
5.5 
6 
6.5 
7 
7.5 
8 
8.5 
9 
9.5 
10 
10.5 
11 
3.7697 
5.56E+05 
9.42E+05 
1.32E+06 
1.70E+06 
2.07E+06 
2.45E+06 
2.83E+06 
3.28E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.42E+06 
3.42E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
3.39E+06 
0.027 
1.3 
1.78 
4.16 
5.67 
6.94 
8.3 
9.7 
11.1 
12.5 
13.894722 
15.285889 
16.677056 
18.068222 
19.459389 
20.850556 
22.241722 
23.632889 
25.2 
25.2 
25.2 
25.2 
25.8 
 
4. Diskusi 
Hasil simulasi dengan MEH ANSYS ™ Rel 5.4 
untuk model spesimen arc-Shaped Tension akibat 
dari pembebanan kuasi static, menunjukkan nilai 
faktor intensitas tegangan terbesar pada pembebanan 
22 KN – 100 KN yaitu sebesar 7,47 E06 MPa. m, 
nilai faktor intensitas tegangan kritis KIc diperoleh 
pada pembebanan 22 KN, nilai tersebut menjadi 
acuan tingkat ketangguhan retak pada suatu material. 
Pada keadaan tersebut retakan pada pipa transmisi 
gas akan mulai mengalami penjalaran  dan bila 
pembebanan terus ditingkatkan maka pipa akan 
mengalami kegagalan. Sedangkan nilai faktor 
intensitas tegangan terkecil terdapat pada 
pembebanan antara 0,5KN-1KN seperti diperlihatkan 
pada gambar 7.  
Pada gambar 9 dan 10 grafik pembebanan 
terhadap pembukaan sudut puncak retak (CTOA) 
mencapai maksimum pada saat beban 22 KN keatas 
yang di dapat melalui pergeseran nodal pada masing-
masing ujung retak, dengan menghitung pergeseran 
nodal dan sumbu x dan y maka didapat nilai 
pembukaan sudut puncak retak kritis yaitu sebesar 
27,33o, nilai ini sesuai dengan yang didapatkan oleh 
P.E. Donoghue dan kawan-kawan yaitu sebesar 
27,4o, sedangkan pada gambar 6 dan 8 grafik faktor 
intensitas tegangan dengan beban dapat dikatakan 
bahwa ketika nilai faktor intensitas tegangan telah 
maksimum, maka berapapun beban yang diberikan 
maka tidak akan berpengaruh lagi terhadap 
peningkatan nilai faktor intensitas tegangan, hal ini 
berarti bahwa spesimen tidak sanggup lagi menerima 
beban sehingga retak pada pipa akan mengalami 
penjalaran. 
Gambar (11 s/d 29) dibawah ini menunjukan 
konsentrasi tegangan pada ujung retak dan tegangan 
geser yang terjadi pada setiap pembebanan yang 
diberikan.    
 
Konsentrasi tegangan pada ujung retak 
 
Gambar 11. Konsentrasi tegangan pada ujung retak 
pada beban 0,5 KN 
 
Gambar 12. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 2 KN 
 
Gambar 13. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 2,5 KN 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 11 
 
Gambar 14. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 3,5 KN 
 
Gambar 15. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 4 KN 
 
Gambar 16. Konsentrasi tegangan pada ujung retak 
pada saat beban 6 KN 
 
Gambar 17. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 7,5 KN 
 
Gambar 18. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 10 KN 
 
Gambar 19. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 20 KN 
 
Gambar 20. Tegangan pada ujung retak pada saat 
beban 50 KN 
 
Tegangan Geser disekitar ujung retak akibat 
pembebanan  
 
Gambar 21. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada saat beban 1 KN 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 12 
 
Gambar 22. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada saat beban 4 KN 
 
Gambar 23. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 5 KN 
 
Gambar 24. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 8 KN 
 
Gambar 25. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 10 KN 
 
Gambar 26. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 20 KN 
 
Gambar 27. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 50 KN 
 
Gambar 28. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 75 KN 
 
Gambar 29. Tegangan geser disekitar ujung retak 
pada beban 100 KN 
Asbar R, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 1 (Juni 2012) ISSN 2301-8224 
 13 
5. Kesimpulan 
Dari hasil analisa dan perhitungan maka diambil 
kesimpulan sebagai berikut : 
1. Proses kegagalan pada pipa transmisi gas terjadi 
pada saat pembukaan sudut puncak retak 
(CTOA) maksimum yaitu sebesar 27,33o pada 
pembebanan 22 KN keatas, referensi ini berguna 
untuk memprediksikan kegagalan pada pipa 
transmisi gas jenis SUS 304. 
2. Faktor intensitas tegangan akan naik seiring 
meningkatnya beban yang diberikan dan pada 
saat mencapai nilai kritis maka retak akan 
menjalar. 
3. Agar instalasi pipa gas tidak cepat mengalami 
kegagalan sebelum masanya pemilihan material 
yang sesuai dengan kondisi lingkungan 
sekitarnya perlu sangat diperhatikan. 
 
Daftar Pustaka 
[1] D.K. Pratiwi dan H. Chandra, 2002, Failure 
Analysis on High pressure Pipe line, Procedings 
ETM, hal 90-93. 
[2]  P.E. Donoghue, M.F. kanninen, C.P. Leung, G. 
demofenti, S. Venzi, The development and 
validation of Dynamic Fracture Propagation 
model for gas Transmission Pipe Lines, 
International Journal of pressure Vessel and 
Piping, vol 70, hal 11-23. 
[3] Anderson, T.L, 1991, Fracture Mechanics 
Fundamental and Aplication, CRC Press, Boca 
Rotan Ann harbor, Boston,. 
[4] T.Y. yang, 1986, Finite element Structural 
Analysis, Plane Strain Finite Element. 9, hal 
255-312,. 
[5] S. Rahman, N. Ghadiali, G. Wilkoski and N. 
Bonora, 1995, efes of Centered Crack and 
Restraint of Induced Bending Due to Pressure on 
the Crack Opening Area analysis of pipe, , 
Fatique and Fracture Mechanic in Pressure 
Vessel and Piping ASME, PVP- Vol 304. 
[6] Peter H. O. Fischer, German R. Mayer, P.E, 
1987, Gas System Piping, Bechtel Coorparation, 
San Francisco, California, hal 229-273,. 
[7] Saeed Moavani, Finite element Analysis Theory 
and application with ANSYS, New jesey, 1999. 
[8] ASTM Standart, 1996, Metals Test Methods and 
Analytic Prosedures, Vol. 3, hal 641-647.  
 
 
 


English

Analisis Penjalaran Retakan pada Pipa Transmisi Gas Jenis SUS 304 Menggunakan Metode Elemen Hingga

The process of blood storage is the important part in maintaining the blood quality. After it is donated by the donor, the blood will be stored in a storage cabinet until it is needed by the patient. One of the common ways to preserve and maintain the chemical and structural changes of the blood is to store it in a storage area that has a temperature of between 1-6 C. Blood storage cabinets that already exist this days, use the vapour compression cycle which is only suitable for the storage of large capacity and is not portable if there is blood demand in remote areas. To answer these problems, in this research will be designed and manufactured portable blood storage cabinet by the size of 30 cm x 30 cm x 30 cm. The heat in the storage is discharged to the air by using a heat pump which works using thermoelectric cooler (Peltier effect). The Peltier effect occurs when two metals or semi-conductors of different materials are connected and energized that there will be a difference in temperature. In order to test the feasibility of the blood storage cabinets technically, the heat transfer study is conducted. The experimental result shows that the expected temperature is achieved

Sary, Ratna

Mubarak, Amir Zaki

Ratna Sary, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 2 (Desember 2012) ISSN 2301-8224 
 
 
Kaji Eksperimental Perpindahan Panas Pada Lemari Penyimpan Darah 
Portable Dengan Memanfaatkan Efek Peltier  
 
 
Ratna Sary dan Amir Zaki Mubarak 
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala 
Jl. Tgk. Syech Abdurrauf, No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111 
E-mail: amir_zaki_mubarak@yahoo.com 
 
Abstract 
The process of blood storage is the important part in maintaining the blood quality. After it is donated by 
the donor, the blood will be stored in a storage cabinet until it is needed by the patient. One of the common ways 
to preserve and maintain the chemical and structural changes of the blood is to store it in a storage area that has 
a temperature of between 1-6 °C. Blood storage cabinets that already exist this days, use the vapour 
compression cycle which is only suitable for the storage of large capacity and is not portable if there is blood 
demand in remote areas. To answer these problems, in this research will be designed and manufactured portable 
blood storage cabinet by the size of 30 cm x 30 cm x 30 cm. The heat in the storage is discharged to the air by 
using a heat pump which works using thermoelectric cooler (Peltier effect). The Peltier effect occurs when two 
metals or semi-conductors of different materials are connected and energized that there will be a difference in 
temperature. In order to test the feasibility of the blood storage cabinets technically, the heat transfer study is 
conducted. The experimental result shows that the expected temperature is achieved. 
 
Keywords: Blood storage cabinet, thermoelectric, heat transfer, peltier effect.     
1. Pendahuluan 
Proses pendinginan merupakan suatu kebutuhan 
yang vital dalam kehidupan modern dewasa ini. 
Pendinginan adalah perpindahan energi termal secara 
radiasi, konduksi dan konveksi [1]. Pendinginan telah 
banyak di lakukan untuk berbagai keperluan baik 
pada industri dan rumah tangga hingga untuk 
keperluan medis yang bertujuan untuk mencegah 
perubahan struktural dan biokimiawi yang dapat 
mempengaruhi fungsi dan viabilitasnya dari bahan 
yang didinginkan seperti darah dan vaksin. Darah 
harus di simpan pada suatu tempat dengan suhu 
berkisar antara 1-6 oC [2] 
Mesin pendingin adalah suatu alat yang 
digunakan supaya terjadinya proses pendinginan. 
Panas yang ada pada ruang pendingin di serap oleh 
mesin pendingin dan di buang ke atmospir pada suhu 
yang lebih tinggi. Mesin pendingin yang banyak 
dipakai dewasa ini umumnya menggunakan sistem 
kompresi uap dengan daya cukup besar serta 
menggunakan zat kimia yang tidak ramah lingkungan 
serta hanya sesuai untuk pendinginan yang relatif 
besar dan tidak mudah untuk dipindah-pindahkan.  
Untuk menjawab permasalahan tersebut maka 
akan didesain dan dibuat sebuah lemari penyimpan 
darah portabel dengan menggunakan modul peltier 
sebagai pompa kalornya. Selain ukuran yang relatif 
kecil, modul termoelektrik memiliki keunggulan lain, 
diantaranya mudah perawatannya, usia pakai yang 
bisa mencapai 100.000 jam dan tidak memiliki 
kandungan CFC (chloroflourocarbons) atau material 
yang merusak lingkungan. 
Pada penelitian ini dikembangkan suatu 
teknologi thermoelectric generator yang 
diaplikasikan pada lemari penyimpan darah portabel. 
Panas di dalam lemari akan diserap oleh modul 
peltier dan dibuang ke atmosfir yang mempunyai 
suhu yang lebih tinggi. Untuk meningkatkan laju 
perpindahan panas ke atmosfir, maka akan di pasang 
heat sink pada sisi panas modul peltier. Laju 
perpindahan panas secara konveksi masih bisa 
ditingkatkan yaitu dengan meningkatkan besarnya 
koefisien perpindahan panas secara konveksi pada 
heatsink. Hal ini dapat di lakukan dengan 
menambahkan kipas (fan) dan heatpipe pada bagian 
heatsink tersebut.  
Modul pendingin termoelektrik bekerja 
berdasarkan efek Peltier akan berfungsi apabila arus 
listrik DC dialirkan pada satu atau beberapa pasangan 
semikonduktor tipe N dan tipe P.[3] 
Aliran elektron dari semikonduktor tipe P yang 
memiliki tingkat energi lebih rendah, menyerap kalor 
di bagian yang didinginkan lalu elektron mengalir 
menuju semikonduktor tipe N melalui konduktor 
penghubung yang permukaannya (Tc) akan 
mengalami penurunan suhu. Kalor yang diserap akan 
berpindah melalui semikonduktor bersamaan dengan 
pergerakan elektron ke sisi panas modul (Th). Pada 
kondisi ideal, jumlah kalor yang diserap pada sisi 
dingin dan dilepas pada sisi panas bergantung pada 
koefisien Peltier dan arus listrik yang digunakan. 
Pada saat dioperasikan jumlah kalor yang diserap 
pada sisi dingin akan berkurang dikarenakan dua 
faktor, yaitu kalor yang terbentuk pada material 
semikonduktor dikarenakan perbedaan suhu antara 
 54
Ratna Sary, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 2 (Desember 2012) ISSN 2301-8224 
 
 
sisi dingin dan sisi panas modul (conducted heat) dan 
Joule Heat yang nilainya akan sama dengan kuadrat 
dari arus listrik yang digunakan. Sehingga pada 
kondisi apapun kesetimbangan termal yang terjadi 
karena efek Peltier pada sisi dingin akan sama 
dengan jumlah kalor yang terbentuk pada 
semikonduktor dijumlahkan dengan 1 ½ Joule heat. 
Termoelektrik refrigerator memanfaatkan efek 
Peltier yaitu apabila dua buah metal atau bahan semi 
konduktor yang berbeda dihubungkan dan dialiri 
arus, maka akan terjadi perbedaan suhu. Kemudian 
modul termoelektrik akan menyerap panas yang ada 
disekitarnya pada satu sisi dan melepasnya pada sisi 
yang lain.[4] 
Menurut Metzger dan Huebener [5], jika arus 
dilewatkan melalui suatu termokopel maka akan 
terjadi lima efek termoelektrik yang terdiri dari efek 
Seebeck, efek Peltier, efek Joulean, efek Thomson, 
dan efek konduksi panas. Kelima efek tersebut akan 
timbul bersama-sama pada saat sistem termoelektrik 
berlangsung. 
 
2. Metode Penelitian 
Perencanan dimensi lemari penyimpan darah 
yaitu 30cm x 30cm x 30cm, kemudian memilih 
bahan isolator yang layak. Isolator yang dipilih 
adalah Styrofoam. Sedangkan bahan untuk dinding 
sebelah dalam dipakai alumunium dan sebelah 
luarnya dipakai acrylic. 
 
 
Gambar 1. Pengujian lemari penyimpan darah 
 
Kaji eksperimental dilakukan dengan cara 
mengukur penurunan suhu dalam lemari penyimpan 
darah, baik pada kondisi tanpa beban (ketika tidak 
ada darah dalam kotak) dan dengan beban. Titik-titik 
yang akan di ukur yaitu: Suhu dalam ruang lemari 
dan suhu lingkungan. Pengukuran suhu ini di lakukan 
dengan menggunakan software Phywe measure 4TM. 
Thermocouple  yang digunakan adalah thermocouple 
jenis k yang dihubungkan dengan data logger yang 
dapat dihubungkan dengan komputer, sehingga 
penurunan suhu setiap menitnya akan dicatat pada 
komputer (Gambar 1). Data ini kemudian digunakan 
untuk menghitung besarnya panas yang dapat 
dibuang oleh lemari penyimpan darah tersebut setiap 
menitnya. 
 
3. Hasil dan Pembahasan 
Pengujian dilakukan setelah pemasangan elemen 
peltier dan heatsink heat pipe pada lemari penyimpan 
darah. Sebelum pengujian dilakukan, dipasang 
peralatan pengukuran suhu (termokopel) didalam 
lemari penyimpan darah untuk mengetahui distribusi 
suhu didalam lemari. Posisi termokopel diletakkan 
didekat heatsink bagian dalam (T1) dan ditengah-
tengah lemari (T2). Pengukuran suhu dilakukan 
dengan menggunakan Program Phywe measure 4TM. 
Pengukuran dilakukan tanpa menggunakan beban 
atau kosong dan dengan menggunakan beban (darah). 
Hasil pengujian diberikan dalam bentuk tabel 
kemudian diplot ke bentuk grafik yang dapat dilihat 
pada Gambar 2 dan Gambar 3 untuk masing-masing 
suhu tanpa beban dan dengan beban. 
 
 
Gambar 2. Grafik penurunan suhu terhadap waktu dalam lemari 
tanpa beban. 
 
 
Gambar 3. Grafik penurunan suhu terhadap waktu dalam lemari 
dengan beban (darah) 
 
Dari Gambar 2 terlihat bahwa terjadi penurunan 
suhu terhadap waktu selama 115 menit mendekati 
5oC. Untuk suhu T1 dan T2 hampir memiliki alur 
penurunan suhu yang sama. Terlihat pada waktu yang 
sama yaitu 115 menit suhu T1 dan T2 diperoleh 
masing-masing 5,2oC dan 5,4oC. T1 mempunyai suhu 
yang lebih dingin dibandingkan T2, hal ini 
dikarenakan prinsip perpindahan kalor konduksi dan 
konveksi. Perpindahan kalor konduksi dijelaskan 
dengan persamaan dibawah ini: 
 
 55
Ratna Sary, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 2 (Desember 2012) ISSN 2301-8224 
 
 
 
Dimana :  
Q = Kalor yang diserap (W) 
  k = Konduktivitas termal (W/m.K) 
  ∆T = Selisih suhu (0C) 
  ∆x = Tebal penampang permukaan (m) 
A = Luas permukaan (m2) 
Dari persamaan diatas terlihat bahwa penyerapan 
kalor berbanding terbalik dengan jarak. Posisi T1 
yang terletak lebih dekat dengan sisi dingin peltier 
daripada T2 sehingga mempunyai suhu lebih dingin 
(T1). 
 Sedangkan untuk persamaan konveksi dapat 
dilihat dibawah ini: 
 
Q = h.A.∆T 
Dimana : 
Q = Kalor yang diserap (W) 
  h = Koefisien konveksi (W/m2.K) 
  ∆T = Selisih suhu (oC) 
  A = Luas permukaan (m2) 
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa 
bertambahnya luas permukaan (A) sebanding dengan 
jumlah kalor yang diserap. Penambahan cold sink 
berarti terjadi penambahan luas permukaan dari segi 
konveksi yaitu terjadi penambahan luas daerah 
serapan kalor yaitu plat aluminium dan cold sink. 
Dari segi konduksi yang terjadi yaitu terjadi 
penambahan ketebalan akibat peletakan cold sink 
yang dipasang tepat pada posisi plat aluminium yang 
bersentuhan langsung dengan sisi dingin peltier. 
Berdasarkan persamaan konduksi diatas juga 
penambahan ketebalan akan mengurangi penyerapan 
kalor yang terjadi. Penambahan cold sink juga 
dilakukan dengan tujuan untuk mampu menangkap 
kalor yang terdapat pada tengan-tengah pendingin 
dikarenakan cukup luasnya lemari pendingin. 
Dari Gambar 4 terlihat bahwa terjadi penurunan 
suhu terhadap waktu,  berbeda dari Gambar 3 bahwa 
untuk mencapai suhu 5oC dibutuhkan waktu selama 
hampir 160 menit. Untuk suhu T1 dan T2 hampir 
memiliki alur penurunan suhu yang sama. Terlihat 
pada waktu yang sama yaitu 160 menit suhu T1 dan 
T2 diperoleh masing-masing 5,8oC dan 6,2oC. 
Pemberian beban akan menaikkan suhu ruang dan 
sisi dingin pada peltier, ini dikarenakan pemberian 
beban akan menambah beban kalor yang harus 
diserap oleh sisi dingin dari peltier. Kinerja peltier 
hanya dapat membuat suhu lemari sekitar 6oC setelah 
diberikan beban. Untuk mencapai suhu optimum 
pada lemari penyimpan darah memerlukan waktu 160 
menit (2,5jam). Makin ada beban (diberikan beban) 
maka makin lama waktu yang diperlukan untuk 
mencapai suhu optimum. Hal ini juga dapat dilihat 
pada Gambar 4 dan 5. 
 
 
Gambar 4. Grafik penurunan suhu T1 terhadap waktu dengan 
beban dan tanpa beban 
 
 
Gambar 5. Grafik penurunan suhu T2 terhadap waktu dengan 
beban dan tanpa beban  
 
4. Kesimpulan 
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan dapat 
disimpulkan: 
• Dalam keadaan tanpa beban pada lemari 
penyimpan darah suhu terendah yang dapat dicapai 
untuk masing-masing titik pengukuran (T1 dan T2) 
adalah 5,2oC dan 5,4oC dengan waktu pengukuran 
115 menit. 
• Dalam keadaan dengan beban (darah), suhu 
terendah yang dapat dicapai untuk masing-masing 
titik pengukuran (T1 dan T2) adalah 5,8oC dan 
6,2oC dengan waktu pengukuran 160 menit. 
• Penambahan cold sink juga dilakukan dengan 
tujuan untuk mampu menangkap kalor yang 
terdapat pada tengan-tengah pendingin dikarenakan 
cukup luasnya lemari pendingin. 
• Makin ada beban (diberikan beban) maka makin 
lama waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu 
optimum.  
 
 56
Ratna Sary, Jurnal Teknik Mesin Unsyiah, volume 1, nomor 2 (Desember 2012) ISSN 2301-8224 
 
 
5. Ucapan terima kasih 
• Terima Kasih kepada Lembaga Penelitian 
Universitas Syiah Kuala untuk Dana Penelitian 
Dosen Muda (APDP) Tahun Anggaran 2012 
Nomor : 2343/UN11/LK-PNBP/2012. 
• Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Syuhada, M.Sc untuk 
diskusi dan Nasihatnya 
• Bapak Dr. Ir. Syahiddin Ds sebagai reviewer untuk 
masukan dan kritikannya 
• Laboratorium FT Unsyiah dan Mahasiswa S2 yang 
telah membantu dalam penelitian ini. 
 
Daftar Pustaka 
[1]  EE IIT 2008, Refrigeration and air conditioning, 
Kharagpur, India. 
[2] National AIDS Control Organisation (NACO) 
2007, Guidelines for setting up blood storage 
centres, Ministry of Health and Family Welfare, 
Government of India, New Delhi, India. 
[3] Chakib Alaoui, 2011, Peltier Thermoelectric 
Modules Modeling and Evaluation, International 
Journal of Engineering (IJE), Vol. 5, No. 1. 
[4] Astrain, D, Vian, JG, Albizua, J 2005, 
‘Computational model for refrigerators based on 
peltier effect application’, Journal of Applied 
Thermal Engineering, vol.25, no.4, 3149-3162. 
[5] Metzger, T, Huebener, RP 1999, ‘Modelling and 
cooling behavior of peltier cascade’, Journal of 
Cryogenics, vol.39, no.4, 235-239. 
 57


Not a member yet

Analisis Penjalaran Retakan pada Pipa Transmisi Gas Jenis SUS 304 Menggunakan Metode Elemen Hingga

Kaji Eksperimental Perpindahan Panas Pada Lemari Penyimpan Darah Portable Dengan Memanfaatkan Efek Peltier

116

122