Pengaruh Temperatur Fluida Masuk Terhadapkapasitas Oil Cooler Pada Sistem Pelumasan

PENGARUH TEMPERATUR FLUIDA MASUK TERHADAPKAPASITAS OIL COOLER PADA

SISTEM PELUMASAN SEPEDA MOTOR SUZUKI SATRIA 150 CC

Kholis Nur Stiawan

S1 Pendidikan Otomotif Teknik Mesin , Fakultas Teknik, Universitas Negeri SurabayaEmail: kholisnurstiawan@gmail.com

I Made ArsanaJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

Email: dearsana67@yahoo.com

AbstrakOil cooler merupakan salah satu penukar panas yang terdiri dari pipa yang dibuat lurus horizontal dan plat-plat sirip tipis yang di pasang pada sisi dari pipa. Kapasitas oil cooler dipengaruhi oleh temperatur fluida masuk yang melewati oil cooler tersebut dalam keadaan konveksi paksa. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana pengaruh temperatur fluida masuk terhadap kapasitas oil cooler pada kondisi konveksi paksa. Penelitian ini menggunakan sebuah oil cooler dengan panjang plat sirip 35 mm, pitch plat-plat sirip tipis 1 mm, panjang pipa 184 mm, pitch pipa 17 mm, diameter pipa 3 mm, dan diuji dalam lima variasi temperatur fluida masuk penukar panas yaitu, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C dan 90°C dengan temperatur ruangan dijaga konstan 30°C. Pengujian secara eksperimen menggunakan oli TERMO 22 dengan laju aliran fluida 0.6 L/m, kemudian data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif. Hasil penelitian menunjukan bahwa kapasitas oil cooler maksimal diperoleh pada temperatur fluida masuk 70°C dengan pelepasan panas sebesar 342 Watt. Berdasarkan analisa perpindahan panas sisi luar diperoleh bahwa koefisien perpindahan panas konveksi (h) rata-rata permukaan luar oil cooler adalah 35,41 W/m2 K.

Kata kunci: konveksi paksa, temperatur fluida masuk, kapasitas oil cooler

AbstractOil cooler is a heat exchanger that consists of pipes made straight horizontal and plates of thin fins mounted on the side of the pipe. Capacity oil cooler is affected by the temperature of incoming fluid passing through the oil cooler in a state of forced convection. The purpose of this study was to determine how the incoming fluid temperature influence on the capacity of the oil cooler on the condition of forced convection. This study uses an oil cooler to the length of the plate fin 35 mm, pitch plates thin fins 1 mm, pipe length 184 mm, pitch pipe 17 mm, pipe diameter 3 mm, and tested in five variations in fluid temperature entering the heat exchanger that is, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C and 90 ° C with room temperature kept at a constant 30 ° C. Testing experimentally using oil TERMO 22 with the fluid flow rate of 0.6 L / m, then the data were analyzed descriptively. The results showed that the maximum capacity of the oil cooler obtained the incoming fluid temperature of 70 ° C with a heat release of 342 Watt. Based on the outer side of the heat transfer analysis showed that convection heat transfer coefficient (h) the average of the outside surface of the oil cooler is 35.41 W / m 2 K.

Keywords: forced convection, incoming fluid temperature, capacity oil cooler

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi saat ini sangat berkembang dengan pesat seiring dengan proses globalisasi dalam segala bidang, salah satunya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknolgi, terutama yang erat kaitannya dalam hal industri sehingga sangat di butuhkan temuan – temuan inovative yang dapat mendukung perkembangan industri tersebut yang dapat

berupa teori – teori atau pun berupa alat – alat. Temuan tersebut tentu harus sudah melalui proses banyak penelitian dan percobaan untuk menghasilkan efesiensi yang besar.

Pada motor bakar sistem pelumasan memang berperan sangat penting agar motor selalu bekerja dengan baik seperti yang diinginkan, meskipun ditinjau dari pemanfaatan energi, sistem pendinginan yang

1

JTM:Volume 4 Nomor 1 Tahun 2015, 1-8

digunakan motor bakar torak adalah sistem pendingin dengan oli. Pada sistem pendinginan dengan oli digunakan sebuah alat pendingin yang disebut oil cooler, Beberapa aspek dalam penelitian ini meliputi, temperature fluida masuk, suhu, laju dan geometri oil cooler.

Oil cooler adalah salah satu penukar panas dimana aliran fluida panas (oli) bersilang tegak lurus dengan arah aliran fluida dingin (udara) dan kedua fluida tersebut tidak dapat berfungsi, oil cooler tidak dapat berfungsi dengan baik, maka akan terjadi over heating (panas yang berlebihan) yang akan membawa pengaruh yang sangat komplek, selain akan menurunkan performance juga akan merusak bagian-bagian mesin itu sendiri ( Arsana, 2000:1),

Penelitian ini mengkaji perpindahan kalor yang terhadap pada oil cooler dengan maksud untuk mengetahui tingkat performance, dari oil cooler tersebut maka harus dilakukan pengujian kemampuan melepas panas dari oil cooler tersebut.

Pada penelitiian sebelumya meneliti tentang penukar panas jenis pembuluh dan kawat (wire and tube axchangers).penukar panas ini termasuk jenis penukar panas permukaan diperluas (extended suface) dimana kawat berfungsi sebagai fin dipasang lekat pada pembuluh yang mengalirkan fluida panas dengan tujuan untuk meningkstksn lusd permukaan perpindahan panas dan selanjutnya akan memperbesar laju perpindahan panas (Srinivasan and Shah, 1997) kawat juga berfungsi memperkuat konfigurasi pembulu yang berlekuk lekuk (coil).

Penukar panas ini telah digunakan secara luas untuk membuang panas dari fluida panas yang mengalir melalui pembuluh baik sebagai kondensor pada alat sistem refrigransi udara yang kecil (lemari es) untuk mengkondensasi fluida yang mengalir pada pembulu atau diaplikaskan hanya sebagai pendingin (cooler) fluida yang mengalir dalam pembuluh tanpa terjadi perubahan phase (tanda and taglico, 1997) Faktor lain yang mempengaruhi kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan kawat adalah temperatur fluida masuk. Dimana faktor ini diambil dari kondisi operasi dari alat penukar panas. Ada dua kondisi operasi yang terjadi pada alat ini. Kondisi operasi tersebut adalah temperatur fluida masuk itu sendiri dan laju aliran masa. Besar kecilnya temperatur fluida masuk sangat berpengaruh pada proses penukar panas jenis pembuluh dan kawat. Sebelum fluida masuk kepenukar panas,temperatur fluida masuk akan mengalam beberapa tingkatan temperatur.Tingkatan temperatur tersebut bisa dilakukan mulai suhu tertentu sampai suhu yang telah ditentukan. Suhu fluida disini tidak boleh terlalu panas melebihi suhu batas fluida oli karena dapat menyebabkan oksidasi.

Berdasarkan beberapa penelitian di atas, maka masih perlu dikembangkan penelitian

lanjutan tentang variasi temperatur fluida masuk penukar panas oil cooler yaitu, 50°C 60°C, 70°C, 80°C dan 90°C dengan temperatur ruangan dijaga konstan 30°C dan tekanan fluida 0,006 kg/s serta menggunakan oli TERMO 22, data yang diperoleh dari penelitian dikaji secara eksperimental yang kemudian dianalisis secara deskriptif.

METODEDiagram Alur Penelitian

Gambar 1 sekema penelitian

Tempat dan Waktu PenelitianTempat penelitian merupakana tempat yang dimana untuk melaksanakan penelitian. Penelitian ini berlokasikan di labotarium perpindahan panas Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya. Dan waktu yang diperlukan dan digunakan mulai dari bulan januari 2015 hingga oktober 2015 yang bermulai dari tahap persiapan sampai pada penyusunan laporan sampai pengelolahan data dan penyusunan laporan membutuhkan waktu selama 4 bulan.

Jenis PenelitianJenis penelitian ini merupakan penelitian yang berbentuk eksperimen, penelitian eksperimen merupakan penelitian yang dilakukan oleh peneliti secara sengaja untuk mengetahui beberapa data didalam penelitian tersebut dengan cara memberikan treatmen (perilakuan tertentu) terhadap subjek penelitian guna mendapatkan suatu kejadian atau

Pengaruh Temperatur Fluida Masuk Terhadapkapasitas Oil Cooler Pada Sistem Pelumasan

keadaan yang akan ditelkiti yaitu alat penguji kapasitas oil cooler.

Peralatan EksperimenUntuk mengetahui proses pengambilan data, maka disusun peralatan yang secara skematis disajikan dalam gambar dibawah ini

Gambar 2 Instalasi Pengujian

Gambar 3 Sekema PengujianAdapun peralatan dan bahan yang diperlukan untuk

melakukan eksperimen adalah sebagai berikut :1. Oil cooler suzuki satria.2. Tangki fluida panas.3. Pompa, untuk mensirkulasikan aliran fluida.4. Katup, untuk mengatur laju aliran massa.5. Flow meter, untuk mengukur laju aliran massa

fluida yang mengalir.6. Pengukur tekanan sebelum masuk penukar

panas.7. Thermometer Ruangan.8. Thermocontrol9. Thermocopel 10. Pengukur tekanan setelah masuk penukar panas.

Ruangan berisolasi dan terkondisi tetap

Langkah PengujianUntuk melakukan penelitian pengaruh dari temperatur fluida masuk terhadap kapasitas penukar panas, dilakukan langkah-langkah percobaan sebagai berikut :

Mempersiapkan semua peralatan yang diperlukan termasuk oil cooler.

Memasang peralatan penukar panas oil cooler.

Minyak dimasukan ke dalam tangki thermostatic.

Menghidupkan pompa untuk mengalirkan fluida dalam keadaan dingin dengan laju aliran tertentu untuk mengecek kebocoran, selanjutnya pompa dimatikan.

Memanaskan minyak dengan menghidupkan pemanas pada tangki thermostatic.

Pompa dihidupkan untuk mengalirkan fluida dalam keadaan panas.

Mengatur temperatur fluida sebesar 400C pada tangki thermostatic untuk memperoleh temperatur fluida masuk penukar panas (Tin) tertentu dan menunggu sampai keadaan steady, selanjutnya dilakukan pengambilan data Temperatur fluida masuk (Tin);temperatur fluida keluar (Tout) temperatur sirip rata-rata (Tw), temperatur udara luar.

Melakukan langkah 7 dengan menaikan temperatur fluida per 10°C dalam tangki thermotastik untuk memperoleh titik kondisi operasi.

Hasil Penelitian Dan PembahasanPengujian dilakukan dengan memvariasikan temperatur fluida masuk dalam oil cooler. yaitu pada temperatur fluida masuk 50ºC, 60ºC, 70ºC, 80ºC dan 90ºC dan temperature udara kamar T∞ = 300C dengan tekanan 1 atm dengan laju aliran fluida 0,6 L/m = 0.0102 kg/s, pengambilan data dilakukan 3 kali dengan selang waktu 10 menit setiap pengambilan data, berikuta adalah hasil dari pengambilan data yang disajikan dalam bentuk tabel

Gambar 4 Hasil Pengambilan Data

3

JTM:Volume 4 Nomor 1 Tahun 2015, 1-8

Gambar 5 Hasil Pengambilan Data pada sisi luar Oil cooler

Perhitungan

Penukar panas yang diuji pada penelitian ini menggunakan rancangan penukar panas oil cooler pembuluh dan plat tipis, dengan panjang 485mm, jarak antara sirip 0,3 mm, diameter plat 0,1mm, panjang tube 1.104mm, diameter tube 0,5mm, dan jumlah plat sirip 684 buah. Penukar panas yang diuji pada penelitian ini menggunakan rancangan penukar panas oil cooler pembuluh dan plat tipis, dengan panjang 485mm, jarak antara sirip 0,3 mm, diameter plat 0,1mm, panjang tube 1.104mm, diameter tube 0,5mm, dan jumlah plat sirip 684 buah.

Menghitung laju perpindahan panas di dalam

(watt)a) Suhu fluida masuk 50°C

= . Cp . T

0.0102 Kg/S × 2000 J/kg K ×13K

= 265.2 J/s

b) Suhu fluida masuk 60°C

= . Cp . T

0.0102 Kg/S × 2000 J/kg K ×13.4K

= 273.36 J/s

c) Suhu fluida masuk 70°C

= . Cp . T

0.0102 Kg/S × 2000 J/kg K ×18 K

= 367.2 J/s

d) Suhu fluida masuk 80°C

= . Cp . T

0.0102 Kg/S × 2000 J/kg K ×17 K

= 346.8 J/s

e) Suhu fluida masuk 90°C

= . Cp . T

0.0102 Kg/S × 2000 J/kg K ×15 K

= 306 J/s = 306 watt

Jadi analisa, Laju perpindahan panas yang paling besar pada sisi dalam yaitu pada temperatur 70°C dengan kapasitas penukar panas sebesar 367.2 watt.

Menentukan propertis udara (fluida pendingin)

Dengan memasukan rumus Tf = dapat diketahui

nilai propertis udara, properties udara tersebut

meliputi: Viskositas kinematic , Prandtl (pr),

Konduktivitas panas ( K ), dan Difusivitas panas

pada tabel A4 Thermophysical Sifat Gas pada Tekanan Udara, Tapi pada tabel A4 Thermophysical Sifat Gas pada Tekanan Udara tersebut hanya tercantum antara temperatur 250 K dan 350 K saja. Maka untuk mencari properties udara dilakukan dengan cara melakukan interpolasi dan untuk menyederhanakan penghitungan maka disajikan dalam bentuk tabel seperti dibawah ini.

Gambar 6 Data propertis udara

Menentukan Biangan Reynolds Konveksi Paksa pada plat sirip

1. Mencari Bilangan Reynolds pada suhu fluida masuk 50°C

Diketahui:

Tf == = 34 °C

T∞ = 30 °CL = 0.192 m

= 8.88 m/s

Dicari Re Re =

= =101.284

2. Mencari Bilangan Reynolds pada suhu fluida masuk 60°C

Pengaruh Temperatur Fluida Masuk Terhadapkapasitas Oil Cooler Pada Sistem Pelumasan

Diketahui:

Tf == = 35 °C

T∞ = 30 °CL = 0.192 m

= 8.88 m/s

Dicari Re Re =

= = 100.587

3. Mencari Bilangan Reynolds pada suhu fluida masuk 70°CDiketahui:

Tf == = 36 °C

T∞ = 30 °CL = 0.192 m

= 8.88 m/s

Dicari Re Re =

= = 99.356

4. Mencari Bilangan Reynolds pada suhu fluida masuk 80°CDiketahui:

Tf == = 38 °C

T∞ = 30 °CL = 0,192 m

= 8.88 m/s

Dicari Re Re =

= = 98.780

5. Mencari Bilangan Reynolds pada suhu fluida masuk 90°CDiketahui:

Tf == = 34 °C

T∞ = 30 °CL = 0.192 m

= 8.88 m/s

Dicari Re Re =

= =98.780

Menentukan Biangan Bilangan Nusselt Konveksi Paksa pada plat sirip

1. Mencari Bilangan Nusselt pada suhu fluida masuk 50°C

=0.664 1/2 1/3

=0.664 1/2 1/3

=0.664

=188,072. Mencari Bilangan Nusselt pada suhu

fluida masuk 60°C

=0.664 1/2 1/3

=0.664 1/2 1/3

=0.664

=188,053. Mencari Bilangan Nusselt pada suhu

fluida masuk 70°C

=0.664 1/2 1/3

=0.664 1/2 1/3

=0.664

=187,14. Mencari Bilangan Nusselt pada suhu

fluida masuk 80°C

=0.664 1/2 1/3

=0.664 1/2 1/3

=0.664

=186,55. Mencari Bilangan Nusselt pada

suhu fluida masuk 90°C

=0.664 1/2 1/3

=0.664 1/2 1/3

=0.664

5

JTM:Volume 4 Nomor 1 Tahun 2015, 1-8

=184,5

Menentukan Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Paksa Pada Plat Sirip (h)

Setelah nilai diketahui pada fluida

masuk dan fluida keluar maka dapat

dihitung nilai h dengan rumus

a) Mencari pada suhu fluida masuk

50°C

=

= 35,65 W/m2.k

b) Mencari pada suhu fluida

masuk 60°C

=

= 35,65 W/m2.k

c) Mencari pada suhu fluida

masuk 70°C

=

= 35,47 W/m2.k

4. Mencar pada suhu fluida masuk

80°C

=

= 35,35 W/m2.k

5. Mencari pada suhu fluida masuk

90°C

=

= 34,97 W/m2.kNilai h diatas menunjukan bahwa

kondisi kondisi waktu pengujian dalam keadaan onveksi paksa pada plat sirip. Hal ini berdasar pada table tipe aliran konveksi yang tertera pada buku incropera dimana nilai rentang h antara 25-250 menunjukkan konveksi bebas. Berikut adalah tabel dari nilai h konveksi bebas jenis gas dan cair.

Menentukan kapasitas penukar panas (q) di luarSetelah nilai h dan A diketahui, selanjutnya nilai q dapat diketahui dengan rumus q = h.A (Tf-T∞) Mencari q pada suhu fluida masuk 50°C

Diketahui : h = 35,65 W/m2.KA = 1,227 m2

Tf = = 34°C + 273 = 307 K

T∞ = 30°C + 273 = 303 KDitanya :

q = hA.(Tf-T∞)

= 35,65 W/m2.k 1,227 m2 4 K

= 174 Watt

Mencari q pada suhu fluida masuk 60°C Diketahui :

h = 35,65 W/m2.KA = 1,227 m2

Tf = = 34°C + 273 = 308 K

T∞ = 30°C + 273 = 303 KDitanya :

q = h.A.(Tf-T∞)

= 35,65 W/m2.k 1,227 m2 5 K

= 218 Watt

Mencari q pada suhu fluida masuk 70°C Diketahui :

Pengaruh Temperatur Fluida Masuk Terhadapkapasitas Oil Cooler Pada Sistem Pelumasan

h = 35,47 W/m2.KA = 1,227 m2

Tf = = 34°C + 273 = 310 K

T∞ = 30°C + 273 = 303 KDitanya :

q = h.A.(Tf-T∞)

= 35,47 W/m2.K 1,227 m2 7 K

= 305 Watt Mencari q pada suhu fluida masuk 80°C

Diketahui :h = 35,35 W/m2.KA = 1,227 m2

Tf = = 34°C + 273 = 311 K

T∞ = 30°C + 273 = 303 K Ditanya :

q = h.A.(Tf-T∞)

= 35,35 W/m2.K 1,227 m2 4 K

= 345 Watt

Mencari q pada suhu fluida masuk 90°C Diketahui :

h = 34,97 W/m2.K A = 1,227 m2

Tf = = 34°C + 273 = 315 K

T∞ = 30°C + 273 = 303 K Ditanya :

q = h.A.(Tf-T∞)

= 34,97 W/m2.k 1,227 m2 4 K

=512 WattJadi analisa, Laju perpindahan panas yang

paling besar pada sisi luar yaitu pada temperatur 90°C dengan kapasitas penukar panas sebesar 512 watt.

Analisa Analisa Pada Pipa Dalam

Gambar 7 Grafik Pengaruh Temperatur TerhadapKapasitas Penukar Panas Sisi Dalam

Berdasarkan grafik diatas, terlihat kecenderungan kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan plat oil

cooler (q) meningkat di suhu 50°C - 70°C tetapi setelah suhu 80°C mengalami penurunan dikarenakan kemampuan oil cooler sudah tidak mampu bekerja secara maksimal dikarenakan luas permukaan sirip (A) sudah tidak mampu menahan laju perpindahan panas.

Analisa Pada Sisi Luar

Gambar 8 Grafik Pengaruh Temperatur TerhadapKapasitas Penukar Panas Sisi Luar

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diatas, terlihat kecenderungan kapasitas penukar panas jenis pembuluh dan plat oil cooler meningkat seiring dengan temperatur fluida masuk yang naik, hal ini diketahui dari hasil perhitungan kapasitas penukar panas yang bersuhu tinggi yaitu 90°C menghasilkan kapasitas penukar jenis jenis pembuluh dan plat oil cooler sebesar 512 watt pada sisi luar.

PENUTUP

Simpulan

Berdasarkan data hasil penelitian dan analisa yang dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal penting yang menyangkut kapasitas oil cooler yaitu:o Berdasarkan analisa perpindahan panas sisi dalam

di peroleh bahwa kapasitas oil cooler maksimal diperoleh pada temperatur fluida masuk 70°C dengan pelepasan panas sebesar 342 Watt.

o Berdasarkan analisa perpindahan panas sisi luar

diperoleh bahwa koefisien perpindahan panas rata -rata permukaan luar oil cooler adalah 35,41 W/m2

K.

SaranBerdasarkan hasil yang diperoleh dalam penelitian ini, maka dapat disarankan beberapa hal:o Perlu penelitian lebih lanjut

menggunakan oil cooler dengan geometri atau bahan yang berbeda

7

JTM:Volume 4 Nomor 1 Tahun 2015, 1-8

untuk mendapatkan oil cooler yang lebih efisien.

o Dalam penggunaan oil cooler dilapangan, diharapkan oil cooler tetap terbuka dengan udara luar sehingga sistem pelumasan sepeda motor dapat berjalan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

Arsana, I Made. 2001. Studi Eksperimental Pengaruh Geometri Kawat Terhadap Efisiensi Penukar Panas Jenis Pembuluh dan Kawat Konveksi Bebas. Tesis tidak diterbitkan. Surabaya. PPs Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.

Bansal, P.K. and Chin, T.C. 2001. “Modelling and Optimisation of Wire-and-tube Condensor”. International Journal of Refrigeration. Vol. 26 (2003): hal.601-613.

Bejan, A. 1993. Heat Transfer. New York: Jhon Willey & Sons.

Callister, Jr William. 2001. Fundamentals of Materials Since and Engineering. Department of Metallurgical Engineering The University of Utah.

Frank, P. and Dafid, P. 1990. Fundamental Of Heat And Mass Transfer 4rd Edition. New York: Johon Wiley & Sun.

Holman, J,P. 1994. Perpindahan Kalor. Edisi Keenam. Ahlibahasa E. Jasjfi. Jakarta: Erlangga.

Icropera, Frank P. and Dewitt, David P. 1996. Fundamentals of heat and mass transfer. Fourt edition. Amerika: school of Mechanical Engineering Purdue University.

Kreith, F dan Prijono, A. 1986. Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas, Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.

Laksono, Kisyani dkk. 2014. Panduan Penulisan Skripsi Program S1. Surabaya: Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya.

Sugiyono. 2011. Stastistika Untuk Penelitian. Bandung: Alfabeta.

Sumber:http://artikel-teknologi.com/macam-macam-heat-exchanger-alat-penukar-panas-bagian-4, diakses 10-03-2015

Sumber:http://www.chem-is try.org/penukarpana s , diakses 15-06-2015

Sumber:http://ikkholis27.files.wordpress.com/tangki-fluida, diakses 15-06-2015

Sumber:http://fluida-bg.com/pompa-fluida, diakses 05-07-2015

Sumber:http://msidik.files.wordpress.com/motor, diakses 05-07-2015

Sumber:http://wa2010.ee.itb.ac.id/katup, diakses 05-07-2015

Sumber:http://thespaworks.com/parts/general-spa-partscatalog/spa-heaters-electric/spa-heater-elements/55-kw-heater-element-teledy ,diakses 06-07- 2014.

http://wwwpengertianahli.com/2013/11/pengertian-konduksi-konveksi-radiasi. Diakses 5 Januari 2015.