I. TUJUAN UMUM :

Mahasiswa mampu mendiagnosa sistim oil cooler.

II. TUJUAN KHUSUS :

Memahami Prinsip Kerja Heat Plate Exchanger serta penempatanya dalam

suatu sistim pendingin.

Mampu menganalisa pengaruh perubahan beban heat oil terhadap oil cooler.

Mampu menganalisa pengaruh perubahan kapasitas media pendingin dan

menentukan daerah operasional yang optimum.

III. MATERI

III.1 Pemahaman Sistem Pendingin

III.1.1 Konduksi

Perpindahan panas konduksi merupakan perpindahan energi yang

terjadi pada media padat atau fluida yang diam sebagai akibat dari perbedaan

temperatur. Hal ini merupakan perpindahan energi dari pertikel yang lebih

enerjik pada benda akibat interaksi antar partikel-partikel. Energi ini

dihubungkan dengan pergerakan translasi, sembarang, rotasi, dan getaran dari

molekul.

Temperatur lebih tinggi berarti molekul lebih berenergi memindahkan energi ke

temperatur lebih rendah (kurang energi). Untuk konduksi panas, persamaan

aliran dikenal dengan hukum Fourier.

Jika kondisi pada dinding datar, laju perpindahan panas satu dimensi adalah

sebagai berikut :

1

Keterangan:

= Besar laju perpindahan panas konduksi (W)

= Konduksivitas termal bahan

= Temperatur gradient

= Luasan permukaan perpindahan panas (m2)

= Perpindahan panas dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

III.1.2 Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah suatu perpindahan panas yang

terjadi antara suatu permukaan padat dan fluida yang bergerak atau mengalir

akibat adanya perbedaan temperatur.

Secara umum konveksi dapat dibedakan menjadi tiga yaitu:

1. Konveksi bebas (free convection) atau natural convection, yaitu

konveksi dimana aliran fluida terjadi bukan karena dipaksa oleh

suatu alat, tetapi disebabkan karena gaya apung (buoyancy

force).

2. Konveksi paksa (force convection), yaitu konveksi yang terjadi

dimana aliran fluida disebabkan oleh peralatan bantu seperti

fan, blower, dan lain-lain.

3. Konveksi dengan perubahan fase, yaitu sama seperti pendidihan

(boiling) dan pengembunan (kondensasi).

Persamaan laju perpindahan panas konveksi, bila T1>T2 adalah:

= Besar laju perpindahan konveksi (W)

2

h = Koefisien konveksi

A = Luasan permukaan perpindahan panas (m2)

(T1-T2) = Perbedaan temperatur (K)

Persamaan diattas disebut hukum newton Pendinginan atau

Newton’s law of cooling.

III.1.3 Radiasi

Radiasi thermal adalah energi yang diemisikan oleh benda yang berada

pada temperatur tinggi, dimana merupakan perubahan dalam konfigurasi

elektron dari atom. Energi dari medan radiasi ditransportasikan oleh gelombang

elektromagnetik atau lainnya. Photon berasal dari energi dalam sebuah elektron

yang memancar. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi adalah mutlak

membutuhkan media. Sedangkan pada perpindahan panas radiasi tidak

diperlukan media. Kenyataannya perpindahan panas radiasi lebih efektif terjadi

pada ruang hampa.

Laju perpindahan panas netto radiasi dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan :

= Laju perpindahan panas radiasi (W)

= Emisivitas permukaan material

= Konstanta Stefan-Boltzman

=

= Luasan permukaan perpindahan panas (m2)

= Temperatur permukaan benda (K)

3

= Temperatur Surrounding (K)

IV. SKEMA

Gambar A.1. Skema Oil Cooler

Keterangan : T1 = Temperatur Oli pada Tangki ( )

T2 = Temperatur Oli Masuk Heat Exchanger ( )

T3 = Temperatur Oli Keluar Heat Exchanger ( )

T4 = Temperatur Air Masuk Heat Exchanger ( )

4

T5 = Temperatur Air Keluar Heat Exchanger ( )

V. RUMUS –RUMUS YANG RELEVAN

1. Perhitungan laju massa oli ( )

……………… (1.4)

Dimana :

ρo = densitas oli , pada temperature <60

vo = laju aliran oli ( )

2. Perhitungan laju massa air ( )

…………….. (1.5)

Dimana:

ρa = densitas air , pada temperature ≤40

va = laju aliran air ( )

5

3. Perhitungan panas yang dibebaskan oli ( )

…………… (1.6)

Dimana :

cpo = koefisien panas oli ( )

mo = Laju massa oli ( )

T4 = Temperatur Air Masuk Heat Exchanger )

T5 = Temperatur Air Keluar Heat Heat Exchanger )

4. Perhitungan panas yang diterima air ( )

………… (1.7)

Dimana :

cpa = Koefisien panas air ( )

ma = Laju massa air ( )

T2 = Temperatur Oli Masuk Heat Exchanger )

T3 = Temperatur Oli Keluar Heat Exchanger )

5. Perhitungan efisiensi Heat exchanger

………………... (1.8)

Dimana :

6

Qo = Panas yang dibebaskan oli ( )

Qa = Panas yang diterima air ( )

6. LMTD (Log Mean Temperature Difference)

LMTD =

VI. PERALATAN

No. Peralatan Nama Peralatan Keterangan

1 Thermocouple Pengukur Suhu

2 Rotameter / flowmeterIndikator laju aliran

fluida

3 Thermometer digital boxLayar tampilan

indicator suhu.

7

VII. LANGKAH KERJA

VII.I. Langkah Kerja Mengoperasikan Mesin Oil Cooler

No Langkah Kerja Keterangan

1 Sebelum mengoperasikan mesin, memastikan pompa air sudah menyala dengan melihat rotameter bergerak.

2Menghubungkan kabel oli, heater, dan alat ukur ke kontak arus PLN

3Membuka katup aliran air ke kiri sesuai dengan jumlah laju aliran air yang diinginkan menuju heat exchanger.

4

Mengoperasikan mesin dan pompa oli, dengan cara memutar saklar kekanan dan menekan tombol start (tombol berwarna hijau ). Tunggu selama 30 menit untuk pemanasan awal.

8

5 Membuka katup aliran oli ke kiri sesuai dengan laju aliran oli yang diinginkan menuju heat exchanger.

6Menekan tombol pada indicator hingga ON

7Menghidupkan Thermometer digital box dengan cara memindahkan switch ke bawah.

8 Memastikan agar laju aliran air dan oli stabil (tunggu sekitar 13 menit setiap pengambilan data).

9Mencatat suhu pada Thermometer digital box di lembar jurnal.

9

VII.2.Langkah Kerja Menonaktifkan Mesin Oil Cooler

No.Langkah Kerja Keterangan

1

Menutup katup aliran oli dengan cara memutar katup kekanan

2

Menutup katup aliran air dengan cara memutar katup kekanan

3

Menonaktifkan Thermometer digital dengan cara memindahkan switch ke atas.

4

Menekan tombol pada indicator hingga tombol off

10

5

Menonaktifkan mesin dengan cara memutar saklar kekiri dan tekan tombol stop (tombol yang berwarna merah)

6

Memastikan pompa air sudah mati dengan melihat rotameter bergerak turun, dengan cara menutup kran air.

7

Memutus aliran listrik dari kontak arus PLN.

11

t1 t2 t3 t4 t5 t1 t2 t3 t4 t5 t1 t2 t3 t4 t5 V2 = 1,5 (L/min)1 60 62 57 34 34 35 55 52 33 32 34 51 49 34 33 35 7.02 120 61 56 34 35 37 55 52 33 34 35 50 49 34 32 36 9.33 180 61 54 34 35 38 54 52 33 35 37 51 49 34 32 38 9.6

V2 = 3 (L/min) V2= 4,5 (L/min) LMTD oCNo.V1

(L/hr)V2 = 1,5 (L/min)

VIII. DATA PENGAMATAN

Tabel 1.1 Data Operasional Modul Sistem Oil Cooler

Keterangan : T1 = Temperatur Oli pada Tangki )

T2 = Temperatur Oli Masuk Heat Exchanger )

T3 = Temperatur Oli Keluar Heat Exchanger )

T4 = Temperatur Air Masuk Heat Exchanger )

T5 = Temperatur Air Keluar Heat Exchanger )

V1 = laju aliran air ( )

V2 = laju aliran oli ( )

F. KOMPILASI

Tabel 2. Kompilasi Data Operasional Modul Sistem Oil Cooler

Table 1.2 hasil perhitungan ṁ oli dan ṁ air.

ṁ oli ṁ air(L/s) (L/s)

1 60 1.50 0.02 0.022 120 3.00 0.04 0.033 180 4.50 0.06 0.05

V2 (L/hr)No. V1 (L/hr)

Table 1.3 hasil perhitungan energi panas yang di pindahkan dan nilai efisiensi pada hasil praktikum oil cooler.

12

qo qa efisiensi qo qa efisiensi qo qa efisiensi1 60 0.04 1.59 2.79 0.09 1.31 6.76 0.09 1.04 8.572 120 0.18 3.04 5.84 0.09 2.63 3.38 0.36 2.08 17.143 180 0.40 4.15 9.64 0.27 3.94 6.76 0.80 3.11 25.71

v1 (L/h)No.v2 = 1,5 (L/min) V2 = 3 (L/min) V2 = 4,5 (L/min)

Contoh Perhitungan :

13

0.04

0.18

0.40

0.090.09

0.270.09

0.36

0.80

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Q oi

l(K

j/s)

ṁair (L/s)

v2 1,5 (liter/jam)

v2 3 (liter/jam)

v2 4,5 (liter/jam)

IX. GRAFIK

Gambar grafik 1.1 Perbandingan Qoil terhadap ṁair

ANALISA :

Dari grafik diatas didapatkan hasil bahwa volume air yang dialirkan semakin banyak maka penukaran panas semakin cepat sehingga dari hasil praktek diatas jelas terbukti bahwa Q oli semakin cepat mengalami pertukaran panas.

Terlihat pada grafik 1.1 bahwa ketika volume oli 4,5 (l/s) energy panas yang

dilepas oli sebanyak 0,80 ( ) ketika laju massa air 0,05 kg/s, ini nilai tertinggi dari

semua percobaan jumlah massa air yang diberikan pada system heat exchanger, sehinggga dapat disimpulkan bahwa semakin besar massa air yang diberikan maka akan semakin besar pula panas yang dilepas oli.

Jadi pada grafik Perbandingan Qoil terhadap ṁair terbaca :

1. Pada beban oli tetap (Qoil) 0,09 ( ), massa air tetap (ṁair) 0,02 kg/s.

2. Pada massa air tetap (ṁair) 0,05 kg/s, beban oli bertambah (Qoil).

14

1.59

3.04

4.15

1.31

2.63

3.94

1.04

2.08

3.11

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Qai

r(K

j/s)

ṁair (L/s)

v2 1,5 (liter/jam)

v2 3 (liter/jam)

v2 4,5 (liter/jam)

Gambar grafik 1.2 Perbandingan Qair terhadap ṁair

ANALISA :

Dari grafik diatas didapakan bahwa semakin besar laju aliran massa air yang mengalir, maka semakin tinggi pula perpindahan panas yang diterima air sehingga lajualiran massa mempengaruhi besarnya penukaran panas yang terjadi di heat exchanger.

Mengacu pada grafik 1.2 bahwa ketika volume oli 1,5 (l/s) energy panas yang

diterima air sebanyak 4,15 ( ) ketika massa air 0,05 kg/s, ini nilai tertinggi dari

semua percobaan jumlah massa air yang diberikan, sehinggga dapat disimpulkan bahwa semakin besar massa air yang diberikan maka akan semakin besar pula panas yang diterima air.

Jadi pada grafik Perbandingan Qoil terhadap ṁair terbaca :

1. Pada beban air tetap (Qair) 1,59 ( ), massa air tetap (ṁair) 0,02 kg/s.

2. Pada massa air tetap (ṁair) 0,05 kg/s, beban air bertambah (Qair).

15

2.79

5.84

9.64

6.76

3.38

6.768.57

17.14

25.71

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Effisi

ensi

(%)

ṁair (L/s)

v2 1,5 (liter/jam)

v2 3 (liter/jam)

v2 4,5 (liter/jam)

Gambar grafik 1.3 Perbandingan Efisiensi terhadap ṁair

ANALISA :

Pada grafik diatas didapatkan hasil efisiensi tertinggi pada saat volume oli (v = 4,5 l/jam) sehingga semakin tinggi laju aliran massa yang terjadi pada heat exchanger akan mendapatkan efisiensi yang baik.

Jadi pada grafik Perbandingan Efisiensi (%) terhadap ṁair terbaca :

1. Pada beban air tetap (ṁair) 0,02 (kg/s), efisiensinya sama pada setiap masing-masing variasi volume oli.

2. Pada beban air (ṁ air) 0,035 (kg/s), efisiensi pada volume oli (v = 3 l/jam) berkurang. Sehingga dapat dihindari untuk penggunaan volume oli tersebut karena dapat mengurangi efisiensi.

3. Pada beban air tetap (ṁ air) 0,05 (kg/s), efisiensi terbaiknya pada saat volume oli ( v = 4,5 l/jam).

16

Gambar grafik 1.4 LMTD (Log Mean Temperature Difference)

ANALISA :

Nilai LMTD tergantung pada besar selisih antara T2 dan T5 dan selisih antara

T3 dan T4, dan nilai LMTD pada tiap variasi ṁ air cenderung fluktuatif, ini dikarenakan

17

selisih (T2-T5) dan (T3-T4) juga mengalami kenaikan dan penurunan di setiap variasi.

Pada grafik 1.4 Diketahui nilai LMTD terbesar pada posisi ṁ oil = 1,5 l/jam dan ṁ air =

180 l/jam.

Lampiran

Energy per unit mass

1 kJ/kg = 1 J/g = 0.4299 Btu/ lbm = 0.23884 kcal/kg

Specific energy, enthalpy, entropy

1 Btu/lbm = 2,326.1 J/kg = 0.55556 kcal/kg = 778.2 ft lbf / lbm = 3.9 10-4 hp hr / lbm = 5.4 lbf/in2 / lbm/ft3 = 0.237 kp m / g = 5.56 10-4 kcal/g = 2.326 kJ/kg

1 J/kg = 4.299x10-4 Btu/lbm = 2.388x10-4 kcal/kg

1 kcal/kg = 1.80 Btu/lbm = 4,187 J/kg

Specific heat capacity

1 J/(kg K) = 2.389x10-4 kcal/(kg oC) = 2.389x10-4 Btu/(lbm oF) 1 kJ/(kg K) = 0.2389 kcal/(kg oC) = 0.2389 Btu/(lbm oF)

1 Btu/(lbm oF) = 4,186.8 J/ (kg K) = 1 kcal/(kg oC)

1 kcal/(kg oC) = 4,186.8 J/ (kg K) = 1 Btu/(lbm oF)

Temperature

celsius, rankine, kelvin, centigrade, fahrenheit,

18

1 oC = 1.8 oF 1 oF = 0.555 oC

0 oC corresponds to 32 oF, 273.16 K and 491.69 R

T(oR) = (9/5)T(K)

T(oF) = [T(oC)](9/5) + 32

T(oF) = [T(K) - 273.15](9/5) + 32

T(oC) = 5/9[T(oF) - 32]

19