## Evaluasi Efektivitas Perpindahan Panas Generator Air Cooler pada PT. X
Moch. Gilang Muharam 1,* , Alvera Apridalianti Melkias 1 , dan Indriyani 1
1 Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung, Bandung 40012
E-mail: moch.gilang.tken21@polban.ac.id *

## Abstract
The generator air cooler at PT. X functions as a heat exchanger in the process of cooling air in the generator. As an  air  cooler  for  the  generator,  the  generator  air  cooler  must  have  good  effectiveness.  Good  effectiveness  is considered from the heat transfer between the cooling water in the air cooler generator as the cooling medium and  the  air  being  circulated,  so  the  heat  absorption  is  expected  to  be  maximized.  Based  on  the  calculations conducted, the fin efficiency of the air cooler generator is 41.6%, the overall heat transfer coefficient (U) is 59.49 W/m²°C, the heat transfer rate on the fins is 312.2703 kW, the heat transfer rate on the tubes is 84.39696 kW, the number of transfer units (NTU) is 0.853, and the overall effectiveness of the air cooler generator system is 53.06%, showing a decrease of 33.94% from the maximum effectiveness of 87%.

## Keywords: Generator Air Cooler, fin efficiency, Number of Transfer Unit, Effectiveness

## Abstrak
Generator air cooler pada PT. X merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai media penukar kalor dalam proses pendinginan  udara  di  generator.  Sebagai  pendingin  udara  di  generator, generator  air  cooler harus  mempunyai efektivitas yang baik. Efektivitas yang baik ditinjau dari perpindahan panas antara air pendingin di generator air cooler sebagai  media  pendingin  udara  yang  dialirkan,  sehingga  penyerapan  panasnya  diharapkan    maksimum. Berdasarkan  hasil  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  didapatkan  nilai  efisiensi  sirip  pada generator  air  cooler sebesar 41.6%, koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) 59.49 W/m 2o C, laju perpindahan panas pada sirip sebesar 312.2703 kW, laju perpindahan panas pada tube sebesar 84.39696 kW, number of transfer unit (NTU) sebesar 0.853, serta efektivitas keseluruhan sistem generator air cooler sebesar 53.06% dengan penurunan 33.94% dari efektivitas maksimal sebesar 87%.
Kata Kunci:Generator Air Cooler, Efisiensi Sirip, Number of Transfer Unit, Efektivitas
1. Pendahuluan
Generator air cooler merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai media penukar kalor dalam proses pendinginan di generator. Generator air cooler pada PT. X menggunakan sirkulasi udara untuk dijadikan sebagai  media  pendinginnya.  Udara  yang  berada  di antara  rotor  dan  stator  pada  generator  akan  keluar secara  alamiah  akibat  adanya  perputaran  rotor  yang tinggi  dan  perbedaan  temperatur  sehingga  terjadi perpindahan panas antara udara panas yang mengalir melewati generator  air  cooler yang  menempel pada bagian stator. Udara tersebut akan didinginkan oleh penukar  kalor  tipe plate .   Udara  yang  telah didinginkan akan bersirkulasi kembali dengan masuk melalui  saluran  udara  bagian  atas  dan  bawah generator  untuk  mendorong  kembali  udara  panas yang  terjebak  dalam  ruang  antara  rotor  dan  stator dengan  bantuan blade-blade kecil  yang  berada  pada bagian atas dan bawah rotor dengan posisi arah yang saling berlawanan.
Generator  air  cooler merupakan  sebuah komponen dalam proses penurunan temperatur udara di  dalam  generator,  dan  salah  satu  penyebab  yang dapat mempengaruhi penurunan kinerja dari generator  air  cooler adalah  faktor live  time dimana setiap 5 tahun sekali generator air cooler pada PT. X dilakukan penggantian alat. Berdasarkan hal tersebut
sangat  perlu  dilakukan  perhitungan  efektivitas perpindahan panas generator air cooler pada PT. X. Generator Air Cooler
Generator  air  cooler merupakan  sebuah  alat yang memiliki fungsi untuk mendinginkan udara yang ada dalam rumah generator . Pendingin generator yang digunakan  di  PT.  X  dengan  menggunakan  sirkulasi udara. Udara yang berada didalam ruang antara rotor dan  stator  akan  didinginkan  oleh radiator (compact heat  exchanger)  yang  berjumlah  12  buah.  Media pendingin yang digunakan untuk mendinginkan udara merupakan air yang bersumber dari draft tube.

## Perpindahan Kalor
Perpindahan  kalor  adalah  transfer  energi  panas yang terjadi karena perbedaan suhu antara dua benda atau  material.  Panas  merupakan  bentuk  energi  yang dapat bergerak dari area bersuhu tinggi ke area bersuh lebih  rendah.  Persamaan  yang  mengaitkan  laju perpindahan  kalor  antara  dua  sistem  termodinamika sistem  tersebut  adalah  persamaan  dasar  dalam  ilmu perpindahan  kalor.  Terdapat  tiga  mekanisme perpindahan kalor: konduksi, konveksi, serta radiasi

## Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan  panas  secara  merambat  melalui atom-atom ataupun tumbukan antar molekul dari pada suatu  benda  pada  bagian  yang  dipanaskan  menuju bagian  yang  lebih  rendah  temperaturnya  disebut sebagai perpindahan panas secara konduksi [1]. persamaan  konduksi  hubungan  antara  laju perpindahan  panas  q  yang  berbanding  lurus  dengan konduktivitas panas k [2], luas perpindahan panas A serta rasio antara beda temperatur terhadap jarak A 𝑑𝑇 𝑑𝑋 Perpindahan Panas Konveksi
Transfer  panas  dari  aliran  fluida  ke  objek  yang dilaluinya merupakan transfer panas melalui konveksi. Proses ini terjadi dari atau ke pelat melalui aliran  fluida.  Konveksi  terbagi  menjadi  dua  jenis, yakni konveksi alami dan konveksi dipaksa.
Gambar 2. (a) Perpindahan panas konveksi paksa, (b) konveksi alami

## Jenis Penukar Kalor Aliran Silang (Cross-flow)
Jenis  penukar  kalor  ini  memiliki  karakteristik fluida  panas  dan  dingin  bergerak  dalam  arah melintang  atau  tegak  lurus  seperti  yang  ditunjukan pada  gambar  4  (Cross  Flow).  Penukar  kalor  aliran silang  fluida  tak  campur  disebut  juga  penukar  kalor bersirip dimana menghalangi gerakan fluida pada saat proses  perpindahan  panas  dan  gerakan  fluida  dalam satu arah gerak melintang menuju kearah aliran fluida lainnya. Sedangkan untuk aliran silang fluida campur adalah  kebalikan  dari  tak  campur  yakni  tidak memiliki sirip.
Gambar 3. Penukar kalor aliran silang fluida tak campur
Gambar 4. Penukar kalor aliran silang fluida campur

## Efisiensi Sirip
Efisiensi  sirip  pada  perancangan plate  fin-tubes heat exchanger menggunakan rumus sebagai berikut:
𝜂 𝑓𝑖𝑛 = tanh 𝑚𝐿 𝑚𝐿 (3)
Keterangan:
𝜂 𝑓𝑖𝑛 = efisiensi sirip ℎ ℎ =  koefisien  perpindahan  kalor  keseluruhan  di udara (W/m 2 ᵒC) 𝑚 = kedalaman aliran perpindajan panas (m 2 ) 𝑘 = konduktivitas kalor (W/m ᵒC) 𝐿 = panjang pipa (m) 𝑡 = tebal pipa (m)

## Koefisien Perpindahan Panas pada Pipa
Bilangan Reynold merupakan  bilangan  yang menentukan  koefisien  perpindahan  panas  pada  sisi pipa [3].
𝑅𝑒 𝑑 = 𝜌 𝑖𝑛 𝑎𝑖𝑟 𝑣𝑑 𝑖𝑛 ( 𝑛 𝑡𝑢𝑏𝑒 4 ) 𝜇 (4)
Keterangan: 𝜌 = Massa jenis fluida (Kg/m 3 ) 𝑑 𝑖𝑛 = Diameter pipa (m) 𝜇 = Viskositas dinamik (Kg/m.s) 𝑅 𝑒𝑑 = Bilangan Reynold
𝑁𝑢 𝑑 = 𝑅𝑒 𝑑 0,8 𝑃𝑟 1 3 ( 𝑑 𝐿 ) 0,055 (5)
Koefisien perpindahan kalor pada bagian pipa:
ℎ 𝑐 = 𝑁𝑢 𝑑 𝑘 𝑑 𝑖𝑛 (6)
Keterangan: ℎ 𝑐 = Koefisien perpindahan panas (W/m 2 ᵒC) 𝑁𝑢 𝑑 = Bilangan Nusselt 𝑘 = Konduktivitas kalor (W/mᵒC) 𝑑 𝑖𝑛 = Diameter pipa (m)

## Perpindahan Panas pada Sirip
Nilai Prandtl  number (Pr) dihasilkan  dari  data tabel  termodinamika,  Nilai  dari Stanton  number dipersamakan dalam:
𝑆𝑡 = 𝑁𝑢 𝑑 𝑅𝑒 𝑑 𝑃𝑟 (7)
Reynold number pada aliran bebas melalui permukaan plate yakni:
𝑅𝑒 𝐿 = 𝜌𝑣𝑙 𝑓𝑖𝑛 𝜇 (8)
Keterangan:
𝜌 = Densitas udara (kg/m 3 ) 𝑣 = Kecepatan udara (m/s) 𝑙 𝑓𝑖𝑛 = Panjang benda yang dilalui aliran (m) 𝜇 = Viskositas absolut udara (kg/m.s)
Aliran transisi dapat menggunakan persamaan:
𝑁𝑢 𝐿 = 𝑃𝑟 1 3 (0,037 𝑅𝑒 𝐿 0,8 − 0,871) (9)
Nilai  konveksi  yang  terjadi  pada  sistem  dapat menggunakan persamaan:
ℎ = 𝑆𝑡 𝐺 𝐶 𝑝
(10)
Keterangan: h = Koefisien perpindahan kalor (W/m 2 ᵒC) Cp = Panas jenis spesifik (kj/kg ᵒC) G = Mass velocity (kg/m 2 ᵒC) ṁ = Laju aliran massa (kg/s) St = Stanton number

## Koefisien  Perpindahan  Kalor  Menyeluruh  pada Sistem
Koefisien  perpindahan  panas  total  sistem  dapat dihitung berdasarkan luas permukaan luar atau dalam tabung,  tergantung  pada  suhu  fluida  dan  sirip.  Saat koefisien  transfer  panas  total  telah  ditentukan, pengaruh suhu lingkungan terhadap permukaan sirip dan  tabung  memungkinkan  untuk  menguraikan koefisien  konveksi  dan  konduksi  perpindahan  panas yang terjadi menjadi:
1 𝑈𝐴 = 1 𝜂 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ℎ 𝑎𝑖𝑟 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 + 𝑅 𝑓𝑐 𝜂 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 + 𝑙𝑛 𝑑 𝑜𝑢𝑡 𝑑 𝑖𝑛 2𝜋𝐾𝑙 𝑡𝑖𝑏𝑒 𝑛 𝑡𝑢𝑏𝑒 + 𝑅 𝑓𝑐 𝜂 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝐴 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 + 1 𝜂 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ℎ 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝐴 𝑠𝑖𝑟𝑖𝑝 (11) Keterangan:
𝑈 = Perpindahan panas menyeluruh (W/m 2 ᵒC) ℎ 𝑐 = Koefisien perpindahan kalor sisi tube (W/m 2 ᵒC) ℎ ℎ . = Koefisien perpindahan kalor sisi sirip (W/m 2 ᵒC) 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 = Luas penampang tube (m 2 ) 𝐴 𝑓𝑖𝑛 = Luas penampang sirip (m 2 ) 𝑙 = Panjang tube (m) 𝑅 𝑓 = Faktor pengotoran (m 2 . o C/W)

## Laju Perpindahan Panas Penukar Kalor
Laju perpindahan panas dapat memakai persamaan sebagai berikut: 𝑞 = ṁ ℎ 𝐶 ℎ (𝑇 2 − 𝑇 1 )
(12) Nilai C min dapat dicari dengan: ṁ ℎ . 𝐶 ℎ =   𝐶 𝑚𝑖𝑛 (13)
Keterangan: 𝑞 = Laju perpindahan panas (Watt) 𝐶 𝑚𝑖𝑛 = Kapasitas panas minimal (W/ᵒC) 𝑇 1 = Temperatur masuk (ᵒC) 𝑇 2 = Temperatur keluar (ᵒC)
Log Mean Temperature Difference ( ∆ T LMTD )
Dalam  membandingkan  dua  jenis  temperatur berbeda  dengan  dua  fluida  berbeda,  dapat  dicari perbedaan temperaturnya dengan rumus:
∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇 ℎ2 − 𝑇 𝑐2 ) − (𝑇 ℎ1 − 𝑇 𝑐1 ) ln  ( 𝑇 ℎ2 − 𝑇 𝑐2 𝑇 ℎ1 − 𝑇 𝑐1 ) (14)
Keterangan: 𝑇 ℎ1 = Temperatur udara panas ( ℃ ) 𝑇 𝑐1 = Temperatur air dingin ( ℃) 𝑇 ℎ2 = Temperatur udara dingin (℃) 𝑇 𝑐2 = Temperatur air panas (℃)

## Metode NTU-Efektivitas
Metode  efektivitas  ini  memiliki  sejumlah keunggulan  dalam  menganalisis  situasi  dimana perbandingan  antara  jenis  penukar  kalor  dilakukan untuk memilih yang paling optimal.
Nilai number  of  transfer  unit (NTU)  pada  kasus  ini dapat dicari dengan:
𝑁𝑇𝑈 = 𝑈. 𝐴 𝐶 𝑚𝑖𝑛 (15)
Keterangan:
𝑈 =  Koefisien  perpindahan  kalor  menyeluruh (W/m 2 ᵒC) 𝐴 =  Luasan  area  perpindahan  kalor  pada  penukar kalor (m 2 ) 𝐶 𝑚𝑖𝑛 = Kapasitas panas minimal (W/ᵒC)
Efektivitas yang lebih baik ketika fluida panas adalah fluida  dengan  suhu  minimum,  kecuali  jika  ada pertukaran  antara  laju  aliran  massa  dan  kapastitas kalor dari kedua fluida. Sebagai gantinya, efektivitas yang menunjukan pada fluida tak campur serta aliran silang ditulis:
∈= ( 1 𝐶 𝑚𝑖𝑛 /𝐶 𝑚𝑎𝑘𝑠 ) {1 − 𝑒𝑥𝑝[−(𝐶 𝑚𝑖𝑛 /𝐶 𝑚𝑎𝑘𝑠 )(1 − 𝑒 −𝑁𝑇𝑈 )]} (16)
C = ṁc didefinisikan sebagai tingkat kapasitas.
2. Metodologi
2.1 Skema Diagram Alir Penelitian
Gambar 5. Diagram alir penelitian

## 2.2 Alat dan Bahan Penelitian
1. Alat Penelitian
Generator  air  cooler tipe heat  exchanger  high  fin merupakan alat yang diteliti pada salah satu unit pada PT.  X  dengan  pengambilan  data  sampel  pada  saat generator  beroperasi  pada  beban  aktif  dengan menggunakan indikator dan alat ukur yang terpasang.
Gambar 6. Generator air cooler

## 2. Bahan Penelitian
Pengambilan data yang dilakukan menggunakan pengukuran  langsung  di generator  air  cooler untuk mendapatkan  temperatur  air  sebelum  dan  sesudah
mendinginkan,  kecepatan  udara  pada  saat  melewati generator air cooler serta turbin control panel (TCP) untuk  mendapatkan  data  temperatur  udara  sebelum dan sesudah didinginkan.
Gambar 7. Titik pengambilan data temperatur air dan udara
Adapun sampel data dari rata-rata pengambilan data selama 4 hari yakni:
• Temperatur air in (T in air ) = 29,55 o C • Temperatur air out (T out air ) = 31,75 o C
• Temperatur udara in (T in ud ) = 62,5 o C
• Temperatur udara out (T out ud ) = 33,87 o C
• Kecepatan udara ( v ud ) = 2,75 m/s
Sebagai  pendukung  data  spesifikasi  alat  sangat diperlukan maka, data spesifikasi generator air cooler sebagai berikut:
Tabel 1. Spesifikasi alat

## 2.3 Pengolahan Data
Pengolahan  data  dalam  penelitian  ini  dijabarkan sebagai berikut:
• Perhitungan efisiensi sirip:
• Perhitungan koefisien perpindahan panas
menyeluruh
• Perhitungan laju perpindahan panas;
• Log Mean Temperature Difference ( ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 )
• Perhitungan efektivtas-metode NTU (Number of
Transfer Unit)
3. Hasil dan Pembahasan
Hasil dari perhitungan yang telah dilakukan yakni:
• Efisiensi sirip 41.6%
• Koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh  59.49 W/m 2o C
• Laju perpindahan panas pada sirip 312.2703 kW
• Laju perpindahan panas pada tube 84.3969 kW
• Log  Mean  Temperature  Difference ( ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 )
11.237 o C
• Efektivitas generator air cooler 53.06%
Beberapa  parameter  yang  didapat  sangat berpengaruh  terhadap  nilai  efektivitas  sistem. Generator  air cooler pada  PT.  X  memiliki  nilai efektivitas  maksimal  sebesar  87%  yang  mana live time dari alat ini adalah 5 tahun. Generator air cooler pada  PT.  X  ini  memiliki  nilai  efektivitas  aktual sebesar  53.06%  setelah  pemakaian  selama  5  tahun dimana  terjadi  penurunan  nilai  efektivitas  sebesar 33.94%.  Salah  satu  penurunan  efektivitas  ini dipengaruhi oleh penurunan dari nilai kapasitas panas jenis  air  dan  udara . Penurunan  nilai  dari  parameter tersebut terjadi karena adanya kotoran pada tube atau adanya pengendapan (kerak) yang menyebabkan nilai dari koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) dan kapasitas  panas  jenis  air  (C air )  dan  udara  (C udara ) menurun.
Kerak akan meningkatkan ketahanan termal pada tube ,  sehingga  efektivitas  perpindahan  panas  akan menurun  karena  kerak  pada tube akan  menghambat proses perpindahan panas yang terjadi sehingga panas yang seharusnya diserap tube terhalang oleh kotoran- kotoran  tersebut,  hal  ini  menyebabkan  panas  tidak dapat diserap secara maksimal oleh sistem air cooler generator .  Seiring  dengan  berjalannya  waktu,  kerak akan  terus  terakumulasi  dan  sering  kali  disertai dengan korosi dan penyempitan lebih lanjut jika tidak dilakukan pembersihan secara berkala serta ketika hal itu  terjadi,  maka  proses  perpindahan  panas  akan menjadi  kurang  efisien  disertai  dengan  tidak maksimalnya  penyerapan  temperatur  pada  air  dan juga  tidak  maksimalnya  penurunan  temperatur  pada udara.  Penyempitan tube akibat  adanya  kerak  akan menyebabkan debit air berkurang sehingga suplai air pendingin berkurang hal tersebut akan menyebabkan turunnya  nilai  dari  efektivitas generator  air  cooler. Ditinjau  dari  penurunan  efektivitas generator  air cooler yang  mencapai  33.94%  menunjukan  bahwa setiap  tahunnya  efektivitas generator  air  cooler mengalami penurunan efektivitas sebesar 6.78%
Gambar 8. Grafik penurunan efektivitas generator air cooler
Penurunan  efektivitas  ini  dapat  diatasi  dengan cara  membersihkan tube dari  kotoran-kotoran  yang mengendap sehingga proses perpindahan panas dapat berjalan  dengan  normal  kembali.  Pembersihan  ini dapat dilakukan dengan metode CIP (clean in place) yang mana metode pembersihan ini dilakukan dengan cara menginjeksi cairan kimia berupa NaOH sebagai deterjen utama, Asam nitrat sebagai penghilang kerak dan stabilisasi pH, klorin dioksida sebagai disinfektan yang  dipompakan  ke  dalam  saluran  air  pendingin (tube)  tanpa  harus  memindahkan  dan  membongkar alat  sehingga  pembersihan  dapat  dilakukan  secara efektif.

## 3. Simpulan
Generator  air  cooler pada  PT.  X  setelah pemakaian 5 tahun memiliki nilai efektivitas sebesar 53.06% dengan penurunan efektivitas sebesar 33.94% dari  nilai  efektivitas  maksimal  sebesar  87%  hal  ini disebabkan  karena  adanya  kotoran  yang  mengendap pada tube-tube generator air cooler yang menyebabkan  terhambatnya  proses  perpindahan panas.

## Saran
Penulis menyarankan dalam membersihkan tube dengan cara injeksi cairan kimia atau clean in place (CIP) melalui tube utama untuk menghilangkan kerak dan kotoran yang menempel pada tube sehingga tidak diperlukan  pembongkaran  alat  yang  menyebabkan jangka waktu yang lebih lama.

## Daftar Pustaka
[1] A.Kahoul,  H.  M.  R.  Performance  Study  of Generator  AIr  Cooler  For  The  Hydro-Power Plant  at  Aswan  High  Dam. Hydro-Power Generation Company, Aswan Egypt. 2013, 9-13.
[2] Abdul  Rahman,  F.  Pengaruh  Konsentrasi Silikon  Oksida  (SiO2)  Dalam  Air  Terhadap Efektivitas  Generator  Air  Cooler  pada  Sistem PLTA. Prosiding  Seminar  Hasil  Penelitian (SNP2M), 2017, 1-2.
[3] Aprianto,  E.  Analisa  Unjuk  Kerja  Perpindahan Panas Air Cooler Generator Tipe Plate Finned- Tubes  Compact  Heat  Exchanger  pada  Unit  7 PLTA Cirata. Fakultas Teknik Unjani, 2014.
[4] Arisma,  S.  N.  Mengoperasikan  Sistem  Udara Tekan  (Udara  untuk  Control  dan  Services) PLTA  Besar  dan  Mengoperasikan  Sistem
Penunjang (Auxiliary) PLTA Besar,
Purwakarta:  PT  Pembangkit  Jawa-Bali  Unit
Pembangkit Cirata, 2014.
[5] Dewin  Purnama,  R.N.  Analisis    Perbandingan Laju  Perpindahan  Panas  Antara  Stainless  Steel dan  CuNi  pada  Air  Cooler  Generator  PLTA. Teknologika, 2022, 1-8.
[6] Holman,  J.  Heat  Transfer  Tenth  Edition,    New York: Mach Graw Hill. :2010. 521-586
[7] Makmur Saini, S.A. Uji Performa
Termoelektrik  pada  Generator  Air  Cooler.
Sinergi, 2021, 1-2.
[8] Sadik  Kakac,  H.  L.  Heat  Excanger    Selection, Rating  and  Thermal  Design.  Florida:  CRC PRESS. 2002