Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019

## PERENCANAAN PROTOTIPE MENARA PENDINGIN MINI UNTUK ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR

## YAFID EFFENDI & ANGGI ARDYANTA SAPUTRA
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Tangerang Jl. Perintis Kemerdekaan I/33 Cikokol-Tangerang
E-mail: yafid_effendi@yahoo.com

## Abstrak
Prototipe  Menara  Pendingin  Mini  salah  satu  alat  penukar  panas,  dimana  aliran  fluida  panas  (air)  akan dikontak langsung dengan fluida dingin (udara). Dengan menggunakan plat datar tipis sebagai media perpindahan panas yang bertujuan untuk memperluas permukaan perpindahan panas dimana fluida panas mengalir diatas plat dibantu dengan kipas untuk memperlambat laju aliran yang jatuh sehingga dengan memperlambat laju aliran maka energi panas yang hilang lebih besar. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui berapa besar laju aliran dan koefisien laju aliran perpindahan panas plat datar. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen dengan melakukan pengujian langsung pada prototype Mini Cooling Tower dengan menganalisa laju aliran dan koefisien laju aliran perpindahan panas.  Laju Aliran 0.5 liter/menit yang diukur dalam interval waktu 5 menit. Dari hasil penelitian ini didapat bahwa laju aliran  perpindahan panas plat datar q adalah 5,537 W/m 2 ºC dan koefisien laju aliran perpindahan panas plat datar h  adalah 8.859W/m 2 ºC.Laju perpindahan panas ini masih bisa ditingkatkan dengan memperluas dimensi permukaan plat ataupun dengan menggunakan kipas/fan blower sehingga temperatur yang keluar lebih rendah.
Kata kunci : Prototipe Menara Pendingin Mini, perpindahan panas, plat datar, air

## 1. Pendahuluan
Pada  umumnya  proses  pendinginan  dapat dilakukan  dengan  dua  cara  yaitu,  dengan menggunakan  fluida  udara  dan  fluida  air. Pemanfaatan  fluida  udara  langsung  sebagai media  pendingin  sering  digunakan  untuk pendinginan yang  berkapasitas kecil contohnya seperti  pada  sepeda  motor.  Sedangkan  untuk pendinginan  yang  berkapasitas  sedang  biasanya menggunakan  pendinginan  secara  bertingkat dimana mesin didinginkan oleh oli kemudian oli tersebut  didinginkan  dengan  air.  Air  itu  sendiri disirkulasikan  ulang  yang  terlebih  dahulu didinginkan di Prototipe Menara Pendingin Mini (Prototype Mini Cooling Tower).
Dalam  perencanaan  ini,  Prototipe  Menara Pendingin  Mini  yang  direncanakan  merupakan tipe  plat  datar  dimana  plat  tersusun  secara horizontal  dan  fluida  air  mengalir  diatas  plat tersebut, pola aliran seperti ini untuk memperlambat  laju  aliran  massa  fluida  panas
(air) sehingga luas kontak permukaan perpindahan  panas  antara  fluida  panas  dengan udara  dapat  diperbesar  dan  waktu  persentuhan fluida  panas  dengan  udara  dapat  diperbesar  dan waktu  persentuhan  fluida  panas  dengan  udara dapat  diperpanjang.  Dengan  memperbesar permukaan  sentuh  dan  memperpanjang  waktu persentuhan  antara  fluida  panas  dengan  udara dapat  memperbesar  laju  perpindahan  panas sehingga  pembuangan energi  panas  dari Prototipe Menara Pendingin Mini ke udara dapat ditingkatkan.
Kemudian  untuk  mengetahui  laju  aliran  dan koefisien  laju  aliran  perpindahan  panas  pada perencanaan  Prototipe  Menara  Pendingin  Mini ini  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan metode ekperimen dengan melakukan pengujian langsung  pada prototype  Mini  Cooling  Tower dengan menganalisa laju aliran massa udara, laju aliran  massa  air  yang  digunakan  untuk menganalisa  perpindahan  panas  yang  terjadi pada suatu alat penukar panas.
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019

## 2. Metode Penelitian
Penelitian ini  menggunakan  metode  eksperimen dengan  melakukan  pengujian  langsung  pada prototype  Mini  Cooling  Tower. Alat  ini merupakan alat yang dirancang dan disimulasikan  untuk  mengetahui  laju  aliran  dan koefisien perpindahan panas pada plat datar.
fan Udara keluar Plat Datar Udara masuk Udara masuk Water Heater Pompa Air panas Air dingin Gambar  1 .  Diagram  Skematik Mini  Cooling Tower
Penelitian ini  menggunakan  metode  eksperimen dengan  melakukan  pengujian  langsung  pada prototype  Mini  Cooling  Tower. Alat  ini merupakan alat yang dirancang dan disimulasikan  untuk  mengetahui  laju  aliran  dan koefisien perpindahan panas pada plat datar.
Berikut ini metode penelitiannya;
1. Menghidupkan  mesin/sistem Mini  Cooling Tower secara keseluruhan.
2. Masukan air kedalam bak penampung bawah.
3. Mejalankan  pompa  air,  kemudian  mengatur aliran air pada kran.
4. Menunggu air yang dipanaskan temperaturnya direservoir selama 10 menit
5. Membuka dan mengatur kran air pada saluran air  yang  temperaturnya  telah  dipanaskan direservoir.
6. Melakukan  pendataan  terhadap  perubahan temperatur suhu pada menit ke 5,10,...25.
Mulai -Persiapan Kelengkapan - Instalasi Alat Ukur Operasi Mesin Kesimpulan Perhitungan Selesai ya tidak
Gambar 2 . Prosedur Pengambilan Data

## Bahan Yang Digunakan
Komponen-komponen dari Menara Pendingin
1. Kerangka cooling tower
Kerangka  pendukung cooling  tower berfungsi untuk  mendukung cooling  tower agar dapat berdiri kokoh dan tegak. Kerangka pendukung cooling  tower dapat  dilihat  pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3. Kerangka pendukung

## cooling tower
2. Bak penampung bawah Bak penampung bagian bawah berfungsi untuk menampung air yang sudah diturunkan temperaturnya  dan  air  tersebut  dipompakan kembali  ke  atas  bak  ke  penampungan  atas.
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019
Bak  penampungan  bawah  dapat  dilihat  pada Gambar 4 berikut ini.

## Gambar 4 Bak penampungan bawah
3. Plat datar Pada  bagian  ini  air  dialirkan  diatas  plat secara external  flow sehingga  terjadi  perpi ndahan  panas  konveksi  akibat  kontak langsung  dengan  aliran    udara.  Pada perencanaan  menara pendingin  ini terdapat 5 plat datar yang tersusun secara horizontal, yang bertujuan untuk memperluas permukaan perpindahan panas antara fluida panas  dengan  udara  sehingga  waktu persentuhan  fluida  panas  dengan  udara dapat diperpanjang. Plat datar dapat dilihat pada Gambar 5 berikut ini.

## Gambar 5. Plat datar
4. Tong/ember plastik Tong/ember  plastik  berfungsi  sebagai rumah/ cassing  cooling  tower .  Tong/ember plastik dapat dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
Gambar 6. Tong/ember plastik
Kipas /fan yaitu merupakan bagian yang terpenting  dari  sebuah  manara  pendingin karena berfungsi untuk manarik/mendorong udara  dingin  dan  mensirkulasikan  udara tersebut di dalam menara untuk mendinginkan  air.  Kipas/ fan dapat  dilihat pada Gambar 7  berikut ini.
Gambar 7 Kipas/ fan
6. Pompa air akuarium Pompa  akuarium  yaitu  berfungsi  untuk memompa air dari bak penampungan bawah menuju  mesin  tabung  pemanas  kemudian jatuh di permukaan filler /plat datar alumunium kemudian disirkulasikan kembali.  Pompa  akuarium  dapat  dilihat pada Gambar 8 berikut ini.

## Gambar 8 Pompa air akuarium
7. Selang air Selang  air  yaitu  berfungsi  untuk mengalirkan  jalannya  air  yang  diberi tekanan  dari  pompa  pada  mesin cooling tower ini.  Selang  air  dapat  dilihat  pada Gambar 9 berikut ini.
Gambar 9 Selang air
8. Shock/Elbow/Knee/L
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019
Shock/Elbow/Knee/L alat  ini  berfungsi untuk  menyambung  selang  air  dengan selang air yang lain atau dengan aksesori di tempat  yang  membutuhkan  sambungan lurus  atau  sambungan  belokan.  Gambar Shock/Elbow/Knee//L dapat  dilihat  pada Gambar 10 berikut.
Gambar 10 Shock/Elbow/Knee/L
9. Sprinker/Nozel Fungsi  dari sprinker/nozel ini  adalah untuk  menyemprotkan air  menjadi butiran- butiran kecil dengan tujuan untuk memperlebar  luas bidang  kontak  antara  air dan  udara  serta  agar  air  dapat  terdistribusi secara  merata  keseluruhan  ruang  didalam menara. Sprinker/Nozel dapat  dilihat  pada Gambar 11 berikut ini.
Gambar 11 Sprinker/Nozel
10. Nepel Kran air
Kran air yaitu alat yang dipakai untuk  mengeluarkan  air  dari  selang atau  sistem  instalasi  air.  Meskipun hanya  kecil  saja  tapi  ini  berfungsi untuk  mengatur  jalan  keluarnya  air. Nepel  kran  air  dapat  dilihat  pada Gambar 12  berikut ini.
Gambar 12 Nepel kran air
11. Kabel dasi/ cable tie Kabel  dasi/ cable  tie yaitu  berfungsi untuk mengencangkan ikatan sekitar bundel kabel dan  kawat. Gambar kabel dasi/ cable tie ini dapat dilihat pada Gambar 13 berikut ini.
Gambar 13. Kabel dasi/ cable tie
12. Bak penampung atas
Bak  penampungan  atas  merupakan tempat  penampungan  air  yang  dipanaskan dengan heater sehingga mencapai temperatur  T 2 sebelum  dialirkan  ke  plat datar.  Pada  bak  penampungan  atas  juga terdapat  bagian-bagian  yang  terdiri  dari saluran  pipa  air  masuk  dan  pintu  air  yang merupakan  tempat  keluarnya  air  dari  bak yang selanjutnya dialirkan diatas plat. Pintu air ditempatkan pada bagian bawah bak, hal ini  bertujuan  untuk  mempercepat  air mengalir.  Gambar  bak  penampungan  atas dapat dilihat pada Gambar 14  berikut ini.
Gambar 14. Bak penampung atas
13. Kerangka bak benampung atas
Kerangka  bak  penampung  atas  ini berfungsi untuk mendukung tabung pemanas agar  dapat  berdiri  kokoh  dan tegak,  kerangka  bak  penampungn  atas  ini seperti  menara  yang  tinginya  lebih  dari lebarnya.  Kerangka  tabung  pemanas  dapat dilihat pada Gambar 15 berikut ini.
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019
Gambar. 15 Kerangka bak penampung
atas

## Alat Yang Digunakan
1. Thermometer digital Thermometer  digital adalah  sebuah  alat untuk menyatakan suhu derajat panas dingin suatu benda yang digunakan untuk mengukur  suhu.  Dalam  pengujian  ini, thermometer digunakan  untuk  mengukur
suhu air masuk dan air keluar pada menara pendingin (cooling tower) tersebut. Thermometer dapat dilihat pada Gambar 16 berikut ini.
Gambar 16. Thermometer Digital
2. Stopwatch Stopwatch merupakan  sebuah  arloji genggam  yang  dirancang  untuk  mengukur jumlah waktu yang telah berlalu dari waktu tertentu ketika di aktifkan sampai stopwatch tersebut  di non aktifkan.  Dalam  pengujian ini stopwatch digunakan untuk menghitung waktu pada saat pengujian. Stopwatch dapat dilihat pada Gambar 17 berikut ini.
Gambar 17. Stopwatch
3. Jangka Sorong
Jangka sorong adalah alat yang digunakan  untuk  melakukan  pengukuran terhadap  suatu  objek  secara  rinci.  Jangka sorong  dipakai  untuk  pengukuran  panjang, lebar,  tinggi,  dan  kedalaman.  Dalam penelitian  ini  jangka  sorong  digunakan untuk mengukur bagian-bagian yang dibutuhkan  untuk  membuat  konstruksi menara  pendingin (cooling  tower) yang akan  dibuat.  Jangka  sorong  dapat  dilihat pada Gambar 18 berikut ini.

## Gambar 18 . Jangka sorong

## 4. Meteran
Meteran  juga  dikenal  sebagai  pita  ukur atau  tape  atau  bisa  disebut  juga  roll  meter ialah alat ukur panjang yang bisa digulung. Gambar meteran dapat dilihat pada Gambar 3.19 berikut ini.
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019

## 5. Anemometer digital
Anemometer adalah  sebuah  perangkat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin,  dan  merupakan  salah  satu  yang banyak  dipakai  dalam  bidang  metorologi dan  geofisika  atau  stasiun  perkiraan  cuaca. Dalam pengujian ini, anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan angin yang dihasilkan oleh kipas/ fan pada cooling tower tersebut. Anemometer dapat  dilihat pada Gambar 20 berikut ini
Gambar 20. Anemometer digital
6. Tabung/gelas ukur air
Tabung/gelas  ukur  air  adalah  alat  yang dipakai  untuk  mengukur  volume  segala benda  (air).  Tabung/gelas  ukur  air  dapat dilihat pada Gambar 21 berikut ini.
Gambar 21 Tabung/gelas alat ukur air
7. Kunci L Kunci  L  yaitu  alat  yang  berfungsi  untuk mengencangkan  atau  membuka  baut  dari komponen  mesin cooling tower  yang kepalanya menjorok ke dalam, karena itulah penampang  kunci  ini  berbentuk  segienam atau hexagonal dan bintang. Kunci L dapat dilihat pada Gambar 22 berikut ini.
Gambar 22. Kunci L
8. Kunci pas
Kunci  pas  dan  kunci  ring  digunakan untuk  mengencangkan  atau  membuka  baut atau  mur  yang  berbentuk  segi  enam
(hexagonal) dari  komponen  mesin cooling tower. Kunci pas dapat dilihat pada Gambar 23 berikut ini.
Gambar 23. Kunci pas
9. Tang Kombinasi
Tang  kombinasi  yaitu alat yang berfungsi  untuk  menjepit  kawat  atau  kabel pada proses perakitan mesin cooling tower . Tang Kombinasi dapat dilihat pada Gambar 24 berikut ini.
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019

## 10. Tang Pemotong
Tang  pemotong  yaitu  alat  yang berfungsi  untuk  memotong  kawat  dan  kabel pada  proses  perakitan  mesin  cooling  tower. Tang pemotong dapat dilihat pada Gambar 25 berikut ini.

## Gambar 25 Tang pemotong
11. Tang Rivet
Tang  rivet  yaitu  terdapat  dua  tipe  yaitu tipe  biasa  dan  fleksibel,  kedua  fungsinya sama  yaitu  untuk  memasang  paku  keling. Tang  rivet  dapat  dilihat  pada  Gambar  26 berikut ini.

## Gambar 26 Tang rivet
12. Mesin bor tangan
Mesin  bor  tangan    suatu  jenis  mesin geraknya memutar alat pemotong  yang  arah pemakanan  mata  bor  hanya  pada  sumbu mesin  tersebut  (pengerjaan  pelubangan). Fungsi  mesin  bor  tangan  ini  membuat pengerjaan  lubang  di  perencanaan  mesin menara  pendingin.  Mesin  bor  tangan  dapat dilihat pada Gambar 27  berikut ini.
Gambar 27. Mesin bor tangan

## 13. Jangka
Jangka adalah alat yang digunakan untuk menggambar lingkaran atau busur. Alat ini juga  dapat  digunakandalam  matematika, gambar  teknis,  navigasi  dan  lain-lain. Jangka  dapat  dilihat  pada  Gambar  28 berikut ini.
Gambar 28. Jangka

## 3. Hasil dan Pembahasan
Dari  pengujian  yang  telah  dilakukan  terhadap mesin menara pendingin (cooling tower) tersebut maka diketahui:
Tabel. 1 Data Penelitian 1. Media Pendingin : Air sumur 2. Dimensi P x L x T  : 0,8 m x 0,3 m x 0,3 m 3. Diameter tabung : 0,3 m 4. Waktu pengujian : 5 menit 5. Temperatur air normal : 29 ° C 6. Diameter selang in : 6,5 x 10 mm 7. Diameter selang out : 6,5 x 10 mm 8. Debit air : 8,333 m 3 /s 9. Kapasitas bak penampung atas: 0,5 liter 10. Kapasitas bak penampung bawah: 10 liter 11. Motor kipas/fan : 48 watt 12. Pompa air : 1 fase Kecepatan Udara (m/s) Udara (ºC) Air (ºC) Waktu Aliran Air Out In L/m v 1 v 2 Th,i  Th,o  Tc,i Tc,o 0,5 1,7 0,6   28 25 32 30,7 5 menit 0,5 1,7 0,6 28 25,5 31,8  29,7 5 menit 0,5 1,7 0,6   28 26 31,5  29,5 5 menit 0,5 1,7 0,6 28 25,5 31,5  29,5 5 menit 0,5 1,7 0,6 28 25 31,5  29 5 menit
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019

## Perhitungan Data Hasil Hasil Pengujian
Untuk contoh perhitungan diambil dari data hasil pengujian  pada  laju  aliran  volume  sebesar  0,5 liter/menit  dengan  mengambil  nilai  rata-rata untuk masing-masing temperatur pengujian
Th,i = 28°C v = 1,7 – 0,6 = 1,1 m/s Th,o = 25°C L = 0,8 m Tc,i = 31,5°C D = 0,3 m Tc,o = 29°C V = 0,5 liter/menit = 8,333 m 3 /s
dengan:
Th,i = Temperatur udara masuk Th,o = Temperatur udara dihasilkan Tc,i = Temperatu air masuk Tc,o = temperatur air keluar L =  Panjang  Prototipe  Menara  Pendingin Mini D = Diameter Prototipe Menara Pendingin
Mini
V = laju aliran volume air v = Kecepatan udara
Perhitungan laju aliran massa udara (mh)
(mh) = ρ . A . v
Penghitung temperatur rata-rata (Th)
2 , , o Th i Th Th   2 25 28 C C Th     C Th   5 , 26
Penghitung massa jenis udara
T(26,5) = ρ = 1,178 kg/m 3
Dari tabel A-15 Properties of air 1 atm pressure (Cengel, 2002)
Perhitunagan laju aliran massa air (mc)
(mc) = ρ.V
A. Penghitung temperatur rata-rata (Tc)
2 , , o Tc i Tc Th   2 29 5 , 31 C C Th    
Th = 30,25°C B. Penghitung massa jenis air (ρ) Tc = 30,25 maka ρ= 995,9 kg/m 3
Dari  tabel  A-9 Propertiesof  saturated  water (Cengel, 2002)
Jadi  laju  aliran  massa  air  dapat  (untuk V=0,5 liter/menit = 8,333 m 3 /s) sebagai berikut :
mc = ρ . V mc = 995,9 kg/m 3 . 8,333 m/s mc = 8298,83 kg/s
Perhitungan  Hasil  Pengukuran  Perpindahan Panas Plat Datar
Bilangan reynold Diketahui : v = 1,7 - 0,6 = 1,1 m/s D = 0,3 m ρ = 1,178 kg/m 3 µ = 0,000018
  D v .. . Re  000018 , 0 3 , 0 1 , 1 178 , 1 Re x x 
Re = 21.596
Re < dari 3600 maka bilangan laminar

## Bilangan Nusselt
Re = 21.596 D = 0,3 m ρ udara = 1,174 kg/m 3 k udara = 0,000018 kg/m.s
  3 / 2 Pr) . Re ). / ( 04 , 0 1 Pr . Re ). / ( 0668 , 0 66 , 3 L
D L D Nu      3 / 2 )) 72918 , 0 ( ) 596 . 21 ( ) 75 , 0 ( 04 , 0 1 ) 72918 , 0 ( ) 596 . 21 ( ) 75 , 0 ( 0668 , 0 66 , 3 x x x x Nu   
Nu= 103,86 Ditanyakan:
Motor Bakar: Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, Vol. 3, No. 1, Januari – Juni, 2019
udara k D h Nu .  D k Nu h udara .  3 , 0 ) 02559 , 0 ( ) 86 . 103 ( x h 
h= 8,859 W/m 2 °C
Jadi koefisien perpindahan panasnya sebesar: h = 8,859 W/m 2 °C
Laju Perpindahan Panas Pada Plat Datar h = 8,859 W/m 2 °C A = 0,25 m 2 ΔT = 31,5°C - 29°C = 2.5°C Maka: q = h . A . ΔT q = 8,859 W/m 2 °C x 0,25 m 2 x 2.5°C q = 5,537 W/m 2 °C
Jadi laju perpindahan panasnya sebesar q = 5,537 W/m 2 °C

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  analisa  dan  perhitungan  terhadap perencanaan  Prototipe  Menara  Pendingin  Mini (cooling  tower) tipe  plat  datar,  maka  dapat disimpulkan bahwa:
1. Laju  aliran  perpindahan  panas  pada perencanaan  Prototipe  Menara  Pendingin Mini (Prototype  Mini  cooling  tower) tipe plat datar adalah q sebesar 5,537 W/m 2 °C
2. Koefisien  laju  aliran  perpindahan  panas pada perencanaan Prototipe Menara
Pendingin  Mini (Prototype  Mini  cooling tower) tipe plat datar adalah h sebesar 8,859 W/m 2 °C

## Daftar Pustaka
Cengel,  Yunus.  A (2002). Heat  Transfer  A Practical Approach. New York : Mc.Graw- Hill Companies Inc Frank  Kreith,  Arko  Prtijono  M.Sc.  (1997). Prinsip-Prinsip
Perpindahan
Panas.
Jakarta:Erlangga. Frank  M.  White.(1996). Mekanika  Fluida  Edisi Kedua Jilid 1. Jakarta:Erlangga
Frank  P.  Incopera.  (2007). Foundamentals  of Heat  and  Mass  Transfer. United  Stated  of Amerika J.P.  Holman,  Ir.  Jasifi.  (1997). Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga
Mark W. Zemansky, Ph.D, Richard H. Dittman, Ph.D.  (1997). Heat  and  Thermodynamics. Ney York : Mc. Graw-Hill Companies Inc M.M. El-Wakil. (1984). Powerplant Technology Seonadi 1,a ,  A.C  Arya 2,b ,  Zainulsjah 3,c ,  Erens 4d . (2015). Pengaruh Debit Aliran Air Terhadap  Proses  Pendinginan  Pada  Mini Chiller. Banjarmasin  : Proceeding Seminar Nasional  Tahunan  Teknik  Mesin  XIV (SNTTM XIV)