## SIMULASI ALIRAN FLUIDA PENDINGIN PADA UPPER HOSE RADIATOR MODIFIKASI
Muhammad Hasan Albana, Bella Rukmana
Politeknik Negeri Batam Jurusan Teknik Mesin
Jln. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: hasan@polibatam.ac.id bella@polibatam.ac.id
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui fenomena aliran fluida pendingin pada upper hose radiator modifikasi. Penampang upper hose radiator yang berbentuk bulat sebagiannya diganti dengan bentuk persegi untuk keperluan penyerapan  panas thermoelectric  generator. Penelitian  dilakukan  secara  simulasi  dengan  mempergunakan perangkat lunak  SolidWork 2013. Jenis fluida  yang dipilih untuk  simulasi adalah air dengan  kecepatan aliran 0,625 m/detik. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa penggunaan upper hose radiator modifikasi menyebabkan distribusi tekanan fluida dari daerah hulu ( upstream ) ke daerah hilir ( downstream ) lebih rendah 1 kPa apabila dibandingkan ketika menggunakan upper hose radiator standar atau tanpa modifikasi. Penggunaan upper hose radiator  modifikasi  juga  menghasilkan vortex (pusaran)  dan  menyebabkan  aliran  fluida  pada  daerah  tertentu menjadi stagnan (diam). Hal ini tidak dialami oleh upper hose radiator standar (tanpa modifikasi).
Kata Kunci: aliran fluida, upper hose radiator, simulasi

## Abstract
This study aims to determine the phenomenon of coolant fluid flow in upper hose the modification radiator. The section of the upper hose radiator in the form of a round is partially replaced with a square shape for the purpose of heat absorption of thermoelectric generator. The study was conducted simulated using SolidWork 2013 software. The type of fluid chosen for the simulation is water with a flow rate of 0.625 m / sec. The results showed that the use of upper hose modification radiator causes the fluid pressure distribution from upstream to downstream area to be lower than 1 kPa when using a standard or non-modified upper hose radiator. The use of a modified upper hose radiator also produces vortex and causes fluid flow in certain areas to be stagnant. This is not experienced by a standard upper hose radiator.

## Keywords:  fluid flow, upper hose radiator, simulation

## 1. Pendahuluan
Upper  hose  radiator merupakan  komponen  penting pada  sistem  pendingin  mesin  pembakaran  dalam ( internal  combustion  engine )  seperti  mesin  diesel ( diesel  engine )  dan  mesin  bensin  ( gasoline  engine ). Komponen ini berfungsi sebagai penyalur air radiator ( cooling  water )  dari  mesin  menuju  radiator. Upper hose radiator  menyalurkan  air  pendingin  dengan temperatur yang tinggi dari mesin menuju radiator dan selanjutnya didinginkan pada radiator. Setelah cooling water didinginkan oleh radiator maka cooling water tersebut  dialirkan  kembali  ke  mesin  melalui lower hose  radiator . Cooling wat er  akan bersirkulasi pada water  jacket mesin  untuk  menyerap  panas  yang dihasilkan oleh proses pembakaran bahan bakar dan udara  pada  ruang  bakar  mesin  sehingga  temperatur cooling  water akan  menjadi  tinggi. Cooling  water dengan temperatur tinggi terse-but dialirkan kembali
ke  radiator  untuk  didinginkan  melalui upper  hose radiator.  Proses  ini  akan  berlangsung  terus  menerus selama mesin hidup.
Sistem  pendingin  pada  mesin  berfungsi  untuk mencegah  mesin  mengalami  kelebihan  panas  ( over heat )  dan  lebih  lanjutnya  akan  menyebabkan kerusakan mesin. Apabila dilihat dari sisi lain, sistem pendingin  ternyata  berkontribusi  negatif  dalam mengurangi  efisiensi  mesin  dalam  menghasilkan tenaga.  Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Conklin  dan Szybist  [1]  menemukan  bahwa  hanya  10,4%  energi dari bahan bakar yang diubah menjadi tenaga, 27,7% energi  dari  bahan  bakar  terbuang  melalui  saluran buang ( exaust manifold ) dan 61,9% terbuang karena faktor lain seperti gesekan dan cooling water . He et al [2]  menemukan  bahwa  hanya  1/3  energi  dari  bahan bakar yang diubah menjadi tenaga efektif sementara sisanya terbuang melalui saluran gas buang dan water
Vol. 10 No. 1, April 2018, 28-31
e -ISSN: 2548-9828
jacket. Champier [3] menyatakan bahwa 30% energi dari bahan bakar pada mesin bensin ( gasoline engine ) diserap oleh cooling water sedangkan yang digunakan untuk menghasilkan tenaga hanya 25%.
Salah  satu  cara  untuk  meningkatkan  efisiensi penggunaan  bahan  bakar  pada  mesin  pembakaran dalam adalah dengan memanfaatkan panas air radiator dan  mengubahnya  menjadi  energi  listrik  dengan menggunakan thermoelectric  generator (TEG). Dari segi  lokasi, upper  hose  radiator adalah  komponen yang paling strategis untuk ditempatkan TEG karena memiliki  beberapa  keuntungan  seperti  panas  yang diterima  lebih  tinggi  dan  juga  menerima  hembusan angin  dari  kipas  radiator.  Sebagaimana  diketahui energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh  TEG  akan  lebih tinggi jika perbedaan temperatur pada sisi panas dan sisi  dingin  semi-konduktor  yang  digunakan  untuk TEG juga tinggi.
Untuk  bisa  menempatkan  TEG  pada upper  hose radiator maka diperlukan modifikasi pada upper hose radia-tor  tersebut.  Modifikasi  dilakukan  dengan memotong upper  hose  radiator dan  menempatkan heat collector TEG sebagaimana terlihat pada Gambar 1.

## Gambar 1: Modifikasi upper hose radiator
Gambar 2. Dimensi Heat Collector TEG
Sebagaimana  terlihat  pada  Gambar  1,  penampang
upper hose radiator yang berbentuk bulat sebagiannya digantikan  dengan heat  collector yang  memiliki penampang  berbentuk  persegi  yang  terbuat  dari aluminium untuk mengoptimalkan penyerapan panas. Penampang heat collector yang berbentuk persegi ini berfungsi  untuk  menempatkan  semikonduktor  TEG yang berfungsi untuk mengubah panas cooling water menjadi energi listrik secara  langsung. Dimensi dari heat  collector  TEG  diperlihatkan  pada  Gambar  2. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui fenomena aliran cooling  water pada upper  hose radiator modifikasi.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  secara  simulasi  dengan menggunakan perangkat lunak SolidWork 2013. Jenis material  yang  dipilih  untuk heat  collector adalah aluminium  dan  jenis  material  untuk  selang  radiator ( upper  hose )  adalah  EPDM  ( Ethylene  Propylene Diolefin Monomer ) yang merupakan salah satu jenis karet  ( rubber )  dimana  material  EPDM  inilah  yang banyak  digunakan  sebagai  material  selang  radiator mobil.  Bentuk upper  hose radiator  modifikasi  dan upper  hose radiator  tanpa  modifikasi  (standar) diperlihatkan  pada  Gambar  3.  Kecepatan cooling water pada  penelitian ini diatur pada  0,625 m/detik, jenis fluida yang dipilih untuk simulasi adalah air.
Gambar 3: Konstruksi upper hose radiator yang akan disimulasikan, (a) standar (b) modifikasi

## 3. Hasil dan Pembahasan
Modifikasi upper hose radiator ternyata menyebabkan karakteristik aliran fluida pendingin pada upper hose radiator tersebut  mengalami perubahan sebagaimana terlihat  pada  Gambar  4  dan  Gambar  5.  Gambar  4 memperlihatkan aliran fluida pada upper hose radiator tanpa  modifikasi  (standar)  dan  Gambar  5 memperlihatkan upper hose radiator modifikasi. Pada Gambar 4 terlihat bahwasanya kecepatan aliran fluida pendingin pada upper hose radiator standar cenderung sama yaitu pada kecepatan aliran 0,582 hingga 0,640 m/detik  kecuali  pada  tempat-tempat  tertentu  seperti pada  lokasi hose radiator  yang  melengkung.  Hal  ini disebabkan karena aliran fluida pendingin mendapatkan pengaruh dari permukaan hose radiator yang  melengkung  tersebut  sehingga  kecepatannya
(a) (b)
melambat.
Gambar  5  memperlihatkan  bahwa  kecepatan  aliran fluida ketika melewati heat collector TEG cenderung mengalami  perlambatan  disebabkan  konstruksi  dari upper hose radiator yang mengalami modifikasi. Dari Gambar 5 juga terlihat terdapat pada bagian tertentu pada upper hose radiator modifikasi, kecepatan aliran fluida  pendingin  mengalami  perlambatan  ekstrim hingga  mencapai  0  m/detik  dengan  kata  lain  fluida pendingin  pada  daerah  tersebut  diam  atau  tidak mengalir. Hal  ini terlihat dari aliran fluida  berwarna biru sebagaimana terlihat pada Gambar 5.

## Gambar 4. Kecepatan Aliran Fluida pada Upper Hose Radiator Standar
Gambar  5  juga  memperlihatkan  banyaknya vortex (pusaran)  yang  terjadi  pada upper  hose radiator modifikasi terkhusus pada bagian heat collector TEG. Gambar  6  dan  Gambar  7  memperlihatkan  distribusi tekanan  fluida  pada upper hose radiator standar dan upper  hose radiator  modifikasi.  Tekanan  fluida cenderung semakin berkurang seiring dengan semakin jauhnya fluida dari sumber tekanan yaitu water pump yang ada pada mesin. Dari Gambar 6 terlihat bahwa besar  tekanan  fluida  pendingin  pada  daerah  hulu ( upstream ) upper  hose radiator  standar  sekitar  102 kPa  dan  besar  tekanan  fluida  pada  derah  hilir ( downstream )  sekitar  101  kPa.  Penurunan  tekanan yang  dialami  oleh  fluida  pendingin  dari upstream hingga downstream sekitar 1 kPa.

## Gambar 5. Kecepatan Aliran Fluida pada Upper Hose
Radiator Modifikasi
Gambar  7  memperlihatkan  distribusi  tekanan  fluida pendingin  pada upper  hose radiator  modifikasi dimana  tekanan  fluida  pada  daerah  hulu  ( upstream ) adalah 102 kPa  sedangkan tekanan  fluida  pendingin pada daerah hilir ( downstream ) adalah 100 kPa. Hal ini  berarti  tekanan  fluida  pendingin  ketika menggunakan upper  hose radiator  modifikasi mengalami  menurunan  sekitar  2  kPa  dari  bagian upstream ke bagian downstream. Penurunan tekanan fluida  pendingin  ketika  menggunakan upper  hose radiator modifikasi ternyata lebih besar dibandingkan ketika  menggunakan upper  hose radiator  standar (tanpa  modifikasi).  Penurunan  tekanan  pada upper hose radiator  modifikasi  mulai  terjadi  pada  bagian heat collector TEG. Pada bagian tersebut juga terlihat adanya  aliran  balik  fluida  ( reverse  flow )  disebabkan karena konstruksi heat collector TEG tersebut.
Gambar 6. Distribusi Tekanan Fluida pada Upper Hose Radiator Standar
Gambar 7. Distribusi Tekanan Fluida pada Upper Hose Radiator Modifikasi

## 4. Kesimpulan
Penggunaan upper  hose radiator  modifikasi  pada penelitian ini menyebabkan distribusi tekanan fluida pendingin dari daerah hulu ( upstream ) ke daerah hilir ( downstream ) lebih rendah 1 kPa dibandingkan ketika menggunakan upper hose standar (tanpa modifikasi). Penggunaan upper  hose radiator  modifikasi  juga menyebabkan  fluida  pendingin  mengalami vortex (pusaran)  dan  pada  daerah  tertentu  terdapat  fluida pendingin  yang  tidak  mengalir  atau  kecepatan alirannya 0 m/detik.

## References
[1] Conklin JC and Szybist JP, “A highly efficient six stroke  internal  combustion  engine  cycle  with water  injection  for  in-cylinder  exhaust  heat recovery”, Automatica , Energy ( 35 ),  pp.1658,
2010.
[2] He  MG,  Zhang  Xinxin,  Zeng  K,  Gao  KA, “Combined thermodynamic cycle used for waste heat  recovery  of  internal  combustion  engine”, Energy (36) , pp. 6821, 2011.
[3] Daniel Champier, “Thermoelectric generators: A review of applications”, Energy Conversion and Management (36) , pp. 167, 2017.