MODIFIKASI SISTEM PENDINGIN MESIN DIESEL MERK DONGFENG MENGGUNAKAN HEAT EXCHANGER UNTUK KAPAL MOTOR NELAYAN
M. Jufri Nizam 1 , Syahrizal 2
1,2 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bengkalis Jln. Bathin Alam Sungai Alam Bengkalis Riau
Email:syahrizal@polbeng.ac.id 2

## Abstrak
Modifikasi sistem pendingin mesin diesel merk dongfeng menggunakan heat exchanger untuk kapal motor nelayan bertujuan untuk menjaga temperatur air pendingin  pada  range  60  C-90  C serta  menggantikan  metode  sistem  pendingin  terbuka  yang  dinilai  kurang  efesien  dan  banyak  menimbulkan  dampak negatif  bagi  mesin  seperti  korosi  dan  temperatur  air  pendingin  pada  water  jacket  dibawah  standar  yang  ditentukan.  Modifikasi yang  penulis  lakukan dirancang  menggunakan  heat  exchanger  sebagai  alat  penukar kalor  air  tawar  ke  air  laut.  Berdasarkan  hasil  pengujian  terhadap  alat  yang  dirancang didapatkan hasil nilai kalor yang dilepas oleh sistem berbanding lurus terhadap putaran mesin serta didapatkan efesiensi sistem yang tertinggi pada putaran 1900 Rpm sebesar 37% .
Kata Kunci: Heat exchanger, Tube, Water jacket, Overal heat transfer.

## Abstract
The modification of dongfeng diesel engine cooling system using heat exchangers for fishing boats aims to keep cooling water temperatures in the 60  C- 90  C range and to replace open cooling system methods that are considered less efficient and cause negative impacts for machinery such as corrosion and temperature cooling water in the water jacket below the specified standard. The modifications that the authors do are designed using heat exchangers as a tool  for  exchanging  freshwater  calor  to  seawater.  Based  on  the  results  of  testing  on  the  tool  designed  to  get  the  calorific  value  released  by  the  system directly proportional to the engine speed and obtained the highest system efficiency at 1900 Rpm round by 37%.
Keywords: Heat exchanger, Tube, Water jacket, Overal heat transfer.

## 1. PENDAHULUAN
Penggunaan  motor  bakar  sebagai  motor penggerak alat transportasi semakin berkembang baik  transportasi  darat,  udara  dan  laut, khususnya  untuk  transportasi  laut  lebih  spesifik lagi  untuk  perahu  motor  para  nelayan  banyak menggunakan motor penggerak jenis Dong Feng Diesel  Engine,  mulai  dari  tipe  R175A  7HP sampai  dengan  S1110  24HP  motor  penggerak jenis  Dong  Feng  ini  banyak  dipilih  oleh masyarakat  karena  harga  yang  relatif  lebih murah  dan  perawatannya  mudah.  Motor  bakar yang  digunakan  sebagai  penggerak  kapal nelayan  ini  menggunakan  pendingin  air  sistem terbuka. Sistem pendingin yang seperti ini dinilai banyak  menimbulkan  dampak  yang  merugikan
baik  terhadap  lingkungan,  maupun  ketahanan dari engine itu sendiri.
Dampak buruk  yang terjadi pada lingkungan apabila  terjadi  kebocoran  oli  pada gasket cylinder  head maka  oli  tersebut  akan  masuk kedalam water  jacket lalu  ikut  terbuang  ke  laut bersama  dengan  air  panas  hasil  pendinginan engine,  dampak  buruk  yang  terjadi  pada engine adalah  tingkat  korosi  yang  sangat  tinggi  terjadi pada engine khususnya  pada line  water  collant sehingga  sering  terjadi  kebocoran  kompresi, menyebabkan air masuk ke ruang bakar maupun kerusakan lain yang diakibatkan korosi, kerusakan pada cylinder linear juga dapat terjadi dikarenakan suhu pendinginan tidak konstan dan juga  efesiensi  pemakaian  bahan  bakar  lebih boros.
Pengembangan sistem pendingin yang terbaru  diperlukan  untuk  mengatasi  masalah- masalah yang timbul tersebut, salah satu metode penyelesaianya dengan cara memodifikasi sistem pendingin  tersebut  agar  mampu  mengurangi dampak negatif yang terjadi, baik pada mesin itu sendiri  maupun  pada  lingkungan.  Sistem  ini diharapkan mampu mengurangi biaya perawatan dalam pergantian parts engine. Tujuan modifikasi  ini  untuk  menambah  daya  tahan mesin dongfeng dalam  penggunaan  sebagai motor  penggerak  perahu  nelayan  (main  engine) maupun sebagai keperluan kelautan lainya.

## 2. METODE
Perancangan  untuk  melakukan  modifikasi sistem  pendingin  motor  bakar  harus  mengikuti acuan-acuan  agar  modifikasi  sistem  pendingin dapat  bakerja  secara  optimal  seperti  temperatur air  masuk engine dibatasi  hingga  65  C.  Hal  ini disebabkan, dari penelitian  yang  dilakukan,  jika temperatur air  masuk  engine  70  C,  ternyata didapatkan  bahwa  temperatur  air  keluar engine lebih  dari  100  C.  Jika  air berada  pada tekanan atmosfir  (1 atm)  dan  temperatur lebih  dari 100  C,  maka  air  akan  berada  pada fase  uap, maka  temperatur  air  masuk engine dibatasi hingga  65  C  namun  jika  temperatur  masuk  ke engine lebih  rendah  maka  penggunaan  bahan bakar boros[3].
Modifikasi sistem pendingin ini menggunakan  sebuah heat  exchanger sebagai alat  penukar  kalor,  jenis  dari heat  exchanger yang  akan  dibuat  adalah  jenis fixed  tubesheet dengan  jenis  aliran counter flow hal  ini  karena penukar  kalor  jenis  ini  adalah  penukar  kalor paling  efektif  untuk  pertukaran  kalor  antara  dua buah fluida cair tanpa harus bersentuhan.
Perancangan heat exchanger harus mengikuti prosedur Perancangan yang telah disepakati oleh TEMA berikut  ini  adalah  persyaratan  dalam perancangan heat exchanger:

## 1. Mencari beban energi panas
Beban  energi  panas  yang  akan  didinginkan pada heat  exchanger dapat  dicari  dengan menggunakan persamaan1 dengan hukum kesetimbangan  panas  (heat balance)  tanpa  ada perubahan  fase  zat  antara  kedua  sisi  tube maupun sisi shell.
) (1)
Dimana:
= besarnya energi panas yang dilepaskan oleh fluida yang akan di dinginkan (Watt = J/s)
=  laju  aliran  massa  fluida  yang  akan  di dinginkan (kg/s)
= panas jenis  fluida  yang akan di dinginkan (J/kg.  K)
=  temperatur  fluida  dingin  rata-rata  masuk
kesistem (  K)
=  temperatur  fluida  rata-rata  yang  telah  di dinginkan (  K)

## 2. Mencari nilai LMTD
Log  Mean  Temperature  Diference (LMTD) adalah suhu rata-rata didalam heat exchanger.
(2)
(3)
Dimana:
= temperatur air panas masuk (  K)
= temperatur air panas keluar (  K) = temperatur air pendingin masuk (  K)
= temperatur air pendingin keluar (  K)
faktor koreksi (0,76)
3. Mengasumsi nilai U o Overal Heat Transfer
Nilai U o didapatkan  dari  referensi  Tabel 1 Kern, 1965,  dimana  nilai U o tidak  terjadi
perubahan  fasa  untuk  pendingin  tipe shell  and tubeheat exchanger.

## Tabel 1. Overal Heat Transfer tanpa Perubahan Fasa
Fluida Pendingin Fluida panas Overal heat transfer (W/m 2 .  K) Air Air 850-1700 Air Organic solvent 550-1100 Air Gas 53-106 Air Light oil 100-200

## 4. Mencari  luas  permukaan  perpindahan energi panas pada tube
Luas  perpindahan  energi  panas  pada tube adalah  seberapa  luas  permukaan  tube  yang dibutuhkan  untuk  memindahkan  panas  sebesar ,  luas  perpindahan  energi  panas  dapat  dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
(4)
Dimana:
=  luas  permukaan  perpindahan  energi  panas pada tube (m 2 ) = kalor yang akan didinginkan (J/s) = koefesien perpindahan kalor (W/m 2 .  K)
= beda temperatur rata-rata (  K)

## 5. Menentukan jumlah tube
Jumlah  tube  dapat  ditentukan  berdasarkan perbandingan
antara luas permukaan perpindahan  panas  ( )  dengan  luas  permukaan
sebuah tube.
(5)
Dimana:
= jumlah tube
= luas permukaan perpindahan panas (m 2 )
= diameter luar tube (m)
= panjang tube (m)

## 6. Menentukan diameter shell
Diameter shell dapat  dicari  dengan  syarat jumlah tube dan pitch sudah diketahui kemudian besar diameter shell disesuaikan dengan banyaknya tube.

## 7. Perancangan Tube Layout
Tube merupakan  pipa  kecil  yang  tersusun  di dalam shell,  aliran  di  dalam tube sering  dibuat melintas lebih dari satu kali dengan tujuan untuk memperbesar  koefisisen  perpindahan  panas lapisan  film  fluida  didalam tube.  Didalam perancangaan tube susunan tube pada tube sheet terbagi  atas  empat  jenis,  perhatikan  Gambar 1 jenis susunan tube.
Gambar 1. Susunan Tube [1]
Berdasarkan  susunan  keempat tube tersebut, susunan  yang  memiliki  koefesien  tertinggi  dan dapat digunakan pada fluida fouling adalah jenis susunan tube jenis segitiga.

## 8. Perancangan Baffle
Baffle memiliki  dua  fungsi  yaitu  berfungsi sebagai  penyangga  dan  sebagai  media  untuk menurunkan  kecepatan  aliran  fluida  didalam
shell sehingga  koefesien  perpindaahan  panas tinggi.  Batas  optimal  celah  pada baffle antara range  40% - 60%,  tetapi  batas  celah  yang  lebih disarankan  agar  perpindahan  panasnya  lebih optimal adalah 25% - 35%.
Gambar 2. Baffle [1]
9. Mencari nilai Q aktual dan Q maks Nilai  Q aktual merupakan  nilai  energi  yang diserap  oleh  fluida  dingin  yang  terjadi  pada  sisi tube, sedangkan  nilai  Q maks merupakan  nilai energi panas yang dilepaskan oleh fluida panas.
(6)

## 10. Mencari nilai efesiensi thermal (
)
Nilai  efesiensi  thermal  adalah  nilai  seberapa efesien sistem penukar kalor tersebut, berdasarkan D. Kern 1965 nilai efesiensi thermal
( ) didapatkan dari persamaan berikut ini:
(7)
Dimana:
= efesiensi Heat Exchanger (%)
=  kalor yang diserap fluida dingin (J/s)
=  kalor yang dilepaskan fluida panas
(J/s)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  sistem  dilakukan  pada  mesin  diesel satu  silinder type S195  berikut  ini  adalah  data dari mesin yang dilakukan pengujian sistem:

## Tabel 2 Spesifikasi mesin
specification Main Engine Type S  195 1SN No. 104.220.210 Brand Misak a Diesel Max Output 13,2 HP Max Rpm 2000 Rpm Weight 145 Kg Date of  manufacture 2014-04

## Inboard Main Engine
Pada  saat  melakukan  pengujian  mesin  harus berada pada temperatur kerja yakni 80  C, hal ini dikarenakan  untuk  mendapatkan  data  seakurat mungkin.  Pengujian  ini  dilakukan  selama  2  jam dengan  variasi  putaran  1600,  1700, 1800,  1900 dan  2000 Rpm  setiap  putaran  memiliki  waktu tunggu  24  menit  kemudian  dilanjutkan  ke putaran  lebih  tinggi,  khusus  untuk  putaran  2000 Rpm  dilakukan  selama  60  menit  hal  ini dikarenakan  untuk  mendapatkan  hasil  pengujian sesuai dengan penggunaan dilapangan.

## Tabel 3 Data penggujian sistem
1600 300 301 0,14 58,8 347 313 0,08 1442 300 301 1579 3,7 1700 300 301 0,17 71,4 347 311 0,11 1663 300 301 2171 3,3 1800 300 303 0,2 252 347 309 0,14 2234 300 301 2763 9,1 1900 300 313 0,24 1310,4 347 307 0,18 3024 300 301 3553 37 2000 300 313 0,29 1583,4 347 306 0,23 3961 300 301 4540 35
655,2 2921 23 Rata-rata Air Laut rpm Performa
Air Tawar
° ° ° °
/ / / / ° ° / %
Dari  tabel  diatas  dapat  digambarkan  melalui grafik sebagai berikut:

## Gambar 3. Grafik Pengujian sistem
Grafik  pengujian  diatas  menyimpulkan  bahwa nilai  efesiensi  mengalami  peningkatan  dari putaran  1700  Rpm  sampai  dengan  putaran  1900 Rpm,  efesiensi  naik  secara  signifikan  di  putaran mesin  1900  Rpm  pada  putaran  ini  memiliki efesiensi  tertinggi  yaitu  36,8%  sementara  pada putaran  mesin  2000  Rpm  terjadi  penurunan efesiensi  sebesar  2%  sehingga  efesiensi  pada putaran  2000  Rpm  sebesar  34,8%. Cara nilai
dan mengalami  kenaikan nilai pada setiap variasi putaran mesin.
Berdasarkan  skema  pada  Gambar 4 pada  sistem pendingin yang penulis buat memiliki cara kerja sebagai berikut:

## Gambar 4 Skema diagram sistem pendingin menggunakan Heat Exchnger
Panas  pada  mesin  dipindahkan ke  air  dengan metode konveksi ,apabila temperatur air didalam water  jacket belum  mencapai  range  80-100  C maka  sirkulasinya  dari fresh  water  pump hanya melewati  saluran baypass jika  temperatur  kerja thermostat  telah  tercapai  maka thermostat akan terbuka  sehingga  air  panas  tersebut  mengalir  ke
heat exchanger bagian shell dengan  bantuan tekanan  dari  pompa fresh  water yang  digerakan oleh putaran mesin itu sendiri.
Heat  Exchanger yang  penulis  rancang digunakan  sebagai  alat  penukar  kalor  sistem pendingin untuk mesin diesel satu silinder merek dongfeng,  dipakai  untuk  keperluan  kegunaan penggerak  perahu  motor  nelayan.  Pengujian dilakukan  selama  2  jam  dengan  lima  variasi putaran  yaitu: 1600, 1700, 1800, 1900 dan 2000 Rpm  yang  masing  masing  memiliki  waktu tunggu selama 24 menit setiap putaranya.
Berdasarkan  pengujian  dan  analisa  yang penulis  lakukan  telah  didapat  nilai  energi  panas yang  dilepas  oleh  air  laut  ( ),  besarnya  energi panas  yang  diserap  air  tawar  ( Hasil pengujian sistem didapatkan temperatur air tawar didalam water jacket rata-rata sebesar 74  C nilai tersebut telah memenuhi syarat untuk temperatur air pendingin pada motor disel, namun pada saat melakukan  pembuktian  matematis  hasil  dari perhitungan  tidak  sesuai  dengan  data  awal perancangan,  hal  ini  terjadi  karena  perpindahan panas  tidak  optimal  berpindah  ke  air  laut dikarenakan  sebagian  panas  lepas  terbuang kelingkungan melalui dinding shell.
Perbandingan antara  sistem  pendingin  yang sudah  dilakukan  modifikasi  menggunakan heat exchanger dengan  metode  lama  yaitu  sistem pendingin  terbuka(langsung),  maka  sistem  yang telah  di  modifikasi  memiliki  keunggulan (kelebihan) dibandingkan dengan sistem pendingin  menggunakan  metode  pendinginan terbuka seperti: berkurangnya tingkat korosifitas pada  bagian water  jacket,  dan  komponen- komponen yang terkontaminasi langsung dengan air pendingin serta temperatur air didalam water jacket sesuai  (terjaga)  dengan  temperatur  ideal air  pendingin  mesin  diesel  yaitu    antara range 65  C – 90  C,  secara  konstruksi  dapat  kita bandingkan antara Gambar 5 yang menggambarkan  konstruksi  sistem  pendingin metode  lama  yang  dikenal  dengan  sistem pendingin terbuka (Langsung) dengan Gambar 4.

## Gambar 5 Sistem pendingin sistem terbuka
Berdasarkan  perbedaan  antara  kedua  sistem tersebut  terdapat  beberapa  kelemahan  dalam menggunakan  sistem  pendingin  yang  telah dilakukan modifikasi antara lain konstruksi yang agak  sedikit  rumit,  serta  investasi  awal membutuhkan  dana  yang  lebih  besar  jika dibanding menggunakan sistem pendingin terbuka (langsung).

## 4. KESIMPULAN

## Berdasarkan pengujian serta analisa terhadap
Heat  exchanger yang  dirancang  maka  dapat disimpulkan  bahwa: Temperatur  rata-rata  air tawar  pada water  jacket adalah  74 ℃ sesuai dengan  standar  yang  disarankan  untuk  motor bakar  dan  sistem  pendingin  tersebut  layak digunakan.
Efesiensi  sistem  terjadi  kenaikan  yang signifikan  pada  putaran  mesin  1900  Rpm  yaitu sebesar  36,8%,  hal  ini  terjadi  dikarenakan  kalor yang  dilepas  air  tawar  terserap  36,8%  oleh  air laut, namun pada putaran mesin full speed yaitu 2000 Rpm terjadi penurunan efesiensi sekitar 2% dari putaran 1900 Rpm.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih  kepada  pembimbing  TA,  program studi  D-III  Teknik  Mesin  dan  Jurusan  Teknik Mesin serta sivitas akademika Politeknik Negeri Bengkalis  yang  telah  memberikan  segala  ilmu yang telah didapat selama menjadi mahasiswa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Cengel, Yunus  A,  Boles,  Michael  A.
Thermodynamics, An Engineering
Approach. New York,  McGraw-Hill  Ltd. 2007 [2] D. Kern. TEMA (Tubular  Exchanger Manufacturers Association).
[3] Ekadewi,  Rahardjo,  Pengaruh  Temperatur
Air  Pendingin  Terhadap Konsumsi  Bahan Bakar-Motor  Diesel  Stasioner  di sebuah Huller, Universitas Kristen Petra, JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 1, April 1999. 1968 [4]  Keith  Escoe  A. Mechanical  Design  of Process Systems, vol.2. Gulf Pub
Company, Houston Texas. 1986
[5] P.  Holman  Jack,  Jasjfi  E. Heat  Transfer, Sixth Edition. McGraw-Hill, Ltd. 1986
[6] Wood  D Bernard,  Harahap  Zulkifli.
Applications  of  Thermodynamics,  Second Edition. Addison-Wesley Publishing, Syracuse, New York.1985