eISSN: 2721-5717; pISSN: 2747-2124
https://journal.unhas.ac.id/index.php/zonalaut

## ZONA LAUT JURNAL INOVASI SAINS DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
EFEKTIVITAS KEEL COOLER PADA SISTEM PENDINGIN MESIN PENGGERAK UTAMA KAPAL
* Syerly Klara, Muhammad Iqbal Nikmatullah, dan Muhammad Faizal
Departemen Teknik Sistem Perkapalan Universitas Hasanuddin
* elikapal83@gmail.com

## Abstrak
Kapal OT. Skylie merupakan salah satu jenis kapal tanker yang diproduksi oleh PT. Samudra Marine Indonesia, dalam pembangunannya  mengaplikasikan keel  cooler sebagai  alat  pendingin  mesin  utama  penggerak  kapal. Keel  cooler ini merupakan  salah  satu  alat penukar  kalor  tipe  baru  yang  diaplikasikan  di  bidang perkapalan.  Sistem  pendingin  dengan menggunakan keel cooler merupakan salah satu sistem pendingin sirkuit tertutup yang dipasang secara eksternal pada lambung kapal di bawah permukaan air. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai perpindahan panas menyeluruh dan  pengaruh  dari  perubahan power/torque kapal  terhadap  efektivitas  penukar  kalor  tipe keel  cooler .  Dalam analisa  menggunakan  dua  metode,  yaitu  analisis  dan  simulasi  CFD  dengan  menggunakan  aplikasi  Ansys  CFX  R20. Berdasarkan  hasil  perhitungan  pada  beberapa  kondisi power/torque kapal  diperoleh  nilai  perpindahan  kalor  terbesar yaitu  5,599  x  10 5 W  pada  kondisi power 100%  dan  nilai  terendah  sebesar  5,055  x  10 5 W  pada  kondisi power 10%. Sementara  itu  untuk  nilai  efektivitas  terbesar  yaitu  79,985%  dan  nilai  terkecil  sebesar  79,839%.  Sehingga  dapat disimpulkan bahwa penggunaan keel cooler pada kapal OT. Skylie sudah memenuhi nilai standar efektivitas untuk sebuah heat exchanger yaitu sebesar 50%.
Kata Kunci: Perpindahan Panas, Efektivitas Keel Cooler , power/torque

## Abstrct
OT ship. Skylie is a type of tanker produced by PT. Samudra Marine Indonesia, in its construction, applies a keel cooler as a cooling device for the main engine propulsion of ships. This keel cooler is a new type of heat exchanger which is applied in the shipping sector. The cooling system using a keel cooler is a closed circuit cooling system that is installed externally on the ship's hull below the surface of the water. This study aims to determine the overall heat insulation value and the effect of changes in ship power/torque on the effectiveness of the keel cooler type heat exchanger. In the analysis using two methods, namely CFD analysis and simulation using the Ansys CFX R20 application. Based on the calculation results in several power/torque conditions of the ship, the highest heat breakdown value is 5.599 x 10 5 W at 100% power condition and the lowest value is 5.055 x 10 5 W at 10% power condition. Meanwhile, the highest effectiveness value is 79.985% and the smallest value is 79.839%. So it can be concluded that the use of the keel cooler on the OT ship. Skylie has met the effectiveness standard value for a heat exchanger, which is 50%.
Keyword: Heat Transfer, Keel Cooler Effectiveness, power/torque

## 1. PENDAHULAN
Kapal  Tanker  merupakan  sebuah  kapal  yang  didesain  secara  khusus  untuk  mengangkut  atau  membawa minyak, cairan kimia, maupun cairan lainnya. Jenis kapal ini memiliki ciri khusus yaitu memiliki banyak pipa yang berada diatas bagian dek kapal.
Pada umumnya di kapal ada dua cara untuk mendinginkan mesin utama ataupun mesin bantu yaitu dengan menggunakan  sistem  pendingin  secara langsung  (terbuka)  dan  sistem  pendingin  secara  tidak  langsung (tertutup), dari kedua sistem tersebut yang paling umum digunakan di kapal yaitu sistem pendingin tertutup
[1]. Fungsi dari sebuah sistem pendingin yang dipasang pada mesin kapal yaitu, untuk menjaga temperatur mesin  agar  selalu  berada  di  temperatur  operasinya.  Hal  ini  diperlukan  karena  mesin  beroperasi  secara optimum  di  temperatur  operasinya,  sehingga  mesin  kapal  dapat  bekerja  dengan  efektif  dan  beroperasi selama berjam-jam lamanya. Hilangnya energi paling sering dari mesin adalah dalam bentuk energi panas, untuk  menghilangkan  energi  panas  yang  berlebihan  maka  harus  menggunakan  media  pendingin berupa penukar  kalor  ( heat  exchanger ),  hal  ini  bertujuan  untuk  menghindari  gangguan  fungsi  ataupun  kerusakan pada komponen mesin [2].
Penukar  kalor  dirancang  sedapat  mungkin  agar  perpindahan  panas  antar  fluida  dapat  berlangsung  secara efisien.  Pertukaran  panas  terjadi  karena  adanya  kontak,  baik  antara  fluida  yang  terdapat  dinding  yang memisahkannya  maupun  keduanya  bercampur langsung  ( direct  contact ).  Ada  beberapa tipe  penukar kalor yang digunakan di kapal, salah satu alat penukar kalor yang umumnya digunakan adalah tipe selongsong dan pipa  ( shell  and  tube  heat  exchanger ).  Penukar  kalor  tipe shell  and  tube  heat  exchanger mempunyai  nilai efektivitas secara umum dikisaran 25% sampai dengan 40%. Dari sinilah banyak muncul penukar kalor tipe baru, salah satu tipe baru tersebut yaitu sebuah rancangan keel cooler [3, 4].
Pada penelitian sebelumnya diperoleh hasil bahwa variasi debit aliran mempengaruhi nilai efektivitas penukar kalor tipe box cooler [5]. Tetapi pada penelitian kali ini berbeda jenis penukar kalor yang digunakan, salah satu  perbedaan  antara  tipe box  cooler dengan keel  cooler yaitu  peletakannya  pada  lambung  kapal,  dimana box cooler diletakkan di dalam sea chest sedangkan keel cooler diletakkan di luar lambung kapal.
Keel  cooling  system adalah  sistem  pendingin  yang  memakai  keel.  Sistem  pendingin  dengan  menggunakan keel  cooler merupakan  salah  satu  sistem  pendingin  sirkuit  tertutup  yang  dipasang  secara  eksternal  pada lambung  kapal  di  bawah  permukaan  air.  Konsep  pendinginan  lunas  mirip  dengan  penerapan  radiator  pada mobil.  Pendingin  mesin  disirkulasikan  melalui  pendingin  lunas,  yang  memindahkan  panas  dari  pendingin sebelum  kembali  ke  mesin.  Pendingin  lunas  berada  dalam  kontak  konstan  dengan  air  laut  yang memungkinkan sistem pendingin mentransfer panas secara efisien antara pendingin dan air laut . Kapal  OT.  Skylie  merupakan  salah  satu  jenis  kapal  tanker  yang  menggunakan cooler sebagai  sistem pendingin  mesin,  namun  dalam  pembangunan  kapal  OT.  Skylie  ini  mengaplikasikan keel  cooler sebagai alat pendingin mesin utama penggerak kapal. Keel cooler ini merupakan salah satu alat penukar kalor tipe baru yang diaplikasikan di dunia perkapalan, sehingga perlu dilakukan penelitian dengan judul: “Efektifitas Keel Cooler Pada Sistem Pendingin Mesin Penggerak Utama Kapal”.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai perpindahan panas menyeluruh dan pengaruh dari perubahan power/torque kapal terhadap efektivitas penukar kalor tipe keel cooler .

## 2. METODE

## 2.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian  dilakukan  di  ruang  laboratorium Heat  Transfer Departemen  Teknik  Sistem  Perkapalan  Fakultas Teknik  Universitas  Hasanuddin  dan  berlangsung  selama  selama  3  bulan  yaitu  dari  bulan  Juni  sampai Agustus 2022.

## 2.2. Objek Penelitian
Gambar 1. Pembangunan Kapal OT. Skylie dengan Sistem Pendingin Keel Cooler
2.2.1 Dimensi Kapal OT. Skylie Panjang (LBP) : 74,673 Meter Lebar : 18 Meter Sarat (Draft) : 4,5 Meter Berat (DWT) : 3700 Ton Kecepatan (V) : 10 Knot 2.2.2 Data Mesin Bantu Merek mesin : Cummins Model : KTA 50 – M2 RPM : 1900 Rpm Daya Mesin : 1530 Hp / 1141 Kw 2.2.3 Spesifikasi Material Keel Cooler Jenis Material : Baja Ukuran plat : 250 x 90 x 9 x 1200 mm Jumlah plat : 34/34 Total plat : 68 batang
Gambar Keel Cooler yang akan diteliti:
Gambar 2. Keel Cooler Pada Kapal OT. Skylie
Gambar 3. Letak Penetrasi Keel Cooler

## 2.3. Data Variasi Power/Torque Mesin Utama Kapal
Data  yang  diperoleh  pada tabel  1  variasi power/torque mesin  utama  kapal  diperoleh  dari  pengukuran secara langsung atau data yang diperoleh dari PT. Samudera Marine Indonesia ditampilkan pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Varias Power Torque Kapal Mode 1 2 3 4 5 Power/torque % 100 75 50 25 10 Speed % 100 100 100 100 100 Power  kW 402 301 202 101 41 Exhaust temperature 0 C 544 513 473 361 257 Cylinder coolant temperature out 0 C 82 81 80 78 77

## 2.4. Data Suhu Air Laut Indonesia
Pada perairan Indonesia, khususnya pada perairan laut jawa memiliki  suhu permukaan laut maksimum sebesar 31℃ dan suhu permukaan air laut minimum sebesar 28℃.

## Gambar 4. Peta Suhu Air Laut

## 3. ANALISIS KASUS
Penelitian ini  bertujuan  untuk  mencaritahu  seberapa  besar  pengaruh  sebuah  kinerja  penukar  kalor terhadap sistem pendinginan mesin utama kapal OT. Skylie. Dimana alat penukar kalor yang digunakan di kapal ini sangat  berbeda  dengan  alat  penukar  kalor  yang  biasanya  digunakan  pada  kapal secara  umum,  alat  penukar kalor  yang  digunakan  adalah keel  cooler yang  terdiri  dari  beberapa  kumpulan  plat  yang  berbentuk  persegi panjang. Konsep dari keel cooler ini yaitu dipasang di luar lambung kapal dan proses perpindahan kalor secara alami antara fluida panas yang keluar dari mesin lalu masuk ke pipa yang diletakkan di luar lambung kapal dengan media fluida pendinginnya yaitu air laut yang berada di luar kapal. Mengacu pada rumusan masalah yang telah disusun sebelumnya, bahwa power/torque dari mesin utama akan divariasikan, berdasarkan variasi power/torque akan  diketahui  seberapa  besar  pengaruh  kinerja  alat  penukar  kalor  ini  terhadap  sistem pendinginan mesin utama kapal.
Penelitian ini menggunakan dua metode, yaitu analisis dan simulasi CFD. Metode analisis dilakukan dengan menggunakan  rumus-rumus  pendekatan  yang  diperoleh  dari  beberapa  buku  dan  penelitian  sebelumnya. Sementara  metode  simulasi  CFD  dilakukan  dengan  menggunakan  aplikasi  Ansys  CFX  R20,  dimana simulasi ini bertujuan untuk mengetahui nilai temperatur air pendingin setelah melewati keel cooler system dan  distribusi  panas  pada  aliran  dalam  pipa.  Pada  metode  CFD  pembuatan  model  dilakukan  dengan menggunakan  aplikasi desain  Rhinoceros  6  dengan menggunakan  data  yang  diperoleh  atau  diberikan oleh PT. Samudera Marine Indonesia. Hasil analisis dan simulasi CFD kemudian dibandingkan untuk mengetahui, apakah hasil analisis yang dilakukan sudah sesuai dengan hasil simulasi CFD. Apabila hasil yang diperoleh dari  hasil  analisis  dengan  simulasi  CFD  sudah  sesuai,  maka  langkah  selanjutnya  yaitu  melakukan  analisa terkait kinerja dari alat penukar kalor keel cooler ini.
Untuk  mengetahui  pengaruh  kinerja  tersebut,  maka  akan  dicari  tahu  nilai  variabel  yang  berpengaruh, diantaranya  yaitu  nilai  koefisien  perpindahan  kalor  menyeluruh,  ΔLMTD  (nilai  beda  suhu  rata-rata),  nilai perpindahan  kalor  total  dan  nilai  efektivitas.  Kemudian  setelah  didapatkan  nilai  dari  variabel  yang berpengaruh, maka  akan  ditarik sebuah  kesimpulan  untuk menjawab  rumusan masalah  yang  telah disusun sebelumnya.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Pemodelan Keel Cooler
Pada tahap ini, dilakukan penggambaran model penelitian berupa plat-plat yang berbentuk balok (keel cooler), yang  kemudian akan  dianalisis  dan disimulasikan  pada tahap  selanjutnya. Keel  cooler  system ini terdiri  dari  68  plat  yang  disusun  sebagai  pipa  yang  diletakkan  di  luar  lambung  kapal.  Pada  proses pembuatan  model  ini dilakukan dengan menggunakan Aplikasi desain Rhinoceros 6.
4.1.1 Panjang, Lebar, Tinggi dan Jumlah Pipa Keel Cooler
Pada keel cooler ini terdiri dari 68 plat yang dibentuk balok dengan 34 plat pada sisi kiri dan 34 plat pada sisi kanan. Jika plat-plat tersebut digabungkan maka akan membentuk 10 jenis pipa (penampang berbentuk balok) pada sisi kiri dan kanan, yang terdiri dari 1 buah pipa inlet , 1 buah pipa outlet dan 8 buah pipa dengan dimensi panjang yang sama.
Panjang Pipa Inlet : 45.850 mm Panjang Pipa Outlet
: 39.000 mm
Panjang Pipa Sama : 36.000 mm Gambar 5. Panjang Pipa Keel Cooler Gambar 6. Dimensi Lebar dan Tinggi
4.2. Perhitungan Analisa Kinerja Keel Cooler System

## 4.2.1 Menentukan Temperatur Fluida Panas Yang Keluar (Thout)
Temperatur fluida panas yang keluar setelah melewati keel cooler system ditentukan dengan metode analisa dan  simulasi  CFD,  dimana  simulasi  CFD  dilakukan  dengan  menggunakan software Ansys  CFX  R20. Adapun untuk nilai perbandingan hasil analisis dan simulasi CFD dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2. Perbandingan Nilai Temperatur Analisis Dengan Simulasi
No Power Kapal (%) Tinlet ( o C) Thitung ( o C) Tsimulasi ( o C) 1 100 82 65,311 64,89 2 75 81 64,322 64,718 3 50 80 63,325 64,545 4 25 78 61,354 64,2 5 10 77 60,365 64,028

## 4.2.2 Menghitung Beda Suhu Keseluruhan Rata Rata Logaritmik
Oleh karena nilai temperatur fluida  panas  yang  masuk  ke keel cooler dan nilai temperatur fluida  dingin di sekitar keel cooler telah diketahui dari hasil analisis dan simulasi Ansys. Maka nilai ΔLMTD dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8) dimana: ΔT1 = Thin – Tcout
= (82oC – 31,1oC)
= 50,9oC
ΔT2 = Thin – Tcin = (82°C – 30°C) = 52°C Jadi, Nilai ΔLMTD yaitu : ΔLMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2) = 51,448°C
Tabel Tabel 3. Beda Suhu Keseluruhan Rata-Rata Logarithmic
No  Kondisi Kapal (%) ΔT 1 ( 0 C) ΔT 2 ( 0 C) ΔLMTD ( 0 C) 1 100 50,9 52 51,448 2 82 49,9 51 50,448 3 80 48,9 50 49,447 4 78 46,9 48 47,447 5 77 45,9 47 46,447

## p

## 4.3. Perpindahan Kalor Total
Perpindahan kalor total dapat dianggap sebagai aliran, yaitu perbandingan antara beda potensial termal pipa terhadap  tahanan  termal  pipa.  Dengan  demikian  dapat  dihitung  perpindahan  kalor.  Untuk  mengetahui perpindahan kalor total pada keel cooler , digunakan penjumlahan antara perpindahan kalor secara konduksi dan konvesi serta rumus pendekatan, sebagai berikut:
𝑄 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑚 ℎ 𝐶 𝑝 ∆ 𝑇 (1)
Dimana: ṁh = laju aliran massa fluida panas = 7,794 kg/s
C = Panas jenis fluida panas = 4,2 kJ/kg o C
ΔT = perbedaan temperature antara sisi inlet dan outlet keel cooler = 16,688oC Sehingga diperoleh nilai Q total sebesar 5,463x10 5 W. Adapun grafiknya dapat dilihat pada gambar di bawah
Gambar 7. Grafik Hubungan Perpindahan Kalor Total Dengan Power Kapal
Dari hasil penjumlahan diperoleh perpindahan kalor terbesar  pada Power 100%  yaitu  5,599 x 10 5 W dan perpindahan  kalor  terendah  sebesar  5,055  x  10 5 W,  sementara  dari  hasil  perhitungan  menggunakan  rumus pendekatan  diperoleh  hasil  sebesar  5,463  x  10 5 .  Dimana  pada  hasil  penjumlahan  nilai  perpindahan  kalor total sangat berpengaruh terhadap power mesin, hal ini disebabkan karena pada setiap power mesin berbeda nilai temperature yang  masuk  ke keel  cooler .  Sementara  itu  untuk  nilai  perpindahan  kalor  total  dengan rumus pendekatan, nilai yang diperoleh konstan pada setiap perubahan power/torque mesin. Nilai ini berada direntang kondisi power 10-100 % sehingga hasil perhitungan nilai perpindahan kalor dengan penjumlahan dan rumus pendekatan sudah sesuai.

## 4.4. Efektivitas Alat Penukar Kalor
Untuk  mengetahui  nilai  efektifitas  dari  alat  penukar  kalor  maka  dapat  digunakan  persamaan  sebagai berikut:
Efektivitas = 1 – exp (NTU) Dimana : Cmin = m c x C pc = 22919,459 kW/°C Sedangkan untuk nilai NTU didapatkan dari:

## NTU (82°C) = Utotal x As / Cmin
= 1,608
Jadi nilai efektivitas dari penukar kalor jenis keel cooler pada kondisi power/torque 100% (82oC)

## 79,985%. Tabel. 5 Efektivitas Keel Cooler
Tabel. 5 Efektivitas Keel Cooler Power Kapal (%) As (m)  Utotal (W/mC) NTU Efektifitas (%) 100 253,9 145,168 1,608 79,985 75 253,9 144,940 1,606 79,935 50 253,9 144,872 1,605 79,919 25 253,9 144,647 1,602 79,869 10 253,9 144,510 1,601 79,839
Gambar 8. Grafik Hubungan Temperatur Dengan Nilai Efektivitas Keel Cooler
Dari grafik di atas diketahui bahwa nilai efektivitas (ɛ) dari penukar kalor jenis keel cooler hasil analisis dan simulasi  terbesar  diperoleh  pada  suhu  82℃  dan  nilai  terendah  diperoleh  pada  suhu  77℃.  Hal  ini menunjukkan semakin besar nilai temperatur yang masuk ke keel cooler, maka akan semakin besar pula nilai efektivitasnya.  Maksud  dari  nilai  efektivitas  yang  didapat  ini,  yaitu  alat  penukar  kalor  ini  dapat memindahkan  ataupun  menyerap  energi  dalam  bentuk  energi  panas  sebesar  nilai  yang  didapat  pada perpindahan panas total sesuai kondisi kapal.
Dari patokan referensi nilai efektivitas untuk sebuah heat exchanger atau alat penukar panas berkisaran di atas  50%  [6],  sehingga  dapat  diketahui  bahwa  nilai  efektivitas  dipengaruhi  oleh  nilai  kalor  yang digunakan  (Q aktual ).  Jadi,  semakin  besar  nilai  kalor  yang  digunakan  (Q aktual ),  maka  nilai  efektivitasnya semakin naik. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini bahwa penukar kalor tipe keel cooler ini dapat digunakan  pada  sistem  pendingin  mesin  utama  kapal  OT.  Skylie  yang  diproduksi  oleh  PT.  Samudera Marine Indonesia.

## 5. KESIMPULAN
Nilai  perpindahan  kalor  total  dari  alat  penukar  kalor  keel  cooler  system  ini  pada  5  kondisi  power/torque mesin utama sesuai dengan kondisi kapal yaitu:
Pada kondisi power/torque 100%, 75%, 50%, 25%, dan 10%.
1) Nilai perpindahan kalor total pada alat penukar kalor tipe keel cooler system yang diperoleh dari 5 kondisi power/torque mesin  kapal  yaitu  untuk  nilai  perpindahan  kalor  total  terbesar  didapatkan  pada  kondisi power/torque kapal  100%  sebesar  5,599  x  10 5 W,  dan  nilai  perpindahan  kalor  total  terkecil  didapatkan pada kondisi power/torque kapal 10% sebesar 5,055 x 10 5 W.
2) Nilai efektifitas dari alat penukar kalor tipe keel cooler system yang didapat dari data berdasarkan keadaan power/torque yang  berbeda  diperoleh  nilai  efektivitas  terbesar  didapatkan  pada  kondisi power/torque kapal100%  sebesar  79,985%,  dan  untuk  nilai  efektifitas  terkecil  didapatkan pada  kondisi power/torque kapal 10% sebesar 79,839%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. l. setyana, “1200GT dengan menggunakan sistem keel cooler,” pp. 1–13.
[2] Cengel,  Yunus  A, Heat  Transfer  :  A  Practical  Approach ,  Second  Edition.  McGraw-Hill  Science Engineering Math, 2002.
[3] Blokland  Box  Cooler  Spesification, Drawing  of  BoxCooler  and  Calculation ,  lelystraat  1063364  AJ Sliedrecht, Holland, 2019.
[4] Ozisik, M. N, Heat Transfer , McGraw-Hil International Book Company, Wiley, New York, U.S, 1985.
[5] Idawati,  2021.  “Analisis  Efektifitas  Penukar  Kalor U-Tube  Bundle Pada  Sistem  Pendingin  Mesin Penggerak Utama Kapal”. Skripsi Teknik Sistem Perkapalan Universitas Hasanuddin.
[6] Muhammad  Aidil  Hikma,  2021.  “Kinerja  Penukar  Kalor  Tipe U-Tube  Bundle Terhadap  Sistem Pendingin  Mesin Bantu Kapal”. Skripsi Teknik Sistem Perkapalan Universitas Hasanuddin.