TUGAS FISIKA TEKNIK PERPINDAHAN KALOR PADA RADIATOR
OLEH YUDA PRAT PRATAMA (17.10.002.212 (17.10. 002.21201.032) 01.032) M. HARITUBAGUS (17.10.002.21201.014) MELA RIZKI ANGRAINI (17.10.002.21201.015) FERIADI SIDIK (17.10.002.21201.011) (17.10.002.21201.011) ARE MAESHA (17.10.002.21201.004) TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATRA BARAT BUKITTINGGI 201!
KATA PENGANTAR Puji syukur sebesar-besarnya kepada Tuhan yang Maha Esa atas kasih karunia-Nya serta berkat yang diberikan, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas ini tepat pada waktunya Penulisan tugas ini berjudul “PERPINDAHAN KALOR PADA RADIATOR” Penulisan tugas ini berguna untuk memenuhi nilai kel!mp!k mata kuliah "isika teknik Tugas ini akan membahas mengenai pengertian Radiat!r, prinsip kerja radiat!r sebagai alat pemindah panas # kal!r dan ma$am-ma$amnya Terima kasih kepada para angg!ta kel!mp!k yang telah memberikan ide dan meluangkan waktu untuk bersama-sama mengerjakan tugas ini agar tugas ini dapat selesai sesuai dengan waktu yang telah ditentukan Akhir kata, kami meminta maa% jika ada kesalahan kata dalam penulisan karena kami ini jauh dari kesempurnaan &egala kekurangan yang ada disebabkan karena
keterbatasan
kami baik dalam
kemampuan, pengetahuan
maupun
pengalaman dalam menyusun tugas ini 'leh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari ibuk Dytchia Septi Kesuma, M.Si. sebagai d!sen mata kuliah "isika Teknik dan pemberi tugas, agar kami dapat menge(aluasi segala kesalahan )ukit tinggi, * Maret +*
Penyusun
I. PENDAHULUAN I.1 Lata !e"a#a$% .nit penukar kal!r / Heat E&cha$%e 0 adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu %luida ke %luida yang lain &ebagian besar dari
industri-industri
yang
berkaitan
dengan
pempr!sesan
selalu
menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kal!r ini mempunyai peran yang penting dalam suatu pr!ses pr!duksi atau !perasi &alah satu tipe dari alat penukar kal!r yang banyak dipakai adalah &hell and Tube 1eat E2$hanger Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube /tube bundle0 di bagian dalam, dimana temperatur %luida di dalam tube bundle berbeda dengan diluar tube /di dalamshell0 sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran %luida didalam tube dan di luar tube Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side Heat E&cha$%e digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa ber%ungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin )iasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai %luida panas dan air biasa sebagai air pendingin /$!!ling water0 atau bisa juga %luida yang lain Penukar panas diran$ang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar %luida dapat
berlangsung
se$ara e%isien Pertukaran panas terjadi karena adanya k!ntak, baik antara %luida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya ber$ampur langsung /dire$t $!nta$t0 Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petr!kimia, industri gas alam, re%rigerasi, pembangkit listrik &alah satu $!nt!h sederhana dari alat penukar panas adalah radiat!r dimana %luida pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar
I.' Tu(ua$ * Mengetahui de%inisi Radiat!r + Mengetahui dan memahami prinsip kerja radiat!r sebagai alat pemindah panas # kal!r 3 Mengetahui k!mp!nen-k!mp!nen pada radiat!r
II. RADIATOR '.1 De)i$isi Ra*iat+ Radiat!r adalah alat penukar panas yang digunakan untuk memindahkan energi panas dari satu medium ke medium lainnya yang tujuannya untuk mendinginkan maupun memanaskan Radiat!r, merupakan suatu alat penukar panas dimana aliran %luida panas /air0 bersilangan tegak lurus dengan arah aliran %luida dingin /udara0 dan kedua %luida tersebut tidak ber$ampur Kedua %luida tersebut hanya mengalir sekali dalam saluran penukar panas atau biasa disebut single pass Radiat!r yang kita kenal pada
umumnya digunakan pada kendaraan berm!t!r /r!da dua atau r!da empat0, namun tidak jarang radiat!r juga digunakan pada mesin yang memerlukan pendinginan ekstra &eperti pada mesin mesin pr!duksi atau mesin mesin lainnya yang bekerja dalam k!ndisi kerja berat atau lama Pada kendaraan baik m!t!r atau m!bil radiat!r pada umumnya terletak di depan dan berada didekat mesin atau pada p!sisi tertentu yang menguntungkan bagi system pendinginan 1al ini bertujuan agar mesin mendapatkan pendinginan yang maksimal sesuai yang dibutuhkan mesin
'.' e$is-(e$is Ra*iat+ *a$ pi$sip #e(a a*iat+ a Menurut bentuk intinya, radiat!r dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu 4 *
5nti radiat!r tipe plat
+ 5nti radiat!r tipe $urr!gated /lekukan0
3 5nti radiat!r tipe &R /single r!w0
b Menurut arah aliran airnya, yaitu 4 * Radiat!r dengan arah aliran ke bawah, yaitu radiat!r dengan pipa pipa air tersusun (ertikal + Radiat!r dengan arah aliran melintang, yaitu radiat!r dengan pipa pipa air tersusun h!ris!ntal
Radiat!r meman%aatkan prinsip k!nduksi, k!n(eksi dan radiasi untuk mentrans%er panas dari mesin ke atm!s%er K!nduksi terjadi pada saat panas merambat pada silinder, k!n(eksi terjadi pada saat panas merambat pada media %luida /radiat!r $!!lant0, sedangkan radiasi terjadi pada sirip radiat!r Panas dari mesin diserap !leh radiat!r $!!lant yang mengalir dalam sistem pendingin selama mesin bekerja Panas yang diserap !leh $!!lant dialirkan menuju radiat!r untuk dilepas di sirip radiat!r, $!!lant dari radiat!r kemudian kembali lagi ke silinder &aluran $!!lant di dalam bl!k silinder dilindungi !leh water ja$ket untuk men$egah rembesan $!!lant ke dalam ruang bakar
'. /u$%si *a$ !a%ia$-0a%ia$ Pa*a Ra*iat+ Radiat!r terdiri dari tangki air bagian atas /upper tank#t!p tank0, tangki bagian bawah /l!wer tank#b!tt!m tank0 dan radiat!r $!re pada bagian tengahnya
a Tangki Atas / T!p tank0, adalah suatu k!mp!nen pada radiat!r yang ber%ungsi untuk menampung air yang telah panas dari mesin Tangki ini dilengkapi juga dengan lubang pengisian dan saluran masuk air pendingin dari mesin 6ubang pengisian harus selalu ditutup dengan radiat!r $ap /tutup radiat!r0 b Radiat!r $!re, ber%ungsi untuk menyerap panas pada air pendingin yang telah panas, yang kemudian akan di dinginkan !leh kipas dan udara luar yang timbul karena m!bil berjalan 5nti radiat!r terdiri dari pipa-pipa air untuk mengalirkan air dari upper tank ke l!wer tank dan sirip pendingin untuk membuang panas air yang berada pada pipa-pipa air Ada dua tipe inti radiat!r /radiat!r $!re0, yaitu tipe plate /%lat %in type0 dan tipe lekukan
/$urr!gated type0 Perbedaan antara kedua tipe ini tergantung pada m!del sirip pendinginnya )eberapa kendaraan m!dern menggunakan (ersi terbaru yaitu tipe lekukan, dari radiat!r tipe &R 5nti radiat!r tipe radiat!r &R ini hanya mempunyai susunan pipa tunggal /single r!w0 sehingga bentuk keseluruhannya menjadi tipis dan ringan dibandingkan dengan radiat!r yang biasanya $ Tangki )awah /b!tt!m tank # l!wer tank0, ber%ungsi untuk menampung air yang telah didinginkan !leh kipas dan udara melalui inti radiat!r dan selanjutnya disalurkan ke mesin melalui water pump Pada tangki bawah ini juga dipasangkan saluran air yang akan berhubungan dengan p!mpa air dan saluran pembuangan atau drain $!$k yang ber%ungsi untuk membuang air radiat!r saat membersihkan atau menguras radiat!r d P!mpa Air, berguna agar air pendingin mesin yang berada didalam water ja$ket dan radiat!r dapat bersirkulasi dengan $epat e &elang Karet, digunakan untuk menghubungkan antara water ja$ket dan radiat!r, biasanya selang karet yang dipasang sebanyak dua buah % Therm!stat, merupakan sebuah katup yang dapat bekerja berdasarkan suhu air pendingin, therm!stat ini dipasang pada saluran air keluar dari mesin menuju ke radiat!r g Tutup Radiat!r, radiat!r pada umumnya telah dilengkapi dengan tutup radiat!r yang bertekanan yang memungkinkan naiknya temperatur pendingin menjadi *7
tanpa mendidih Penggunaan tutup radiat!r yang
bertekenanan menyebabkan pendinginan radiat!r bertambah dan membuat perbedaan temperatur antara udara luar dan $airan pendingin "ungsi tutup radiat!r / pessue cap adalah agar titik didih $airan pendingin mesin menjadi meningkat dan dapat menghindarkan kant!ng-kant!ng uap air didalam water ja$ket khusus nya di daerah dekat ruang bakar )ila uap air terbentuk maka mesin akan menjadi terlalu panas /!(erheat0
Gambar Tutup Radiat!r h Kipas Radiat!r, ber%ungsi untuk memper$epat aliran udara melewati bagian inti radiat!r, dengan mengalirnya udara melewati inti radiat!r berarti panas pada air akan dibawa !leh udara yang mengalir tersebut Kipas pendingin ada dua ma$am, yaitu 4 1.
Kipas aksial, adalah kipas yang arah putarannya tegak lurus terhadap
p!r!snya,biasanya kipas ini digunakan pada tekanan yang rendah, (!lume yang besar dan tanpa mempunyai sistem pemasukan 7!nt!h dari kipas aksial adalah 4 pr!peler,tube aksial,baling-baling aksial
Gambar )entuk-bentuk Kipas Aksial + Kipas $entri%ugal#radial adalah kipas yang arah putarannya sejajar terhadap p!r!snya,biasanya digunakan pada tekanan yang lebih tinggi dan memiliki sistem pemasukan 7!nt!h dari kipas radial adalah 4 air%!il, bl!wer
Gambar )entuk8bentuk Kipas Radial
2.4
2aa Ke(a Ra*iat+
a )ila mesin masih dalam keadaaan dingin Ketika therm!stat dalam keadaan menutup untuk men$egah mengalirnya air dari water ja$ket ke radiat!r, maka bagian impeler masih tetap berputar untuk mensirkulasikan air pada water ja$ket melalui saluran bypass
b )ila mesin dalam keadaan panas &etelah mesin menjadi panas, therm!stat terbuka dan katup bypass tertutup dalam bypass sirkuit 7airan pendingin setelah menjadi panas di dalam water ja$ket yang menyerap panas dari mesin kemudian disalurkan ke radiat!r
untuk didinginkan dengan kipas dan hembusan udara dengan adanya gerakan maju kendaraan itu sendiri 7airan pendingin yang sudah dingin kemudian ditekan kembali !leh p!mpa air ke water ja$ket
'.3 Ra*iat+ 2++"a$t
Radiat!r 2++"a$t atau $airan pendingin merupakan bahan tambah air pada radiat!r dengan beberapa %ungsi "ungsi radiat!r c++"a$t antara lain untuk men$egah karat, membantu pr!ses pendinginan agar s uhu mesin selalu dalam keadaan stabil /suhu kerja0 'leh karena itu air pada radiat!r harus ditambah dengan $airan pendingin agar pada radiat!r tidak mudah berkarat yang akhirnya akan mengurangi kinerja dari radiat!r itu sendiri dalam menstabilkan suhu mesin)anyak pr!dusen yang merek!mendasikan bahwa $airan ini dapat bertahan sampai 9 km.mur pemakaian $!!lant sangat bergantung pada kemampuannya men$egah karatEthylene gly$!l dan ph!sph!r adlah bahan kimia yang biasa dipakai dalam $airan pendingin sebagai $anpuran pen$egah karatsalah satu $ara untuk men$egah pemakaian radiat!r
yang sudah kadaluarsa adalah menge$ek kadar p1 /derjat
keasaman0 $airan ini :erajat keasaman ini harus lebih dari angka ;Penggunaan $!!lant dan air dengan perbandingan 9 49 sudah $ukup baik untuk men$egah karat, dan men$egah agar temperature $airan tidak lebih dari *3 7Namun, penggunaan $airan dan air dengan perbandingan ;43 adalah yang terbaik Kandungannya lebih e%ekti% untuk men$egah karat dan men$egah agar temperature $airan tidak lebih dari * 7 )erbagai jenis radiat!r c++"a$t atau $airan pendingin yang beredar di pasaran seperti4 a :e2 7!!l 7!!lant merek :e2 7!!l dikeluarkan !leh General M!t!r /Amerika &erikat0yang menjamin $airan pendinginnya akan dapat digunakan untuk *< km atau 9 tahun pemakaian 7airan ini sengaja diberi warna jingga untuk membedakan dengan m!del lama yang berwarna hijau b T!y!ta &uper 6!ng 6i%e 7!!lant /&6670 T!y!ta &uper 6!ng
6i%e 7!!lant /&6670 sudah di$ampur di pabrik
pembuatnya /9 = pendingin dan 9= air dei!nisasi0,jadi tak perlu menambahkan
air
saat
menggantiataupun
meanambah
&667
pada
kendaraan >arak penggantian yang berlaku untuk &667 adalah setiap km atau ? bulan pemakaian
$ T!p * 2++"a$t Radiat!r T!p * 7!!lant Radiat!r dipr!duksi !leh T!p * /Amerika &erikat0 pada tahun *@@<, Pr!desen menjamin $airan pendinginnya mampu dipergunakan untuk *< km atau sekitar ? tahun pemakaian T!p * 7!!lant Radiat!r diberi warna hijau karena $airan ini mengandung ph!sph!r yang berguna untuk men$egah karat pada radiat!r dan bl!k mesinnya T!p * 7!!lant Radiat!r harus di$ampur dengan air untuk men$apai umur pemakaian yang dijamin !leh pr!dusen
'.4 Pepi$*aha$ Pa$as Da"am Ra*iat+ Arment! /*@;@0, Menegai dan Trapi /*@@<0 / Rudi & /*@@@00 mengemukakan bahwa %akt!r-%akt!r yang mempengaruhi unjuk kerja dari sistem pendinginan, seperti tipe dari sistem pendinginan, dimensi dari water ja$ket, tipe dari $!!lant, therm!stat, radiat!r, penutup tekanan, k!ndisi dari sirip kipas, dan unjuk kerja dari p!mpa air pendingin P!mpa air pendingin memegang peranan penting dalam sistem pendingin
:alam membuang
panas yang terjadi dalam mesin kendaraan, besarnya panas yang dapat dibuang sangat tergantung pada jumlah atau banyaknya media pendingin yang dialirkan )erbagai ma$am analisis dan penelitian yang berkaitan dengan perpindahan panas yang menggunakan %in and tube heat e2$hanger telah banyak dilakukan guna menentukan met!de analisis yang tepat serta memberikan kemudahan dalam memprediksi k!e%isien perpindahan panas )erbagai penelitian pendahuluan yang dilakukan beberapa !rang peneliti yang dilap!rkan kembali !leh 5ndra Mamad Gandidi /+*0 dan Bimenes /*@*0 melap!rkan hasil eksperimen untuk k!e%isien perpindahan panas dalam susunan satu dan dua baris pipa !(al pada penukar panas sirip plat yang menunjukkan bentuk ge!metri bulat, diselidiki bahwa penurunan k!e%isien
panas
berkurang
se$ara
dibandingkan dengan k!n%igurasi !(al
dramatis
dibelakang
pipa-pipa
R!sman et al /*@?0 se$ara eksperimen menentukan k!e%isien perpindahan panas gl!bal dan l!kal, menggunakan anal!gi perpindahan panas dan massa untuk susunan satu dan dua baris pipa bulat, diikuti dengan perhitungan numeris distribusi temperatur sirip dan e%isiensi sepanjang sirip 1asilnya menunjukkan bahwa k!n%igurasi dua baris lebih e%isien dari susunan satu baris .ntuk mengetahui seberapa jauh pengaruh dari ge!metri sirip terhadap k!e%isien perpindahan panas k!n(eksi pada radiat!r, Rudi & /*@@@0 melakukan penelitian se$ara eksperimental dengan $ara merubah ge!metri sirip untuk mendapatkan aliran udara yang melewati inti radiat!r supaya lebih berputar 1asil yang didapat menunjukkan peningkatan k!e%isien perpindahan panas k!n(eksi radiat!r
