1
DAFTAR PUSTAKA
1. Badan pusat statistik, “P erkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis tahun 1987-2009”, 2009.
2. BP Statistical “Review of World Energy“June 2011.
3. Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 04 Tahun 2009 “Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Tipe Baru.”
4. L. Nirajan, Shinjo, “Experimental investigation on the effects of cold and hot EGR using diesel and biodiesel as fuel”, Department of Mechanical Engineering, India. 5. Heywood, dan B.L John, “Internal Combustion Engine Fundamentals”,
McGraw-Hill, Inc, United States of America, 1988.
6. Y.A. Cengel, “Thermodynamics An Engineering Approach, 5th” 1ed, McGraw-Hill.
7. Z. Ming, T.R Graham., dan J.G Hawley, “Diesel engine exhaust gas recirculation-a review on advanced and novel concepts”, Elsevier -Journal Of Energy Conversion And Management, pp. 883-900. 2003
8. A.K. Agrawal, S.K. Singh, S. Sinha, M.K. Shukla, “Effect of EGR on the Exhaust Gas Temperature and Exhaust Opacity in Compression Ignition Engines”, Indian Institute of Technology, Kanpur, India, p3-4. 2003
9. P.M. Gerhart, dan J.G. Richard, “F undamentals of F luid Mechanics”, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., USA, p509-530. 1985
10. F. W. Robert, M.T. Alan, P.J. Philip, “Introduction to F luid Mechanics. 8th” edition, John Willey & Sons Inc, p5. 2011
11. Anwar dan Khairil, “Efektivitas Alat P enukar Kalor pada Sistem P endingin Generator P LTA”, Teknik Mesin, Universitas Tadulako, Palu.
12. Sugiyanto, “Analisis Alat P enukar kalor tipe Shell and Tube dan Aplikasi P erhitungan dengan Microsoft Visual Basic 6.0”, Tugas Akhir, Teknik Mesin, Universitas Gunadarma.
2
14. G. Sachdeva, “Computation of Heat Transfer Augmentation in a P late-F in Heat Exchanger using Rectangular/Delta Wing”, Disertation, Mehanical Engineering, National Institute of Technology, India. 2010.
15. T. Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook, New York:Bassel, 2000.
16. W.M. Kay and A.L London, “Compact Heat Exchangers”, 2nd, New York:McGraw Hill, 1964.
17. J. P. Holman, “Heat Transfer”, 6th, New York:McGraw Hill, 1986.
18. T. Perrotin dan D. Clodic, “F in Efficiency Calculation in Enhanced F in and Exchangers in Dry Conditions”, International Congress of Refrigeraton, Wshington, D.c. 2003
19. A.D. Kraus, A. Aziz, and J. Welty, “Extended Surface Heat Transfer”, New York, 2001.
20. J. Dewatwal, “Design of Compact P late F in Heat Exchanger”, Thesis, Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela, 2009.
21. J. G. Paeng, “Experimental measurement and numerica l computation of the air side convective heat transfer coefficients in a plate fin tube heat exchanger” Journal and mechanical science and technology, 2008.
3
4
LAMPIRAN 1
RADIATOR
1. Definisi
Radiator adalah suatu bagian atau komponen dari sistem pendinginan yang menggunakan sistem pendinginan air. Karena itu fungsi radiator adalah mendinginkan mesin.
2. Aplikasi
Radiator yang kita kenal pada umumnya digunakan pada kendaraan bermotor (roda dua atau empat), namun tidak jarang radiator juga digunakan pada mesin yang memerlukan pendinginan ekstra, seperti pada mesin- mesin produksi atau mesin- mesin lainnya yang bekerja dalam kondisi berat atau lama.
3. Karakteristik Permukaan
Pada kendaraan baik motor atau mobil radiator pada umumnya terletak di depan dan berada didekat mesin atau pada posisi tertentu yang menguntungkan bagi sistem pendinginan. Hal ini bertujuan agar mesin mendapatkan pendinginan yang maksimal sesuai yang dibutuhkan mesin.
Radiator pada bagian intinya terdiri dari dua bagian yaitu bagian pipa flat dan bagian sirip berbentuk plat berbengkok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
5
Ada beberapa bentuk model pipa flat dan pipa bengkok yang disediakan oleh Kays and London, beberapa diantaranya yang diambil untuk perancangan radiator pada Tugas Akhir ini adalah pipa flat seri 9.68-0.87 dan 11.32-0.737-SR, sedangkan untuk Plat bengkok seri 12.00T dan 11.1
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Gambar 2. (a) Pipa flat seri 9.68-0.87 (b) Pipa flat seri 11.32-0.737-SR
(c) Plat bengkok seri 12.00T (d) Plat bengkok seri 11.1 (e) Plat bengkok seri 14.7
6 a. Plat bengkok seri 12.00T
Gambar 3. Karakteristik permukaan Plat bengkok seri 12.00T
7 b. Plat bengkok seri 11.1
Gambar 4. Karakteristik permukaan Plat bengkok seri 11.1
8 c. Plat bengkok seri 14.7
Gambar 5. Karakteristik permukaan Plat bengkok seri 14.7
9
4. Rumus Perhitungan
Pada perancangan Radiator persamaan-persamaan yang dipakai hampir sama dengan perancangan F inned flat tubes. Perbedaannya hanya dalam persamaan karakteristik permukaan, dan P ressure drop berbeda dengan persamaan yang digunakan dalam F inned flat tubes.
Rasio luas aliran bebas dengan luas frontal, dirumuskan dengan:
Luas aliran bebas sisi air adalah
10
Rasio luas perpindahan panas sisi air dengan volum total, dirumuskan dengan:
Jumlah sirip keseluruhan, dirumuskan dengan:
Diameter hidraulik saluran,
Jari-jari hidraulik saluran, dirumuskan dengan:
b. P ressure drop
P ressure drop sisi udara
Nilai Kc dan Ke diperoleh dari gambar 2.34 pada bab 2. P ressure drop sisi air
11 2. Pilih seri Pipa flat Radiator 3. Pilih seri Plat bengkok Radiator 4. Panjang Radiator (L1)
5. Laju aliran massa Air ( ) 6. Temperatur udara masuk (Tin,udara)
7. Temperatur air keluar (Tout,air)
8. Temperatur air masuk (Tin,air)
Hitung Rasio luas transfer panas dan volum total pada sisi udara dan sisi air ( )
Hitung rasio luas aliran bebas dan luas penampang pada sisi udara dan sisi air ( )
Tebak Temperatur udara keluar (Tout,udara)
12
Tentukan sifat-sifat fisik udara dan air pada temperatur rata-rata
Hitung temperatur rata-rata udara dan air (Tav,udara dan
Tav,air)
Hitung energi panas sisi air (qair)
Hitung Laju aliran massa udara ( )
Hitung luas frontal udara dan air (Afr,udara dan Afr,air)
1
2
Tebak tinggi Radiator (L3)
13
Hitung luas aliran bebas sisi udara dan air (Aff,udara dan
Aff,egr)
Hitung : 1. ΔTlmtd
2. fluks massa sisi udara dan air (Gudara dan Gair)
Hitung Bilangan Reynold sisi udara dan air (Reudara dan
Reair)
Hitung efisiensi sirip sisi udara ( ) Hitung koefisien transfer panas dan koefisien gesek sisi
udara dan EGR ( )
Hitung efisiensi sirip total sisi udara ( )
14
Ya 3
Hitung efektifitas perpindahan panas penukar kalor (ε) dan
Cmin/Cmax
Tentukan Number of Transfer Units (NTU)
Hitung luas transfer panas sisi udara (Audara)
Hitung absolut beda tinggi radiator hasil hitung dengan
tebakan (ΔL3)
Tidak 2
Hitung koefisien perpindahan panas total berdasar sisi udara ( )
Hitung Volum total dan tinggi radiator baru (Vtotal dan
L3,baru)
Hitung laju kapasitas panas sisi udara dan air (Cudara dan Cair)
15 4
Hitung Temperatur udara keluar baru (Tout,udara baru)
Hitung pressure drop sisi air (ΔPair) dan sisi udara (ΔPudara) Hitung Laju perpindahan Panas Total berdasar sisi udara
(qtot)
Hitung absolut beda Temperatur udara keluar hasil hitung dengan tebakan (ΔTout,udara)
1
Tidak
Ya
Hitung Kecepatan udara (uudara)
Hitung volum spesifik sisi udara dan EGR titik awal, akhir, dan rata-rata ( )
16
Gambar 7. Diagram alir perancangan penukar kalor jenis Radiator
Hasil Perancangan Radiator
Hitung jumlah plat sirip tiap baris pada sisi udara (Nf,udara)
Hitung jumlah baris plat sisi udara dan air (Nr,udara dan Nr,air)
5
17
6. Hasil Pe rhitungan Radiator
Hasil perhitungan yang ditampilkan dalam tugas akhir ini diperoleh dari beberapa kondisi masukan yang terdiri dari seri penukar kalor jenis Radiator, tinggi penukar mempunyai beberapa seri plat bengkok yang dipopulerkan oleh Kays dan London, tiga diantaranya yaitu 12.00T, 11.1, dan 14.7 dengan masing- masing karakteristik rancangannya. Angka 12.00, 11.1, dan 14.7 menunjukkan banyaknya sirip tiap inci. Sedangkan huruf T menunjukkan permukaan yang dilalui fluida (Triangular).
Hasil perhitungan perancangan penukar kalor jenis Radiator diberikan pada Tabel 1 (variasi mair), Tabel 2 (variasi Tair,out), dan Tabel 3 (variasi L1)
Tabel 1 Hasil perancangan Radiatorvariasi laju aliran massa Air Masukan/input
Seri pipa flat sisi Air A2 A2 A2
Seri plat sisi udara 14.7 14.7 14.7
Panjang penukar kalor, L1 (mm) 300 300 300
18 Material plat sisi udara Aluminium Aluminium Aluminium Material pipa flat sisi Air Aluminium Aluminium Aluminium Jumlah sirip tiap laluan sisi udara 214 222 233
19
Laju perpindahan panas (Watt) 16309 18348 20386 Laju aliran massa udara (kg/jam) 1040 1170 1300
Laju aliran massa Air (kg/jam) 800 900 1000
Kecepatan udara masuk (m/s) 3.82 4.05 4.37
Kecepatan Air masuk (m/s) 0.13 0.14 0.15
Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
37.25 38.12 39.21
Beda temperatur rata-rata logaritmik
(˚C)
13.51 13.51 13.51
20
Tabel 2 Hasil perancangan Radiatorvariasi Temperatur Air keluar Masukan/input Material plat sisi udara Aluminium Aluminium Aluminium Material pipa flat sisi Air Aluminium Aluminium Aluminium
Jumlah sirip tiap laluan sisi udara 359 271 249 Panjang plat tiap laluan sisi udara
(mm)
21
Laju perpindahan panas (Watt) 33541 32874 24231 Laju aliran massa udara (kg/jam) 2338 2079 1560 Laju aliran massa Air (kg/jam) 1000 1000 1000
Kecepatan udara masuk (m/s) 5.08 5.92 4.82
Kecepatan Air masuk (m/s) 0.10 0.13 0.14
Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
37.58 41.85 40.14
Beda temperatur rata-rata logaritmik
(˚C)
9.71 14.92 13.48
22
Tabel 3 Hasil perancangan Radiatorvariasi Panjang penukar kalor, L1 Masukan/input Material plat sisi udara Aluminium Aluminium Aluminium Material pipa flat sisi Air Aluminium Aluminium Aluminium
Jumlah sirip tiap laluan sisi udara 250 233 214 Panjang plat tiap laluan sisi udara
(mm)
23
Laju perpindahan panas (Watt) 20386 20386 20386 Laju aliran massa udara (kg/jam) 1300 1300 1300 Laju aliran massa Air (kg/jam) 1000 1000 1000
Kecepatan udara masuk (m/s) 4.82 4.37 3.97
Kecepatan Air masuk (m/s) 0.14 0.15 0.16
Koefisien perpindahan panas total (W/m2.K)
40.25 39.21 38.66
Beda temperatur rata-rata logaritmik
(˚C)
13.51 13.51 13.51
24
7. Validasi
Validasi diperlukan untuk mendapatkan hasil perancangan yang benar, yaitu dilakukan dengan membandingkan hasil perancangan dengan hasil- hasil perancangan yang sudah ada di pasaran.
Hasil perancangan radiator dengan menggunakan perangkat lunak akan dibandingkan produk pasaran radiator produksi Daihatsu F300. Hasil perbandingan akan ditunjukkan pada Tabel 4 dengan inputan pada perangkat lunak perancangan radiator sebagai berikut :
Seri pipa flat sisi Air : A3 Seri plat sisi udara : 14.7 Panjang penukar kalor : 350 mm
Laju aliran massa Air, : 2100 kg/jam Temperatur udara masuk, Tudara masuk : 30 ˚C
Temperatur Air keluar, Tair keluar : 68 ˚C
Temperatur Air masuk, Tair masuk : 84 ˚C
Sedangkan spesifikasi produk radiator Daihatsu F300 adalah sebagai berikut Panjang penukar kalor : 350 mm
25
Tabel 4 Validasi Hasil Perancangan Radiator dengan Produk Daihatsu F300
Keterangan Desain Radiator Daihatsu F300
Panjang Penukar Kalor (mm) 350 350
Lebar Penukar Kalor (mm) 32 32
Tinggi Penukar Kalor (mm) 499 488
Laju Aliran Massa Air (kg/jam) 2100 2100
Laju Aliran Massa udara (kg/jam) 2731 2700
Laju Perpindahan Panas (Watt) 42811 40123
26
LAMPIRAN 2
27
LAMPIRAN 3
28
LAMPIRAN 4
29
LAMPIRAN 5
30
LAMPIRAN 6
31
LAMPIRAN 7
32
LAMPIRAN 8
Pengoperasian Program Design of EGR Cooler
a. F orm Pembuka
33 b. F orm Pemilihan jenis produk
Form kedua pengguna disuguhkan empat pilihan macam jenis EGR Cooler, Pengguna dipersilahkan untuk mengklik kiri mouse salah satu dari keempat gambar jenis penukar kalor.
c. Input data untuk penukar kalor jenis plate fin heat exchanger
34
EGR, panjang penukar kalor, lebar penukar kalor, laju aliran massa EGR, temperatur masuk EGR, temperatur keluar EGR, dan temperatur lingkungan. Setelah pengguna mengisikan semua data yang harus diisi, selanjutnya pengguna
dipersilahkan mengklik tombol “calculate” untuk menampilkan hasil desain EGR Cooler. Jika pengguna ingin kembali ke menu sebelumnya, pengguna bisa
mengklik tombol “Back”.
d. Output geometri untuk penukar kalor jenis plate fin heat exchanger
Jika pada form ketiga pengguna mengklik tombol “ca lculate” maka form keempat akan muncul seperti yang terlihat pada gambar diatas ini. Form
keempat yang pertama kali muncul adalah pada bagian “Geometry design”, jika pengguna ingin mengetahui unjuk kerja penukar kalor maka pengguna bisa
35
e. Output operating and performance untuk penukar kalor jenis plate fin heat exchanger
36
f. Output grafik untuk penukar kalor jenis plate fin heat exchanger
Jika pengguna mengklik tombol tab “Correlation” kemudian mengklik
tombol “click to show correlations” maka pengguna akan melihat form grafik seperti gambar diatas. Jika ingin mendesain EGR Cooler dengan jenis penukar
37
kembali ke data inputan P late F in Heat exchanger atau form ketiga, kemudian
mengklik tombol “Back”lagi untuk kembali ke menu pilihan jenis desain EGR Cooler. Langkah selanjutnya seperti langkah sebelumnya.
g. Input data untuk penukar kalor jenis finned flat tubes
h. Output geometri untuk penukar kalor jenis finned flat tubes
38
39
k. Input data untuk penukar kalor jenis continously finned tubes
l. Output geometri untuk penukar kalor jenis continously finned tubes
40
41
o. Input data untuk penukar kalor jenis individually finned tubes
p. Output geometri untuk penukar kalor jenis individually finned tubes
42
43
LAMPIRAN 9
1
LAMPIRAN 10
DATA EKSPERIMEN MESIN DIESEL MENGGUNAKAN EGR
