PENGARUH JUMLAH TUBE DAN BAFFLES TERHADAP EFEKTIVITAS SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER. Abstrak

(1)

254

Artikel Hasil Penelitian

PENGARUH JUMLAH TUBE DAN BAFFLES

TERHADAP EFEKTIVITAS SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Dwi Irawan^1*, Mafruddin², Rian³, Mukti Wibowo⁴, Zul Anggara⁵

1*,2JurusanTeknik Mesin/ Fakultas Teknik/ Universitas Muhammadiyah Metro/Metro/Indonesia

3,4,5Prodi Teknik Mesin/Fakultas Teknik/ Universitas Muhammadiyah Metro/Metro/Indonesia

*Corresponding author. Jl. Ki Hjardewantara, no 116 Iringmul/ Metro/ Indonesia E-mail: dwi_irawan12@yahoo.co.id^1*

Abstrak

Penukar Kalor atau lebih dikenal dengan heat exchanger merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan panas antara dua atau lebih fluida. Perkembangan heat exchanger pada saat ini menuju ke arah kebutuhan akan penghematan ruang, tetapi tetap memperhatikan peningkatan dalam kemampuan pertukaran kalornya (efektifitasnya). Koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektivitas dari penukar kalor dipengaruhi oleh jumlah tube dan jumlah baffles. Tujuan dari penelitian yaitu untuk mengetahui pengaruh jumlah tube dan jumlah baffles terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektifitas shell and tube Heat exchanger.

Metode penelitian yang dilakukan yaitu ekperimental dengan merancang dan membuat serta menguji Heat exchanger. Pengujian dilakukan dengan variasi jumlah tube yaitu 30, 32 dan 34 buah dan variasi jumlah baffles yaitu 6, 8 dan 10. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa jumlah tube dan jumlah baffles berpengaruh terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektivitas heat exchanger. Koefisien perpindahan panas dan efektivitas tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 dan jumlah baffles 6.

Kata Kunci: : Jumlah tube, jumlah baffles, kinerja Shell and Tube Heat exchanger

PENDAHULUAN

Penukar Kalor atau lebih dikenal dengan heat exchanger merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan panas antara dua atau lebih fluida. Penukar kalor atau Heat exchanger secara luas digunakan dalam aplikasi keteknikan. Penggunaan Heat exchanger didunia industri diantaranya dalam proses pengambilan panas kembali (heat recovery processes), pendingin udara, sistem refrigerasi, reactor dan lain-lain.

Jenis heat exchanger yang umum digunakan yaitu shell and tube heat exchanger. Shell and tube Heat exchanger terdiri dari beberapa komponen utama seperti shell, tube dan baffles.

Dalam suatu alat penukar kalor jenis shell and tube Heat exchanger, fluida yang satu mengalir dalam pipa-pipa kecil (tube) dan fluida yang lain mengalir melalui selongsong (shell) sehingga tidak terjadi pencampuran antara dua fluida. Baffles dalam shell and tube Heat exchanger berfungsi sebagai penyekat untuk mengarahkan aliran agar menjadi cross-flow. Selain itu, baffles juga berfungsi sebagai penyangga sehingga tube tidak melengkung dan mengurangi kemungkinan adanya vibrasi atau getaran oleh aliran fluida.

Perkembangan alat penukar kalor atau Heat exchanger pada saat ini menuju ke arah

kebutuhan akan penghematan ruang, tetapi tetap memperhatikan peningkatan dalam kemampuan

pertukaran kalornya (efektifitasnya). Efektifitas dari penukar kalor dipengaruhi oleh banyak hal

diantaranya yaitu jumlah tube dan jumlah atau jarak baffles.

(2)

255 Berdasarkan teori, perpindahan panas dipengaruhi oleh luas permukanaan yang menjadi media perpindahan panas seperti tube dalam Heat exchanger. Sehingga dengan jumlah tube yang berbeda akan berpengaruh terhadap efektifitas Heat exchanger. Selain luas permukaan, perpindahan panas pada Heat exchanger juga dipengaruhi perpedaan tekanan fluida. Secara teoritis, baffles yang dipasang terlalu berdekatan akan meningkatkan perpindahan panas yang terjadi diantara kedua fuida, namun hambatan atau perbedaan tekanan yang terjadi pada aliran yang melalui celah antar baffles menjadi besar sehingga penurunan tekanan menjadi besar.

Sedang jika baffles dipasang terlalu berjauhan penurunan tekanan yang terjadi akan kecil, namun perpindahan panas yang terjadi kurang baik. Hal ini menunjukkan bahwa jarak atau jumlah baffles tidak boleh terlalu dekat atau jumlah yang banyak dan juga terlalu jauh atau terlalu sedikit, ada jarak tertentu yang optimal untuk Heat exchanger.

Dalam penelitian ini akan dirancang shell and tube Heat exchanger dengan variasi jumlah tube dan jumlah baffles. Tujuan dari penelitian yang dilakkan yaitu untuk mengetahui pengaruh jumlah tube dan baffles terhadap efektifitas Heat exchanger. Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan efektifitas shell and tube Heat exchanger.

Tinjauan Teoritis

(B Badrawada & Prasetyo, 2019),

melakukan penelitian pengaruh kemiringan baffless pada Heat exchanger tipe shell and tube. Penelitian dilakukan dengan metode simulasi dengan memvariasikan sudut kemiringan baffless, yaitu 0°, 10°, 20° dan 30°. Hasil simulasi yang dapat disajikan berupa kontur temperatur dan tabelnya. Hasil dari penelitian ini menunjukkan nilai perpindahan kalor maksimal terdapat pada kemiringan baffles 0°. Efektivitas maksimal, diperoleh pada kemiringan baffles 0°.

(Siagian, 2017) melakukan penelitian tentang analisa efektivitas alat penukar kalor jenis shell and tube hasil perencanaan mahasiswa skala laboratorium. Penelitian bertujuan untuk mengetahui kinerja dari heat exchanger. Dari hasil penelitian diketahui bahwa Bahwa dalam kegiatan penelitian pembuatan alat penukar kalor dengan kapasitas sebesar 5100 Watt didapatkan jumlah tube sebanyak 37 buah dengan nilai efektifitas APK hasil rancangan yaitu sebesar 62 %.

(Yulianto & Qadri, 2015

) melakukan penelitian tentang perencanaan jumlah tube sebuah alat penukar kalor pada saat beda temperatur rata-rata 20% lebih tinggi dari disain rancangan.

Tujuan dari penelitian ini yaitu akan dilakukan suatu prediksi perencanaan perhitungan jumlah tube pada saat beda temperatur ratarata fluida didalam sistem telah mencapai 20% dari spesifikasi disain rancanganya. Alat penukar kalor dalam penelitian ini memiliki 37 tube yang akan dioperasikan pada beban thermal konstan sebesar (Q) 5675 Watt dengan laju aliran fluida dingin (mc) 0,122 kg/s dengan kecepatan aliran fluida panas (mh) 0,075 kg/s yang kemudian akan dilakukan pengambilan data untuk dapat memprediksi jumlah tube terbaru dari disain sebelumnya saat beda temperatur rata-rata telah mencapai 20 % lebih tinggi dari spesifikasi disain rancanganya. Sehingga didapatkanlah jumlah tube sebanyah 10 buah tube dari sebelumnya sebanyak 37 buah tube, maka dengan adanya suatu prediksi terhadap variasi jumlah tube tersebut dapat dijadikan suatu rujukan pada suatu disain rancang bangun pada sebuah alat penukar kalor dimasa yang akan datang sehingga dapat lebih ekonomis, efisien dan memiliki kehandalan dalam suatu kegiatan produksi.

(Handoyo, 2004) Melakukan penelitian tentang Pengaruh Penggunaan Baffles pada

Shell-and-Tube Heat exchanger. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan

baffles terhadap efektifitas dan penurunan tekanan dalam heat exchanger. Dari hasil penelitian

didapat bahwa efektifitas meningkat dengan dipasangnya baffles. Efektifitas meningkat seiring

dengan mengecilnya jarak antar baffles hingga suatu jarak tertentu, kemudian menurun.

(3)

256 (Handoyo, 2000) melakukan penelitian tentang Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and-Tube Heat exchanger. Dari hasil penelitian diketahui bahwa Efektivitas shell-and-tube heat exchanger meningkat jika fluida, baik di sisi shell maupun di sisi tube, mengalir dengan kecepatan lebih tinggi hingga suatu harga maksimum dan kemudian akan menurun meskipun kecepatan fluida meningkat terus. Efektivitas shell-and-tube heat exchanger lebih tinggi jika udara panas mengalir di tube dan udara dingin mengalir di shell (

Handoyo.

2000)

.

Perpindahan panas adalah proses pertukaran panas yang terjadi antara benda panas dan benda dingin, yang masing – masing disebut source and receiver (sumber dan penerima). Ada 3 macam cara perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi (

Setyoko, 2008)

.

Perpindahan panas konduksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran atau rambatan proses dari suatu benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke benda lain dengan kontak langsung.

Dengan kata lain proses perpindahan panas secara molekuler dengan perantaraan molekul – molekul yang bergerak. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada zat padat, cair dan gas.

Perpindahan panas konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang terjadi dari satu benda ke benda yang lain dengan perantaraan benda itu sendiri. Perpindahan panas konveksi ada 2 macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Konveksi alami adalah perpindahan molekul–molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya perbedaan density. Harga dari koefisien konveksi (h) dipengaruhi oleh – Kekasara, Temperatur, Densitas Viskositas dan Panas.

Konveksi paksa yaitu perpindahan panas konveksi yang berlangsung dengan bantuan tenaga lain, misalnya adalah udara yang dihembuskan diatas plat oleh kipas.

Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas dari suatu benda ke benda lain dengan bantuan gelombang elektromagnetik, dimana tenaga ini akan diubah menjadi panas jika tenaganya diserap oleh benda yang lain.

Alat penukar kalor (Heat exchanger) adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menukar kalor pada dua jenis fluida yang memiliki suhu yang berbeda. Heat exchanger banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pembangkit listrik, industri minyak, sistem pendingin udara, dan sistem refrigrasi. Heat exchanger dapat diklasifikasikan menjadi beberapa tipe, yaitu dapat ditinjau dari jenis kontak antara dua fluida, arah aliran fluida dan area density. Ditinjau dari jenis kontak antara dua fluida pada heat exchanger memiliki dua tipe yaitu tipe direct dan indirect. Pada tipe indirect kalor berpindah melalui dinding pemisah antara dua fluida atau bisa disebut plate fin, sedangkan pada tipe direct contact kalor berpindah secara langsung tanpa adanya dinding pemisah antara dua fluida sehingga terjadinya percampuran pada dua fluida tersebut (

Nandiati, & Ajiwiguna, 2019)

.

Gambar 1. Shell and tube Heat exchanger

(4)

257 Berdasarkan jenis alirannya heat exchanger memiliki tiga jenis aliran yang digunakan untuk aplikasi heat exchanger dengan tipe konstruksi yang berbeda yaitu parallel flow, counter flow dan cross flow, dimana parallel flow memiliki arah aliran yang searah pada kedua aliran fluida, counter flow memiliki arah aliran yang berlawanan, sedangkan cross flow memiliki arah aliran silang antar dua aliran fluida.

Gambar 2. Tipe Heat exchanger

Untuk menganalisa performansi atau kinerja dari sebuah heat exchanger, maka diperlukan evaluasi nilai koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U) dengan menggunakan metode Log Mean Temperature Difference (LMTD) dan nilai efektivitas (ɛ) dengan menggunakan metode Number of Transfer Units (NTU) [7].

Kemampuan dalam memindahkan energi dalam bentuk panas pada heat exchanger dapat dinyatakan dengan persamaan (Cengel & Heat, 2003):

Q = 𝑈 𝐴 𝛥𝑇

_𝐿𝑀

(1)

Dimana:

Q = laju pertukaran energi kalor (W)

U = koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m

²

°C)

𝛥𝑇

_𝐿𝑀

= beda temperatur rata-rata logaritmik bagi kedua fluida kerja (°C) A = luas permukaan perpindahan panas total (m

²

)

Dengan luas permukaan kontak pada heat exchanger dapat dihitung dengan persamaan berikut.

A =  D L (2)

Diamana:

D = diameter pipa (m) L = panjang pipa (m)

Energi panas yang dilepaskan oleh aliran fluida panas yang masuk kadalam bagian shell dapat ditulis dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

Q = 𝑚̇

_ℎ

𝐶

_𝑝ℎ

(𝑇

_ℎ,𝑖𝑛

− 𝑇

_{ℎ,𝑜𝑢𝑡}

) (3) atau

Q = 𝑚̇

_𝑐

𝐶

_𝑐ℎ

(𝑇

_{𝑐,𝑜𝑢𝑡}

− 𝑇

_{𝑐,𝑖𝑛}

) (4) Sehingga,

Q

hot

= 𝑚̇

_ℎ

𝐶

_𝑝ℎ

(𝑇

_ℎ,𝑖𝑛

− 𝑇

_{ℎ,𝑜𝑢𝑡}

) (5)

(5)

258 Dimana:

Q

hot

= laju energi panas yang dilepaskan oleh aliran fluida panas (W) 𝑚̇

_ℎ

= laju aliran massa fluida panas (kg/s)

𝐶

_𝑝ℎ

= panas spesifik fluida panas (J/kg.°C)

𝑇

_ℎ,𝑖𝑛

= temperatur aliran fluida panas masuk (°C) 𝑇

_{ℎ,𝑜𝑢𝑡}

= temperatur aliran fluida panas keluar (°C) 𝑚̇

_𝑐

= laju aliran massa fluida dingin (kg/s) 𝐶

_𝑐ℎ

= panas spesifik fluida dingin (J/kg.°C) 𝑇

_{𝑐,𝑖𝑛}

= temperatur aliran fluida dingin masuk (°C) 𝑇

_{𝑐,𝑜𝑢𝑡}

= temperatur aliran fluida dingin keluar (°C)

Untuk menghitung suhu rata – rata LMTD (Log Mean Temperatur Difference) dari suatu fluida yang mengalir dalam Heat exchanger dapat dihitung dengan rumus:

𝛥𝑇

_𝐿𝑀

=

^𝛥𝑇¹^{− 𝛥𝑇}²

ln(𝛥𝑇₁ 𝛥𝑇₂

⁄ )

(6)

Dimana:

𝛥𝑇

₁

= temperatur rata-rata fluida masuk (°C) 𝛥𝑇

₂

= temperatur rata-rata fluida keluar (°C)

Efektivitas heat exchanger dapat diketahu dengan persamaan berikut, ɛ =

^𝑄

𝑄_𝑚𝑎𝑥

(7)

Dimana:

ɛ = Efektivitas heat exchanger 𝑄

_𝑚𝑎𝑥

= Perpindahan maksimal (W)

Untuk mengetahui nilai 𝑄

_𝑚𝑎𝑥

maka perlu dihitung terlebih dahulu laju perpindahan pada fluida panas dan fluida dingin. Nilai terkecil dari perhitungan tersebut yang nantinya digunakan untuk menghitung nilai perpindahan panas maksimal (𝑄

_𝑚𝑎𝑥

).

METODE PENELITIAN

Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Metro. Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen nyata (true experimental research) dengan jumlah tube yang divariasi yaitu 30, 32, dan 34 buah dan jumlah baffles yang divariasi yaitu 6, 8, 10 buah. Pengujian dilakukan dengan laju aliran fluida dingin yaitu 5, 10 dan 15 Liter/menit dan laju aliran fluida panas yaitu 5 Liter/menit.

Metode penelitian meliputi tahap persiapan, pembuatan, sampai dengan mengujian Heat exchanger. Berikut susunan buffles pada heat exchanger yang dibuat dan diuji.

Gambar 3. Rangkaian Tube Dan Baffles

(6)

259 Parameter dimensi Heat exchanger yang dibuat dan diuji yaitu sebagai berikut.

Gambar 4. Desain Heat exchanger

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diketahui pengaruh jumlah baffles terhadap perpindahan panas pada heat exchanger (HE) yaitu sebagai berikut.

Gambar 5. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap perpindahan panas

Dari Gambar 5. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap perpindahan panas dapat diketahui bahwa jumlah baffles dan laju aliran fluida berpengaruh terhadap perpindahan panas yang terjadi pada heat exchanger. Perpindahan panas tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida dingin 15 Liter/menit yaitu 1,988 kW, sedangkan dengan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,673 kW, jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,721 kW, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,867 kW, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,294 kW, jumlah baffles dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,284 kW, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,510kW, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,843 kW dan jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,010 kW.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diketahui pengaruh jumlah tube terhadap perpindahan panas pada heat exchanger yaitu sebagai berikut.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

0 10 20

Perpindahan Panas (kW)

Laju Aliran Fluida (Liter/menit)

Baffle 6 Baffle 8 Baffle 10

(7)

260

Gambar 6. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap perpindahan panas

Dari gambar 6. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap perpindahan panas dapat diketahui bahwa jumlah tube berpengaruh terhadap perpindahan panas yang terjadi pada heat exchanger.

Perpindahan panas tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 dan laju aliran fluida dingin 5 Liter/menit yaitu 2,12 kW, sedangkan jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida dingin 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,46 kW, jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida dingin 15 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1 ,56 kW, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida dingin 5 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,56 kW, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida dingin 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,42 kW, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida dingin 15 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 1,21 kW, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida dingin 5 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,52 kW, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida dingin 10 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,73 kW dan jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida dingin 15 Liter/menit perpindahan panas yang terjadi yaitu 0,59 kW.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diketahui pengaruh jumlah baffles terhadap perbedaan temperatur rata-rata (ΔT

LM

) pada heat exchanger (HE) yaitu sebagai berikut.

Gambar 7. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap temperatur rata-rata

Berdasarkan Gambar 7. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap temperatur rata-rata dapat diketahui jumlah baffles perpengaruh terhadap temperatur rata-rata pada heat exchanger.

Temperatur rata-rata tertinggi diperoleh jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 19,892 ᵒC, sedangkan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 16,830 ᵒC, jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 15,725 ᵒC, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 17,198 ᵒC, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 18,523 ᵒC, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 18,493 ᵒC, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 18,278 ᵒC, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 18,121 ᵒC, dan jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 16,240 ᵒC.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diketahui pengaruh jumlah tube terhadap perbedaan temperatur rata-rata (ΔT

LM

) pada heat exchanger yaitu sebagai berikut.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

0 10 20

Perpindahan Panas (kW)

Laju Aliran Fluida (Liter/menit) Tube 30 Tube 32 Tube 34

0 5 10 15 20 25

0 10 20

ΔTlm (ᵒC)

Laju Aliran Fluida (Liter/menit) Baffle 6 Baffle 8 Baffle 10

(8)

261

Gambar 8. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap temperatur rata-rata

Berdasarkan Gambar 8. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap temperatur rata-rata diketahui bahwa jumlah tube berpengaruh terhadap temperatur rata-rata. Temperatur rata-rata tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 18,29 ᵒC, sedangkan dengan jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 14,41 ᵒC, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 13,04 ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 15,47 ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 13,32 ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 13,58 ᵒC, jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 15,39 ᵒC, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 9,64 ᵒC, dan jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 9,94 ᵒC.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan diperoleh data hasil penelitian dengan variasi jumlah baffles 6, 8 dan 10 menggunakan jumlah tube 32 dengan variasi laju aliran massa fluida dingin yaitu 5, 10 dan 15 Liter/menit dan laju aliran fluida panas yaitu 5 Liter/menit dijelaskan pada grafik berikut.

Gambar 9. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap koefisien perpindahan panas

Dari Gambar 9. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap koefisien perpindahan panas dapat diketahui bahwa jumlah baffles berpengaruh terhadap koefisisen perpindahan panas menyeluruh pada heat exchanger. Koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 0,263 kW/m

²

ᵒC, sedangkan dengan jumlah baffles 6 dan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,213 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 6 dan laju aliran fluida 15 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,070 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 8 dan laju aliran fluida 5 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,105 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 8 dan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,146 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 8 dan laju aliran fluida 15 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,145 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 10 dan laju aliran fluida 5 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,058 kW/m

²

ᵒC, jumlah baffles 10 dan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,097 kW/m

²

ᵒC, jumlah

0 5 10 15 20

0 10 20

Perbedaan Temperatur ( ᵒC)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

0 10 20

Koefisien perpindahan panas U (kW/m² °C)

Laju Aliran Fluida (Liter/menit) Baffle 6 Baffle 8 Baffle 10

(9)

262 baffles 10 dan laju aliran fluida 15 Liter/menit koefisien perpindahan panas menyeluruh yaitu 0,001 kW/m

²

ᵒC.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan diperoleh data hasil penelitian dengan variasi jumlah tube 30, 32 dan 34 menggunakan jumlah baffles 10 dengan variasi laju aliran massa fluida dingin yaitu 5, 10 dan 15 Liter/menit dan laju aliran fluida panas yaitu 5 Liter/menit dijelaskan pada grafik berikut.

Gambar 10. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap koefisien perpindahan panas

Berdasarkan Gambar 10. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap koefisien perpindahan panas dapat diketahui bahwa jumlah pipa (tube) berpengaruh terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh (U) heat exchanger. Koefisien perpindahan panas menyeluruh tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 pada laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 0,31 kW/m

²

ᵒC, sedangkan jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,27 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,30 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,23 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,24 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 30 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,20 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,06 kW/m

²

ᵒC, jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,11 kW/m

²

ᵒC dan jumlah tube 32 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit koefisien perpindahan menyeluruh yaitu 0,09 kW/m

²

ᵒC.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan diperoleh pengaruh jumlah baffles terhadap efektivitas heat exchanger yang dijelaskan pada grafik berikut.

Gambar 11. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap efektivitas HE

Berdasarkan Gambar 11. Grafik pengaruh jumlah baffles terhadap efektivitas HE (heat exchanger) dapat diketahui bahwa jumlah baffles berpengaruh terhadap efektivitas heat exchanger. Efektivitas heat exchanger tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 0,269, sedangkan jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 0,221, jumlah baffles 6 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 0,078,

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0 10 20

Koefisien Perpindahan Panas U (kW/m² ᵒC)

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300

0 10 20

Efektifitas HE

Laju Liran Fluida (Liter/menit) Baffle 6 Baffle 8 Baffle 10

(10)

263 jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 0,112, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 0,161, jumlah baffles 8 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 0,164, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 0,064, jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 10 Liter/menit yaitu 0,109, dan jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit yaitu 0,002.

Pengaruh jumlah tube terhadap efektifitas heat exhanger yang dijelaskan pada grafik berikut.

Gambar 12. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap efektivitas HE

Berdasarkan Gambar 12. Grafik pengaruh jumlah tube terhadap efektivitas HE diketahui bahwa jumlah tube berpengaruh terhadap efektivitas heat exchanger (HE). Efektivitas tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 dengan laju aliran fluida 5 Liter/menit yaitu 0,33 sedangkan jumlah tube 34 dengan laju aliran 10 Liter/menit yaitu 0,27, jumlah tube 34 dengan laju aliran 15 Liter/menit yaitu 0,31, jumlah tube 32 dengan laju aliran 5 Liter/menit yaitu 0,06, jumlah tube 32 dengan laju aliran 10 Liter/menit yaitu 0,12, jumlah tube 32 dengan laju aliran 15 Liter/menit yaitu 0,11, jumlah tube 30 dengan laju aliran 5 Liter/menit yaitu 0,21, jumlah tube 30 dengan laju aliran 10 Liter/menit yaitu 0,24 dan jumlah tube 30 dengan laju aliran 15 Liter/menit yaitu 0,21.

Dari hasil pengujian dan perhitungan dapat diketahui pengaruh jumlah tube dan jumlah baffles terhadap kinerja pada shell and tube heat exchanger. Perpindahan panas tertinggi pada fluida panas diperoleh dengan jumlah tube 34 dan jumlah baffles 10 yaitu 2,12 kW. Perpindahan panas pada heat exchanger dipengaruhi oleh jumlah tube (luas penampang pipa), sehingga dengan jumlah tube yang lebih banyak akan menghasilkan perpindahan panas yang besar. Hal ini sesuai dengan hasil pengujian yang telah dilakukan bahwa jumlah tube 34 mampu menghasilkan perpindahan panas tertinggi. Sedangkan untuk jumlah baffles juga berpengaruh terhadap perpindahan panas pada heat exchanger, namun pola yang dihasilkan yaitu semakin banyak jumlah baffles perpindahan panas cenderung menurun. Semakin banyak jumlah baffles akan mempengaruhi aliran fluida dingin pada bagian shell sehingga akan berpengaruh terhadap perpindahan panas. Perpindahan panas pada heat exchanger juga dipengaruhi oleh laju aliran fluida fluida dingin pada bagian shell.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa laju aliran fluida berpengaruh pada perpindahan panas, pada laju aliran fluida 5 Liter/menit mampu menghasilkan perpindahan panas tertinggi dibandingkan dengan laju aliran fluida lainnya. Pada laju aliran fluida dingin 5 Liter/menit terjadi penurunan tempeartur fluida panas lebih besar sehingga perubahan temperatur rata-rata (ΔT

lm

) juga lebih besar dan juga berpengaruh pada perpindahan panas pada heat exchanger.

Jumlah tube dan baffles juga berpengaruh terhadap temperatur rata-rata (ΔT

lm

).

Temperatur rata-rata tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 32 dengan jumlah baffles 6 yaitu 19,982 ᵒC. Temperatur rata-rata dipengaruhi oleh temperatur masuk dan keluar dari fluida panas dan fluida dingin. Semakin besar perubahan temperatur pada fluida panas maupun fluida dingin maka akan mengahasilkan temperatur rata-rata yang besar. Perpindahan panas pada heat exchanger dipengaruhi oleh laju aliran massa fluida, luas penampang pipa dan temperatur rata-

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0 10 20

Efektifitas HE

Laju aliran Fluida (Liter/menit)

Tube 30 Tube 32 Tube 34

(11)

264 rata, sehingga temperatur rata-rata yang tinggi belum tentu menghasilkan perpindahan panas yang besar.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan diketahui pengaruh jumlah baffles dan tube terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh. Koefisien perpindahan panas menyeluruh tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 10 dan jumlah tube 34 yaitu 0,31 kW/m

²

ᵒC. Semakin besar jumlah tube maka semakin tinggi koefisien perpindahan panas menyeluruh. Sedangkan untuk jumlah baffles pola yang dihasilkan pada pengujian menggunakan tube 32 semakin tinggi jumlah baffles koefisien perpindahan panas menyeluruh semakin rendah. Koefisien perpindahan panas menyeluruh dipengaruhi oleh perpindahan panas yang terjadi baik pada fluida panas maupun fluida dingin, laju aliran fluida, luas penampang pipa dan temperatur rata-rata (ΔTlm).

Pada jumlah tube 34 dan baffles 10 dengan laju aliran fluida 15 Liter/menit terjadi perubahan temperatur rata-rata yang rendah namun pada kondisi ini laju aliran fluida dan luas penampang pipa yang lebih besar sehingga akan menghasilkan perpindahan panas yang besar juga dan menghasilkan koefisien perpindahan panas yang besar.

Berdasarkian hasil pengujian dan perhitungan diketahui bahwa jumlah tube dan jumlah baffles berpengaruh terhadap efektivitas heat exchanger. Efektvitas heat exchanger tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 dan jumlah baffles 10 dengan laju aliran fluida panas 15 Liter/menit yaitu 0,33. Efektivitas heat exchanger dipengaruhi oleh perpindahan panas yang terjadi pada fluida panas maupung fluida dingin. Dengan jumlah tube 34 dan baffles 10 terjadi perpindahan panas tertinggi sehingga pada kondisi ini mampu menghasilkan efektiviyas yang tinggi. Pola yang dihasilkan dari hasil penelitian yaitu semakin tinggi jumlah tube maka efektivitas heat exchanger semakin tinggi, sedangkan untuk jumlah baffles pola yang dihasilkan yaitu semakin tinggi jumlah baffles efektivitas heat exchanger cenderung mengalami penurunan.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian diketahui bahwa jumlah tube berpengaruh terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektivitas heat exchanger. Koefisien perpindahan panas tertinggi diperoleh dengan jumlah tube 34 yaitu 0,31 kW/m

²

°C dan efektivitas tertinggi juga diperoleh dengan jumlah tube 34 yaitu 0,33 atau 33%. Jumlah baffles berpengaruh terhadap koefisien perpindahan panas menyeluruh dan efektivitas heat exchanger. Koefisien perpindahan panas tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 6 yaitu 0,263 kW/m

²

°C dan efektivitas heat exchanger tertinggi diperoleh dengan jumlah baffles 6 yaitu 0,269 atau 26,9 %.

REFERENSI

B Badrawada, I. G. G., Susilo, G. B., & Prasetyo, J. E. (2019). SIMULASI PENGARUH KEMIRINGAN BAFFLES PADA HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE. Jurnal Teknik Mesin MERC (Mechanical Engineering Research Collection), 2(1).

Cengel, Y., & Heat, T. M. (2003). A practical approach. New York, NY, USA: McGraw-Hill.

Handoyo, E. A. (2000). Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and-Tube Heat Exchanger. Jurnal Teknik Mesin, 2(2), 86-90.

Handoyo, E. A. (2004). Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell-and-Tube Heat Exchanger. Jurnal Teknik Mesin, 3(1), pp-19.

Nandiati, S., Kirom, M. R., & Ajiwiguna, T. A. (2019). Evaluasi Kinerja Perpindahan Kalor Pada Berbagai Variasi Susunan Heat Exchanger Menggunakan Metode Lmtd Dan Ntu. eProceedings of Engineering, 6(2).

Setyoko, B. (2008). Evaluasi Kinerja Heat Exchanger Dengan Metode Fouling Faktor. Teknik, 29(2), 148-153 Siagian, S. (2017). Analisa Efektivitas Alat Penukar Kalor Jenis Shell And Tube Hasil Perencanaan Mahasiswa

Skala Laboratorium. Bina Teknika, 12(2), 211-216.

Yulianto, S., Maghfurah, F., & Qadri, M. (2015). Perencanaan Jumlah Tube Sebuah Alat Penukar Kalor Pada Saat Beda Temperatur Rata-rata 20% Lebih Tinggi Dari Disain Rancangan. Prosiding Semnastek.