## ANALISA DISAIN RANCANGAN SEBUAH ALAT PENUKAR KALOR JENIS SHELL AND TUBE SKALA LABORATORIUM
Sulis Yulianto 1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Jakarta sulis.yulianto@yahoo.com Fadwah Maghfurah 1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta
fmaghfurah@yahoo.com

## Abstrak
Perencanaan jumlah tube pada sebuah alat penukar kalor sangatlah penting dilakukan dengan tepat  agar  performance  dari  unit  dapat  tercapai  secara  maksimal,  maka  dalam  kegiatan penelitian ini akan dilakukan suatu  prediksi perencanaan perhitungan jumlah tube pada saat beda  temperatur  rata-rata  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  dengan  prediksi  waktu  kegiatan  c leaning  interval pada  bulan  ke    6,  12, 18,  dan  pada  bulan  ke  23.  Sehingga  didapatkanlah  jumlah  tube  sebanyah  10  buah  tube  dari sebelumnya  sebanyak  37  buah  tube,  maka  dengan  adanya  suatu  prediksi  terhadap  fariasi 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,  efektif dan memiliki kehandalan yang tinggi dalam suatu kegiatan produksi.
Kata kunci: Alat penukar kalor, Beban thermal, Cleaning interval.

## 1.PENDAHULUAN
Alat  penukar  kalor  adalah  suatu  alat  yang sangat  penting  dalam  kegiatan  proses industri,  dimana  dukungan  yang  maksimal dari alat tersebut dapat mempengaruhi suatu proses  menjadi  kurang  maksimal,  maka
perlu adanya suatu perencanaan disain  yang tepat  dan ekonomis dalam  pembuatan suatu alat  penukar  kalor  tersebut  sehingga  dapat dioperasikan  dengan  baik  dan  berjalan secara maksimal sesuai prediksi disain yang telah dirancang.

## 2.METODE PENELITIAN
Dalam  perencanaan disain  alat penukar kalor ini  yaitu dengan mengunakan metode  analisa  perencanaan  perhitungan dengan  mengunakan  metode  perencanaan disain  dengan  memperhitungkan  faKtor pengotoran  fungsi  waktu  yang  kemudian dilakukan  pembuatan  alat  dankemudian dilakukan pengambilan data yang kemudian dilakukan analisis perencanaan perhitunagan
kembali yang akhirnya mendapatkan sebuah disain  terbaru  dari  alat  penukar  kalor sebelumnya, dimana pada metode perencanaan perhitungan pada disain ke dua ini  yaitu  mengunakan  metode  perencanaan dengan  mengunakan  parameter  kegiatan cleaning interval pada saat beda temperature rata-rata  kedua  fluida  telah  mencapai  20  % lebih tinggi dari spesifikasi disain rancanganya
Gambar 1. Diagram alir perencanaan penelitian
Tabel  1.  Spesifikasi  disain  terbaru  alat penukar kalor

## 3.HASIL PEMBAHASAN
Dalam  kegiatan    penelitian  ini  akan dilakukan terlebih dahulu penentuan spesifikasi  disain  dari  alat  seperti  terlihat pada  table  1,  yang  kemudian  dilakukan
analisa  perencanaan  perhitungan  disan  dari APKjenis shell and tube skala laboratorium.
Gambar 2. Sistem alat penukar kalor
Gambar 3.Heat exchanger assy ke 1.
Spesifikasi Disain APK Shell and tube Diameter  tube OD = 0,0127mm Panjang tube 0,6 m Laju alir fluida masuk shell (mh) 0,075 kg/s Laju aliran fluida masuk  tube (mc) 0,122  kg/s Temp.fluida dingin masuk tube (Tci) 27 O C/ 300 K Temp. fluida dingin keluar tube (Tco) 37 O c / 310 K Temp. fluida panas masuk shell (Thi) 47 O c / 320 K Beban termal (Q) 5100 Watt Koefisien global perpindahan panas (U) 900 W/m 2 K Ya s Ya Tdk Mulai Perencanaan spesifikasi APK Perencanaan perhitungan Pembuatan APK 1 Pengambilan data APK Perencanaan prediksi disain terbaru dari APK 2 Pembuatan laporan Tdk Selesai
Pada  konsep  perencanaan  disain terbaru  pada  penelitian  ini  yaitu  dengan mengunakan metode disain alternatif dengan faktor fouling fungsi  waktu  dimana  data yang  telah  didapat  akan  dilakukan  suatu evaluasi mengenai pembentukan pengotoran didalam sistem APK tersebut, yang kemudian  data-data  tersebut  dievaluasi dalam  bentuk  analisa  perhitungan  untuk dapat  menghasilkan  suatu  spesifikasi  disain alat  penukar  kalor  terbaru  dari  sebelumnya. Sehingga  dari  hasil  pengamatan  dan  analisa pengambilan data didapatkanlah hasil berupa  karakteristik  perkembangan  faktor pengotoran  didalam  sistem  dengan  metode pendekatan assymtotik seperti  terlihat  pada gambar dibawah.
Gambar 4. Karakteristik assymtotik faktor pengotoran APK.
Kemudian tahap selanjutnya,
dilakukan  perencanaan  analisa  perhitungan disain terbaru dimana alat penukar kalor ini akan  dioperasikan  pada  beban thermal konstan  (Qcst)  dan  akan  dimana  kegiatan maintenace tersebut  akan  dilakukan  pada saat kondisi beda temperatur rata-rata kedua fuida telah mencapai  20  % lebih tinggi  dari kondisi  awalnya  sehingga  bila  nilai  ΔT mc desain  rancanganya  adalah  sebesar  6,4  K, maka  didapatkanlah  nilai  sebesar  7,6  K yaitu  20  %  lebih  tinggi  dari  nilai  desainya maka  didapatkan  nilai  beda  temperatur tersebut adalah sebesar 1,2 K.
Kemudian dengan diketahuinya nilai koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh sebesar 3174.6 W/m 2 K,  maka dimensi luas penampang  serta  jumlah  tube  yang  akan dipakai pada disain terbaru dari alat penukar kalor dapat diketahui yaitu sebesar 0,25 m 2 . Q c = U c A c  . ΔT mc = 0,25 m 2 Dimana: A = π . Do . L . N
= 10 Tube
Sehingga pada konsep rancangan disain alat penukar  kalor  yang  kedua  ini  dengan mengunakan metode konvensional didapatkan nilai jumlah tube adalah sebanyak  10  tube.  Kemudian  dari  analisa perhitungan metode disain alternatif tersebut diatas  maka  didapatkan  sebuah  spesifikasi disain  terbaru  yang  mengunakan  faktor fouling fungsi  waktu  seperti  yang  terdapat pada tabel 2 dibawah.
Gambar 5. Disain APK terbaru hasil rancangan ke 2.
Tabel  2.  Disain  APK  terbaru  hasil rancangan
Gambar 6. Assembly heat exchanger assy
Dari  hasil  pengamatan  dan  pengolahan  data dari    hasil  pengujian    kemudian  akan dilakukan perencanaan  prediksi jumlah tube yang  terbaik  pada  disain  yang  akan  datang dengan  mengunakan    metode  pemilihan
jumlah tube pada saat beda temperatur rata – rata  (  Δ  Tmf  /  ΔTmc  )  kedua  fluida  telah mencapai  20%    lebih  tinggi  dari  disain rancanganya dengan memfariasikan panjang tube,  dimana  kegiatan  c leaning  interval yang  akan  dipakai  dalam  analisa  ini  yaitu mengunakan  waktu cleaning  interval pada bulan ke  6, 12, 18, dan bulan ke 23, maka didapatkan  hasil  prediksi  disain  terbaru terhadap fariasi jumlah tube yang kemudian dituangkan  dalam  bentuk  gambar  grafik dibawah.
Gambar 7. Grafik jumlah tube terhadap fariasi cleaning interval.
SPESIFIKASI DISAIN APK  RANCANGAN SATU AN Jumlah tube 10 Tube Luas penampang APK 0,25 m 2 Diameter  tube (OD) 0,0127 mm Panjang tube 0,6 m Diametr shell 0,15 m Laju aliran fluida masuk shell (mh) 0,075 kg/s Laju aliran fluida masuk  tube (mc) 0,122 kg/s Temp.fluida dingin masuk tube (Tci) 27 O C/ 300 K
Temp. fluida dingin keluar tube (Tco)
37 O C / 310 K Temp. fluida panas masuk shell (Thi) 320 K Temp. fluida panas keluar shell (Tho) 303,8 K Beban termal (Qc) 5657,8 Watt

## 4.KESIMPULAN:
1. Hasil  pengujian  menunjukan  bahwa faktor  pengotoran  (∑Rf)  yang  terjadi pada  permukaan  aat  penukar  kalor  akan cenderung  membentuk  kurva assymtotik dengan:
Rf * = 0,000028 m 2 K/W
Tc  =  2,7  bulan  …(waktu  prediksi terjadi pengotoran awal)
Dimana:
2.  Bahwa  hasil  dari  prediksi  perencanaan disain  pada  grafik  diatas  didapatkan bahwa  jumlah  tube  yang  ideal  pada  saat beda  temperatur  rata  –  rata  telah mencapai  20%  lebih  tinggi  dari  disain rancanganya  yaitu  sebanyak  25  tube dengan  estimasi  perencanaan  kegiatan cleaning dilakukan  setelah  1  tahun  (12 bulan) jam operasi alat tersebut beroperasi.

## REFERENSI:
1. Ramesh  K.  Sahah  and  Dusan  P  Sekulic 2003.  Fundamentals  of  Heat  Exchenger Desing.  John  Wiley  &  Son,  INC. Hoboken, New Jersey.
2. Ricahard.  C.  Byrne.  2000.  Standard  of the  Turbular  Excharnger  Manufactures Association,  standards  of  the  Turbular Exchanger Manufacture Assocition, INC. New York.
3. Keith  Escoe,  A., Mechanical  Design  of Process  Systems, vol.  2,  Gulf  Pub. Company, Houston Texas, 1986.
4. Soekardi.  C.  April  2001.  Prediksi karakteristik  termal  sebuah  penukar
kalor dampak pemilihan faktor pengotoran konstan, Poros, 4 No 2, 141-
150.
5. Soekardi.C. April 2002. Implikasi Perancangan  Sebuah  penukar  kalor dengan  faktor  Pengotoran  dan  fungsi waktu  terhadap  kinerjanya  pada  kondisi operasi  beban  thermal  konstan,  Poros, Vol. 5. NO. p. 129-137.
6. Thurmarimurungan M.
2006.
Performance  Analysis  of  Shell  and TubeHeat  Exchanger  Using  Miscedle System.  American  Journal  of  Applied Sciences.