## STUDI PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER TYPE SHELL
AND TUBE DEHUMIDIFIER BIOGAS LIMBAH SAWIT UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS
Iriansyah Putra PT Wiratama Indotech, Bekasi, Jawa Barat Email: iriansyahputra@gmail.com

## Abstrak
Penggunaan  alat  penukar  kalor  ( heat  exchanger )  semakin  banyak  digunakan  dalam  berbagai  industri  untuk menurunkan dan menaikan temperatur dalam memenuhi kebutuhan teknis berbagai produk, indutri-industri yang menggunkan  alat  penukar  kalor  seperti  indutri  kimia,  pabrik,  gedung  perkantoran,  rumah  sakit,  pembangkit listrik  ( power  plan ).  Pada  penelitian  ini  ditentukan  penukar  kalor type  shell dan tube dengan  media  pendingin adalah air. Air terlebih dahulu didinginkan oleh unit chiller, kemudian disuplai dan bersirkulasi ke shell dan tube sehingga ketika biogas masuk ke dalam unit heat exchanger , temperatur biogas turun dan mendapat temperatur yang dibutuhkan. Dari hasil perencanaan diperoleh kapasitas heat transfer yang dilepas air cukup besar dengan kapasitas  25740,29  W/m²C  yang  melalui  248 tube panjang  2000  mm,  dengan  nilai  panas  yang  dilepas  oleh biogas 20122,76 W/m²C dan kecepatannya aliran biogas menjadi laminer karena harus melewati 6 buffle . Pada perencanaan  sebuah  konstruksi  STHE  harus  memperhatikan  faktor-faktor  korosi  dan  pekerjaan  agar  bisa menimalisir kesalahan pada saat konstruksi
Kata Kunci: Biogas, dehumidifier , penukarkalor, PLTBG.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan alat penukar kalor ( heat exchanger )  semakin  banyak  digunakan  dalam berbagai  industri untuk menurunkan dan  menaikkan temperatur  dalam  memenuhi  kebutuhan  teknis berbagai produk. Industri-industri yang menggunakan  alat  penukar  kalor  seperti  industri kimia, pabrik,  gedung perkantoran, rumah  sakit dan pembangkit listrik ( power plan ).
Salah  satu  tipe  dari  alat  penukar  kalor  yang paling  banyak  digunakan  adalah Shell  and  Tube Heat  Exchanger .  Alat  ini  terdiri  dari  sebuah shell silindris  di  bagian  luar  dan  sejumlah tube di  bagian dalam,  temperatur  fluida  di  dalam tube berbeda dengan di luar tube (di dalam shell ) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida di dalam tube dan  di  luar tube .  Adapun  daerah  yang  berhubungan dengan  bagian  dalam tube disebut tube  side dan yang di luar disebut shell side . Limbah organik yang dihasilkan dari pertanian dan peternakan ternyata dapat menghasilkan  sebuah  bioenergi  baru  yang  dapat menggantikan  posisi  bahan  bakar  fosil  yang  selama ini  nyaris  tidak  tergantikan  sebagai  bahan  bakar utama di pembangkit-pembangkit listrik di Indonesia. Salah satu sumber energi alternatif adalah biogas. Gas ini berasal dari berbagai macam limbah organik  seperti  sampah  biomassa,  kotoran  manusia,
kotoran  hewan  yang  dapat  dimanfaatkan  menjadi energi melalui proses anaerobik digestion . Trend  memanfaatkan  limbah/kotoran/sampah sebagai  bahan  bakar  sudah  mulai  berkembang  di Indonesia  sebagai  salah  satu  energi  alternatif  untuk pembangkit  listrik.  Salah  satu  sumber  energi alternatif  tersebut  adalah  biogas.  Dimana  biogas banyak dihasilkan dari kotoran, sampah dan sisa-sisa material. Pada kajian ini akan mengkaji pemanfaatan biogas dari  limbah  sawit  yang  banyak ditemukan di daerah pulau Sumatra dan Kalimantan.
Untuk menggunakan biogas dari limbah sawit ini  dibutuhkan  temperatur tertentu  dari  biogas  yang akan  disuplai  ke  unit  pembangkit  temperatur  yang ditentukan  harus  tercapai  tidak  boleh  lebih  atau kurang.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan  unit  penukar kalor  untuk  menciptakan  temperatur  dari  biogas tetap.
Pada  penulisan  ini  ditentukan  penukar  kalor type shell dan tube dengan media pendingin air. Air ini  terlebih  dahulu  didinginkan  oleh  unit chiller . Kemudian disuplai dan bersirkulasi ke shell dan tube sehingga  ketika  biogas  masuk  ke  dalam  unit heat exchanger ,  temperatur  biogas  akan  turun  dan mendapat temperatur yang dibutuhkan.
2. Tinjauan Pustaka
2.1  Alat Penukar Kalor Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan  dimana  terjadi  perpindahan  panas  suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain  yang  lebih  rendah.  Proses  perpindahan  panas tersebut  dapat  dilakukan  secara  langsung  maupun tidak langsung, adapun pembagiannya adalah:
1. Alat  penukar  kalor  langsung.  Fluida  yang  panas akan  bercampur  secara  langsung  dengan  fluida yang dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu.
2. Alat  penukar  kalor  tidak  langsung.  Fluida  panas tidak  berhubungan  langsung  ( indirect  contact ) dengan  fluida  dingin.  Jadi,  proses  pemindahan panas  melalui  perantara,  seperti  pipa,  pelat  dan peralatan jenis lain.
Peralatan  yang  masuk  pada  kelompok pertama adalah seperti jet condesor, pesawat desuper heater pada  ketel,  unit water  deaerator sedangkan pada  jenis  kelompok  kedua  adalah  condesor, super heater , shell dan tube , air preheater dan lainnya.

## 2.2  Alat Penukar Kalor
Jenis  alat  penukar  kalor  dapat  diklasifikasi menjadi:
1. Klasifikasi berdasarkan perpindahan panas a. Tipe kontak langsung
b. Tipe kontak tidak langsung
2. Klasifikasi  berdasarkan  jumlah  fluida  yang mengalir
a. Dua jenis fluida
b. Tiga jenis fluida
c. N–jenis fluida (N lebih dari tiga)
3. Klasifikasi berdasarkan kompaknya permukaan
a. Tipe penukar kalor yang kompak
Density luas permukaannya > 700 m²/m³
b. Tiper penukar kalor tidak kompak
Density luas permukaannya < 700 m²/m³
4. Klasifikasi  berdasarkan  mekanisme  perpindahan panas
a. Konveksi,  satu phase pada  kedua  sisi alirannya
b. Konveksi  pada  satu  sisi  aliran  dan  pada  sisi yang lainnya terdapat 2 cara konveksi aliran.
c. Kombinasi antara konveksi dan radiasi
5. Klasifikasi berdasarkan konstruksi
a. Konstruksi tubular ( shell and tube )
b. Konstruksi tipe pelat ( plate )
c. Konstruksi  dengan  permukaan  diperluas ( Extended Surface )
d. Regenerative
6. Klasifikasi berdasarkan pengaturan aliran
a. Aliran dengan satu pass ( single phase )
b. Aliran multipass ( multiphase ) c. Shell and tube aliran yang berlawanan
d. Mulipass plat
Berdasarkan  standar Tubular  Exchanger Manufactures Association (TEMA) terdapat  3 (tiga) macam kelas alat penukar kalor:
1. Alat  penukar  kalor  kelas  “R”,  yang  digunakan pada  industri  minyak  dan  yang  berhubungan pada proses tersebut.
2. Alat  penukar  kalor  kelas  “C”,  yang  umumnya dipergunakan pada keperluan komersial.
3. Alat  penukar  kalor  Kelas  “B”  ,  yang  banyak dipergunakan pada proses kimia Kelas  R,  Kelas  C  dan  Kelas  B  ini  semuanya adalah alat penukar kalor yang tidak dibakar ( unfired sheel  and  tube ) tidak  sama  dengan  dapur  atau  ketel uap.
Di  samping  pengelompokan  di  atas,  TEMA memberikan tipe lain, seperti:
1. Penukar kalor dengan fixed tube sheet
2. Penukar kalor dengan floating tube sheet
3. Penukar kalor dengan pipa U ( hairpin tube )
4. Penukar  kalor  dengan fixed  tube  sheet dan mempunyai  sambungan  ekspansi  ( expantion joint ) pada shellnya.
Standar  TEMA  juga  mengklasifikasikan  alat penukar  kalor  menurut  tipe stasionary  head , shell dan rear head ke dalam tiga kode huruf, yaitu:
1. Huruf pertama: A, B, C, N dan D Menunjukkan tipe ujung muka
2. Huruf kedua: E, F, G, H, J, K dan X Menunjukkan tipe shell
3. Huruf ketiga: L, M, D, U, P, S, T dan W Menunjukkan tipe ujung belakang
Gambar 2.1 Standar TEMA berdasarkan tipe alat penukar kalor (sumber: Tunggul M. Sitompul: 1991)
2.3  Aliran  Fluida  dan  Distribusi  Temperatur Pada Alat Penukar Kalor
Apabila  ditinjau  aliran  fluida  pada  alat penukar  kalor,  maka  dapat  dibagi  3  macam  aliran yaitu:
1. Aliran sejajar ( paralel flow )
2. Aliran berlawanan ( counter flow )
3. Aliran kombinasi
Aliran fluida di atas terjadi pada alat penukar kalor  konstruksi shell  and  tube dan  sering  disebut tubular  exchanger  equipment sedangkan  pada kelompok  yang  kontak  langsung  tidak  ada pengelompokan jenis aliran.
Aliran  dan  Distribusi  Temperatur  Alat  Penukar Kalor yang Langsung
Pada  alat  penukar  kalor  jenis  ini,  temperatur akhir  fluida panas  dan dingin  menjadi  sama karena kedua  jenis  fluida  tersebut  akan  membentuk campuran  keluar  dari  alat  penukar  kalor.  Ini  berarti panas  yang  diberikan  oleh  fluida  panas  betul-betul diterima  secara  utuh  oleh  fluida  dingin,  tanpa  ada kerugian  panas.  Umumnya  media  panas  yang digunakan  uap  basah  dan  air  sebagai  media pendingin.
Dengan  demikian  uap  basah  tersebut  akan terkondensasi  dengan  melepas  panas  latennya.  Ini disebabkan karena uap basah dengan tekanan rendah akan  mempunyai  panas  laten  yang  lebih  tinggi (besar) dibandingkan dengan uap bertekanan tinggi.

## Aliran  dan  Distribusi  Temperatur  Alat  Penukar Kalor Tidak Lansung
Jenis alat penukar kalor ini berfungsi  sebagai pemisah  antara  fluida  panas  dengan  fluida  dingin. Untuk  pertimbangan  menentukan  fluida  mana  yang mengalir  dalam tube .  Seperti  yang  ditinjau  pada pusat  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU),  air dingin temperatur rendah mengalir melalui tube dan uap bebas di luar tube ( shell ).
Alat  penukar  kalor  tipe  aliran  sejajar memiliki  arah  aliran  dari  dua  fluida  yang  bergerak secara  sejajar.  Kedua  fluida  masuk  dan  keluar  pada sisi  penukar  panas  yang  sama.  Temperatur  fluida yang  memberikan  energy  akan  selalu  lebih  tinggi disbanding  temperature  fluida  yang  menerima  sejak memasuki  alat  penukar  kalor  hingga  keluar. Temperatur  fluida  yang  menerima  kalor  tidak  akan pernah mencapai temperature fluida yang memberikan kalor.
Gambar  2.2  Distribusi  temperatur-panjang  (luas) pipa  pada  alat  penukar  kalor  dengan aliran parallel 1-1 pas.
Gambar  2.3  Distribusi  temperatur-panjang  (luas) pipa  pada  alat  penukar  kalor  dengan aliran berlawanan1-1 pas
Alat  penukar  kalor  tipe  aliran  berlawanan, memiliki  arah  aliran  yang  berlawanan.  Perpindahan kalor  terjadi  antara  satu  ujung  bagian  yang  panas dari  kedua  fluida  dan  juga  bagian  yang  paling dingin.  Temperatur  keluar  fluida  dingin  dapat melebihi temperature keluar fluida panas.

## 2.4  Alat Penukar Kalor Shell and Tube
Alat  penukar  kalor  tipe  ini  adalah  salah  satu jenis alat penukar kalor yang menurut konstruksinya dicirikan adanya sekumpulan tube yang dipasangkan di  dalam shell berbentuk  silinder  di  mana  dua  jenis fluida  yang  saling  bertukar  kalor  mengalir  secara terpisah,  masing–masing  melalui  sisi tube dan  sisi shell . Alat penukar kalor tipe ini sering digunakan di industry  kimia.  Satu  fluida  mengalir  di  dalam  pipa, sementara  fluida  lain  dialirkan  dalam shell .  Agar aliran  dalam shell turbulen  dan  untuk  memperbesar koefisien  perpindahan  panas  konveksi,  maka  pada shell dipasang penghalang ( baffle ).
Gambar 2.4 Alat penukar kalor tipe Shell and tube 1 phase
2.5    Perancangan  Alat  Penukar  Kalor  tipe Shell and Tube
Sebelum  mendisain  alat  penukar  kalor, dibutuhkan  data  dari  laju  aliran  ( flow  rate ), temperature  masuk  dan  temperature  keluar,  dan tekanan  operasi  kedua  fluida.  Data  ini  dibutuhkan terutama  untuk  fluida  gas  jika  densitas  gas  tidak diketahui.  Untuk  fluida  berupa  cairan  ( liquid ),  data tekanan  operasi  tidak  terlalu  dibutuhkan  karena sifat-sifatnya tidak banyak berubah apabila tekanannya berubah.
Jika  panas  yang  dilepaskan  besarnya 𝑄 persatuan waktu, maka panas  itu diterima oleh yang dingin sebesar 𝑄 pula.
Kemampuan  menerima  panas  dipengaruhi  3 hal:
1. Koefesien perpindahan panas secara keseluruhan
( the overall heat transfer coefficient )
2. Luas perpindahan panas dinyatakan dengan 𝐴
3. Perbedaan temperatur rata-rata dinyatakan dalam 𝛥𝑡 𝐿𝑚
Hubungan antara besaran itu adalah:
Q = U  ∙ A  ∙  ∆T lm (1)
Sebelum  menentukan  luas  permukaan  kalor ( 𝐴 ),  maka  terlebih  dahulu  ditentukan  nilai  dari LMTD.  Hal  ini  berdasarkan  selisih  temperatur  dari fluida yang masuk dan keluar dari kalor.
LMTD =   ∆ T lm = T max −T min ln    ∆ Tmax ∆ Tmin (2)
Langkah selanjutnya adalah menghitung jumlah luas permukaan perpindahan panas memperkirakan  jumlah tube ( 𝑁 𝑡 )  terdapat  dalam tabel, maka digunakan dengan menggunakan rumus:
𝐴 =   𝑁 𝑡 𝜋𝐷 0 𝐿 (3)
Penurunan Tekakan pada Sisi Tube
Besarnya  penurunan  tekanan  pada tube  side alat  penukar  kalor  telah  diformulasikan,  persamaan terhadap faktor gesekan dari  fluida yang dipanaskan atau yang didinginkan di dalam tube .
∆P t = F ∙ G t 2 ∙L ∙n 5.22 ∙ 10 10 D ∙S ∙φ t (4)

## 2.6   Biogas Sebagai Sumber Energi Alternatif
Biogas  merupakan  sebuah  proses  produksi gas  bio  dari  material  organik  dengan  bantuan bakteri.  Proses  degradasi  material  organik  ini  tanpa melibatkan  oksigen  disebut  anaerobik digestion gas yang  dihasilkan  sebagian  besar  (lebih  50%)  berupa metana.  Material  organik  yang  terkumpul  pada digester  (reaktor)  diuraikan  menjadi  dua  tahap dengan bantuan dua jenis bakteri.
Tahap  pertama  material  orgranik  akan didegradasi  menjadi  asam  asam  lemah  dengan bantuan  bakteri  pembentuk  asam.  Bakteri  ini  akan menguraikan  sampah  pada  tingkat  hidrolisis  dan asidifikasi.  Hidrolisis  yaitu  penguraian  senyawa kompleks  atau  senyawa  rantai  panjang  seperti lemak,  protein,  karbohidrat  menjadi  senyawa  yang sederhana. Sedangkan asifdifikasi yaitu pembentukan asam  dari senyawa sederhana. Setelah material organik berubah menjadi asam, maka tahap kedua  dari  proses  anaerobik digestion adalah pembentukan  gas  metana  dengan  bantuan  bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina dan methanobacterium.
Biogas  sebagian  besar  mengandung  gas metana  (CH 4 )  dan  karbon  dioksida  (CO 2 ),  dan beberapa kandungan yang jumlahnya kecil diantaranya  hidrogen  sulfida  (H 2 S)  dan  ammonia (NH 3 )  serta  hidrogen  (H 2 )  dan  nitrogen  yang kandungannya sangat kecil. Energi yang terkandung dalam  biogas  tergantung  dari  konsentrasi  metana (CH 4 ).  Semakin  tinggi  kandungan  metana  maka
semakin  besar  kandungan  energi  (nilai  kalor)  pada biogas,  dan  sebaliknya  semakin  kecil  kandungan metana  semakin  kecil  nilai  kalor.  Kualitas  biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter  yaitu:  menghilangkan  hidrogen  sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO 2 ).

## 3. Metode Penelitian
Alat  penukar  kalor  tipe shell  and  tube dapat digunakan    dalam  indutri  atau  dalam  unit pembangkit  tenaga uap ( steam power station ) maka harus  ditelaah  dari  segi  mekanikal  dan  segi  fluida dalam shell atau tube .

## 3.1 Penalahaan Aspek Mekanikal
Penelahaan  aspek  mekanikal  pada  alat penukar kalor ini sangat luas meliputi:
1. Shell
2. Head Stasioner
3. Rear and head
4. Buffle
5. Tube layout
6. Tube pitch
7. Tube
8. Pass of Flow
9. Nossel
10. Drain and Venting
3.2 Penelaahan Fluida dalam Shell atau Tube Untuk penalaahan fluida dalam shell dan tube dilakukan  evaluasi  berbagai  faktor  disamping memperhatikan  tipe  alat  penukar  panas,  ada  faktor yang  harus  diperhatikan  untuk  menentukan  jenis fluida dalam tube dan di luar tube , yaitu:
1. Kemampuan untuk dibersihkan ( cleanability ) 2. Corrosion
3. Tekanan kerja
4. Temperatur
5. Fluida berbahaya
6. Jumlah aliran fluida
7. Viskositas

## 3.3 Penggunaan Standar dalam Studi
Adapun  standar  mencakup  permasalahan desain,  pembuatan,  pemilihan  material  konstruksi, pengujian shell  and  tube , seat dan support , floating head , saluran nossel , pelat tube dan lain-lain.
Standar  mengenai  alat  penukar  kalor  ( heat exchanger )  menggunakan  standar  TEMA,  namun juga  tidak  hanya  mengacu  pada  TEMA  juga mengikuti  standar  yang  berlaku  secara  umum. Biasanya dipergunakan standar dari Amerika seperti ASME, API, ASTM dan lain-lain.
3.4 Pengumpulan  Data  Teknis  untuk  Kajian dalam Studi
Dalam  merancang  dan  melakukan  studi perencanaan  alat  penukar  kalor  tipe shell  and  tube
membutuhkan  beberapa  data  teknis  kebutuhan lapangan, diantaranya adalah:
1. Data  teknis  perencanaan  temperatur  inlet  dan outlet dari biogas yang akan dibutuhkan
2. Layout ruangan / lokasi penempatan alat penukar kalor nantinya sehingga bisa disesuaikan dimensi alat penukar kalor dengan lokasi
3. Data bill of material
Gambar  3.1 Datasheet  technical perencanaan  alat penukar kalor tipe shell and tube .
3.5 Penggunakan  Aplikasi  Microsoft  Excel dalam Perhitungan
Analisa  perencanaan  alat  penukar  kalor  tipe sheel  and  tube akan  menggunakan  aplikasi  bantu yaitu  Microsoft  Excel  untuk  memudahkan  analisa dan  membuat  variasi  perencanaan  disesuaikan dengan area penempatan produk.
Gambar  3.2  Aplikasi  Microsoft  Excel  untuk perhitungan alat penukar kalor.
Aplikasi  Microsoft  Excel  sangat  mudah digunakan  dan  akan  diinput  persamaan-persamaan yang dibutuhkan dalam sheet Microsoft Excel.

## 3.6 Studi Literatur
Dalam  hal  ini  penulis  melakukan  pencarian data  literatur  baik  melalui  internet, textbook , dokumentasi,  jurnal  ilmiah,  dan  sebagainya  yang berhubungan  dengan  masalah  perencanaan  alat penukar kalor tipe shell and tube untuk pembangkit listrik tenaga biogas.

## 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Datasheet Perencanaan Untuk merancang sebuah unit heat exchanger shell  and  tube dibutuhkan datasheet  technical sebagai  dasar  untuk  menentukan  kapasitasnya. Kebutuhan  pada  perencangan  ini  untuk  biogas limbah sawit POME.
Gambar  4.1 Datasheet  technical perencanaan  alat penukar kalor tipe shell and tube .
4.2 Scope Perencanaan Alat  Penukar  Kalor  Tipe
Shell and Tube
Adapun scope perencanaan alat penukar kalor yang  direncanakan  hanya  pada  proses  penurunan temperatur  dan  kelembaban  dari  biogas  dengan menggunakan  alat  penukar  kalor  sebagai  media pendingin  dimana  media  pendingin  yaitu    air  yang telah  melalui  proses  pendinginan  melalui  unit chiller . Chiller sendiri digunakan untuk
mendinginkan  air  pada  suhu  yang  ditetapkan  baru kemudian  air  yang  keluar  dari chiller akan  dialiri masuk  ke  dalam  unit  alat  penukar  kalor  dan  akan terus  menjadi  siklus  selama  sistem  kontrol dijalankan.
Siklus distribusi air  sebagai  media pendingin dapat  dilihat  dan  sesuai  dengan  gambar  4.2. Berdasarkan  desain  yang  terdapat  pada process  and instrumentation diagrams ( P&IDs ) project .
Gambar  4.2 Process  and  instrumentation  diagrams ( P&IDs ) alat  penukar  kalor  tipe shell and tube .
Unit chiller digunakan  untuk  mendinginkan air  sebelum  air  masuk  ke  alat  penukar  kalor,  unit chiller direncanakan  memiliki  kapasitas  10.55  kW dengan  temperatur  inlet  12 ⁰ C  dan  pada  outlet memiliki  temperatur  7 ⁰ C  sesuai  kebutuhan  yang tertera pada datasheet technical . Unit chiller dioperasikan  menggunakan  sistem auto  on / off melalui  PLC  sistem  dari  ruang  control. Ketika  seluruh  sistem  mulai  maka  unit chiller juga ikut  aktif  untuk  melakukan  proses  pendinginan  air sebagai  media  pendingin.  Air  yang  didinginkan chiller berasal  dari  tanki  utama  dan  jumlah  volume sirkulasi  dijaga  oleh floating  switch di  tanki water make up (MWT).
4.3  Perencanaan  Sistem  Kerja  Alat  Penukar Kalor Tipe Shell and Tube Standar  biogas  dehumidifier  terdiri  dari  gas dingin  penukar  panas  air  terpadu  dengan  air chiller kelas  industri. Water  chiller dan  semua  bagian dibasahi  melalui  kontak  dengan  biogas  yang diproduksi dari pipa ( tubing ) material stainless steel . Biogas memasuki economizer sebelum didinginkan  melalui  outlet  biogas.  Kemudian melewati separator demister, di mana suhu dikurangi lebih  lanjut  untuk  memungkinkan  membentuk kondensat. Sebuah alat penukar  kalor tipe shell and tube ,  menggunakan counter mengaliri  larutan  air untuk  mencapai  titik  embun  yang  telah  ditentukan dan  menghapus  kondensat  sisa  yang  tinggal  di biogas.
Kelembaban  relatif  dari  biogas  pada  bagian outlet  diatur  oleh  pemanasan  kembali  melalui economizer (penukar gas/panas gas) yang menggunakan  biogas  inlet  untuk  memanaskan biogas pintu keluar didinginkan.

## 4.4 Water Make Up Tank (WMT)
Dalam  perencanaan  alat  penukar  kalor  ini menggunakan peralatan tambahan untuk menampung air yang akan digunakan mendinginkan biogas.
Water  Make  up  Tank (WMT)  adalah  wadah penampung  air  yang  berfungsi  untuk  menstabilkan distribusi  air  pada  sistem,  sehingga  unit chiller mendapat  pasokan  air  cukup  untuk  mendinginkan biogas.
Gambar 4.3 Unit Water Make up Tank .
Air  merupakan  media pendingin  biogas pada proses yang yang terjadi di heat exchanger (penukar kalor), pada proses ini air dari tanki utama masuk ke chiller untuk  mengalami  pendinginan  sampai temperatur  7 ⁰ C,  air  yang  dingin  ini  masuk  ke  HE melalui tube sebagai  media  pendingin  sehingga temperatur biogas turun sampai ke temperatur 12 ⁰ C. Untuk menjaga kestabilan sirkulasi air dalam sistem  menggunakan Make Up  Water  Tank (MWT) yang  nantinya  air  dari  MWT  akan  dipompa  ke  unit chiller untuk  didinginkan  dan  disirkulasikan  ke sistem. Dimana MWT memiliki kapasitas penampungan air 65 liter. Pada MWT ini dilengkapi flow  control yaitu water  floating  valve ( valve pelampung)  untuk  mengontrol  level  air  pada  MWT tetap  pada  level  air  ideal  sehingga  volume  air  tetap terjaga.
Gambar 4.4 Ilustrasi water floating valve .
Ketika  level  air  berkurang  pada  tanki reservoir,  secara  otomatif floating  valve akan terbuka  dan  pompa  akan  menyala  untuk  menyuplai kebutuhan  air  sesuai  level  air  yang  dibutuhkan. Setelah level air tercapai floating valve akan tertutup dan  secara  otomatif  pompa  yang  tadinya  beroperasi akan mati dan berhenti menyuplai air dan proses ini akan terus berjalan sesuai dengan kebutuhan.
Secara keseluruhan proses operasi bisa dibuat otomatis  ataupun  manual  sesuai  kebutuhan,  untuk unit chiller dan HE terkoneksi dengan sistem kontrol terpusat  sehingga  ketika  semua  sistem  dinyalakan maka  unit chiller ,  unit  pompa  dan heat  exchanger akan bekerja secara bersamaan.
Namun  perlu  diperhatikan  sebelum  unit chiller dan  HE  mulai  bekerja,  perlu  diperhatikan
ketersediaan  air  pada  reservoir  dan water  make  up tank (WMT)  sehingga  ketika  pompa  aktif  air  bisa langsung disirkulasikan ke dalam sistem.

## 4.5   Kriteria Desain Control dan Keamanan
Untuk  menjaga  sistem  agar  aman  saat beroperasi,  perencanaan  unit chiller dan heat exchanger menggunakan  material  yang  sesuai standart, seperti penggunaan wire , PLC dan material bahan  elektronik  untuk  kontrol  yang  memenuhi standar keamanan.
Pada  bagian  WMT  memiliki over  flow control untuk mencegah kelebihan pasokan sehingga volume  air  tetap  stabil,  pada  unit chiller high  and low  pressure  switch alat  ini  digunakan  untuk mencegah tekanan dan flow switch .
4.6   Pemilihan Material Konstruksi Heat
Exchanger Shell and Tube
Dalam perencanaan ini yang akan mengalir melalui shell adalah  biogas  limbah  sawit  yang memiliki  proses  perubahan  fasa  kimia.  Oleh  karena itu, dikhawatirkan akan membuat material mengalami  korosi  dengan  cepat,  melihat  hal  itu maka dipilih material stainless steel 304.
Gambar 4.5 Material Properties S 304
Selain shell yang  menggunakan  material stainless steel 304, tube juga perlu dipertimbangkan faktor  korosi  dimana tube juga  akan  bersentuhan langsung  dengan  biogas  dan  di  dalam tube dialiri oleh  air,  maka tube akan  menggunakan  material  SS 304.
4.7    Pemilihan Tipe Shell
Dalam  perencanaan  ini  menggunakan shell and tube 1 phase dengan menggunakan tipe E.

## 4.8    Perhitungan dan Analisa
Untuk  memudahkan  analisa  STHE  yang dibutuhkan  maka  digunakan  Microsoft  Excel  untuk melakukan  perhitungan.  Gambar  4.7  merupakan hasil dari perhitungan. Di mana awal yang diperoleh dari data sheet dimasukkan dalam analisa perhitungan dengan menggunakan satuan SI.
Gambar 4.7 Hasil perhitungan Microsoft Excel
Setelah  mendapatkan  hasil  perhitungan  dari Microsoft  Excel.  Dapat  diperoleh  dimensi  untuk konstruksi  dan  kapasitas  STHE.  Dari  perhitungan diperoleh  STHE  yang  didesain  memiliki  kapasitas lebih besar dari nilai heat transfer yang terjadi pada STHE. Di mana heat tranfer keseluruhan lebih besar dari nilai heat tranfer rate akibat reaksi pada HE.
Air  dingin  yang  menjadi  media  pendingin mampu  menurunkan  temperatur  biogas  dari  35- 12°C. Kapasitas heat tranfer yang dilepas air cukup besar  dengan  kapasitas  25740.29  W/m²C  yang
melalui  248 tube dengan  panjang  2000  mm.  Nilai panas  yang  dilepas  oleh  biogas  20122.76  W/m²C dan kecepatan  aliran  biogas  menjadi  laminer karena harus melewati 6 buffle .
Dari  perhitungan  dengan  Microsoft  Excel dapat  diperoleh  data  untuk  kebutuhan  konstruksi heat exchanger shell and tube : Tabel 4.1 Data dimensi
Setelah diperoleh data dimensi dan kebutuhan material maka ditentukan desain dengan menggunakan Autocad atau Solidwork.
Gambar  4.8  Hasil  desain  STHE  dengan  dudukan sesuai kebutuhan datasheet .

## 5. Kesimpulan
Dari  hasil  perencanaan  diperoleh  kapasitas heat  transfer yang  dilepas  air  cukup  besar  dengan kapasitas  25740.29  W/m²C  yang  melalui  248 tube panjang  2000  mm.  Nilai  panas  yang  dilepas  oleh biogas 20122.76 W/m²C dan kecepatan aliran biogas menjadi laminer harus melewati 6 buffle . Pada  perencanaan  sebuah  konstruksi  STHE harus  memperhatikan  faktor-faktor  korosi  dan pekerjaan  agar  bisa  meminimalisir  kesalahan  pada saat konstruksi.
Untuk memudahkan perencanaan bisa menggunakan Microsoft Excel sebagai alat bantu.

## Daftar Pustaka
[1] Andi,  H,  Studi  Pemanfaat  Biogas  Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik 10 kW kelompok tani Mekarsari  Desa  Dander  Bojonegoro  Menuju Desa  Mandiri  Energi”,  Jurnal  tugas  Akhir,  ITS Surabaya.
[2] Bizzy,  R.Setiadi,  2013,  Studi  perhitungan  alat Penukar  Kalor  type  Shell  and  tube  dengan Program  Heat  Transfer  Research    Inc.  (HTRI)  , Jurnal  Rekayasa  Mesin  Vol.  3  Universitas Sriwijaya, Palembang.
[3] Maulana  Arifin,  Dkk.  2011,  “Kajian  Biogas Sebagai pembangkit Tenaga Listrik Di Pesantren Saung Balong Al-Barokah, Journal of
Mechatronics,  electrical  Power,  and  Vehicular technology, Jawa Barat.
[4] Risto  Ciconkov,  Prof,  2016,  “Refrigeration Solved  Examples”,  Faculty  of  Mechanical Engineering  University  Cyril  and  Methodius Skopje, Macedonia.
[5] Tunggul  M.  Sitompul,  Ir.,  M.Sc,  1991,  “Alat Penukar  Kalor”,  PT  Raja  Grafindo  Persada, Jakarta.