## Jurnal Teknik Kimia USU
Journal homepage: https://talenta.usu.ac.id/jtk

## Pengaruh Kenaikan Laju Alir Fluida Panas dan Arah Aliran terhadap Kinerja Plate and Frame Heat Exchanger
Effect of Increase in Hot Fluid Flow Rate and Flow Direction on Plate and Frame Heat Exchanger Performance
Feerzet Achmad * , Roy Naldi, Dikri Uzlifah Janah, Rifqi Sufra, Reni Yuniarti Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Sumatera, Jl. Terusan Ryacudu, Lampung Selatan, 35365, Indonesia
* Email: feerzet.achmad@tk.itera.ac.id
Article history:

## ABSTRAK
Plate and Frame Heat Exchanger (PFHE) adalah alat penukar panas tipe pelat dan  dibingkai  yang  efisien  serta  efektif  dalam  meningkatkan  efisiensi  energi. Penelitian menggunakan PFHE bertujuan untuk mengetahui pengaruh kenaikan laju alir fluida panas terhadap kinerja heat exchanger . Penelitian ini dilakukan pada  variasi  laju  alir  0,7  L/menit,  0,9  L/menit,  1,1  L/menit,  1,3  L/menit,  1,5 L/menit, 1,7 L/menit, dan 1,8 L/menit dengan pengujian 180 detik setiap variasi dan merekam data setiap 2 detik. Fluida dingin yang digunakan adalah air keran dan fluida panas yang digunakan adalah akuades. Hasil penelitian menunjukkan bahwa  dengan  meningkatnya  laju  alir  fluida  panas,  maka  kinerja  PFHE  juga meningkat  karena efektivitas NTU (Ɛ-NTU) mengalami  peningkatan. Nilai Ɛ- NTU aliran searah adalah 25,37% - 44,87% dan berlawanan arah 37% - 68,39%. Nilai  Ɛ-NTU  terbesar  pada  aliran  berlawanan  arah  yang  menunjukkan  aliran berlawanan arah lebih efektif dari pada aliran searah. Selain itu, peningkatan laju alir meningkatkan bilangan Reynold (Nre) dan Nusselt (Nu) yang menunjukkan perpindahan panas konveksi paling besar terjadi pada laju alir paling tinggi.
Kata kunci: efektivitas, heat exchanger , laju alir, plat and frame

## ABSTRACT
Plate  and  Frame  Heat  Exchanger  (PFHE)  is  a  plate  and  frame  type  heat exchanger  that  is  efficient  and  effective  in  improving  energy  efficiency. Research using PFHE aims to determine the effect of increasing the flow rate of hot fluid on heat exchanger performance. This research was conducted at a flow rate  variation  of  0.7  L/min,  0.9  L/min,  1.1  L/min,  1.3  L/min,  1.5  L/min,  1.7 L/min, and 1.8 L/min with 180 seconds of testing each variation and recording data every 2 seconds. The cold fluid used is tap water and the hot fluid used is distilled water. The results showed that with the increase in hot fluid flow rate, the performance of PFHE also increased because the effectiveness of NTU (Ɛ- NTU) increased. The Ɛ-NTU value of unidirectional flow is 25.37% - 44.87% and  in  the  opposite  direction  37%  -  68.39%.  The  largest  Ɛ-NTU  value  in  the countercurrent flow indicates that the countercurrent flow is more effective than the  unidirectional  flow.  In  addition,  increasing  the  flow  rate  increases  the Reynold's number (Nre) and Nusselt's number (Nu) which indicates the greatest convection heat transfer occurs at the highest flow rate.
Keyword: effectiveness, heat exchanger, flow rate, plate and frame
Diterima : 8 November 2023 Direvisi : 21 Januari 2024 Disetujui : 10 Februari 2024 Mulai online : 23 Maret 2024 E-ISSN: 2337-4888

## How to cite:
Feerzet  Achmad,  Roy  Naldi,  Dikri Uzlifah  Janah,  Rifqi  Sufra,  Reni Yuniarti.  (2024).  Pengaruh  Kenaikan Laju  Alir  Fluida  Panas  dan  Arah Aliran  terhadap  Kinerja Plate  and Frame Heat Exchanger . Jurnal Teknik Kimia USU, 13(1), 40-47.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International. https://doi.org/10.32734/jtk.v13i1.14321

## 1. Pendahuluan
Dalam  upaya  mengakomodasi  pertumbuhan  kebutuhan  energi  yang  terus  meningkat  dan  standar kenyamanan yang semakin tinggi, peningkatan permintaan energi terus berlanjut,  meskipun saat ini banyak yang beralih ke sumber energi terbarukan. Sebagian besar gas rumah kaca (GRK) masih dihasilkan melalui pembakaran bahan bakar fosil. Sekitar 1.262 giga ton emisi CO 2 dihasilkan selama tahun 2021 di Indonesia berdasarkan data dari Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Indonesia. Berdasarkan jumlah tersebut, 35% berasal dari pembangkit listrik batubara [1]. Untuk memitigasi timbulnya GRK, Indonesia berusaha untuk meningkatkan efisiensi energi agar mencapai Net Zero Emission (NZE) pada tahun 2060 [2]. Langkah yang dapat mendukung pencapaian target ini adalah meningkatkan efisiensi dalam proses pemulihan energi panas. Cara ini dapat diimplementasikan dengan memanfaatkan Heat Exchanger (HE) yang memiliki desain kompak, tingkat efisiensi tinggi, dan teknologi canggih, yang menerapkan metode terkini untuk meningkatkan intensitas perpindahan panas [3].
HE  adalah  alat  untuk  mentransfer  energi  panas  antara  dua  atau  lebih  fluida  dalam  kontak  termal  pada temperatur yang berbeda. Pada HE, biasanya tidak ada interaksi  antara panas dan kerja luar. Aplikasi yang umum  digunakan  adalah  pemanasan  atau  pendinginan  aliran  fluida  dan  penguapan  atau  kondensasi  aliran fluida  tunggal  atau  multikomponen,  sedangkan  aplikasi  lainnya  untuk  pemulihan  atau  penghilangan  panas, sterilisasi, pasteurisasi, fraksionasi, penyulingan, pemekatan, pengkristalan, serta pengendalian cairan proses. Salah satu jenis HE yang memiliki efisiensi yang baik adalah Plate and Frame Heat Exchanger (PFHE) [4]. PFHE adalah salah satu peralatan perpindahan panas yang paling efisien  [5] dengan menggunakan metal plates untuk menukar atau memindahkan panas antarfluida. PFHE memiliki luas permukaan yang lebih besar, biaya total yang lebih rendah, lebih tahan terhadap pengendapan, dan desain termal yang lebih fleksibel  jika dibandingkan  dengan Shell  and  Tube  Heat  Exchangers (STHE)  [6].  PFHE  juga  dapat  secara  signifikan meningkatkan efisiensi energi, meningkatkan kinerja termal-hidrolik, dan mengurangi konsumsi bahan bakar serta emisi CO 2 [7, 8]. PFHE memiliki banyak keunggulan, salah satu keunggulan yang paling terkenal adalah temperatur  pendekatan  minimum  dalam  penukar  panas  pelat  yang  bisa  serendah  2  °C  akibat  koefisien perpindahan  panas  yang  tinggi  [9,  10].  Keunggulan  ini  berdampak  bahwa  PFHE  banyak  digunakan  dalam berbagai  industri  proses,  seperti  industri  pendinginan,  industri  petrokimia,  industri  makanan  dan  minuman, serta pemrosesan gas alam [3].
PFHE  terdiri  dari  serangkaian  pelat  bergelombang  yang  disusun  dalam  satu  bingkai.  Salah  satu  ujung bingkai terpasang secara tetap, sementara ujung lainnya dapat digerakkan untuk memungkinkan penambahan atau pelepasan pelat. Pelat dipasang pada rangka melalui palang pemandu atas dan bawah serta dijepit dengan baut pengikat. Ruang di antara pelat diisi dengan gasket polimer. Pada desain PFHE, header distribusi tidak diperlukan karena port-port penting  sudah  terintegrasi  ke  dalam  desain  pelat.  Berbagai  parameter  geometri menggambarkan  PFHE  yang  ditampilkan  pada  Gambar  1,  termasuk  jumlah  pelat  (N),  jumlah  lintasan  (P), panjang pelat (L), lebar pelat (W), sudut chevron (β), jarak antarpelat (b), diameter lubang (D p ), tebal pelat (τ), dan faktor pembesaran (φ) [11].
(a) (b)
Gambar 1 .  Plate and frame heat exchangers : (a) geometri pelat chevron dan (b) rakitan penukar panas secara keseluruhan
PFHE memiliki dua jenis aliran, yaitu aliran searah dan berlawanan arah. Pada saat fluida panas dan fluida dingin yang masuk ke PFHE berada pada arah yang sama, maka aliran tersebut merupakan aliran searah. Jenis
ini  membutuhkan  lebih  banyak  energi  pemanasan  atau  pendinginan  karena  temperatur  fluida  dingin  yang keluar tidak bisa lebih tinggi dari temperatur fluida panas yang keluar. Pada saat fluida panas dan fluida dingin yang masuk ke PFHE berada pada arah yang berlawanan, maka aliran tersebut merupakan aliran berlawanan arah.  Pada  aliran  ini,  temperatur  fluida  dingin  yang  keluar  lebih  besar  dari  temperatur  fluida  panas  keluar, sehingga aliran berlawanan arah lebih efisien daripada aliran searah [12].
Untuk  mengoperasikan  PFHE,  perlu  diketahui  efektivitas  dari  alat  tersebut.  Ada  beberapa  cara  untuk mengetahui efektivitas PFHE, salah satunya dengan menggunakan metode Number of Transfer Unit (NTU). Analisis  variasi  temperatur  fluida  panas  dengan  laju  alir  konstan  terhadap  efektifitas  NTU  pada  STHE menggunakan  metode  NTU  telah  dilakukan  [13].  Hasilnya  menunjukkan  bahwa  dengan  meningkatnya temperatura, maka efektivitas shell and tube juga meningkat, maksimum pada temperatur 323 o C, tetapi juga mengalami  penurunan  pada  temperatur  353 o C.  Nilai  bilangan Nusselt juga  mengalami  peningkatan  seiring dengan meningkatnya temperatur fluida panas masuk. Analisis variasi laju alir dan arah aliran terhadap kinerja STHE juga dilakukan [14]. Hasil analisis menunjukkan dengan meningkatnya laju alir, maka efektivitas STHE juga meningkat.
Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis pengaruh variasi laju alir fluida panas masuk dan variasi arah aliran terhadap efektivitas NTU alat PFHE. Variasi  laju alir fluida panas masuk yang digunakan adalah  0,7 L/menit, 0,9 L/menit, 1,1 L/menit, 1,3 L/menit, 1,5 L/menit, 1,7 L/menit, dan 1,8 L/menit. Arah aliran yang digunakan adalah aliran searah dan berlawanan arah. Penelitian ini menggunakan air sebagai fluida dingin dan akuades  sebagai  fluida  panas,  yang  memiliki  sifat  perpindahan  panas  yang  baik  dan  tidak  berbahaya.  Pada penelitian  ini,  akan  dihitung  laju  alir  perpindahan  panas  (Q),  perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma (∆T LMTD ),  koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh  (U),  NTU,  efektivitas  (ε),  efektivitas  NTU  (ε-NTU), bilangan Prandtl (Pr), dan bilangan Nusselt (Nu).

## 2. Metode
Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan laju alir keluaran air  panas dengan nilai 0,7 L/menit, 0,9 L/menit, 1,1 L/menit, 1,3 L/menit,  1,5 L/menit, 1,7 L/menit, dan 1,8 L/menit, serta melakukan variasi arah aliran (searah dan berlawanan arah). Estimasi perekaman data yang dilakukan oleh komputer adalah setiap 2 detik dan setiap variasi dilakukan selama 180 detik. Laju air dingin masuk ditetapkan pada nilai ±1,8 L/menit - 1,9 L/menit dan temperatur pemanas ditetapkan pada 70 o C.

## Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan adalah air keran untuk fluida dingin dan akuades untuk fluida panas. Pemilihan air keran  untuk  pendingin  mempertimbangkan  kemudahan  transfer  panas  dan  aman  digunakan,  sedangkan pemilihan  akuades  sebagai  fluida  panas  mempertimbangkan impurities karena  fluida  panas  tidak  dilakukan penggantian  secara  berkala,  sehingga  tidak  terjadinya  korosi.  Peralatan  yang  digunakan  adalah Heat Exchanger tipe Plate and Frame dari Edibon. Alat ini terdiri dari tiga rangkaian, yaitu TIUS ( base service unit ) (Gambar  2.a),  TICC  ( Control  Interface  Box )  (Gambar  2.b),  dan  TIPL  ( Plate  Heat  Exchanger  for TICC) (Gambar 2.c).
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2. Rangkaian peralatan PFHE pada Edibon SCADA yaitu, (a) TIUS ( base service unit ), (b) TICC ( Control Interface Box ), (c) TIPL ( Plate Heat Exchanger for TICC), dan (d) Data Acquisition Bord (DAP)
TIUS berfungsi untuk memanaskan fluida panas yang terdiri dari tangki pemanas (terdiri dari koil pemanas (AR-1)  untuk  memanaskan  fluida  panas),  kontrol  temperatur  (ST-16)  untuk  mengontrol  atau  menetapkan temperatur yang diinginkan, dan level tangki (AN-1) untuk menjaga ketinggian air dalam tangki. TIUS juga memiliki  pompa  panas  (AB-1) untuk mengalirkan  fluida  panas  pada  tangki  menuju plate , bypass valve  hot (VR-1), valve (VR-2) untuk kontrol laju alir fluida dingin, valve (VR-3) untuk kontrol laju alir fluida panas, sensor aliran fluida panas (SC-1), dan sensor aliran fluida dingin (SC-2). Selain ketiga rangkaian alat tersebut, terdapat alat untuk merekam hasil penelitian dari Edibon Supervisory, Control and Data Acquisition Systems (SCADA) yang dinamakan dengan Data Acquisition Bord (DAP) (Gambar 2.d).

## Teknik Analisis
Analisis  yang  dilakukan dalam  penelitian  ini  adalah  menentukan hubungan  laju perpindahan  panas  (Q), perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma  (∆T LMTD ),  koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh  (U),  NTU, efektivitas (ε), efektivitas NTU (ε-NTU), bilangan Prandtl (Pr), dan bilangan Nusselt (Nu) terhadap kenaikan laju alir fluida panas berdasarkan persamaan penelitian sebelumnya [14, 15].

## 3. Hasil
Hasil yang diperoleh dari SCADA ditampilkan pada Tabel 1. Hasil tersebut berupa temperatur fluida panas masuk  (ST-1),  temperatur  fluida  panas  keluar  (ST-2),  temperatur  fluida  dingin  masuk  dan  keluar  (ST-3), temperatur fluida dingin masuk dan keluar (ST-4), temperatur pemanas (ST-16), laju alir panas keluar (SC-1), laju alir dingin masuk (SC-2), temperatur rata-rata logaritma (∆T LMTD ), laju perpindahan panas fluida panas (Q h ),  laju  perpindahan  panas  fluida  dingin  (Q c ),  koefisien  perpindahan  panas  menyeluruh  (U), Number of Tranfer Unit (NTU), efektifitas dengan metode perbedaan temperatur (ε), dan efektifitas dengan metode NTU (ε-NTU).
Tabel 1. Data hasil alat penukar panas PFHE Arah Aliran ST-1 ( o C) ST-2 ( o C) ST-3 ( o C) ST-4 ( o C) ST-16 ( o C) SC-1
(L/min) SC-2 (L/min) ∆T LMTD Q h (j/s) Q c (j/s) U (W/m 2 ) NTU eff eff
NTU
Searah 63,01 44,20 35,59 41,60
69,5 0,7 1,8 10,54 907,17 757,67 199,21 0,69 21,89 25,37 63,94 45,61 35,59 42,89
69,5 0,9 1,9 10,94 1135,71 939,91 240,53 0,81 25,74 29,85 63,90 46,70 35,63 43,90
69,5 1,1 1,9 10,95 1286,85 1076,73 270,50 0,90 29,25 33,45 63,91 47,64 35,74 44,86 69,4
1,3 1,9 10,96 1412,44 1189,56 298,27 0,99 32,38 36,66 64,03 49,00 35,79 46,11
69,3 1,5 1,9 11,12 1579,81 1356,02 328,84 1,09 36,55 40,62 64,17 49,73 35,81 46,83
69,3 1,7 1,9 11,16 1678,81 1425,34 348,26 1,17 38,86 43,40 64,25 50,19 35,84 47,28
69,3 1,8 1,9 11,19 1735,60 1473,94 359,09 1,21 40,27 44,87 Berlawan Arah 62,96 36,56 43,91 34,73 69,4 0,7 1,8 7,34 1277,79 1127,15 402,91 1,44 32,52 37,00 63,14 37,29 45,77 34,78
69,4 0,9 1,8 7,67 1604,18 1378,77 484,50 1,69 38,75 44,80 62,79 38,25 47,38 34,84
69,2 1,1 1,8 7,95 1828,50 1594,97 532,60 1,83 44,87 50,81 62,55 39,21 48,65 34,91
69,2 1,3 1,9 8,18 2013,79 1759,46 570,08 1,95 49,72 55,96 62,42 40,75 50,55 35,05
69,0 1,5 1,9 8,41 2268,05 2029,01 624,52 2,08 56,64 61,84 62,44 41,72 51,61 35,10
68,9 1,7 1,9 8,55 2439,61 2138,54 660,47 2,23 60,40 66,65 62,37 42,27 52,20 35,11
68,6 1,8 1,9 8,58 2490,20 2203,98 672,06 2,27 62,68 68,39

## Laju Perpindahan Panas (Q)
Gambar 3. Hubungan perbedaan laju alir keluaran fluida panas (SC-1) terhadap laju perpindahan panas pada fluida panas, Q h (a) dan laju perpindahan panas pada fluida dingin, Q c (b) pada arah aliran searah (garis biru) dan arah aliran berlawanan arah (garis merah)
Gambar  3a  dan  3b  memperlihatkan  hubungan  antara  SC-1  terhadap  Q h dan  Q c pada  aliran  searah  dan berlawanan arah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika SC-1 meningkat, maka Q h dan Q c juga memiliki tendensi meningkat [15], sedangkan ketika SC-1 dinaikkan, maka laju alir massa (ṁ) fluida panas dan fluida dingin akan meningkat karena ṁ berbanding lurus terhadap Q, sehingga Q meningkat mengikuti laju alir massa fluida yang menunjukkan Q berbanding lurus terhadap SC-1 [16].
Arah aliran, baik aliran berlawanan maupun searah, memengaruhi Q. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa  Q  lebih  besar  pada  aliran  berlawanan  dari  pada  aliran  searah.  Hal  ini  terjadi  karena  pada  aliran berlawanan, fluida panas dan fluida dingin bertemu dan bertukar panas dari kontak awal dalam plate hingga keluar plate , berbeda dengan aliran searah. Pertukaran panas signifikan hanya terjadi pada awal kontak saja. Hasil ini sejalan dengan penelitian sebelumnya [15]. Nilai Q yang terus mengalami peningkatan menyebabkan panas  konveksi  yang  terjadi  antara plate dan fluida  lebih  cepat  karena  resisten  termal  yang  terjadi  semakin kecil.
(a) (b) 0 1000 2000 3000 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 Q h (J/s ) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah 0 1000 2000 3000 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 Q c (J/s ) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah

## Perbedaan Temperatur Rata-rata Logaritma (∆T LMTD )
Gambar 4. Hubungan perbedaan laju alir keluaran fluida panas (SC-1) terhadap perbedaan temperatur rata- rata logaritma (LMTD) pada arah aliran searah (garis biru) dan arah aliran berlawanan arah (garis merah)
Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara SC-1 terhadap ∆T LMTD pada aliran searah dan berlawanan arah. Nilai ∆T LMTD aliran searah berkisaran antara 10 o C hingga 11 o C, sedangkan aliran berlawanan arah antara 7 o C hingga 8,8 o C. Nilai ∆T LMTD aliran searah lebih besar dari aliran berlawanan. Meskipun ∆T LMTD aliran searah lebih  besar,  hal  ini  tidak  menjadi  indikasi  bahwa  aliran  searah  lebih  efektif.  Tingginya  ∆T LMTD pada  aliran searah  disebabkan  oleh  nilai  ∆T 1 dan  ∆T 2 lebih  besar  dari  aliran  berlawanan  arah.  Ini  didasarkan  pada persamaan ∆T LMTD aliran searah dan berlawanan arah [15]. Namun, efektifitas dari alat penukar panas tidak dipengaruhi oleh nilai ∆T 1 dan ∆T 2 , melainkan hanya dipengaruhi oleh laju kapasitas panas (C c dan C h ) [15]. Nilai ∆T LMTD meningkat secara signifikan seiring dengan bertambahnya SC-1. Hal ini terjadi karena SC-1 yang tinggi  menyebabkan  selisih  temperatur  ∆T 1 dan  ∆T 2 semakin  besar,  sehingga  ∆T LMTD memiliki  tendensi meningkat [14]. Nilai ∆T LMTD tertinggi diperoleh pada SC-1 1,8 L/menit.

## Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (U)
Gambar 5. Hubungan perbedaan laju alir keluaran fluida panas (SC-1) terhadap koefisien perpindahan panas keseluruhan pada arah aliran searah (garis biru) dan arah aliran berlawanan arah (garis merah)
Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara SC-1 terhadap U pada aliran searah dan berlawanan arah. Hasil ini  menunjukkan  bahwa peningkatan  SC-1  juga  meningkatkan  U.  Jika  didasarkan  pada  persamaan  U  [15], maka hasil ini sesuai dengan teori karena nilai U berbanding lurus terhadap Q dan nilai Q berbanding lurus terhadap  SC-1  [17,  19].  Gambar  5  juga  menunjukkan hubungan  antara  nilai  U  dengan  arah  aliran.  Nilai  U tertinggi diperoleh pada aliran berlawanan arah dengan nilai 402,9 W/m 2 hingga 672 W/m 2 . Hasil ini sesuai dengan  teori  persamaan  U  [15],  yang  menyatakan  bahwa  nilai  U  berbanding  terbalik  dengan  nilai  ∆T LMTD . Karena ∆T LMTD aliran searah lebih besar dari aliran berlawanan, maka nilai U yang dihasilkan akan menjadi lebih  kecil  dibandingkan  dengan  aliran  berlawanan  arah.  Nilai  U  terkecil  terdapat  pada  SC-1  0,7  L/menit dengan arah aliran searah, dan terbesar pada SC-1 1,8 L/menit denga n aliran berlawanan arah.
4 6 8 10 12 14 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 ∆T LM TD (° C) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 U (W/m 2 . o C) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah

## Number of Heat Transfer Unit (NTU)
Gambar 6. Hubungan perbedaan laju alir keluaran fluida panas (SC-1) terhadap NTU pada arah aliran searah (garis biru) dan arah aliran berlawanan arah (garis merah)
Gambar 6 menunjukkan hubungan SC-1 terhadap NTU pada aliran searah dan arah aliran berlawanan arah. Nilai NTU  akan  semakin  meningkat  seiring  dengan  peningkatan  SC-1.  Hasil  ini  sesuai  dengan  persamaan NTU [15]. Nilai NTU berbanding lurus terhadap nilai U dan nilai U yang dihasilkan terus mengalami tendensi peningkatan  seiring  dengan  kenaikan  SC-1.  Nilai  NTU  terbesar  pada  aliran  searah  terjadi  pada  SC-1  1,8 L/menit  d engan  nilai  NTU  sebesar  1,21  dan  nilai  NTU  terendah  pada  aliran  searah  terjadi  pada  SC-1  0,7 L/menit  dengan  nilai  NTU  sebesar  0,69.  NTU  terbesar  terjadi  pada  aliran  berlawanan  arah  pada  SC-1  1,8 L/menit dengan nilai NTU 2,27; sedangkan NTU terkecil terjadi pada kecepatan aliran 0,7 L/menit dengan nilai NTU 1,44. Gambar 6 juga menunjukkan bahwa nilai NTU pada aliran berlawanan arah lebih besar dari pada nilai U pada aliran searah. Hal ini disebabkan oleh nilai U pada aliran searah lebih kecil daripada aliran berlawanan  arah.  Peningkatan  nilai  NTU  pada  aliran  berlawanan  arah  seiring  bertambahnya  laju  alir mengindikasikan bahwa perpindahan panas yang terjadi pada PFHE berlangsung dengan baik [17].

## Efektivitas
Gambar 7. Hubungan perbedaan laju alir keluaran fluida panas (SC-1) terhadap efektivitas, Ɛ (a) dan efektivitas NTU, Ɛ-NTU (b) pada arah aliran searah (garis biru) dan arah aliran berlawanan arah (garis merah)
Gambar  7  menunjukkan  hubungan  SC-1  dengan ε dan ε-NTU. Hasilnya  menunjukkan  bahwa  dengan meningkatnya  SC-1,  maka ε dan ε-NTU juga  mengalami  tendensi  peningkatan  yang  signifikan,  baik  pada aliran  searah  maupun  aliran  berlawanan  arah.  Pada  Gambar  7a,  nilai ε terendah  untuk  aliran  searah  yang dihasilkan  adalah  sebesar  21,89%  dan  tertinggi  sebesar  40,27%,  sedangkan  pada  aliran  berlawanan  arah, dihasilkan  nilai ε terendah  sebesar  32,52%  dan  tertinggi  sebesar  62,68%.  Pada  Gambar  7b,  nilai ε-NTU terendah untuk aliran searah yang dihasilkan adalah sebesar 25,37% dan tertinggi sebesar 44,287%, sedangkan pada aliran berlawanan arah, dihasilkan nilai ε-NTU terendah sebesar 37% dan tertinggi sebesar 68,39%. Peningkatan  ε  disebabkan  oleh  terjadinya  selisih  temperatur  yang  lebih  besar,  yaitu  selisih  temperatur dingin  keluar  terhadap  temperatur  dingin  masuk  dan  selisih  temperatur  panas  masuk  terhadap  temperatur dingin masuk [15] seiring meningkatnya SC-1, begitu juga dengan nilai ε-NTU yang dipengaruhi oleh faktor temperatur. Penyebab nilai ε aliran berlawanan lebih besar dari aliran searah adalah aliran searah hanya terjadi penukaran temperatur  pada awal kontak, sedangkan aliran berlawanan arah terjadi saat  awal kontak hingga
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 NT U Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah
(a) (b) 0 20 40 60 80 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 Ɛ (% ) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah 0 20 40 60 80 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0 Ɛ- NT U (% ) Laju Alir (L/menit) Searah Berlawanan Arah
keluar  dari plate yang  menyebabkan pelepasan  panas oleh  fluida  panas  lebih  besar  dan  lebih banyak panas yang diserap oleh fluida dingin. Nilai ε-NTU aliran berlawanan lebih besar dari aliran searah dipengaruhi oleh nilai NTU, nilai NTU aliran berlawanan lebih besar dari aliran searah, maka nilai ε-NTU yang dihasilkan akan memiliki tendensi meningkat [17,18].

## Bilangan Prandtl (Pr) dan Nusselt (Nu)
Bilangan Prandtl (Pr)  dan Nusselt (Nu)  merupakan  dua  bilangan  yang  termasuk  ke  dalam  bilangan  tak berdimensi. Bilangan Pr didefinisikan sebagai perbandingan antara viskositas kinematik dengan termal difusi, sedangkan bilangan Nu didefinisikan sebagai rasio antara perpindahan panas konveksi terhadap konduktivitas murni suatu fluida [18]. Semakin besar nilai  bilangan Nu, maka perpindahan panas konveksi akan semakin cepat terjadi [13]. Tabel 2 menunjukkan nilai bilangan Pr dan Nu setiap variasi SC-1 dan variasi arah aliran. Hasilnya menunjukkan bahwa nilai bilangan Pr setiap variasi  SC-1 dan variasi arah aliran tidak  mengalami perubahan, sehingga nilai yang diperoleh adalah sama, yaitu sebesar 5,02 untuk bilangan Pr pada fluida panas dan 5,18 untuk bilangan Pr pada fluida dingin. Berdasarkan persamaan Pr  [14], nilai yang diperoleh sesuai dengan  teori  bahwa  dengan  melakukan  variasi  SC-1  dan  arah  aliran  tidak  memengaruhi  besar  kecilnya bilangan Pr karena  bilangan Pr hanya dipengaruhi  oleh  kapasitas  panas  (C p ), konduktivitas  termal  (K),  dan viskositas (µ) dari fluida yang digunakan. Ketiga indikator tersebut tidak dipengaruhi oleh besar kecilnya SC- 1  dari  fluida  atau  arah  aliran  yang  digunakan,  melainkan  dipengaruhi  oleh  perbedaan  temperatur.  Jika temperaturnya berubah, maka ketiga indikator tersebut juga akan berubah.
Nilai  Nu  yang  diperoleh  dalam  penelitian  ini  mengalami  peningkatan  pada  fluida  panas  (Nu h )  dan mengalami fluktuasi pada fluida dingin (Nu c ). Berdasarkan persamaan Nu untuk aliran laminar [14], nilai Nu h yang diperoleh sesuai dengan teoritis. Bilangan Nu h meningkat karena dipengaruhi oleh bilangan reynold (Nre). Nre  pada  fluida  panas  mengalami  peningkatan.  Peningkatan  Nre  ini  terjadi  karena  Nre  berbanding  lurus terhadap  SC-1.  Nre  terkecil  terdapat  pada  SC-1  0,7  L/menit  dan  terbesar  pada  SC-1  1,8 L/menit,  sehingga bilangan Nu terkecil dan terbesar juga terjadi pada SC-1 0,7 L/menit dan 1,8 L/menit dengan nilai 5,53 untuk SC-1 0,7 L/menit dan 11,72 untuk SC-1 1,8 L/menit. Berbeda dengan nilai bilangan Nu c , Nu c naik pada SC-1 0,7  L/menit  -  1,5  L/menit  dan  turun  pada  1,5  L/menit  -  1,8  L/menit.  Naik  turunnya  bilangan  Nu c tidak bertentangan dengan teoritis [14]. Hal ini dipengaruhi oleh SC-2. Pada fluida panas, variasi SC-1 dilakukan, sedangkan pada fluida dingin tidak dilakukan variasi SC-2, melainkan diusahakan untuk konstan.
Penyebab naik turunnya nilai Nu fluida dingin adalah pompa fluida dingin yang tidak sepenuhnya konstan. SC-2 yang diperoleh pada aliran searah adalah 1,84 L/menit, 1,87 L/menit, 1,89 L/menit, 1,90 L/menit, 1,91 L/menit, 1,88 L/menit, dan 1,87 L/menit, sedangkan pada aliran berlawanan arah adalah  1,79 L/menit, 1,83 L/menit, 1,85 L/menit, 1,86 L/menit, 1,90 L/menit, 1,883 L/menit, dan 1,877 L/menit. Nilai SC-2 inilah yang menyebabkan nilai bilangan Nu terbesar terjadi pada SC-2 1,91 L/menit untuk aliran searah dan 1,90 L/menit untuk aliran berlawanan arah, dengan nilai 12,45 dan 12,41. Pada fluida dingin, dapat disimpulkan bahwa nilai bilangan  Nu c sama  seperti  Nu h yang  mengalami  peningkatan  pada  laju  alir  yang  paling  besar.  Nre  pada penelitian ini < 2300, sehingga pada penelitian ini, aliran fluida yang dialami adalah aliran laminar.
Tabel 2. Data perhitungan bilangan Prandtl (Pr) dan Nusselt (Nu) SCADA µ, h (Kg/ms) µ, c (Kg/ms) Cp,h (J/KgK) Cp,c (J/KgK) K h (W/mK) K c
(W/mK) Pr h Pr c Nre hot Nre cold Nu h Nu c Searah 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 270,23 707,17 9,34 15,28 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 347,24 721,48 10,59 15,43 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 419,03 729,14 11,64 15,51 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 486,30 730,39 12,54 15,53 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 589,05 735,94 13,80 15,59 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 651,32 724,64 14,51 15,47 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 691,43 721,82 14,95 15,44 Berlawan Arah 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 271,16 687,88 9,36 15,07 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 347,73 703,28 10,60 15,24 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 417,41 712,38 11,61 15,33 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 483,44 717,01 12,50 15,38 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 586,29 733,24 13,76 15,56 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 659,61 725,23 14,60 15,47 0,0008 0,0008 4178 4178 0,64 0,62 5,02 5,18 694,24 722,76 14,98 15,45

## 4. Kesimpulan
Analisis pengaruh variasi SC-1 dan arah aliran fluida pada PFHE dengan menggunakan air sebagai fluida dingin dan  akuades  sebagai  fluida  panas  selama  180 detik  setiap  variasi  laju  alir  telah  dilakukan. Hasilnya
dengan jelas menunjukkan bahwa jika semakin meningkat SC-1, maka nilai Q, ∆T LMTD , U, NTU, Ɛ, Ɛ-NTU, dan  Nu  juga  akan  mengalami  peningkatan.  Arah  aliran  fluida  juga  memengaruhi  kinerja  dari  PFHE.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  arah  aliran  yang  paling  efektif  adalah  aliran  berlawanan  arah  karena menghasilkan nilai Q, U, NTU, Ɛ, dan Ɛ-NTU yang paling besar, serta menghasilkan nilai ∆T LMTD yang paling kecil.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  dengan  variasi  SC-1  yang  memiliki  ∆T LMTD yang  paling  kecil  pada perbedaan  arah  aliran,  tidak  mengindikasikan  memiliki  efektivitas  yang  paling  kecil,  tetapi  sebaliknya  dan arah aliran yang berlawanan tidak memengaruhi nilai Pr dan Nu yang diperoleh.

## 5. Konflik Kepentingan
Semua penulis tidak memiliki konflik kepentingan ( conflict of interest ) pada publikasi artikel ini.

## Daftar Pustaka
[1] A.  Priadi,  “Cadangan  batubara  masih  38,84  miliar  ton,  teknologi  bersih  pengelolaannya  terus didorong,”Kementerian ESDM RI, 2021.
[2] H. EBTKE, “Sepanjang tahun 2022, emisi GRK turun 118 juta ton,” 2023.
[3] J.  E.  Hesselgreaves,  R.  Law,  and  D.  A.  Reay, Compact  Heat  Exchangers:  Selection,  Design  and Operation , 2nd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2017.
[4] R. K. Shah and D. P. Sekulic, Fundamentals of Heat Exchanger Design , 1st ed. Canada: Simultaneously, 2003.
[5] I.  Gherasim,  M.  Taws,  N.  Galanis,  and  C.  T.  Nguyen,  “Heat  transfer  and  fluid  flow  in  a  plate  heat exchanger part I. Experimental investigation,” Int. J. Therm. Sci. , vol. 50, no. 8, pp. 1492–1498, 2011.
[6] L.  Wang,  B.  Sunden,  and  R.  M.  Manglik, Plate  Heat  Exchangers:  Design,  Applications  and Performance , 1st ed. United Kingdom: WIT Press, 2007.
[7] M. N. Pantzali, A. A. Mouza, and S. V. Paras, “Investigating the efficacy of nanofluids as coolants in plate heat exchangers (PHE),” Chem. Eng. Sci. , vol. 64, no. 14, pp. 3290–3300, 2009.
[8] B.  P.  Rao,  P.  K.  Kumar,  and  S.  K.  Das,  “Effect  of  flow  distribution  to  the  channels  on  the  thermal performance of a plate heat exchanger,” Chem. Eng. Process. , vol. 41, no. 1, pp. 49–58, 2002.
[9] S. D. Pandey and V. K. Nema, “An experimental investigation of exergy loss reduction in corrugated plate heat exchanger,” Energy , vol. 36, no. 5, pp. 2997–3001, 2011.
[10]  Z. J. Luan, G. M. Zhang, M. C. Tian, and M. X. Fan, “Flow resistance and heat transfer characteristics of a new-type plate heat exchanger,” J. Hydrodyn. , vol. 20, no. 4, pp. 524–529, 2008.
[11]  M. P. Nunez, J. C. Gonzalez, and J. L. G. Castillo, “Use of heat transfer enhancement techniques in the design of heat exchangers,” IntechOpen , pp. 1–18, 2019.
[12]  Y. A. Cengel, Heat Tranfer A Practical Approch , 2nd ed. New York: Mcgraw-Hill, 2002.
[13]  C.  S.  Tupamahu,  “Studi  numerik  pengaruh  variasi  bilangan  reynolds  dan  bilangan  prandtl  terhadap karakteristik aliran fluida dan perpindahan panas melintasi silinder sirkular tunggal,” J. Ilmu Tek. Dan Sains , vol. 13, no. 1, pp. 2145–2149, 2016.
[14]  F. Achmad, Y. A. S. M. Tampubolon, M. Fajri, D. F. Nury, R. A. Prahmana, Suhartono, and Suharto, “Efek laju alir dan arah aliran terhadap analisis performa alat penukar panas tipe shell and tube heat exchanger menggunakan SCADA,” J. Rekayasa Proses , vol. 17, no. 1, pp. 1–10, 2023.
[15]  R. Yuniarti , F. Achmad, Y. L. Listyadevi, L. Angraini, M. A. Tazkia, Suhartono, and Suharto, “Pengaruh temperatur dan arah aliran terhadap efektivitas penukar panas NTU (ɛ-NTU) pada alat penukar panas tipe plate and frame,” J. Integr. Proses , vol. 11, no. 1, p. 32, 2022.
[16]  A.  Husen,  M.  I.  Akbar,  and  N.  Cholis,  “Analisis  pengaruh  kecepatan  aliran  fluida  dingin  terhadap efektivitas shell and tube heat exchanger,” Bina Tek. , vol. 16, no. 1, p. 1, 2020.
[17]  M. S. Atikayanti, S. F. Nur, B. Santoso, and A. Ekayuliana, “Analisis perbandingan heat exchanger tipe plate-frame dan shell and tube pada intercooler,” Semin. Nas. Tek. Mesin Politek. NEGERI JAKARTA , pp. 335–345, 2018.
[18]  F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, and A. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , 6th ed., vol. 112. America: John Wiley and Sons, 2023.