Abstrak — Industri  proses  terutama  perminyakan adalah  salah  satu  industri  membutuhkan  energi  panas dengan  jumlah  kapasitas  besar.  Dengan  berjalan perkembangan teknologi dibutuhkannya proses perpindahan  panas  dalam  jumlah  besar.  Tetapi  dengan besarnya  penukaran  panas  yang  diberikan  maka  besar pula  luas  permukaan.  Dibutuhkannya  optimasi  pada desain heat  exchanger terutama shell-and-tube .  Dalam tugas  akhir  ini,  Algoritma particle  swarm  optimization (PSO)  digunakan  untuk  mengoptimasikan  nilai  koefesien perpindahan  panas  keseluruhan  dengan  mendapatkan nilai  terbaik.  Perumusan  fungsi  tujuan  nilai  perpindahan panas  keseluruhan  ( U ),  dan  luas  permukaan  ( A )  yang digunakan  untuk  mencari  nilai  fungsi  objektif  pada  PSO. Partikel dalam PSO menyatakan sebagai posisi atau solusi dari  hasil  optimasi  didapatnya  nilai  perpindahan  panas maksimal  dengan  luas  permukaan  dan pressure  drop dibawah  data  desain  atau datasheet .  Partikel  tersebut dalam  pemodelan  berupa  rentang  nilai  minimal  dan maksimal  dari  diameter  luar  diantara  ( d o )  dan  jumlah baffle ( N b ).  Dari  hasil  optimasi  pada  tiga  HE  didapatkan nilai U dan A secara  berturut-turut;  HE  E-1111  472 W/m 2 C dan 289 m 2 ;pada HE E-1107 174 W/m 2 C dan 265 m 2 ;  dan  HE  E-1102  618  W/m 2 C  dan  574  m 2 .  Nilai perpindahan  panas  keseluruhan  yang  telah  dioptimasi sesuai  dengan  fungsi  objektif  dapat  dikatakan  HE shell- and-tube mencapai titik optimal.
Kata Kunci — heat exchanger, Optimasi, PSO

## I. PENDAHULUAN
I  era  modern  saat  ini  energi  merupakan  salah  satu kebutuhan  pokok  yang  berpengaruh  penting  dalam kehidupan manusia. Dimana hampir seluruh aktifitas manusia berhubungan  dengan  energi.  Seiring  dengan  berjalannya waktu  kebutuhan  akan  energi  semakin  lama  semakin meningkat.  Dengan  meningkatnya  harga  energi  yang dibutuhkan,  maka  butuhnya  suatu  usaha  untuk  melakukan efesiensi  pada  energi  tersebut.  Salah  satu  cara  meningkatkan efesiensi dengan mengambil energi dari sumber yang berbeda untuk digunakan. Energi yang dapat digunakan tersebut adalah energi panas [1]. Sumber energi panas yang tersedia tercermin pada  propertis  fisika  seperti  massa  aliran,  temperatur, viskositas,  panas  spesifik,  densitas,  dan  konduktivitas  termal
[2].  Maka  dibutuhkan  sebuah  alat  untuk  mengambil  sumber panas tersebut yaitu dengan menggunakan heat exchanger. HE ( heat exchanger ) adalah suatu alat digunakan dalam proses perpindahan panas fluida dengan fluida yang lain tanpa terjadi perpindahan massa didalamnya dan dapat dipergunakan sebagai  pemanas  maupun  pendingin.  HE  pada  lapangan memiliki  tipe  yang  beragam  [2].  HE  yang  sering  digunakan ialah HE dengan tipe shell-and-tube dengan segmental baffle . Performansi  HE  ditinjau  dari  beberapa  parameter. Parameter  tersebut  berupa  koefesien  perpindahan  panas keseluruhan  ( U ),  luasan  area  ( A ),  dan pressure  drop (∆P). Semakin tinggi nilai koefesien perpindahan panas keseluruhan,  rendahnya  luasan  area,  dan  rendahnya pressure drop ,  maka  membuat  performansi  HE  dikatakan  baik.  Dalam rangka  itu,  maka  diperlukan  optimasi  dalam  mendesain  HE khususnya shell-and-tube dengan segmental baffle . Parameter- parameter  yang  mempengaruhi  performansi  adalah  diameter luar tube ( d o ),  diameter  dalam tube  (d i ), tube  layout ( θ tp ), jumlah tube ( N t ),  jumlah baffle ( N b ), baffle  cut , tube  bank outer ,  baffle spacing ( L bc ),  diameter bundle ( D ctl ),  diameter shell ( D s ), tube  of  passes ( N p ),  jumlah shell ( N s ),  ketebalan tube ( t w )  dan  panjang tube ( L ta )  [3].    Untuk  parameter ketebalan tube , panjang tube , diameter dalam shell , tube bank outer , tube layout, jumlah shell, number of tube passes , baffle cut ditentukan.  Untuk  parameter  jumlah baffle dan  diameter luar tube dikenakan  optimasi.  Selebihnya  parameter  tersebut ditentukan  dan  dikalkulasikan.  Sehingga  optimasi  desain  HE diperlukan  untuk  membesarkan  nilai  koefesien  perpindahan panas  keseluruhan  dengan  batasan  luas  permukaan  dan pressure  drop dengan  variabel  yang  dioptimasi  jumlah baffle dan diamter luar tube .
Untuk melakukan optimasi HE ini dapaat memanfaatkan beberapa teknik optimasi seperti menggunakan teori  konstrukal  dengan  pendekatan  standar  TEMA  [4], particle  swarm  optimization [5], economic  optimization [6] dan  metode genetic  algorithms (GA)  [4]. Maka  melakukan optimasi  pada  HE  itu  sangat  penting  agar    HE  menjadi  lebih optimal.  Pada  penelitian  kali  ini  optimasi  desain  HE menggunakan metode particle swarm optimization (PSO).

## II.METODOLOGI PENELITIAN
Secara  umum  tahapan  penelitian  Tugas  Akhir  ini  dapat digambarkan dalam diagram alir seperti dibawah ini.

## Optimasi Desain
Heat Exchanger Shell-And-

## Tube Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization
Rifnaldi Veriyawan, Totok Ruki Biyanto, Gunawan Nugroho Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : trb@ep.its.ac.id; gunawan@ep.its.ac.id
D

## A. Alur Penelitian
Alur  runtutan  dalam  penelitian  ini  adalah  diawali pengambilan  data  propertis  dan  kondisi  operasi. Nilai propertis  meliputi  panas  spesifik  ( C p ),  viskositas  ( ),  dan densitas ( ), konduktifitas termal ( k ), dan nilai kondisi operasi meliputi  perbedaan  masuk  dan  keluar  temperatur  ( dan massa  aliran  ( ).  Tahapan  selanjutnya    ialah  pembuatan pemodelan  HE  dengan  mencari  nilai  koefesien  kesuluruhan perpindahan  panas,  luasan  permukaan  dan pressure  drop . Tahapan  selanjutnya  adalah  perumusan  optimasi  HE  biasa disebut  sebagai  fungsi  objektif.  Fungsi  objektif  yang  dibuat adalah mencari nilai koefesien keseluruhan perpindahan panas ( U )  yang  maksimal  dengan  batasan pressure  drop dan  luas permukaannya  tidak  melewai  dari  nilai  desain.  Tahapan selanjutnya  yaitu  optimasi  menggunakan  metode particle swarm  optimization .  Optimasi  dilakukan  untuk  mencapai fungsi  objektif  yang  telah  dibuat.  Setelah  didapat  hasilnya tahap selanjutnya adalah analisa dan penyusunan laporan.

## B.1 Perhitugan Perpindahan Panas pada Tube
Mencari  perpindahan  panas  pada tube dapat  digunakan dengan menggunakan Persamaan berikut:
(1)
Nilai diameter dalam tube (d i ) ditentukan dengan pengurangan diameter  terluar tube ( d o )  dengan  ketebalan tube ( t w )  yang telah  diketahui.  Perhitungan  untuk  menentukan  nilai nusselt seperti pada Persamaan 2.a dalam kondisi nilai reynold diatas 10000 ( Re t > 10000) dan Persamaan 2.b dengan nilai reynold diantara 2100 dan 10000 ( 2100> Re t > 10000) dan Persamaan 2.c pada reynold dibawah 2100 (Re t <2100).
Nu t = = 0,027 (2.a)
Nu t = = 0,023 (2.b) Nu t = = 1,86 (2.c)
Bilangan reynold , prandtl ,  dan nusselt adalah  parameter- parameter  untuk  menunjukan  gradiennya  temperatur  pada permukaan dan nilai konveksi pada permukaan tube atau shell .
Re t = (3)
Yang  dimana Re t adalah  nilai reynold yang  dapat  membantu untuk  mengetahui  kondisi  aliran  yang  mengalir  pada tube secara  laminar  (gerakan  fluida  yang  sejajar)  atau  turbulen (gerakan  fluida  yang  seacara  acak).  Ketika  nilai reynold kurang  dari  2300  ( Re t < 2300)  maka  aliran  didalam tube adalah laminar.
Bilangan prandtl adalah  bilangan  rasio  momentum  difusi atau kinematik viskositas terhadap difusi termal.
P r t = (4)
Bilangan prandtl dapat  dinyatakan  sebagai  ukuran efektifitas  perpindahan  momentum  dan  energi  dari  proses mengalirnya fluida dari kosentrasi tinggi ke kosentrasi rendah dengan  kecepatan  dan  lapisan  batas  termal.  Apabila  nilai nusselt  kurang  dari  3,66  maka  ambil  nilai  minimal nusselt yaitu  3,66.  Untuk  mengetahui  luasan  pada tube dapat diketahui denganPersamaan sebagai berikut:
A t =
(5)
Dengan  diketahuinya  jumlah tube dan  jarak  antar tube atau tube  pitch (L tp )  dapat  diprediksikan  diameter bundle dengan Persamaan berikut.
(6) Nilai C dengan tube layout 45 o atau 90 o adalah 1 (θ tp = 45 o atau 90 o , C =1) dan ketika tube layout 30 o maka nilai C adalah 0,86  (θ tp =30 o , C =0,86).  Untuk  L tp bisa  didapat  dengan menggunakan Persamaan berikut:
(7)
Dimana  kecil  jarak  antar tube dan  semakin  besar  diameter bundle maka semakin banyak tube yang diperoleh. Ketika  diameter bundle sudah  didapat,  untuk  mencari  nilai diameter tube bank outer dengan sebagai berikut.
(8)
Selanjutnya  kecepatan  fluida  akan  dapat  dicari  dengan Persamaan 9.
V t = (9)
Ketika fluida yang mengalir melewati pipa, maka akan terjadi penurunan    karena  adanya  gaya  gesek  atau  friksi  pada permukaan yang teraliri. Penurunan tekanan akibat friksi pada tube dapat  diprediksi  dengan  menggunakan  Persamaan  10. faktor nilai p pada Persamaan tersebut bernilai 4 (p=4) [7].
(10)
Faktor  friksi  yang  dimaksud  adalah f t yang  ada  pada Persamaan 3.9. faktor friksi dapat ditentukan bergantung pada jenis  aliran  pada tube .  Untuk  aliran  turbulen  akan  didapat dengan menggunakan Persamaan 11.
f t = (11)
untuk aliran laminar
f t = 16/Re t (12)
Jadi  pada  dasarnya  mekanika  fluida  pada  HE  ditinjau dari sisi yang akan dioptimalkan yaitu diameter luar tube ( d o ) dan  jumlah baffle ( N b ).  Perubahan  diameter  luar tube akan merubah  diameter  dalam tube dengan  pengurangan  pada tebalnya  dinding tube ( t w )  .  Ketika  diameter  dalam tube ( d i ) besar  maka  membuat  luas  penampang tube menjadi  besar seperti  pada  Persamaan  5.  Luas  penampang tube menjadi besar  maka  seperti  pada  Persamaan  9  kecepatan  aliran  ( V t ) pada tube menjadi  kecil.  Dengan  kecapatan  aliran  menjadi kecil dan diameter dalam tube menjadi kecil maka seperti pada Persamaan 3 mengakibatkan  nilai reynold pada tube menjadi lebih kecil dan akan membuat nilai nusselt menjadi kecil pula seperti  pada  Persamaan  2.  Nilai nusselt sangat  berpengaruh terhadap nilai perpindahan panas pada tube .

## B.2 Perhitungan Perpindahan Panas pada Shell
Untuk perhitungan pada shell seperti pada tube dengan cara mencari nilai perpindahan panas ideal (h i ) yang terjadi didalam shell dan beberapa friksi faktor sebagai faktor koreksinya dapat dicari pada Persamaan 3.13.
(13)
Faktor  koreksi  yang  terdapat  pada  Persamaan  3.14  adalah faktor  koreksi  segmental  jendela baffle ( J c ),  koreksi  faktor untuk bundle  bypas efek  dari  perpindahan  panas  yang  terjadi ( J b ),  koreksi  faktor  yang  merugikan  temperatur  gradien
dialiran  laminar  ( J r ),  faktor  koreksi  untuk  jarak baffle yang tidak  sesuai  ( J s ),  dan  faktor  koreksi  efek leakage pada baffle ( J i )  Untuk  mencari  faktor  koreksi  pada  segmental  jendela baffle bisa menggunakan Persamaan 3.14.
(14)
Dan untuk mencari F c dapat digunakan Persamaan berikut:
(15)
Untuk  mencari  nilai  faktor  koreksi  efek leakage pada baffle (J i ) dapat ditemukan dengan Persamaan berikut:
(16)
R s dan  r lm adalah  parameter  untuk  menentukan  nilai  koreksi yang dimana dapat dicari dengan Persamaan berikut:
(17)
(18)
Untuk mencari parameter itu haru dicari terlebih dahulu S sb dan  S tb .  S sb adalah  nilai  kebocoran  pada  area shell ke baffle pada  segemen  lingkaran  dan  S tb adalah  nilai  kebocoran  pada area  pada  satu baffle. Untuk  menentuka  kebocoran  yang terjadi dapat menggunakan Persamaan berikut:
(19)
adalah  sudut  kemiringan  pada  diameter shell .  L sb pada Persamaan  diatas  ialah clearance diantara shell diameter dengan baffle .  Untuk  mencari  L sb dalam  satuan  meter  bisa didapat dengan menggunakan Persamaan 20.
(20)
Untuk  mencari  kebocoran  pada  area baffle (S tb ) dapat digunakan Persamaan berikut
(21)
Dengan clearance (L tb )  sesuai  dengan  standard  TEMA  yang biasa  dipakai  adalah  0,4  mm  atau  0,8  mm.  Untuk  F w adalah nilai friksi pada pipa di jendela baffle .
(22)
L tp.eff memiliki  beberapa  ketentuan  tergantung  pada tube layout yang dipakai pada desain yang akan dirancang.
Ketika tube  layout yang  dipilih  30 o dan  90 o maka  (θ tp =30 atau 90 o ) L tp.eff sama dengan panjang antar tube atau tube pitch (L tp.eff =  L tp ).  Ketika tube  layout yang  digunakan  adalah  45 o (θ tp =45 o )  maka  L tp.eff sama  dengan  0,707  L tp (L tp.eff =0,77  L tp ). Untuk  mengetahui  area  aliran crossflow pada shell dapat digunakan Persamaan 23.
(23)
Selanjutnya  dilakukan  pemodelan  alat  penukar  panas  dengan penurunan  sebuah  rumus  perpindahan  panas.  Langkah  yang pertama adalah menentukan jarak baffle . L bc = (24)
Untuk  mencari clearance antara bundle dan shell (L bb ) dalam satuan meter dapat digunakan pada Persamaan 25.
(25)
Untuk nilai  fraksi pada pipa dijendela baffle dapat ditemukan dengan menggunakan Persamaan 26.
(26)
ds bisa ditemukan dengan menggunakan Persamaan berikut
(27)
Sudut  kemiringan  pada baffle  cut ( ds )  dapat  dicari menggunakan Persamaan 28.
(28)
Koreksi  faktor  pada bundle efek  perpindahan  panas  untuk melengkap varibel mencari nilai perpindahan panas pada shell dapat ditemukan dengan menggunakan Persamaan 3.29.
(29)
Dengan  batasan-batasan  nilai  C bh pada  kondisi  aliran  pada shell laminar  (Re s ≤  100),  maka  nilai  C bh adalah  1,25 (C bh =1,25). Ketika alirannya turbulen (Re s ≥ 100), maka nilai C bh adalah  1,35  (C bh =1,35).  Untuk  mencari  r ss dapat  dicari dengan menggunakan Persamaan 3.30.
(30)
Dengan  N ss adalah  sebagai sealing  strips (biasanya  yang digunakan  berjumlah  satu  dan  ada  didalam datasheet )  dan jumlah  baris tube yang  melintas  (N tcc )  didapat  dengan Persamaan berikut:
(31)
Nilai  B c adalah baffle  cut yang  dimana  nilainya  adalah presentase dari diameter shell . Selanjutnya koreksi faktor yang merugikan  temperatur  gradien  pada  aliran  laminar  (J r )  dapat diprediksi dengan menggunakan Persamaan 32.
(32)
Persamaan  diatas  digunakan  pada  saat  Re s <  20.  Dengan nilai total baris tube pada HE (N c ) yang belum diketahui, dapat dicari dengan menggunakan Persamaan berikut:
(33)
Ketika  Re s berada  pada  20≤Re s ≤100  untuk  mencari nilai koreksinya menggunakan Persamaan sebagai berikut:
(34)
Dan  ketika  kondisi  aliran  pada shell berupa  turbulen (Re s ≥100), maka koreksi faktornya bernilai satu (J r =1). Untuk mengetahui  nilai  reynold  pada shell (Re s )  dapat  digunakan Persamaan 35.
(35)
adalah viskositas pada shell dan G s adalah kecepatan massa per luasan pada shell didapat pada Persamaan berikut:
(36)
Dengan m s adalah kecepatan massa pada shell . Faktor koreksi yang  terakhir  adalah  koreksi  pada  jarak baffle yang  tidak sesuai  inlet  dan  outlenya  (J s )  dapat  ditemukan  dengan menggunakan Persamaan berikut
(37)
Yang  dimana adalah  perbandingan  jarak baffle inlet dengan  jarak baffle dalam shell ( )  dan adalah perbandingan  antara  jarak baffle outlet  dengan  jarak baffle dalam shell ( .  untuk  parameter  n  memiliki ketentuan  sendiri.  Ketika  alirannya  turbulen  n=0,6  dan  aliran laminar n=1.
Perpindahan  panas  ideal  (h i )  pada shell dapat  ditemukan dengan menggunakan Persamaan:
(38)
Dengan  j i sebagai  parameter  ideal  coolburn  yang  dimana memiliki ketentuan sebagai berikut:
ketika 1≤Re s ≤100 (39.a) ketika 100≤ Re s ≤ 1000 (39.b) ketika 1000 > Re s (39.c) Untuk  mencari  nilai  parameter  ideal  coolburn
dapat ditemukan dengan Persamaan 3.40.
(40)
Dengan  nilai  prandtl  untuk  mendapatkan  nilai  h i dapat ditemukan pada Persamaan berikut:
(41)
Pressure  drop pada shell dapat  ditentukan  pada  Persamaan berikut:
(42)
Penurunan  tekanan pada HE pastilah terjadi. Pada pemodelan ini penurunan tekanan disebut sebagai friksi pada bagian shell dan dapat dihitung dengan Persamaan 43.
ketika 1<Re s <500 (43.a) ketika Re s >500 (43.b)
Untuk mencari diameter ekivalensi (d e ) ada ketentuan yang dimana  setiap tube  layout berbeda  bisa  dilihat  pada Persamaan berikut:
untuk θ tp = 30 o & 45 o (44.a) untuk θ tp = 90 o (44.b)
Seluruh  perpindahan  panas  (U)  dapat  dicari  dengan menggunakan Persamaan berikut:
(45)
Karena  perpindahan  panas  melibatkan  konduksi,  variabel konduksi  pada  bahan  HE  nantinya  akan  berpengaruh  pada perpindahan  panas  yang  terjadi  ( cond ).  Konduksi  tersebut dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 3.46.
(46)
Dengan  K cs sebagai  nilai  variabel  pada  bahan  HE  itu  sendiri. Untuk mendapatkan luas permukaan pada HE (A) bisa didapat dengan:
(47)
Untuk mencari nilai faktor koreksi F dapat ditemukan dengan cara  membandingkan  temperatur  masukan  dan  keluaran. Dapat digunakan dengan menggunakan Persamaan berikut:
(48)
Yang  dimana  R  adalah  koefesien  koreksi  yang  dapat ditemukan dengan Persamaan 3.49
(49)
P adalah efesiensi dapat dicari dengan Persamaan berikut:
(50)
LMTD  adalah logarithmic  mean  temperature  difference yang dapat dicari menggunakan Persamaan 3.50.
(51)
Dalam  kesetimbangan  massa  HE  yang  berpengaruh  besar dan  kecilnya  suatu  koefesien  keseluruhan  perpindahan  panas ( U )  pada shell yaitu  jumlah baffle .  Banyaknya baffle akan membuat  jarak  antar baffle nya  menjadi  lebih  dekat  seperti pada  Persamaan  3.24.  Dengan  membuat  jarak baffle ( L bc ) menjadi lebih dekat maka luas permukaan pada shell menjadi lebih kecil. Dengan kecilnya luas permukaan maka kecepatan aliran  pada shell menjadi  lebih  tinggi  dan  nilai reynold menjadi lebih tinggi seperti pada Persamaan 3.35. Seperti pada tube , ketika nilai reynold pada shell menjadi lebih tinggi maka nilai nusselt akan  menjadi  tinggi  yang  akan  membuat perpindahan panas pada shell menjadi tinggi.

## B.3 Fungsi Objektif
Pemodelan  penukar  panas  yang  telah  dibuat  sesuai  dengan tujuan  tugas  akhir  ini  dinamakan  sebagai  fungsi  objektif dengan  tujuan  membuat  koefesien  perpindahan  panas  yang terbaik.  Fungsi  objektif  dari  perpindahan  panas  keseluruhan seperti  pada  Persamaan  45.  Jadi  cara  untuk  membuat  nilai koefesien perpindahan panas  keseluruhan  menjadi besar ialah dengan  pengoptimalan  pada  nilai  diameter  luar tube ( d o ) dan jumlah baffle ( N b ).  Ketentuan  nilai  diameter  luar tube dan jumlah baffle seperti pada Persamaan 3.52b dan 3.52c.
(52.a) (52.b) (52.c)
Ketika  nilai  U  sudah  mencapai  maksimal  seperti  pada Persamaan 52.a tetapi terdapat batasan-batasan  yang dipenuhi untuk  mencapai  titik  optimal.  Ketentuan  tersebut  ialah minimal pressure  drop dan  minimal  luas  permukaan  HE. Yang dimaksud diatas ialah pressure drop dan luas permukaan minimal  adalah  keadaan  optimal  yang  akan  didapat  dengan keadaan pressure  drop harus  dibawah  batas pressure  drop desain  yang diperbolehkan dan luas permukaan dibawah  nilai luas  permukaan  desain  HE.  Batasan-batasan  tersebut  disebut dengan constrain seperti pada Persamaan 52.c. Pada kasus ini heat  exchanger yang  akan  dioptimasi  yaitu  HE  E-1111,  E- 1107, dan E-1102.

## III. HASIL DAN DISKUSI
A. Perhitungan Keseluruhan Perpindahan Panas (U)
Ketika  persyaratan sudah  terpenuhi  dapat  dilakukan pengoptimalan  dari  HE  E-1111,  E-1107,  dan  E-1102  dengan data propertis dan kondisi operasi terlihat pada  Tabel 1. Data tersebut dijadikan sebagai inputan pada algoritma  yang sudah dibuat  dengan  menggunakan  metode swarm  particle optimization (PSO)  untuk  mengoptimalkan  tiga  HE  tersebut. Variabel  yang  dilakukan  optimasi  adalah  diameter  luar tube (d o ), dan  jumlah baffle ( N b ). Untuk dilakukan PSO  diberikan jarak  maksimum  dan  minimum  disetiap  variabel  tersebut dengan ketentuan standar yang ada pada kuppan [1], kern [7], dan  incropera  [9].  Persyaratan  dan  variabel  ketentuan  yang didapat:  diameter  luar  diantara  ( d o )  0,0191  dan  0,038  m  dan
jumlah baffle duantara  ( N b )  2  dan  15.  Untuk  kasus  HE  yang didesain adalah HE shell-and-tube yang didesain bertipe AES, tube  layout ( tp )  menggunakan  90 o ,  panjang tube ( L ta ), ketebalan tube ( t w ), baffle  cut ( B v ),  jumlah shell ( N s )  dan diameter dalam shell ( D s ) seperti pada desain.

## Tabel 1  Proses input dan propertis pada HE
Nama HE aliran massa (kg/h) T masuk ( o C) T keluar ( o C) Massa aliran (kg/m 3 ) Cp (kJ/kg.C) μ (Pa s ) k (W/mK) E-1111 Pada shell : Crude feed 420085 213 232 626 2,935 0,000268 0,1 Pada tube : Residue 96001 336 256 762,5 2,92 0,0005615 0,444 E-1107 Pada shell :
AGO
PROD 14436 306 163 722 2,93 0,000984 0,078 Pada tube : Crude feed 420085 151 157 695,5 2,605 0,000431 0,0875 E-1102 Pada shell: Kero Produk 99246 157 87 711 2,475 0,000406 0,101 Pada tube: Crude feed 420279 77 95 751 2,285 0,0008765 0,1025
Dengan  pemodelan  tersebut  dilakukan  optimasi dengan menggunakan algoritma PSO dengan hasil optimasinya  dapat  dilihat  pada  tabel  2.  Hasil  optimisasi dilakukan  perbandingan  antara  data  desain  dengan  data  hasil optimasi  untuk  mencari  nilai  koefesien  perpindahan  panas keseluruhan (U) yang terbaik. Untuk nilai yang didapat setelah dilakukannya  optimasi  adalah  pada  E-1111  nilai  koefesien perpindahan  panas  keseluruhan  yang  didapat    adalah  472 W/m 2 o C  dan  luas  permukaan  289  m 2 sesuai  dengan  fungsi objektif yang dibuat tetapi nilai U tidak mengalami kenaikan. Karena mengecilnya luas permukaan mengakibatkan menaiknya  nilai  reynold  dan pressure  drop .  Sebelum dilakukannya  optimasi  nilai pressure  drop yang  terhitung tidak  terlalu  jauh  dengan pressure drop allowed yang  berada pada datasheet seperti pada tabel 4.3. Jadi A  yang dikecilkan tidak  menghasilkan  perubahan  nilai  U  yang  lebih  besar  dari desain.
Pada HE E-1107 nilai perpindahan panas keseluruhan yang didapat  adalah  174  W/m 2 o C  dengan  luas  permukaan  sebesar 265 m 2 . Hasil sudah sesuai dengan optimasi yang dibuat. Pada  HE  E-1102  hasil  optimasi  yang  didapat  pada  nilai perpindahan panas keseluruhan sebesar 618 W/m 2 o C dan luas permukaannya  adalah  574  m 2 .  Hasil  optimasi  sudah  sesuai dengan  diharapkan  dengan  menekan  luas  permukaan  dan pressure drop tidak mengurangi nilai U pada sebelumnya. Sebelum melakukan optimasi dengan menggunakan metode PSO  tahap  pertama  yang  dilakukan  adalah  melakukan inisialisasi  pada  jumlah  partikel,  maksimal  iterasi,  beban inersia  (w),  kognitif  parameter  (c 1 ),  parameter  sosial  (c 2 )  dan kecepatan maksimum (V max ).
Tabel 2 Optimasi pada HE E-1111, E-1107, dan E-1102 Variabel E1111 E1107 E-1102 Data Hasil Data Hasil Data Hasil Desain Optimasi Desain Optimasi Desain Optimasi do (m) 0,0191 0,0321 0,019 0,0252 0,019 0,027 tw (m) 0,0017 0,0017 0,0021 0,0021 0,0021 0,0021 D s (m) 0,75 0,75 1 1 1,05 1,05 N b 13 19 17 15 11
17 L bi (m) 0,7452 0,4 0,724 0,2 0,724 0,1 L bc (m) 0,4 0,3 0,22 0,3 0,32 0,26 D otl (m) 0,69 0,73 0,9982 1,02 0,998 1,026 V t (m/s 2 ) 0,83 0,92 1,7 1,2 1,62 0,56 V s (m/s 2 ) 0,79 4 0,1 0,1 0,28 0,67 ∆P s (Pa) 51000 3772 71400 364 31400 19993 ∆P t (Pa) 71400 6732 71400 5575 31400 1340 de (m) 0,024 0,032 0,0241 0,25 0,019 0,026 Re s 92180 301890 1750 1571 20868 31130 Re t 37565 36075 40683 41756 20604 10748 Pr s 7,9 7,9 35,4845 35,5 9,8 9,8 Pr t 21,9 21,9 12,8315 12,8 19,5 19,5 A (m 2 ) 295 289 296
265 576 574 U (W/m 2 C) 555 472 175 174 516
618 f s 0,17 0,17 0,21 0,2 0,17 0,17 f t 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 h s (w/m2C) 2334 2459 201 209 991 1167
h t (W/m 2 C) 951 668 1903 1300 1567 1736 N t 434 233 1140 787 1110 705 L tp (m) 0,025 0,04 0,025 0,032 0,025 0,033
Pada  kasus  kali  ini  peneliti  membuat  inisialisasi sebagai berikut :
 Nilai partikel (populasi)        = 30
 Maksimal nilai generasi (iterasi) = 50
 Variasi beban inersia (w)       = 0,9-0,4
 Kognitif parameter  (c 1 )        = 2
 Parameter sosial (c 2 )          = 2
 Kecepatan maksimum (V max )    = 1
Didapat solusi dari menggunakan swarm particle optimization (PSO) dengan menentukan nilai partikel dan nilai generasi  yang  dibutuhkan  untuk  memperoleh  hasil  yang optimum. Setelah didapat nilai  partikel dan nilai  generasinya, algoritma  PSO  dijalankan  sebanyak  10  kali  dengan mempertimbangkan mengikuti parameter parameter yang telah dibuat  untuk  mengoptimalkan    fungsi  objektif  yang  telah dibuat.  Seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  1  sampai  dengan gambar Gambar 3 nilai keseluruhan perpindahan panas terjadi kenaikan  disetiap  partikelnya  yang  dimana  sesuai  dengan
fungsi  yang  digunakan  pada  optimasi.  Grafik  terlihat  naik karena fungsi yang dibuat mencari nilai koefesien perpindahan panas (U) yang maksimal.
Gambar 1. U maksimal pada HE E-1111 disetiap iterasi
Gambar 2. U maksimal pada HE E-1107 disetiap iterasi
Gambar 3. U maksimal pada HE E-1102 disetiap iterasi

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  maka dapat  disimpulkan  perpindahan  panas  secara  kesuluruhan ( U ), luas permukaan ( A ), pressure drop pada tube ( ) dan pressure  drop pada shell ( yang  didapat  dari  hasil algoritma PSO  secara berturut-turut  ; pada HE E-1111 472 W/m 2 C,  289  m 2 ,  6691  Pa,  dan  3749  Pa  dengan  parameter jumlah baffle sebanyak  19  dan  diameter  luar tube sebesar 0,032  m;  pada  HE  E-1107  174  W/m 2 C,  265  m 2 ,  5575  Pa dan  364  Pa  dengan  parameter  jumlah baffle sebanyak  15 dan  diameter  luar tube sebesar  0,0252  m ;  dan  HE  E-1102 618  W/m 2 C,  574  m 2 ,  1340  Pa  dan  19993  Pa  dengan parameter jumlah baffle sebanyak 17 dan diameter luar tube sebesar  0,0266  m.  Hasil  dari  optimasi  dikatakan  sudah
dapat  dikatakan  optimal  karena  sudah  memenuhi  fungsi objektif  yaitu  mencari  nilai U maksimal  dengan  ketentuan luas permukaan dan pressure drop dibawah data desain atau datasheet .

## B. Saran
Heat  Exchanger yang  telah  dioptimasi  dapat  dijadikan pertimbangan  dalam  melakukan  pembuatan  HE shell-and- tube dengan performansi yang lebih baik.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada member lab  instrumentasi  yang  telah membantu  menyelesaikan  laporan  dan  paper  ini.  Serta  dosen pembimbing yang kerap membimbing proses pengerjaan tugas akhir hingga selesai.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] T Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook (2000) Marcel Dekker, Inc.
[2]  V.K  Patel,  R.V.  Rao,  Design  Optmization  of  shell-and-tube¬  heat exchanger using particle swarm optimization technique, Applied Thermal Engineering 30 (2010) 1417-1425.
[3] Kusnarjo, desain alat perpindahan panas, 2010.
[4] Antononio C.Caputo, Pacifio M. Pelagagge, Paolo Salini, Heat exchanger design based on economic optimisation, Applied Thermal Engineering 28 (2008) 1151-1159.
[5] Resar Selbas,  O¨nder  Kizilkan, Marcus Reppich,  A  new  design  approach for  shell-and-tube  heat  exchangers  using  genetic  algorithms  from economic point of view, Chemical Engineering dan Processing 45 (2006) 268-275.
[6]  P.M.V  Subbarao,  Design  Formulae  for  Mingled  Shell-side  stream, Mechanical Engineering Department I I T Delhi.
[7] D.Q Kern, Process Heat Transfer,  International Student Edition, ISBN 0- 07-083353-3.
[8] Jie Yang, Aiwu Fan, Wei Liu, Anthony M. Jacobi. 2013. “Optimization of shell-and-tube  heat  exchanger  conforming  to  TEMA  standards  with design  motivated  constructal  theory”.  University  of  Illinois,  Urbana,  IL, USA.
[9]  Frank  P.  Incropera,  Favid  P.  Dewitt,  Fundamentals  of  Heat  and  Mass Transfer, John Wiley and Sons.