PERHITUNGAN KOEFESIEN PINDAH PANAS PADA HEAT EXCHANGER UNTUK PENGERINGAN
Hablinur Al-Kindi 1 Dedi Suntoro 2
1 Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor Jl. K.H. Sholeh Iskandar Bogor angintimur88@gmail.com 2 Puslitbangtek Ketanagalistrikan, energy Baru, Terbarukan dan  Konversi Energo, Kementrian ESDM dedisunt@yahoo.com

## Abstrak
Hot air from residual biomass combustion in biomass power plant can be used for drying process. In this study, hot air from residual biomass combustion was utilised as energy source for tray dryer. Model of tray dryer developed by Boiler Laboratory, Lemigas was used as drying apparatus. The objective of this study was to analyze the distribution of hot air inside tray dryer using Computational Fluid Dynamic (CFD).  Heat transfer occurs in heat exchanger. Hot air coming from heat exchanger to dryer by be blown with blower. One of the most important variable is heat transfer coefficient in heat exchanger  (U).This research aims to find heat transfer coefficient in heat exchanger . The result , heat transfer coefficient depend on five thermal resistance ; thermal resistance by air convection 0,011 m 2 .K/W,  thermal resistance by factor of air pollutant 0,00035 m 2 .K/W , thermal resistance by flue gas pollutant 0,00176 m 2 .K/W , thermal resistance by  conductivity material , thermal resistance by flue gas 0,03 m 2 .K/W. Heat transfer coefficient is 23.55 W/m 2 .K .
Keyword : CFD, heat transfer coefficient, heat exchanger

## PENDAHULUAN
Keberhasilan dalam  meningkatkan produksi pertanian harus diikuti dengan pengembangan  teknologi proses dalam bidang pasca panen, khususnya proses pengeringan. Pengeringan  merupakan salah satu  proses  pasca panen yang umum dilakukan  pada berbagai produk  pertanian yang bertujuan untuk  menurunkan kadar air bahan sampai tingkat yang aman untuk penyimpanan atau digunakan pada proses lainnya. Hampir seluruh  pengeringan pada produk pertanian dilakukan dengan proses termal. Proses pengeringan produk pertanian yang banyak dilakukan oleh petani Indonesia adalah dengan cara penjemuran. Cara ini memiliki banyak kelemahan, selain dibutuhkan lahan yang luas, juga terjadi kontaminasi  produk  oleh debu, kotoran dan polusi, dan ketergantungan terhadap kondisi iklim (Syaiful dan Hargono 2009).
Menurut Grimwood (1975), cara pengeringan dapat dilakukan dengan penjemuran pada sinar matahari, pengering dengan pemanas langsung dan pengering
dengan pemanas tidak langsung. Keuntungan pengering  tipe rak antara lain dapat mengeringkan bahan pertanian tanpa harus bergantung pada panas matahari, ramah lingkungan, tidak memerlukan banyak tempat, dan terhindar dari debu dan kotoran. Pengering tipe rak banyak digunakan untuk pengeringan karena disain yang simpel dan mempunyai daya tampung yang besar. Kelemahan terbesar dari pengering tipe rak adalah tidak meratanya sebaran suhu pada ruang pengering (Misha et al. 2013). Bentuk geometri dari ruang pengering mempengaruhi kualitas dan kesegeraman bahan yang dikeringkan (Tzempelikos et al. 2012). Untuk mendapatkan disain optimum dan keseragaman suhu digunakan analisis Computational Fluid Dynamics (CFD).
Kindi (2014) melakukan anlisis sebaran suhu pada pengering tipe rak di  Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi (P3TKEBTKE) LEMIGAS, Jakarta. Sumber panas pengering berasal dari gas buang sisa pembakaran biomassa di boiler. Gas buang dialirkan
menuju Heat exchanger (HE) tipe cross flow . Kipas menghembuskan angin ke pipa-pipa HE kea rah pengering. Pengering menerima panas akibat pertukaran panas pada HE.
Kindi (2014) menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mengetahui kontur suhu di dalam pengering. Salah satu input untuk melakukan analis CFD adalah koefesien pindah panas. Koefesien pindah panas dicari dengan melakukan metode matematik atau perhitungan manual.
Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai koefesien pindah panas pada Heat Exchanger yang akan digunakan untuk kebutuhan analisis CFD.

## METODE PENELITIAN
Metode yang dilakukan adalah dengan mencari litelatur dari buku dan jurnal. Gambar 1 menunjukan diagram alir dari penelitian. Profil gas buang diacari di apendix gas buang. Koefesien gas buang (U) dicari dengan persamaan (Holman 2010) :
Rt 1 U = Ro RF Rk RF Ri Rt 2 1 + + + + =
Dimana: U      = Koefisien pindah panas (W/m 2 .K) Rt    = Tahanan termal keseluruhan (m 2 .K/W)
Ri     = Tahanan termal akibat konveksi udara (m 2 .K/W) RF 1 = Tahanan termal akibat faktor pengotor udara (m 2 .K/W) Rk = Tahanan termal akibat konduktivitas bahan (m 2 .K/W) RF 2 = Tahanan termal akibat faktor pengotor gas buang (m 2 .K/W) Ro = Tahanan termal akibat konveksi gas
buang (m 2 .K/W)
Jenis heat exchanger gas to gas mempunyai nilai koefesien pindah panas 10 - 40 W/m 2 K (Holman 2010).
Gambar 1 Diagram alir penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Tahanan termal konveksi udara (Ri)Profil gas buang pada frekuensi 50 Hz pada tabel
Tabel 1 Profil gas buang
Suhu ( o C) Diam ter dala m di (m) Mass a jenis
(kg/ m 3 ) Kond uktifi tas panas k (W/ m. o C)
Visc ositas kine matik
(m 2 /s ) Bilan gan
Pran dtls (Pr) 294,5  0,013 40 0,622  0,045  47,12 x10 -6 0,68
A gas buang = jumlah pipa HE  x (1/4 x π xD i 2 ) = 95 x (1/4 x π x 0,0134 2 ) =0,013 m 2 v gas buang = Q gas buang / A gas buang = 0,31m 3 /s / 0,013 m 2 = 23,85 m/s
Pengukuran  debit dilakukan pada suhu 30 0 C, maka kecepatan gas buang pada suhu 294.5 o C adalah:
294.5 x V 294.5 = 30 x V 30
v 294.5 = 23.85 x 1.17 /0.622 = 44.86
Nu = 0,023xRe 08. xPr0 .4 Nu = 0,023x( ) 08. x(0,68) 0,4 = 25.96 D k Nu hi = = hi 25.96 x 0,045/ = 87.19 W/m 2 .K
hi 1 Ri = = 1/87.19 = 0,011 m 2 .K/W
b. Tahanan termal pengotor gas buang (RF 1 )dan pengotor udara (RF 2 )
RF 1 = 0,00176 m 2 .K/W
RF2 = 0,00035 m 2 .K/W (engineeringtoolbox.com) c.  Tahanan termal konduktivitas bahan  (R k )
D. Tahanan akibat konveksi gas buang
Gambar 4 Aliran udara menuju HE dimana; Xt = jarak antar pipa vertikal        da  n X l = jarak antar pipa horizontal Bilangan Nu dicari dengan ;
Nu = 0,35xC n xRe b 0,6 Pr b 0,36 (Pr b /Pr w ) 0,25 (X t /X l ) 0,2 untuk Re =1000 - 2x10 5
(Kakac 2002) Dimana ;
Cn = faktor koreksi bergantung pada jumlah baris (gambar ).
Gambar  3  Faktor koreksi (Cn) dari jumlah baris pipa heat exchanger
Faktor koreksi dengan jumlah baris pipa heat
exchanger 10 adalah 0,98 Nu = 0,35x0,98x 0,6 x0,172 0,36 (0,712/0,68) 0,
25 (0,3/0,3) 0,2
Nu =48,83 h o = Nu k /do
h o = 48,83 * 0,02/0,159 = 79,95 W/m 2 .K
Efisiensi sirip heat exchanger dengan pipa tabung (gambar ) dirumuskan dengan (Cengel 2008);
Gambar  5  Bentuk sirip heat  exchanger dimana; Lc= jarak antar fin
1/2 pipa bahan o Di k 4h m         = 25 . 51 =       = 1/2 393x0,0134 4x79,95 m
Lc = L +       4 Di Lc = 0.04+(0.134/4) = 0.04
nilai efesiensi sirip
mLc tanh(mLc) ηf = nilai
efesiensi sirip
43 . 0 = = 51,25x0,04 x0,04) tanh(51,25 ηf
R o = 1/ ηf x h o R o =1/0.43x 79.95 = 0,03 m 2 .K/W maka koefesien pindah panas heat exchanger adalah
03 , 0 + + + + = 0,000075 0,00035 0,00176 0,011 1 U U = 23.55 W/m 2 K

## KESIMPULAN
Koefesien pindah panas pada heat exhcanger merupakan variabel penting untuk keperluan analisis CFD. Koefesien pindah panas terdiri dari 5 tahanan termal. Tahanan termal konveksi udara 0,011  m 2 .K/W,  Tahanan termal pengotor gas buang  0,00176 m 2 .K/W  pengotor udara 0,00035 m 2 .K/W
Tahanan termal konveksi konduktivitas bahan , dan tahan termal
konveksi gas buang 0,03  m 2 .K/W.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]      Alkindi H, Purwanto YA, Wulandani D 2015. Analisis CFD aliran udara panas pada pengering tiper rak dengan sumber enegi gas buang. Jurnal Keteknikan
Pertanian 3(1):9-16
[1] Cengel  Y. 2008. Introduction to thermodynamics and heat transfer second edition . The McGraw-Hill Companies.USA
[2]      Engineeringtoolbox. 2014. Fouling and Heat Transfer.[Internet]. [diacu 2014 Mei
7]. Tersedia dari http://www.engineeringtoolbox.com/foulin
g-heat-transfer-d_1661.html
[3]      Grimwood. 1975. Coconut Palm Products .
Food and Agricultural Organization-United Nation Organization.Rome
[4]     Holman JP. 2010. Heat transfer tenth edition. The McGraw-Hill Companies.USA
[5]  Kakac S, Liu H. 2002. Heat exchanger selection, rating, and thermal design second edition . Departemen of mechanical engineering university of miami. Coral Cabes.Florida
[6]     Misha S, Sohif M, Mohd H R, Kamaruzzaman S,  Elias S.2013. The Prediction of Drying  Uniformity in Tray
Dryer System using CFD Simulation. International Journal of Machine Learning and Computing 3(5):419-423
[7]      Syaiful M, Hargono. 2009. Profil suhu pada proses pengeringan produk pertanian dengan simulasi computational Fluid dynamics (CFD). Reaktor . 12(3):195-202.
[8]      Tzempelikos DA, Vouros AP, Bardakas AV, Filios AE, Margaris DP. 2012.
Analysis of air velocity distribution in a laboratory batch-type tray air dryer by computational fluid dynamics. International journal of  mathematics and computers in simulation . 5(6):413-4