ISSN: 2721-6225 (print)
ISSN: 2745-6331 (online)
page 105-120

## ANALISIS MODIFIKASI SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER PADA PENGOLAHAN AIR LIMBAH PT. ANDALAN FURNINDO
ANALYSIS OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER MODIFICATION IN WASTE WATER TREATMENT PT. ANDALAN FURNINDO
Antan Noraidi Maulana 1) , Katiko Imamul Muttaqin 1) , Ahmad Riyadi 1) ,
M. Khoiri 1)
1 Politeknik Negeri Banjarmasin, Banjarmasin, Indonesia email: antannoraidimaulana@poliban.ac.id*, katikoim@poliban.ac.id, muhammadriyadi226@gmail.com, hoirin25@gmail.com
Received:
24 Agustus 2023 Accepted: 03 September 2023 Published: 04 September 2023

## Abstract
Heat exchanger in the waste water treatment process of PT. Andalan Furnindo is frequently  in  trouble.  Therefore,  the  authors  try  to  modify  the  heat  exchanger design  on  the  tube,  baffle,  and  estimated  pressure  drop  in  order  to  get  better performance.  The  data  processing  starts  from  modifying  the  dimensions  of  shell diameter,  tube  diameter,  shell  length,  tube  length,  number  of  baffles,  number  of tubes and type of fluid flow path. Linking the correlation between parameters with dimensional modifications that have been done so that the final result is the value of the heat transfer coefficient and pressure drop as desired. The results of design calculations with Ds id =1 m; d i = 0,02 m; d o = 0,025 m; length of shell and tube = 4.6 m; B=5; N t =1176 and the flow path U is to produce U c =683 dan U f =569 ; =1691,3 Pa; dan =1276,6 Pa. By modifying the tube and shell diameter which is larger than the factory setting, it can facilitate the unit maintenance process in terms of cleaning dirt in the tube and in the shell. So that the  performance  is  stable,  the  service  life  of  the  unit  is  longer,  and  the  next maintenance time is properly scheduled .
Keywords: Shell Diameter, Tube Diameter, Pressure Drop, Baffle

## Abstrak
Heat exchanger pada proses pengolahan air  limbah PT. Andalan Furnindo sering bermasalah.  Oleh  sebab  itu,  penulis  mencoba  untuk  memodifikasi  desain heat exchanger pada  bagian tube,  baffle, dan  estimasi pressure  drop agar  mendapat performa  yang  lebih  bagus.  Proses  pengolahan  data  dimulai  dari  memodifikasi dimensi diameter shell , diameter tube, panjang shell, panjang tube, jumlah baffles, jumlah tube dan  jenis path aliran  fluida.  Menghubungkan    korelasi  antara parameter dengan modifikasi dimensi yang telah dilakukan agar hasil akhir berupa nilai koefisien perpindahan panas dan pressure drop sesuai yang diinginkan. Hasil perhitungan perancangan dengan  Ds id =1 m; d i = 0,02 m; d o = 0,025 m; panjang shell dan tube= 4,6  m;  B = 5;  N t = 1176  dan path aliran  U  adalah  menghasilkan U c =683 dan  U f =569 ; =1691,3  Pa;  dan =1276,6 Pa.  Dengan  memodifikasi  diameter tube dan shell yang  lebih  besar  dari  setelan pabriknya  dapat  memudahkan  proses  perawatan  unit  dalam  hal  membersihkan kotoran  dalam tube maupun  dalam shell. Sehingga  performanya  stabil,  umur pemakaian  unit  lebih  lama,  dan  waktu  perawatan  selanjutnya  terjadwal  dengan baik.
Kata kunci: Diameter Shell, Diameter Tube, Pressure Drop, Baffle
DOI: 10.20527/jtamrotary.v7i`1.216 How  to  cite :  Maulana,  A.  N.,  Muttaqin,  K.  I.,  Riyadi,  A.,  &  Khoiri,  M.,  “Analisis  Modifikasi Shell  And Tube  Heat  Exchanger Pada  Pengolahan  Air  Limbah  PT.  Andalan  Furnindo” .  JTAM  ROTARY, 5(2),  105- 120, 2023.

## PENDAHULUAN
Heat  Exchanger adalah  perangkat  yang  digunakan  untuk  mentransfer  energi  panas (entalpi) antara dua atau lebih aliran fluida pada temperatur yang berbeda. Heat Exchanger banyak digunakan dalam pembangkit listrik, pemrosesan kimia, pendingin elektronik, AC, freezer , dan aplikasi otomotif (Fraas, 1991). Heat Exchanger melayani banyak fungsi dan datang  dalam  berbagai  bentuk  dan  ukuran  sehingga  dapat  diklasifikasikan  berdasarkan pemulihan  dan  regenerasi  ( Recuperation  &  Regeneration ),  proses  perpindahan  :  kontak langsung  dan  perpindahan  panas  transmural,  geometri  konstruksi:  tabung,  pelat,  dan permukaan yang diperluas, mekanisme perpindahan panas: fase tunggal dan dua fase, dan pengaturan aliran: paralel, counter dan cross-flow (Moran, Michael J., 2003).
Desain  dasar shell-and-tube  exchanger diperkenalkan  pada  awal  1900-an  untuk memenuhi  kebutuhan  pembangkit  listrik  untuk  permukaan  penukar  panas  yang  besar sebagai kondensor dan pemanas air umpan yang mampu beroperasi di bawah tekanan yang relatif tinggi (Shah & Sekulic, 2003). Kedua aplikasi asli penukar panas shell-and-tube ini terus  digunakan,  tetapi  desainnya  telah  menjadi  sangat  canggih  dan  terspesialisasi (Incropera, D., 2007).
Masalah  paling  umum  dalam  desain heat  exchanger adalah rating dan sizing . Masalah rating berkaitan dengan penentuan laju perpindahan panas dan temperatur keluar fluida untuk laju aliran fluida yang ditentukan,  temperatur masuk, dan penurunan tekanan yang  diijinkan  untuk  penukar  panas  yang  ada.  Oleh  karena  itu,  luas  permukaan perpindahan  panas  dan  dimensi  saluran  aliran  sangat  berperan  penting.  Masalah sizing , melibatkan  penentuan  dimensi  penukar  panas,  yaitu  memilih  jenis  penukar  panas  yang sesuai dan menentukan ukuran untuk memenuhi persyaratan fluida panas dan dingin yang ditentukan,  temperatur  masuk  dan  keluar,  laju  aliran  dan pressure  drop. Selain  itu kebutuhan  standar  desain  mekanik  sama  pentingnya  dengan  alasan  keselamatan, keseragaman toleransi, dan quality qontrol (Sadic kakac, 2012) .
PT.  Andalan  Furnindo  merupakan  perusahaan  pabrik  gula  yang  bertempat  di Marunda  Bekasi  Jawa  Barat. Heat  exchanger pada  proses  pengolahan  air  limbah  sering bermasalah  sehingga  mengharuskan  overhoul  dalam  waktu  yang  lebih  singkat  dari perkiraan  waktu  overhaul  selanjutnya.  Hal  ini  tentunya  akan  menghambat  produksi  gula sehingga  perlu  adanya  inovasi  terkait  permasalahan  ini.  Oleh  sebab  itu  penulis  mencoba untuk memodifikasi desain heat exchanger pada bagian tube, baffle, dan estimasi pressure drop berdasarkan standar TEMA agar mendapat performa yang lebih bagus.

## HEAT EXCHANGER

## Klasifikasi heat exchanger
Perpindahan panas dari satu fluida ke fluida lainnya merupakan operasi penting bagi sebagian  besar  industri.  Aplikasi  perpindahan  panas  yang  paling  umum  adalah  dalam merancang peralatan perpindahan panas untuk pertukaran panas dari satu fluida ke fluida lain.  Perangkat  semacam itu  pada  perpindahan  panas  yang  efisien  umumnya  disebut heat exchanger . Heat Exchanger biasanya diklasifikasikan tergantung pada proses transfer yang terjadi di dalamnya (Suastiyanti et al , 2020).
Berdasarkan standar Tubular Exchanger Manufactures Association (TEMA) terdapat 3 Macam kelas heat exchanger:
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 (Sadic kakac, 2012) .
Selain itu TEMA memberikan tipe lain, seperti :
1. Heat exchanger dengan fixed tube sheet
2. Heat exchanger dengan floating tube sheet
3. Heat exchanger dengan pipa U
4. Heat exchanger dengan fixed tube sheet dan mempunyai sambungan ekspansi pada shellnya (Sadic kakac, 2012) .
Standar  TEMA  juga  mengklasifikasikan  heat  exchanger  menurut  tipe  stasionary head, shell dan rear head ke dalam tiga kode huruf, yaitu:
1. Huruf pertama: A, B, C, N, dan D. Menunjukan tipe ujung muka.
2. Huruf kedua: E, F, G, H, J, K, dan X. Menunjukan tipe shell.
3. Hurud ketiga: L, M, D, U, P, S, T, dan W. Menunjukan tipe ujung belakang (Sadic kakac, 2012) .
Gambar 1. Jenis-Jenis Shell and Tube Heat Exchanger
Shell-And-Tube Shell-and-tube merupakan  jenis heat  exchanger yang  populer  dan  lebih  banyak digunakan. Shell  and  tube terdiri  dari  sejumlah  tube  yang  terpasang  didalam  shell  yang berbentuk silindris (Rashidi et al , 2022). Terdapat dua fluida yang mengalir, dimana satu fluida mengalir di dalam tube, dan yang lainnya mengalir diluar tube. Skematic bagan dan komponen dari shell and tube di perlihatkan lebih jelas pada gambar 2.

## Tabel 1. Nama-nama komponen
(1) stationary head-channel;
(14) floating head cover; (2) stationary head—bonnet; (15) floating head cover flange;
(3) stationary head flange—channel or bonnet (16) floating head backing device;
(4) channel cover
(17) tierods and spacers;
(5) stationary head nozzle;
(18) transverse baffle or support plates;
(6) stationary tube sheet
(19) impingement plate;
(7) tubes
(20) vent connection;
(8) shell;
(21) drain connection;
(9) Shell Flange Stationary Head End
(22) instrument connection
(10) Shell Flane Rear Head End
(23) support saddle
(11) Shell Nozzle
(24) lifting lug; (12) Shell cover Flange (25) pass partition; (13) floating tube sheet;;

## Shell
Shell adalah wadah untuk  fluida dan tube bundle yang ditempatkan di dalam secara bersamaan.  Diameter shell harus  dipilih  sedemikian  rupa  untuk  memberikan  kecocokan yang  dekat  dengan tube  bundle .  Jarak  bebas  antara tube  bundle dan  dinding shell bagian dalam  tergantung  pada jenis heat  exchanger.  Shell biasanya  dibuat  dari  pipa  baja standar dengan corrosion allowance yang memuaskan. Ketebalan shell 3/8 inci untuk ID shell 12- 24  inci  dapat  digunakan  hingga  tekanan  operasi  300  psi  (Sadic  kakac,  2012) (D.Q.Kern, 1965).

## Tube
Tube OD ¾ dan 1'' sangat umum digunakan untuk perancangan heat exchanger yang kompak.  Kondisi  paling  efisien  untuk  perpindahan  panas  adalah  memiliki  jumlah  tabung maksimum  di  dalam shell untuk  meningkatkan  turbulensi  fluida.  Ketebalan  tabung  harus cukup untuk menahan tekanan internal bersama dengan kelonggaran korosi yang memadai. Ketebalan pipa dinyatakan dalam hal BWG (Birmingham Wire Gauge) dan diameter luar sebenarnya  (OD).  Panjang tube 6,  8,  12,  16,  20,  dan  24  ft  lebih  sering  digunakan. tube yang lebih panjang mengurangi diameter shell dengan mengorbankan pressure drop pada shell yang  lebih  tinggi. Tube bersirip  juga  digunakan  ketika  cairan  dengan  koefisien perpindahan  panas  rendah  mengalir  di shell-side .  Stainless  steel,  kuningan  admiralty, tembaga,  perunggu  dan  paduan  tembaga-nikel  adalah  bahan tube yang  umum  digunakan (Sadic kakac, 2012) (D.Q.Kern, 1965).
Tube Pitch, Tube-Layout, Dan Tube-Count Tube pitch adalah jarak pusat ke pusat terpendek antara tube yang berdekatan. Tube umumnya  ditempatkan  dalam  pola  persegi  atau  segitiga  (pitch)  seperti  yang  ditunjukkan pada  gambar  4.  Tata  letak tube yang  banyak  digunakan  diilustrasikan  pada  Gambar.. Jumlah tube yang  dapat  ditampung  dalam  ID  (diameter  dalam) shell tertentu  disebut jumlah tube . Jumlah tabung tergantung pada faktor-faktor seperti shell ID, OD tube , pitch tube , tata letak tube , jumlah lintasan tube , jenis heat exchanger, dan tekanan desain (Sadic kakac, 2012) (D.Q.Kern, 1965).

## Gambar 4. Tube Layout Angles

## Tube Passes
Jumlah pass dipilih  untuk  mendapatkan  kecepatan  fluida  pada  sisi tube yang dibutuhkan  untuk  mendapatkan  koefisien  perpindahan  panas  yang  lebih  besar  dan  juga untuk  mengurangi  pembentukan  kerak  atau  pengotor.  Jalur tube bervariasi  dari  1  hingga 16.  Jalur tube 1,  2  dan  4  sering  digunakan  pada heat  exchanger skala industri. Tube  side partition yang  berada  pada  bagian  kepala heat  exchanger dikenal  sebagai plat  partition (juga  disebut partition  pass )  berfungsi  untuk  mengarahkan  aliran  sisi tube (Sadic  kakac, 2012) (D.Q.Kern, 1965).
Gambar 5. Flow Path Dari Shel And Tube

## Baffles
Baffle digunakan  untuk  meningkatkan  kecepatan  fluida  dengan  mengalihkan  aliran melintasi tube bundle untuk mendapatkan koefisien transfer yang lebih tinggi. Jarak antara baffle yang berdekatan disebut baffle-spacing . Jarak baffle 0,2 sampai 1 kali dari diameter dalam shell yang  umum  digunakan. Baffle ditahan  pada  posisinya  melalui baffle  spacer . Jarak baffle yang  lebih  dekat  memberikan  transfer  co-efisien  yang  lebih  besar  dengan menginduksi  turbulensi  yang  lebih  tinggi  (Salahuddin et  al ,  2015).  Penurunan  tekanan lebih banyak dengan jarak baffle yang lebih dekat. Berbagai jenis baffle ditunjukkan pada gambar  7.  Dalam  kasus  baffle  potongan-segmen,  sebuah  segmen  dihilangkan  untuk membentuk  baffle  yang  dinyatakan  sebagai  persentase  dari  diameter baffle .  Pemotongan baffle dari  15  hingga  45%  sering  digunakan.  Pemotongan baffle 20  hingga  25% memberikan perpindahan panas yang baik dengan penurunan tekanan yang wajar.

## Pertimbangan Fouling
Sebagian  besar  cairan  proses  dalam  penukar  mengotori  permukaan  perpindahan panas.  Material  yang  diendapkan  mengurangi  laju  perpindahan  panas  efektif  karena konduktivitas  termal  yang  relatif  rendah.  Oleh  karena  itu,  perpindahan  panas  dengan permukaan  yang  bersih  harus  lebih  tinggi  untuk  mengkompensasi  penurunan  kinerja selama  pengoperasian  (Bott,  1995).  Pengotoran  dapat  meningkatkan  biaya  konstruksi karena oversizing, tambahan  energi  karena  kinerja heat  exchanger yang  menurun,  dan pembersihan  untuk  menghilangkan  kotoran  yang  melekat.  Pengaruh  fouling  sangat dipertimbangkan  dalam  desain heat  exchanger dengan  memasukkan  resistensi  fouling tube-side dan shell-side . Nilai khas untuk koefisien fouling dan resistansi dirangkum dalam gambar 7.
Gambar 7. Properties Fluida Kerja
Pemilihan Fluida Untuk Tube-Side Dan Shell-Side Pemilihan  fluida shell-side dan tube-side memiliki  efek  yang  cukup  besar  pada desain  penukar  panas.  Beberapa  pedoman  umum  untuk  memposisikan  fluida  diberikan pada  gambar  8.  Perlu  dipahami  bahwa  pedoman  ini  bukanlah  peraturan  yang  ketat  dan penempatan cairan yang optimal bergantung pada banyak faktor yang spesifik untuk setiap kasus.

## Gambar 8. Faktor Pertimbangan Jenis Fluida

## PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN
Neraca Panas
̇ ̇ (1) Dimana :
̇ =  adalah laju  perpindahan  panas  pada  fluida  dingin  ( ) ; ̇ =  laju  aliran massa pada tube (kg/s) ; =  kalor  spesifik  pada  tekanan  konstan  dan  fluida  dingin  (J/Kg.K) ; =  perbedaan  temperatur  fluida  dingin  ( o C)  (Moran,  Michael  J.,  2003)  (Incropera,  D., 2007).

## Mean Temperature Difference
(2)
(4)
(5)
Dimana:
= rata-rata perbedaan temperatur; R = rasio perbedaan temperatur fluida panas dengan  fluida  dingin;  P  =  rasio  perbedaan  temperatur  fluida  dingin  dengan  fluida  panas;
= True mean temperature differences ; F = Corrective factor LMTD (Moran, Michael J., 2003) (Incropera, D., 2007).

## Luas Area Penampang Pada Bagian Tube
(6) Dimana : = luas penampang tube ; = diameter dalam tube (m); = Jumlah total tube didalam tube sheet (Sadic Kakac, 2012).
Crossflow Area Pada Bagian Shell
(7) (8)
Dimana :
= rasio diameter shell dengan pitch tube; =Diameter Shell; = pitch tube;
= luas penampang shell; = diameter luar tube; B = Baffle spacing (Sadic Kakac, 2012).
Koefisien Perpindahan Panas Pada Bagian Shell-Side
Gambar 9. Korelasi Koefisiean Dan ̇
(9)
(10)
( ) (11)
( ̇ ) ( ) ( ) (12)
Dimana :
=  Bilangan  Reynolds Shell; ̇ = laju  aliran  massa  dalam shell; = viskositas fluida  dalam shell; =  viskositas  fluida  dalam shell dan window; =  Colburn  j-factor untuk sebuah ideal tube bank; = Konduktivitas termal fluida shell-side; PR = Pitch ratio;
= Kalor  spesifik  tekanan  konstan  pada shell; a,  a 1 ,  a 2 ,  a 3 ,  dan  a 4 =  variabel  korelasi berdasarkan gambar 10 (Sadic Kakac, 2012).
Koefisien Perpindahan Panas Pada Bagian Tube-Side
̇ (13)
(14)
( ) ( ) (15)
(16)
Dimana : =  Bilangan  Reynolds  pada tube; ̇ = laju  aliran  massa  dalam tube ; = luas  penampang tube; = viskositas  fluida  dalam tube (N.s/m 2 ) ; =  Fanning  friction factor; = bilangan  Prandtl  pada tube; =  Korelasi  bilangan  Nusselt  untuk Fully Developed Turbulent Forced Convection melalui saluran sirkular; = koefisien perpindahan panas pada tubes-side. ( ) ; k = konduktivitas termal dari fluida. (W/m.K) (Sadic Kakac, 2012)(D.Q.Kern, 1965).
Overall Koefisien Perpindahan Panas Untuk Clean Surface
( )
(17)
Dimana :
=  koefisien  perpindahan  panas  keseluruhan  untuk clean  surface ; =  jari-jari permukaan diameter luar tube ; = jari-jari permukaan diameter dalam tube. (Sadic Kakac, 2012)(D.Q.Kern, 1965).
Overall Koefisien Perpindahan Panas Untuk Fouled Surface
( ) . (18)
Dimana :
= koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk fouling surface; = tube-side fouling resistance berdasarkan permukaan didalam tube; = tube-side fouling resistance berdasarkan permukaan diluar tube (Sadic Kakac, 2012)(D.Q.Kern, 1965). Over Surface Design
( ) (19)
Dimana :
= over  surface  design; = area  perpindahan panas dengan fouling, m 2 ; = area perpindahan panas tanpa fouling, m 2 (Sadic Kakac, 2012).
Penurunan Tekanan Bagian Shell-Side (Bell-Delaware Method)
(20) ( ) . (21)
Dimana :
= baffle cut destance dari baffle tip ke dalam dari shell; = tube pitches parallel ;
= number of tube rows crossed between baffle tips (Sadic Kakac, 2012).

## Fanning Friction Coefficient
(22) ( ) (23)
Dimana :
= friction factor for flow across an ideal tube bank; b, b 1 , b 2 , b 3 , dan b 4 = variabel korelasi berdasarkan gambar 10 (Sadic Kakac, 2012).
Penurunan Tekanan Dalam One Crossflow Section
̇ (24) ( ) (25)
Dimana :
= the shell-side mass velocity; = pressure drop in one baffle compartment in crossflow ; =shell fluid density (Sadic Kakac, 2012).

## Number of Baffles
(26)
Dimana :
= jumlah baffles; L = effective tube length of heat exchanger between tube sheets (m) ; B = baffle spacing (m) (Sadic Kakac, 2012).

## Penurunan Tekanan Campuran
(27)
Dimana :
= combined pressure drop of the entire interior crossflow section ; = correction factor for baffle leakage effects ; = correction factor for bypass flow (Sadic Kakac, 2012).

## Number Of Effective Crossflow Rows
(28) ̇ (29) Dimana :
=  Jumlah  efektif crossflow  rows; =  pressure  drop  in  one  ideal  window section  of  a  segmentally  baffled  exchanger; = luas  area  untuk  mengalir  melalui baffle window (m 2 ) (Sadic Kakac, 2012).
Penurunan Tekanan Pada Semua Jendela (Dalam Shell)
(30)
Total Penurunan Tekanan Pada Bagian Shell Dari Heat Exchanger [ ] ( ) (31) The Tube-Side Pressure Drop ( ) (32) Dimana :
= total pressure drop in all the window; = total pressure drop over the heat exchanger  on  the  shell  side; =  total  pressure  drop  of  the  tube  side; = number of tube  passes ; =  tube  fluid  density; =  kecepatan  rata-rata  aliran  fluida  didalam tubes (m/s) (Sadic Kakac, 2012).

## METODE PENELITIAN Metode Pengumpulan Data
Proses  pengumpulan  data  dimulai  dengan  berkunjung  ke  sistem  pembangkit  PT. Andalan  Furnindo.  Penulis  melakukan  wawancara  kepada  teknisi  sekitar  mengenai permasalahan  yang  sering  terjadi.  Pada heat  exchanger departemen  air  limbah  sering terjadi  perbaikan  karena  performanya  yang  menurun.  Data  yang  dikumpulkan  dari  hasil wawancara  adalah  berupa logsheet  data performa heat  exchanger yang  mencakup temperatur  masuk,  temperatur  keluar,  laju  aliran  massa,  jenis  material,  tekanan  masuk, tekanan keluar, dan pressure drop.
Gambar 10. Perawatan heat exchanger air limbah

## Metode Pengolahan Data
Proses  pengolahan  data  dimulai  dari  memetakan  nilai  parameter-parameter  yang didapatkan hasil wawancara. Memodifikasi dimensi diameter shell , diameter tube, panjang shell, panjang tube, jumlah baffles, jumlah tube dan path aliran fluida berdasarkan standar TEMA. Menghubungkan korelasi antara parameter dengan modifikasi dimensi yang telah dilakukan  agar  hasil  akhir  berupa  nilai  koefisien  perpindahan  panas  dan pressure  drop sesuai yang diinginkan. Setelah itu, heat exchanger di desain 3D berdasarkan data tersebut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 2. Data konstruksi untuk heat exchanger shell & tube yang diusulkan
Parameters Unit Hot Fluid Cold Fluid Inner Diameter tube (d i ) m 0,01905 Outer Diameter tube (d o ) m 0,0254 Velocity m/s 0,3 Wall Temperature K 308,75 Viscosity shell wall N.s/m 2 1,89075x10 -6 Flow rates Kg/s 31,65352 48,5 Temperature in C 50 28 Temperature out C 31 34
Fouling Resistance m 2 .K/W  0,000088  0,000176 Specific Heat J/Kg.K 2022,04 4178,2 Viscosity N.s/m 2 0,000285  0,000786 Thermal Conductivity W/m.K 0,6792 0,6186 Density Kg/m 3 959,6 995,4211 Prandtl Number 1,78 5,326 Diameter shell (Ds) m 0,9906 Number of Tubes (Nt) 1176 Number of Pass Tube (Np) 2 Using Carboon Steel for the material of tube (k) W/m 2 .K 60 Correction Factor (F) 0,65 Pitch Parallel (P p ) m 0,0206756 Pitch Normal (P n ) m 0,0119126 a 1 0,321 a 2 -0,388 a 3 1,45 a 4 0,519 b 1 0,372 b 2 -0,123
b 3 7 b 4 0,5 correction factor for baffle leakage effects (Rl) 0,4 correction factors for bypass flow (Rb) 0,5 Baffle spacing in the inlet, exit and central regions (Rs) 1 Tube Layout (Degree) o 30 The tube count calculation constant (CTP) 0,9 The tube Layout Constant (CL) 0,87 maximum allowable pressure drops kPa 5 Pressure in condenser Bar 0,95 Pitch Ratio (PR) 1,25 Baffle space (B) m 0,74295 Pitch (PT) m 0,03175 The area of flow through the baffle windows (A w ) m 2 0,076

## Neraca Panas
Beban panas yang dibutuhkan dapat dihitung dari kesetimbangan panas dibawah ini. ̇ ̇
̇ ̇ ̇ ̇ ̇
̇
o C o C
Rata-rata perbedaan temperatur.
= 3,167
(Sadic Kakac, 2012).
Luas aliran melalui tube adalah
Perkiraan luas area crossflow pada diameter shell.
Koefisien Perpindahan Panas Pada Shell-Side Perkiraan koefisien perpindahan panas shell-side dengan menggunakan metode Bell- Delaware.
̇
( ) ( )
( ̇ ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Diasumsikan  bahwa  sifat-sifatnya  konstan.  Dalam  metode  bell-delaware,  faktor koreksi akibat bypass dan leakage stream disediakan dalam bentuk grafik tergantung pada fitur konstruksi heat exchanger. Efek gabungan dari semua faktor koreksi ini adalah 60% (Sadic Kakac, 2012).
( )
Koefisien Perpindahan Panas Pada Tube-Side Koefisien perpindahan panas tube-side , h i , dapat dihitung dari korelasi Petukhov-Kirillov sebagai berikut.
̇
( ) ( )
(
) ( ) ( )

## Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Untuk Permukaan Bersih Dan Kotor
Koefisien perpindahan panas keseluruhan permukaan bersih :
( )
( ) ̇
Konduktivitas termal untuk tube = 60 W/m · K
Koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor :
( ) ̇

## Over Surface Design
( )       (
)
Yang mana merupakan faktor keamanan antara permukaan bersih vs kotor. Over surface design tidak boleh lebih dari sekitar 30%. (Sadic Kakac, 2012).
Pressure Drop Pada Shell-Side, Pressure Drop Pada Tube-Side, Jumlah Baffle, Baffle Spacing, Dan Total Pressure Drop Heat Exchanger Shell-side Pressure drop (Bell-Delaware Method)
( ) ( )
Koefisien fanning friction
( )
Pressure drop pada satu penampang crossflow dapat dihitung sebagai berikut.
̇
( )
( )
Jumlah baffle dapat dihitung sebagai berikut:
Pressure  drop gabungan  dari  seluruh  bagian  aliran crossflow  interior dapat  dihitung sebagai berikut.
Jumlah baris effective crossflow di setiap jendela, dapat diperkirakan sebagai berikut.
̇ (                    ) Total pressure drop di semua jendela adalah.
Pressure drop total pada heat exchanger di bagian shell-side dapat dihitung sebagai berikut.
[ ] ( )

## [                                              ]
( )
Yang mana kurang dari allowable pressure drop , sehingga heat exchanger ini pantas dan cocok. Pressure drop pada shell-side bisa kelebihan estimasi jika dihitung tanpa baffle leakage dan tanpa efek tube bundle bypass (Sadic Kakac, 2012).
Pressure drop total pada heat exchanger di bagian tube-side dapat dihitung sebagai berikut.
( )

## (
)
Dari  hasil  perhitungan  terlihat  bahwa  secara  teoritis  konfigurasi  diameter tube dan shell yang dipilih berdasarkan standar TEMA memiliki nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh  yang memuaskan. Diameter tube dan shell lebih besar dari setelan pabriknya memiliki  manfaat  dapat  mempermudah  proses  perawatan  unit.  Sehingga  kotoran  yang mengendap  didalam tube dapat  dibersihkan  dengan  mudah.  Tidak  bisa  dipungkiri  bahwa air  laut  yang  digunakan  dalam  proses  ini  tidaklah  bersih  sempurna.  Walaupun  air  laut sudah  diberi  perlakuan  proses  filtrasi  bertingkat.  Oleh  sebab  itu  memodifikasi  diameter tube dan shell merupakan  inovasi  yang  tepat  agar  meminimalisir  biaya  perawatan heat exchanger dan umur pemakaian yang lebih lama.

## KESIMPULAN
Dalam  proses  modifikasi  desain  hal  yang  paling  sulit  adalah  menentukan  dimensi yang  kita  inginkan  berdasarkan  data  di  lapangan.  Sehingga  banyak  parameter  yang dimodifikasi  atau  diiterasi  untuk  mendapatkan  hasil  yang  wajar.  Oleh  karena  itu  hal terpenting  dalam  menentukan  desain shell  and  tube  heat  exchanger adalah  menentukan diameter tube dan shell berdasarkan standar TEMA.
Tabel 3. Hasil perhitungan teoritis Parameter Unit Cold Fluid Hot Fluid Flow rate kg/s 31,65 h o 5254,12 h i 1099,076 U c 682,89 U f 568,92 A f m 2 423,44 A c m 2 352,781392 Over Surface (OS) % 20,03% L m 4,514714181 Nb 5,076740267 Tube layout Degree 30 Baffle spacing 0,74295 Number of Baffle 5,076740267 Pitch tube m 0,03175
Pitch Paralel m 0,0206756 Pitch Normal m 0,0119126 Pressure Drop in shell Pa 1691,301253 Pressure Drop in Tube Pa 1276,583655 Tube Material Carbon Steel k =60 Shell Material Steel Alloy k=60

## REFERENSI
D. Q. Kern, Process Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, Int. ed. 1965.
Incropera,  Dewitt    D.,  et  al. Introduction  to  Thermal  Heat  Transfer.  The  Ohio  State
University : John Wiley & Sons, Inc., 2007. 837 s.
Moran,  Michael  J.,  et  al. Introduction  to  Thermal  Systems  Engineering.  The  Ohio  State University : John Wiley & Sons, Inc., 2003. 566 s.
Sadik  kakac,  et  al. Heat  Exchanger  Selection,  Rating,  and  Thermal  Design.  CRC  Press., 2012.
Fraas, A. P. (1991). Heat exchanger design. John Wiley & Sons.
Shah, R. K., & Sekulic, D. P. (2003). Fundamentals of heat exchanger design. John Wiley
& Sons.
Suastiyanti,  D.,  Fatanur,  Y.,  &  Rupajati,  P.  (2020).  Analisis  Kerusakan  Tube  Heat Exchanger Menggunakan Metode Remote Field Testing (RFT). Jurnal Teknik Mesin ITI, 4(3), 73-83.
Rashidi,  M.  M.,  Mahariq,  I.,  Alhuyi  Nazari,  M.,  Accouche,  O.,  &  Bhatti,  M.  M.  (2022). Comprehensive review on exergy analysis of shell and tube heat exchangers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147(22), 12301-12311.
Bott, T. R. (1995). Fouling of heat exchangers. Elsevier.
Salahuddin,  U.,  Bilal,  M.,  &  Ejaz,  H.  (2015).  A  review  of  the  advancements  made  in helical baffles used in shell and tube heat exchangers. International Communications in Heat and Mass Transfer, 67, 104-108.