Abstrak—Harga minyak dunia cenderung mengalami peningkatan dalam beberapa tahun terakhir sehingga manusia berfikir untuk memanfaatkan setiap penggunaan minyak bumi. Dengan berkembangnya teknologi saat ini waste energy yang berupa gas hasil pembakaran pada  engine dapat dimanfaatkan menjadi bentuk energi  lain menggunakan heat recovery system. Pada tugas akhir ini dilakukan desain sebuah heat exchanger tipe circular tubes continuous plate fin dengan susunan tube aligned yang digunakan untuk menyerap waste energy yang berupa exhaust gas. Untuk mendapatkan dimensi desain  yang  sesuai  digunakan  metode  ΔT LMTD . Metode ini digunakan untuk menentukan nilai dari overall heat transfer desain  dari heat exchanger, kemudian  dilakukan perhitungan untuk nilai overall heat transfer hitung.  Setelah didapatkan nilai dari overall heat transfer secara desain dan hitung maka dilakukan iterasi untuk mendapatkan dimensi heat exchanger yang memiliki  nilai error paling kecil antara nilai overall heat transfer desain dan hitung. Untuk pengujian performa dari heat exchanger yang telah didesain maka dilakukan variasi kacepatan exhaust gas yang melewati heat exchanger, yaitu 0.4 m/s, 0.3 m/s, dan 0.2 m/s.  Exhaust gas yang digunakan memiliki temperatur 280 o C.  Pada tugas akhir ini didapatkan desain compact heat exchanger dengan dimensi panjang 0.38 m, lebar 0.45 m, dan tebal 0.04m. Setelah dilakukan pengujian dengan memvariasikan kecepatan dari exhaust gas yang melewati heat exchanger maka didapatkan bahwa nilai dari q aktual dari heat exchanger mengalami kenaikan dengan bertambahnya reynolds number akibat bertambahnya kecepatan exhaust gas, kemudian nilai dari effectiveness akan mengalami penurunan untuk setiap kenaikan dari reynold number exhaust gas. Selain itu nilai dari NTU heat exchanger juga mengalami penurunan dengan bertambahnya  reynold number exhaust gas. Untuk nilai overall heat transfer dari heat exchanger yang didesain akan mengalami kenaikan akibat bertambahnya nilai reynold number exhaust gas.
Kata Kunci—Compact heat exchanger, Waste energy, Heat recovery system.

## I. PENDAHULUAN
alam beberapa tahun kebelakang harga minyak dunia mengalami kenaikan yang cukup tinggi.  Hal tersebut memberikan dampak pada hampir semua sektor kehidupan manusia.  Keresahan yang terjadi akibat kenaikan harga minyak tersebut mengakibatkan banyak orang untuk memikirkan cara yang terbaik dalam memanfaatkan penggunaan bahan bakar minyak. Dengan perkembangan teknologi yang ada saat ini hasil dari pembakaran bahan bakar  pada mesin yang berupa exhaust gas dan memiliki temperatur tinggi dapat dimanfaatkan kembali dengan menggunakan waste heat recovery system . Waste heat recovery system sendiri merupakan proses yang digunakan untuk memanfaatkan kembali panas yang terbuang pada sebuah sistem yang menghasilkan waste heat
Tabel 1.
Data awal perancangan Heat exchanger
sehingga dapat dimanfaatkan kembali [1]. Pada mesin yang menghasilkan energi  panas akibat pembakaran yang terjadi pada ruang bakar banyak dari energi  panas tersebut yang  dibuang melalui muffler . Waste heat recovery system ini  menggunakan heat exchanger yang  berguna untuk menagkap energi panas tersebut yang kemudian diubah menjadi bentuk energi lain sehingga dapat dimanfaatkan.
Dari banyak tipe heat exchanger yang ada untuk penelitian ini digunakan compact heat exchanger . Pemilihan compact heat exchanger itu sendiri dikarenakan salah satu dari fluida yang mengalir dalam bentuk gas. Selain itu compact heat exchanger memiliki  luas permukaan perpindahan panas per unit volume yang sangat besar (≥700 m 2 /m 3 ) sehingga dapat menagkap panas dengan baik[2 ].
Penelitian yang dilakukan ini dapat dijadikan sebagai salah satu solusi dalam pemanfaatan waste energy yang berupa panas. Selain itu dengan penggunaan waste heat recovery system ini akan mengurangi polusi temperatur karena panas yang seharusnya dibuang menuju atmosfer akan diserap terlebih dahulu oleh heat exchanger .

## II. METODE PENELITIAN
A. Desain Compact Heat Exchanger
Dalam penelitian ini dilakukan desain compact heat exchanger tipe circular tube continuous plate fin . Tabel 1 merupakan data awal yang digunakan utuk mendesain heat exchanger .
Dengan data yang telah ada maka dapat dicari nilai dari temperatur outlet exhaust gas dengan menggunakan konsep balance  energy . Setelah diketahui nilai dari temperatur outlet exhaust gas maka metode perancangan yang

## Studi Eksperimen Analisa Performa Compact Heat Exchanger Circular Tubes Continuous Plate Fin Untuk Pemanfaatan Waste Energy
Rachmadi Gewa Saputra, Ary Bachtiar Khrisna Putra Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail : arybach@me.its.ac.id
D
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)                                                 B-105
digunakan  adalah  ΔT LMTD untuk mendapatkan nilai dari overall heat transfer . Perumusan untuk perhitungan nilai overall heat transfer adalah sebagai berikut [2]: ∆ T LMTD ∆ T LMTD = �T h , i −T c , o �−�T h , o −T c , i �
ln �Th , i−Tc , o� �Th , o−Tc , i� ..................................  (1)
UA desain UA desain = q desain ∆T LMTD ....................................................  (2)
Setelah didapatkan nilai dari overall heat transfer coefficient secara desain maka dapat dilanjutkan dengan melakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai dari overall heat transfer secara perhitungan dengan dimensi heat exchanger yang telah ditentukan. Perumusanya dapat dilihat sebagai berikut [2] :
UA hitung 1 UA hitung = 1 ηA h h h + 1 A c h c .............................................  (3)
Dari perhitungan nilai overall heat transfer secara perhitungan dilakukan iterasi untuk dimensi heat exchanger yang memiliki nilai error terkecil dengan nilai overall heat transfer desain. Dari hasil iterasi yang sudah dilakukan didapatkan dimensi heat exchanger pada tabel 2.
Gambar 2 diatas menunjukan skema instalasi yang digunakan dalam pengujian compact heat exchanger yang telah didesain.  Untuk susunan peralatan yang digunakan dijelaskan sebagai berikut, simbol A menunjukan tangki air yang berguna untuk menampung air sebagai fluida kerja. Simbol B merupakan gear pump yang bertujuan untuk mengalirkan fluida kerja. Simbol C merupakan pressure gauge yang berfungsi untuk mengetahui tekanan keluar dari gear pump . Simbol D merupakan gate valve yang berfungsi untuk mengatur pembebanan pada heat exchanger .  Simbol E merupakan flowmeter yang berfungsi untuk mengetahui debit air yang masuk heat exchanger . Simbol F merupakan burner yang berfungsi untuk menghasilkan exhaust gas sebagai pengganti dari mesin. Simbol G merupakan anemometer digital yang berfungsi untuk mengetahui kecepatan exhaust gas yang melewati heat  exchanger . Simbol H merupakan thermocouple yang berfungsi untuk mengetahui temperature air yang masuk ke dalam heat exchanger. Simbol I merupakan thermocouple yang berfungsi untuk mengetahui temperatur air setelah keluar dari heat exchanger. Simbol J merupakan thermocouple yang berfungsi untuk mengetahui temperatur exhaust gas yang masuk heat exchanger . Simbol K merupakan thermocouple yang berfungsi untuk mengetahui temperatur exhaust gas keluar dari heat exchanger . Simbol L merupakan standard exhaust fan yang berguna mengatur kecepatan exhaust gas yang melewati heat exchanger . Simbol M merupakan compact heat exchanger yang sudah didesain. Simbol N merupakan ducting yang berfungsi sebagai tempat dudukan heat exchanger dan pengarah aliran exhaust gas .
Cara  kerja alat pada gambar 2  dimulai dari  air yang berada didalam tangki penyimpanan air  yang dihisap oleh gear pump dan dialirkan masuk menuju compact heat exchanger yang telah didesain.
Air yang dipompa oleh gear pump tadi akan melewati compact heat exchanger yang kemudian akan menuju
Tabel 2.
Dimensi desain compact heat exchanger
Gambar 1. Heat exchanger hasil desain
surrounding . Selama melewati heat exchanger air tersebut akan dikenai proses pemanasan dari burner yang berada didalam ducting sehingga air yang sebelum masuk heat exchanger memiliki temperatur rendah setelah keluar dari heat exchanger memiliki temperature yang tinggi.
B. Metode Penelitian
No
Data Nilai 1 Tipe Heat Exchanger Compact Heat Exchanger Circular tube countinous plate fin. 2 Volume Heat Exchanger PxLxT = 380 mmx450 mmx40 mm 3 Diameter Tube 10 mm 4 Jumlah Baris Tube 2 baris 5 Jumlah Tube tiap Baris 22.45 tube
6 ST
20 mm
7 SL 20 mm 8 Fin pitch 315/m 9 Tebal Fin 0.3 mm 10 A fr 0.170 m 2 11 N fin 119.7 12 A fin 1.728 m 2 13 A tube 0.485 m 2 14 A total 2.213 m 2 15 A air 0.536 m 2 16 A fin /A total 0.781 17 A ff 0.105 m 2 18 A ff /A fr (σ)
0.616
Gambar 2 . Skema instalasi pengujian compact heat exchanger
Gambar 3. Grafik q air dan q exhaust gas fungsi Reynolds Number exhaust gas

## C. Perhitungan Performa Compact Heat Exchanger
Setelah dilakukan pengujian pada heat exchanger yang telah didesain dan didapatkan data-data yang diperlukan maka selanjutnya dilakukan perhitungan untuk performa dari heat exchanger dengan rumus sebagai berikut[2,3]: q aktual 𝑞 𝑎𝑘𝑡 = ṁ 𝑎𝑖𝑟 �ℎ 𝑐 , 𝑜 − ℎ 𝑐 , 𝑖 � .........................................  (4) q max 𝑞 𝑚𝑎𝑥 = 𝐶 𝑚𝑖𝑛 �𝑇 ℎ , 𝑖 − 𝑇 𝑐 , 𝑖 � .........................................  (5)
Effectiveness 𝜀 = 𝑞 𝑎𝑘𝑡 𝑞 𝑚𝑎𝑥 ...................................................................  (6) NTU

## 𝑁𝑇𝑈 = grafik ...........................................................  (7)

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ekperimen compact heat exchanger circular  tube continuous plate fin didapatkan dimensi dari heat exchanger yang telah didesain selain itu didapatkan beberapa grafik untuk analisa performa dari heat exchanger yang telah didesain.
Pada gambar 3  terlihat bahwa trendline grafik  dari q air semakin meningkat dengan bertambahnya nilai Reynolds Number exhaust gas , sedangkan untuk q exhaust gas nilainya selalu berada diatas dari q air . Seharusnya untuk nilai q air dan q exhaustgas adalah sama. Ketidaksamaan antara nilai q air dan q exhaustgas ini dikarenakan adanya q loss akibat adanya bagian dari heat exchanger yang tidak diisolasi.
Gambar 4. Grafik effectiveness fungsi Reynolds Number exhaust gas
Gambar 5. Grafik NTU fungsi Reynolds Number exhaust gas
Pada gambar 5  terlihat bahwa trendline grafik dari nilai NTU heat exchanger mengalami penurunan dengan bertambahnya nilai dari Reynolds Number. Penurunan nilai dari NTU tersebut diakibatkan dengan setiap kenaikan Reynolds Number akan diikuti kenaikan nilai dari minimum heat capacity yang akan mengakibatkan penurunan nilai dari NTU dengan luasan perpindahan panas heat exchanger yang sama.
Pada gambar 6 terlihat bahwa dari percobaan yang sudah dilakukan dengan variasi mass flowrate exhaust gas nilai dari effectiveness akan mengalami penurunan begitu juga dengan nilai NTU. Nilai effectiveness tertinggi terjadi pada nilai mass flowrate exhaust gas terendah yaitu sebesar 0.457 dengan nilai NTU  sebesar 0.722. Hal tersebut dikarenakan untuk nilai mass flowrate exhaust gas terendah memiliki nilai q max yang rendah juga, sehingga akan meningkatkan nilai effectiveness .
Gambar 6. Grafik effectiveness fungsi NTU Gambar 7. Grafik Overall Heat Transfer fungsi Reynolds Number
Gambar 8. Grafik ΔT LMTD fungsi Reynolds Number exhaust gas
Pada gambar 7  terlihat bahwa trendline grafik dari overall heat transfer mengalami kenaikan dengan bertambahnya nilai Reynolds Number .  Kenaikan nilai dari overall heat transfer dikarenakan dengan bertambahnya nilai Reynolds Number akan meningkatkan nilai koefisien konveksi pada sisi exhaust gas. Akibat dari kenaikan koefisien konveksi tersebut adalah menurunya nilai dari tahanan thermal dari heat exchanger yang mengakibatkan kenaikan nilai overall heat transfer coefficient. Pada gambar 8  terlihat bahwa trendline grafik dari ΔT LMTD mengalami kenaikan dengan bertambahnya nilai Reynolds Number. Kenaikan nilai dari  ΔT LMTD tersebut dikarenakan dengan bertambahnya nilai Reynolds Number akan meningkatkan nilai dari temperatur keluar dari heat exchanger.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan dalam menguji performa compact heat exchanger circular tube continuous plate fin dapat disimpulkan:
1. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan untuk setiap kenaikan nilai dari Reynolds Number
exhaust gas nilai dari q air terus mengalami peningkatan dan ketika Reynold Number 5953,624 q air memiliki nilai tertinggi yaitu sebesar 3,09 KWatt.
2. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan untuk setiap kenaikan nilai dari Reynolds Number exhaust gas nilai dari effectiveness heat exchanger terus mengalami penurunan dan ketika Reynold
Number 3398,589 heat exchanger memiliki effectiveness tertinggi yaitu sebesar 0,457.
3. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan untuk setiap kenaikan nilai dari Reynolds Number exhaust gas nilai dari NTU heat exchanger terus mengalami penurunan dan ketika Reynold Number 3398,589 heat exchanger memiliki NTU tertinggi yaitu sebesar 0,722.
4. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan untuk setiap kenaikan nilai dari Reynolds Number exhaust gas nilai dari overall heat transfer terus mengalami peningkatan dan ketika Reynold Number 5953,624 overall heat transfer memiliki nilai tertinggi yaitu sebesar 6.72 W/m 2 K

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada laboratorium Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara  Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri ITS yang telah banyak mendukung kelancaran penelitian kali ini  serta bapak dosen pembimbing dan semua pihak yang membantu.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. http://en.wikipedia.org/wiki/Waste_heat_recovery_system [2]. Incropera,F.P.,Dewitt,D.P. 2007. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6th ed. New York : John Wiley and Sons inc.
[3]. Kays, W.M.,London, A.L. 1964. Compact Heat Exchanger. 2 nd ed. New York : McGraw Hill Book Company.