## PEMBUATAN  DAN  PENGUJIAN  ALAT  PRAKTIKUM  PENUKAR  KALOR  TIPE DOUBLE PIPE
1 Reza Setiawan, 2 Surya Ma’rufi Fajar, 3 Vera Pangni Fahriani
1, 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
3 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 reza.setiawan@ft.unsika.ac.id
DOI: http://dx.doi.org/10.35261/barometer.v4i2.3815

## I. P ENDAHULUAN
Peralatan yang berfungsi memindahkan panas satu ke yang lain,  fluida  kerja  yang  memiliki  perbedaan  temperatur  adalah Heat  exchanger /penukar  kalor. Double  pipe salah  satu  jenis penukar panas dengan susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas  dapat  digunakan  berlawanan  arah  aliran  atau  arah  aliran, baik  dengan  cairan  panas  atau  dingin  cairan  yang  terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa. Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standard yang di kedua  ujungnya  dilas  menjadi  satu  atau  dihubungkan  dengan kotak  penyekat.  Fluida  yang  satu  mengalir  di  dalam  pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang annulus antara pipa luar dan pipa dalam. Perpindahan kalor dominan yang terjadi pada fluida adalah proses konveksi. Alat penukar panas jenis ini dapat  digunakan  pada  laju  alir  fluida  yang  kecil  dan  tekanan operasi  yang tinggi. Proses pemindahan panas  yang terjadi, dan teori dasar ilmu terapan yang telah diberikan, perlu adanya suatu alat  praktikum  penukar  kalor,  sehingga  berbagai  proses perpindahan panas dapat dipahami dengan lebih baik. Maka akan dibuat  suatu  alat  praktikum  penukar  kalor  tipe double  pipe . Perbedaan  alat  ini  dengan  alat  lain  adalah  alat  ini  akan  bisa mengetahui perbedaan temperatur dengan variasi material, media fluida,  aliran  fluida,  dan  temperatur  contohnya  seperti  material pipa  tembaga,  pipa  besi,  dan  pipa  almunium.  media  fluida menggunakan air, coolant , dan oli. Sedangkan aliran fluida dapat mengalir counter flow dan paralle flow maupun temperatur dan aliran massa bisa diatur sesuai praktikum yang akan dilakukan.
Penelitian  penggunaan  alat  penukar  kalor  telah  banyak digunakan  pada  berbagai  aplikasi.  Pembuatan  seng  pada perusahaan di Kalimantan menggunakan alat penukar kalor tipe shell  and  tube sisi  panas  menggunakan  30  liter  air  yang dipanaskan  oleh  bahan  bakar  diesel  [1].  Pengeringan  ikan  juga dapat  memanfaatkan  alat  penukar  kalor.  Panas  yang  digunakan berasal  dari  gas  buang  mesin  diesel  yang  berkisar  antara  250  – 300 o C [2]. Berbagai metode juga dikembangkan untuk membuat penukar kalor yang lebih baik dari waktu ke waktu. Penggunaan
Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  dapat  digunakan  untuk mensimulasikan  alat  penukar  kalor  yang  akan  dibuat.  Simulasi CFD  pada shell  and  tube dilakukan  dan  dibandingkan  dengan perhitungan  manual. Penggunaan  CFD dan perhitungan  manual hanya  berbeda  1,84 o F  pada  temperatur  keluarnya  [3].  Metode algoritma optimasi juga dapat menjadi andalan dalam merancang alat  penukar  kalor.  Studi  tentang  penggunaan  kombinasi algoritma ant  colony dan  metode  Bell-Delaware  didapatkan penurunan biaya total sebesar 10,6% pada kasus pertama dengan fluida air-air dan 41,6% pada kasus kedua dengan fluida kerosin- minyak  mentah  dari  data  desain  asli  [4].  Pada  kasus  lain penggunaan metode Bell-Delaware yang sama tetapi menggunakan  algoritma particle  swarm didapatkan  hasil optimasi  terhadap  kemampuan  rancangan  penukar  kalor  dan fungsi tujuan total biaya. Hasil yang didapatkan adalah penurunan biaya  total  sebesar  28,83%  pada  kasus  pertama  penukar  kalor dengan  fluida  kerosin  dan  minyak  mentah  dan  52,56%  pada kasus  kedua  dengan  fluida  air  destiasi  dan  air  tanah  [5].  Selain penggunaan  metode  yang  baik,  perlu  diantisipasi  tumbuhnya faktor  pengotor  pada  penukar  kalor  yang  dibuat.  Sebuah  studi menunjukan  penambahan  pengotor  atau fouling pada  penukar kalor  dapat  memperbesar  resistensi  perpindahan  panas  penukar kalor.  Suatu  studi  laju  pertumbuhan fouling pada intercooler meningkatkan  hambatan  termal  dari fouling sebesar  3  x  10 -9 (m 2 K)/W  per  minggu  selama  pengamatan  [6].  Selain  itu, penelitian  tentang  pengembangn  alat  praktikum  penukar  kalor telah  banyak  dilakukan  sebelumnya.  Alat  praktikum  penukar kalor  tipe shell  and  tube telah  dibuat  dengan  kapasitas  panas sebesar  5.100  W  dan  jumlah tube sebanyak  37  buah.  Hasil pengujian didapatkan nilai efektifitas penukar kalor sebesar 62 % [7].  Alat  praktikum  penukar  kalor  tipe tube  bank dibuat  untuk praktikum  mahasiswa  di  laboratorium.  Alat  praktikum  dapat memvariasikan kecepatan udara 0,8; 1,6; 3,2 m/s dan debit oli 12, 15, 20 lpm dengan suhu konstan 80 o C. Wind tunnel yang dibuat berukuran 1,2 x 0,5 x 0,5 m [8].

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 19 Juli 2020 Direvisi : 01 September 2020 Disetujui : 02 September 2020
Kata Kunci : Alat praktikum, Double tube, Penukar kalor

## A B S T R A K
Perpindahan panas telah menjadi matakuliah dibeberapa program studi teknik di seluruh Indonesia. Selain itu, mata kuliah penukar kalor juga telah banyak dibuka sebagai matakuliah pilihan di beberapa universitas. Namun, konsep perpindahan panas khususnya pada konduksi dan konveksi pada aplikasi penukar kalor yang bersifat abstak masih sulit dimengerti sebagian mahaiswa. Perlu dibuatnya alat praktikum  penukar  kalor  untuk  meningkatkan  pemahaman  konsep  fenomena  perpindahan  panas konduksi  dan  konveksi  pada  penukar  kalor. Double  tube dipilih  karena  merupakan  jenis  penukar kalor yang sederhana dan mudah untuk dibuat. Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian dan pengembangan dengan alur kegiatan studi literatur, perancangan alat, desain alat, pembuatan alat, pengujian alat dan  penarikan kesimpulan. Hasil penelitian didapatkan bahwa alat penukar kalor tipe double  tube yang  dibuat  telah  bekerja  baik  dengan  variabel-variabel  percobaan  yang  dapat  diatur adalah variasi aliran counter flow dan parallel flow , variasi material tembaga dan alumunium, variasi fluida yang digunakan air, oli, dan coolant , variasi laju aliran dan variasi temperatur masuk.

## II. METODE PENELITIAN
Metode penelitian ini menggunakang metode penelitian dan pengembangan.  Pada  penelitian  ini  terdapat  langkah-langkah yang  harus  dilewati  untuk  mencapai  tujuan  yang  diharapkan.
Diantara langkah-langkah tersebut dijelaskan melalui diagram alir Gambar  1  dan  variabel-variabel  pengujian  alat  dijelaskan  pada Tabel I.
Gambar 1 Diagram alir penelitian T ABEL I
V ARIABEL PENGUJIAN ALAT No
Aliran Media Material Air Coolant Oli Pipa Tembaga Pipa Alumunium 1 Counter Flow √ - - √ √ 2 - √ - √ √ 3 - - √ √ √ 4 Paraller Flow - - √ √ √ 5 - √ - √ √ 6 √ - - √

## √ III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Berdasarkan  kebutuhan  alat  praktikum  dari  beberapa variabel  yang  dapat  diatur  sehingga  mengetahui  pengaruh perbedaan  pengaturan  variabel  terhadap  laju  perpindahan  panas double pipe, didapatkan desain rancangan alat praktikum double pipe sebagai terlihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 1 Desain tampak depan rancangan alat praktikum penukar kalor  tipe double pipe Gambar 3 Desain 3D rancangan alat praktikum penukar kalor tipe double pipe Termometer Pompa Pipa dalam Pipa luar
Setelah  rancangan  divalidasi  dapat  digunakan  untuk  alat praktikum dengan melakukan pengujian beberapa variabel  yang ditentukan dibuatlah alat praktikum penular kalor tipe double pipe terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Alat praktikum penukar kalor tipe double pipe yang dibuat
Hasil pengujian alat praktikum heat exchanger double pipe yang menggunakan berbagai variasi aliran counter flow , parallel flow ,  variasi  material  tembaga  dan  almunium,  variasi  media pendingin  air,  oli,  dan coolant ,  variasi  laju  aliran  dan  variasi temperatur. Pengujian pertama meggunakan aliran paralel, media air, material tembaga dan temperatur panas masuk 67,9 o C.

## IV. KESIIMPULAN

## Gambar 5 Pengujian pertama
Pengujian kedua meggunakan variasi  aliran paralel, media coolant , material tembaga, temperatur panas masuk 58,9 o C.

## Gambar 4 Pengujian pertama

## Gambar 6 Pengujian kedua
Pengujian  ketiga  meggunakan  variasi  sebagai  berikut aliran  paralel,  media  oli,  material  tembaga,  temperatur  panas masuk 71,30 o C.

## Gambar 7 Pengujian ketiga
Pengujian  keempat  meggunakan  variasi  aliran Counter , media air, material tembaga, temperatur panas masuk 70,0 o C.

## Gambar 8 Pengujian keempat
Pengujian kelima meggunakan variasi aliran counter, media coolant ,  material  tembaga,  temperatur  panas  masuk  70,0 o C.

## Gambar 9 Pengujian kelima
Pengujian  keenam  meggunakan  variasi  aliran counter , media oli, material tembaga, temperatur panas masuk 74,0 o C.
Gambar 10 Pengujian keenam
Pengujian ketujuh meggunakan variasi aliran paralel, media air, material almunium, temperatur panas masuk 71,8 o C.

## Gambar 11 Pengujian ketujuh
Pengujian  kedelapan  meggunakan  variasi  aliran  paralel, media coolant , material almunium, temperatur panas masuk 68,0 o C.

## Gambar 12 Pengujian kedelapan
Pengujian  kesembilan  meggunakan  variasi  aliran  paralel, media oli, material almunium, temperatur panas masuk 78,5 o C.

## Gambar 13 Pengujian kesembilan
Pengujian  kesepuluh  meggunakan  variasi  aliran counter, media air, material alumunium, temperatur panas masuk 65,2 o C.
Gambar 14 Pengujian kesepuluh
Pengujian  kesebelas  meggunakan  variasi  aliran  counter, media coolant , material almunium, temperatur 67,00 o C.

## Gambar 14 Pengujian kesebelas
Pengujian  keduabelas  meggunakan  variasi  aliran counter , media oli, material almunium, temperatur panas masuk 72,5 o C.

## Gambar 14 Pengujian keduabelas
Setelah  melakukan  dua  belas  kali  pengujian  dengan pengaturan  variabel  yang  berbeda-beda  didapatkan  bahwa  alat praktikum penukar kalor tipe double tube yang telah dibuat telah mampu  digunakan  dengan  baik.  Hal  ini  terlihat  dari  terjadinya perpindahan  panas  dari  fluida  panas  ke  fluida  dingin  secara berangsur-angsur  dari  menit  ke  menit.  Termperatur  kedua  sisi panas  dan  dingin  semakin  lama  semakin  sama  sehingga membuktikan perpindahan panas terus terjadi hingga temperaturnya mendekati sama. Selain itu, variabel-variabel yang diatur  juga  mempengaruhi  laju  perpindahan  panas  yang  terjadi. variasi aliran counter flow , parallel flow , variasi material tembaga dan  almunium,  variasi  media  pendingin  air,  oli,  dan coolant , variasi mass flow dan variasi temperatur telah memberikan respon yang baik terhadap performa perpindahan panas double tube. Hal ini  menandakan  variabel-variabel  yang  diujikan  telah  bekerja pada double tube.
Alat  praktikum  penukar  kalor  tipe double  tube ini  telah mampu  digunakan  dengan  percobaan  praktikum  menggunakan beberapa  variabel.  Variabel-variabel  percobaan  yang  dapat diubah adalah variasi aliran baik parallel dan counter flow, variasi besarnya  laju  aliran  massa,  variasi  temperatur  masuk  pada  sisi aliran  dingin  dan  panas,  variasi  material  pada  tube  yaitu menggunakan material tembaga dan almunium dan variasi jenis fluidanya air, oli dan colant. Sedangkan penelitian serupa tentang penukar  kalor  skala  laboratorium  yang  dikembangkan menggunakan tipe penukar kalor shell and tube dengan nilai tetap pada  laju  aliran  massa , temperatur  dan  konstruksinya  [7]. Penelitian yang juga pernah dilakukan lain untuk pembuatan alat praktikum penukar kalor tipe compact tube bank . Alat praktikum yang dikembangkan telah mampu divariasikan dari sisi laju aliran
massa, temperatur masuk dan dimensi panjang wind tunnel [8].
Dari  beberapa  penelitian  serupa  yang  telah  dilakukan, pengembangan  alat  praktikum  penukar  kalor  ini  yang  telah dikembangkan  lebih  sederhana  untuk  dimengerti  karena  jenis penukar  kalor  yang  digunakan  adalah  tipe double  tube dan variabel-variabel percobaan yang dapat diubah telah lebih banyak dapat  diatur.  Hal  ini  memperluas  keleluasaan  jangkauan percobaan  dalam  praktikum  perpindahan  panas  yang  dapat dilakukan  sehingga  pemahaman  tentang  konsep  perpindahan panas  pada  penukar  kalor  yang  dianggap  abstrak  menjadi berpotensi untuk lebih  mudah  dipahami dengan berbagai situasi dan kondisi yang berbeda.

## IV. K ESIMPULAN
Kesimpulan  yang  didapat  dari  penelitian  ini  adalah  telah berhasil  dibuatnya  alat  praktikum  dan  pengujian  terhadap beberapa variabel yang diatur pada penukar kalor tipe double tube untuk  memahami  konsep  fenomena  perpindahan  panas.  Variasi aliran  yang  dilakukan  sangat  mempengaruhi  perpindahan  panas yang dilakukan nilai temperatur aliran paraller flow dan counter flow sangat  berbeda  pada  saat  pengujian  dilakukan.  Aliran paraller temperature awal 67,9 o C masuk 61,4 o C dan keluar 58,6 o C  dibandingkan  dengan  aliran counter  flow temperatur  awal 67,9o C, masuk 56,4 o C dan keluar 55,2 o C dibandingkan dengan pada saat temperatur awal 70 o C, masuk 57,6 o C dan keluar 56,1 o C. Variasi material yang dilakukan sangat mempengaruhi antara pipa tembaga dan pipa alumunium pada saat dilakukan pengujian untuk  transfer  panas  atau  perpindahan  kalor  yang  sangat  baik dominan bagus ialah material tembaga. Variasi media pendingin air, coolant dan  oli  sangat  mempengaruhi  untuk  perpindahan kalor  pada  saat  memakai  media  air  sangatlah  cepat  untuk perpindahan  kalornya  sama  dengan coolant dan  pada  saat memakai media oli perpindahan kalor melambat.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Irman,  Perencanaan  Heater  Pada  Proses  Pembuatan Seng  Di  PT.  Kalimantan  Steel  Co.  Ltd, Jurnal ELKHA , Volume 5, 2013, pp. 31 – 36.
[2] Dirja,  Iman,  Optimasi  Desain  Alat  Penukar  Kalor Panas Udara Untuk Pengering Ikan Dengan Memanfaatkan  Gas  Buang  Motor  Diesel, Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ , Volume 7, 2017, pp. 137 – 142.
[3] Kiswoyo, Eko, Ramadhan, Anwar Ilmar, Perancangan Dan  Validasi  Desain  Alat  Penukar  Kalor  Tipe Shell And Tube Menggunakan Computational Fluid Dynamics, DINAMIKA  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin , Volume 8, 2017, pp. 39 – 46.
[4] Setiawan,  Reza,  Hidayat,  Rahmat,  Optimasi  Termal- Konsumsi Listrik Heat Exchanger Berbasis Kombinasi Metode  Bell-Delaware  Dan  Algoritma Ant  Colony , Barometer , Volume 4, 2019, pp. 155-162.
[5] Setiawan,  Reza,  Hrdlička,  František,  Darmanto, Prihadi Setyo, Fahriani, Vera Pangni, Pertiwi, Suciani Rahma,  Thermal  Design  Optimization  of  Shell-and- Tube  Heat  Exchanger  Liquid  to  Liquid  to  Minimize Cost  using  Combination  Bell-Delaware  Method  and Genetic Algorithm, Journal of Mechanical
Engineering Science and Technology , Volume 4, 2020, pp. 14-27.
[6] Setiawan,  Reza,  Nurjen,  Tedi,  Hidayat,  Rahmat, Optimasi  Termal-Konsumsi  Listrik Heat  Exchanger Berbasis  Kombinasi  Metode  Bell-Delaware  Dan Algoritma Ant  Colony , Barometer ,  Volume  3,  2018, pp. 125 – 129.
[7] Yulianto,  Sulis,  Qadri,  Munzir,  Maghfurah,  Fadwah, Perencanaan  Pembuatan  Alat  Penukar  Kalor  Jenis Shell And Tube Skala Laboratorium, Seminar Nasional Sains dan Teknologi 2014 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta , Jakarta, Indonesia, November, 2014, pp. 1 – 4.
[8] Ermansyah, Mochammad Fuad, Rancang Bangun Alat Praktikum Heat Exchanger Tipe Compact Tube Banks. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2017.