Submitted : 22 Januari 2022
Revised : 18 Maret 2022
Accepted : 1 Juni 2022

## PENGARUH TEMPERATUR DAN ARAH ALIRAN TERHADAP EFEKTIVITAS PENUKAR
PANAS NTU (Ɛ -NTU) PADA ALAT PENUKAR PANAS TIPE PLATE AND FRAME
Reni Yuniarti 1 , Feerzet Achmad 1* , Yuniar Luthfia Listyadevi 1 , Lisa Angraini 1 , Muhammad Alfarizi Tazkia 1 , Suhartono 2 , Suharto 3
1 Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Sumatera Jl. Terusan Ryacudu, Way Huwi, Kec. Jati Agung, Kabupaten Lampung Selatan, Lampung 2 Program Studi Teknik Kimia, Universitas Jenderal Achmad Yani Jl. Terusan Jenderal Sudirman, Cimahi, Jawa Barat
3 BRIN LIPI UPT Balai Pengolahan Mineral Lampung Jalan Ir. Sutami Km.15, Tanjung Bintang, Sindang Sari, Kabupaten Lampung Selatan, Lampung * Email: feerzet.achmad@tk.itera.ac.id

## Abstrak
Alat  penukar  panas  merupakan  salah  satu  alat  yang  digunakan  sebagai  perpindahan  panas  antara  dua  fluida yang  memiliki  temperatur  yang  berbeda.  Alat  penukar  panas  memiliki  tipe  dan desain  struktur  yang  berbeda, salah satu alat yang digunakan yaitu Plate and Frame Heat Exchanger (PFHE). Tujuan penelitian PFHE ini adalah untuk  mengetahui  pengaruh  kenaikan  temperatur  fluida  panas  masuk  dengan  perbedaan  arah  aliran  fluida terhadap efektivitas penukar panas NTU ( ɛ -NTU). Penelitian ini dilakukan pada temperatur fluida panas 39-52°C pada arah aliran searah dan arah aliran berlawanan arah. Fluida panas dan fluida dingin yang digunakan pada penelitian  ini  yaitu  air  karena  proses  perpindahan  panas  yang  baik  dan  tidak  berbahaya.  Dari  penelitian  ini disimpulkan bahwa meningkatnya temperatur fluida panas masuk diperoleh kenaikan efektivitas penukar panas NTU ( ɛ -NTU) pada arah aliran searah maupun pada arah aliran berlawanan arah. Nilai ɛ -NTU pada arah aliran berlawanan arah adalah 31,97-38,80% dan nilai ɛ - NTU pada arah aliran searah adalah 24,13-27,95%. Nilai ɛ - NTU  pada  arah  aliran  berlawanan  arah  lebih  besar  dari  pada  arah  aliran  searah.  Ini  menunjukan  bahwa  arah aliran berlawanan arah lebih efektif melakukan proses perpindahan panas dari pada arah aliran searah.
Kata Kunci : Alat Penukar Panas, Fluida, Plate and Frame , Efektivitas Alat Penukar Panas

## Abstract
A heat exchanger is a device used to transfer heat between two fluids at different temperatures. Heat exchangers have  different  types and  structural  designs.  One  of  them is a  plate  and  frame  heat  exchanger  (PFHE).  This PFHE study  aimed  to  determine  the  effect  of  increasing  the  temperature  of  hot  fluid  and  the  flow  direction  on  the effectiveness of the NTU heat exchanger ( ɛ -NTU). This research was conducted at a temperature of 39-52°C with a co-current  and  counter-current  flow.  The  hot  and  cold  fluids  used  in  this  research  are  water  because  the  heat transfer  process  is  excellent  and  harmless.  This  study  concluded  that  higher  hot  fluid  temperature  increased  the effectiveness of the NTU heat exchanger ( ɛ -NTU) for both co-current and counter-current flow. The value of ɛ -NTU in counter-current flow is 31.97-38.80%, and the value of ɛ -NTU in the co-current is 24.13-27.95%, thus showing that the counter-current flow is more effective in carrying out the heat transfer process than the co-current flow.
Keywords : Heat Exchanger, Fluid, Plate and Frame, Effectiveness of Heat Exchanger

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip

## 1. PENDAHULUAN
Alat  penukar  panas  merupakan  sebuah  alat  yang digunakan  untuk  proses  perpindahan  panas  antar fluida  yang  memiliki  perbedaan  temperatur  atau proses  perpindahan  panas dari  fluida  panas  ke  fluida dingin.  Perpindahan  panas  yang  terjadi  di  dalam  alat penukar  panas  berlangsung  secara  konveksi  dan konduksi  tanpa  mencampur  kedua  fluida  karena adanya  suatu  pemisah.  Fluida  yang  biasa  digunakan pada  alat  penukar  panas  sebagai  fluida  panas  adalah uap  air  dan  sebagai  fluida  dingin  yaitu  air.  Fluida  air banyak  digunakan  sebagai  media  perpindahan  panas karena  lebih  mudah  diperoleh/diproses  dan  tidak berbahaya. Berdasarkan fungsinya, ada beberapa jenis alat  penukar  panas  yaitu cooler,  condenser,  heater, reboiler, vaporizer, dan chiller. Alat penukar panas tersebut banyak digunakan di industri untuk berbagai aplikasi yang berperan sangat penting  dalam suatu  proses  produksi. Sebagai  contoh alat  penukar  panas  yaitu condenser yang  berfungsi merubah  fase  uap  menjadi  fase  cair  pada  industri pengolahan  minyak  bumi  mentah  atau  digunakan pada  industri  pembangkit  listrik  pembangkit  tenaga uap (PLTU) dengan alat penukar panas vaporizer . Beberapa  keuntungan  dan  kelemahan  dari  alat penukar  panas  tipe  PFHE.  Keuntungan  alat  penukar panas  PFHE  ini  adalah  efisiensi  perpindahan  panas lebih  baik,  lebih  gampang  dalam  pemeliharaan  atau perawatannya,  korosi  lebih  rendah,  dan  rancangan alat  lebih  sederhana  dengan  biaya  yang  lebih  murah. Sedangkan  kelemahannya  adalah  material plat  yang digunakan  tidak  terlalu  tahan  pada  tekanan  lebih tinggi dari 30 atm, maksimum temperatur yang dapat digunakan yaitu 250 ° C tetapi tergantung material plat yang (Lin dan Rochelle, 2017; Sammeta dkk., 2011). Perubahan  temperatur  kedua  fluida  akan  dapat menentukan  nilai  efektivitas  alat  penukar  panas dengan  menggunakan  perbandingan  perpindahan panas  antara  salah  satu  fluida  dengan  perpindahan panas  minimum  antara  kedua  fluida,  perhitungan log mean  temperature  different (LMTD),  dan  NTU.  Nilai efektivitas  alat  penukar  panas  akan  menentukan kinerjanya,  semakin  besar  nilai  efektivitas  maka proses  penukaran  panas  di  dalamnya  akan  semakin baik.
Kinerja  dari  alat  penukar  panas  dapat  dilihat melalui nilai efektivitas perpindahan panas ( ɛ ) dengan menggunakan metode number of transfer units (NTU) dan log  mean  temperature  difference (LMTD). Efektivitas  dalam  metode  NTU  didefinisikan  sebagai rasio  laju  perpindahan  panas  yang  sebenarnya  dari fluida  panas  ke  fluida  dingin  terhadap  laju perpindahan  panas  maksimum.  Analisis  perpindahan panas pada alat perpindahan panas untuk fluida yang tidak bercampur dengan jenis aliran berlawanan arah (Rao  dkk,.  2005).  Analisis  ini  dilakukan  dengan memvariasikan  laju  aliran  fluida  yang  masuk.  Hasil percobaan  menyatakan  bahwa  perpindahan  panas pada  penukar  panas  menurun  jika  persentase  fluida dingin  yang  masuk  melebihi  50%  dibandingkan dengan  fluida  panas.  Besarnya  panas  yang  berpindah
akan  berbanding  lurus  dengan  luas  permukaan  yang diperlukan (Rao dkk,. 2005).
Penelitian dilakukan untuk menentukan efektivitas  penukar  panas  NTU  ( ɛ -NTU)  pada  plat penukar  panas  tipe Plate  and  Frame  Heat  Exchanger (PFHE)  dengan  memvariasikan  temperatur  fluida panas masuk dan arah aliran. Temperatur fluida panas masuk  dilakukan  dari  39  sampai  52 ° C  dengan kenaikan  temperatur  sebesar  3 ° C.  Ada  2  sistem  arah aliran pada penelitian ini yaitu arah aliran searah dan arah  aliran  berlawanan  arah.  Fluida  panas  dan  fluida dingin  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  air karena  proses  perpindahannya  lebih  baik,  lebih mudah diperoleh, tidak mudah mengalami perubahan fase, dan tidak berbahaya.
Dari  penelitian  ini  juga  dihitung  nilai  laju perpindahan panas pada aliran fluida panas (Qh), laju perpindahan panas pada fluida dingin (Qc), perbedaan temperatur  rata- rata  logaritma  (ΔT LMTD ),  laju perpindahan panas terendah (Cr), koefisien perpindahan  panas  keseluruhan  (U), number  of  heat tranfer units (NTU), efektivitas penukar panas metode perbedaan  temperatur  (Ɛ) dan  metod e NTU  (Ɛ -NTU). Pada  penelitian  ini  dilakukan  perbandingan  tentang nilai  efektivitas  penukar  panas  metoda  perbedaan LMTD  dibandingkan  dengan  efektivitas  perpindahan panas metode NTU.

## 2. METODE PENELITIAN 2.1 Tahapan Percobaan
Rangkaian  alat  penukar  panas  yang  digunakan dari  Edibon  dengan  jenis plate  and  frame  heat exchanger (PFHE)  dengan  tipe  TIPL  ( plate  heat exchanger for  TICC),  tangki  pemanas  yang  digunakan tipe  TIUS  ( base  service  unit )  dan  perekaman  data menggunakan  Edibon  SCADA  sistem  tipe  TICC  ( the computer-controlled heat exchangers training system ). Dilakukan  percobaan  dengan  2  arah  aliran  yaitu arah  aliran  searah  (Gambar  1.a)  dan  arah  aliran berlainan  arah  (Gambar  1.b).  Fluida  panas  dan  fluida dingin yang digunakan pada percobaan ini adalah air. Fluida  panas  diperoleh  dengan  cara  memanaskan  air sesuai  dengan  temperatur  yang  diatur  pada  tangki pemanas.  Tangki  pemanas  dilengkapi  dengan  koil pemanas (AR-1) untuk menaikkan temperatur air dan temperatur  kontrol  dipasang  di  dalam  tangki  untuk menjaga temperatur fluida (ST-16) serta level kontrol tangki (AN-1) untuk menjaga level air di dalam tangki. Fluida  panas  dialirkan  menggunakan  pompa sentrifugal  (AB-1) ke  dalam  peralatan  penukar  panas PFHE.  Kecepatan  aliran  fluida  panas  yang  mengalir diukur  menggunakan  sensor  kecepatan  fluida  (SC-1) dan  laju  alirnya  diatur  menggunakan  keran  VR-3. Temperatur masuk (ST-1) dan temperatur keluar (ST- 2)  dari  fluida  panas  diukur  menggunakan  sensor temperatur fluida panas untuk mengetahui perubahan temperatur  fluida.  Fluida  dingin  dialirkan  ke  dalam PFHE  menggunakan  pompa  dan  kecepatan  fluida dingin  diatur  menggunakan  keran  VR-2  dan  diukur dengan menggunakan sensor kecepatan (SC-2).
Keran dibuka atau ditutup tergantung jenis aliran yang  digunakan  seperti  ditampilkan  pada  Tabel  1.
Keran  V-3  dan  V-4  ditutup  jika  fluida  dingin  dengan arah  aliran  searah  sedangkan  keran  V-2  dan  V-5 ditutup  jika  fluida  dingin  dengan  arah  aliran berlawanan  arah.  Temperatur  fluida  dingin  masuk PFHE  diukur  menggunakan  sensor  temperatur  ST-3 untuk arah aliran searah dan temperatur fluida dingin keluar PFHE diukur menggunakan sensor temperatur ST-4  (Gambar  1.a).  Sedangkan  temperatur  fluida dingin  masuk  PFHE  diukur  menggunakan  sensor temperatur  ST-4  untuk  arah  aliran  berlawanan  arah dan  temperatur  fluida  dingin  keluar  diukur menggunakan sensor temperatur ST-3.
Tabel 1. Pengaturan keran berdasarkan arah aliran
Keran Arah aliran Searah Berlawanan arah Keran V-2 Buka Tutup Keran V-3 Tutup Buka Keran V-4 Tutup Buka Keran V-5 Buka Tutup
Gambar 2. Alat penukar panas tipe plate and frame (PicOn dkk., 2011)
Rancangan  alat  PFHE  yang  digunakan  pada penelitian  ini  adalah  jenis plate  and  frame yang ditampilkan  pada  Gambar  2.  Diameter  pipa  yang digunakan untuk fluida panas dan fluida dingin adalah 0,0374  m 2 ,  kapasitas  panas  spesifiknya  untuk  fluida panas dan fluida dingin adalah 4178 J/kg. K, densitas
untuk  fluida  panas  dan  fluida  dingin  sebesar  987,1 kg/m 3 , luas penampang pipa adalah 0,432 m 2 , jumlah plate yang  digunakan  sebanyak  20  lembar.  laju  alir fluida  panas sebesar  1,1-1,3  l/min  dan  laju  alir  fluida dingin sebesar 2,1-2,2 l/min. Fluida dingin mengalir ke dalam sistem alat penukar panas dengan menggunakan  pompa.  Alat  penukar  panas  dibiarkan beropearasi sekitar 15 menit untuk membuat kondisi alat  lebih  stabil  dan  pencatatan  hasil  selama  5  menit. Tabel  2  menampilkan  temperatur  dan  laju  alir  untuk fluida  panas  dan  fluida  dingin  yang  digunakan  pada penelitian alat penukar panas tipe PFHE.

## 2.2 Analisis Laju Perpindahan Panas
Untuk  mengetahui  besarnya  perpindahan  panas dari  fluida  panas  ke  fluida  dingin  pada  PFHE  dapat dihitung  dengan  menggunakan  persamaan  (1)  dan persamaan  (2).  Laju  perpindahan  panas  pada  fluida panas  (Q h )  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan (1). 𝑄 ℎ = 𝑚̇ ℎ . 𝐶𝑝 ℎ (𝑇 ℎ,𝑖 − 𝑇 ℎ,𝑜 ) (1)
Dengan: 𝑚̇ ℎ , laju alir massa dari fluida panas (kg/min) 𝐶𝑝 ℎ , kapasitas panas dari fluida panas (kal/kg.K)
𝑇 ℎ,𝑖 , temperatur fluida panas masuk (K)
𝑇 ℎ,𝑜 , temperatur fluida panas keluar (K)
Sedangkan, laju perpindahan panas pada fluida dingin (Q c ) dapat dihitung menggunakan persamaan (2), 𝑄 𝑐 = 𝑚̇ 𝑐 . 𝐶𝑝 𝑐 (𝑇 𝑐,𝑜 − 𝑇 𝑐,𝑖 ) (2)
Dengan: 𝑚̇ 𝑐 , laju alir massa dari fluida dingin (kg/min) 𝐶𝑝 𝑐 , kapasitas panas dari fluida dingin (kal/kg.K) 𝑇 𝑐,𝑜 , temperatur fluida dingin keluar (K)
𝑇 𝑐,𝑖 , temperatur fluida dingin masuk (K) Temperatur fluida panas masuk yang digunakan pada rentang 39 – 52 ° C dengan interval kenaikan temperatur sebesar 3 ° C.
(a) (b)

## Keterangan:
ST-1:  Sensor  temperatur  untuk  aliran  fluida  panas  masuk;  ST-2:  Sensor  temperatur  untuk  aliran  fluida  panas  keluar;  ST-3:  Sensor temperatur  untuk  aliran  fluida  dingin  masuk/keluar;  ST-4:  Sensor  temperatur  untuk  aliran  fluida  dingin  masuk/keluar;  ST-16:  Sensor temperatur tangki pemanas; V-1 till V-10: Keran; C-1 till C-4: Koneksi antar pipa; AB-1: Pompa sentrifugal aliran fluida panas; AR-1: Koil pemanas; AN-1: Level control; SC-1: Sensor laju alir fluida panas; SC-2: Sensor laju alir fluida dingin; VR-1: Bypass valve untuk fluida panas; VR-2: Keran kontrol laju alir fluida dingin; VR-3: Keran kontrol laju alir fluida panas.
Gambar 1. Rangkain peralatan PFHE yang digunakan pada penelitian (a) TIPL-PL ( plate heat exchanger for TICC-co-current ) atau arah aliran searah dan (b) TIPL-CC ( plate heat exchanger for TICC-counter current) arah aliran berlawanan arah

## 2.3  Analisis  Perbedaan  Temperatur  Rata-rata Logaritma (LMTD)
Log mean  temperature  difference (LMTD), ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 atau perbedaan temperatur rata-rata logaritma secara umum dapat dihitung menggunakan persamaan (3),
∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 = ∆𝑇 1 −∆𝑇 2 ln( ∆𝑇1 ∆𝑇2 ) (3)
Untuk  arah  aliran  searah,  perbedaan  temperatur  ΔT 1 dapat  dihitung  dengan  cara ∆𝑇 1 =   𝑇 ℎ,𝑖 −  𝑇 𝑐,𝑖 , sedangkan  perbedaan  temperatur  ΔT 2 dapat  dihitung dengan cara ∆𝑇 2 =   𝑇 ℎ,𝑜 −   𝑇 𝑐,𝑜 . Perbedaan temperatur rata-rata  logaritma  dari  persamaan  (3)  dapat disederhanakan menjadi persamaan (4),
∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇 ℎ,𝑖 −𝑇 𝑐,𝑖) )−(𝑇 ℎ,𝑜 −𝑇 𝑐,𝑜 ) ln( (𝑇ℎ,𝑖−𝑇𝑐,𝑖) (𝑇ℎ,𝑜−𝑇𝑐,𝑜) ) (4)
Untuk  arah  aliran  berlawanan  arah,  perbedaan temperatur  ΔT 1 dapat  dihitung  dengan  cara ∆𝑇 1 = 𝑇 ℎ,𝑖 −  𝑇 𝑐,𝑜 ,  sedangkan  perbedaan  temperatur  ΔT 2 dapat  dihitung  dengan  cara ∆𝑇 2 = 𝑇 ℎ,𝑜 −  𝑇 𝑐,𝑖 . Perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma  dari persamaan  (3)  dapat  disederhanakan  menjadi persamaan (5).
∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇 ℎ,𝑖 − 𝑇 𝑐,𝑜 )−(𝑇 ℎ,𝑜 − 𝑇 𝑐,𝑖 ) ln( (𝑇ℎ,𝑖− 𝑇𝑐,𝑜) (𝑇ℎ,𝑜− 𝑇𝑐,𝑖) ) (5)
ΔT LMTD digunakan  pada  umumnya  di  dalam  alat penukar  panas  karena  adanya  perbedaan  temperatur fluida pada saat masuk dengan temperatur fluida pada saat keluar. Temperatur fluida panas pada saat masuk mengalami  penurunan  temperatur  pada  saat  fluida keluar karena terjadinya penyerapan panas oleh fluida dingin  dan  begitu  juga  sebaliknya  temperatur  fluida dingin  pada  saat  masuk  mengalami  kenaikan temperatur pada saat fluida keluar.

## 2.4  Perhitungan  Koefisien  Perpindahan  Panas Keseluruhan (U)
Koefisien  perpindahan  panas  keseluruhan  dapat diartikan  sebagai  perpindahan  panas  secara  tidak langsung  yang  terjadi  secara  konveksi  paksa  pada suatu dinding logam antara fluida panas pada satu sisi dan fluida dingin pada sisi lain. Koefisien Perpindahan panas  keseluruhan  dapat  dihitung  menggunakan persamaan (6).
𝑈 = 𝑄 𝐴.  ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 (6)
Notasi Q, A, dan ∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 masing-masing menunjukkan laju  perpindahan  panas  (Watt),  luas  penampang permukaan  perpindahan  panas  (m 2 ),  dan  perbedaan temperatur rata-rata logaritma (K).
2.5  Perhitungan Number  Of  Heat  Transfer  Units
(NTU)
Number of heat transfer units, NTU adalah jumlah satuan perpindahan panas yang merupakan tolak ukur perpindahan  panas  suatu  alat  penukar  panas.  Harga NTU  semakin  besar  maka  penukar  panas  mendekati batas termodinamikanya (Rao dkk., 2005). NTU dapat dihitung menggunakan persamaan (7).
𝑁𝑇𝑈 = 𝑈.  𝐴 𝐶 𝑅 (7)
Notasi NTU, U, A, dan C R masing-masing menunjukkan Number of Heat Transfer Units, koefisien perpindahan panas keseluruhan (W/m 2 .K), area perpindahan panas (m 2 ), laju kapasitas panas terendah (W/K). Laju  kapasitas  panas  terendah  (C R )  dapat  dihitung dengan menggunakan persamaan (8),
𝐶 𝑅 = 𝐶 𝑐 𝐶 ℎ (8)
Untuk  laju  kapasitas  panas  untuk  fluida  panas  (Ch) dan  laju  kapasitas  panas  untuk  fluida  dingin  (Cc) dihitung menggunakan persamaan (9) dan persamaan (10),
𝐶 ℎ = 𝑚̇ ℎ . 𝐶𝑝 ℎ (9) 𝐶 𝑐 = 𝑚̇ 𝑐 . 𝐶𝑝 𝑐 (10)

## 2.6 Efektivitas
2.6 .1 Efektivitas Alat Penukar Panas (Ɛ) Efektivitas  alat  penukar  panas  didefinisikan sebagai  perbandingan  laju  perpindahan  panas  yang sebenarnya  dalam  penukar  panas  terhadap  laju pertukaran  panas  maksimum.  Dapat  dikatakan  juga bahwa  efektivitas  alat  penukar  panas  adalah  nilai kinerja  alat  penukar  panas  yang  didapatkan  dari perhitungan  laju  aliran  panasnya.  Faktor-faktor  yang dapat  mempengaruhi  efektivitas  alat  penukar  panas seperti pressure  drop ,  laju  perpindahan  panas,  faktor pengotor,  dan  sebagainya  (Nandiati  dkk,  2019). Evaluasi  kinerja  alat  penukar  panas  perlu  dihitung untuk  meningkatkan  efektivitas  alat  PFHE  sehingga penggunaannya  sesuai  dengan  kondisi  operasi  yang diharapkan.
Efektivitas  alat  penukar  panas  dihitung  secara metode perbedaan temperatur (Ɛ) dengan menggunakan persamaan (11),
Ɛ = 𝑞 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑞 𝑚𝑎𝑥 (11)
Notasi q real dan q max masing-masing menunjukkan laju perpindahan  panas  pada  sistem  (Watt)  dan  laju perpindahan panas maksimum (Watt).
Efektivitas  a lat  penukar  panas  (Ɛ) dapat  dihitung menggunakan  persamaan  (12)  jika  laju  kapasitas panas  untuk  fluida  dingin  (Cc)  lebih  besar  dari  laju kapasitas  panas  untuk  fluida  panas  (Ch)  dan  begitu sebaliknya  efektivitas  alat  penukar  panas  (Ɛ)  dapat dihitung  menggunakan  persamaan  (13)  jika  laju kapasitas  panas  untuk  fluida  dingin  (Cc)  lebih  kecil dari laju kapasitas panas untuk fluida panas (Ch).
Ɛ = 𝑇 ℎ,𝑖 − 𝑇 ℎ,𝑜 𝑇 ℎ,𝑖 − 𝑇 𝑐,𝑖 (12)
jika 𝐶𝑐 = 𝑚 ̇ 𝑐 . 𝐶𝑝 𝑐 >   𝐶ℎ = 𝑚̇ ℎ . 𝐶𝑝 ℎ Ɛ = 𝑇 𝑐,𝑜 − 𝑇 𝑐,𝑖 𝑇 ℎ,𝑖 − 𝑇 𝑐,𝑖 (13)
jika 𝐶𝑐 = 𝑚 ̇ 𝑐 . 𝐶𝑝 𝑐 <   𝐶ℎ = 𝑚 ̇ ℎ . 𝐶𝑝 ℎ
2.6.2 Efektivitas Alat Penukar Panas NTU (Ɛ -NTU) Cara  lain  untuk  menentukan  efektivitas  alat penukar panas adalah dengan metode NTU. Efektivitas dengan  metode NTU  (Ɛ -NTU)  dapat  dihitung menggunakan  persamaan  (14)  untuk  arah  aliran searah,  sedangkan  persamaan  (15)  digunakan  untuk
menghitung efektivitas alat penukar panas NTU untuk arah aliran berlawanan arah.
Ɛ − 𝑁𝑇𝑈 = ( 1−𝑒 −(𝑁𝑇𝑈 (1+𝐶𝑟)) (1+𝐶𝑟) ) 𝑥 100% (14)
Ɛ − 𝑁𝑇𝑈 = ( 1−𝑒 −(𝑁𝑇𝑈 (1−𝐶𝑟)) (1−𝐶𝑟) 𝑒 −(𝑁𝑇𝑈(1−𝐶𝑟)) ) 𝑥 100% (15)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Semua  data  yang  diperoleh  pada  alat  penukar panas  PFHE  ditampilkan  pada  Tabel  2.  Laju perpindahan panas pada aliran fluida panas (Qh), laju perpindahan panas pada fluida dingin (Qc), perbedaan temperatur  rata- rata  logaritma  (ΔT LMTD ),  laju perpindahan panas terendah (Cr), koefisien perpindahan  panas  keseluruhan  (U), number  of  heat tranfer units (NTU), efektivitas penukar panas metode perbedaan  temperatur (Ɛ)  dan  efektivitas  penukar panas  metode  N TU  (Ɛ -NTU)  pada  arah  aliran  searah dan arah aliran berlawanan arah.

## 3.1 Laju Perpindahan Panas (Q)
Gambar  3  menampilkan  hubungan  antara perbedaan  temperatur  fluida  panas  masuk  terhadap laju  perpindahan  panas  (Qh)  (Gambar  3a)  dan hubungan  perbedaan  temperatur  fluida  panas  masuk
dengan laju perpindahan panas dari fluida dingin (Qc) (Gambar  3b) pada  arah  aliran  searah  dan  arah  aliran berlawanan arah.
Diperoleh  bahwa  laju  perpindahan  panas  pada fluida  panas  masuk  dimana  mempunyai  tendensi meningkat  secara  signifikan  dengan  meningkatnya temperatur  fluida  panas.  Tendensi  ini  juga  terjadi pada arah aliran yang searah maupun arah aliran yang berlawanan  arah.  Nilai  Qc  dan  Qh  pada  arah  aliran searah  lebih  tinggi  daripada  arah  aliran  berlawanan arah.  Dengan  meningkatnya  laju  perpindahan  panas dapat  diartikan  proses  perpindahan  panas dari  fluida panas ke fluida dingin berlangsung dengan baik.
Persamaan  (1)  dan  persamaan  (2)  menampilkan bahwa  laju  perpindahan  panas  dipengaruhi  oleh  laju alir  masa  fluida  dan  perbedaan  temperatur  yang keluar.  Laju  alir  masa  fluida  dingin  lebih  tinggi daripada  laju  alir  fluida  panas.  Tingginya  laju  alir massa  fluida  dingin  dapat  meningkatkan  laju perpindahan panas.  Laju perpindahan panas (Q) yang semakin  besar  mengakibatkan  resistasi  termal semakin  kecil  sehingga  perpindahan  panas  secara konveksi antara sisi plat dan fluida terjadi lebih cepat (Arsenyeva dkk, 2011; PicÓn-Núñez dkk, 2010).
(a) (b)
Gambar 3. Hubungan perbedaan temperatur fluida panas terhadap laju perpindahan panas pada fluida panas, Qh ( a ) dan laju perpindahan panas pada fluida dingin, Qc ( b ) pada arah aliran searah (garis merah) dan arah aliran berlawanan arah (garis biru)
Tabel 2 . Data alat penukar panas PFHE Searah T Set ST 1 (°C) ST 2 (°C) ST 3 (°C) ST 4 (°C) ST 16 (°C) SC-1 (l/min) SC-2 (l/min) Qh (W) Qc(W) ΔTlm (K) Cr U (W/K.m 2 ) NTU eff(%) effNTU 39 37.7 34.0 31.1 32.4 39.9 1.301 2.921 466.84 389.59 3.06 1.78 615.11 0.90 19.19 24.13 42 39.4 34.8 30.0 32.5 36.0 1.182 2.051 598.82 536.73 4.03 1.83 483.61 0.92 26.58 27.95 46 42.7 36.5 31.0 33.7 45.6 1.147 2.202 725.39 736.17 5.26 2.03 381.60 0.92 23.34 26.90 49 44.5 37.3 31.3 34.3 48.6 1.072 2.114 912.37 818.89 6.27 2.11 313.88 0.93 22.50 26.62 52 47.8 37.6 29.1 33.4 51.7 1.055 2.273 1015.38 873.89 6.66 1.89 305.02 0.99 22.94 24.98 Berlawanan arah T Set ST 1 (°C) ST 2 (°C) ST 3 (°C) ST 4 (°C) ST 16 (°C) SC-1 (l/min) SC-2 (l/min) Qh(W) Qc(W) ΔTlm (K) Cr U (W/K.m 2 ) NTU eff(%) effNTU 39 36.4 31.0 31.7 29.1 39.8 1.259 2.245 331.02 252.24 3.50 2.24 218.78 0.47 35.57 32.46 42 39.4 32.3 33.3 29.8 42.9 1.224 2.244 376.59 353.82 5.05 1.74 172.50 0.53 36.32 31.97 46 39.9 30.6 32.0 27.3 42.8 1.135 2.300 493.99 415.01 6.19 1.92 184.77 0.53 37.33 38.70 49 45.0 32.4 34.4 29.0 48.7 1.046 2.207 528.64 430.63 6.90 1.97 177.29 0.53 36.26 38.80 52 46.2 33.1 35.3 29.4 51.5 1.130 2.131 741.80 668.84 9.66 2.15 177.72 0.49 36.50 33.77
3.2  Perbedaan  Temperatur  Rata-rata  Logaritma (LMTD)
Hubungan  perbedaan  temperatur  fluida  panas terhadap  perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma ( ΔT LMTD )  pada  arah  aliran  searah  dan  arah  aliran berlawanan  arah  ditampilkan  pada  Gambar  4.  Dari Gambar  4  ini  menunjukan  bahwa  terjadi  kenaikan temperatur  fluida  masuk  dan  temperatur  fluida keluar.  Nilai  LMTD  yang  diperoleh  juga  meningkat secara  signifikan  pada  arah  aliran  searah  maupun pada arah aliran berlawanan arah.
Gambar 4. Hubungan perbedaan temperatur fluida panas masuk terhadap perbedaan temperatur rata- rata logaritma (LMTD) pada arah aliran searah (garis merah) dan arah aliran berlawanan arah (garis biru)
Nilai LMTD yang diperoleh sekitar 3 hingga 10 ° C. Nilai  LMTD ini  mengartikan  bahwa  temperatur  fluida panas  masuk  dengan  temperatur  fluida  panas  keluar mengalami  perubahan  yang  cukup  besar.  Nilai  LMTD lebih  besar  terjadi  pada  arah  aliran  berlawanan  arah jika  dibandingkan  dengan  nilai  LMTD  pada  sistem aliran  yang  searah.  Hal  ini  menunjukan  bahwa  pada arah  aliran  berlawanan  arah  dimana  proses perpindahan/  penyerapan  panas  oleh  fluida  dingin terjadi secara baik daripada arah aliran searah.

## 3.3 Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (U)
Gambar  5  menampilkan  hubungan  perbedaan temperatur  fluida  panas  masuk  terhadap  koefisien perpindahan  panas  keseluruhan  (U)  pada  arah  aliran searah  dan  pada  arah  aliran  yang  berlawanan  arah. Dari  Gambar  5  terlihat  bahwa  meningkatnya temperatur  fluida  panas  masuk  mengakibatkan koefisien  perpindahan  panas  keseluruhan  (U) menurun  pada  arah  aliran  yang  searah.  Penurunan secara  signifikan  terjadi  pada  arah  aliran  yang berlawanan  arah  dimana  nilai  U  mengalami penurunan  sangat  tajam  ketika  kenaikan  temperatur fluida panas masuk.
Gambar 5 . Hubungan perbedaan temperatur fluida panas terhadap koefisien perpindahan panas keseluruhan pada arah aliran searah (garis merah) dan arah aliran berlawanan arah (garis biru)
Pada  arah  aliran  searah,  pada  temperatur  fluida panas  masuk  terkecil  adalah  39 ° C  diperoleh  nilai  U sebesar  219  W/m 2 .K  dan  pada  temperatur  fluida panas masuk paling tinggi adalah 52 ° C diperoleh nilai U  sebesar  179  W/m 2 .K.  Sedangkan  pada  arah  aliran berlawanan arah, pada temperatur fluida panas masuk adalah  39 ° C  diperoleh  nilai  U  sebesar  615  W/m 2 .  K dan pada temperatur fluida panas masuk paling tinggi adalah  52 ° C  diperoleh  nilai  U  sebesar  305  W/m 2 .K. Turunnya  nilai  U  dengan  meningkatnya  temperatur fluida  panas  masuk  disebabkan  karena  perpindahan panas  secara  tidak  langsung  yang  terjadi  secara konveksi  paksa  pada  suatu  dinding  plat  antara  fluida panas  pada  satu  sisi  dan  fluida  dingin  pada  sisi  yang lain  berlangsung  dengan  baik  (Syaichurrozi  dkk., 2014).
3.4 Number of Heat Transfer Units (NTU) Hubungan  perbedaan  temperatur  fluida  panas masuk  terhadap  NTU  pada  arah  aliran  searah  dan pada  arah  aliran  berlawanan  arah  ditampilkan  pada Gambar  6.  Nilai  NTU  pada  arah  aliran  searah  lebih tinggi  dari  pada  arah  aliran  berlawanan  arah.  Nilai NTU  terendah  pada  arah  aliran  berlawanan  arah sebesar  0,47  pada  temperatur  fluida  panas  masuk 39 o C  dan  nilai  NTU  tertinggi  diperoleh  sebesar  0,53 pada  temperatur  fluida  panas  masuk  49 o C.  Pada  arah aliran  searah,  nilai  NTU  terendah  sebesar  0,90  pada temperatur  fluida  panas  masuk  39 o C  dan  tertinggi diperoleh  sebesar  0,99  pada  temperatur  fluida  panas masuk  52 o C.  Temperatur  fluida  panas  masuk meningkat  maka  nilai  NTU  juga  bertambah  namun perubahannya  tidak  terlalu  signifikan.  Peningkatan nilai  NTU  ini  mengindentifikasikan  bahwa  proses perpindahan panas pada alat penukar panas tipe PFHE dapat berlangsung dengan baik (Atikayanti dkk, 2011; Summeta fkk, 2011).
Gambar 6 . Hubungan perbedaan temperatur fluida panas terhadap NTU pada arah aliran searah (garis merah) dan arah aliran berlawanan arah (garis biru)

## 3.5 Efektivitas
3.5.1 Efektivitas alat penukar panas (Ɛ) Pengaruh  kenaikan  temperatur  fluida  panas masuk  terhadap  efektivitas  alat  penukar  panas  tipe PFHE  secara  metode  perbedaan  temperatur  dan  NTU ditampilkan  pada  Gambar  7.  Didapatkan  bahwa meningkatnya  nilai  temperatur  fluida  panas  masuk maka  nilai  efektivitas  alat  penukar  panas  juga meningkat pada arah aliran searah maupun pada arah aliran  berlawanan  arah.  Nilai  efektivitas  alat  penukar panas  sekitar  19-27%  pada  arah  aliran  searah sedangkan nilai efektivitas alat penukar panas sekitar 36-38%  pada  arah  aliran  berlawanan  arah.  Namun perubahan  nilai  efektivitas  ini  tidak  terlalu  signifikan pada arah aliran berlawanan arah.
Gambar 7 . Hubungan perbedaan temperatur fluida panas terhadap efektivitas (Ɛ) (ditulis garis tidak putus) dan efektivitas NTU ( ɛ -NTU) (ditulis garis putus-putus) pada arah aliran searah (garis merah) dan arah aliran berlawanan arah (garis biru)
Efektivitas  alat  penukar  panas  PFHE  secara metoda  perbedaan  temperatur  dipengaruhi  oleh  laju kapasitas  panas  pada  Ch  dan  Cc.  Nilai  Cc  pada penelitian ini lebih besar daripada nilai Ch karena laju massa fluida dingin lebih besar dari laju massa fluida panas  pada  aliran  fluida  searah  dan  aliran  fluida berlawanan  arah.  Efektivitas  alat  penukar  panas mencapai  nilai  maksimum  ketika  nilai  U  dan  NTU
mencapai  nilai  maksmimum.  Hal  itu  karena  pada  sisi keluaran alat penukar panas terjadi proses pertukaran panas maksimal antara fluida panas dan fluida dingin (Sammeta  dkk.,  2011;  Shokouhmand  &  Hasanpour, 2020).
3.5.2 Efektivitas alat penukar panas NTU (Ɛ -NTU) Gambar  7  ini  juga  menampilkan  hubungan perbedaan  temperatur  fluida  panas  masuk  terhadap efektivitas alat penukar panas dengan metoda NTU (Ɛ - NTU)  pada  arah  aliran  searah  dan  pada  arah  aliran berlawanan  arah.  Nilai  Ɛ -NTU  terendah  sekitar 31,97% pada temperatur fluida panas masuk 42 o C dan 38.80%  pada  temperatur  fluida  panas  masuk  49 o C untuk  arah  aliran  berlawana n  arah.  Nilai  Ɛ -NTU terendah  sekitar  24.13%  pada  temperatur  fluida panas masuk 39 o C dan 38.80% pada temperatur fluida panas masuk 49 o C pada arah aliran searah. Kenaikan nilai Ɛ -NTU signifikan terjadi pada arah aliran  berlawanan  arah  jika  temperatur  fluida  panas masuk  dinaikan  sedangkan  nilai  Ɛ -NTU  tidak mengalami  perubahan  signifikan  pada  arah  aliran searah jika temperatur fluida panas masuk dinaikkan. Ini menunjukan bahwa efektivitas alat penukar panas lebih  baik  terjadi  pada  arah  aliran  berlawanan  arah daripada  arah  aliran  searah.  Nilai  Dari  persamaan  14 dan persamaan 15 mempelihatkan bahwa nilai Ɛ -NTU dipengaruhi  oleh  NTU  dan  laju  kapasitas  panas terendah  (Cr).  Nilai  efektifitas  panas  metoda  NTU meningkat  dengan  meningkatnya  nilai  NTU  (Masitah dkk., 2014; Nandiati dkk., 2019; Nguyen dkk, 2021).

## 4. KESIMPULAN
Pengaruh  kenaikan  temperatur  fluida  panas masuk  membuat  nilai Q,  ΔT LMTD ,  NTU,  dan  efektivitas alat  penukar  panas  meningkat  dan  sebaliknya  nilai  U menurun  dengan  perubahan  temperatur  fluida  panas masuk.  Nilai  Q,  U  dan  NTU  untuk  arah  aliran  searah lebih  besar  daripada  untuk  arah  aliran  berlawanan arah.  Sedangkan  nilai  ΔT LMTD dan  efektivitas  alat penukar  panas  untuk  arah  aliran  searah  lebih  besar daripada untuk arah aliran berlawanan arah. Kenaikan nilai ɛ -NTU pada arah aliran searah maupun pada arah aliran  berlawanan  arah.  Nilai ɛ -NTU  pada  arah  aliran berlawanan  arah  adalah  31,97-38,80%  dan  nilai ɛ - NTU  pada  arah  aliran  searah  adalah  24,13-27,95%. Nilai ɛ -NTU  pada  arah  aliran  berlawanan  arah  lebih besar  dari  pada  arah  aliran  aliran  searah.  Ini menunjukkan  bahwa  arah  aliran  berlawanan  arah lebih  efektif  melakukan  proses  perpindahan  panas dari pada arah fluida aliran searah.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  LPPM Institut  Teknologi  Sumatera  atas  bantuan  hibah penelitian dengan kontrak No: 134g/IT9.C1/PP/2018.

## 6. NOTASI
Q h Qc : Laju perpindahan panas pada fluida panas (Watt) : Laju perpindahan panas pada fluida dingin (Watt)
𝑚̇ ℎ 𝑚̇ 𝑐 𝐶𝑝 ℎ
𝐶𝑝 𝑐 𝑇 ℎ,𝑖 𝑇 ℎ,𝑜 𝑇 𝑐,𝑜 𝑇 𝑐,𝑖
∆𝑇 𝐿𝑀𝑇𝐷 ΔT 1 ΔT 2 A U NTU C R Ch Cc Ɛ q real q max Ɛ -NTU
: laju alir massa dari fluida panas (kg/min : laju alir massa dari fluida dingin (kg/min :  kapasitas  panas  dari  fluida  panas (kal/kg. o K)
:  kapasitas  panas  dari  fluida  panas (kal/kg. o K) : temperatur fluida panas masuk ( o K) : temperatur fluida panas keluar ( o K) : temperatur fluida dingin keluar ( o K) : temperatur fluida dingin masuk ( o K)
:  perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma (K)
:  perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma (K)
:  perbedaan  temperatur  rata-rata  logaritma (K)
:  luas  penampang  permukaan  perpindahan panas (m 2 )
:  Koefisien  Perpindahan  panas  keseluruhan W/m 2
: Number of heat transfer units
: laju kapasitas panas terendah (-)
:  laju  kapasitas  panas  untuk  fluida  panas (W/K)
:  laju  kapasitas  panas  untuk  fluida  dingin (W/K)
: Efektivitas penukas panas (%)
:  Laju  perpindahan  panas  pada  sistem (Watt)
: Laju perpindahan panas maksimum (Watt)
: Efektivitas penukar panas NTU (%)
7. DAFTAR PUSTAKA
Atikayanti,  Muthia  Sari.,  Nur,  Sagita  Firza.,  Santoso,
Budi.,  Ekayuliana,  Arifia,  (2012).  Analisis Perbandingan  Heat  Exchanger  Tipe  Plate-Frame dan  Shell  and  Tube  Pada  Intercooler.  Seminar Nasional Teknik Mesin. 335-345.
Arsenyeva,  Olga  P.,  Tovazhnyansky,  Leonid  L., Kapustenko,  Petro  O.,  Khavin,Gennadiy  L.  (2011). Optimal Design of Plate-and-Frame  Heat Exchangers  for  Efficient  Heat  Recovery  in  Process Industries. Energy (36), 4588-4598. doi:10.1016/j.energy.2011.03.022.
Lin,  Yu-Jeng.  Rochelle,  Gary  T.  (2017).  Heat  Transfer Enhancement  and  Optimazation  of  Lean/Rich Solvent  Cross  Exchanger  for  Amine  Srcubbing. Energy  Procedia,  (114).  1890-1903.  DOI:
10.1016/j.egypro.2017.03.1320 Masitah,  A.R.S.,  Ahmad,  Mardiana  I.,  Yatim,  Y.M. (2015). Heat Transfer and Effectiveness Analysis of a  Cross-Flow  Heat  Exchanger  for  Potential  Energy Recovery  Applications  in  Hot-Humid  Climate. Energy Research Journal 2015, 6 (1), 7-14. DOI: 10.3844/erjsp.2015.7.14. Nandiati,  Sucika.,  Kirom,  M.  Ramdlan.,  Ajiwiguna,  Tri Ayodha.,  (2019).  Evaluasi  Kinerja  Pada  Berbagai Variasi  Susunan  Heat  Exchanger  Menggunakan Metode  LMTD  dan  NTU.  e-Proceeding  of Engineering: 6, No.2 Agustus 2019, 5058-5065.
Nguyen,Dong  Ho.,  Kim,Koung  Moon.,  Vo,Thi  To Nguyen.,  Shim,Gyu  Hyeon.,  Kim,  Ji  Hoon.,  Ahn,  Ho
Seon.  (2021).  Improvement  of  Thermal-Hydraulic Performance  of  Plate  Heat  Exchanger  by Electroless  Nickel,  Copper  and  Silver  Plating.  Case Studies  in  Thermal  Engineering.  23,  100797. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100797 PicÓn-Núñez, Martín., Polley, Graham Thomas., Jantes- Jaramillo,  Dionicio,  (2010).  Alternative  Design Approach  for  Plate  and  Frame  Heat  Exchangers Using Parameter Plots. Heat Transfer Engineering, 31(9), 742-749.
DOI: 10.1080/01457630903500874. Polley,  Graham  T.  &  Abu-Khader,  Mazen  M.,  (2005). Compensating  for  End  Effects  in  Plate-and-Frame Heat  Exchangers.  Heat  Transfer  Engineering,  26 (10), 3-7. DOI: 10.1080/01457630500248471.
Rao,  B.  Prabhakara.,  Kumar,  P.  Krishna.,  Das,  Sarit  K. (2002). Effect of Flow Distribution to The Channels on  The  Thermal  Performance  of  a  Plate  Heat Exchanger.  Chemical  Engineering  and  Processing. 41, 49 – 58. Rao,  B.  Prabhakara.,  Sunden,  Bengt.,  Das,  Sarit  K., (2005).  An  Experimental  and  Theoretical Investigation  of the  Effect  of Flow  Maldistribution on  the  Thermal  Performance  of  Plate  Heat Exchangers.  Journal  of  Heat  Transfer,  127.  332- 343.  DOI: 10.1115/1.1860568.
Sammeta,  Harika.,  Ponnusamy,  Kalaichelvi.,  Majid, M.A.,  Dheenathayalan,  K.,  (2011).  Effectiveness Charts  For  Counter  Flow  Corrugated  Plate  Heat Exchanger.  Simulation  Modelling  Practice  and Theory, 19, 777 – 784. doi:10.1016/j.simpat.2010.10.012. Shokouhmand,  Hossein.  &  Hasanpour,  Majid.  (2020). Effect  of  Number  of  Plates  on  The  Thermal Performance  of  A  Plate  Heat  Exchanger  with Considering  Flow  Maldistribution.  Journal  of Energy Storage, 32, 101907. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101907 Syaichurrozi,  Iqbal.,  Karina,  Afdwiyarny  Metta., Imanuddin,  Ahmad.  (2014).  Kajian  Performa  Alat Penukar  Panas  Plate  and  Frame:  Pengaruh  Laju Alir  Massa,  Temperatur  Umpan  dan  Arah  Aliran Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Eksergi, (2) 11-18.