Abstrak—Waste Heat Recovery  merupakan instalasi yang digunakan untuk memanfaatkan kembali waste energy seperti exhaust  gas.  Penelitian  dilakukan  pada  compact  heat exchanger  tipe  louvered  fin  flat  tube  sebagai  salah  satu komponen  penyusun  waste  heat  recovery  system.  Eksperimen dilakukan  dengan  mendesain  compact  heat  exchanger  tipe louvered  fin  flat  tube  kemudian  dilakukan  pengujian  pada compact  heat  exchanger  yang  telah  didesain.  Pengujian dilakukan dengan memberikan tiga variasi kecepatan putaran fan  sisi  exhaust  gas,  yaitu  0.2,  0.3,  dan  0.4  m/s  untuk mengetahui  unjuk  kerja  yang  berbeda  dari  compact  heat exchanger  yang  telah  didesain.    Hasil  yang  didapatkan  dari studi  eksperimen  ini  adalah  dimensi  dari  compact  heat exchanger tipe louvered fin flat tube dan beberapa parameter yang  menunjukkan  unjuk  kerja  dari  compact  heat  exchanger seperti nilai heat transfer baik dari sisi air maupun sisi exhaust gas, effectiveness, number of transfer unit (NTU), overall  heat transfer coefficient, dan  ΔT LMTD dari compact heat exchanger.
Kata  kunci —Compact  Heat  Exchanger,  Louvered-Fin, Waste Heat Recovery System

## I. PENDAHULUAN
ndonesia  merupakan  salah  satu  negara  berkembang  yang memiliki potensi untuk  menghasilkan waste  energy yang begitu  besar.  Salah  satu  bentuk  dari waste  energy yg dihasilkan di Indonesia adalah exhaust gas yang dihasilkan oleh  pembangkit  listrik  tenaga  diesel  (PLTD), exhaust  gas yang  dihasilkan  oleh  PLTD  ini  mempunyai  kisaran temperatur  yang  cukup  tinggi  yaitu  300 o C  hingga  500 o C. Dengan  adanya  potensi waste  energy yang  begitu  besar tersebut  maka  dikembangkanlah  suatu  sistem waste  heat recovery untuk memanfaatkan exhaust gas yang dihasilkan, waste heat recovery  system dirancang untuk memanfaatkan exhaust gas sebagai sumber energi utama untuk pembangkit listrik skala kecil.
Salah  satu  komponen  utama  dari waste  heat  recovery system adalah heat  exchanger .  Fungsi  utama  dari heat exchanger adalah  menyerap  energi  panas  yang  dihasilkan oleh exhaust  gas .  Tipe heat  exchanger yang  umumnya digunakan di dunia adalah tipe shell and cube dan compact heat exchanger .
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  mendesain  sebuah heat Exchanger sebagai  salah  satu  komponen  utama  dari waste heat  recovery  system .  Artikel  George  Thomas  Hall  dan James Edwin Marthinuss Jr yang berjudul Air Cooled Heat Exchanger  Design meneliti  tentang  pengaruh  beberapa parameter  yang  menjadi  pertimbangan  untuk  design  HE meliputi perpindahan panas, pressure drop, ukuran dan berat [1]. Tipe heat exchanger yang dipilih adalah compact heat
Tabel 1. Data-data awal yang digunakan sebagai dasar perancangan compact heat
exchanger tipe louvered fin flat tube No Data Nilai 1 Temperatur inlet Gas (T h,i ) 280 o C 2 Temperatur outlet Air (T c,o ) 120.2 o C 3 Temperatur inlet Air (T c,i ) 27 o C 4 Mass Flowrate Gas (ṁ gas ) 0.48376 Kg/s 5 Mass Flowrate Air (ṁ air ) 0.01023 Kg/s
exchanger yang  umumnya  digunakan  untuk  luasan perpindahan  panas  per  unit  volume  yang  besar  dan  salah satu  fluida  kerjanya  berbentuk  gas.  Selanjutnya heat exchanger yang  telah  di  desain  akan  diuji  performanya dengan  memberikan  variasi flowrate  exhaust  gas .  Dari penelitian ini didapatkan data-data sebagai dasar mengetahui kondisi operasi optimum untuk compact heat exchanger tipe louvered fin flat tube yang merupakan salah satu komponen utama dari waste heat recovery system .

## II. METODE PENELITIAN

## A.  Perancangan Compact Heat Exchanger tipe Louvered Fin Flat Tube
Perancangan compact  heat  exchanger tipe louvered  fin flat  tube menggunakan  data-data  yang  disesuaikan  dengan kemampuan  komponen  penyusun  instalasi  pengujian performa  untuk  skala  laboratorium  sehingga  didapatkan data-data  yang  menunjukkan  kondisi  operasi  optimum  dari compact  heat  exchanger yang  dirancang.  Data-data  awal yang  digunakan  sebagai  dasar  perancangan compact  heat exchanger tipe louvered fin flat tube disajikan dalam Tabel 1.
Data-data  di  atas  diperoleh  dengan  keterangan  sebagai berikut:
1. Temperatur  inlet  gas  dirancang  sebesar  280 o C karena pengujian dilakukan dalam skala laboratorium  dan  disesuaikan  dengan  material thermocouple  yang  digunakan  untuk  mengukur temperatur exhaust gas .
2. Temperatur  outlet  air  dirancang  120.2 o C  karena temperatur  jenuh  air  pada  tekanan  2  bar  adalah 120.2 o C dan diharapkan fase fluida keluar dari heat exchanger dalam fase campuran.
3. Temperatur  inlet air dirancang  pada  temperatur kamar kurang lebih 27 o C.

## Studi Eksperimen Analisa Performa Compact Heat Exchanger Louvered Fin Flat Tube untuk Pemanfaatan Waste Energy
Taqwim Ismail, 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
I
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)                                                  B-137
Tabel 2. Hasil perancangan didapatkan compact heat exchanger tipe louvered fin flat tube dengan dimensi Flat Tube Tebal tube 3.048 mm Lebar tube 22.098 mm Panjang tube 300 mm Jumlah tube 34 Bentuk susunan tube Aligned Jarak tube transversal ( ST) 8.0264 mm Jarak tube arah longitudinal ( SL ) 6.35 mm Fin Jumlah fin 4000 Tebal fin 0.1016 mm Lebar fin 8.0264 mm Core Compact Heat Exchanger Tinggi Compact Heat Exchanger 300 mm Panjang Compact Heat Exchanger 400 mm Lebar Compact Heat Exchanger 12 mm 1. Mass  flowrate  exhaust  gas dirancang  pada kapasitas maksimal fan hisap yang digunakan yaitu 2280 m 3 /jam dengan menggunakan persamaan :
Dengan :  ρ gas : density gas pada T mean gas Q fan : Kapasitas maksimal fan
2. Mass  flowrate  air dirancang  sesuai  dengan spesifikasi  debit  pompa  yang  digunakan  yaitu  10 gallon/jam dengan persamaan :
Dengan :  ρ gas : density gas pada T mean air Q pompa : debit pompa Dari  data  awal  di  atas  kemudian  dilakukan  proses perancangan compact heat exchanger dengan menggunakan metode  ΔT LMTD (log  mean  temperature  difference) yang kemudian  dilanjutkan  dengan  mencari  nilai overall  heat transfer desain  dari  compact  heat  exchanger  (UA desain ). Selanjutnya  dilakukan  proses  perhitungan  untuk  mencari nilai Reynolds  number (Re), Nulsett  number (Nu), Stanton number (St),  koevisien  konveksi  (h)  dari  sisi  air  maupun exhaust  gas  serta  efisiensi  dari  louvered  fin  dengan persamaan sebagai berikut [2]:

## Efisiensi Louvered Fin
........................................... (1)
A f = A HE x β .......................................................... (2)
A HE = ........................................................ (3)
Hasil akhir yang didapatkan dari proses perhitungan adalah overall heat heat transfe r (UA perhitungan ).
Selanjutnya  untuk  memastikan  bahwa dimensi  compact heat exchanger tipe louvered fin flat tube yang didapat dari proses  perhitungan  sudah  mendekati  dengan  desain  maka dipilih nilai toleransi maksimal sebesar 10% antara UA desain dan UA perhitungan . Dari dalam Tabel 2.

## B.  Metode Pengujian Compact Heat Exchanger tipe
Louvered Fin Flat Tube
Gambar  1.  Skema  Instalasi  Percobaan  Compact  Heat  Exchanger Keterangan gambar:
Berikut berupa skema pengujian yang digunakan secara keseluruhan ditunjukkan pada gambar 1.
Cara  kerja  alat  pada  gambar  1  bermula  dari  air  yang terdapat di dalam water receiver disedot oleh gear pump dan dialirkan  masuk  menuju  ke compact  heat  exchanger .  Gate valve  digunakan  untuk  mengatur flow air  yang  masuk compact heat exchanger dan nilai flownya bisa dilihat pada flowmeter yang  ditempatkan  sebelum  masukan compact heat exchanger . Pada sisi exhaust gas sebagai sumber panas akan  divariasikan  tiga  putaran  fan  hisap  untuk  mengetahui performa terbaik dari compact heat exchanger .
Penelitian kali ini dikhususkan pada pengujian performa compact  heat  exchanger tipe louvered  fin  flat  tube sebagai salah  satu  komponen  utama waste  heat  recovery  system . Titik  –  titik  pengukuran  pada  pengujian  performa compact heat exchanger tipe louvered fin flat tube seperti dijelaskan pada gambar 1 adalah Selama  proses  pengujian compact  heat  exchanger tipe louvered fin flat tube tersebut terdapat  parameter-parameter yang  diukur  yaitu,  debit  air  (Q)  menggunakan flowmeter, Temperatur  air  masuk compact  heat  exchanger (T c.i ), Temperatur  air  keluar compact  heat  exchanger (T c.o ), Temperatur exhaust  gas masuk compact  heat  exchanger (T h.i ), Temperatur air keluar compact heat exchanger (T h.o ), Tekanan  air  masuk compact  heat  exchanger (P c.i ), menggunakan Preassure gage, Kecepatan exhaust gas angin (v gas ) menggunakan Anemometer digital.

## B. Perhitungan Compact Heat Exchanger
Berikut  berupa  rumus  yang  dipergunakan  dalam perhitungan performa compact heat exchanger [3] :
...................... (4) .......................... (5) .............................. (6) Effectiveness compact heat exchanger .................................................... (7)
Gambar 2. Grafik q aktual fungsi Reynolds Number Sisi Gas
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian eksperimen compact heat exchanger tipe louvered  fin  flat  tube dengan  variasi flowrate  exhaust  gas didapatkan  beberapa  analisa  performansi compact  heat exchanger yang  ditunjukkan  oleh  grafik  dari  tiap  variasi flowrate .
Pada  gambar  2  di  bawah,  terlihat  bahwa  nilai  q  aktual sisi air memiliki nilai yg relatif konstan terhadap perubahan Reynolds  Number gas,    sedangkan  untuk  nilai  q  aktual  sisi gas  mengalami  kenaikan  yang  relatif  rendah  seiring bertambahnya nilai Reynolds Number sisi gas.
Dari  hasil  grafik  di  atas  nilai  q  aktual  sisi  air  memiliki nilai  yang  relatif  konstan  karena  mass  flowrate  air  tidak divariasikan  dan  outlet  sisi  air  sudah  dalam  fase  campuran sehingga  temperatur  keluaran  sisi  air  relatif  konstan. Sedangkan  untuk  nilai  q  aktual  sisi  gas  yang  kecepatan gasnya  divariasikan,  memiliki  nilai  q  aktual  yang  terus meningkat  seiring  bertambahnya  nilai Reynolds  Number dikarenakan  semakin  bertambahnya  nilai  kecepatan  maka nilai  mass  flowrate  sisi  gas  akan  semakin  tinggi  dan  untuk nilai ΔT gas yang relatif tetap maka nilai q aktual gasnya akan semakin tinggi.
Pada  gambar  2,  terlihat  bahwa  nilai  q  aktual  sisi  air memiliki  nilai  yg  relatif  konstan  terhadap  perubahan Reynolds Number  gas,   sedangkan  untuk nilai q aktual sisi gas  mengalami  kenaikan  yang  relatif  rendah  seiring bertambahnya nilai Reynolds Number sisi gas.
Dari  hasil  grafik  di  atas  nilai  q  aktual  sisi  air  memiliki nilai  yang  relatif  konstan  karena  mass  flowrate  air  tidak divariasikan  dan  outlet  sisi  air  sudah  dalam  fase  campuran sehingga  temperatur  keluaran  sisi  air  relatif  konstan. Sedangkan  untuk  nilai  q  aktual  sisi  gas  yang  kecepatan gasnya  divariasikan,  memiliki  nilai  q  aktual  yang  terus meningkat  seiring  bertambahnya  nilai Reynolds  Number dikarenakan  semakin  bertambahnya  nilai  kecepatan  maka nilai  mass  flowrate  sisi  gas  akan  semakin  tinggi  dan  untuk nilai ΔT gas yang relatif tetap maka nilai q aktual gasnya akan semakin tinggi.
Pada gambar 3, dilihat bahwa nilai effectiveness memiliki nilai yg menurun terhadap perubahan Reynolds Number sisi gas.
Dari  hasil  grafik  di  atas  nilai effectiveness mengalami penurunan seiring bertambahnya nilai Reynolds Number sisi gas, hal ini dikarenakan effectiveness merupakan ratio antara q  aktual  sisi  gas  dan  q  maksimal  dari  Compact  Heat Exchanger. Pada grafik di atas nilai heat transfer maksimal (q max ) dari Compact Heat Exchanger mengalami kenaikan
Gambar 3. Grafik Effectiveness Fungsi Reynolds Number Sisi Gas
Gambar 4. Grafik NTU Fungsi Reynolds Number Sisi Gas
yang cukup signifikan terhadap nilai Reynolds Number yang semakin  tinggi  sedangkan  nilai  heat  tranfer  aktual  sisi gasnya  (q aktual )  mengalami  kenaikan  yang  relatif  rendah terhadap  perubahan Reynolds  Number gas.Pada  gambar  4, terlihat  bahwa  semakin  tinggi  nilai Reynolds  Number sisi gas maka nilai NTU semakin menurun.
Dari hasil grafik di atas nilai NTU mengalami penurunan seiring bertambahnya nilai Reynolds Number sisi gas, hal ini dikarenakan  semakin  tingginya  nilai Reynolds  Number sisi gas  maka  nilai  heat  capacity  rate  sisi  gas  (C h =  C min )  akan semakin besar. Sehingga sesuai persamaan pendekatan yang ada  pada  buku  incropera  untuk  overall  heat  transfer  dan luasa  total  perpindahan  panas  yang  relatif  tetap  maka  nilai NTUnya akan semakin menurun.
Gambar  5  dibawah  menunjukkan  bahwa effectiveness desain  memiliki  nilai  tertinggi  yaitu  0.571,  nilai effectivenessnya pada  saat  percobaan  lebih  kecil  dari  nilai effectiveness desain  karena  pada  desain  diberlakukan beberapa  asumsi  untuk  memudahkan  proses  perencanaan, seperti thermal resistance pada perpindahan panas konduksi sangat kecil sehingga bisa diabaikan.
Dari  grafik  di  bawah  dapat  diketahui  bahwa  nilai effectiveness maksimal pada proses pengujian compact heat exchanger adalah pada saat putaran fan low yaitu 0.549. Gambar  6  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi  nilai Reynolds  Number sisi  gas  maka  nilai overall  heat  transfer coefficient semakin  tinggi.  Akan  tetapi  kenaikan  nilai overall heat transfer coefficientnya tidak terlalu signifikan.
Gambar 5. Grafik Effectiveness Fungsi NTU
Gambar  6.  Grafik Overall  Heat  Transfer  Coefficient Fungsi Reynolds Number sisi Gas
Gambar 7. Grafik ΔT LMTD Fungsi Reynolds Number Sisi Gas
Dari  hasil  grafik  di  atas  nilai  overall  heat  transfer coefficient  mengalami  kenaikan  seiring  bertambahnya  nilai Reynolds  Number  sisi  gas,  hal  ini  dikarenakan  semakin tingginya  nilai  Reynolds  Number  sisi  gas  maka  nilai koefisien konveksi sisi gas akan semakin besar. Sedangkan koefisien  konveksi  berbanding  terbalik  dengan  thermal resistance, jadi untuk koefisien konveksinya menurun maka thermal  resistancenya  semakin  rendah.  Sehingga  untuk thermal  resistance  yang  makin  rendah  nilai  overall  heat transfer coefficientnya akan semakin tinggi.
Gambar  7  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi  nilai Reynolds  Number  sisi  gas  maka  ΔT LMTD semakin  tinggi. Akan tetapi kenaikan nilai ΔT LMTD tidak terlalu signifikan. Dari hasil grafik di atas nilai ΔT LMTD mengalami kenaikan seiring  bertambahnya  nilai  Reynolds  Number  sisi  gas,  hal ini  dikarenakan  semakin  tingginya  nilai  Reynolds  Number sisi gas maka temperatur gas setelah melewati compact heat exchanger akan semakin tinggi. Sehingga sesuai persamaan ΔT LMTD untuk  aliran  fluida  cross  flow  jika  temperatur  gas setelah  melewati  compact  heat  exchanger  semakin  tinggi
maka nilai ΔT LMTD akan semakin tinggi.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  eksperimen  yang  telah  dilakukan  dalam menguji performa compact heat exchanger tipe louvered fin flat  tube sebagai  komponen  utama heat  recovery  system dapat disimpulkan:
1. Heat  transfer  aktual  pada compact  heat  exchanger yang telah diuji  memiliki nilai  yang konstan pada  sisi air  yaitu  3.095  kW  dan  pada  sisi  gas  memiliki  range 2.836-3.786 kW pada range Reynolds number 2035.55- 3814.84  dengan  nilai  heat  transfer  maksimum  3.786
kW pada Reynold number 3814.84.
2. Nilai effectiveness dari compact  heat  exchanger yang telah  diuji  memiliki  range  0.381-0.549  pada  range Reynolds  number 2035.55-3814.84  dengan  nilai effectiveness maksimum  0.549  pada Reynold  number 2035.55.
3. Nilai  NTU  dari compact  heat  exchanger yang  telah diuji  memiliki  range  0.6127-1.004  pada  range Reynolds  number 2035.55-3814.84  dengan  nilai  NTU maksimum 1.004 pada Reynold number 2035.55. 4. Nilai overall heat transfer coefficient (U) dari compact heat  exchanger yang  telah  diuji  memiliki  range  8.72- 10.30  W/m 2 .K  pada  range Reynolds  number 2035.55- 3814.84  dengan  nilai overall  heat  transfer  coefficient maksimum  10.30  W/m 2 .K  pada Reynold  number 3814.84.
5. Nilai overall heat transfer coefficient (U) dari compact heat  exchanger yang  telah  diuji  memiliki  range  8.72- 10.30  W/m 2 .K  pada  range Reynolds  number 2035.55- 3814.84  dengan  nilai overall  heat  transfer  coefficient maksimum  10.30  W/m 2 .K  pada Reynold  number 3814.84.

## 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].  Hall  G.T,  Jr  J.Edwin.  2004. Air  Cooled  Heat  Exchanger  Design. USA
[2].  Kays, W. M., London, A. L. 1964. Compact Heat Exchanger. 2 nd Ed. New York : McGraw Hill Book.
[3].  Company  Incropera,  Frank  P.,  DeWitt,  Bergman,  Lavine.  2007. Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6 th Edition. John Wiley & Sons Inc. New York.