## KAJI EFISIENSI TEMPERATUR PENUKAR PANAS DENGAN VARIASI ALIRAN UNTUK APLIKASI PENGERING

## Syukran
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. Banda Aceh-Medan km. 280 Buketrata – Lhokseumawe
* email : syukran@pnl.ac.id

## Abstrak
Heat exchanger atau alat penukar panas adalah alat-alat yang digunakan untuk mengubah temperatur fluida atau mengubah  fasa  fluida  dengan  cara  mempertukarkan  panasnya  dengan  fluida  lain.  Pada  sebuah  penukar  panas kemampuan  mempertukarkan  panas  sangat  ditentukan  oleh  tipe  dan  jenis  aliran  fluida  yang  melewati  penukar panas. Secara garis besar penukar panas dibagi berdasarkan arah aliran fluidanya. Berdasarkan arah aliran fluida penukar  panas    dibedakan  menjadi  3  (tiga)  jenis  aliran,  yaitu  aliran  searah  ( parallel  flow ),  aliran  berlawanan ( counter flow ) dan aliran silang ( cross flow ). Saat ini penukar panas banyak dipakai dalam  industri pengeringan produk-produk  pertanian,  perkebunan  dan  perikanan  skala  kecil  dan  menengah.  Penggunaan  penukar  panas dalam  bidang  pengeringan  saat  ini  sudah  menjadi  kebutuhan  untuk  mengatasi  permasalahan  produktifitas pengeringan. Umumnya penukar panas yang digunakan adalah tipe aliran berlawanan. Beberapa penelitian telah dilakukan  untuk  mengetahui  efektifitas  penukar  panas  tersebut  yang  umumnya  berfokus  pada  jenis  aliran berlawanan.  Penelitian  penelitian  spesifik  yang  mengkaji  perbandingan  efisiensi  penukar  panas    untuk  ketiga jenis  aliran  belum  ditemukan.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  efisiensi  temperatur  penukar  panas untuk  jenis aliran  jenis aliran  melintang, sejajar, dan  berlawanan. Metode  penelitian dilakukan  fabrikasi 3  unit exchanger tipe gas-gas dengan dimensi 50 (P) x 10 (L) x 30 (T) dengan jumlah tube 17 susunan. Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  efisiensi  temperatur  untuk  ketiga  jenis  penukar  panas  tersebut  adalah  21,3%  aliran melintang,  17,3%  aliran  berlawanan  dan  15,9%    aliran  sejajar.  Hasil  penelitian  menyimpulkan  bahwa  efisiensi temperatur tertinggi diperoleh jenis penukar panas aliran melintang.
Kata kunci : Penukar panas, aliran sejajar, aliran berlawanan, aliran silang, temperatur.

## Abstrack
Heat exchangers or heat exchangers are the means used to change the temperature of the fluid or to change the fluid  phase  by  exchanging  heat  with  other  fluids.  In  a  heat  exchanger  the  heat  exchange  ability  is  greatly determined  by  the  type  and  type  of  fluid  flow  passing  through  the  heat  exchanger.  Broadly  speaking  the exchanger  is  divided  based  on  the  direction  of  fluid  flow.  Based  on  the  direction  of  fluid  flow  exchanger  is divided  into  3  (three)  types  of  flow,  namely  parallel  flow,  counter  flow  and  cross  flow.  Currently,  heat exchangers  are  widely  used  in  the  drying  industry  of  small  and  medium-sized  agricultural  and  small-scale plantation  and  fishery  products.  The  use  of  exchangers  in  the  field  of  drying  is  now  a  need  to  overcome  the problems of drying productivity. Generally the exchanger used is the opposite flow type (counter flow). Several studies  have  been  conducted  to  determine  the  effectiveness  of  these  exchangers  which  generally  focus  on  the opposite type of flow. Specific research studies that reviewed the efficiency of exchangers for the three types of flow have not been found. This research was conducted to find out the efficiency of heat exchanger temperature for flow type of cross flow, parallel flow and counter flow type. The research method was fabricated 3 units of gas-gas  exchanger  type  with  dimension  50  (P)  x  10  (L)  x  30  (T)  with  the  number  of  tubes  17  staggered arrangement.  The  results  show  that  the  temperature  efficiency  for  the  three  types  of  heat  exchanger  is  21.3% cross flow flow, 17.3%  flow counter flow and 15.9%  parallel flow  flow. The results concluded that the highest temperature efficiency obtained by cross flow flow type exchanger.
Keywords : Heat exchanger, parallel flow, counter flow, cross flow, temperature

## 1. Pendahuluan
Heat exchangers atau alat penukar/pemindah panas  adalah  alat-alat  yang  digunakan  untuk
mengubah  temperatur  fluida  atau  mengubah  wujud fluida  dengan  cara  mempertukarkan  panasnya dengan  fluida  lain.  Pada  sebuah  penukar  panas, kemampuan mempertukarkan panas sangat
ditentukan  oleh  jenis  aliran  fluida  dan  fluida  yang melewati penukar panas.
Secara  garis  besar  penukar  panas  dibagi berdasarkan arah aliran fluidanya. Berdasarkan arah aliran fluida, penukar panas dibedakan menjadi tiga jenis  aliran,  yaitu  aliran  searah  ( parallel  flow ), berlawanan ( counter flow ) dan silang ( cross flow ). Pada  penukar  panas  jenis  aliran  searah, fluida yang memanaskan  dan fluida yang dipanaskan  masuk  pada  sisi  yang  sama  kemudian keluar  pada  sisi  yang  sama  pula.  Pada  penukar panas  aliran  berlawanan,  kedua  fluida  masuk  dan keluar  pada  sisi  yang  berbeda,  sedangkan  pada penukar  panas  aliran  silang,  kedua  fluida  mengalir dengan saling bersilangan.
Saat  ini  penukar  panas  banyak  dipakai dalam  industri  pengolahan  minyak  dan  gas.  Selain itu  penukar  panas  juga  banyak  dipakai  dalam aplikasi industri pengeringan produk-produk pertanian,  perkebunan  dan  perikanan  skala  besar. Sedangkan  dalam  industri  kecil  dan  menengah umumnya masih mengandalkan pengeringan dengan  pengeringan  matahari  yang  membutuhkan lahan  yang  besar  dan  waktu  pengeringan  yang lama.
Penggunaan  penukar  panas  dalam  bidang pengeringan  saat  ini  sudah  menjadi  kebutuhan untuk mengatasi permasalahan pengeringan langsung  yang  membutuhkan  waktu  yang  relatif lama  dan  area  pengering  yang  luas.  Umumnya penukar  panas  yang  digunakan  di  lapangan  untuk pengering  tersebut  adalah  tipe  aliran  berlawanan ( counter  flow )  dimana  fluida  masuk  dan  keluar pada sisi yang berbeda.
Beberapa  penelitian  telah  dilakukan  untuk mengetahui  efektifitas  penukar  panas  tersebut. Sebagai  contoh  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Ali Rukmini[1],  yang  melakukan  uji  pengeringan tongkol  jagung  menggunakan  panas  pembakaran serbuk  gergaji  menggunakan  penukar  panas  aliran berlawanan.  Hasil  penelitian  menunjukkan  suhu tungku  pembakaran  171-179 o C,  udara  masuk  141- 149 o C  dan  udara  keluar  61.9-69.9 o C.  Selain  itu Angga  Riansyah[2]  juga  melakukan  penelitian pengeringan  ikan  menggunakan  penukar  panas dalam  bentuk  oven.  Hasil  penelitian  menunjukkan perbedaan  suhu  pengovenan  berpengaruh  terhadap kadar  air  ikan  yang  dikeringkan.  Temperatur pengeringan  terbaik  diperoleh  pada  70 o C  dengan waktu  pengeringan  12  jam  dan  kadar  air  39,05%. Selanjutnya      M.  Yahya[3],  yang  melakukan penelitian pengeringan  kakao dengan tenaga surya. Hasil  penelitian  diperoleh  efisiensi  termal  alat pengering berkisar antara 19%-59%.
Dari  gambaran  penelitian  di  atas  dan penelitian-penelitian yang lainnya belum ditemukan penelitian  spesifik  yang  mengkaji  perbandingan efisiensi  penukar  panas  untuk  ketiga  jenis  aliran,
yakni  aliran  sejajar,  aliran  berlawanan  dan  aliran silang.  Sangat  dimungkinkan  setiap  jenis  aliran tersebut  akan  diperoleh  efisiensi  yang  berbeda untuk  ukuran  dan  dimensi  peralatan  penukar  panas yang relatif sama.
Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini dilakukan  untuk  mengetahui  efisiensi  temperatur heat  exchanger untuk  jenis  searah  ( parallel  flow ), aliran  berlawanan  ( counter  flow )  dan  aliran  silang ( cross  flow )  dalam  upaya  optimasi  sistem pengeringan  produk pertanian dan perikanan. Hasil penelitian  ini  nantinya  sangat  diperlukan  dalam mengembangkan  model  pengering  terbaik  yang dapat  difabrikasi  sesuai  dengan  karakteristik batasan  temperatur  aman  bagi  produk  pengering yang ditentukan.

## 2. Metode Penelitian
Pada  penelitian  ini  dilakukan  fabrikasi    unit penukar    panas  tipe  gas-gas  untuk  ketiga  jenis aliran  yaitu  aliran  searah,  berlawanan  dan  aliran silang.  Ketiga  jenis  penukar  panas  tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Tipe :  Rectangular  Shell  /  Circular Tube Jenis aliran :    Paralel  flow,  Counter  flow dan Cross Flow Dimensi :  Rectangular  Shell  ASTM SA.36 : 50 (P) x 10 (L) x 30 (T) Tube  ASTM SA.53 diameter 0.5 inchi Header Inlet : 3 inci Header Outlet : 3 inci Induced Forced : Blower
Cylinder tube 1 /2 " fluida panas inlet fluida panas outlet fluida dingin outlet fluida dingin inlet Tube sheet diffuser section
Gambar 1. Konstruksi penukar panas jenis aliran Sejajar
Cylinder tube 1 /2 " fluida panas inlet fluida panas outlet fluida dingin inlet fluida dingin outlet Tube sheet diffuser section
Gambar 2. Konstruksi penukar panas jenis jenis aliran berlawanan
Cylinder tube 1 /2 "
fluida panas inlet fluida panas outlet fluida dingin outlet fluida dingin inlet Tube sheet diffuser section

## Gambar 3. Konstruksi penukar panas jenis jenis
aliran melintang Perhitungan efisiensi temperatur didefinisikan sebagai
perbandingan antara perubahan  temperatur  dari  fluida  dingin  dengan perbedaan  antara  dua  temperatur  inlet  fluida (Arthur  P.  Fraas)
Dimana : t2   =  temperatur keluar fluida dingin t1 =  temperatur masuk  fluida dingin T1  =  temperatur masuk fluida panas

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## 3.1  Parameter pengujian
Data  pengujian  yang  diperoleh  adalah  (a) temperatur inlet dan outlet fluida panas; (b)temperatur  inlet  dan  outlet  fluida  dingin  untuk kecepatan aliran sisi inlet yang sama 2.4 m/s.

## 3.2  Gradien temperatur rata-rata
Hasil  pengujian  penukar  panas  untuk  ketiga jenis aliran ditunjukkan dalam Gambar 4 berikut:
Gambar 4. Gradien  temperatur  penukar  panas  untuk jenis  aliran  sejajar,  berlawanan,  dan melintang.
Berdasarkan  Gambar  4  dapat  dijelaskan bahwa  nilai  TTD (terminal  temperature  difference ) atau  beda  temperatur  terbesar  diperoleh  pada  jenis aliran  sejajar  sebesar  77,4 o C  sedangkan  untuk  jenis aliran  melintang  dan  aliran  berlawanan  masing- masing  70,8 o C      dan  73,6 o C.  Namun  sebaliknya nilai  TD  ( temperature  difference )  atau  beda temperatur  terkecil  diperoleh  pada  jenis  aliran  cross flow  sebesar  65,5 o C,  sedangkan  untuk  jenis  aliran berlawanan dan aliran sejajar masing-masing 59,0 o C dan 32,1 o C.

## 3.3  Efisiensi temperatur
Berdasarkan data hasil penelitian dari ketiga jenis aliran sebagaimana gambar 4 maka diperoleh efisiensi  temperatur  untuk  ketiga  jenis  exchanger tersebut seperti ditunjukkan gambar 5 berikut:
Gambar 5. Efisiensi temperatur penukar panas
Berdasarkan  gambar  5  dapat  dijelaskan bahwa  efisiensi  tertinggi  dari  ketiga  jenis  penukar panas  tersebut  adalah  jenis  aliran  silang  sebesar 21,3%. Sedangkan untuk jenis aliran berlawanan dan aliran sejajar masing-masing 17,3% dan 15,9%.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  maka  dapat disimpulkan bahwa:
1. Dari  ketiga  jenis penukar  panas,  maka penukar panas  alliran  silang  cenderung  memiliki  nilai outlet temperaur  tertinggi,  yakni  52,2 o C. Sedangkan  penukar  panas  aliran  searah  dan aliran  berlawanan  memiliki outlet temperatur
masing-masing 47,6 o C dan 48,4 o C.
2. Peluang  penggunaan  penukar  panas  tersebut sebagai  media  penghasil  udara  pemanas  pada aplikasi
pengering produk pertanian dimungkinkan sebagai berikut a. Penukar panas aliran searah dapat digunakan  untuk  pengeringan  kedelai, kopi
b. Penukar  panas  aliran  berlawanan  dapat digunakan  untuk  pengeringan  kedelai, kopi
c. Penukar panas aliran silang dapat digunakan untuk pengeringan kopi, pinang 3. Selisih temperatur fluida panas keluar terhadap  temperatur  fluida  dingin  masuk ( Temperatur Different , TD) untuk ketiga jenis penukar  panas  aliran  searah,  berlawanan  dan silang  masing-masing  adalah  65,5 o C;  59 o C; 32,1 o C.
4. Selisih  temperatur  fluida  panas  masuk terhadap  temperatur  fluida  dingin  keluar
( Terminal  Temperatur  Different ,  TD)  untuk ketiga  jenis  penukar  panas  aliran  searah, berlawanan  dan  silang  masing-masing  adalah 70,8 o C; 73,6 o C; 77,4 o C.
5. Efisiensi temperatur untuk ketiga untuk ketiga jenis penukar panas aliran searah,  berlawanan dan  silang  masing-masing  adalah  15.9%; 17,3%; 21,3%.

## Daftar pustaka
[1]    Ai Rukmini, Perancangan uji penukar panas (Heat  Exchanger)  tipe  counter  flow ,  Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Teknologi
Pertanian, IPB Bogor, 2006
[2]   Angga Riansyah, dkk. (2013,Nov.) “Pengaruh perbedaan  suhu  dan  waktu  pengeringan terhadap  karakteristik  ikan  asin  sepat  siam”,
Jurnal Fishtech , 2(1)
[3]   M. Yahya. (2013, Oct.)  “Alat Pengering hasil- hasil  pertanian  untuk  daerah  pedesaan  di Sumatera Barat”. Jurnal Teknik Mesin Institut
Teknologi Padang , 3(2), pp.26-31 [4]    Arthur P. Fraas, Heat Exchanger Design , John
Wiley  &  Sons,  United  States  of  America,
1988
[5] C.M. Vant Land, Industrial Drying
EquipmentSelection  and  Application ,  Marcel Dekker, Inc, America, 1991