## PENAMBAHAN DAN VARIASI DIMENSI SIRIP ALUMINIUM PADA TUBE TERHADAP LAJU DAN EFEKTIVITAS PERPINDAHAN PANAS DALAM HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE
Rohman T. 1 , Hary Sutjahjono 2 , Digdo Listyadi 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121

## ABSTRACT
Heat exchanger is  a  device  that  serves  to change  temperature  and  the  phase  of  fluid.  By  utilizing  heat transfer  between  two  fluids  with  different  temperature  from  the  higher  temperature  fluid  to  a  lower temperature fluid. This study aims to determine the effect of the addition aluminum fins and dimensional variations on the effectiveness shell and tube heat exchanger. Heat Exchanger was tested by varying the dimensions of the aluminum fins on the tube from the tube without fins, fin tube with a length of 10 mm, 20 mm, and 30 mm. Tests carried out in counter flow so that the heat transfer rate will be better than the directional  flow.  Of  the  test  will  come  out  hot  fluid  temperature  and  cold  fluid  temperature  out.  The results  showed  decreases  in  the  rate  of  heat  transfer  fins  greater  dimension  and  the  dimension  of  the highest  effectiveness  without  fins.  The  highest  effectiveness  is  25.85%  in  tube  without  fins.  It  can  be concluded that the addition of fin in this research will reduce the effectiveness of the heat exchanger shell and tube type.
Keywords: Aluminum, effectiveness,  fin dimension, heat exchanger

## PENDAHULUAN
Heat exchanger adalah alat penukar kalor yang berfungsi  untuk  mengubah  temperatur  dan  fasa  suatu jenis  fluida.  Dalam  aplikasinya,  heat  exchanger  tipe shell  and  tube  (selongsong  dan  pipa)  lebih  banyak dijumpai dibandingkan dengan jenis-jenis heat exchanger  lainnya.  Fluida  yang  satu  mengalir  melalui selongsong  (shell)  dan  fluida  lainnya  mengalir  melalui pipa-pipa kecil (tube). [1]
Dalam  semua  kasus  rancang-bangun  sistem termal  yang  melibatkan  sistem  konduksi-konveksi, selalu  diupayakan  untuk  mendapatkan  laju  aliran  kalor yang  sebesar-besarnya.  Hal  ini  dapat  diperoleh  di antaranya  dengan  menambah  kekasaran  permukaan perpindahan  kalor,  menambah  alur,  membuat  pusaran, menambah sirip dan lain sebagainya[2].
Untuk  pemilihan  jenis  material,  dibutuhkan material  yang  berat  jenisnya  rendah  dan  memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Selain memiliki berat yang  ringan  Alumunium  juga  memiliki  konduktivitas panas  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan  baja  dan besi.  Konduktivitas  tembaga  paling  besar  diikuti kemudian dengan aluminium dan baja[3].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh  penambahan  dan  variasi  dimensi sirip  (fin)  berbahan  aluminium  pada  tube  terhadap efektivitas dari heat exchanger tipe shell and tube.

## METODOLOGI PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  metode  eksperimental.  Alat  yang  digunakan pada penelitian ini antara lain: prototype heat exchanger tipe  shell  and  tube,  pompa  air  merk  sunrise  DB-125A, pipa PVC (0,5 inchi), pipa gas (0,5 inchi), gauge valve,
thermostat  merk  E.G.O  temperatur  maksimum 320°C,  flow  meter  merk  kondo  N.B.,  heater  (1400 Watt), stopwatch, terminal port, thermocouple (Jenis K  dengan  temperatur  maksimal  300°C  panjang sensor  2  cm),  dan  thermometer.  Sedangkan  bahan yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  air sebagai  fluida  dingin  dan  oli  bekas  sebagai  fluida panas.
Skema  alat  uji  dalam  penelitian  ini ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Pengujian  diawali dengan  proses  penyusunan  peralatan,  kemudian dilakukan proses pengambilan data yakni memasukkan tube tanpa  sirip  dengan  menggunakan baffle  cut 25%  dan  jarak baffle 6,58  cm  ke  dalam shell pada heat  exchanger  sebagai  pembanding awal ,  memasang  sensor thermocouple di  bagian pangkal,  tengah,  ujung  pada shell dan tube , menghubungkan sensor thermocouple ke thermometer . Setelah  itu  mengkondisikan  volume air  dan  oli  pada  tandon  masuk,  mengatur  kondisi temperatur  masuk air pada temperatur 27°C dan oli pada  temperatur  60°C  (dengan  menyalakan  heater), kemudian  mensirkulasikannya  hingga  mencapai suhu  60°C  (suhu  yang  dikehendaki).  Setelah  itu membuka gauge  valve air  untuk  mengalirkan  air masuk  kedalam shell. Setelah  air  dan  oli  mengalir dan  kondisi  aliran  telah  dianggap steady ,  maka dilakukan  pencatatan  debit  aliran  air  (Q a ),  debit aliran  oli  (Q o ),  temperatur  air  masuk  (T a1 ), temperatur oli masuk (T o1 ), temperatur air di tengah shell (T as ),  temperatur  oli  di  tengah tube (T ot ), temperatur  air  keluar  (T a2 ),  temperatur  oli  keluar (T o2 ).  Setelah  pengujian dengan  variasi tube tanpa sirip  selesai,  kemudian  dilakukan  pengujian  dengan
variasi-variasi  yang  lain  yaitu mengganti tube dengan penambahan  dan  variasi  dimensi  sirip  yang  ke-1 (panjang:  1  cm;  lebar:  4  cm;  tebal:  0,1  cm),  yang  ke-2 (panjang:  2  cm;  lebar:  4  cm;  tebal:  0,1  cm),  dan  yang ke-3  (panjang:  3  cm;  lebar:  4  cm;  tebal:  0,1  cm),  pada tube .  Kemudian  melakukan  pengambilan  data  dari variasi-variasi tersebut dengan prosedur yang sama

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penambahan dimensi sirip
Hasil  penambahan  dimensi  sirip  longitudinal berbahan  aluminium ditunjukkan  pada  gambar  1  di bawah ini.
Gambar 2. Hasil penambahan dimensi sirip

## Hasil Penelitian
Data  penelitian  ini  berupa  data  temperatur  dan  debit dari fluida air dan oli pada waktu 30 detik, 90 detik, dan 150  detik  yang  ditampilkan  dalam  tabel.  Tabel  1-4 merupakan  rata-rata  hasil  pengujian  dengan  dua  kali pengulangannya.
Tabel 1. Hasil penelitian variasi tube tanpa sirip
Tabel 2. Hasil penelitian variasi tube dengan penambahan sirip 10 mm
Tabel 3. Hasil penelitian variasi tube dengan penambahan sirip 20 mm
Tabel 4. Hasil penelitian variasi tube dengan penambahan sirip 30 mm
Data  hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa semakin  besar  dimensi  sirip,  maka  harga  ∆To (temperatur  oli)  akan  semakin  turun.  ∆To  terbesar terjadi pada variasi dimensi tanpa sirip. Pada gambar 3 dapat dilihat grafik pengaruh variasi dimensi sirip dari  tube  tanpa  sirip,  tube  dengan  sirip  10  mm,  20 mm,  sampai  30  mm  terhadap  ∆To  (selisih temperatur  oli  masuk  dengan  temperatur  oli  keluar) mengalami  penurunan.  Pada  grafik  tersebut  ∆To terbesar  terjadi  pada  tube  dengan  variasi  dimensi tanpa sirip dengan prosentase penurunan termperatur oli sebesar 14,69% pada detik ke-30 dan ∆To  terkecil  terjadi  pada  tube  dengan  dimensi  30 mm  pada  detik  ke-90  dengan  prosentase  penurunan sebesar 5,88%
Gambar 3. Grafik pengaruh penambahan dan variasi dimensi sirip aluminium pada tube terhadap ∆T o
Dari  grafik  tersebut  dapat  disimpulkan  hubungan dimensi  sirip  dengan  ∆To  bahwa  semakin  besar dimensi  panjang  sirip  akan  semakin  kecil  ∆To. Penyambungan  antara  sirip  dan  tube  yang  tidak sempurna meningkatkan tahanan thermal keseluruhan  yang  menyebabkan  berkurangnya perpindahan panas. Sehingga hipotesa dari penelitian  yang  menyatakan laju perpindahan panas semakin  tinggi,  efektivitas  perpindahan  panas  akan meningkat  tidak  terpenuhi.  Thermal  resistance
meningkat, overall coefficient heat transfer berkurang[4].

## Hasil Perhitungan LMTD
Pada  gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  pengaruh  variasi dimensi sirip dari tube tanpa sirip, tube dengan sirip 10 mm,  20  mm  sampai  30  mm  terhadap  laju  perpindahan panas  (metode  LMTD)  mengalami  penaikan.  Pada grafik  tersebut  laju  perpindahan  panas  terbesar  terjadi pada  dimensi  tube  dengan  sirip  30  mm  dan  laju perpindahan  panas  terkecil  terjadi  pada  dimensi  tanpa sirip.
Gambar 4. Grafik pengaruh penambahan dan variasi dimensi sirip aluminium pada tube terhadap laju perpindahan panas (metode LMTD)
Dari  grafik  tersebut  dapat  disimpulkan  hubungan dimensi  sirip  dengan  laju  perpindahan  panas  bahwa semakin  besar  dimensi  sirip  akan  semakin  besar  laju perpindahan  panas.  Hal  ini  dikarenakan  dimensi  sirip yang semakin besar akan memperbesar luas permukaan perpindahan panas.  Koefisien  perpindahan  panas menyeluruh  juga  akan  meningkat  sehingga  laju perpindahan panas keseluruhan menjadi semakin besar. Laju perpindahan panas keseluruhan (LMTD) berbanding  lurus  dengan  nilai  koefisien  perpindahan panas menyeluruh [5].
Laju perpindahan panas tertinggi yang diperoleh pada dimensi  tube  dengan  sirip  30  mm  sebesar  32,25  Watt pada detik ke-30 dan terendah pada dimensi tube tanpa sirip sebesar 27,22 Watt

## Hasil Perhitungan NTU
Pada  gambar  4  dapat  dilihat  bahwa  pengaruh  variasi dimensi sirip dari tube tanpa sirip, tube dengan sirip 10 mm,  20  mm  sampai  30  mm  terhadap  efektivitas rancangan  desain  metode  NTU.  Pada  grafik  tersebut efektivitas  perpindahan  panas  hasil  rancangan  desain dengan  menggunakan  metode  NTU  tertinggi  terjadi pada  dimensi  tanpa  sirip  dengan  prosentase  sebesar 18,75% pada detik ke-30 dan yang terendah terjadi pada dimensi  sirip  30  mm  pada  detik  ke-90  dengan prosentase sebesar 7,88%.
Gambar 4. Grafik pengaruh penambahan dan variasi dimensi sirip aluminium pada tube terhadap efektivitas heat exchanger (metode NTU efektivitas)
Dari  grafik  tersebut  dapat  disimpulkan hubungan dimensi sirip dengan ε (efektivitas) bahwa semakin  besar  dimensi  panjang  sirip  akan  semakin kecil ∆To. Penyambungan antara sirip dan tube yang tidak  sempurna  meningkatkan  tahanan  thermal keseluruhan  yang  menyebabkan  berkurangnya perpindahan panas

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian, dimensi sirip yang maksimal untuk  mendapatkan  efektivitas  tertinggi  adalah dimensi  sirip  yang  paling  kecil  yaitu  pada  dimensi tanpa  sirip.  Nilai  efektivitas  tertinggi  yang  dapat dicapai  pada  dimensi  tersebut  sebesar  25,85%  pada detik  ke-90.  Dengan  hal  tersebut  maka  semakin besar  dimensi  sirip  aluminium  akan  menurunkan efektivitas  perpindahan  panas.  Disebabkan  karena penyambungan  antara  sirip  dan  tube  yang  tidak sempurna  justru  meningkatkan  tahanan thermal keseluruhan  yang  menyebabkan  berkurangnya perpindahan panas.

## SARAN
Saran  yang  dapat  diberikan  oleh  penulis  dari  hasil penelitian ini yaitu penyempurnaan sambungan pada sirip dan tube sehingga akan didapat hasil yang lebih efektiv  dari  pada  penyambungan  yang  tidak sempurna.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Anggraini, Ekadewi. 2010 Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell  and  Tube  Heat  Exchanger.  Surabaya:  Universitas Kristen Petra
[2]  Winarno,  Joko.  2011.  Studi  Eksperimental  Pengaruh  Jumlah dan  Diameter  Lubang  pada  Sirip  Sekeliling  Silinder  Luar Terhadap  Laju  Perpindahan  Kalor.  Yogyakarta:  Universitas Gadjah Mada
[3]  Mulianto, Arif. 2011. Perbandingan Konduktivitas Tembaga, Baja, dan Aluminium. Mataram: Universitas Mataram
[4]  Ariana,  2010.  Fouling  Pada  Heat  Exchanger.  Palembang: Universitas Sriwijaya.
[5]  Holman, J. P. 1991. Perpindahan Kalor . Jakarta: Erlangga.