## PEMANFAATAN SOFTWARE HEAT TRANSFER RESEARCH INC. (HTRI) DALAM PERANCANGAN DOUBLE-PIPE HEAT EXCHANGER

## Ronald Akbar
Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Indonesia ronaldakbar@iti.ac.id
Submitted January 13, 2023; Revised June 12, 2023; Accepted August 3, 2023

## Abstrak
Perancangan double-pipe  heat  exchanger telah  dilakukan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah membandingkan  nilai overall  heat  transfer  coefficient dari  perancangan double  pipe  heat  exchanger dengan hasil output software HTRI. Nilai overall heat transfer coefficient pada proses hitung manual didapatkan sebesar 221,53 W/m 2 K. Proses perancangan dengan software HTRI dilakukan dengan cara menginput  data-data  dari  kasus  perancangan  ke  dalam software .  Dari  hasil running didapatkan  hasil overall heat transfer coefficient sebesar 213,58 W/m 2 K. Kedua hasil heat transfer coefficient ini jika dibandingkan  menghasilkan  deviasi  sebesar  3,67%.  Hasil  deviasi  ini  dinilai  sangat  baik  dikarenakan jauh dibawah nilai deviasi yang ditargetkan pada penelitian ini, yaitu ≤  30% . Dapat dikatakan bahwa software HTRI  sangat  membantu  sebagai  alat  validasi  dan  pelengkap  pada  proses  perancangan heat exchanger .
Kata Kunci : Double-pipe heat exchanger , perancangan, overall heat transfer coefficient , HTRI

## Abstract
The  design  of  a  double-pipe  heat  exchanger  has  been  carried  out. This  study  aimed  to  compare  the overall heat transfer coefficient from the double pipe heat exchanger design with the HTRI  software output results. The overall heat transfer coefficient value in the manual calculation process is 221.53 W/m 2 K. The design process with HTRI software was carried out by inputting data from design cases into the software. From the running results, the overall heat transfer coefficient is 213.58 W/m2K . The results compared to produce a deviation of 3.67%. The results of this deviation are considered very good because it is far below the deviation value targeted in this study, which is ≤  30% . The HTRI software is beneficial as a validation tool and a complement to the heat exchanger design process. Key Words : Double-pipe heat exchanger; design; overall heat transfer coefficient; HTRI

## 1. PENDAHULUAN
Heat  exchanger merupakan  perangkat yang  berfungsi  mengubah  termperatur  dan bahkan  fase  dari  fluida.  Proses  perubahan temperatur  terjadi  dengan  memanfaatkan proses  perpindahan  kalor  dari  fluida dengan  temperatur  tinggi  menuju  fluida dengan  temperatur  rendah  [1].  Tentunya dalam konsep termodinamika proses perpindahan  kalor  dari  fluida  dengan temperatur  tinggi  menuju  fluida  dengan temperatur  rendah  terjadi  secara  alamiah [2].
Dalam  implementasinya heat  exchanger banyak  digunakan,  mulai  dari  aspek kehidupan  sehari-hari  sampai  dengan
kegiatan  industri.  Sebagai  contoh  dalam kegiatan  sehari-hari  adalah  dalam  proses memasak  dan  merebus  terjadi  fenomena perpindahan kalor yang merupakan konsep dasar heat  exchanger .  Kemudian  pada industri  kendaraan,  teknologi  pendinginan kendaraan bermotor menggunakan radiator sebagai  komponen  pendingin  di  mana sebenarnya  radiator  merupakan  salah  satu jenis heat  exchanger .  Sampai  pada kaitannya  dengan  komponen  Pembangkit Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU),  beberapa komponen  seperti boiler dan  kondenser juga  memanfaatkan  konsep  perpindahan kalor yang bahkan sampai terjadi perubahan  fase  pada  fluida  kerjanya. Perpindahan kalor pada boiler terjadi tidak
secara  alamiah  dikarenakan  fluida  kerja dipanaskan  dengan  memanfaatkan  batu bara,  sehingga  perpindahan  kalor  terjadi dari  fluida  dengan  temperatur  rendah menuju  fluida  dengan  temperatur  tinggi. Fluida  akan  berubah  fase  dari liquid menjadi vapor .  Fluida  dengan  fase vapor memiliki kecepatan laju aliran massa yang tinggi [3].
Referensi  [1]  menyatakan  bahwa Heat exchanger
berdasarkan konstruksi permukaannya  yang  banyak  digunakan  di industri  adalah  jenis shell  and  tube dan plate  heat  exchanger . Shell  and  tube  heat exchanger merupakan heat  exchanger dengan  dua  atau  lebih  pipa  utama  ( tube ) dan  ditutup  dengan  selongsong  ( shell ). Bagian tube difungsikan untuk fluida kerja utama  yang  ingin  diubah  temperaturnya. Sedangkan  bagian shell berisi  fluida  yang akan  menyerap  atau  melepaskan  kalor kepada  fluida  kerja  utama. Double-pipe heat  exchanger yang  akan  dirancang  pada penelitian  ini  juga  merupakan shell  and tube  heat  exchanger dengan  bagian tube yang hanya berjumlah satu buah. Gambar 1 adalah  ilustrasi  dari shell  and  tube  heat exchanger .
Sumber : [4]
Gambar 1. Shell and Tube Heat Exchanger
Sementara plate heat exchanger merupakan  jenis heat exchanger  yang terdiri dari pelat-pelat tipis yang membentuk  saluran  di  mana  fluida  kerja mengalir  [4].  Gambar  2  di  bawah  ini merupakan  ilustrasi  dari plate  heat exchanger .
Sumber : [5]

## Gambar 2. Plate Heat Exchanger
Heat  Transfer  Research  Inc. (HTRI) merupakan sebuah software yang dikembangkan  oleh Tubular  Exchanger Manufacturers Association (TEMA)
dengan  fungsi  sebagai  penunjang  dalam perancangan shell and tube heat exchanger .  Tiga  fungsi  utama software HTRI ini diantaranya adalah :
1. Merancang shell  and  tube  heat exchanger sesuai  dengan  klasifikasi standar TEMA.
2. Berfungsi sebagai penunjang
perancangan shell  and  tube  heat exchanger dan  menjadi  aspek  validasi untuk perhitungan manual.
3. Berguna untuk optimasi sistem
sehingga heat exchanger dapat digunakan  secara  tepat  dalam  sistem proses. Pada  penelitian  ini  digunakan software
HTRI  dengan  versi  Xchanger  Suite  7.3.2. Ilustrasi user interface dari software HTRI diperlihatkan pada Gambar 3 di bawah ini.
Munculnya  proses  intensifikasi  dalam upaya meningkatkan kualitas dan kuantitas barang  produksi  menimbulkan  kesadaran pihak  produsen  untuk  menerapkan  proses tersebut, tidak terkecuali dalam bidang alat penukar  kalor  atau heat  exhanger .  Pada awalanya  perancangan heat  exchanger dilakukan  secara  manual  mulai  dari perhitungan sampai dengan gambar rancangannya.  Namun  proses  perancangan yang dilakukan secara manual  ini pastinya akan  menimbulkan  ketidakakuratan  yang disebabkan  oleh  berbagai  faktor  terutama
yang  dinilai  paling  berpengaruh  adalah faktor fisik dan psikis dari perancangnya.

## Gambar 3. User Interface HTRI
Seiring dengan berjalannya waktu berbagai software penunjang  mulai  bermunculan yang bertujuan membantu proses perancangan  sebuah heat exchanger . Selain  itu  aplikasi-aplikasi  ini  juga berfungsi  sebagai  media  validasi,  apakah nilai-nilai perancangan yang telah dihitung sudah dinilai sesuai dengan hasil perhitungan  simulasi  ataupun  bisa  juga berlaku kebalikannya, apakah hasil simulasi  yang  dilakukan  pada software sudah dinilai sesuai dengan hasil perancangan  manual.  Oleh  karena  itu, dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan perancangan  sebuah double-pipe  heat exchanger .  Perancangan  dilakukan  dengan dua  metode  yaitu  dihitung  dengan  hitung manual  dan  menggunakan software HTRI.
Hasil  perancangan  manual  berupa  nilai overall  heat  transfer  coefficient akan dibandingkan  dengan  hasil  output  desain HTRI  dan  akan  diketahui  seberapa  besar deviasinya.

## 2. METODE PENELITIAN
Gambar  4  merupakan  diagram  alir  pada penelitian  ini.  Proses  perancangan  dengan hitung  manual  dilakukan  terpisah  pada bagian tube dan shell .  Variabel-variabel utama yang akan dicari pada kedua bagian tersebut  diantaranya  adalah  Reynolds Number,  Nusselt  Number,  dan heat transfer  coefficient .  Kemudian  dihitung
nilai overall  heat  transfer  coefficient yang merupakan gabungan heat transfer coefficient pada bagian tube dan shell . Penggunaan software HTRI secara sederhana  dilakukan  dengan  menginput data-data  yang  diperlukan.  Kemudian dilakukan running dari input data tersebut.
Setelah proses running akan diperoleh nilai overall  heat  transfer  coefficient ,  di  mana nilai ini akan dibandingkan dengan overall heat  transfer  coefficient hasil  perancangan hitung manual. Apabila kedua nilai overall heat  transfer  coefficient ≤  30% ,  maka hasil output software HTRI dapat dikatakan valid dengan perancangan dengan  hitung  manual.  Kemudian  dapat dilakukan pembahasan pada langkah selanjutnya.
Kasus  perancangan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah sebagai berikut : Sebuah double-pipe  heat  exchanger akan dirancang  dengan  spesifikasi  sebagai berikut :
1. Bagian Tube
• Diameter Dalam : 40 mm
• Diameter Luar
: 45 mm
• Fluida Kerja
: Propana
• Temperatur Masuk : 60 o C • Temperatur Keluar (Target) : 40 o C
• Laju  Aliran  Massa  Fluida  :  4,354 kg/s
2. Bagian Shell
• Diameter Dalam : 55 mm
• Diameter Luar
: 155 mm
• Fluida Kerja
: Air • Temperatur Masuk : 25 o C
• Laju  Aliran  Massa  Fluida  :  9,67 kg/s
3. Material  : Plain Carbon Steel (Konduktivitas Termal : 55 W/mK)
4. Panjang Heat Exchanger : 2 m

## Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Perancangan dengan Hitung Manual
Temperatur  masuk  dan  keluar  rata-rata propana adalah :
𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑎−𝑅𝑎𝑡𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 = 𝑇 ℎ 𝑖 +  𝑇 ℎ 𝑜 2 (1) = 333+  313 2

## = 323 𝐾
Pada  persamaan  tersebut,  Temperatur masuk  propana 𝑇 ℎ 𝑖 dan  temperatur  keluar propana 𝑇 ℎ 𝑜 dalam  satuan  K.  Kemudian dilanjutkan dengan menghitung laju perpindahan kalor propana dengan menggunakan persamaan di bawah ini [6]
𝑞  =   𝑚̇ 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 . 𝑐 𝑝 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 . (𝑇 ℎ 𝑖 − 𝑇 ℎ 𝑜 ) (2)
Pada persamaan tersebut, laju perpindahan kalor 𝑞 dalam satuan kW, laju aliran massa propana 𝑚̇ 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam  satuan  kg/s, kapasitas  kalor  propana 𝑐 𝑝 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam
satuan  kJ/kgK,  kemudian  Temperatur masuk propana 𝑇 ℎ 𝑖 dan temperatur keluar propana 𝑇 ℎ 𝑜 dalam  satuan  K.  Dengan bantuan  aplikasi  Refprop  diperoleh  nilai 𝑐 𝑝 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 pada  temperatur  333  K  sebesar 1,7752  kJ/kgK.  [7].  Sehingga  hasil  dari perhitungan adalah :
𝑞 = 4,353 . 1,7742 . (333 − 313)

## =  154,58 𝑘𝑊
Pada  kasus  perancangan  tidak  diketahui temperatur  keluar  air  yang  mengalir  pada bagian shell .  Nilai  temperatur  ini  didapat dengan  persamaan  (2)  dengan  melakukan beberapa kali perhitungan (metode iterasi). Perbedaannya  pada  persamaan  (2)  adalah penggunaan temperaturnya yang merupakan  temperatur  keluar  air 𝑇 𝑐 𝑜 dan temperatur  masuk  air 𝑇 𝑐 𝑖 .  Di  bawah  ini akan  diperlihatkan  proses  perhitungannya untuk  dua  kali  iterasi,  seterusnya  akan ditampilkan hasil termperatur keluar air.
𝑞  =   𝑚̇ 𝑎𝑖𝑟 . 𝑐 𝑝 𝑎𝑖𝑟 . (𝑇 𝑐 𝑜 −    𝑇 𝑐 𝑖 ) 𝑇 𝑐 𝑜 = 𝑞 𝑚̇ 𝑎𝑖𝑟 .  𝑐 𝑝 𝑎𝑖𝑟 +   𝑇 𝑐 𝑖
a. Percobaan Pertama
Diketahui  kapasitas  kalor  air 𝑐 𝑝 𝑎𝑖𝑟 pada 298 K = 4,1817 kJ/kgK [7]. Maka :
𝑇 𝑐 𝑜 = 154,58 9,67.  4,1817 +  298 = 301,82 𝐾
b. Percobaan Kedua
Hasil temperatur keluar air pada percobaan pertama  dipakai  untuk  menghitung  dan dijadikan  temperatur  masuk  rata-rata  air, seperti yang diperlihatkan pada persamaan (3) di bawah ini.
𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑎−𝑅𝑎𝑡𝑎 𝐴𝑖𝑟 = 𝑇 𝑐 𝑖 +  𝑇 𝑐 𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 1 2 (3) = 298+  301,82 2 =   299,91 𝐾
Dimana  Temperatur  masuk  air 𝑇 𝑐 𝑖 dan temperatur  keluar  air  pada  percobaan pertama 𝑇 𝑐 𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 1 dalam  satuan  K. Diketahui  kapasitas  kalor  air 𝑐 𝑝 𝑎𝑖𝑟 pada 299,91 K = 4,1809 kJ/kgK [7]. Sehingga :
Vol. 8 No. 1 Agustus 2023
𝑇 𝑐 𝑜 = 154,58 9,67.  4,1809 + 299,91
=  303,73 𝐾
Kemudian
hasil 𝑇 𝑐 𝑜 pada iterasi berikutnya dapat dilihat pada Tabel 1 yang kemudian ditentukan Temperatur keluar air 𝑇 𝑐 𝑜 sebesar 310,43 K. Langkah berikutnya adalah  menghitung  temperatur  masuk  dan keluar  rata-rata  air  dengan  persamaan  (4) di bawah ini.
𝑇 𝑅𝑎𝑡𝑎−𝑅𝑎𝑡𝑎 𝐴𝑖𝑟 = 𝑇 𝑐 𝑖 +  𝑇 𝑐 𝑜 2 (4) = 298 +  310,43
2 = 304,21 𝐾
Dari  berbagai  perhitungan  yang  telah dilakukan sebelumnya, maka dapat diperoleh properties propana  dan  air  yang ditunjukkan pada Tabel 2 dan Tabel 3 [7].
Tabel 1. Hasil Iterasi T co Air
Percobaan
Ke- q (kW) T c i (K) cp air (kJ/kgK) T c o (K) 1 154,58 298 4,1817 301,82
2 299,91 4,1809 303,73 3 301,82 4,1804 305,65 4 303,4 4,18 307,56 5 305,65 4,1797 309,47 6 307,56 4,1795 311,38 7 309,47 4,1795 313,30 8 311,38 4,1795 315,21 9 313,30 4,1797 317,12 10 315,21 4,1799 319,03 Rata-Rata T c o (K) 310,43
Langkah  terakhir  sebelum  menghitung overall  heat  transfer  coefficient pada bagian tube dan shell adalah
mengasumsikan  nilainya  untuk  dijadikan pembanding dengan hasil perhitungan.
Tabel 2. Properties Propana Propana Masuk Rata- Rata Keluar Satuan Temperatur (T) 333 323 313 K Kalor Spesifik
( 𝑐 𝑝 ) 1,7752 1,7745 1,7294 kJ/kgK Konduktivitas Termal (k) 0,0784 0,082 0,086 W/mK Massa Jenis ( 𝜌 ) 428,31 449,16 467,73 Kg/m 3 Viskositas ( 𝜇 ) 0,065 0,074 0,082 mPa.s

## Tabel 3. Properties Air
Air
Masuk Rata-
Rata Keluar Satuan Temperatur (T) 298 304,21 310,43 K
Kalor Spesifik
( 𝑐 𝑝 ) 4,1817 4,1799 4,1795 kJ/kgK Konduktivitas Termal (k) 0,6062 0,61593 0,62481 W/mK Massa Jenis ( 𝜌 ) 997,04 995,28 993,19 Kg/m 3 Viskositas ( 𝜇 ) 0,893 0,779 0,687 mPa.s

## Tabel 4. Beberapa Nilai Asumsi Overall Heat Transfer Coefficient pada Heat
Exchanger Fluida Panas Fluida Dingin Overall Heat Transfer Coefficient (W/m 2 K) Air Air 800-1500 Pelarut Organik Pelarut Organik 100-300 Light Oil Light Oil 100-400 Heavy Oil Heavy Oil 50-300 Gas Gas 10-50
Menurut  referensi  [8],  beberapa  nilai overall  heat  transfer  coefficient pada heat exchanger diperlihatkan pada Tabel 4.
A. Tube Heat Transfer Coefficient
Luas  permukaan tube dihitung  dengan persamaan (5) di bawah ini
𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 1 4 . 𝜋 .  𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 2 (5) = 1 4 . 𝜋 .  0,04 2 =  0,00125 𝑚 2
Di mana luas permukaan tube 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 dalam satuan m 2 dan diameter  bagian dalam tube 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 dalam satuan m. Laju volume aliran propana  dihitung  dengan  menggunakan persamaan (6).
v  = 𝑚̇ 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 (6) = 4,354 449,16 =  0,0096 𝑚 3 /𝑠
Pada  persamaan  (6),  laju  volume  aliran v dalam  satuan  m 3 /s,  laju  aliran  massa propana 𝑚̇ 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam satuan kg/s,  dan massa jenis
rata-rata propana
𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam satuan kg/m 3 .
Hasil laju volume aliran propana digunakan  kembali  untuk  mendapatkan kecepatan  aliran  propana  dengan  cara membagi  laju  volume  alirannya  dengan luas  permukaan tube ,  yang  dihitung dengan  menggunakan  persamaan  (7)  di bawah ini.
𝑣 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 = v 𝐴 𝑡𝑢𝑏𝑒 (7) = 0,0096 0,00125 =   7,68 𝑚/𝑠
Setelah  semua  nilai  dari  persamaan  (5) sampai  (7)  didapat,  maka  perhitungan  inti untuk  mendapatkan  nilai heat  transfer coefficient pada bagian tube dapat dilakukan, dimulai dari menghitung Reynolds  Number  dengan  menggunakan persamaan (8) di bawah ini [9].
𝑅𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 .  𝑣 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 .  𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 𝜇 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎
(8)
= 449,16 .  7,68 .  0,04 0,074 x 10 −3 = 1864620,97
Di mana pada persamaan tersebut Reybolds Number pada bagian tube 𝑅𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒 tidak  berdimensi,  sementara  massa  jenis propana 𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam  satuan kg/m 3 dan viskositas propana 𝜇 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam satuan mPa.s.
Langkah  berikutnya  adalah  menghitung Prandtl  Number  dengan  menggunakan persamaan  (9)  [10].  Di  mana  pada persamaan tersebut,  kalor spesifik  propana 𝑐 𝑝 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam  satuan  kJ/kgK dan konduktivitas termal propana 𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 dalam satuan W/mK.
𝑃𝑟 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 𝜇 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 .  𝑐 𝑝 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 (9)
= 0,074 x 10 −3 .  1,7745 x 10 3 0,082 =  1,6
Kemudian  nilai  dari  Nusselt  Number dihitung  dengan  persamaan  empirik  yang dikemukakan oleh Dittus dan Boelter pada tahun 1930 [11].
𝑁𝑢 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 0,023 𝑅𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒 0,8 𝑃𝑟 𝑡𝑢𝑏𝑒 0,3 (10) = 0,023 . 1864620,97 0,8 1,6 0,3
=  2750,65
Sehingga  nilai heat  transfer  coefficient pada  bagian tube dapat  dihitung  dengan persamaan (11) [12].
ℎ 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 𝑁𝑢 𝑡𝑢𝑏𝑒 .  𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 (11)
= 2750,65 .  0,082 0,04 =  5638,83 𝑊/𝑚 2 𝐾
B. Shell Heat Transfer Coefficient Langkah perhitungan heat transfer coefficient pada  bagian shell sebenarnya sama  saja  dengan  langkah  perhitungan  di bagian tube .  Namun  ada  satu  perbedaan pada bagian diameternya yang menggunakan  diameter  hidrolik.  Referensi [13]  menyatakan  bahwa  diameter  hidrolik mewakili panjang karakteristik yang
didefinisikan  sebagai  ukuran  penampang dari  bentuk  yang  ditentukan.  Pada double- pipe  heat  exchanger ,  diameter  hidrolik diilustrasikan pada Gambar 5 di bawah ini.
Sumber : [13]
Gambar 5. Ilustrasi Diameter Hidrolik pada Double-Pipe Heat Exchanger
Diameter  hidrolik  pada  penelitian  ini dihitung  dengan  cara  membagi  4  kali  luas permukaan heat exchanger dengan kelilingnya, lebih lanjut diperlihatkan pada persamaan (12) di bawah ini
𝑑 ℎ = 4𝐴 𝑃 = 4 . 𝜋 4 .  ( 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑖 2 −  𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 2 ) 𝜋 (𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑖 + 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 ) (12) = 4 . 𝜋 4 .  ( 0,055 2 −  0,04 2 ) 𝜋 (0,055 + 0,04 ) =   0,015 𝑚
Di mana pada persamaan tersebut, diameter  hidrolik 𝑑 ℎ ,  diameter  bagian dalam tube 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 ,  dan  diameter  bagian dalam shell 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑖 dalam satuan m. Untuk langkah  perhitungan  selanjutnya  sama dengan proses pada bagian tube , menggunakan  persamaan  (5)  sampai  (11) dengan variabelnya saja yang disesuaikan.
𝐴 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 = 1 4 . 𝜋 .  𝑑 ℎ 2 = 1 4 . 𝜋 .  0,015 2 =   0,00017 𝑚 2 v  = 𝑚̇ 𝑎𝑖𝑟 𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 = 9,67 995,28 =  0,0097 𝑚 3 /𝑠 𝑣 𝑎𝑖𝑟 = v 𝐴 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙
= 0,0097 0,00017 =   57,05 𝑚/𝑠
𝑅𝑒 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 = 𝜌 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 .  𝑣 𝑎𝑖𝑟 .  𝑑 ℎ 𝜇 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟
= 995,28 .  57,05 .  0,015 0,779 x 10 −3 =  1093338,71
𝑃𝑟 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 = 𝜇 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 .  𝑐 𝑝 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟
= 0,779x 10 −3 .  4,1799 x 10 3 0,61593 =  5,28 𝑁𝑢 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 = 0,023 𝑅𝑒 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 0,8 𝑃𝑟 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 0,3
= 0,023 . 1093338,71 0,8 .  5,28 0,3
= 2567,56 ℎ 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 = 𝑁𝑢 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 .  𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑖
= 2567,56 .  0,61593 0,015 =  105429,14 𝑊/𝑚 2 𝐾
C. Overall Heat Transfer Coefficient Nilai  dari overall  heat  transfer  coefficient dapat  dihitung  dengan  menggunakan persamaan (13) [14].
1 𝑈 = 1 ℎ 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 + 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑜 .  𝑙𝑛( 𝑑𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑜 𝑑𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 ) 𝑘 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 + 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑜 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 . 1 ℎ 𝑡𝑢𝑏𝑒 (13)
Pada  persamaan  tersebut, Overall  heat transfer  coefficient 𝑈 dinyatakan  dalam satuan  W/m 2 K. Heat  transfer  coefficient pada  bagian tube ℎ 𝑡𝑢𝑏𝑒 dan  pada  bagian shell ℎ 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 dinyatakan  dalam  satuan W/m 2 K,  konduktivitas  termal  aliran  fluida 𝑘 dalam  satuan  W/mK,  diameter  bagian luar shell 𝑑 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑜 dan  diameter  bagian dalam tube 𝑑 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑖 keduanya  dinyatakan dalam satuan m. Maka :
1 𝑈 = 1 105429,14 + 0,155 .  𝑙𝑛( 0,155 0,04 ) 55 +
0,155 0,04 . 1 5638,83 =   0.0026 𝑈  =  221,53 𝑊/𝑚 2 𝐾
jika  persamaan  (14)  digunakan  untuk membandingkan hasil overall heat transfer coefficient dari  hasil  perhitungan  dengan
hasil  asumsi  berdasarkan  Tabel  4,  maka deviasi yang diperoleh sebesar :
% 𝐷𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖  = | 𝑈 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 − 𝑈 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖
𝑈 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 |  𝑥 100% (14)
=   | 221,53− 300
300 | 𝑥 100%   =  26,15%
Dari  hasil  tersebut  menandakan  bahwa overall  heat  transfer  coefficient dari  hasil hitung manual dan dari asumsi berdasarkan yang  dikemukakan  oleh  referensi  [8], memiliki deviasi
sebesar
26,15%.
Selanjutnya adalah membandingkan antara overall  heat  transfer  coefficient dari  hasil hitung manual dengan hasil otuput HTRI.

## Perancangan dengan Software HTRI
Perancangan double-pipe  heat  exchanger dengan  HTRI  dilakukan  dengan  cara memberi  input  yang  sesuai  dengan  kasus perancangan.  Berikut  merupakan  input- input yang diberikan pada software HTRI.
Gambar 6. Menu Input Data HTRI
Gambar 7. Input pada Menu Process
(a)

## (b)
Gambar 8. Input pada Menu Hot Fluid Properties (a), dan Cold Fluid Properties (b)

## Gambar 9. Input yang Diberikan pada Menu Geometry
Setelah  seluruh  data  diinput  ke software, langkah  berikutnya  adalah  melakukan proses running , sehingga akan menghasilkan report seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10. Dari  hasil  perancangan  tersebut  dapat diketahui  bahwa overall  heat  transfer coefficient yang  diperoleh  adalah  sebesar 213,38  W/m 2 K.  Dari  nilai  tersebut  jika dibandingkan dengan overall heat  transfer coefficient , dengan menggunakan persamaan  (15)  maka  diperoleh  deviasi sebesar :
% 𝐷𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖  =
| 𝑈 𝐻𝑇𝑅𝐼 − 𝑈 𝑃𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑈 𝑃𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 |  𝑥 100%
=   | 213,38− 221,53 221,53 | 𝑥 100%   =  3,67%

## Gambar 10. Report Perancangan HTRI
Berdasarkan  diagram  alir  perancangan pada  Gambar  4,  proses  perancangan terbagi menjadi dua metode yaitu perancangan  dengan  hitung  manual  dan perancangan  dengan software HTRI. Perancangan  dengan  hitung  manual  pada intinya  adalah  menghitung  nilai heat transfer  coefficient pada  bagian tube dan shell .  Untuk  mendapatkan  nilai heat transfer coefficient ini perlu dicari beberapa  variabel,  diantaranya  adalah
Reynolds  Number,  Prandtl  Number,  dan Nusselt  Number  dimana  Nusselt  Number ini menggunakan persamaan yang dikemukakan oleh Dittus dan Boelter pada tahun 1930 [11]. Setelah nilai heat transfer coefficient pada  bagian tube dan shell didapatkan,  kemudian  bisa  diperoleh  nilai overall  heat  transfer  coefficient yang singkatnya  adalah  gabungan  nilai heat transfer coefficient pada kedua bagian heat exchanger .  Sebelumnya  pada  perancangan ini  diasumsi  terlebih  dahulu  nilai overall heat transfer coefficient berdasarkan Tabel 4. Hasilnya ditentukan nilai asumsi overall heat  transfer  coefficient sebesar  300
W/m 2 K.  Kemudian  berdasarkan  hasil perhitungan  didapat  hasil overall  heat transfer coefficient sebesar 221,53 W/m 2 K, dimana  memiliki  deviasi  sebesar  26,15% dibandingkan  dengan  nilai overall  heat transfer  coefficient asumsi.  Hasil  deviasi ini dinilai baik, walaupun baru dibandingkan dengan informasi dari referensi. Kemudian hasil ini dibandingkan dengan  output  nilai overall  heat  transfer coefficient dari software HTRI,  dimana perbandingan kedua nilai tersebut merupakan  tujuan  utama  dari  penelitian ini. Perancangan dengan software HTRI dilakukan  dengan  cukup  mudah,  yaitu dengan  menginput  spesifikasi  dari  kasus perancangan  pada software tersebut.  Hasil running HTRI  memberikan  nilai overall heat  transfer  coefficient sebesar  213,58 W/m 2 K,  yang  mana  jika  dibandingkan dengan  hasil  dari  hitung  manual,  deviasi yang  diperoleh  sebesar  3,67%.  Hasil deviasi  ini  dinilai  sangat  baik  dikarenakan sudah  jauh  dibawah  nilai  yang  ditargetkan pada penelitian ini, yaitu ≤  30% .

## 4. SIMPULAN
Dari  penelitian  ini  dapat  disimpulkan bahwa overall  heat  transfer  coefficient yang  dihasilkan  dari  perancangan  hitung manual sebesar 221,53 W/m 2 K. Kemudian
overall  heat  transfer  coefficient yang dihasilkan  dari software HTRI  yaitu sebesar  213,58  W/m 2 K.  Kedua  nilai  ini jika dibandingkan memiliki deviasi sebesar 3,67%.  Dari  hasil-hasil  penelitian  ini  juga dapat  dikatakan  bahwa  HTRI  sebagai software penunjang  sangat  membantu sebagai  alat  validasi  dan  pelengkap  pada proses perancangan heat exchanger .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Septian,  Bary,  P.D  Rey,  dan  A.  Aziz.
"Desain  dan  Rancang  Bangun  Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) Jenis Shell dan Tube." Baut dan
Manufaktur ,  vol.  3,  no.  01,  2021,  pp.
52-60.
[2] M.J.  Moran,  H.N  Shapiro,  D.D Boettner, and M.B Bailey. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons, 2010.
[3] S.M.  Ghiaasiaan. Two-Phase  Flow, Boiling, and Condensation: In Conventional  and  Miniature  Systems. Cambridge University Press, 2017.
[4] N. Putra. Alat Penukar Kalor .
Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia, 2012.
[5] O.  Arsenyeva,  J.  Tran,  M.  Piper,  and E.  Kenig.  "An  Approuch  for  Pillow Plate  Heat  Exchangers  Design  for Single  Phase  Application" Applied Thermal  Engineering ,  vol.  147,  2019,
pp. 579-591 .
[6] Bakar,  R.Y  Halim,  dan  E.  Nurfiman. "Analisis  Jenis  Cairan  Pendingin Terhadap  Laju  Perpindahan  Kalor Pada  Sistem  Pendingin  Radiator." Jurnal  Ilmiah  Sains,  Teknologi  dan Rekayasa , vol. 2, no. 1, 2022.
[7] Lemmon,  W.  Eric.  "Nist  Standard Reference  Database  23:  Reference Fluid  Thermodynamic  and  Transport Properties-Refprop, Version 10.0,
ational  Institute  of  Standards  and Technology." Standard Reference
Data Program, Gaithersburg , 2018.
[8] G.  Towler  and  R.  Sinnott. Chemical
Engineering Design: Principles, Practice  and  Economics  of  Plant  and Process Design . Butterworth- Heinemann, 2021. [9] S.I.  Benton  and  M.R.  Visbal  .  "The Onset  of  Dynamic  Stall  at  a  High, Transitional Reynolds Number."
Journal of  Fluid Mechanics , vol.  861, 2019, pp. 860-885.
[10] K.T.  Lau,  S.  Ahmad,  C.K.  Cheng, S.A.  Kahn,  C.M.  Eze,  and  J.  Zhao "Review  on  Supercritical  Fluids  Heat
Transfer  Correlations,  Part  I:  Variants of Fundamental Dimensionless Variables." Heat Transfer Engineering , 2023, pp. 1-17.
[11] X.  Wang,  M.  Yang,  Z.  Li,  Z.  Wang, and  Y.  Zhang.  "Correlation  for
Turbulent Convection Heat Transfer in Elliptical Tubes by Numerical
Simulations." International  Journal of Heat  and  Mass  Transfer ,  vol.  41,  no. 4-5, 1998, pp. 809-810.
[12] Y.A  Cengel,  and  A.J.  Ghajar. Heat and  Mass  Transfer:  Fundamentals  & Applications,  Fifth  Edition. 5  edition,
McGraw-Hill Education, 2015.
[13] A.  Syuhada,  R.  Sary,  dan  Z.
Zakirullah. "Pengaruh Diameter
Hidrolik  Terhadap  Perpindahan  Panas Kolektor  Surya  Belokan  Tajam." Jurnal  Teknik  Mesin  Unsyiah ,  vol.  7, no. 2, 2019, pp. 38-42.
[14] S.  Siahaan.  "Pengaruh  Baffle  Cut terhadap Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh  dan  Penurunan  Tekanan Sebagai  Unjuk  Kerja  Alat  Penukar Kalor  Shell  and  Tube  Susunan Segitiga." Jurnal  Ilmiah  Core  IT: Community Research Information
Technology , vol. 10, no. 2, 2022.