## PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN FAKTOR GESEKAN PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN SISIPAN PITA TERPILIN BERLUBANG
Tri Istanto 1 , Wibawa Endra Juwana 1
1 Lab. Perpindahan Panas & Termodinamika Jurusan Teknik Mesin, Fak.Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta
Jl. Ir. Sutami 36A, Kentingan Surakarta 57126 Telp/Fax. (0271) 632163 E-mail : triis_meuns2000@yahoo.com

## Abstrak
Penelitian ini dilakukan untuk menguji  karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik saluran annular dengan sisipan pita terpilin klasik dan sisipan pita  terpilin  berlubang.  Seksi  uji  berupa  penukar  kalor  pipa  konsentrik  satu  laluan  dengan  pipa dalam  dan  pipa  luar  terbuat  dari  aluminium.  Dimensi  pipa  luar;  diameter  luar  21,87  mm  dan diameter dalam 20,67 mm, dan dimensi pipa dalam; diameter luar 15,84 mm dan diameter dalam 14,34    mm.  Panjang  penukar  kalor  2.000  mm  dan  jarak  pengukuran  penurunan  tekanan  di  pipa dalam 2.010 mm. Aliran di pipa dalam dan di annulus adalah berlawanan arah. Fluida kerja yang digunakan  adalah  air  panas  di  pipa  dalam  dimana  temperatur  masukannya  dipertahankan  pada 60 o C,  dan  air  dingin  di  annulus  dengan  temperatur  masukan  pada  ±  28 o C.  Sisipan  pita  terpilin klasik dan sisipan pita terpilin berlubang masing-masing dengan nilai rasio pilinan 4,0 terbuat dari bahan  aluminium  strip  dengan  tebal  0,76  mm,  lebar  12,61  mm  yang  dipuntir  membentuk  pilinan dengan panjang pitch sebesar 50,35 mm. Sisipan pita terpilin berlubang divariasi dengan  diameter lubang  berturut-turut  sebesar  4  mm  dan  6,5  mm,  dimana  jarak  antar  pusat  lubang  sebesar  4  cm. Sisipan pita terpilin   dipasang di pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik.  Hasil penelitian menunjukkan  bahwa  pada  bilangan  Reynolds  yang  sama,  penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik dan  sisipan  pita  terpilin  berlubang  dengan  diameter  lubang  4  mm  dan  6,5  mm  di  pipa  dalam menaikkan bilangan Nusselt rata-rata berturut-turut sebesar 79,20%, 68,7% dan 57,8% dari pipa dalam tanpa sisipan pita terpilin (plain tube). Pada daya pemompaan yang sama, bilangan Nusselt rata-rata  di  pipa  dalam  dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin  berlubang  dengan  diameter  6,5 mm  menurun  sebesar  1,62%,  sedangkan  penambahan  sisipan  pita  terpilin  berlubang  diameter  4 mm  dan  sisipan  pita  terpilin  klasik  berturut-turut  menaikkan  bilangan  Nusselt  rata-rata  sebesar 3,2% dan 5,84% dari plain tube. Pada bilangan Reynolds yang sama, nilai faktor gesekan rata-rata di pipa dalam dengan penambahan  sisipan pita terpilin klasik  dan sisipan pita terpilin berlubang dengan  diameter  lubang  4  mm  dan  6,5  mm  berturut-turut  meningkat  sebesar  339,25%,  298,49% dan  269,6%  dari  plain  tube. Pada  daya  pemompaan  yang  sama,  faktor  gesekan  rata-rata  di  pipa dalam dengan penambahan  sisipan pita terpilin klasik  dan sisipan pita terpilin berlubang  dengan diameter  lubang  4  mm  dan  6,5  mm  berturut-turut  meningkat  sebesar  485,39%,  416,48  %  dan 362,72% dari faktor gesekan plain tube.
Kata kunci : bilangan  Nusselt,  bilangan  Reynolds,  faktor  gesekan,    sisipan  pita  terpilin berlubang,

## Abstract
This  research  was  conducted  to  examine  the  characteristics  of  heat  transfer  and  friction factor in the annular channel concentric tube heat exchanger with a classic twisted tape insert and perforated twisted tape inserts. Test section was the single pass concentric tube heat exchanger with inner tube and outer tube made of aluminum. Dimensions of outer tube; outer diameter of 21.87 mm
and  inner  diameter  of  20.67  mm,  and  dimensions  of  inner  tube,  outer  diameter  of  15.84  mm  and inner diameter of 14.34 mm. The length of heat exchanger was 2,000 mm and the length of pressure drop  measurement  in  the  inner  tube  was  2,010  mm.  Flows  in  the  inner  tube  and  in  annulus  was counter  flow.  Working  fluid  in  the  inner  tube  was  hot  water  which  its  inlet  temperature  was maintained  at  60°C,  whereas  in  the  annulus  was  cold  water  at  28 o C.  Both  of  classic  twisted  tape insert and perforated twisted tape insert with a twist ratio of 4.0 were made of aluminum strips with a thickness of 0.76 mm and width of 12.61 mm which it was twisted so forming twist with the length of pitch was 50.35 mm. Perforated twisted tape inserts were varied with holes diameter of 4 mm and 6.5  mm,  respectively,  where  the  distance  between  the  center  holes  of  4  cm.  Twisted  tape  insert installed  in  the  inner  tube  of  the  concentric  tube  heat  exchanger. The  results  showed  that  at  the same Reynolds number, the addition of classic twisted tape insert and perforated twisted tape insert with holes diameter of 4 mm and 6,5 mm in the inner tube increasing the average Nusselt numbers were  79,20%,  68,7%,  and  57,8%    than  the  inner  tube  without  a  twisted  tape  insert  (plain  tube), respectively.  At  the  same  pumping  power,  the  average  Nusselt  number  in  the  inner  tube  with  the addition of perforated twisted tape inserts with holes diameter of 6.5 decreased 1.62%, whereas the addition of perforated twisted tape inserts with holes diameter of 4 mm classic twisted tape inserts increased  the  average  Nusselt  number  were  3.2%  and  5,84%  compared  with  plain  tube, respectively.  At  the  same  Reynolds  number,  the  addition  of  classic  twisted  tape  inserts  and perforated twisted tape insert with holes diameter of 4 mm and 6,5 mm in the inner tube increased the  average  friction  factor  339.25%,  298.49%  and  269.6%  than  plain  tube,  respectively.  At  the same pumping power, the addition of classic twisted tape inserts and perforated twisted tape insert with  holes  diameter  of  4  mm  and  6.5  mm  in  inner  tube  increased  the  average  friction  factor 485.39%, 416.48 % and 362.72% than plain tube, respectively.
Keywords : Nusselt number, Reynolds number, friction factor, perforated twisted tape insert

## PENDAHULUAN
Penukar  kalor  ( heat  exchanger )  adalah sebuah alat yang digunakan untuk memindahkan  panas  antara  dua  atau  lebih fluida.  Perkembangan  alat  penukar  kalor menuju  keringkasan  ukuran,  tetapi  dengan kemampuan pertukaran kalornya yang semakin meningkat.  Perbaikan  peningkatan  kuantitas laju  perpindahan  panas  dari  semua  jenis penukar  kalor  telah  diaplikasikan  dalam  dunia industri, diantaranya dalam: proses pengambilan  panas  kembali  ( heat  recovery processes ),  pendingin  udara  dan  sistem refrigerasi,  dan  reaktor-reaktor  kimia.  Sampai saat ini beberapa teknik peningkatan perpindahan  panas  pada  penukar  kalor  telah banyak dikembangkan.
Efektivitas perpindahan panas dari sebuah penukar kalor dipengaruhi oleh banyak hal,  salah  satunya  adalah  jenis  aliran  dalam pipa  penukar  kalor.  Aliran  yang  turbulen diketahui  memiliki  nilai  perpindahan  panas yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan  jenis aliran laminar. Dengan meningkatkan turbulensi  aliran  fluida  dalam  pipa  penukar
kalor,  diharapkan  koefisien  perpindahan  panas konveksinya  akan  meningkat.  Salah  satu  cara untuk  meningkatkan  turbulensi  aliran  fluida dalam  pipa  penukar  kalor  adalah  dengan menggunakan  sisipan  ( insert ),  yaitu  isian material  yang  dapat  membuat  aliran  di  dalam pipa  penukar  kalor  menjadi  lebih  turbulen.  Di sisi lain, semakin turbulen sebuah aliran fluida maka penurunan tekanan ( pressure drop ) yang terjadi  antara  sisi  masuk  dan  sisi  keluar  dari aliran fluida tersebut semakin besar.
Penurunan  tekanan  berpengaruh  pada besarnya  energi  yang  harus  diberikan  pompa atau  fan  untuk  mengalirkan  fluida  dalam penukar  kalor  atau  disebut  daya  pemompaan ( pumping  power ).  Semakin  besar  penurunan tekanan, maka semakin besar daya pemompaan yang  diperlukan.  Penurunan  tekanan  fluida mempunyai hubungan langsung dengan perpindahan  panas  dalam  penukar  kalor, operasi,  ukuran,  dan  faktor  –  faktor  lain, termasuk  pertimbangan  ekonomi.  Oleh  sebab itu  peningkatan  koefisien  perpindahan  panas konveksi  dengan  meningkatkan  turbulensi aliran  fluida  dalam  pipa  penukar  kalor  harus
dikaitkan  dengan  besarnya  penurunan  tekanan yang  dihasilkan.  Efektivitas  optimum  dari modifikasi ini adalah nilai koefisien perpindahan panas konveksi yang tinggi diikuti dengan  kenaikan  penurunan  tekanan  yang minimum.
Salah  satu  jenis  sisipan  yang  banyak digunakan  untuk  meningkatkan  perpindahan panas  dalam  sebuah  penukar  kalor  adalah sisipan  pita  terpilin  ( twisted  tape  insert ).  Pipa penukar kalor dengan penambahan sisipan pita terpilin telah digunakan secara luas sebagai alat pemutar aliran secara kontinyu untuk meningkatkan laju perpindahan panas. Penambahan sisipan pita terpilin dalam sebuah pipa  penukar  kalor  merupakan  metode  pasif, dimana  tidak  memerlukan  tambahan  energi dari luar. Sisipan pita terpilin sering digunakan dalam  penukar  kalor  karena  harganya  murah, perawatannya mudah, dan ringkas.
Banyak peneliti yang menyelidiki tentang peningkatan  perpindahan  panas  pada  sebuah pipa  atau    pada  penukar  kalor  menggunakan sisipan  pita  terpilin.  Sarma  et  al  (2002) menyelidiki pendekatan
baru untuk memprediksi  koefisien  perpindahan  panas konveksi dalam sebuah pipa dengan penambahan sisipan  pita  terpilin untuk berbagai perbandingan nilai pitch dan diameter. Naphon
(2006) menyelidiki karakteristik perpindahan panas dan penurunan tekanan pada penukar kalor pipa ganda dengan dan  tanpa  sisipan  pita  terpilin.  Noothong  et  al (2006)  menyelidiki  pengaruh  penambahan sisipan  pita  terpilin terhadap  karakteristik perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  dalam sebuah  penukar  kalor  pipa  konsentrik.  Rahimi et al (2009) menyelidiki karakteristik perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  pada penukar  kalor  dengan  penambahan classic, perforated,  notched dan jagged  twisted  tape insert. Ahamed    et  al  (2007)  menyelidiki perpindahan panas aliran turbulen pada sebuah pipa  dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin berlubang. Istanto  et  al  (2011)  menyelidiki karakteristik  perpindahan  panas  dan  faktor gesekan  pada  penukar  kalor  pipa  konsentrik dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin panjang  setengah  penuh  dan  panjang  penuh. Istanto  et  al  (2011)  menyelidiki  karakteristik perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  pada penukar  kalor  pipa  konsentrik  saluran  persegi
dengan penambahan sisipan pita terpilin  klasik dan berlubang. Istanto et al (2011) menyelidiki pengaruh  rasio  pilinan  ( twist  ratio )  terhadap karakteristik  perpindahan  panas  dan  faktor gesekan  pada  penukar  kalor  pipa  konsentrik dengan penambahan sisipan pita terpilin.
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  menguji karakteristik  perpindahan  panas  dan  faktor gesekan  pada  penukar  kalor  pipa  konsentrik dengan  geometri  pipa  dalam  ( inner  tube )  dan pipa  luar  ( outer  tube )  adalah annular dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik  dan sisipan pita terpilin berlubang di pipa dalam.

## METODE PENELITIAN
Skema alat pengujian karakteristik perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  pada penukar kalor pipa konsentrik dengan penambahan sisipan pita terpilin di pipa dalam dapat  dilihat  pada  gambar  1.  Peralatan penelitian  terdiri  dari  3  sistem,  yakni  sistem pengukuran,  sistem  lintasan  pipa  dalam,  dan sistem  lintasan annulus .  Lintasan  aliran  air panas  di  pipa  dalam  adalah  sebuah  lintasan tertutup.  Air  panas  yang  berada  di  tangki  air panas  digerakkan  oleh  pompa  air,  mengalir melewati pipa dalam dan kembali ke tangki air panas.  Lintasan  aliran  air  dingin  di annulus adalah  lintasan  terbuka.  Aliran  air  dingin menggunakan metode gravitasi, yaitu aliran air dingin  berasal  dari  tangki  air  dingin  yang diletakkan  di  pada  ketinggian  tertentu.  Air dingin  yang  keluar  dari annulus langsung dibuang.
Skema  seksi  uji  dapat  dilihat  pada gambar  2.  Penukar  kalor  berupa  pipa konsentrik satu laluan dengan arah aliran-aliran fluida  melalui  pipa  dalam  dan annulus berlawanan  arah  ( counter  flow ).  Pipa  dalam dan  pipa  luar  terbuat  dari  aluminium,  dengan panjang  berturut-turut  2.300  mm  dan  1.940 mm.  Dimensi  pipa  luar;  diameter  luar  21,87 mm  dan  diameter  dalam  20,67  mm,  dan dimensi  pipa  dalam;  diameter  luar  15,84  mm dan  diameter  dalam  14,34    mm.  Panjang penukar kalor 2.000 mm dan jarak pengukuran beda tekanan di pipa dalam 2.010 mm. Ukuran celah annulus 2,42  mm  dengan  diameter hidrolik  4,83  mm.  Panjang  pengukuran  beda tekanan  di  pipa  dalam  2.002  mm.  Pengujian dilakukan dengan arah penukar kalor mendatar.
Temperatur  masukan  air  panas  melalui  pipa dalam dijaga konstan 60 o C, sedangkan temperatur  masukan  air  dingin  di annulus
adalah ± 28 o C.
Gambar 1. Skema alat uji penukar kalor pipa konsentrik dengan sisipan pita terpilin
Gambar 2.Skema penukar kalor pipa konsentrik
Termokopel  tipe  K  digunakan  untuk mengukur  temperatur  air  panas  masuk  dan keluar  pipa  dalam,  temperatur  dinding  luar pipa  dalam,  dan  temperatur  air  dingin  masuk dan  keluar annulus .  Pengukuran  temperatur dinding  luar  pipa  dalam  sebanyak  10  titik, seperti  terlihat  pada  gambar  3.  Penelitian
dilakukan  dengan  menvariasi  laju  aliran  air panas  di  pipa  dalam,  sedangkan  laju  aliran  air dingin  di annulus dijaga  konstan.  Laju  aliran air  panas  di  pipa  dalam  diukur  dengan flowmeter .  Temperatur  air  panas  masukan  ke pipa  dalam  dijaga  konstan  60 o C,  dengan menggunakan  pemanas  air  elektrik  yang
dikontrol  dengan thermocontroller .  Penelitian dilakukan untuk pipa dalam dari penukar kalor pipa konsentrik tanpa penambahan  sisipan pita terpilin  ( plain  tube )  dan  pipa  dalam  dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik  dan sisipan  pita  terpilin  berlubang.  Pengukuran
beda  tekanan  di  pipa  dalam  menggunakan manometer  pipa  U  dengan  fluida  manometer adalah  air.  Data  yang  dipakai  untuk  analisa adalah  data  pada  saat  sistem  penukar  kalor mencapai kondisi tunak.
Gambar 3. Letak termokopel-termokopel di seksi uji
Sisipan  pita  terpilin  klasik  dibuat  dari aluminium  strip  dengan  tebal  0,76  mm  dan lebar 12,61 mm yang dipuntir sedemikian rupa sehingga  membentuk  sebuah  pilinan  yang mempunyai panjang pitch 50,35 mm dan  rasio pilinan  sebesar  4,0.  Sedangkan  sisipan  pita terpilin  berlubang  dibuat  dari  material  dan ukuran  yang  sama  dengan  sisipan  pita  terpilin klasik,  dengan  panjang pitch 50,35  mm  dan rasio  pilinan  4,0  dimana  divariasi  ukuran diameter  lubang    sebesar  6,5  mm  dan  4  mm. Sisipan  pita  terpilin  dipasang  di  pipa  dalam dari penukar kalor pipa konsentrik. Sisipan pita terpilin  klasik  dan  berlubang  yang  digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4.

## (a)

## (b)
(c)
Gambar 4. Sisipan pita terpilin; (a) klasik; (b) berlubang dengan diameter lubang 4 mm; (c) berlubang dengan diameter lubang 6,5 mm

## Perhitungan Perpindahan Panas
Untuk  aliran-aliran  fluida  dalam  sebuah penukar  kalor  pipa  konsentrik,  seperti  terlihat pada gambar 1, laju perpindahan panas dari air panas di pipa dalam dapat dinyatakan sebagai :
Q h = .C p,h .(T h,in – T h,out ) (1)
Laju  perpindahan  panas  ke  air  dingin  di annulus
Q c = .C p,c .(T c,out – T c,in ) (2)
Q c = h o . A o . ( – T b,o ) (3)
Perbedaan  besar  laju  perpindahan  panas dari  persamaan  (1)  dan  (2,3)  menunjukkan kesalahan  keseimbangan  energi  ( heat  balance error )  dari  penukar  kalor,  dimana  dapat diabaikan  jika  penukar  kalor  diisolasi  dengan baik.
Q loss =  | Q h - Q c | (4)
Dalam  penelitian  ini  penukar  kalor  diisolasi dengan baik sehingga persentase Q loss ≤ 10%. Koefisien  perpindahan  panas  konveksi rata-rata  di annulus dapat  ditentukan  dari persamaan (2) dan (3) :
    0 , 0 , 0 , , 0 . . . b w in c out c p c T T A T T C m h    (5)
Laju  perpindahan  panas  pada  persamaan (1) dapat juga dinyatakan dengan menggunakan parameter koefisien perpindahan panas overall berdasarkan  permukaan  dalam pipa dalam :
Q h =  U i .A i .  T LMTD (6)
Koefisien  perpindahan  panas overall U i , pada  penukar  kalor  pipa  konsentrik  ini dinyatakan dengan :
           0 0 0 . . 2 / ln . 1 1 h d d k d d d h U i i i i i i (7) Dari persamaan (1) dan (6), maka nilai U i dapat dihitung :
  LMTD i out h in h p h i T A T T C m U    . . . , , (8)
Dengan diperoleh nilai h o dari persamaan (5)  dan  U i dari  persamaan  (8),  maka  koefisien perpindahan  panas  konveksi  rata-rata  di  pipa dalam, h i , dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
           0 0 0 . . 2 / ln . 1 1 h d d k d d d U h i i i i i i (9) Bilangan Nusselt rata-rata di pipa dalam, Nu i , dapat dihitung dengan persamaan :
i i i i k d h Nu .  (10)
Bilangan  Reynolds  (Re)  aliran  air  panas di pipa dalam, dihitung dengan persamaan :
  i d V . . Re  (11)
Perhitungan  Faktor  Gesekan  ( Friction Factor )
Penurunan  tekanan  (  P)  yang  terjadi pada aliran air di pipa dalam ditentukan dengan manometer  pipa  U.  Faktor  gesekan  dihitung menggunakan persamaan :
              2 . 2 . V D L P f i h t 
(12)
Jika  P  telah  diketahui,  maka  daya pemompaan, dapat ditentukan dari :
(13)
Unjuk  kerja  termal  didefinisikan  sebagai perbandingan  antara  koefisien  perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  dengan koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di  pipa dalam  tanpa  sisipan  pita  terpilin  ( plain tube ) pada daya pemompaan yang sama.
pp p s h h           (14)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a.  Validasi  Karakteristik  Perpindahan Panas Dan Faktor Gesekan Di Plain Tube Dilakukan
validasi
karakteristik
perpindahan panas (Nu) dan faktor gesekan ( f ) pada  pipa  dalam  dari  penukar  kalor  pipa konsentrik  tanpa  sisipan  pita  terpilin ( plain tube )  dengan  korelasi-korelasi    empirik  untuk perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  yang telah  ada.  Karakteristik    perpindahan  panas dari plain  tube dibandingkan  dengan  korelasi Gnielinski,  Petukhov  dan  Dittus  Boelter, sedangkan  untuk  karakteristik  faktor  gesekan dibandingkan dengan persamaan Blasius.
Dari  gambar  5,  penyimpangan  rata-rata nilai aktual Nu i dari plain tube dengan korelasi Dittus-Boelter sebesar 24,57%, dengan korelasi Gnelienski  sebesar  7,3%,  dan  dengan  korelasi Petukhov  sebesar  5,6%.  Penyimpangan  rata- rata  nilai  Nu i dibandingkan  dengan  korelasi Gnelienski dan Petukhov cukup kecil, sehingga nilai  Nu i aktual  di plain  tube adalah  valid. Korelasi  Dittus–Boelter  mempunyai  akurasi  ± 25%  (Incropera,  2006), sehingga  nilai  aktual Nu i di plain tube adalah valid. Gambar 5. Hubungan Nu dengan Re untuk plain tube
Gambar 6. Hubungan f dengan Re untuk plain tube
Dari  gambar  6,  nilai f dari plain  tube menyimpang  rata-rata  sebesar  11,09%  dari persamaan Blasius. Nilai penyimpangan f rata- rata  ini  cukup  kecil,  sehingga  data  aktual f di plain tube adalah valid.

## b.  Karakteristik  Perpindahan  Panas  Pada Bilangan Reynolds Yang Sama
Karakteristik  perpindahan  panas  dari penukar  kalor  pipa  konsentrik  ini  dapat  dilihat
pada gambar 7.
Gambar 7. Grafik hubungan Nu i dengan Re Manglik dan Bergles (1993) mengembangkan  korelasi  untuk  sisipan  pita terpilin  klasik  di  pipa  bundar  dalam  daerah turbulen  dan  valid  untuk  temperatur  dinding konstan  dan  fluks  kalor  konstan.  Dari  hasil pengujian, nilai bilangan Nusselt rata-rata pipa dalam dengan penambahan sisipan pita terpilin klasik  dan  sisipan  pita  terpilin  berlubang dengan diameter lubang 4 mm dan 6,5 mm jika dibandingkan  dengan  korelasi  Manglik  – Bergles  memiliki  penyimpangan  rata-rata berturut-turut  sebesar  14,78%,  8,16%,  dan 2,25%.  Nilai  penyimpangan  ini  cukup  kecil sehingga  data  nilai  Nu  di  pipa  dalam  dari penukar  kalor  pipa  konsentrik  dengan  sisipan pita terpilin adalah valid. Fenomena ini serupa dengan  penelitian  Murugesan  (2009)  yang membandingkan  data  penelitiannya    dengan korelasi Manglik-Berges, dan diperoleh penyimpangan sebesar ±10%. Dari  gambar  7  dapat  dilihat  bahwa dengan  semakin  besar  Re,  maka  Nu i rata-rata akan  semakin  naik.  Kenaikan  Nu i berarti  juga terjadi  kenaikan  perpindahan  panas  yang terjadi di pipa dalam.  Hal ini  terjadi untuk   ke semua  kasus,  yaitu  untuk plain  tube ,  dan  pipa dalam dengan penambahan sisipan pita terpilin. Dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin  di pipa  dalam  maka  dapat  digunakan  untuk memutar aliran secara kontinyu dari sisi masuk sampai  sisi  keluar  penukar  kalor.  Hal  ini berfungsi  untuk  menambah  panjang  aliran  di pipa  dalam,  mengurangi  tebal  lapis  batas termal,  dan  meningkatkan  percampuran  antara aliran  inti  dengan  aliran  dekat  dinding  pipa dalam.
Pada bilangan Reynolds  yang sama, pipa
dalam  dari  penukar  kalor  pipa  konsentrik dengan  sisipan  pita  terpilin  klasik  bilangan Nusselt    rata-rata  meningkat  79,20  % dibandingkan  dengan plain  tube .  Sedangkan dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin diameter  lubang  4  mm  dan  6,5  mm  kenaikan bilangan Nusselt rata-rata berturut-turut sebesar  68,7%  dan  57,8%  dibandingkan dengan plain  tube .  Penambahan  sisipan  pita terpilin  klasik  di  pipa  dalam  menghasilkan peningkatan  perpindahan  panas  yang  lebih besar  daripada  sisipan  pita  terpilin  berlubang. Hal  ini  disebabkan  karena  pada  sisipan  pita terpilin  berlubang  aliran  di  bagian  tengah tengah  tidak  berputar  sebagai  akibat  dari adanya lubang yang menyebabkan berkurangnya  aliran  berputar  ( swirl  flow ) sehingga  mengurangi  perpindahan  panas. Fenomena ini serupa dengan penelitian Rahimi dkk    (2009),  bahwa  dengan  penambahan sisipan  pita  terpilin  klasik  menghasilkan kenaikan  perpindahan  panas  yang  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  penambahan  sisipan  pita terpilin berlubang.

## c.  Karakteristik  Faktor  Gesekan  Pada Bilangan Reynolds Yang Sama
Penambahan  sisipan  pita  terpilin  di  pipa dalam  memberikan  tambahan  tahanan  aliran. Hal  ini  menimbulkan  P  yang  lebih  besar dibandingkan dengan plain tube . Kenaikan  P merugikan, karena meningkatkan daya pemompaan  untuk  mempertahankan  aliran  di pipa dalam dengan laju aliran volumetrik yang sama.  Grafik  pengaruh  Re  dan  penambahan sisipan  pita  terpilin  terhadap  nilai  P  di  pipa dalam dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Hubungan  P dengan Re
Gambar 9. Hubungan f dengan Re
Nilai  P dengan penambahan sisipan pita terpilin  klasik  meningkat  339,47%  dari plain tube ,  sedangkan  dengan  penambahan  sisipan pita  terpilin  berlubang  diameter  lubang  4  mm dan  6,5  mm  nilai  penurunan  tekanan  berturut- turut  meningkat  sebesar  298,7%  dan  270,17% dari plain  tube .  Penambahan  sisipan  pita terpilin  klasik  di  pipa  dalam  menghasilkan penurunan  tekanan  paling  besar  dibandingkan dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin berlubang dan plain tube . Hal ini terjadi karena kecepatan  radial  aliran  fluida  akibat  sisipan pita terpilin klasik lebih besar dari sisipan pita terpilin berlubang, dimana lubang pada sisipan pita  terpilin  berlubang  mengurangi  halangan aliran    sehingga  kecepatan  radial  aliran berkurang.
Karakteristik f di pipa dalam dapat dilihat pada  gambar  9.  Dari  gambar  9  dapat  dilihat bahwa  dengan  kenaikan  Re,  nilai f di  pipa dalam  dari  penukar  kalor  pipa  konsentrik semakin berkurang. Hal ini terjadi untuk plain tube maupun  pipa  dalam  dengan  penambahan sisipan  pita  terpilin.  Nilai f dari  pipa  dalam dengan  penambahan  sisipan  pita  terpilin mempunyai nilai yang lebih besar dibandingkan plain  tube .  Dengan  penambahan sisipan pita terpilin klasik, faktor gesekan rata- rata  pipa  dalam  dari  penukar  kalor  pipa konsentrik  meningkat  339,25%  dari  faktor gesekan plain  tube .  Sedangkan  dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  berlubang diameter  lubang  4  mm  dan  6,5  mm,  faktor gesekan  rata-rata  berturut-turut  meningkat 298,49%  dan  269,60%  dari  faktor  gesekan plain tube .

## d.  Karakteristik  perpindahan  panas  pada
daya pemompaan yang  sama
Pengaruh penambahan sisipan pita terpilin  di  pipa  dalam  terhadap  karakteristik perpindahan  panas  pada  daya  pemompaan yang sama dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10. Hubungan Nu i dengan Re pada daya pemompaan yang sama
Dari gambar 10, Nu i rata-rata untuk pipa dalam  dengan  sisipan  pita  terpilin  klasik  naik rata-rata 5,84% dibandingkan plain tube , untuk pipa  dalam  dengan  sisipan  pita  terpilin berlubang  diameter  lubang  4  mm  Nu i rata-rata naik  rata-rata  3,2%  dibandingkan plain tube ,sedangkan  untuk  pipa  dalam  dengan sisipan pita terpilin berlubang diameter lubang 6,5  mm  Nu i rata-rata  turun    rata-rata  1,62% dibandingkan plain tube .
e.  Karakteristik  faktor  gesekan  pada  daya pemompaan yang sama
Karakteristik f untuk  pipa  dalam  dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  pada  daya pemompaan  yang  sama  dapat  dilihat  pada gambar  11.  Dengan  penambahan  sisipan  pita terpilin di pipa dalam, menjadikan nilai f lebih besar  dibandingkan  dengan plain  tube .  Pada daya pemompaan yang sama, dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik f rata- rata  pipa  dalam  dari  penukar  kalor  pipa konsentrik  meningkat  485,39%  dari f plain tube .  Sedangkan  dengan  penambahan  sisipan pita  terpilin  berlubang  diameter  lubang  4  mm dan  6,5  mm f rata-rata  dari  pipa  dalam  dari penukar  kalor  pipa  konsentrik  berturut-turut meningkat  416,48  %  dan  362,72%  kali  lebih tinggi daripada f plain tube .
Gambar 11. Hubungan f dengan Re pada daya pemompaan yang sama
e. Karakteristik unjuk kerja termal (  )
Karakteristik  unjuk  kerja  termal  untuk pipa  dalam  dengan  penambahan  sisipan  pita terpilin  dapat  dilihat  pada  gambar  12.  Dari gambar  12,  dapat  dilihat  bahwa  penambahan sisipan  pita  terpilin  klasik  di  pipa  dalam menghasilkan  yang  lebih  baik  dibandingkan penambahan  sisipan  pita  terpilin  berlubang. Nilai  rata-rata pipa dalam dengan penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik  adalah 1,05  ,  sedangkan  penambahan  sisipan  pita terpilin  berlubang  diameter  lubang  4  mm,  rata-rata  sebesar  1,03.  Sedangkan  untuk penambahan  sisipan  pita  terpilin  diameter lubang  6,5  mm,  rata-rata  sebesar  0,98. Penambahan sisipan pita terpilin klasik di pipa dalam  menghasilkan  terbesar.  Fenomena  ini serupa  dengan  penelitian  Rahimi  dkk  (2009). Hal  ini  menunjukkan  bahwa  sisipan  pita terpilin  klasik  lebih  baik  sebagai  turbulator untuk  pipa  dalam  dari  penukar  kalor  pipa konsentrik  dalam  meningkatkan  perpindahan panas pada daya pemompaan yang sama.
Gambar 12. Hubungan  dengan Re

## KESIMPULAN
Penambahan sisipan pita terpilin klasik di pipa  dalam  dari  penukar  kalor  pipa  konsentrik saluran annular menghasilkan laju perpindahan kalor,  penurunan  tekanan,  faktor  gesekan  dan unjuk kerja termal yang lebih besar dibandingkan  dengan  penambahan  sisipan  pita terpilin  berlubang  untuk  keseluruhan  nilai bilangan  Reynolds.  Penambahan  sisipan  pita terpilin berlubang dapat menghasilkan penurunan tekanan yang lebih kecil dibandingkan  penambahan  sisipan  pita  terpilin klasik.  Nilai  unjuk  kerja  termal  untuk penambahan  sisipan  pita  terpilin  klasik  dan sisipan pita terpilin berlubang diameter lubang 4 mm di pipa dalam lebih besar dari 1,0, hal ini mengindikasikan bahwa pengaruh peningkatan perpindahan  panas  karena  sisipan  pita  terpilin lebih dominan dibandingkan pengaruh kenaikan  faktor  gesekan.  Sisipan  pita  terpilin klasik  lebih  baik  sebagai  turbulator  untuk meningkatkan  perpindahan  panas  daripada sisipan  pita  terpilin  berlubang,  sehingga  dapat digunakan  di  pipa  dalam  dari  penukar  kalor pipa konsentrik saluran annular untuk mengurangi ukuran penukar kalor.

## DAFTAR NOTASI
A i = luas permukaan dalam  pipa dalam (m 2 )
A o = luas permukaan luar pipa dalam
(m 2 ) C p,c = panas jenis air dingin di annulus
(kJ/kg. o C)
C p,h
= panas jenis air panas di pipa dalam (kJ/kg. o C) d i = diameter dalam pipa dalam (m)
d o = diameter luar pipa dalam (m)
f = faktor gesekan h i
= koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam (W/m 2 . o C)
h o
= koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di annulus (W/m 2 . o C) h p = koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam tanpa sisipan pita terpilin (W/m 2 . o C) h s = koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata di pipa dalam dengan sisipan
pita terpilin (W/m 2 . o C)
k i = konduktivitas termal rata-rata air
panas di pipa dalam (W/m. o C) L t
= panjang pengukuran penurunan tekanan di pipa dalam (m)
= laju aliran massa air dingin di annulus (kg/s) = laju aliran massa air panas di pipa
dalam (kg/s) Nu i
= bilangan Nusselt rata-rata di pipa
dalam Nu o = bilangan Nusselt rata-rata di annulus Q c
= laju perpindahan panas di annulus (W) Q h = laju perpindahan panas di pipa dalam (W) Q loss = kehilangan panas konveksi di pipa dalam (W) Re = bilangan Reynolds T b,o = temperatur bulk rata-rata di annulus ( o C) T c,in
= temperatur air dingin masuk annulus ( o C) T c,out = temperatur air dingin keluar annulus ( o C)
T h,in = temperatur air panas masuk pipa dalam ( o C) T h,out = temperatur air panas keluar pipa dalam ( o C)
= temperatur rata-rata dinding luar pipa dalam ( o C)
U i = koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan dalam  pipa dalam (W/m 2 . o C)
U o = koefisien perpindahan panas overall berdasarkan permukaan luar  pipa dalam (W/m 2 . o C) V = kecepatan rata-rata air panas di pipa dalam (m/s)
= laju aliran volumetrik air panas di pipa dalam (m 3 /s)
= daya pemompaan (W)

= densitas air panas di pipa dalam
(kg/m 3 )  = unjuk kerja termal
µ
= viskositas dinamik air panas di pipa dalam (kg/m.s)  P
= penurunan tekanan (Pa)
 T LMTD = beda temperatur rata-rata logaritmik ( o C)

## DAFTAR PUSTAKA
 1  Ahamed, J.U., Rashid Sarkar, M.A., Khan, M.H., Wased,  M.A.,  2007,  Heat  transfer  in  turbulent flow  through  tube  with  perforated  twisted  tape insert, Proceedings of the International
Conference on Mechanical Engineering
(ICME2007)  29-31  Desember  2007,  Dhaka, Bangladesh.
 2  Incropera,  Frank,  P.,  David  P.  De  Witt,  2007,
Fundamentals  of  Heat  and  Mass  Transfer ,  6 th
Edition, John Wiley & Sons  3  Istanto,  T.,  Juwana,  W.E.,  Yaningsih,  I.,  (2011), Pengujian  karakteristik  perpindahan  panas  dan faktor gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik dengan half  length dan full  length  twisted  tape insert , Prosiding Seminar Nasional Teknik  Mesin
6 ,  Universitas  Kristen  Petra  Surabaya,  16  Juni 2011.
 4  Istanto,  T.,  Juwana,  W.E.,  Yaningsih,  I.,  (2011),
Pengujian  karakteristik  perpindahan  panas  dan faktor gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik dengan classic  twisted  tape  insert dan perforated twisted  tape  insert , Prosiding  Seminar  Nasional Thermofluid  2011 ,  Jurusan  Teknik  Mesin  dan Industri  Fakultas  Teknik  UGM  Yogyakarta,  4-5 Oktober 2011  5  Istanto,  T.,  Juwana,  W.E.,  Yaningsih,  I.,  (2011), Pengaruh twist  ratio terhadap  karakteristik perpindahan  panas  dan  faktor  gesekan  pada penukar kalor pipa konsentrik dengan twisted tape insert ”, Prosiding  Seminar  Nasional  Teknoin 2011 ,  Fakultas  Teknologi  Industri  UII,  19 November 2011  6  Manglik,  R.  M.  and  Bergles,  A.  E.,  1993,  Heat transfer and pressure drop correlations for twisted tape  insert  in  isothermal  tubes.  Part  1:  laminar flows. Trans. ASME, J. Heat Transfer , ,Vol. 116, pp. 881–889.  7  Manglik,  R.  K.  and  Bergles,  A.  E.,  1993,  Heat transfer and pressure drop correlations for twisted- tape inserts in isothermal tubes: Part II: Transition and  turbulent  flows. Trans.  ASME,  J.  Heat Transfer , Vol. 115, pp.890–896.  8  Murugesan,  P,  Mayilsamy,  K.,  Suresh,  S., Srinivasan,  P.S.S.,  2009,  Heat  transfer  and pressure drop characteristics of turbulent flow in a tube fitted with trapezoidal-cut twisted tape insert,
International  Journal  of  Academic  Research ,  1, 123-128  9  Naphon, P., 2006, Heat transfer and pressure drop in  the  horizontal  double  pipes  with  and  without twisted tape insert, International Communications in Heat and Mass Transfer , Vol. 33, pp. 166–175
 10  Noothong,  W.,  Eiamsa-ard,  S.,    and  Promvonge, P.,  2006,  Effect  of  Twisted-tape  Inserts  on  Heat Transfer  in  a  Tube, The  2 nd Joint  International Conference  on  “Sustainable  Energy  and Environment (SEE 2006) , 21-23 November 2006, Bangkok, Thailand  11  Rahimi, Masoud, Sayed Reza Shabaniana, Ammar Abdulaziz  Alsairafib,  2009,  Experimental  and CFD  studies  on  heat  transfer  and  friction  factor characteristics  of  a  tube  equipped  with  modiﬁed twisted  tape  inserts, Chemical  Engineering  and Processing: Process Intensification , 48, 762–770.  12  Sarma,  P.K.,  Subramanyam,  T.,  Kishore,  P.S., Dharma  Rao,  V.,  Kakac,  S,  2002,  A  new  method to  predict  convective  heat  transfer  in  a  tube  with twisted tape inserts for turbulent flow, International  Journal  of  Thermal  Sciences ,  41,
955–960