## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
1 Jojo Sumarjo, 2 Ratna Dewi Anjani, 3 Aa Santosa
1, Program Studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
2, 3 Program Studi D3 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 jojosumarjo@gmail.com, 2 ratna_danjani@yahoo.com, 3 aa_santosa72@yahoo.com

## I. P ENDAHULUAN
Riset di PT. XXX Industri Tekstil Bandung berusaha untuk mengurangi  dampak  yang  terjadi  pada  lingkungan  sekitar, mengurangi ongkos produksi dalam energi untuk mengeringkan kain,  karena  itu  gas  buang  yang  dihasilkan  akan  dimanfaatkan untuk tujuan tersebut.  Secara teoritik efisiensi termal mesin Diesel optimalnya bisa dimanfaatkan sekitar 25- 30%, sedangkan sisanya terbuang dalam  berbagai bentuk seperti 30-35% terbuang sebagai gas  buang.  Tentunya  persentase  gas  buang  tersebut  memiliki potensi  panas  yang  sangat  besar  untuk  keperluan  lain    yang menggunakan energi panas. Energi panas dapat ditransfer dengan menggunakan alat yang disebut heat exchanger.
Produk  tekstil  sebelum  diekspor  terlebih  dahulu  harus dilakukan proses pewarnaan dan pengeringan. Energi panas yang dipakai yang dipakai untuk proses tersebut  berasal dari uap yang dihasilkan  oleh  Boiler,  Boiler  ini  merupakan  unit  khusus pembangkit  uap  untuk  keperluan  tersebut.  Selain  menggunakan energi  panas  juga  menggunakan  energi  listrik  untuk  produksi tekstil tersebut,  Energi listrik itu diperoleh dari pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD) dan dari PLN (Perusahaan Listrik Negara) . Pada unit PLTD  terutama pada ruang mesin Diesel  banyak energi panas yang terbuang percuma, hal ini mengganggu lingkungan di sekitar pabrik.
PT.  XXX  Industri  Tekstil  Bandung  terdiri  dari  unit-  unit yang  beroperasi  menggunakan  energi  panas  misalnya  unit pencelupan kain dan unit pengeringan kain. Selama ini unit-unit tersebut  menggunakan  energi  panas  dari  uap  (steam)  yang diproduksi dari steam generator (unit khusus), steam generator ini menggunakan  bahan  bakar  solar  yang  memerlukan  dana  yang cukup besar. Dengan memanfaatkan energi panas dari gas buang yang  dihasilkan  oleh  mesin  diesel  dengan  cara  ditrasnfer  energi panasnya ke unit-unit  yang  memerlukan energi panas   sehingga unit-unit tersebut tidak perlu lagi menggunakan energi panas dari uap.  Sehingga dalam hal biaya produksi Steam untuk pengering
kain  bisa  diminimalisir  dan  dampaknya  ke  dalam  cost  yang dikeluarkan  oleh  PT.  XXX  Industri  Tekstil  Bandung,  serta memberikan  kontribusi  dalam  pengembangan  energi  alternatif yang dicanangkan oleh pemerintah sehinga diharapkan ke depan bukan  hanya  PT.  XXX  Industri  Tekstil  Bandung  saja  yang menggunakantetapi  dapat  dicontohkan  oleh  perusahaan- perusahaan  lain.  Tujuan  penelitian  yang  ingin  dicapai  adalah  : Memanfaatkan energi panas yang terbuang percuma, Merancang alat penukar kalor (heat Exchanger) dan menekan ongkos produksi
Riset  atau  penelitian  yang  sejenis  telah  dilakukan  oleh  : Sumarjo,  Jojo,  Soekardi,  Chandrasa  [1]  membahas  tentang Analisis  Economizer#2  pada  Heat  Recovery  Steam  Geberator (HRSG) di Turbin Gas#2 untuk Proses Maintenance di PT. XXX, ditempat lain telah dilakukan oleh : Aziz,  Azridjal, Harianto,  Joko, Mainil,  Afdal  Kurniawan  [2]  membahas  tentang  Potensi Pemanfaatan Energi Panas Terbuang Pada Kondensor AC Sentral Untuk Pemanas Air Hemat Energi, kemudian oleh : Klara, Sherly, Sutrisno  [3]  tentang  Pemanfaatan  Gas  Buang  Mesin  Diesel Sebagai Energi Listrik, kemudian oleh : Soekardi, Chandrapsa [4] tentang  Prediksi  Karakteristik  Termal  Sebuah  Penukar  Kalor Dampak Pemilihan Factor Pengotoran Konstan, kemudian oleh : Soekardi, Chandrasa [5] tentang  Implikasi Perancangan Sebuah Penukar  Kalor  Dengan  Factor  Pengotoran  Dan  Fungsi  Waktu Terhadap Kinerja Pada Kondisi Operasi Beban Termal Konstan.

## II. METODE PENELITIAN
Dalam merancang alat untuk memanfaat gas buang ini ada beberapa tahapan :
1.  Menentukan problem  Spesifikasi
2.  Kondisi Operasi APK/HE sebagai Data Perencanaan
3.  Menghitung Balans Energi Pada HE/APK
4.  Perhitungan  Prediksi  Performance  APK  saat  Mulai Dioperasikan dan Perhitungan Kekuatan

## I N F O  A R T I K E L
Diterima  : 29 Desember 2017 Direvisi  : 25 Januari 2018 Disetujui : 16 Maret 2018
Kata Kunci : Energi panas, Heat exchanger , Ongkos
produksi

## A B S T R A K
Mesin diesel yang ada di di PT. XXX Industri Textil Bandung fungsi utamanya untuk memproduksi daya listrik, selama prosesnya, mesin ini mengeluarkan gas buang yang dibuang ke lingkungan pada temperatur 400 o C dengan laju aliran massa sebesar 3,03 kg/s pada tekanan 2 bar, hal ini merupakan potensi energi panas yang cukup tinggi dan jika tidak dimanfaatkan maka akan terbuang sia-sia. Untuk memanfaat energi panas tersebut, telah direncanakan sebuah Heat Exchanger (HE) atau APK (Alat Penukar Kalor) untuk memproduksi uap yang akan ditransfer ke unit  pengering kain, sehingga unit pengering  kain  tersebut  kebutuhan  steamnya  tidak  disupply  lagi  dari  unit  boiler.  HE/APK  yang direncanakan tersebut adalah jenis shell and tube, dengan air pada sisi tube dan gas panas (gas buang dari mesin diesel) pada sisi shell. Pada sisi tube, laju aliran air yang masuk HE/APK adalah 0,02 kg/s pada temperature 28 o C dan tekanan 1,5 MPa dengan temperatur keluar direncanakan pada 200 o C. Pada sisi shell, laju aliran gas panas (gas buang dari mesin diesel) adalah sebesar 3,03 kg/s pada tekanan 2 bar. Jika HE/APK yang direncanakan ini dipasang dan dioperasikan dengan kapasitas produksi uap atau laju aliran air tersebut diatas, maka konsumsi solar untuk steam generator (boiler) hanya sebesar 1000 liter/hari. Jadi dengan adanya alat ini, kebutuhan bahan bakar solar untuk boiler diharapkan bisa dihemat sebesar 33,33 %, sehingga bisa menurunkan ongkos produksi.. .

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
5.  Menghitung kekuatan APK/HE
6.  Membuat Spesifikasi dan Drawing APK/HE
Dalam bentuk flowchart :

## Gambar 1 Flowchart perencanaan AKP/HE
Alat Penukar Kalor yang direncanakan ini akan dipakai di Unit Pengering Kain dengan memanfaatkan energi panas dari gas buang  Mesin  Diesel  di  PT.  XXX  Industri  Tekstil  Bandung  ” dilaksanakan selama 10 bulan dan pengolahan data bertempat di Laboratorium Dasar Fakultas Teknik Universitas Singaperbangsa Karawang.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Alat Penukar Kalor (APK) atau Heat Exchanger (HE) yang direncanakan adalah akan digunakan untuk produksi uap air yang akan dikirim ke mesin pemanas/sertika kain dengan  Kapasitas uap yang dibutuhkan adalah  sebesar 0,625 ton/jam uap, tekanan 1,5 MPa, temperatur 200 o C.
Shell dan tube merupakan suatu jenis Heat Exchanger (HE) yang  banyak  digunakan  pada  berbagai  bidang  industri  yang diantaranya bentuknya konstruksinya yang ringkas ( compact ) dan ringan,  luas    perpindahan  panasnya  dapat  dengan  mudah  hanya dengan  modifkasi tube dengan  penambahan  fin  atau  sirip, pemilihan materialnya bias divariasikan sesuai dengan kebutuhan, biaya pembuatnnya relative tidak mahal, juga perawatannya sangat mudah  karena  type  ini  bisa  dibongkar  dan  dipasang  kembali setelah  perawatan/pembersihan  tanpa  menimbulkan  kerusakan yang berarti . Konfigurasi aliran fluida pada APK atau HE adalah parallel flow, cross flow dan counter flow, tapi deri 3 aliran tersebut yang  paling  efektif  adalah  aliran  counter  flow,  maka  untuk keperluan ini dipilih APK atau  HE dengan :
-  Konstruksi shell and tube -  Type aliran counter flow.
Gambar 1 Alat Penukar Kalor jenis shell and tube
Material yang dipakai adalah material umum dipakai untuk keperluan teknik penukar kalor yang bisa menghantarkan energi panas, tetapi secara khusus material yang dipilih berdasarkan pada fungsinya,  kondisi  kerjanya,  dan  kemudahan  atau  bisa  tidaknya material itu untuk diproses manufaktur. Untuk APK atau HE yang direncanakan ini, materialnya harusmemiliki kekuatan yang cukup untuk  menahan  beban  mekanik  dan  beban  termal,  memiliki ketahan  korosif  karena  beroperasi  pada  lingkungan  yang bertemperatur  tinggi  serta  tingkat  kelembaban  yang  tinggi  juga (basah),  serta  untuk  proses  manufakturnya  tidak  begitu  sulit. Berdasarkan  hal  itu,  maka  dipilih  material  untuk  APK  yang direncanakan ini adalah -  Material shell :  Steel-chrom-nickel  (SA304  atau  SUS304) dengan k=61 Watt/(mK) ; Su=460 MPa – bentuk Pipa 8 inch schedule 40
-  Material  tube:  Steel-chrome  (SA304  atau  SUS304)   dengan k=61 Watt/(mK) ; Su=460 MPa –bentuk Pipa 1 inch schedule 40
Gas buang dari mesin diesel dengan bahan bakar High Speed Diesel  (HSD)  yang  ada  dilokasi  penelitian  adalah  terbuang  ke lingkungan pada temperaturnya tinggi yaitu pada 400 o C, gas buang ini  akan  dialirkan  ke  HE  atau  APK  sebagai  fluida  panas  yang energi panasnya ditransfer ke air (H 2 O) sebagai fluida dinginnya yang akan dipanaskan sehingga temperature air keluar APK/HE adalah 200oC pada tekanan 1,5 MPa dengan laju aliran air atau uapnya adalah 0,833 ton/jam dalam kondisi uap. Air (H 2 O) adalah diperoleh dari unit boiler utama yang ada di lokasi penelitian.
Secara detil kondisi kerja atau operasi APK/HE (sebagai data perencanaan) adalah :
START Problem Spesifikasi : - Pemanfaat waste energy (energi panas)
Pemilihan Jenis APK/HE
Pemilihan Material APK/HE Kondisi Operasi APK/HE (sebagai Data
Perencanaan)
-Shell side : Gas buang mesin diesel pada Temperature masuk (T hi ) = 400 o C , Kecepatan Gas Buang (V GB ) = 9,09m/s, Rapat Massa (ρ GB )= ρ h )=  1,1799 kg/(m 3 ), Tekanan Gas Buang (p GB )= 2 bar, c ph =845 J/(kg.K)
Menghitung Balans Energi pada HE/APK :
Menentukan Efektifitas perpindahan panas (ε)
dan NTU (Number of transfer Unit).
Prediksi performance APK (saat mulai dioperasikan) dengan Metode Efektifitas perpindahan panas (ε) dan
NTU(Netto Thermal Unit).
Perhitungan kekuatan APK/HE - Spesifikasi APK/HE - Design Drawing APK/HE
End

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
-  Shell side (Gas buang/Gas panas) :
T hi = 400 o C
Kecepatan Gas Buang (V GB ) = 9,09m/s Rapat Massa (  GB )=  h =  1,1799 kg/(m3),
Tekanan Gas Buang (pGB)= 2 bar, c ph =845 J/(kg.K)
-  Tube side : T ci = 28 o C,
Rapat Massa (ρc)= 1000 kg/(m3), c pc =4180 J/(kg.K),
Tekanan air 1,5 MPa (target) T co =200 o C (target) ṁ c =0,625 ton/jam (target)
Beban termal atau energi panas pada kedua bagian APK/HE ini yaitu pada bagian dalam Shell yang menerima beban termal dari gas buang) dan pada bagian tube yang menerima termal dari gas buang juga, dengan anggapan bahwa beban termal tersebut adalah konstan  pada  APK/HE,  jadi  jumlah  energi  panas  yang  diterima oleh air (pada tube) adalah sama dengan jumlah energi panas dari gas buang tersebut.
Laju  perpindahan  energi  panas  yang  diterima  oleh  aliran fluida dingin dapat ditentukan melalui persamaan:
𝑄 𝑐 = 𝑚 𝑐 . 𝑐 𝑝𝑐 (𝑇 𝑐𝑜 . 𝑇 𝑐𝑖 ) (1)
Maka, besarnya laju perpindahan energi panas yang diterima oleh aliran fluida air adalah: Q c = 14379.2 J/s = 14379.2 W
Temperatur  aliran  gas  panas  keluar  alat  dapat  dihitung melalui persamaan :
𝑄 ℎ = 𝑚 ℎ ∙ 𝑐 𝑝ℎ (𝑇 ℎ𝑖 ∙ 𝑇 ℎ𝑜 ) (2)
Dengan menganggap alat tersebut di atas adalah adiabatik maka besarnya Q h = Q c =  14379,2 J/s = 14379,2 W. Maka, besarnya temperatur aliran gas panas keluar alat tersebut di atas(Tho) adalah Tho = Thi – Qc / mh cph  = 667,4 K = 394,4 oC
Bagi  konfigurasi  aliran  berlawanan  (counter  flow),  beda temperature rata-rata logaritmik, ΔTm diberikan oleh persamaan
∆𝑇 𝑚 = ∆𝑇 1 ∆𝑇 2 ln⁡( 𝑇1 𝑇2 ) (3)
dengan
∆𝑇 1 = 𝑇 ℎ𝑖 − 𝑇 𝑐𝑜 = 200𝐾 (4)
∆𝑇 2 = 𝑇 ℎ𝑜 − 𝑇 𝑐𝑖 = 366,38𝐾 (5)
Maka diperoleh ΔT m = 274,85 K
Untuk aliran counter flow dengan dengan konfigurasi 1 shell pass dan 1 tube pass, factor koreksinya adalah F c = 1
Sehingga,  beda  temperatur rata-rata  logaritmik  sebenarnya pada alat tersebut di atas adalah
𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝐹 𝑐 ∙ ∆𝑇 𝑚 = 274,85𝐾 (6)
Bagi  keperluan  perhitungan  perancangan,  harga  koefisien global perpindahan panas,U mula-mula dipilih sesuai dengan yang disarankan  (lihat  tabel  koefisien  perpindahan  panas  U  untuk beragam konfigurasi aliran fluida).
Bagi  konfigurasi  aliran  air  pendingin  dengan  aliran  fluida panas gas di dalam sebuah alat penukar kalor shell & tube harga
koefisien U dapat dipilih di antara harga : 15 - 70 W/m 2 K atau 10 - 250 W/m 2 K (saat preliminary). Sebagai awal, untuk perhitungan ini dipilih harga U = 25 W/m 2 K.
Jumlah tubes (N)  yang diperlukan bagi spesifikasi design tersebut  di  atas  dapat  diperoleh  dari  persamaan  2  tentang  luas permukaan perpindahan panas total, A total 𝐴 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝜋𝑑 0 𝐿𝑁 (7)
Sementara  itu,  luas  permukaan  perpindahan  panas  dapat diperoleh dari persamaan 1 tentang laju pertukaran energi panas di dalam alat penukar kalor.
𝑄 = 𝑈𝐴 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑇𝑀𝐷 (8)
Maka dengan menggunakan
𝑄 = 𝑄 ℎ = 𝑄 𝑐 = 14379,2 𝐽 𝑠 = 14379,2𝑊 (9)
Dipilih  U  =  25  W/m 2 K,  karena  untuk  harga  koefisien  global perpindahan panas dari pasangan  fluida panas dan  fluida dingin dari dalam tube atau diluar tube memberikan harga sekitar antara 15  -  70 W/m 2 K atau 10  -  250 W/m 2 K (saat preliminary). Dengan LMTD =274,85 K, diperoleh :
𝐴 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄 𝑈.𝐿𝑇𝑀𝐷 = 3.25𝑚 2 (10)
Kemudian, dengan do = 0.02667 m , dan  L = 4 m maka diperoleh jumlah tubes yang diperlukan, N = Atotal / π do L = 6 tubes.
Koefisien global perpindahan panas bagi kedua aliran fluida di  dalam  alat  penukar  kalor,  U  dapat  diestimasi  menggunakan persamaan:
1 𝑈 = 𝐴 0 ℎ 𝑖 𝐴 𝑖 + 𝐴 0 ln⁡( 𝑑0 𝑑𝑖 ) 2𝐾𝐿𝑁 + 1 ℎ 0 + 𝐴 0 𝑅 𝑓𝑖 𝐴 𝑖 + 𝑅 𝑓𝑜 (11)
Selanjutnya,  dengan  menggunakan  harga-harga  berbagai parameter  yang  telah  dihitung  sebelumnya,  dan  menurut  saran tabel TEMA: Rfi untuk aliran air di dalam pipa, dipilih = 0.000449 m 2 K/W  ,  R fo untuk  aliran  gas  buang  di  bagian  shell,  dipilih  = 0,000176 m 2 K/W, maka diperoleh harga koefisien global, U = 24 W/m 2 K
Koefisien  global  perpindahan  panas  hasil  perhitungan menggunakan  berbagai  persamaan  di  atas  yang  sifatnya pendekatan memberikan harga sebesar U = 24 W/m 2 K.
Sedangkan di awal perhitungan, sewaktu akan menghitung luas  permukaan  perpindahan  panas  (dimensi  alat),  telah  dipilih harga  awal  koefisien  global  perpindahan  panas  sebesar  U  =  25 W/m 2 K.. Perbedaan di antara kedua harga tersebut adalah:
𝑈 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝑈 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑈 𝑎𝑤𝑎𝑙 ∙ 100% = 4% (12)
Jadi pemilihan harga U = 25 W/m 2 K pada awal perhitungan dapat  dikatakan  masih  dalam  batas-batas  yang  wajar,  yaitu memberikan  harga  perbedaan  masih  di  bawah  10  %.  Artinya dimensi alat hasil perhitungan design tersebut di atas yaitu N = 6 tubes sudah cukup baik.
Pada awal pengoperasian, kondisi permukaan perpindahan panas di dalam APK masih dalam keadaan bersih sehingga.
Kemudian,  dengan  berjalannya  waktu  pengoperasian pengotoran permukaan akan terjadi dan tebal lapisan fouling akan bertumbuh secara bertahap.

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
APK  yang  menjadi  objek  studi  prediksi  performancenya akan dioperasikan pada kondisi di mana temperatur dan laju aliran fluida panasnya ditetapkan sama dengan harga temperatur dan laju aliran  fluida  panas  yang  ada  pada  perancangannya,  yaitu  T hi = 400 o C = 673 K dan m h = 3,03 kg/s..
T ABEL I
H ASIL PREDIKSI PERFORMA APK / HE YANG DIRENCANAKAN t U (W/(K.m 2 )) C Q max (Watt) NTU  Q act (Watt) T co (K) T ho (K)
0
25.000 1.000533 31099.20 0.625 0.462 14343.548 473 667.40
1 24.967 1.000533 31099.20 0.624 0.461 14343.548 473 667.40 2 24.902 1.000533 31099.20 0.623 0.460 14316.965 472 667.41 3 24.806 1.000533 31099.20 0.620 0.459 14277.266 472 667.42 4 24.678 1.000533 31099.20 0.617 0.458 14224.660 471 667.44 5 24.521 1.000533 31099.20 0.613 0.455 14159.422 470 667.47 6 24.335 1.000533 31099.20 0.609 0.453 14081.889 469 667.50 7 24.121 1.000533 31099.20 0.604 0.450 13992.454 468 667.53 8 23.881 1.000533 31099.20 0.598 0.447 13891.567 467 667.57 9 23.617 1.000533 31099.20 0.591 0.443 13779.724 466 667.62 10 23.330 1.000533 31099.20 0.584 0.439 13657.467 464 667.67 11 23.022 1.000533 31099.20 0.576 0.435 13525.371 463 667.71 12
22.696 1.000533 31099.20 0.568 0.430 13384.043 461 667.77
Temperatur  dan  laju  aliran  fluida  pendinginnya  juga  akan dioperasikan  sebesar  harga  temperatur  dan  laju  aliran  fluida pendingin yang ada pada perancangannya, yaitu T ci = 28 o C = 301 K dan m c = 0.02 kg/s.
Fokus perhitungan prediksi performance APK adalah pada harga temperatur aliran fluida panas dan temperatur aliran fluida pendingin saat keluar APK fungsi dari waktu pengoperasiannya, yang berarti fungsi dari kenaikan harga tahanan termal fouling.
Harga tahanan termal  fouling total bagi kedua  fluida  kerja yang  telah  dipilih  saat  perhitungan  perancangan  adalah  sebesar 0.000625  m 2 K/W.  (R fi untuk  aliran  air  di  dalam  pipa,  dipilih  = 0.000449m2K/W dan R fo untuk aliran gas panas di bagian shell, dipilih = 0.000176 m 2 K/W). Pada saat mulai dioperasikan dimensi utama  APK  adalah  equivalen  dengan  luas  permukaan,  A  = 3.249802259  m 2 .  Kondisi  permukaan  perpindahan  panasnya dalam keadaan bersih, sehingga U = U clean = 25 W/m 2 K. Hasil dari prediksi Performance untuk APK/HE yang direncanakan adalah dalam bentuk Tabel I.
Kemudian, dalam bentuk grafik sebagai berikut :.
Gambar 5 Grafik profil efectivitas ( 𝜀 ) APK-DIPA UNSIKA-2017 hasil prediksi performa
Gambar 6 Grafik profil temperature gas buang keluar APK (Tho) APK-DIPA UNSIKA-2017 hasil prediksi performa
Gambar 7 Grafik profil temperature air keluar APK (Tco) APK-DIPA UNSIKA- 2017 hasil prediksi performa
Pada  grafik  terlihat,  pada  saat  awal  pengujian  (t=0)  harga efektivitas sebesar 𝜀⁡ =0,46165 saat kondisi APK dalam keadaan bersih  (clean),  setelah  APK  beroperasi  (pada  saat  t=t 1 sampai dengan t=t 13 ) efektivitasnya berkurang atau performanya menurun dan pada akhir pengujian sebesar 𝜀⁡ =0,43037, hal ini diakibatkan oleh pertumbuhan factor pengotor yang seiring dengan lamanya APK beroperasi, semakin lama APK beroperasi kotoran semakin mengendap  dan  menempel  di  permukaan  tube  bagian  dalam sehingga tahan termal pengotor ( ∑ 𝑅 f ) semakin besar, dan harga maksimumnya adalah ∑ 𝑅 𝑓 = 0,000625 (m 2 .K)/Watt. Penurunan

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
performa  APK  diatas  ditandai  dengan  peningkatan  kenaikan temperature gas panas keluar APK (Tho) dengan harga maksimum T ho =667,7726 K, begitu juga dengan temperature air keluar APK (T co ),  jika  harga  T co semakin  menurun  maka  performanya berkurang untuk APK  ini, dan harga terkecil  yang dicapai pada kondisi ini adalah T co = 461 K.
Penurunan performa APK selama beroperasi adalah sebagai indikasi, apakah performanya perlu ditingkatkan atau distandarkan kembali  ke  kondisi  awal  yaitu  dengan  melakukan  kegiatan cleaning APK yang berkala, sehingga dengan kondisi bersih terus APK  performanya  akan  terjaga  pada  kisaran  harga 𝜀 =0,46165 (sama dengan saat awal dioperasikan).
Kekuatan  APK/HE  adalah  parameter  perencanaan  yang perlu diperhitungkan, hal ini untuk mencegah terjadinya kegagalan material yang dipakai pada saat dikenai beban operasional. Secara teoritik, berdasarkan beban yang terjadi pada APK/HE dan bahan yang dipilih adalah SUS304 atau SA304 dengan kekuatan sebesar 517 MPa, Untuk Bagian Shell dan Tube  Allowable stress ( 𝜎 B ) dengan Safety Factor n=4 sebesar : 𝜎 B = 129 MPa, dengan harga ini  kondisi  APK/HE  masih  aman  terhadap  beban  mekanik opersaional yang ada.
Sebagai  bahan  perbandingan,  telah  dilakukan  simulasi dengan Software Ansys yang hasilnya sebagai berikut :.
Gambar 8 Distribusi temperature diseluruh bagian shell
Gambar 9 Distribusi Tekanan Pada bagian shell
Gambar 10 Distribusi tegangan geser pada bagian shell arah Y dan X Gambar 11 Distribusi Temperatur pada tube Gambar 12 Distribusi kecepatan aliran gas pada pipa Gambar 13 Distribusi tegangan geser pada Tube

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
Spesifikasi  yang  lengkap  untuk  Heat  Exchanger  atau Alat Penukar  Kalor  (APK)  yang  direncanakan  adalah  ditabelkan sebagai berikut.
T ABEL II S PESIFIKASI APK / HE DIPA UNSIKA 2017
N o Nam e Flui d Flo w (kg/s ) T in ( o C ) T ou ( o C ) Materia l Size Q’t
y
1 Shell Gas 3,03 40
0 Steel- chrome -nickel Pipa  (ANSI)  8”  : 4000mm  x  405mm  x 786mm
1
2 Tube Air 0,02 28 20 0 Steel- chrome Pipa  (ANSI)  1”  , Panjang  :  4000mm  x 33,4mm x 33,4mm 6
3 Cup- in Air 0,02 28 20 0 Chrom e steel 410mmx405mmx219 mm Nosel : 4” 1 4 Cup- out Air 0,02 28 20 0 Chrom e-steel 410mmx405mmx219 mm
Nosel : 4”
1 5 Dimensi keseluruhan (overall dimensions) (PxLxT)
4800mm x 219mm x 410mm 6 Jenis Aliran Counter flow 7 Tube-Lay out In-line 8 Jarak antar tube
2,5 “
Gambar 13 adalah Drawing yang lengkap untuk APK/HE yang direncanakan :
Selain energi listrik di PT. XXX tersebut, sector utility yang dipakai untuk yang dipakai untuk proses pengeringan kain adalah air  dan  uap  (steam).  Uap  atau  steam  adalah  paling  dominan dipakai,  karena  uap  adalah  fluida  atau  media  yang  kandungan energi  panasnya  cukup  tinggi  ,  dan  energi  yang  dipakai  untuk proses pengeringan adalah energi panas.
Aktualnya, steam generator (boiler) atau pembuat uap yang dipakai di Perusahaan tersebut bisa memproduksi uap sebesar 4,5 ton/hari dengan konsumsi bahan bakar high speed diesel (HSD) sebesar  1500  liter/hari.  Kapasitas  produksi  sebesar  itu didistribusikan  ke  unit-unit  yang  memerlukan  uap  atau  energi panas  ,  unit-unit  itu  adalah  :  unit  pengeringan  kain  dan  unit pencelupan.  Unit  pengeringan  kain  konsumsi  uap/steamnya sebesar  1,5  ton  uap/hari,  dan  unit  pencelupan  konsumsi uap/steamnya sebesar 2,5 ton/hari.
-  Kebutuhan  solar  setiap  hari  untuk  setiap  ton  uap/steam  pada boiler jika tidak pakai APK/HE- DIPA UNSIKA-2017 adalah : (1500 liter solar)/(4,5 ton uap)= 333,333 liter solar/ton uap. hari
-  Kebutuhan solar untuk mesin pengering kain adalah : (1,5 ton uap/hari)x(333,333  liter  solar/ton  uap.  hari)=  499,9995  liter solar/hari
-  Kebutuhan  solar  setiap  hari  untuk  setiap  ton  uap/steam  pada boiler jika pakai APK/HE- DIPA UNSIKA-2017 adalah : (1500- 499,9995)liter solar/hari = 1000 liter solar/hari
Dari  pembahasan  konsumsi  solar  diatas  dengan  adanya HE/APK-DIPA UNSIKA-2017 bisa mengurangi kebutuhan solar dan biaya produksi uap bisa dihemat sebesar 33,33 %.
Gambar 13 rawing yang lengkap untuk APK/HE yang direncanakan

## IV. KESIIMPULAN
Selain energi listrik, sector utility yang dipakai untuk yang dipakai untuk proses pengeringan kain adalah air dan uap (steam). Uap atau steam adalah paling dominan dipakai, karena uap adalah fluida atau media yang kandungan energi panasnya cukup tinggi , dan energi yang dipakai untuk proses pengeringan adalah energi panas.
Aktualnya, steam generator (boiler) atau pembuat uap yang dipakai di PT. XXX Industri textile Bandung bisa memproduksi uap sebesar 4,5 ton/hari dengan konsumsi bahan bakar high speed diesel (HSD) sebesar 1500 liter/hari. Kapasitas produksi sebesar itu didistribusikan  ke  unit-unit  yang  memerlukan  uap  atau  energi panas,  unit-unit  itu  adalah  :  unit  pengeringan  kain  dan  unit pencelupan.  Unit  pengeringan  kain  konsumsi  uap/steamnya sebesar  1,5  ton  uap/hari,  dan  unit  pencelupan  konsumsi uap/steamnya sebesar 2,5 ton/hari.
Berdasarkan  pembahasan  pada  laporan  ini  dapat  dibuat kesimpulan sebegai berikut.
Berdasarkan konsumsi uap pada unit pengering kain sebesar 1,5 ton uap/hari pada tekanan 1,5 MPa dan temperature 200 o C, dan dengan  memanfaatkan  utilitas  (air)  lain  yang  ada  di  perusahaan tesebut,  serta  dengan  memanfaat  energi  panas  dari  gas  buang mesin diesel, telah direncanakan sebuah Heat Exchanger (HE) atau APK  (Alat  Penukar  Kalor)  untuk  memproduksi  uap  yang  akan ditransfer ke unit  pengering kain, sehingga unit pengering kain tersebut kebutuhan steamnya tidak disupply lagi dari unit boiler. HE/APK yang direncanakan tersebut adalah jenis shell and tube, dengan  air  pada  sisi  tube  dan  gas  panas  (gas  buang  dari  mesin diesel) pada sisi shell. Pada sisi tube, laju aliran air yang masuk HE/APK adalah 0,02 kg/s pada temperature 28 o C dan tekanan 1,5 MPa dengan temperatur keluar direncanakan pada 200 o C. Pada sisi shell,  laju aliran gas panas (gas buang dari  mesin diesel) adalah

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL
sebesar  3,03  kg/s  pada  tekanan  2  bar.  HE/APK  tersebut direncanakan  dengan  efektivitas  sebesar  0,46  pada  awal pengoperasiannya. Drawing/gambar lengkap dalam bentuk disain terlampir.
Stimulasi  telah  dibuat  dengan  menggunakan  software ANSYS  Release  15.0.7  dan  software  CATIA  V5R21  dengan menghasilkan parameter pada saat Heat Exchanger/ Alat Penukar kalor dioperasikan, Pada sisi shell temperature  maksimum  yang terjadi  723,2  K,  tekanan  maksimum  yang  terjadi  72,51  Pa, tegangan  geser  maksimum  0,9288  MPa.  Pada  sisi  tube, temperature maksimum yang terjadi sebesar 385,7 K, kecepatan maksimum  air  sebesar  1,973  m/s,  tegangan  geser  maksimum 705,3  Pa.  Dengan  bahan  tube  dan  shell  adalah  chrome-steel (SA304) yang dipilih alat ini adalah aman untuk dioperasikan pada kondisi kerja/pengoperasian di mesin pengering kain tersebut.
Setelah  HE/APK  ini  dipasang  dan  beroperasi,  diharapkan dapat memberikan manfaat atau keuntungan buat PT. Five Stars, terutama pada ongkos produksi . Pada saat ini,  steam generator (boiler) atau pembuat uap yang dipakai di PT. Five Star Textile bisa memproduksi  uap  sebesar  4,5  ton/hari  dengan  konsumsi  bahan bakar high speed diesel (HSD) sebesar 1500 liter/hari, sedangkan kebutuhan uap untuk  mesin pengering sebesar 1,5 ton uap/hari dengan konsumsi solar sebesar 500 liter/hari. Jika HE/APK yang direncanakan  ini  dipasang  dan  dioperasikan  dengan  kapasitas produksi uap atau laju aliran air tersebut diatas,  maka konsumsi solar untuk steam generator (boiler) hanya sebesar 1000 liter/hari. Jadi dengan adanya alat  ini, kebutuhan  bahan  bakar solar untuk boiler  diharapkan  bisa  dihemat  sebesar  33,33%,  sehingga  bisa menurunkan ongkos produksi di perusahaan tersebut.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Sumarjo,  Jojo,  Soekardi,  Chandrasa,  “Analisis Economizer#2  pada  Heat  Recovery  Steam  Geberator (HRSG) di Turbin Gas#2 untuk Proses Maintenance di PT. XXX”, Jurnal Barometer Vo.2 No.1, January 2017
[2] Aziz,    Azridjal,  Harianto,    Joko,  Mainil,  Afdal Kurniawan,  “Potensi  Pemanfaatan  Energi  Panas Terbuang  Pada  Kondensor  AC  Sentral  Untuk  Pemanas Air Hemat Energi”, Jurnal Mekanikal, Vol. 6 No. 2 Juli 2015Daellenbach,  Hans  G.,  McNickle,  Donald  C., Management science, Decision making through systems thinking, Palgrave Macmilan, 2005.
[3] Klara, Sherly, Sutrisno, Pemanfaatan Gas Buang Mesin Diesel  Sebagai  Energi  Listrik,  Jurnal  Riset  Dan Teknologi Kelautan  (Jrtk) Vol. 14. Nomor 1 Januari  – Juni 2016.
[4] Soekardi,  Chandrapsa,  2001,  Prediksi  Karakteristik Termal Sebuah Penukar Kalor Dampak Pemilihan Factor Pengotoran Konstan, Poros, Vol. 4
[5] Soekardi,  Chandrasa,  2002,  Implikasi  Perancangan Sebuah  Penukar  Kalor  Dengan  Factor  Pengotoran  Dan Fungsi  Waktu  Terhadap  Kinerja  Pada  Kondisi  Operasi Beban Termal Konstan, Poros, Vol. 5

## LAMPIRAN
Gambar Lengkap Heat Exchanger atau Alat penukar Kalor atau APK/HE DIPA UNSIKA-2017  yang direncanakan :.

## PERENCANAAN ALAT PENUKAR KALOR UNTUK PENGERING KAIN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI GAS BUANG MESIN DIESEL