Chandra Wicaksono
Eky Wijanarko
Oggi Hebernando Simanullang Aswar Tahad

## I. PENDAHULUAN
Penukar  panas  adalah  suatu  alat  yang  digunakan untuk  memindahkan  panas  ,  dapat  berfungsi sebagai  pemanas  ataupun  sebgai  pendingin. Penukar  panas  didesain  agara  dapat  menukarkan panas  se-efisien  mungkin  antara  fluidayag  ada  di dalamnya. Pertukaran panas  tersebut terjadi karena kontak antara dinding tube dengan fluida yang ada di dalam shell. Kedua fluida yang mengalir melalui alat penukar panas ini memiliki suhu yang berbeda, dimana  fluida  yang  mengalir  pada  sisi  tabung (shell)  memiliki  suhu  yang  lebih  tinggi  (aliran panas)  sedangkan  fluida  pada  sisi  tube  memiliki temperatur  yang  lebih  rendah  (aliran  dingin). Tujuan  dari  perpindahan  panas  tersebut  adalah untuk memanaskan maupun mendinginkan baik itu dalam usaha untuk merubah fasa, menaikka/menurunkan temperatur ataupun mempertahankan suhu proses yang ada.
Salah  satu  bagian  terpenting  dari  alat  penukar panas tipe shell and tube adalah permukaan kontak
panas. Pada permukaan inilah terjadinya pperpindahan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain.
Perpindahan  panas  dari  suatu  fluida  ke  fluida lainnya.  Semakin  luas  bidang  kontak  total  yang dimiliki  oleh  alat  penukar  panas  tersebut  maka semakin  baik  nilai  efisiensi  perpindahan  panasnya. Dalam  alat  penukar  panas  tipe  Heat  Exchanger terdapat baffle sebagai penyangga agar tidak terjadi vibrasi  pada  tube,  selain  itu  kegunaan  baffle  yang paling penting adalah meningkatkan nilai perpindahan  panas.  Untuk  itu  dilakukan  penelitian ini  untuk  mengetahui  pengaruh  pemasangan  baffle 2,  3  dan  4  buah  terhadap  nilai  perpindahan  panas pada  desain  1-2  Heat  exchanger  yang  telah dirancang.

## DASAR TEORI
Alat  penukar  panas  jenis  shell  and  tube  pada umumnya  memliki  dua  arah  aliran  yakni  aliran counter current dan aliran cocurrent.
Dalam  industri  proses  kimia  masalah  perpindahan energi  atau  panas  adalah  hal  yang  sangat  banyak dilakukan.  Sebagaimana  diketahui  bahwa  panas

## PERANCANGAN ECO
HEAT EXCHANGER TYPE 1-2 SHELL AND TUBE DAN PENGARUH JUMLAH BAFFLE TERHADAP TRANSFER PANAS

## DESIGN OF ECO HEAT EXCHANGER TYPE 1-2 SHELL AND TUBE AND THE INFLUENCE NUMBER OF BAFFLES AGAINST HEAT TRANSFER
Chandra Wicaksono*, Eky Wijanarko, Oggi Hebernando Simanullang, Aswar Tahad Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik-Universitas Mulawarman *email : aswartahad@gmail.com
Abstrak
Alat  penukar  panas  atau  heat  exchanger  berfungsi  untuk  mengubah  temperatur  suatu  jenis  fluida.  Proses tersebut  terjadi  dengan  memanfaatkan  proses  perpindahan  kalor  dari  fluida  bersuhu  tinggi  menuju  fluida bersuhu  rendah.  Pertukaran  panas  terjadi  karena  adanya  kontak,  baik  antara  fluida  terdapat  dinding  yang memisahkannya.  Salah  satu  jenis  dari  alat  penukar  panas  yag  serin  ditemui  dalam  industri  adalah  tipe  1-2 Shell  and  Tube  Heat  Exchanger.  Tipe  ini  berdasarkan  aliran  yang  terjadi  didalamnya  dibedakan  menjadi aliran  searah  (Co-Current)  dan  aliran  berlawanan  (Counter  Current).  Penelitian  ini  dimaksudkan  untuk merancang alat penukar panas tipe 1-2 Heat Exchanger dalam skala pilot plant untuk mengetahui pengaruh jumlah baffle terhadap transfer panas. Penelitian ini membandingkan pengaruh transfer panas dengan variasi jumlah  baffle  2,  3  dan  4  buah.  Hasil  dari  penelitian  didapat  menyatakan  bahwa  pengaruh  jumlah baffle merupakan salah satu dari sebagian banyak faktor yang mempengaruhi efektivats transfer panas. Kata Kunci : Heat Exchanger, Shell dan Tube, Transfer Panas

## Abstract
The usability of heat exchanger  is to change the temperature of a fluid type. The process occurs by utilizing heat transfer process from high temperature fluid to low temperature fluid. Heat exchange occurs because of contact, both between the fluid through a wall which separating it. One type of heat exchanger found in industry is the 1-2 Shell and Tube Heat Exchangers type. This type is based on the flow that occurs therein which  is  divided  into  Co-Current  and  Counter  Current.  This  research  is  intended  to  design  1-2  Shell  and Tube Heat Exchanger  in pilot plant scale to know the influence of the number of baffles to heat transfer. This study compared the effect of heat transfer with variation of number of baffles 2, 3 and 4. The results of the research  showed that the  influence of baffles is one of  many factors affecting the effectiveness of heat transfer.
Keyword s : Heat Exchanger, Shell and Tube, Heat Transfer
Chandra Wicaksono
Eky Wijanarko
Oggi Hebernando Simanullang Aswar Tahad
dapat berlangsung lewat 3 cara, dimana mekanisme perpindahan  panas  itu  sendiri  berlainan  adanya. Adapun  perpindahan  itu  dapat  dilaksanakan dengan:
1. Secara  molekular,  yang  disebut  dengan konduksi
2. Secara aliran yang disebut dengan perpindahan konveksi.
3. Secara  gelombang  elektromagnetik,  yang disebut dengan radiasi.
Pada heat  exchanger menyangkut  konduksi  dan konveksi (Sitompul, 1993).
Alat  penukar  panas  Shell  and  tube  terdiri atas  suatu  bundel  pipa  yang  dihubungkan  secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang  ).  Fluida  yang  satu  mengalir  di  dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar  pipa  pada  arah  yang  sama,  berlawanan,  atau bersilangan.  Kedua  ujung  pipa  tersebut  dilas  pada penunjang  pipa  yang  menempel  pada  mantel. Untuk  meningkatkan  effisiensi  pertukaran  panas, biasanya  pada  alat  penukar  panas  cangkang  dan buluh  dipasang  sekat  (buffle).  Ini  bertujuan  untuk membuat  turbulensi  aliran  fluida  dan  menambah waktu  tinggal  (  residence  time  ),  namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi  dan  menambah  beban  kerja  pompa, sehingga  laju  alir  fluida  yang  dipertukarkan panasnya harus diatur. (Fitrianingtyas, 2010).

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Metodologi
-  Merancang  dan  mendesain  kolom  penukar  panas jenis  1-2  Shell  and  Tube  Heat  Exchanger  dengan spefisikasi tertentu. (pembahasan) - Mempersiapkan 2 buah pompa dengan kecepatan masing-masing untuk aliran panas dan aliran dingin fluida.
-  melakukan  eksperiman  dengan  percobaan pertama  alat  penukar  panas  tersebut  dengan  dua buah  Baffle,  kemudian  tiga  buah  baffle  dan  yang terakhir empat buah baffle.
-  melakukan  pengambilan  data-data  yang  terkait dengan  perhitungan  untuk  mengetahui  pengaruh jumlah baaffle terhadap transfer panas yaitu : > Temperatur masing-masing keluaran (hotside dan coldside) > Laju alir >  Jarak antara baffle -  menganalisa  data  yang  telah  diambil  dan diintrepesentasi dalam sebuah kesimpulan

## 2.2 Batasan Masalah
-  Fluida  yang  digunakan  adalah  air,  baik  pada  sisi Hotside maupun pada sisi Coldside, namun dengan temperatur yang signifikan berbeda.
- Fluida panas diletakkan pada aliran di dalam Shell sedangkan  Fluida  dingin  diletakkan  pada  aliran  di dalam Tube
-  Aliran  yang  digunakan  adalah  aliran  berlawanan (counter  Current),  sesuai  dengan  teori  yang  ada bahwa  untuk  kolom  penukar  panas  jenis  Shell  and Tube  aliran  berlawanan  mempunyai  nilai  transfer panas  lebih  baik  dibandingkan  dengan  aaliran searah.
- Fluida panas dihasilkan dari air yang menggunakan  heater  pada  suatu  wadah  dengan dijaga konstan pada temperatur tertentu.
-  Fluida  dingin  dihasilkan  dari  air  yang ditambahkan  es  batu  pada  suatu  wadah  pada temperatur yang diinginkan.
-  Data  yang  diambil  dianggap  pada  aliran  yang telah steady
-  Laju  alir  massa  dijaga  konstan  antara  percobaan dengan  menggunakan  satu  buah  baffle  sampai  tiga buah  baffle  agar  variabel  laju  alir  dapat  diabaikan dalam  membandingkan  nilai  transfer  panas  antara masing-masing percobaan.

## 2.3 Peralatan yang digunakan
- 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi sebagai berikut :

## Spesifikasi Tube
Jumlah Tube : 34 Panjang tube : 80 cm Material : Alumunium Ukuran : ID 3/8”, OD 5/8” Susunan Tube : Tringular Pitch Jumlah Pass : 2

## Spesifikasi Shell
Panjang Shell : 100 cm Material : besi Ukuran : ID 15 cm, OD 15,06 cm Baffle tipe single segmental
- 2  buah  pompa  air  dengan  masing-masing kapasitas, 700 liter/h dan 1300 liter/h
- 3  Buah  Heater  yang  digunakan  untuk memanaskan fluida
- 4 Buah termometer jarum untuk mengetahui  temperatur  masing-masing inlet dan outlet
- 1 Buah stopwatch

## 2.4 Prosedur
- Dipanaskan  fluida  sebagai  fluida  panasa yang ingin didinginkan sampai 53 o C
- Didinginkan fluida pendingin sampai suhu 19 o C
- Kemudian  dilakukan  pengukuran  laju  alir terhadap  fluida  panas  keluar  dan  fluida dingin keluar
Chandra Wicaksono
Eky Wijanarko
Oggi Hebernando Simanullang Aswar Tahad
- Setalah  itu  alat  penukar  panas  dijalankan dan kemudia diamati semua keadaan yang terjadi seperti perubahan suhu yang terjadi
- Kemudian  langkah  1,2,3  dan  4  dilakukan berulang  kali  dengan  menggunkan  variasi baffle  sebnyak 2, 3, 4

## 3. HASIL DAN ANALISA
Percobaan  dilakukan  dengan  laju  alir tetap, yakni pada aliran panas sebesar 64,8 Kg/jam dan  aliran  dingin  sebesar  111,6  Kg/jam.  Setiap percobaan  dilakukan  dengan  mengganti  jumlah baffle  sebanyak  3  kali.  Temperatur  masuk  dijaga konstan  pada  53  C  aliran  panas  dan  19  C  aliran dingin.  Setelah  dilakukan  percobaan  didapatkan data-data sebagai berikut:
Tabel 1. Data Hasil Percobaan Variasi Baffle Parameter 2 Buah 3 Buah 4 Buah Jarak Antar Baffle (cm) 26,67 20 16 Laju Aliran Panas (kg/Jam) 64,8 64,8 64,8 Laju Alran Dingin 111,6 111,6 111,6 T Panas in ( ⁰ K) 53 53 53 T Panas  out ( ⁰ K) 40 39 38 T Dingin in ( ⁰ K) 19 19 19 T Dingin  out ( ⁰ K) 40 40 39 LMTD 16,68 17,26 17,38 q Panas (kJ/jam) 3538,08 3810,24 4082,4 q Dingin (kJ/jam) 9843,12 9843,12 9374,4 Efektifitas Transfer Panas (%) 35% 38% 43% Perhitungan efektifitas transfer panas menggunakan persamaan :
.........................(1) Dengan .................................(2)
Laju  alir  dibuat  konstan  agar  dapat  diabaikan  dan hanya  diperhatikan  variabel  LMTD  untk  dapat mengukur  efektivitas  transfer  panas  dengan pengaruh jumlah baffle.
Gambar  1.  Perbandingan  Jumlah  Baffle  terhadap LMTD dan Efektifitas Transfer panas
Efektivitas transfer panas meningkat seiring dengan peningkatan  LMTD  dan  penambahan  jumlah baffle.  Hal  ini  dikarenakan  penambhana  jumlah baffle juga mempengaruhi jarak antara baffle. Semakin  kecil  jarak  antara  baffle  tersebut  semakin baik dalam menghantarkan panas,
dengan  demikian  memberikan  efektifitas  transfer panas  yang  lebih  baik.  Dengan  kecepatan  aliran masuk  yang  sama  bisa  dilihat  secara  detail  bahwa penambahan  jumlah  baffle  mempengaruhi  nilai LMTD yang akan berimbas juga kepada efektifitas transfer panas. Penambahan Baffle juga mengoreksi nilai LMTD, terjadi peningkatan ketika hanya  menggunakan  2  buah  falle  dengan  dipasang 4 buah baffle. Hal ini karena pemasangan sejumlah baffle  berpegaruh  pada  temperatur  keluaran  fluida panas  dan  dingin.  Heat  exchanger  tipe  1-2  Shell and  tube  ini  ternyata  memiliki  nilai  transfer  panas terendah  pada  pengunaan  baffle  2  buah  dan memiliki nilai transfer panas yang lebih besar pada penggunaan baffle sebanyak 4 buah.

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini :
- Efektifitas transfer panas yang paling baik diantara  penggunaan  sejumlah  baffle  ada pada  penggunaan  4  buah  Baffle  yakni 43%.
- Direkomendasikan  untuk  pemasangan  4 buah baffle  untuk  memperbaiki efektifitas transfer panas pada alat Heat Exchanger 1- 2 Shell and Tube ini.

## Parameter
Chandra Wicaksono
Eky Wijanarko
Oggi Hebernando Simanullang Aswar Tahad

## Daftar Pustaka
Hewitt, G.F., Shires, G.L., Bott, T.R. 1994., Process Heat Transfer . Begell House.
Handoyo,  Ekadewi  Anggraeni .  2001.  Pengaruh Baffle  pada  Shell  and  Tube  Heat  Exchanger. Surabaya  :  Jurusan  Teknik  Mesin  Universitas Kristen Petra.
Kern,  D.Q.  1965.  Process  Heat  Transfer.  London: McGraw Hill Book Company Inc.
Geankoplis. Christie J. 1978 Transport Process and Unit Operation. United State of America : Prentice- Hall International Inc.