TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE FIN SATU Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Fin Satu Pass, Shell Tiga Pass Untuk Mesin Pengering Empon-Empon.

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE FIN SATU
PASS, SHELL TIGA PASS UNTUK MESIN PENGERING
EMPON-EMPON

Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Progam Studi Strata 1
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

SAKA SAPUTRA
D200120019

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

"Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Fin Satu Pass, SheI/ Tiga
Pass Untuk Mesin Pengering Empon-Empon"

Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana

strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan
tiruan dari penelitian atau duplikat dari skripsi yang sudah dipublikasikan

dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar sarjana di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali

bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.

Surakarta, 25 maret 2017

Yang menyatakan

SAKA SAPUTRA

rll

HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas

Akhir berjudul "Rancang Bangun

Heat Exchanger Tube

Fin Satu PasgSheII Tiga Pass Untuk Mesin pengering Empon-empon

"

telah disetujui oleh Pembimbing tugas akhir untuk dipertahankan

didepan dewan penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana

strata satu pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh

Nama
NIM

:SAKASAPUTRA
:D200120019

Disetujui pada
Hari

kqms

Tanggal

l3

A,?rd eot+

Pembimbing

*
Sartono Putro, lr., MT.

iii

HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul "Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Fln Satu

Pass, She// Tiga Pass Untuk Mesin Pengering Empon-empon" telah
dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan telah dinyatakan sah untuk
memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana strata satu pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.
Dipersiapkan Oleh:
Nama

: SAKA SAPUTRA

NIM

:D200120019

Disahkan pada
Hari

K(lmtS

Tanggal

tg A?tr\ 2lt7

Dewan Penguji

: Sartono Putro, lr., MT.

Ketua

Anggota

1

Anggota 2

:Subroto, Ir., MT.
: Sunardi

Wiyono, lr., MT.

Ketua Jurusan,
tl

U*

Tri Wdodo Besar R., ST., MSc., Ph.D.

lV

v

MOTTO
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka
apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan
sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya pada Tuhanmulah
hendaknya kamu berharap”
(Q.S. Al Insyiroh: 6-8)

“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan
sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orangorang yang khusyu.”
(Q.S Al Baqarah:45)

“Allah tidak akan memberikan suatu cobaan diluar batas kemampuan
manusia (umatnya)”
(surat Al-Baqarah : 286)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa hati senang karya sederhana ini dapat terselesaikan yang
kupersembahkan kepada :
1. Kedua orang tua

yang selalu memberi dukungan berupa

semangat, doa, dan material.
Semoga tugas akhir ini membawa manfaat, saya selaku penulis hanya
bisa mengucapkan terima kasih.

vii

ABSTRAKSI
RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE FIN SATU PASS,
SHELL TIGA PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON

Heat Exchanger atau penukar kalor adalah alat yang berfungsi
menukar kalor antara dua fluida yang berbeda temperatur tanpa
mencampurkan kedua fluida tersebut. Tujuan penelitian ini adalah
mengetahui pengaruh variasi debit pada Heat Exchanger tube fin satu
pass shell tiga pass untuk pengeringan kunir. Dengan variasi debit 0,026,
0,028, dan 0,030 m3/s
Cara kerja dari heat exchanger ini adalah : pertama, fluida dingin
berupa udara dari blower mengalir masuk ke dalam Heat Exchanger.
Kedua, fluida dingin akan menerima kalor dari fluida panas yang mengalir
dalam shell yang sebelumnya dipanaskan oleh kompor didalam heat
exhanger, dan setelah itu fluida dingin tersebut keluar dari heat exchanger
dan masuk ke dalam mesin pengering empon-empon.
Hasil kalor yang optimal didapatkan pada variasi debit fluida dingin
0,030 m3/s. Jadi disimpulkan bahwa semakin besar debit fluida dingin
maka perubahan temperatur dan kalor debit fluida dingin semakin besar.

Kata kunci : Alat Penukar Kalor,Debit , Kalor, fluida

viii

ABSTRACTS
RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE FIN SATU PASS,
SHELL TIGA PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON
Head exchanger is a tool for exchange the head between two
different fluids temperature witthout mixing it. The aim of this research is to
know the influence of debit variety in one heat exchanger tube fine pass
three pass for turmeric drying by 0,026; 0,028; and 0,030 m3/s debit
variety.
The steps of heat exchanger are : firstl, cold fluid that form as air
from the blower flo int the heat exchanger. secondly, the cold fuids will get
heat from the hot fluids, that flow in shell has been heated before by the
stove in heat exchanger, and then the cold fluids out of the heat
exchanger and entry the herbs and spices drying machine.
Optimum heat result gotten in 0,030 m3/s cold fluds debit variety.
The conclusion is greater cold fluids debit rate, the temperature exchange
and cold fluids debit ht will be greater also.

Keywords : Heat Exchanger, Debit, Heat, Fluid

ix

KATA PENGANTAR
Assalamualaikum wr.wb
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Fin
Satu Pass, Shell Tiga Pass Untuk Mesin Pengering Empon-empon”, dapat
terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati
ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada:
1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik
Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Sartono Purto Ir., MT.

Dosen

pembimbing yang banyak

memberikan ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses
bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Agus Hariyanto Ir., MT., Dosen Pembimbing Akademik yang telah
memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa kuliah.
5. Kedua orang tua tercinta yang telah

memberikan dukungan

moral maupun material.
6. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas
kebaikan kita semua.
Surakarta, 25 Maret 2017
Penulis

Saka Saputra

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................................................. i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .............................................................. v
LEMBAR MOTTO .................................................................................... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................... vii
ABSTRAKSI ............................................................................................. viii
ABSTRACTS ........................................................................................... ix
KATA PENGANTAR ................................................................................ x
DAFTAR ISI ............................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii
DAFTAR TABEL ...................................................................................... xv
DAFTAR RUMUS .................................................................................. .xvi
DAFTAR SIMBOL .................................................................................. xvii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. .xix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5

Latar Belakang ............................................................................
Perumusan Masalah ...................................................................
Tujuan Penelitian ........................................................................
Batasan Masalah ........................................................................
Sistematika Penulisan .................................................................

1
2
2
3
3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................
2.2 Landasan Teori ...........................................................................
2.2.1 Teori Kesetimbangan Kalor ..............................................
2.2.2 Perpindahan Kalor ............................................................

xi

5
6
6
8

2.2.3 Perpindahan Kalor Gabungan Antara Konveksi dan
Konduksi ........................................................................... 12
2.2.4 Metode LMTD dan Meode NTU ........................................ 15
2.2.5 Standarisasi Alat Penukar Kalor ....................................... 18
2.2.6 Jenis-jenis Heat Exchanger .............................................. 19
2.2.7 Sirip (fin) ........................................................................... 22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 26
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Bahan Penelitian ......................................................................... 26
Alat-alat Penelitian ...................................................................... 27
Rancangan Penelitian ................................................................. 33
Tempat Penelitian ....................................................................... 34
Prosedur Penelitian ..................................................................... 34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................ 33
4.1
4.2
4.3
4.4

Data Dimensi Alat Penukaran Kalor .......................................... 37
Data Hasil Pengujian ................................................................... 37
Analisa Pehitungan ..................................................................... 38
Pembahasan ............................................................................... 46

BAB V KESIMPULAN .............................................................................. 52
5.1 Kesimpulan ................................................................................. 52
5.2 Saran........................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konsep Kesetimbangan Kalor .............................................. 7
Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Konduksi pada Dinding Datar ................ 9
Gambar 2.3 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Pipa ................. 10
Gambar 2.4 Perpindahan kalor konveksi pada Dinding Datar ................. 11
Gambar 2.5 Skema Perpindahan Kalor Gabungan.................................. 12
Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Gabungan .............................................. 13
Gambar 2.7 Variasai Perbedaan Temperatur Pada Heat Exchanger ...... 15
Gambar 2.8 Diagram faktor Koreksi (F) untuk single pass cross
flow unmixed ...................................................................... 16
Gambar 2.9 Diagram Keefektifan Heat Exchanger cross-flow unmixed .. 18
Gambar 2.10 Aliran Double Pipe Heat Exchanger ................................... 19
Gambar 2.11 Bentuk Susunan Tabung .................................................... 21
Gambar 2.12 Shell and Tube Heat Exchanger ........................................ 21
Gambar 2.13 Pendekatan sirip transfersal penampang segi empat ........ 23
Gambar 2.14 Diagran teoritis efisinsi sirip transferal dengan
penampang segi empat ..................................................... 24
Gambar 3.1 Tabung Gas LPG ................................................................. 26
Gambar 3.2 Kunir..................................................................................... 27
Gambar 3.3 Desain Heat Exchanger Tube fin satu pass shell
tiga pass............................................................................... 27
Gambar 3.4 Aliran fluida pada Heat Exchanger Tube non fin satu
Pass shell tiga pass .............................................................. 28
Gambar 3.5 Mesin Pengering Empon-empon .......................................... 28
Gambar 3.6 Blower .................................................................................. 29

xiii

Gambar 3.7 Kompor ................................................................................ 29
Gambar 3.8 Thermocouple ...................................................................... 30
Gambar 3.9 Anemometer ........................................................................ 30
Gambar 3.10 Timbangan Digital .............................................................. 31
Gambar 3.11 Timbangan Analog ............................................................. 31
Gambar 3.12 Stopwatch ........................................................................ 32
Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 33
Gambar 3.14 Instalasi Pengujian ............................................................ 34
Gambar 4.1 Menentukan Nilai NTU dengan Diagaram NTU ................... 42
Gambar 4.2 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Perubahan Temperatur Fluida dingin (∆Tc) ........................ 46
Gambar 4.3 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Kalor yang Diterima Fluida Dingin(qc) .................................. 47
Gambar 4.4 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Koefisien Perpindahan Kalor Total(U) ................................ 48
Gambar 4.5 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Koefisien Perpindahan Kalor Fluida Dingin(hc) .................... 49
Gambar 4.6 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Effisiensi ( ) ......................................................................... 50
Gambar 4.7 Pengaruh variasi debit fluida dingin Terhadap
Perubahan Massa Kunir (∆mkunir) ......................................... 51

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Heat Exchanger ..................................... 37
Tabel 4.2 Data yang Didapat dari Tabel Lampiran................................... 44
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan ..................................................................... 45

xv

DAFTAR RUMUS
Rumus 1.1 Rumus Mencari Kalor (q) ....................................................... 7
Rumus 1.2 Teori Kesetimbangan Kalor ................................................... 7
Rumus 1.3 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar ................. 9
Rumus 1.4 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Datar ................. 9
Rumus 1.5 Perpindahan Kalor Konduksi Pada Dinding Pipa ................... 10
Rumus 1.6 Perpindahan Kalor Konveksi Pada Dinding Datar ................. 11
Rumus 1.7 Perpindahan Kalor Radiasi .................................................... 12
Rumus 1.8 Menentukan Hambatan Perpindahan Kalor .......................... 13
Rumus 1.9 Menentukan Nilai Koefisien Perpindahan Kalor ..................... 13
Rumus 2.0 Menentukan Angka Reynold .................................................. 13
Rumus 2.1 Menentukan Angka Nusselt ................................................... 14
Rumus 2.2 Menentukan Angka Nusselt ................................................... 14
Rumus 2.3 Menentukan koefisien Perpindahan Kalor ............................. 14
Rumus 2.4 Metode LMTD ........................................................................ 15
Rumus 2.5 Menentukan

............................................................... 16

Rumus 2.6 Menentukan Raiso Temperature P ........................................ 16
Rumus 2.7 Menentukan Raiso Temperature R ........................................ 16
Rumus 2.8 Menentukan Keefektifan Perpindahan Kalor ( ) .................... 17
Rumus 2.9 Menentukan Kalor dengan kapasitas kalor ............................ 17
Rumus 3.0 Menentukan qmax ................................................................... 17
Rumus 3.1 Menentukan rasio Kapasitas Kalor ........................................ 17
Rumus 3.2 Menentukan NTU................................................................... 17

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol
q

= Perpindahan Kalor (J) atau (W)

m

= massa (kg)

ṁ

= massa fluida (kg/s)

Cp

= Kalor Jenis Benda (kJ/kgK)

ΔT

= Perubahan Suhu (K)

K

= Konduktivitas Thermal (W/m2K)

A

= Luas Permukaan (m3)

Rwall

= Hambatan pada dinding

h

= Koefisien perpindahan kalor (W/m2K)

U

= Koefisien Perpindahan Kalor Total (W/m2K)

Re

= Bilangan Reynold
= Viskositas absolut fluida (kg/m.s)

v

= Viskositas kinematik fluida

Nu

= Bilangan Nuselt

F

= Faktor koreksi

∆TLMTD

= Perbedaan temperatur rata-rata logaritma (K)

P

= Rasio temperatur P

R

= Rasio temperatur R
= Keefektifan perpindahan kalor

qmax

= Perpindahan kalor maksimal (W)

C

= Kapasitas Kalor (W/K)

xvii

NTU

= Number of Transfer Unit
= Efisiensi (%)

Q

= debit (m3/s)

Subskrip
c

= Cool

h

= Hot

xviii

DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Desain Heat Exchanger 3D
Lampiran 2 Desain Heat Exchanger 2D
Lampiran 3 Desain Shell
Lampiran 4 Desain Tub dan fin
Lampiran 5 Desain Smoke Box Inlet dan Outlet
Lampiran 6 Shell Plate
Lampiran 7 Tabel Properti Udara
Lampiran 8 Tabel Properti CO2
Lampiran 9 Tabel HHV
Lampiran 10 Diagram NTU
Lampiran 11 Hasil Pengeringan dan Set-Up Pengujian
Lampiran 12 Bagian-bagian Heat exchanger

xix