7 Jurnal Rekayasa Mesin 2013 ISBN 978 979 8510 61 8

\r5N

t zzSs-]cs.c1

NETARThIE\T

Vol 13, No 1 (2013)
Journal of Mechanical Engineering
Table of Contents
Articles

TERHADAP

PENGARUH VARIASI KECEPATAN DAN KUAT ARUS
KEKERASAN. TEGANGAN TARIK. STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON
RENDAH DENGAN ELEKTRODA E6Oi3

Amrifan Saladin Mohruni, Billy Hizkya

Kembaren

KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARI'H VARIASI UKURAN CETAKAN
LOGAM TERHADAP PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT
MEKANIK PRODUK COR ALUMINruM
Diah Kusuma Pratiwi, Nurhabibah Paramitha

PENGARUHVARIASISUHUDANWAKTUKONVERSIBIODIESELDARI

PDF

001-008
PDF

009-014
PDF

MINYAK JARAK TERI{ADAP KUANTITAS BIODIESEL YANG DIHASILKAN
Riman Sipahutar, Harry Lukman Lumban

Tobing

015-020

PERANCANGAN ULANG HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR DENGAN PDF
SISTEM DUAL PRESSURE MELALUI PEMANFAATAN GAS BUANG SEBUAH
TURBIN GAS BERDAYA 160 MW
Firmansyah Burlian, Aden Ghafara
021-033
KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PADUAN TIMAH AKI (IO%. 15%. 2O%. PDF
25%) PADA CORAN TEMBAGA PIPA AC (AIR CONDITIONER) BEKAS
TER}IADAP SIFAT MEKANIK
Helmy Alian, Ibrahim Ibrahim
035-0s3
PEMBUATAN PROGRAM APLIKASI PERHITLINGAN BALOK KANTILEVER
PDF
STATIK TERTENTU DENGAN MENGGT]NAKAN MICROSOFT VISUAL BASIC
6.0

Zainal Abidin, Budi Santoso

055-066

STUDI PERHITUNGAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE
DENGAN PROGRAM HEAT TRANSFER RESEARCH INC. ( HTRI )
lrwtn Bizzy, Rachmat Setiadi

PDF

l'{*)-:

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 License.

IIilU]Uililffiilililil

067-076

URNAL REKAYASA MESIN
Hom6 > UScr > loumal lrlaoagcmcnt > Enrollment

Enrollment

U9ER

Section Editors
ls.ct'o" Edjto.r Fl Fhrt
""re
4C EE EI

EErIE!rlll9E9BSI

UyU

it. jcsrrdti

T;'l [;o"trl"s T;l T-------_l
XY

I

Fii;l

Al!

T{OTT FI

ALL EiqOLLEO U!ERs

t,l

tl
!
i=-

L]

fl
n

CATIOT{9

!rtl3"

. r,1.^.o.
!A!!E

!l:1!-!=

llasat

Prof. Or. Ir. HasBn Basri

l'r!a.bar: Ei al'

!.CEA8AE

Dr. Ir.

AIAIAEAU

Dr, Agung - l{ataram

'erd-i-:fbe-:
,!r.r .!_ml:: -l 11

ux!,t6ualj

Dr. Ir. Nukm.n Nukmln

lvlT

Hendri Chandrr

AE.E.SIIEI

Dr Diah Kusuma Prati,^i

E5AILU

l"1r

BSIeAtsUr8E

Dr. Ir. Riman Siprhutrr

Kap16wi

- Sahim

-ai,',i al'<
E
rsha
p;l.rr

l

]OURTAI COTTENT
I orEABLE

uSlgEgJ I EqII I

Lo

C6,

maka q maks = Ch (T

-

T".;)

h,,

- T",)

dimanaC=mcr.
Efektifitas suatu penukar kalor didifinisikan sebagai

rasio antara laju perpindahan kalor

sebenarnya

untuk suatu penukar kalor terhadap

iaju
mungkin.
Secara umum efektifitas dapat dinyatakan sebagai
berikut

perpindahan

kalor maksimum yang
q

E=qnoks
Sedangkan NTU (Number Of Transfer Units)
merupakan parameter yang tidak berdimensi yang
secara luas digunakan dalam analisis suatu penukar
kalor. Bilangan ini didefinisikan sebagai berikut :

Gambar 6: Diagram alir perancargan APK di
PT Pupuk Sriwijaya

2.

Diagram Alir Perancangan Alat Penukar
Kalor Menggunakan Program HTRI

Nru=#
Ti , T., P, m, di,",

di, t,

L, P,

Gambar 7: Diagram alir perancangar APK
menggunakan HTRI

72

Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube dengan Program
Heat Transfer Research Inc.( HTRI )

.I
.l.l
1.

54,55m2

PERIIITI'NGAN DAN A\ALISA

= 207.76w/nf

4.

PcrhitunganManual

a.=

persamaan

= 235

Qr=mr.&r-h:)

Sebagai berikut

'

-

u,
^

-

(\)

R''=dit'ct
lt

56A,910 t4l
oC
(,15-32

r

J/kg

)

_ 16,5610-3 m x7o,7Bk8/m2s
-r\e.h ____;;;_=;;E_

oC

= 0,098 x
= 98-000

Bede Temp€rstur Rata
(LMTD)
LMTD =

-

Ratr Logaritma

(Incropera : 1996)

-

6I'-rrAJ'

Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi
(h,)

Koefisien perpindahan kalor konveksi (h,)
dapat dicari dari persamaan Nusselt (Nu)
sebagai berikut :

"'ar.

=T6, - T"." = l20oC-450C=750C
AT2=T6."-T"., = 50oC-320C- tEoC
LMTD =

(";?
57

= 197,64

s7 oc
1,42?

Sehingga:
,s'l,u+

oC

= 39,94

Untuk tipe alat penukar kalor tipe
pas tube faldor koreksi (F)
I

:

I

(U)

Kalor

Koefisien perpindahan kalor menyeluruh

disain dapat diketahui dengan

h.='"t
' tl*

pas shetl dan I

Perpindahar

Koelisien

h

f,it = o.orr4 (Rqho8 - 1oo) P, ro4
Nu = 0,0214 (9.8000'8 - 100) 0,875604
Nu =

tn 4,a667

Menyeluruh Disain

q
A a LMTD

LMTD = Beda temp€ratur rata - rata logaritma
A = Luas permukaan perpindahan kalor ( m'? )

=NtxLxlxDo,t

=235 x 4,877 rn x3,14 x 0.019 m

-

438,15 tnmx 6,35 mm

Kalor

x 219 mm

25,4 mm

= 23988,713 mmz
= 0,0239888 m2
= 0,024 mz

Kecepatan Aliran Massa Air (G,)

(r"
^hc
'ds
_

= 68,56 m2
Jadi,

10,37

kgls

o,oz4 m2

= 432,08

a

A x LMTD

JURNAL REKAYASA MESIN Vol.

16,56r 10-3 m

Perhituogen Sisi.liell
- Luas Permukaan Perpindahan
Torat (&)
.!,-. ct. E

menggunakan

di mana :
q = Laju peepindahan kalor ( W )

, o,ozr-ln

= 360,40 w/m'?oC

:

'

103

Jadi,jenis aliran yang terjadi di dalam rure
adalah aliran turbulen karena Rq h >2300

AT1

u,=
_

3,6r kgls
-6ilii-

Bilangan Reynold

= 70,47 kgls

persamaan

m':

=70,71kglm2.s

-

_ 568,910 r,-r4.174.7 13 -

3.

m2

1

G,=a

=cp,(Q'AT

2,

.10''

Keceparan Aliran Massa Ammonia (Gr)

:

zrL . cp," . AT

4r,7A,7

21s1

= 0,05

Q, = 3,61I I kg/s.(1.736,s6- 1.s79,01) kJAg
= 568,910 w
diasumsikan bahwa kalor yang dilepaskan fluida
panas gas ammonia seluruhnya diserap oleh air
sehingga kita bisa mengetahui besamya laju aliran
massa air.

rir^

dL

N,;

:

O=ah=O"

Q":

oC

Luas Permukaan Perpindahan Kalor Tolal
(a')

Besamya perpidahan kalor dari fluida panas ke
berikut

oC

Perhitungan Sisi frrrs

-

Leju Perpindahan Kalor

fluida dingin dapat dihitung dengan

r 39,94

13

No. I Maret 2013

kg/m2.s

73

-

nA

Bilangan Reynold (R",.)
2

d.. 6"
I

di mana

z, e,e:,4, csz,ozff x

Pr---sr)

=

-

Tdor

,

h.r+rrg,osz

_ 1((i2S,1 r 0,86r2S.1)-.-- .-)

*-

k

| ,497 ,94
14,71 kPa

t.

f,i-rt , o,os

4

((12.7, ?1!!:t)- 142,11)
= 19,05 mm

*

-

_

l.

=

1996)

"

>2300 (Inffopera

Ch=mh.Cp.h

Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi
Koefisien perpindahan kalor konveksi (ho)
dapat dicari dari persamaan Nusselt (Nu)
sebagai berikut :

_;:

h.d-

= 3,61 kels . 2228,3 | /kgo(
= 8.046,6tW

-

280) P,

9.

roa

= 0,012(12.243,400.87 -280)

4,47 30.4

Nu = 72,55

Sehingga

:

h" =

Laju Perpindahan Kalor Makimum
( q-.*, )
=

62.,64m"c

=

= 2.526,59 W hn2.oC

Koelisien Perpindshan Kalor Menyeluruh
Bersih (U.)

10.

1-__1-_L
hL 2nlk ho
,-,!l?!.
"'6
--L'z8s'
360.10 2 z91a x a,a17
x tb,2 ---L
2526.59

.

Ua

ww- 2o7.7 6

;iTi

oc
. m"l^/
= 0.00141
P€trurunan Tekansn (AP)

- Sisi Tube:
a?'t.n
6p. = f
' z-9-diL p-O

74

Q"ktuat
Qmaks

x \OO

o/o

s6326ow
x 7oo o/n
= 708,101,68
W

=;;ffi;;7ffi
;t-6E

x 88 ) Watt

708.101,58 Watt

E:

tN /m? .oC

u(- ud

2e3,87

oC

Efektifitas Alat Petrukar Kalor ( e )

Fsktor Peogotoran (Rr)
Ue

( 120 - 32 )

laju
laju
perpindahan kalor maksimum yang mungkin
terjadi.

_1

=

oC

dangan membandingkan antam
perpindahan kalor aktual dengan

lhrsr

R''

)

Efektifitas suatu alat penukar kalor didapat

1

= 289,72

T",r

= ( 8.046,61

1a,05 10-3 m

,.

C." ( Tri -

= 8.046,61W /

.k

-+-'
^/.,
72ss
, xo

oC

C" dan C.1n = C1

Q.*,

:

.

/

Dari laju kapasitas kalor yang didapat, C">Ch maka

C."6

= 0,012 (&..0.87

oC

43.328,94 W /

2. Untuk perhitungan fluida panas di sisi ,.rre

:

(lr")

7.

:

0'63710-3lJ'

Jadi,jenis aliran yang tedadi di dalam rube adalah

=

m'1

C^=m-.C-^
= 10,37 ke/s . 4L78,7 l/kgoc

rO-". r +rz.O+z#

aliran turbulen karena R .

-.Nu

1

Untuk perhitungan fluida dingin di slrel/

= 12.243,40

-

/t38,15. ro_3

1o,os. 1o-3 x

Laju Kapasitas lftlor ( C )

Jadi,
rg,O+S

l

-

f. 6s'? . dir. (xp+ 1)
Aps =
zgPdeQs
_ O,2O t (432,Oa kg /rn2 s)2 , (22+ t) x

:

0.85

o.o27x(72,Zkg /m7 s) 2 x4,A77
9.a7 ml s2r76,36. 7o-3 m xo.5a39 kg lmz x

= 2.804,55 kg/m'] = 27,46 kPa
Sisi Shell :

d. = diameter hidrolik

_ 1(;Pr.

t

lt.

= 0.79 x 100 o/o
= 79 o/o
Number ofTransfer Unit ( NTU )
NTU

ul
= Cmtn
_20s,?aw flnz

ocz 68,s6 mz

a.046,61W/oC

= 7,75
Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube dengan Program
Heat Transfer Research Inc.( HTRI )

1.2

PerhitunganKomputerisasi

Dalam perhitungan menggunakan program I{TRI,

kita hanya memasukan data

-

data yang telah

diketahui seperti suhu, laju aliran masa salah satu
fluida, tekanan. serta asumsi asumsi perancangan
berdasarkan standar - standar dari TEMA , Perrys
hand book dar, ptstaka Kern,

1.

Proses memasukan data
Pada proses ini, kita hanya memasukan data
yang dibutuhkan oleh program trerdasarkan
asumsi perancangan. Beda halnya dengan
menggunakan perhitungan manual, tidak
semua data yang kita ketahui harus dimasukan

dalam proses perhitungan HTRI. Program
hanya memberikan tanda untuk data yang
harus dimasukan dan selebihnya program akan
memproses data secara otomatis. Seperti yang
terlihat pada gambar.

-jl l!lll-lr
Gambar 9: Hasil performansi desain APK

I

i.4.gi;;.{--rl
kf,
b*,
x,&a

Hr6 li:ii-' .d* f-+
/1-,r-/i-!drtr.ry
i,
;tr
Fi , ]i
- / in-.
ra-:-, rT:r:-rrf.

rf,

Cambar 8: Proses Nlcmasukkan data di sisi
"shcll dan tube"

2.

Hasil Proses Pengolahsn Data

Jika proses memasukan data sudah

selesai,

maka data akan diolah secara otomatis oleh

progr:rm

dan akan diketahui apakah

perencanaan berhasil

atau tidak.

Jika

perencanaan gagal, progmm akan memberikan
pesan eror dan perbaikan yang harus

Gambar l0: Konstruksi hasil desain APK

dilakukan dalam memasukan data. Jika
berhasil, program akan memberikan hasil
berupa tabel seperti yang terlihat pada gambar.

JURNAL REKAYASA MESN Vol.

13

No. I Maret 2013

75

43

4.3.1

Analisis Data Hasil Perhitungan

;

Tabel 1: Perba[dingan hasil perencanaan
manual

Laju

Temperatur VS Panjang Tube

Perhitngsn

Perhitungan

Manurl

HTRI

568.910 W

564.453 W

,

i

..5.=+E-j

a

I('i

perpindahan
kalor (q)

LMTD
Koefisien

39,94'C
205,71

Wm"C

tg

?o 0a

206w/m"C

Koefisien

Gambar

1

l:

Grafik aliran temperatur panjang
tube

perpindahan
kalor disain (U6)

4.3.2
293,87 W

krf'C

295,59 W/m'

NTU VS Efektivitas Terhadap
Cmin/Cmax

oc

perpindahan
kalor bersih (U")
Jumlah baffle
Penurunan

Tekanan

Faktor

t8

22
Shell

Tube

Shell

Tube

14,71

21,46

8,02

t7,05

kPa

kPa

kPa

kPa

0,00146 'C m'lW

pengotoran

0,00144

f

F

{

:ffiil;ffi;

'c

m'lvy'
,\-Iu

Dari perhitungan perencanaan dimensi APK dengan

HTRI ini, didapat faktor
pengotoran yang bemilai O.0Ol44 oc.m'?lw.
Sedangkan standar faktor pengotoran yang
menggunakan program

diizinkan dari TEMA untuk fluida ammonia vapor

adalah 0.00176 0C.m2,1Ir. Ha1 ini menunjukan
dimensi APK yang dirancang sudah memenuhi

Gambar 12: Grafik NTU efektivitas terhadap
nilai Cmin/Cmax

4.3.3

Diameter Luar Tube ( d". t ) VS Fakror
Pengotorar ( Rr)

syarat dari standar yang telah ditetapkan.

Perbandingan anlara perhitungan manual dan
komputerisasi dapat dilihat dari perbedaan laju
perpindahan kalor, LMTD, koefisien perpindahan
kalor menyeluruh disain dan bersih, jumlah baffle
dan faktor pergotoran. Perbedaan nilai perhitungan

ini diakibatkan perhitungan dengan menggunakan
program lebih akurat daripada menggunakan
perhitungan manual. Dalam melakukan
perhitungan, penulis menggunakan 2 angka
desimal.

.\
c ,*,

\
\

al

\-

!
i "*.
,!\

\

\

".,

-

\

\

*,.,,."
\

o'{E'.:or'r':b.

Gambar 13; Crafik diamater luar tube - fflktor
pengotoran

76

Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube dengan Program
Heat Transfer Research Inc.( HTRI )

5
5.1

KESI }I PI II,,\N DAN

SAR.\\
Diharapkan adanya penelitian

Kesimpulan

Dari hasil perhitungan sebelumnya, dapat diambil
beberapa kesimpulan sebagai berikut

l.

2.

minimal pada industri kimia dibutuhkan
diameter siel/ sebesar 438,15 mm dan diameter
tube sebesar 19.05 mm
Kualitas APK yang dibuat dapat dilihat da
nilai efelctivitas dan faktor pengotoran dari
APK yang direncanakan. Nilai efektivitas
perencatxlan ini bemilai 79 o/o dan faktor

pengotoran bemilai 0.00l4l oC m'?,{

gasket,flange, tie rod, dan bolt and nut.

6
[]

perbedaan perhitungan antara komputerisasi

A, "Heat

:

l. Sebelum melakukan

petencanaan

menggunakan program, sebaiknya perencilna
melakukan perhitungan manual terlebih dahulu

sebagai acuan dasar perencanaan

-

Transfer",

[4]

Terjemahan Ir. E Jasjfi, Msc, Jakarta,
Erlangga, l9E4
Incroper4 Frank P., dan Dewitt, David P.,
"Fundamental of Heat and Mass Transfer",
4'h Edition, John Wiley and Sons, United
States of America, 1996
Kem, Donald Q. "Process Heat Transfer",
McGraw-Hill Intemational, New York,
1965

Berikut beberapa saran untuk disampaikan

memakai persamaan

S'[,\KA

[5] Lienhard, John H, "Heat

Saran

adalah

Chengel, Yunus

PL

[2] Holman, J P. "Perpindahan Kalor"
[3]

perhitungan secara manual,

D.\FI'AII

McGraw-Hill, New York, 2007

sam4 terdapat

dan manual dalam melakukan perencaruuln
APK. Perbedaan ini dikarenakan ketelitian
perhitungan program lebih akuat daripada

5.2

lanjut

perencanaan peralatan pendukung seperti

:

Untuk memenuhi syarat faktor pengotoran (Rf)

3. Untuk kondisi fluida yang

lebih

dalam merencanakan APK dari segi pemilihan
material, dimensi nosel, cara pengelasan dan

dengan

persamaan dan kondisi

batas yang dipilih sesuai rancanagan.

JURNAL REKAYASA MESIN Vol.

13

No. I Maret 2013

Traansfef'.

Prentice-Hall Inc., New Jersey, 1987

[6] Perry, Robert H., dan Green, Don W,
"Perry's Chemical Engineers' Hand Book,
7'h Edition, McGraw-Hill, United states of
Amerika, 1997

[7] "Standards of The Tubular

Exchanger

Manufakturers Association", 9'h edition,
Tarr).town, New York 10591, 2007

77