PROPOSAL TUGAS AKHIRPEMBUATAN DAN PENGUJIAN ALAT PENUKAR KALOR
(HEAT EXCHANGER) TIPE COUNTER FLOW UNTUK DIGUNAKAN PADA ALAT
PENGERING DARAH SAPI
Laporan akhir ini disusun sebagai salah satu syarat
menyelesaikan program diploma III Teknik Konversi Energi
Disusun Oleh:ENDAH WULANDARI121711008
D3-TEKNIK KONVERSI ENERGIDEPARTEMEN TEKNIK KONVERSI
ENERGIPOLITEKNIK NEGERI BANDUNGJln. Gegerkalong Hilir, Desa
Ciwaruga, Bandung 40012, Kotak pos 12342015LEMBAR PENGESAHAN
PROPOSAL TUGAS AKHIR
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) TIPE
COUNTER FLOW UNTUK DIGUNAKAN PADA ALAT PENGERING DARAH SAPI
Oleh :Endah WulandariNIM : 121711008
Proposal ini telah disetujui dan disahkan menjadi syarat untuk
menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir pada semester VIDisetujui
oleh :
Pembimbing
Sapto Prajoga,Ir.,MTNIP. 19621122 199512 1 001Koordinator Tugas
Akhir
Dr. I Made Wiwit Kastawan, MT.NIP. 19740421 200312 1 002
I. LATAR BELAKANG Pada zaman sekarang ini produksi limbah
semakin banyak diproduksi oleh industi. Kebanyakan dari industri
ini menyampingkan pengolahan limbah dengan cara yang baik. Contoh
limbah yang kurang diperhatikan yaitu limbah darah sapi dari rumah
pemotongan hewan. Darah yang berasal dari sapi ini biasanya
langsung dibuang ke aliran sungai. Seekor sapi dapat menghasilkan
28 liter darah (republika 2014). Padahal darah sapi ini dapat
dimanfaatkan menjadi pakan ternak, contahnya untuk ikan lele. Untuk
dijadikan sebagai pakan ternak, limbah darah sapi diubah kedalam
bentuk tepung, untuk menjadikan tepung darah sapi harus melalui
proses pengeringan. Untuk itu alat pengeringan dalam proses
pembuatan tepung ini sangat penting. Pengeringan merupakan metode
pengawetan produk yang bertujuan untuk mengurangi kandungan air di
dalam bahan sampai pada tingkat tertentu dimana kerusakan akibat
reaksi kimia dan bakteri pembusuk dapat diminimalisir. Alat
pengering ini memiliki sumber panas yang berasal dari tungku
biomassa. Tungku biomassa memanfaatkan limbah pertanian sebagai
bahan bakar, contohnya yaitu sekam padi. Pembakaran biomassa secara
langsung sebagai pemanas tambahan menimbulkan kendala asap yang
akan mempengaruhi kualitas produk yang dikeringkan untuk menangani
masalah ini diperlukan alat penukar kalor yang dapat menghasilkan
udara panas yang bersih dari tungku biomasa tersebut. Untuk itu
pembuatan alat penukar kalor heat exchanger adalah salah satu
komponen penting dalam proses pengeringan. Menurut Chapman (1984),
heat exchanger merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan
sejumlah panas dari sebuah bahan atau zat ke bahan atau zat lain.
Alat penukar kalor banyak sekali tipe nya berdasarkan arah aliranya
dibedakan menjadi tiga bagian yaitu berlawanan (counter flow),
searah parallel flow, dan bersilangan cross flow.Perpindahan panas
(heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang
terjadi karena adanya perpedaaan suhu diantara benda atau material.
Dari termodinamika telah diketahui bahwa energi yang pindah itu
dinamakan kalor (Holman 1986). Kalor dapat berpindah dari tempat
dengan temperatur lebih tinggi ke tempat dengan tempertatur yang
lebih rendah.Maka dari itu diperlukan untuk mendapatkan alat
pengering yang digunakan pembuatan heat exchanger sangat penting
dalam proses pengeringan. Untuk itu, penulis mengambil judul
pembuatan dan pengujian penukar kalor ( heat exchanger) tipe
counter flow pada alat pengering darah sapi sebagai pakan
ternak.
II. TUJUAN 1. Melakukan pembuatan alat penukar kalor tipe
counter flow pada alat pengering darah sapi sebagai pakan ternak.2.
Melakukan pengujian alat penukar kalor tipe counter flow pada alat
pengering darah sapi sebagai pakan ternak.
III. RUMUSAN MASALAH1. Bagaimana cara pembuatan alat penukar
kalor pada alat pengering darah sapi sebagai pakan ternak?2.
Bagaimana hasil pengujian alat penukar kalor pada alat pengering
darah sapi sebagai pakan ternak?
IV. BATASAN MASALAHPenulis tidak membahas kualitas dari
kandungan dari gizi tepung setelah melalui proses pengeringan.
Fluida yang digunakan yaitu udara panas dari tungku biomassa dan
udara dingin dari lingkungan sekitar.
V. LANDASAN TEORI1. Pengeringan Pengeringan adalah pengeluaran
air dari suatu bahan pertanian menuju kadar air keseimbangan dengan
udara sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu bahan
pertanian dapat dijaga dari serangan jamur, aktivitas serangga dan
enzim. Keuntungan utama dari proses pengeringan adalah bahan lebih
tahan lama disimpan pada suhu ruang karena mikroba dan enzim pada
bahan pangan dapat diatasi akibat berkurangnya kadar air dalam
bahan. Metode pengeringan secara umum terdiri dari dua yaitu
pengeringan manual/alami dan mekanis/buatan. Pada pengeringan alami
panas pengeringan dipengaruhi oleh cahaya matahari dan kondisi
lingkungan. Pengeringan mekanis dilakukan dengan pemanas
tambahan.2. Heat Exchanger ( Alat Penukar Panas) Menurut Chapman
(1984), heat exchanger merupakan alat yang digunakan untuk
memindahkan sejumlah panas dari sebuah bahan atau zat ke bahan atau
zat lain. Bentuk yang paling sederhana dari penukar panas adalah
regenerator berupa kontainer dimana bahan yang bersuhu tinggi
didalamnya akan kontak secara langsung dengan bahan yang bersuhu
lebih rendah. Pada sistem ini, masing-masing bahan atau fluida akan
mencapai suhu akhir yang sama. Jumlah dari panas yang dapat
dipindahkan dapat dihitung dengan konsep keseimbangan energi.
Energi yang dilepaskan oleh fluida yang lebih panas akan sama
dengan jumlah energi yang diterima oleh fluida yang lebih
dingin.
(a) (b)
(c)Gambar 1. Konfigurasi dari penukar panas aliran tertutup. (a)
Counterflow. (b) Parallelflow. (c) Crossflow.Bentuk lain dari
penukar panas adalah menggunakan dinding atau sekat sehingga
memungkinkan adanya perambatan panas dari fluida yang bersuhu
tinggi ke fluida yang bersuhu rendah. Sistem ini kemudian disebut
dengan sistem penukar panas sistem tertutup (closed type heat
exchanger). Sedangkan pada penukar panas sistem terbuka (open type
heat exchanger) sebelum fluida masuk kedalam sistem penukar panas,
fluida akan masuk terlebih dahulu kedalam suatu ruangan terbuka,
setelah bercampur fluida akan masuk dan meninggalkan penukar panas
dalam aliran tunggal Arah aliran dari fluida juga digunakan sebagai
dasar untuk mengklasifikasikan bentuk penukar panas pada sistem
tertutup. Arah aliran penukar panas dibedakan menjadi aliran yang
berlawanan arah (Counterflow), aliran yang searah (Parallelflow),
dan arah aliran yang memotong (Crossflow). Beberapa bentuk dari
arah aliran penukar panas dapat dilihat pada Gambar 1.3.
Perpindahan PanasPerpindahan panas (heat transfer) ialah ilmu untuk
meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perpedaaan
suhu diantara benda atau material. Dari termodinamika telah
diketahui bahwa energi yang pindah itu dinamakan kalor (Holman
1986). Kalor dapat berpindah dari tempat dengan temperatur lebih
tinggi ke tempat dengan tempertatur yang lebih rendah. Ada tiga
cara pindah panas yang dikenal yaitu konduksi, konveksi, dan
radiasi. Kalor dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi
akan mengalir melalui zat benda itu ke bagian lainnya yang
bertemperatur lebih rendah. Zat atau partikel zat dari benda yang
dialui kalor ini sendiri tidak mengalir sehingga tenaga kalor
berpindah dari satu partikel ke lain partikel dan mencapai bagian
yang dituju. Perpindahan ini disebut konduksi, arus panasnya adalah
arus kalor konduksi dan zatnya itu mempunyai sifat konduksi kalor.
Secara umum laju aliran kalor secara konduksi dapat dihitung dengan
rumus sebagai berikut:
qk = - kA[[footnoteRef:1]] [1: [] (Holman J.P, 1994 hal: 2)]
Konveksi kalor terjadi karena partikel zat bertemperatur lebih
tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya
terjadi perpindahan kalor melalui perpindahan massa. Aliran zat
atau fluida, dapat berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan
massa jenis karena perbedaan temperatur, dan dapat juga sebagai
akibat paksaan .Laju perpindahan kalor antara suatu permukaan plat
dan suatu fluida dapat dihitung dengan hubungan:qc = hc A T
[[footnoteRef:2]] [2: [] (Holman J.P, 1994 hal: 11) ]
Mode ketiga dari transmisi kalor disebabkan oleh perambatan
gelombang elektromagnetik, yang dapat terjadi baik didalam vakum
total maupun di dalam medium. Bukti eksperimental mengindikasikan
bahwa perpindahan kalor radian adalah proposional terhadap pangkat
keempat dari temperatur absolut, sementara konduksi dan konveksi
proposional terhadap selisih temperatur linier . Radiasi dalam
ruang kurung ini dapat kita tunjukan bahwa pertukaran radiasi netto
dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:qr = A (T14-T24)
[[footnoteRef:3]] [3: [] (Holman J.P, 1994 hal: 13)]
4. Efektifitas Keefektifan penukar panas adalah perbandingan
laju perpindahan panas yang sebenarnya dalam penukar panas terhadap
laju pertukaran panas yang mungkin terjadi (Kreith, 1973).
Efektifitas = =Laju pindah panas sebenarnya = Cmin (Tco Tci) Laju
pindah panas yang mungkin terjadi = Cmin (Thi Tci) Nilai
efektifitas penukar panas untuk aliran berlawanan dapat dihitung
dengan persamaan (Holman, 1986):=2{1+C+(1+C2 )1/2xNTU= C=NTU
(number of heat transfer units) adalah jumlah satuan perpindahan
panas yang merupakan tolak ukur perpindahan panas suatu penukar
panas. Harga NTU semakin besar maka penukar panas mendekati
batastermodinamikanya (Kreith, 1973). Bila keefektifan penukar
panas telah diketahui, maka kesetaraan laju pindah panas pada
persamaan sebelumnya dapat diekspresikan sebagai berikut:Q= x cmin
(Thi-Tci)Perbandingan efektifitas untuk susunan penukar kalor
berlawanan arah disajikan pada Gambar berikut :
Gambar 2. hubungan antara efektivitas dan NTU
VI. METOLOGI PENYELESAIAN MASALAHMetodologi yang akan dilakukan
adalah:1. Studi PustakaMelakukan studi literatur dan mengkaji
materi yang sesuai dengan obyek studi tugas akhir.1. Bimbingan
Melakukan tanya jawab dan diskusi dengan pembimbing dan staf
pengajar yang berkaitan dengan penyusunan objek studi tugas akhir.
1. Pembuatan dan pengujian Alat yang telah dibuat kemudian diuji
untuk diambil beberapa data. Data yang diperoleh kemudian diolah
dan dianalisis.
SELESAIMULAISTUDI LITERATURPEMBUATAN ALATPENGUJIAN
ALATPENYUSUNAN LAPORANPENGAMBILAN DATAPENGOLAHAN
DATAANALISAPENGAMBILAN ULANGTIDAKYA
Gambar 3. flow chart pengerjaan tugas akhira. Pembuatan alat 1.
Menentukan bahan dan alat Pada pembuatan alat penukar kalor dengan
tipe counter flow ini menggunakan pipa tembaga, dengan di selubung
plat besi 2 mm. Alat penukar kalor ini memilikisumber panas dari
tungku biomassa. udara panas dari tungku akan memanaskan udara yang
beraasal dari udara sekitar dengan menggunakan fan dengan sumber
DC. Rencana alat penukar kalor lebih jelasnya dapat dilihat pada
lampiran.2. Pembuatan alat 1. Pembuatan pipa tembaga sebagai tempat
mengalirnya udara panas dari tungku biomassa. Pipa tembaga
berukuran 0.0254 m atau 1 inchi, dengan pipa sebanyak 9 buah.2.
Pembuatan selongsong yang menutupi bagian pipa. Pipa selonsong akan
dibuat dengan ukuran diameter 0.25 m dan panjang 0.6m dengan bahan
plat besi esser dengan ketebalan 2mm.3. Pembuatan saluran masuk
udara sekitar dan udara ke bak pengering. Dengan ukuran diameter
0.12m.4. Pembuatan cerobong tempat udara keluaran alat penukar
kalor, dengan ukuran 0.05 m. dengan tinggi 0.15m.5. Pembuatan
saluran udara menuju bak pengering dengan ukuran berdiameter 2
inchi. 6. Perakitan dan pemasangan Fan DC dengan diameter 0.12m.7.
Perakitan seluruh bagian alat penukar panas.
3. Pengujian Alata. Suhu udara masuk pipa( C)b. Suhu udara
keluar pipa ( C)c. Suhu udara keluar penukar kalor ( C) d. Suhu
udara lingkungan ( C)e. Kecepatan udara lingkungan (m/s)VII. LOKASI
OBJEK TA/STUDI KASUSPelaksanaan tugas akhir akan dilakukan di
laboratorium teknik konversi energi. VIII. RANCANA ANGGARANBerikut
adalah rancangan biaya untuk pembuatan heat excharger:NoBahanJumlah
Satuan Harga
1.Pipa tembaga 1 inchi4.5mRp. 85.000 Rp. 382.500
2.Plat Besi (esser)1 lembar Rp. 419.900 Rp. 419.900
3.Fan (Motor dc)1 BuahRp. 120.000Rp. 100.000
4.Batang besi (siku)1 batang Rp. 38.000Rp. 38.000
5.Baut50 BuahRp.300Rp. 15.000
TotalRp. 955.400
IX. JADWAL PELAKSANAAN TUGAS AKHIRRencana
KegiatanDesemberJanuariFebruariMaretAprilMeiJuni
Minggu Ke.1234123412341234123412341
Studi Literatur
Pengajuan Proposal
Seminar proposal
Pembuatan Alat
Pengujian Alat, Pengambilan Data, Perbaikan Alat
Pengolahan Data Hasil Pengujian
Penyusunan Laporan
Sidang
X. REFERENSI/ DAFTAR ACUANHolman, J.P. 1986. Heat Transfer 6th
ed. Diterjemahkan Jasifi, E. 1994.Erlangga, Jakarta.
Kreith, F. 1973. Principle of Heat Transfer. Terjemahan .
Prijono arko. 1986.Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. Edisi ke-3.
Erlangga, Jakarta.Chapman AJ. 1984. Heat Transfer. Ed ke-4. New
York (US): Macmillan Publishing Co.Rukmini, Ai. 2006. Perancangan
Dan Uji Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) Tipe Counter Flow.
Bogar . Teknik Pertanian.