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.