Buku ini memberikan contoh soal penyelesaian alat penukar kalor (heat exchanger) untuk pipa ganda dan shell dan tube, meliputi teori dasar tentang koefisien perpindahan kalor, perbedaan temperatur rata-rata logaritma, dan metode efektivitas-NTU."

1. MODUL
CONTOH PENYELESAIAN SOAL
ALAT PENUKAR KALOR
(HEAT EXCHANGER)
Edisi Percobaan
Ali Hasimi PaneConsultant
CAKUPAN PEMBAHASAN:
 APK PIPA GANDA
 APK SHELL AND TUBE

2. ADVANCE LEARNING PROGRAM
(ALP CONSULTANT)
Menyediakan Buku
BIDANG STUDI DASAR
Thermodinamika, Perpindahan Panas, Mekanika Fluida, Konservasi Energi
Analisis Manual Dasar
Heat Exchanger, Sistem Uap, Sistem Refrigerasi dan AC
ALAMAT KONTAK
By Phone:
+6281370934621
By Email:
ali.h.pane@gmail.com

3. MUKADDIMAH
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan ke-hadirat Allah SWT, karena atas izin-
Nyalah buku dengan judul: Modul Contoh Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor
(Heat Exchanger) dapat dikerjakan, tapi masih dibutuhkan koreksi-koreksi dalam
penyempurnaannya, baik itu isi maupun sisi manfaatnya. Materi-materi soal dalam buku
ini adalah dikutib dari beberapa buku teknik diantaranya: buku teknik mesin,
perpindahan kalor, teknik kimia maupun referensi-referensi lainnya supaya isi dan
pembahasan lebih bervariasi.
Buku ini ditulis dengan studi-studi kasus yang sederhana, itu dimaksudkan agar
baik pembaca maupun pengguna dapat dengan mudah untuk memahaminya. Selain itu
isi dari buku ini adalah fokus terhadap alat penukar kalor jenis pipa ganda dan shell and
tube baik aliran searah maupun berlawanan arah. Dan tetap berorientasi terhadap
referensi yang digunakan.
Demikianlah buku ii dibuat, penulis sangat mengharapkan kritikan dan saran
dari pengguna dan pembaca, agar supaya buku ini dapat diperbaiki dan tepat sasaran
sesuai dengan tema yang disajikan.
Medan, Juni 2014
Penulis,
Ali Hasimi Pane

4. Ali Hasimi Pane
Consultant
1. Tinjauan Teori Dasar
Untuk menggunakan buku ini, pembaca diharapkan sudah memahami materi-materi
dasar tentang thermodinamika, perpindahan panas dan mekanika fluida. Karena, materi alat
penukar kalor memiliki hubungan erat kepada studi yang disebutkan. Sementara, alat penukar
kalor (APK) tersebut banyak terdapat dalam lingkungan perumahan penduduk, perhotelan,
gedung-gedung publik, pusat perbelanjaan maupun dalam aplikasi industri. Contoh sederhana
adalah seperti sistem pendingin ruangan atau AC, kulkas, pendingin automobil, sistem
pembangkit tenaga uap dan banyak aplikasi lainnya.
1.1. Laju perpindahan panas yang terjadi pada APK, dapat ditentukan
LMTDAUQ  …1.1
dimana
Q = Laju perpindahan panas (W atau Btu/h)
U = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (W/m2
.o
C atau Btu/h . ft2
. o
F)
A = luas penampang (APK) (m2
atau ft2
)
LMTD = Perbedaan temperatur rata-rata logaritma (o
C atau o
F)
Berdasarkan kekekalan energi, maka laju perpindahan panas dapat ditentukan:
)()( ,,,, ociccohihh
ch
outin
hhmhhm
QQ
QQ




…1.2
dimana
Q = Laju perpindahan panas
m = Laju aliran massa (kg/s atau lbm/h)
h = Enthalpi fluida panas pada sisi aliran masuk (J/kg. o
C atau Btu/h. lb. o
F)
Sementara subcript:
h ; c = Menjelaskan sebagai fluida panas dan fluida dingin
i ; o = Menjelaskan aliran masuk dan aliran keluar
Jika proses perpindahan panas dalam APK tidak mengalami perubahan bentuk (fasa) dan
diasumsikan panas spesifik adalah konstan, maka persamaan 1.b menjadi:
)()( ,,,,,, ociccpcohihhph
ch
TTcmTTcm
QQ



…1.3
Dimana, T adalah temperatur dan cp adalah panas spesifik fluida pada tekanan konstan.

5. Ali Hasimi Pane
Consultant
1.2. Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh (U1
)
Untuk alat penukar kalor adalah berpenampang silinder, maka persamaan umum
koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U):


TotalR
U
1
…1.4
atau
oo
io
ii AhπkL
DD
Ah
U



1
2
)/ln(1
1
…1.5
Dari persamaan 1.5 dapat dikembangkan untuk mengetahui nilai koefisien perpindahan kalor
menyeluruh pada sisi dalam dan sisi luar permukaan silinder,
- Untuk sisi dalam silinder
o
i
o
ioi
i
i
A
A
hπkL
DDA
h
U



1
2
)/ln(1
1
…1.6
- Untuk sisi luar silinder
o
ioo
ii
o
o
hπkL
DDA
hA
A
U



1
2
)/ln(1
1
…1.7
dimana
U = Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (W/m2
. o
C atau Btu/h. ft2
. o
F)
h = Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2
. o
C atau Btu/h. ft2
. o
F)
A = Luas penampang APK (m2
atau ft2
)
D = Diameter tube APK (m atau ft)
L = Panjang tube APK (m atau ft)
k = Koefisien konduktivitas thermal (W/m. o
C atau Btu/h. ft. o
F)
i dan o = Menjelaskan sisi dalam dan sisi luar tube APK
Apabila pada APK telah terjadi pengotoran, maka persamaan koefisien perpindahan kalor
menyeluruh (U) menjadi:
ooo
ofio
i
if
ii AhA
R
πkL
DD
A
R
Ah
U



1
2
)/ln(1
1
,,
…1.8
1
Nilai U untuk beberapa jenis fluida dapat dilihat dalam lampiran tabel

6. Ali Hasimi Pane
Consultant
dimana
Rf,i dan Rf,o = Faktor pengotoran pada sisi dalam dan luar dinding tube APK
1.3. Perbedaan Temperatur Rata-rata Logaritma (LMTD)
Perbedaan temperatur rata-rata logaritma (LMTD) adalah menentukan nilai
perbedaan temperatur yang terjadi dalam alat penukar kalor. Penentuan LMTD tergantung
pada jenis aliran yang diaplikasikan atas APK tersebut.
- LMTD untuk APK Aliran Searah
Gambar 1.1 APK aliran searah
Gambar 1.2 Analogi temperatur APK aliran searah
Maka persamaan:




















)(
)(
ln
)()(
ln
,,
,,
,,,,
2
1
21
outcouth
incinh
outcouthincinh
TT
TT
TTTT
T
T
TT
LMTD



…1.9
Th, outTh, in
Tc, in Tc, out
T2T1

7. Ali Hasimi Pane
Consultant
- LMTD untuk APK Aliran Berlawanan arah
Gambar 1.3 APK berlawanan arah
Gambar 1.4 Analogi temperatur APK aliran berlawanan arah
Maka persamaan:




















)(
)(
ln
)()(
ln
,,
,,
,,,,
2
1
21
incouth
outcinh
incouthoutcinh
TT
TT
TTTT
T
T
TT
LMTD


 …1.10
1.4. Faktor Koreksi (F) LMTD
Untuk alat penukar kalor shell and tube dan aliran menyilang, yang memiliki jumlah
aliran/lintasannya lebih dari satu ataupun lebih (multi-pass), baik itu dalam shell maupun
susunan tube, maka dalam hal ini nilai LMTD yang telah diperoleh harus dikoreksi dengan
faktor koreksi (F). Maka laju perpindahan kalor dapat ditentukan,
cf
LMTDAUQ  …1.11
dimana cf
LMTD :
FLMTDLMTD cf
 …1.12
Th, outTh, in
Tc, out Tc, in
T2T1

8. Ali Hasimi Pane
Consultant
Sementara untuk nilai faktor koreksi (F) dapat ditentukan secara analisis maupun
menggunakan gambar 1.5 dan 1.6, dengan parameter:
- P adalah keefektipan temperatur pada sisi fluida dingin
11
12
tT
tt
P


 …1.13
- R adalah rasio laju kapasitas energi panas
h
c
C
C
tt
TT
R 



12
21 …1.14
Dimana berdasarkan grafik (Gambar 1.5 dan 1.6),
T1 ; T2 = Temperatur masuk dan keluar pada sisi shell
t1 ; t2 = Temperatur masuk dan keluar pada sisi tube
Nilai faktor koreksi LMTD dapat ditentukan secara analisis yang bergantung pada nilai R
(persamaan 1.14),
- Untuk R  1

















 





 











112
112
ln)1(
1
1
ln1
2
2
2
RRS
RRS
R
RS
S
R
F …1.15
dimana
R
S




 1
…1.16
dan
N
P
RP
/1
1
1








 …1.17
sementara P diperoleh dari persamaan 1.13, dan N adalah jumlah lintasan pada sisi shell.

9. Ali Hasimi Pane
Consultant
- Untuk R = 1
 
 









222
222
ln)1(
2
S
S
S
S
F …1.18
dimana harga S pada kasus ini dapat ditentukan,
PNN
P
S
)1( 
 …1.19
Grafik untuk menentukan nilai faktor koreksi LMTD:
Gambar 1.5 Grafik faktor koreksi untuk alat penukar-kalor dengan satu lintasan pada shell
dan dua, empat, atau kelipatannya dari lintasan pada tube
Gambar 1.6 Grafik faktor koreksi untuk APK, 2 lintasan pada shell dan 4, 8 atau
kelipatannya dalam lintasan pada tube

10. Ali Hasimi Pane
Consultant
1.5 Metode Efektivitas – NTU (Metode  – NTU )
Jika temperatur sisi keluar APK baik itu sisi fluida panas maupun fluida dingin tidak
diketahui, maka metode  – NTU dapat digunakan untuk mengeliminasi penggunaan solusi
metode iterasi. Metode ini adalah dikenalkan oleh W. Kays dan A.M. London, metode tersebut
adalah sebagai berikut:
- Nilai Efektivitas ()
maksQ
Q


aktual
 …1.20
dimana:
aktualQ = Laju perpindahan kalor aktual
= )()( ,,,, outhinhhhincoutccc TTcmTTcm   …1.21
atau
= )()( ,,,, outhinhhincoutcc TTCTTC  …1.22
maksQ = Laju perpindahan kalor maksimal yang mungkin
= )( ,,min incinh TTC  …1.23
Dimana Cmin adalah harga terkecil dari Cc atau Ch
hcccc
chhhh
CCcmCC
CCcmCC


apabila==>
apabila==>
min
min


…1.24
Maka persamaan 1.20 dapat juga dituliskan menjadi:
)(
)(
)(
)(
,,min
,,
,,min
,,
incinh
outhinhh
incinh
incoutcc
TTC
TTC
TTC
TTC





 …1.25
Ke-efektifan APK dapat juga dibuat dalam fungsi rasio kapasitas kalor dan NTU:
  






max
min
C
C
NTU,CNTU, ff …1.28

11. Ali Hasimi Pane
Consultant
- Jumlah satuan perpindahan panas (NTU)
minminmin )(
NTU
C
UA
cm
UA
C
UA




…1.26
1.6 Persamaan-persamaan Hubungan Efektivitas dan NTU
Tabel 1.1 Persamaan-persamaan Efektivitas untuk APK
Jenis Alat Penukar Kalor Persamaan
1. Pipa Ganda
Aliran Searah
Aliran Berlawanan Arah
2. Shell and Tube:
Satu lintasan shell
2,4,6… lintasan tube
3. Aliran Silang (Aliran Tunggal)
Kedua Fluida tak Campur
Cmax campur dan Cmin tak campur
Cmin campur dan Cmax tak campur
4. Semua Alat Penukar Kalor
dengan C = 0
  
C
CNTU



1
1exp1

  
  CNTUC
CNTU



1exp1
1exp1

1
2
2
2
1exp1
1exp1
112
















 



 

CNTU
CNTU
CC
 







 1)NTUexp(
NTU
exp1 0,78
0,22
C
C

   )NTUexp(11exp1
1
 C
C

 






 )NTUexp(1
1
exp1 C
C

NTU)exp(1 

12. Ali Hasimi Pane
Consultant
Tabel 1.2 Persamaan-persamaan NTU untuk APK
Jenis Alat Penukar Kalor Persamaan
1. Pipa Ganda
Aliran Searah
Aliran Berlawanan Arah
2. Shell and Tube
Satu lintasan shell
2,4,6,… lintasan tube
3. Aliran Silang (Aliran Tunggal)
Cmax campur dan Cmin tak campur
Cmin campur dan Cmax tak campur
4. Semua Alat Penukar Kalor
dengan C = 0
 
C
C



1
)1(1ln
NTU











1
1
ln
1
1
NTU
CC 













2
2
2
11/2
11/2
ln
1
1
NTU
CC
CC
C 






 

C
C)1ln(
1lnNTU

 
C
C 1)1ln(ln
NTU



)1ln(NTU 
1.7 Grafik-grafik untuk menentukan efektivitas APK
Gambar 1.7 Efektivitas untuk kemampuan kerja APK aliran searah.

13. Ali Hasimi Pane
Consultant
Gambar 1.8 Efektivitas untuk kemampuan
kerja APK aliran berlawanan arah.
Gambar 1.10 Efektivitas untuk APK aliran
berlawanan arah dengan fluida-fluida tak
campur.
Gambar 1.9 Efektivitas untuk APK aliran
berlawanan arah, satu fluida campur.
Gambar 1.11 Efektivitas untuk kemampuan
kerja APK aliran berlawan arah sejajar 1
lintasan shell – 2, 4, 6 dan seterusnya lintasan
pada tube.

14. Ali Hasimi Pane
Consultant
Gambar 1.12 Efektivitas untuk kemampuan kerja APK lintasan rangkap 2 pada sheel – 4, 8,
12 dan seterusnya pada tube.

15. Ali Hasimi Pane
Consultant
2. Soal dan Penyelesaian Alat Penukar Kalor Pipa Ganda
Soal 2.1. Sebuah alat penukar kalor pipa ganda jenis aliran sejajar (parallel flow), dimana air
panas didinginkan dengan menggunakan air dingin dengan laju aliran massa masing-
masingnya adalah 0,2 kg/dtk dan 0,5 kg/dtk, temperatur masuk dan keluar air panas adalah
75 o
C dan 45 o
C, temperatur masuk air dingin 20 o
C. Jika koefisien perpindahan panas kedua
sisi adalah 650 W/m2
.o
C. Tentukan luas penampang alat penukar kalor tersebut.
Diketahui : APK pipa ganda aliran searah (parallel flow)
 Fluida panas (air)
hm = 0,2 kg/dtk
Th, in = th, 1 = 75 o
C
Th, out = th, 2 = 45 o
C
hh = 650 W/m2
. o
C
 Fluida dingin (air)
cm = 0,5 kg/dtk
Tc, in = tc, 1 = 20 o
C
hc = 650 W/m2
. o
C
Ditanya : Luas penampang APK
Penyelesaian :
LMTDAUQQQ ch  
atau
LMTDU
Q
A



Untuk laju aliran perpindahan panas (Q ):
kW122,25kJ/dtk122,25
C)4575(C.kJ/kg187,4kg/dtk2,0
)(
oo
,,,


 outhinhairph TTcmQ 
Untuk LMTD untuk APK aliran searah:








2
1
21
ln
T
T
TT
LMTD



dimana
Th, in Th, out
Tc, in Tc, out
T2
T1

16. Ali Hasimi Pane
Consultant
Untuk harga Tc, out, dari persamaan keseimbangan energi:
   incoutcccouthinhhh
ch
TTcpmTTcpm
QQ
,,,, 



atau
C32
CkJ/kg.187,4/5,0
kJ/dtk122,25
C20 o
o
o
,,





dtkkg
cpm
Q
TT
cc
h
incoutc

maka
75 0
C 45 0
C
20 0
C 32 0
C
sehingga
C118,29
13
55
ln
1355 o








LMTD
Untuk koefisien perpindahan panas menyeluruh (U):
C.W/m325
650
1
650
1111 o2

outin hhU
Luas penampang APK pipa ganda aliran searah (A):
2
m655,2
118,29325
1000122,25






LMTDU
Q
A

Soal 2.2. APK pipa ganda jenis aliran berlawanan arah, digunakan untuk memanaskan air dari
temperatur 25 o
C hingga 65 o
C, dimana fluida panasnya adalah minyak (oil) dengan
koefisiens spesifik panas 1,45 kJ/kg. K dan laju aliran massanya 0,9 kg/dtk, minyak
didinginkan dari temperatur 230 o
C menjadi 160 o
C. Jika koefisien perpindahan kalor
menyeluruh adalah 420 W/m2
. C, tentukan:
a. Laju perpindahan panas b. Laju aliran massa air c. Luas permukaan APK
Diketahui : APK pipa ganda aliran searah (parallel flow)
U = 420 W/m2
. o
C
1355

17. Ali Hasimi Pane
Consultant
 Fluida panas (minyak)
hm = 0,9 kg/dtk
Th, in = th, 1 = 230 o
C =
Th, out = th, 2 = 160 o
C
cph = 1,47 kJ/kg. o
C
 Fluida dingin (air)
Tc, in = tc, 1 = 25 o
C
Tc, out = tc, 2 = 65 o
C
Ditanya :
a. Laju aliran panas (Q )
b. Laju aliran massa air (mc = mair)
c. Luas penampang APK
Penyelesaian :
a. Laju Aliran Panas (Q )
kW91,35kJ/dtk91,35C160)230(C.kJ/kg45,1kg/dtk9,0
)(
oo
,,

 outhinhhhh TTcpmQQ 
b. Laju Aliran Massa Air ( hm )
 
 
kg/dtk545,0
2565187,4
35,91
,,





incoutcc
c
TTcp
Q
m


c. Luas Penampang APK
ULMTD
Q
A



Untuk LMTD jenis aliran berlawanan arah:
maka
C
T
T
TT
LMTD o
499,149
135
165
ln
135165
ln
2
1
21



















sehingga
2
45,1
499,149420
100035,91
mA 



135165
230 o
C
65 o
C
160 o
C
25 o
C
T2T1
Th, in Th, out
Tc, inTc, out

18. Ali Hasimi Pane
Consultant
Soal 2.3. Alat penukar kalor pipa ganda jenis aliran berlawanan arah, dimana uap saturasi
masuk pada tekanan 10 bar dan keluar pada temperatur 350 o
C. Laju aliran massa uap adalah
800 kg/menit. Gas untuk memanaskan uap saturasi tersebut masuk pada temperatur 650 o
C
dengan laju aliran massa 1350 kg/menit. Jika diameter dan panjang pipa masing – masing
adalah 30 mm dan 3 m. Tentukan jumlah pipa yang dibutuhkan. Abaikan tahanan thermal
pipa. Gunakan data – data berikut:
Untuk uap saturasi pada tekanan 10 bar:
Tsat = 180 o
C ; cp(uap) = 2,71 kJ/kg. o
C ; huap = 600 W/m2
. o
C
Untuk gas:
cpgas = 1 kJ/kg. o
C ; hg = 250 W/m2
. o
C
Diketahui:
dpipa = 30 mm = 30 x 10-3
m
Lpipa = 3 m
 Fluida panas (gas)
hm = gasm = 1350/60 = 22,5 kg/dtk
Th, in = th, 1 = 650 o
C
cph = cpgas = 1 kJ/kg. o
C
hg = 250 W/m2
. o
C
 Fluida dingin (uap saturasi)
cm = uapm = 800/60 = 13,333 kg/dtk
Tc, in = Tc, 1 = Tsat = 180 o
C
Tc, out = tc, 2 = Tuap = 350 o
C
cpc = cpuap = 2,71 kJ/kg. o
C
huap = 600 W/m2
. o
C
Ditanya : Jumlah pipa yang dibutuhkan (N)
Penyelesaian :
Jumlah pipa dapat ditentukan:
LMTDULdNLMTDUAQ  )( 
atau
LMTDULd
Q
N




Untuk LMTD APK jenis aliran berlawanan arah:
Th, in Th, out
atau
Tc, out Tc, in










2
1
21
ln T
T
TT
LMTD
T2
T1

19. Ali Hasimi Pane
Consultant
Untuk harga Th, out dari persamaan keseimbangan energi:
   
 
  C999,376
15,22
18035071,2333,13
650 o
,,
,,
,,,,






















hh
incoutccc
inhouth
incoutcccouthinhhh
ch
cpm
TTcpm
TT
TTcpmTTcpm
QQ




Maka
650 0
C 376,999 0
C
350 0
C 180 0
C
jadi
C90,244
999,196
300
ln
999,196300 o








LMTD
Untuk koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U):
uapi
o
gas hd
d
hU
111

Disumsikan di = do, maka:
uapgas hhU
111

atau
C.W/m47,176
600250
600250 o2







uapgas
uapgas
hh
hh
U
Untuk Laju Aliran Perpindahan Panas (Q ):
W10523,6142C)999,376650(CJ/kg.)101(kg/dtk5,22
)(
3oo3
,,

 outhinhhhh TTcpmQQ 
Sehingga:
pipabuah50368,502
90,24447,17631030
10523,6142
3
3



 

N
196,999300

20. Ali Hasimi Pane
Consultant
Soal 2.4. APK pipa ganda jenis aliran searah, digunakan untuk memanaskan air dari 25 o
C
menjadi 60 o
C pada laju aliran massa 0,2 kg/dtk. Air dipanaskan dengan air geothermal
dimana temperatur masuknya 140 o
C dengan laju aliran massa 0,3 kg/dtk. Jika diameter dalam
pipa adalah 0,8 cm. kemudian koefisien perpindahan menyeluruhnya adalah 550 W/m2
. o
C.
tentukan panjang pipa APK yang dibutuhkan.
 Fluida dingin (air)
Tc, in = tc, 1 = 25 o
C cpair = 4180 J/kg. o
C
Tc, out = tc, 2 = 60 o
C airm = 0,2 kg/dtk
Ditanya: Panjang pipa APK yang dibutuhkan
Penyelesaian:
LMTDdLULMTDAUQ  
atau
LMTDdU
Q
L




Untuk laju aliran energi panas
kWdtkkJCCkgkJdtkkg
TTcpmQ
oo
incoutcairair
26,29/26,29)2560(./18,4/2,0
)( ,,

 
Untuk temperatur air geothermal keluar:
 
 
C
CkgkJdtkkg
dtkkJ
C
cpm
Q
TT
TTcpmQ
o
o
o
geothermal
inhouth
geothermalouthinh
37,117
./31,4/3,0
/26,29
140
(
,,
,,























Geothermal
Air Dingin
Diketahui : APK (jenis aliran berlawanan arah)
U = 550 W/m2
. o
C ; dpipa = 0,8 cm
 Fluida panas (air geothermal)
Th, in = Th, out = 50 o
C
cpgeo = 4310 J/kg. o
C
geom = 0,3 kg/dtk

21. Ali Hasimi Pane
Consultant
Untuk LMTD APK jenis aliran searah
maka
C
T
T
TT
LMTD o
872,82
37,57
115
ln
37,57115
ln
2
1
21



















Oleh karena itu, panjang pipa APK yang dibutuhkan adalah:
m
CmCmW
W
LMTDdU
Q
L
oo
54,25
872,82)108,0(./550
1026,29
22
3










Soal 2.5. Alat penukar kalor pipa ganda jenis aliran berlawanan arah, digunakan untuk
mendinginkan ethylene glycol dimana laju aliran massanya 3,5 kg/dtk pada temperatur masuk
dan keluar masing – masing adalah 80 o
C dan 40 o
C. Sementara air sebagai fluida dingin
masuk pada temperatur 20 o
C dan keluar pada 55 o
C. Jika koefisien perpindahan kalor
menyeluruhnya bagian sisi dalam permukaan pipa adalah 250 W/m2
. o
C. Tentukan: (a) laju
perpindahan panasnya (b) laju aliran massa air (c) Luas penampang bagian sisi dalam pipa.
Diketahui : APK (jenis aliran berlawanan arah)
Ui = 250 W/m2
. o
C
 Fluida panas (ethylene glycol)
Th, in = 80 o
C
Th, out = 40 o
C
cpglycol = 2560 J/kg. o
C
glycolm = 3,5 kg/dtk
 Fluida dingin (air)
Tc, in = 20 o
C
Tc, out = 55 o
C
cpair = 4180 J/kg. o
C
T2
T1
Th, in
Tc, outTc, in
Th, out
60 o
C
57,37115
140 o
C 117,37 o
C
25o
C

22. Ali Hasimi Pane
Consultant
Ditanya:
a. Laju aliran energi panas
b. Laju aliran massa air
c. Luas penampang pipa bagian sisi dalam
Penyelesaian:
a. Laju Aliran Energi Panas
 
kWdtkJCCkgJdtkkg
TTcpmQ
oo
glycolouthinh
4,358/358400)4080(./2560/5,3
)( ,,

 
b. Laju Aliran Massa Air
 airincoutc TTcpmQ )( ,,  
atau
dtkkg
CCkgJ
dtkJ
TTcp
Q
m
oo
airincoutc
air
/45,2
)2055(./4180
/358400
)( ,,







c. Luas penampang bagian sisi dalam pipa
LMTDAUQ ii 
atau
LMTDU
Q
A
i
i



Untuk LMTD jenis aliran berlawanan arah
maka
C
T
T
TT
LMTD o
407,22
20
25
ln
2025
ln
2
1
21



















sehingga
2
2
98,63
407,22./250
358400
m
CCmW
W
A ooi 


T2
T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
20 o
C
2025
80 o
C 40 o
C
55o
C

23. Ali Hasimi Pane
Consultant
Soal 2.6. Alat penukar kalor pipa ganda jenis aliran berlawanan arah, air pada temperatur dan
laju aliran massa adalah 15 o
C dan 0,25 kg/dtk dipanas hingga pada temperatur 45 o
C. Air
panas sebagai fluida panas masuk pada temperatur 100 o
C dengan laju aliran massa 3 kg/dtk.
Jika koefisien perpindahan kalor menyeluruhnya adalah 1210 W/ m2
. o
C, tentukan laju aliran
perpindahan panas dan luas penampang alat penukar kalor tersebut.
 Fluida dingin (air dingin)
Tc, in = 15 o
C
Tc, out = 45 o
C
cpair dingin = 4180 J/kg. o
C
dinginairm = 0,25 kg/dtk
Ditanya:
a. Laju aliran energi panas b. Luas penampang APK
Penyelesaian:
a. Laju Aliran Panas
 
kWdtkJCCkgJdtkkg
TTcpmQ
oo
dinginAirincoutc
35,31/31350)1545(./4180/25,0
)( ,,

 
b. Luas Penampang APK
LMTDAUQ 
atau
LMTDU
Q
A



Untuk LMTD jenis aliran berlawanan arah
Th, in Th, out
Tc, out Tc, in
T2T1
Air
Panas
Air Dingin Diketahui : APK (jenis aliran berlawanan arah)
U = 1210 W/m2
. o
C
 Fluida panas (air panas)
Th, in = 100 o
C
cpair panas = 4190 J/kg. o
C
panasairm = 3 kg/dtk

24. Ali Hasimi Pane
Consultant
Untuk Th, out
  panasAirouthinh TTcpmQ )( ,,  
atau
 
C
CkgJdtkkg
dtkJ
C
cpm
Q
TT o
o
o
panasair
inhouth 5,97
./4180/3
/31350
100,, 






maka
100 0
C 97,5 0
C
45 0
C 15 0
C
C
T
T
TT
LMTD o
823,67
5,82
55
ln
5,8255
ln
2
1
21



















sehingga
2
2
382,0
823,67./1210
/31350
m
CCmW
dtkJ
A oo



Soal 2.7. Alat penukar kalor pipa ganda aliran berlawanan arah, digunakan untuk
memanaskan minyak mesin dari temperatur 20 o
C ke 60 o
C pada laju aliran massa 0,3 kg/dtk
dalam pipa tembaga berdiameter 2 cm, fluida panas yang digunakan adalah uap kondensasi
berada pada sisi luar pipa pada temperatur masuk 130 o
C. Jika koefisien perpindahan kalor
menyeluruhnya adalah 650 W/m2
. o
C. Tentukan laju aliran panas dan panjang pipa yang
diinginkan.
Diketahui : APK (jenis aliran berlawanan arah)
U = 650 W/m2
. o
C ; dpipa = 2 cm
 Fluida panas (uap kondensasi)
Th, in = Th, in = 130 o
C
hfg = 2174 kJ/kg (pada temperatur 130 o
C)
 Fluida dingin (minyak mesin)
Tc, in = 20 o
C cpminyak mesin = 2100 J/kg. o
C
82,555
Minyak
Uap

25. Ali Hasimi Pane
Consultant
Tc, out = 60 o
C mesinminyakm = 0,3 kg/dtk
Ditanya:
a. Laju aliran energi panas b. Luas penampang APK
Penyelesaian:
a. Laju Aliran Panas
 
kWdtkJCCkgJdtkkg
TTcpmQ
oo
incoutc
2,25/25200)2060(./2100/3,0
)( mesinminyak,,

 
b. Panjang Pipa yang di-Butuhkan
LMTDdLULMTDAUQ  
atau
LMTDdU
Q
L




Untuk LMTD jenis aliran berlawanan arah
maka
C
T
T
TT
LMTD o
498,88
110
70
ln
11070
ln
2
1
21



















sehingga
mm
CmCmW
W
L oo
7972,6
498,8802,0./650
25200
2




Soal 2.8. Alat penukar kalor pipa ganda jenis aliran searah (seperti gambar), dimana glycerin
(cp = 2,4 kJ/kg. 0
C) pada temperatur 200
C dan laju aliran massanya 0,3 m/s, dimana fluida
panasnya adalah ethylene glycol (cp = 2,5 kJ/kg. 0
C) pada 600
C, dimana perbedaan
temperatur antara kedua fluida adalah 150
C pada keluaran APK. Jika koefisien perpindahan
T2
T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
20 o
C
11070
130 o
C 130 o
C
60o
C

26. Ali Hasimi Pane
Consultant
panas menyeluruhnya adalah 240 W/m2
.0
C dan luas penampangnya adalah 3,2 m2
.
Tentukanlah: (a) laju perpindahan panas, (b) temperatur keluar glycerin
Diketahui : APK pipa ganda (jenis aliran
searah)
U = 240 W/m2
. o
C
A = 3,2 m2
∆T2 = Th, out – Tc, out = 15 o
C
 Fluida panas (Ethylene glycol)
Th, in = 60 o
C
cpEthylene = 2,4 kJ/kg.o
C
 Fluida dingin (Glycerin)
Tc, in = 20 o
C cpGlycerin = 2,5 kJ/kg. o
C Glycerinm = 0,3 kg/dtk
Ditanya:
a. Laju perpindahan panas b. Temperatur keluar glycerin
Penyelesaian:
a. Laju Aliran Panas
LMTDAUQ 
Untuk LMTD APK jenis aliran searah
Th, in Th, out
Tc, in Tc, out
T1 = Th, in – Tc, in = 60 o
C – 20 o
C = 40 o
C
∆T2 = Th, out – Tc, out = 15 o
C
maka:
C
T
T
TT
LMTD o
489,25
15
40
ln
1540
ln
2
1
21



















T2T1

27. Ali Hasimi Pane
Consultant
Sehingga:
kWW
CmCmWQ oo
576,1919576
489,252,3./240 22


b. Temperatur keluar glycerin (fluida dingin)
 
C
sm
C
cpm
Q
TTTTcpmQ
oo
incoutcincoutc
189,47
CkJ/m.4,2/3,0
kW576,19
20 o
,,,,




















Soal 2.9. Alat penukar kalor pipa ganda, digunakan pada sebuah industri makanan untuk
memanaskan air laut (braine) dari 6 0
C sampai 12 0
C dengan air panas (cpair = 4,180 kJ/kg.0
C)
dengan temperatur masuk 50 0
C dan keluar 40 0
C pada laju aliran massa 0,166 kg/s. Jika
koefisien perpindahan menyeluruhnya adalah 850 W/m2
. 0
C, tentukan luas permukaan alat
penukar kalor untuk: (a) aliran searah dan (b) aliran berlawan arah.
Diketahui : APK pipa ganda
U = 850 W/m2
. o
C
 Fluida panas (Air Panas)
Th, in = 50 o
C
Th, out = 40 o
C
cpair = 4,180 kJ/kg.o
C
airm = 0,166 kg/s
 Fluida dingin (Braine)
Tc, in = 6 o
C
Tc, out = 12 o
C
Ditanya: Luas Permukaan APK, untuk
a. APK aliran searah b. APK aliran berlawanan arah
Penyelesaian:
Dari persamaan keseimbangan energi
   brainepanasair
coolhot
TcpmTcpm
QQQ





28. Ali Hasimi Pane
Consultant
Maka dari fluida panas, laju aliran energi panasnya:
 
kWskJ
CCkgkJskgQ oo
939,6/939,6
4050./180,4/166,0


Dan untuk menentukan luas permukaan APK, dapat digunakan persamaan:
LMTDAUQ 
Sehingga,
LMTDU
Q
A



a. Luas Permukaan APK aliran searah
Untuk LMTD aliran searah
maka:
C
T
T
TT
LMTD o
4,35
28
44
ln
2844
ln
2
1
21



















T2
T1
Th, in
Tc, outTc, in
Th, out
12 o
C
2844
50 o
C 40 o
C
6 o
C

29. Ali Hasimi Pane
Consultant
Jadi
2
002
3
231,0
4,35./850
10939,6
m
CCmW
W
A 



b. Luas Permukaan APK Aliran Berlawanan Arah
Untuk LMTD jenis aliran berlawanan arah
maka
C
T
T
TT
LMTD o
96,35
34
38
ln
3438
ln
2
1
21



















Jadi
2
2
3
227,0
96,35./850
10939,6
m
CCmW
W
A oo




T2
T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
6 o
C
3438
50 o
C 40 o
C
12 o
C

30. Ali Hasimi Pane
Consultant
3. Soal dan Penyelesaian untuk Alat Penukar Kalor Shell and Tube
Soal 3.1. APK shell and tube (seperti gambar), dengan 2 lintasan pada shell dan 12 lintasan
pada tube, air (cp = 4180 J/kg.o
C) dipanaskan dalam tube dari temperatur 20o
C menjadi 70o
C
dengan laju aliran 4,5 kg/s . Minyak panas (cp = 2300 J/kg.o
C) pada temperatur 170o
C masuk
kedalam shell dengan laju aliran 10 kg/s. Jika koefisien perpindahan kalor menyuruh susunan
tube adalah 600 W/m2
. o
C, tentukan laju perpindahan kalor dan luas permukaan perpindahan
kalor pada sisi tube APK tersebut.
Diketahui: APK shell and tube aliran
berlawanan arah
U = 600 W/m2
. o
C
 Fluida panas (Minyak)
Th, in = 170 o
C
cpminyak = 2300 J/kg.o
C
minyakm = 10 kg/s
 Fluida dingin (air)
Tc, in = 20o
C
Tc, out = 70o
C
cpair = 4180 J/kg. o
C
airm = 4,5 kg/s
Ditanya:
a. Laju perpindahan kalor dan,
b. Luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tube APK
Penyelesaian:
a. Laju aliran energi kalor
 
kW940,5J/s940500
C)2070(CJ/kg.4180kg/s5,4 oo
air
airminyak




inout TTcpm
QQQ


b. Luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tube APK
FLMTDAUQ t 

31. Ali Hasimi Pane
Consultant
atau
FLMTDU
Q
At



Untuk nilai LMTD APK berlawanan arah, dimana nilai temperatur keluar minyak panas pada
sisi shell belum diketahui, maka:
 minyak
minyak
outin TTcpmQ
QQ




atau
C11,129
CJ/kg.2300kg/s10
W940500
C170 o
o
o
minyak
minyak











cpm
Q
Tout


sehingga
jadi
C49,104
11,109
100
ln
11,109100
ln
o
2
1
21













T
T
TT
LMTD
Nilai koreksi LMTD (F) dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 1.6, karena APK
shell and tube terdiri dari 2 aliran dishell dan 12 aliran ditube, maka:
Oleh karena itu, luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tubenya:
2
oo2
m15
1C49,104C.W/m600
W940500





FLMTDU
Q
At

20 o
C
109,11100
170 o
C 129,11 o
C
70 o
C
T2
T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
82,0
2070
11,129170
12
21 






tt
TT
R
dan
33,0
20170
2070
11
12







tT
tt
P
F = 1,0

32. Ali Hasimi Pane
Consultant
Soal 3.2. APK shell and tube (seperti gambar) dengan 2 aliran di-shell dan 8 aliran di-tube.
Ethyl alcohol (cp = 2670 J/kg. o
C) dengan laju aliran 2,1 kg/s dipanaskan dalam tube dari
temperatur 25o
C sampai 70o
C. Air panas (cp = 4190 J/kg. o
C) mengalir dalam shell pada
temperatur masuk dan keluar 95o
C dan 45o
C. Jika koefisien perpindahan kalor
menyeluruhnya 950 W/m2
. o
C, tentukan laju aliran massa air panas dan luas permukaan APK?
Diketahui: APK shell and tube aliran
berlawanan arah
U = 950 W/m2
. o
C
 Fluida panas (Air)
Th, in = 95o
C
Th, out = 45o
C
cpair = 4190 J/kg.o
C
 Fluida Dingin (Ethyl Alcohol)
Tc, in = 25o
C
Tc, out = 70o
C
alcoholethylm = 2,1 kg/s
cpethyl alcohol = 2670 J/kg. o
C
Ditanya:
a. Laju aliran energi kalor
b. Laju aliran massa air panas dan,
c. Luas permukaan perpindahan kalor pada
sisi tube APK
Penyelesaian:
a. Laju aliran energi kalor dapat ditentukan,
 
kW315,522J/s252315
C)2570(CJ/kg.0672kg/s1,2 oo
alcoholethyl,,
alcoholethylpanasair




incoutc TTcpm
QQQ


b. Laju aliran massa air panas
  panasair,,panasair outhinh TTcpmQQ  

33. Ali Hasimi Pane
Consultant
atau
kg/s204,1
C45)-(95CJ/kg.4190
W252315
)(
oo
panasair,,
panasair





outhinh TTcp
Q
m


c. Luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tube APK
FLMTDAUQ t 
atau
FLMTDU
Q
At



Untuk nilai LMTD APK berlawanan arah
jadi
C407,22
20
25
ln
2025
ln
o
2
1
21













T
T
TT
LMTD
Nilai koreksi LMTD (F) dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 1.6, karena APK
shell and tube terdiri dari 2 aliran dishell dan 8 aliran ditube, maka:
Oleh karena itu, luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tubenya:
2
oo2
m15
79,0C407,22C.W/m950
W252315





FLMTDU
Q
At

25o
C
2025
95 o
C 45 o
C
70 o
C
T2T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
11,1
2570
4595
12
21







Tt
TT
R
dan
64,0
2595
2570
11
12







tT
tt
P
F = 0,78

34. Ali Hasimi Pane
Consultant
Soal 3.3. APK shell and tube (seperti gambar) terdiri dari 1 aliran di-shell dan 4 aliran di-tube,
digunakan untuk memanaskan air (cp = 4176 J/kg. o
C) dalam tube dengan laju 10.000 kg/h
dari temperatur 16o
C sampai 84o
C. Minyak panas (cp = 4820 J/kg. o
C) mengalir dalam shell
pada temperatur masuk dan keluar 160o
C dan 94o
C. Jika diameter luar dan dalam tube adalah
25,9 mm dan 22,9 mm dengan jumlah tube per aliran adalah 11 buah, sementara koefisien
perpindahan kalor menyeluruhnya 350 W/m2
. o
C. Tentukanlah:
a. Laju perpindahan kalor b. Laju aliran massa minyak panas
c. LMTD dan faktor koreksi LMTD d. Panjang tube yang dibutuhkan
Diketahui: APK shell & tube aliran
berlawanan arah
U = 350 W/m2
. o
C
Din = 22,9 mm
Dout = 25,9 mm
 Fluida panas (Minyak)
Th,in = 160o
C
Th,out = 94o
C
cpminyak = 4820 J/kg. o
C
 Fluida dingin (Air)
Tc,in = 16o
C cpair = 4176 J/kg. o
C
Tc, out = 84o
C airm = 10.000 kg/h
Ditanya: seperti soal,
Penyelesaian:
a. Laju perpindahan kalor
 
kW8,788J/s800.887
C)1684(CJ/kg.4176
s3600
h1
kg/h000.10 oo
air,,
airminyak




incoutc TTcpm
QQQ



35. Ali Hasimi Pane
Consultant
b. Laju aliran massa minyak panas
 minyak,,
minyakair
outhinh TTcpm
QQQ




atau
kg/s48,2
C94)-(160CJ/kg.4820
W800.887
)(
oo
minyak,,
minyak





outhinh TTcp
Q
m


c. LMTD dan faktor koreksi LMTD
Untuk nilai LMTD APK berlawanan arah
jadi
C99,76
78
76
ln
7876
ln
o
2
1
21 










T
T
TT
LMTD



Nilai koreksi LMTD (F) dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 1.5, karena APK
shell and tube terdiri dari 1 aliran dishell dan 4 aliran ditube, maka:
d. Luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tube APK
FLMTDAUQ t 
atau
16o
C
7876
160o
C 94o
C
84 o
C
T2T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
971,0
1684
94160
12
21 






tt
TT
R
dan
472,0
16160
1684
11
12 






tT
tt
P
F = 0,965

36. Ali Hasimi Pane
Consultant
2
oo2
m335,30
0,965C76,99C.W/m350
W800.788





FLMTDU
Q
At

e. Panjang tube yang dibutuhkan
tt NLDA  inside
atau
t
t
ND
A
L


inside
dimana, Nt adalah jumlah tube
tube44411
tube-dialiranJumlahaliranpereJumlah tub

tN
maka
m58,9
441022,9
m335,30
3-
2
inside





 t
t
ND
A
L
Soal 3.4. APK shell and tube terdiri dari 1 aliran di-shell dan 2 aliran di-tube (seperti gambar)
digunakan untuk mengkondensasikan uap pada temperatur 140o
C dalam shell, sementara air
(cp = 4180 J/kg. o
C) dengan laju aliran 15 kg/s dialirkan kedalam tube pada temperatur masuk
dan keluar 60o
C dan 80o
C. Jika koefisien perpindahan kalor menyeluruh APK 820 W/m2
. o
C,
dan jumlah tube APK adalah 45 buah dengan diameter luar (Do) 2,75 cm, tentukanlah:
a. Laju perpindahan kalor APK
b. Laju aliran massa uap
c. Nilai LMTD
d. Luas permukaan perpindahan kalor pada
sisi tube
e. Panjang tube yang dibutuhkan
Diketahui: APK shell and tube (1 – 2) aliran berlawanan arah
U = 820 W/m2
. o
C
Do = 2,75 cm
Nt = 45 buah

37. Ali Hasimi Pane
Consultant
 Fluida panas (Uap)
Th, in = Th, out = 140o
C
hfg = 2144,8 kJ/kg (Tabel uap  140o
C)
 Fluida dingin (Air)
Tc, in = 60o
C airm = 15 kg/s
Tc, out = 80o
C cpair = 4180 J/kg. o
C
Ditanya: seperti soal,
Penyelesaian:
a. Laju perpindahan kalor
 
kW1254J/s1254000
C)6080(CJ/kg.4180kg/s15 oo
air,,
airuap




incoutc TTcpm
QQQ


b. Laju aliran massa uap
fguap hmQ  
atau
kg/s585,0
kJ/kg2144,8
kJ/s1254

fg
uap
h
Q
m



38. Ali Hasimi Pane
Consultant
c. Nilai LMTD
Untuk nilai LMTD APK berlawanan arah
jadi
C521,69
80
60
ln
8060
ln
o
2
1
21 










T
T
TT
LMTD



d. Luas permukaan perpindahan kalor pada sisi tube
LMTDAUQ t 
atau
2
oo2
m997,21
C69,521C.W/m820
J/s1254000





LMTDU
Q
At

e. Panjang tube yang dibutuhkan
tt NLDA  o
atau
m66,5
45
cm100
m1
cm75,2
m997,21 2
o






 t
t
ND
A
L
Soal 3.5. APK shel & tube 2-8 (2 lintasan sisi shell dan 8 lintasan sisi tube) seperti gambar,
digunakan untuk memanaskan air (cp = 1 BTU/lbm. o
F) dalam shell dengan laju aliran massa
100.000 lbm/h dari temperatur 180o
F sampai 300o
F. Sementara gas asap (diasumsikan sifat-
sifatnya sama dengan udara) dialirkan melalui tube dengan temperatur masuk dan keluar
650o
F dan 350o
F. Jika luas total permukaan perpindahan panas APK berdasarkan sisi luar
tube adalah 10.000 ft2
. Tentukanlah (a) LMTD, (b) Faktor koreksi LMTD, (c) Efektivitas
APK, (d) Koefisien perpindahan kalor menyeluruh APK.
Diketahui: APK shell & tube 2-8, aliran berlawanan arah
A = 10.000 ft2
60o
C
8060
140o
C 140o
C
80 o
C
T2T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out

39. Ali Hasimi Pane
Consultant
 Fluida panas (Gas Asap)
Th, in = 650o
F Th, out = 350o
F
 Fluida dingin (Air)
airm = 100.000 lbm/h
Tc, in = 180o
F
Tc, out = 300o
C
cpair = 1 BTU/lbm. o
F
Ditanya: seperti soal,
a. LMTD
b. Faktor koreksi LMTD
c. Efektivitas APK
d. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh
Penyelesaian:
a. Nilai LMTD untuk APK aliran berlawanan arah
jadi
F26,249
170
350
ln
170350
ln
o
2
1
21













T
T
TT
LMTD
T2T1
Th, in
Tc, out Tc, in
Th, out
180o
F
170350
650o
F 350o
F
300 o
F

40. Ali Hasimi Pane
Consultant
b. Faktor koreksi (F) LMTD
Nilai koreksi LMTD (F) dapat ditentukan dengan menggunakan gambar 1.5, karena APK
shell and tube 2 – 8, maka:
c. Efektivitas APK
maksQ
Q


aktual

dimana untuk nilai aktualQ :
BTU/h1012F)180300(FBTU/lbm.1lbm/h100000
)()(
6oo
asapGasaktual

 Airinoutoutin TTcmTTcmQ 
dan untuk nilai maksQ :
)( ,,minmaks incinh TTCQ 
Dimana Cmin adalah harga terkecil dari Cc atau Ch, maka:
FBTU/h.100000FBTU/lbm.1lbm/h100000 oo
 ccc cmC 
dan
hhh cmC  
Nilai panas spesifik gas asap ( hc ), diperoleh dari tabel udara (diasumsikan gas asap sama
sifatnya seperti udara) berdasarkan temperatur limbaknya:
F500
2
350650
2
)( o,,





outhinh
b
TT
T , maka  FBTU/lbm.2472,0 o
hc
Jadi,
5,2
180300
350650
12
21 






tt
TT
R
dan
26,0
180650
180300
11
12 






tT
tt
P
F = 0,98

41. Ali Hasimi Pane
Consultant
lbm/h3,161812
)350650(2472,0
1012
)(c
6
asapGas
aktual






outin TT
Q
m


Sehingga,
FBTU/h.40000FBTU/lbm.2472,0lbm/h3,161812 oo
 hhh cmC 
Karena Ch < Cc maka Cmin = Ch, sehingga,
BTU/h1018,8F)180650(FBTU/h.40000)( 6oo
,,minmaks  incinh TTCQ
maka
%83,630,6383
108,18
1012
6
6
aktual




maksQ
Q



d. Koefisien Kalor Menyeluruh (U)
LMTDFAUQaktual 
atau
F.ftBtu/h.4,91250
F26,24998,0ft10000
Btu/h1012 o2
o2
6






LMTDFA
Q
U aktual
Soal 3.6. Alat penukar kalor shell and tube 1 – 2 (1 aliran pada shell dan 2 aliran pada tube)
(seperti gambar dibawah) dengan jumlah tube 50 buah, dimana air panas mengalir dalam tube
pada laju aliran massa 10 kg/s digunakan untuk memanaskan udara yang mengalir pada sisi
shell. Bahan tube adalah kuningan memiliki panjang 6,7 m, dengan diameter sisi luar dan sisi
dalamnya adalah 2,6 dan 2,3 cm. Koefisien perpindahan panas air dan udara adalah 470 W/
m2
. K dan 210 W/ m2
. K. Jika temperatur udara masuk 15 o
C dengan laju aliran 1,6 kg/s pada
sisi masuk shell, dan temperatur air masuk pada sisi tube 75 o
C. Hitunglah (a) efektivitas alat
penukar kalor, (b) Laju aliran perpindahan panas pada udara, dan (c) temperatur keluar udara
dan air.
Diketahui:
APK shell and tube (1 – 2), air panas mengalir dalam tube dan udara dalam shell.
- Fluida panas (air) - Fluida dingin (udara)
airm = 10 kg/s udaram = 1,6 kg/s
Th, in = 75 o
C Tc, in = 25 o
C

42. Ali Hasimi Pane
Consultant
hair = 470 W/ m2
. K hudara = 210 W/ m2
. K
Data-data sifat fluida berdasarkan temperaturnya:
cP, air = 4190 J/kg. K cp, udara = 1012 J/kg. K
Tube
Bahan tube = Kuningan
Jumlah tube (N) = 50 buah
Diameter luar (dout) = 2,6 cm = 2,6 × 10-2
m
Diameter dalam (din) = 2,3 cm = 2,3 × 10-2
m
Panjang tube (L) = 6,7 m
Konduktivitas Thermal (k) = 111 W/m. K
Ditanya:
a. Efektivitas alat penukar kalor
b. Laju aliran perpindahan panas pada udara, dan
c. Temperatur keluar udara dan air
Penyelesaian:
Efektivitas alat penukar kalor ()
Dari bentuk persoalan, untuk menentukan efektivitas APK dapat digunakan gambar 1.8.
Pertama, tenentukan harga perbandingan kapasitas panas minimum dan kapasitas panas
maksimum (Cmin/Cmax) dari harga kapasitas panas air panas dan udara:

43. Ali Hasimi Pane
Consultant
Kapasitas panas air panas
KJ/s.41900KJ/kg.4190kg/s10)(  airpair cmC 
Kapasitas panas udara
KJ/s.2,1619KJ/kg.1012kg/s6,1)(  udarapudara cmC 
maka
0,0386
41900
2,1619
max
min

panasair
udara
C
C
C
C
Kedua, tentukan nilai NTU,
min
NTU
C
UA

Untuk nilai U (koefisien perpindahan kalor menyeluruh pada sisi luar tube) dapat ditentukan:
udara
in
out
out
panasairin
out
out
in
out
out
inin
out
hkL
d
d
A
hd
d
hkL
d
d
A
hd
d 1
2
ln
1
1
2
ln
1
U






































































Dimana Ao:
  m105,309)106,2(
44
A 7-222
 
outo d
maka
K.W/m139,613
210
1
7,61112
3,2
6,2
ln)10309,5(
470103,2
106,2
1
U 2
7
2
2
















































Dan A adalah luas penampang dari alat penukar kalor
22
m27,36337,6)106,2(50)(A  
 LdN o

44. Ali Hasimi Pane
Consultant
sehingga
2,359
2,1619
3633,27613,139
NTU
min



C
UA
Berdasarkan gambar dibawah (gambar 1.8), dimana Cmin/Cmax = 0,0386 dan NTU = 2,359,
maka diperoleh efektivitas APK () = 0,885  88,5 %
Gambar 1.8 Efektivitas untuk kemampuan kerja APK aliran berlawanan arah.

45. Referensi
[1]. J. P. Holman, “Heat Transfer, Tenth Edition”, Chapter 10, McGraw-Hill Companies, Inc, 2010.
[2]. Frank Kreith, Raj M. Manglik, Mark S. Bohn, “Principles of Heat Transfer”, Seventh Edition,
Chapter 8, Cengage Learning, Inc, 2011.
[3]. Robert W. Serth, “Process Heat Transfer: Principles and Applications” First Edition, Elsevier
Ltd, 2007.
[4]. Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera, David P. Dewitt, “Introduction
to Heat Transfer”, Sixth Edition, Chapter 11, John Wiley & Sons, Inc, 2011.
[5]. Yunus A. Cengel, “Heat Transfer: A Practical Approach”, Second Edition, Chapter 13,
McGraw-Hill Companies, Inc.
Biography
Ali Hasimi Pane,
Kandidat Magister (S2) Teknik Mesin USU–Medan, dengan
konsentrasi studi konversi energi.
Sarjana Teknik (S1) selesai pada tahun 2004 dari Institut
Teknologi Medan (ITM), konsentrasi studi konversi energi.