Rotary air preheater merupakan salah satu alat bantu boiler pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap yang berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan memanfaatkan panas dari gas sisa pembakaran. Setiap peningkatan temperatur udara pembakaran sebesar 22 °C dapat menaikkan efisiensi boiler sebesar 1 %. Oleh karena itu, dilakukan penelitian pada rotary air preheater dengan variasi diameter matrix frontal area. Penelitian dilakukan secara eksperimen pada rotary air preheater berskala laboratorium dan melakukan pengolahan data eksperimen menggunakan metode ɛ-NTU untuk kemudian dibandingkan dengan hasil analiti. Variasi yang dilakukan yaitu diameter matrix frontal area sebesar 0,305 m, 0,355 m, 0,405 m, 0,455 m, 0,505 m, dan kecepatan udara dingin masuk (Vci) sebesar 0,57 m/s, 0,85 m/s, 1,04 m/s. Variasi Vci mengakibatkan Cr* berubah yaitu 15,38, 17,85, dan 26,62. Hasil penelitian secara eksperimen dan analitik menunjukkan bahwa variasi diameter matrix frontal area mengakibatkan temperatur dingin keluar (Tco), laju perpindahan panas (q), efektivitas, dan NTU berubah. Nilai q terbesar terjadi pada diameter 0,505 m yaitu 1,358kW secara eksperimen saat Cr* 17,58 dan 0,979 kW secara analitik saat Cr* 15,38. Nilai Tco , efektivitas, dan NTU tebesar terjadi saat diameter 0,505m dan Cr* 26,62 yaitu Tco sebesar 44°C, ɛ sebesar 0,667 dan NTU sebesar 0,770 secara eksperimen, efektivitas sebesar 0,472 dan NTU sebesar 0,758 secara analitik. Hal ini menunjukkan bahwa baik secara eksperimen maupun analitik, perubahan diameter matrix frontal area mempengaruhi performansi dari rotary air preheater. Dikatakan performansi paling baik jika nilai efektivitas semakin mendekati 1. Sehingga pada penelitian ini, performansi paling baik dicapai saat diameter matrix frontal area 0,505m dan Cr* 26,62.