Kajian Aplikasi Efek Pendingin Tanah (Groundcooling) Untuk Mengoptimasi Siklus Kompresi Uap Pada Pengkondisian Udara

KAJIAN APLIKASI EFEK PENDINGIN TANAH

(GROUNDCOOLING) UNTUK MENGOPTIMASI SIKLUS

KOMPRESI UAP PADA PENGKONDISIAN UDARA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DEFRIANDRY DINATA SIREGAR NIM. 070401013

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini yang berjudul

“

KAJIAN APLIKASI EFEK PENDINGIN TANAH

(GROUNDCOOLING) UNTUK MENGOPTIMASI SIKLUS

KOMPRESI UAP PADA PENGKONDISIAN UDARA

”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, do’a dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :

1. BapakDr. Eng. Himsar Ambarita ST., MT. selaku Dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST., MT. Selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

3. BapakDr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuriselaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.

5. Kedua orang tua penulis, Ir. H. Supriadi Adam Siregar dan Dra. Hj. Samsinar yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

7. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku kepala laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara beserta para staf dan laboranBang Atin, Bang Alfian dan Andre.

8. Seluruh adik-adik penulis, Hilda Mayestika Siregar, Rifqi Fadhlillah Siregar, dan Shafa Yasmin Fazilla Siregar yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.

9. Rekan-rekan satu tim kerja, Lobeny Markus Hezekiel Sinaga, Marco Susanto, dan Satria yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik

10.Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2007 khususnya Khairul Walad Sipahutar, Masniarman, dan Palvis Syafri yang telah bersama-sama penulis melewati masa kerja praktek di PT. Semen Padang.

11.Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang tidak mungkin untuk disebutkan satu persatu dan terkhusus kepada Ecia Meilonna Koka, SKM. yang selalu mengingatkan serta siap membantu penulis.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih

Medan, November 2011

ABSTRAK

Dampak pemanasan global sudah semakin terasa, oleh sebab itu sudah seharusnya kita mulai memanfaatkan sumber energi yang terbaharukan dan berkelanjutan. Salah satunya adalah memanfaatkan efek pendingin tanah (groundcooling) untuk mengoptimasi siklus kompresi uap pada pengkondisian udara. Potensi groundcooling ini diperoleh dengan mengukur temperatur tanah, menganalisanya secara analitik dan mensimulasikannya secara numerik sebagai validasi dengan menggunakan solver CFD. Hasil yang diperoleh pada tugas akhir ini adalah temperatur tanah bersifat konstan dan dapat mencapai 25 oC pada kedalaman tertentu. Jika potensi ini dimanfaatkan untuk menurunkan temperatur kondensasi pada kondensor maka dapat meningkatkan efek refrigerasi siklus sebesar 14,01%, menurunkan kerja kompresor sebesar 23,12% sehingga dapat meningkatkan COP siklus hingga 48,5%. Potensi groundcooling ini juga dapat dimanfaatkan sebagai media pendingin kondensor oleh air tanah sehingga kebutuhan luas penampang pipa minimum dan panjang pipa sebagai dimensi utama sebuah kondensor dapat berkurang sebesar 72,52%. Kenyataan ini tentunya dapat mengurangi kebutuhan energi listrik yang diperlukan pada kompresor dan biaya produksi per unit sebuah kondensor.

ABSTRACT

The impactof globalwarmingareincreasingly felt, thereforeweshouldbegin forusingof renewableandsustainable energy sources. One isutilizingthe

coolingeffect ofthe ground(groundcooling) tooptimize

thevaporcompressioncycleinairconditioning. Groundcoolingpotentialis obtainedby measuringthe temperature ofthe ground, analytically analyzedandnumericallysimulationas thevalidationby using theCFDsolver. The results obtainedinthis thesisis thegroundtemperatureis constantandcanreach 25° Cat certain depths. Ifthis potential isexplored toreducecondensation on thecondensertemperaturecan increase theeffects ofrefrigerationcycleof14.01%, decreasing up to23.12% compressor workso as toincrease theCOPof the cycle up

to48.5%. Groundcoolingpotentialcan also beused as acooling

mediumcondenserbyground waterthatneedsa minimumpipecross-sectional areaandlength ofpipeas themain dimensions ofacondensercan bereduced up to72.52%. This factcertainlycanreduce the need forelectrical energyrequiredin the compressorand thecostof productionperunit ofa condenser.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR SIMBOL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 5

1.2.1 Tujuan Umum ... 5

1.2.2 Tujuan Khusus ... 6

1.3 Manfaat Penelitian ... 7

1.4 Batasan Masalah ... 7

1.5 Sistematika Penulisan ... 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 9

2.1 Pengkondisian Udara dengan Groundcooling ... 9

2.2 Sistem Refrigerasi...15

2.2.1 Siklus Kompresi Uap ...16

2.2.2 Kondensor dan Analisis Kondensor ...19

2.3 Computational Fluid Dinamycs (CFD) ...25

2.3.1 Pengertian Umum CFD ...26

2.3.2 Penggunaan CFD ...27

2.3.3 Manfaat CFD ...27

2.3.4 Proses Simulasi CFD ...28

2.3.5 Metode Diskritisasi CFD ...29

2.4 Pengenalan Software Solver CFD ...30

2.4.1 Struktur Program CFD ...30

2.4.2 Langkah Penyelesain Masalah dan Perencanaan Analisis CFD...31

2.4.4 Persamaan Pembentuk Aliran ...32

2.4.5 Metode Diskritisasi pada CFD ...36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...38

3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan ...38

3.1.1 Alat ...38

3.1.2 Bahan ...40

3.2 Variabel Riset ...40

3.3 Set-up Pengujian ...40

BAB IV ANALISA DATA ...43

4.1 Data Hasil Pengukuran ...43

4.1.1 Pengukuran Temperatur Udara Harian, Kecepatan Angin, Radiasi Surya dan Relative Humadity (RH) Udara ...43

4.1.2 Pengukuran Temperatur Tanah ...45

4.1.3 Pengukuran Temperatur Ruangan ...47

4.2 Analisa Potensi Groundcooling pada Siklus Kompresi Uap ...49

4.2.1 Pengaruh Perubahan Temperatur Kondensasi Terhadap Efek Refrigerasi, Kerja Kompresor, dan COP Siklus...51

4.2.2 Pengaruh Perubahan Temperatur Air Pendingin yang Masuk Terhadap Dimensi Kondensor ...55

4.3 Pembuatan Program Perhitungan Analitik ...62

4.3.1 Model Sifat Termodinamika dan Termofisika ...62

4.3.2 Pemrograman Perhitungan Termodinamika Refrigeran R-134a pada Siklus Kompresi Uap ...65

4.3.3 Pemrograman Perhitungan Panjang Minimum Pipa Kondensor Berpendingin Air ...67

4.4 Validasi Perhitungan Analitik Dengan Perangkat Lunak CFD ...70

4.4.1 Pembuatan Model dan Meshing Model ...71

4.4.2 Simulasi Numerik Menggunakan Solver CFD...74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...79

5.1 Kesimpulan ...79

5.2 Saran ...79

DAFTAR PUSTAKA ...80

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Temperatur netral/nyaman dari berbagai etnis di Indonesia ...14

Tabel 2.2 Perbandingan Kondensor Berpendingin Udara dan Air ...21

Tabel 4.1 Pengukuran cuaca tanggal 28 Juli 2011 ...43

Tabel 4.2 Temperatur tanah tanggal 15 September 2011 ...45

Tabel 4.3 Temperatur ruangan pada masing-masing titik ...47

Tabel 4.4 Pengaruh perubahan Tk pada qe, qk, wc, dan COP ...53

Tabel 4.5 Luas Permukaan Minimum Pipa Kondensor ...59

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem GWHP ... 9

Gambar 2.2 Variasi Level Beban Thermal Bulanan ... 10

Gambar 2.3 Objek Bangunan yang Diteliti ... 11

Gambar 2.4 Temperatur Ruangan Selama Musim Panas pada Bulan Mei Hingga September ... 11

Gambar 2.5 EAHE yang ditanam pada kedalaman 2 m ... 12

Gambar 2.6 Jumlah waktu efektif penggunaan EAHE ... 12

Gambar 2.7 Skema EAHE di Daerah Perbukitan ... 13

Gambar 2.8 Sistem Konvensional Siklus Kompresi Uap ... 16

Gambar 2.9 Skema diagram p-h siklus kompresi uap ... 16

Gambar 2.10 Jenis pendingin kondensor... 21

Gambar 2.11 Kondensor jenis shell and tube ... 22

Gambar 2.12 Profil temperatur pada kondensor ... 22

Gambar 2.13 Alur Penyelesaian Masalah CFD (Problem Solving) ... 31

Gambar 2.14 Hukum Kekekalan Massa pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi ... 33

Gambar 2.15 Hukum Kekekalan Momentum Arah Sumbu-x pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi ... 33

Gambar 2.16 Kerja yang Dikenakan pada Sebuah Elemen Arah Sumbu-x ... 34

Gambar 2.17 Fluks Panas yang melintasi permukaan sebuah elemen ... 35

Gambar 2.18 Volume kontrol satu dimensi ... 37

Gambar 3.1 Hobo Micro Station Data Logger ... 38

Gambar 3.2 Agilent dengan termokopel tipe T dan K ... 39

Gambar 3.3 Pengambilan data temperatur tanah ... 41

Gambar 3.4 Pengambilan data temperatur ruangan ... 41

Gambar 3.5 Diagram Alir Proses Pengerjaan Tugas Akhir ... 42

Gambar 4.1 Temperatur udara harian... 44

Gambar 4.2 Temperatur tanah ... 46

Gambar 4.4 Temperatur ruangan rata-rata ... 48

Gambar 4.5 Temperatur maksimum masing-masing objek ... 49

Gambar 4.6 Model siklus kompresi uap berpendingin air tanah (groundcooling) ... 50

Gambar 4.7 Model Kondensor ... 50

Gambar 4.8 Diagram p-h ... 52

Gambar 4.9 Pengaruh perubahan temperatur kondensasi ... 54

Gambar 4.10 Pengaruh Penurunan Twi terhadap L ... 62

Gambar 4.11 Diagram Alir Perhitungan Termodinamika Refrigeran R-134a .... 66

Gambar 4.12 Tampilan Program Perhitungan Termodinamika R-134a ... 67

Gambar 4.13 Diagram Alir Menghitung Panjang Minimum Pipa Kondensor .... 69

Gambar 4.14 Tampilan Program Perhitungan Panjang Minimum Pipa Kondensor ... 70

Gambar 4.15 Hasil Perhitungan Program Analitik ... 72

Gambar 4.16 Skema Model Pipa ... 72

Gambar 4.17 Model 3 Dimensi ... 73

Gambar 4.18 Meshing Model ... 73

Gambar 4.19 Profil Temperatur Air Keluaran Kondensor (Two) ... 75

Gambar 4.20 Profil Temperatur Air Masuk dan Keluar Kondensor... 76

Gambar 4.21 Profil Kecepatan ... 77

Gambar 4.22 Profil Temperatur ... 78

DAFTAR SIMBOL

Huruf Latin

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang sisi masuk pipa m2 Ao Luas penampang selubung luar pipa m2 COP Coefficient of Performance -

cp Kalor jenis air kJ/(kg.K)

di Diameter dalam pipa m

do Diameter luar pipa m

g Percepatan gravitasi m/s2

h1 Entalpi refrigeran masuk kompresor kJ/kg h2 Entalpi refrigeran keluar kompresor kJ/kg h3 Entalpi refrigeran keluar kondensor kJ/kg h4 Entalpi refrigeran masuk evaporator kJ/kg hfg Entalpi perubahan fasa refrigeran kJ/kg hi Koefisien konveksi permukaan bagian dalam pipa W/(m2K) ho Koefisien konveksi permukaan bagian luar pipa W/(m2K) kf Konduktifitas termal refrigeran W/(mK) km Konduktifitas termal bahan pipa W/(mK)

kw Konduktifitas termal air W/(mK)

L Panjang pipa m

LMTD Log Mean Temperature Difference oC

M Jumlah kolom -

Laju aliran massa refrigeran kg/s

Laju aliran massa air kg/s

N Jumlah pipa kondensor tiap baris -

Pr Bilangan Prandtl -

Qe Panas yang diserap evaporator kW

Qk Panas dilepas di kondensor kW

Qr Laju perpindahan panas refrigeran kW

Re Bilangan Reynold -

Rfi Tahanan thermal akibat kerak bagian dalam pipa (m2.oC)/W Rfo Tahanan thermal akibat kerak bagian luar pipa (m2.oC)/W

sg Entropi uap jenuh kJ/(kg.K)

sl Entropi cair jenuh kJ/(kg.K)

Te Temperatur evaporasi oC

Tf Temperatur film oC

Tk Temperatur kondensasi oC

Ts Temperatur permukaan pipa rata-rata oC Tw,i Temperatur air masuk kondensor oC Tw,o Temperatur air keluar kondensor oC Uo Koefisien perpindahan panas menyeluruh W/(m2K)

v Kecepatan rata-rata fluida m/s

Wc Kerja kompresor kW

Huruf Yunani

Simbol Keterangan Satuan

∆T Perbedaan temperatur oC

ρf Massa jenis refrigeran kg/m3

ρw Massa jenis air kg/m3

μf Viskositas absolut refrigeran Pa.s

μw Viskositas absolut air Pa.s

ABSTRAK

Dampak pemanasan global sudah semakin terasa, oleh sebab itu sudah seharusnya kita mulai memanfaatkan sumber energi yang terbaharukan dan berkelanjutan. Salah satunya adalah memanfaatkan efek pendingin tanah (groundcooling) untuk mengoptimasi siklus kompresi uap pada pengkondisian udara. Potensi groundcooling ini diperoleh dengan mengukur temperatur tanah, menganalisanya secara analitik dan mensimulasikannya secara numerik sebagai validasi dengan menggunakan solver CFD. Hasil yang diperoleh pada tugas akhir ini adalah temperatur tanah bersifat konstan dan dapat mencapai 25 oC pada kedalaman tertentu. Jika potensi ini dimanfaatkan untuk menurunkan temperatur kondensasi pada kondensor maka dapat meningkatkan efek refrigerasi siklus sebesar 14,01%, menurunkan kerja kompresor sebesar 23,12% sehingga dapat meningkatkan COP siklus hingga 48,5%. Potensi groundcooling ini juga dapat dimanfaatkan sebagai media pendingin kondensor oleh air tanah sehingga kebutuhan luas penampang pipa minimum dan panjang pipa sebagai dimensi utama sebuah kondensor dapat berkurang sebesar 72,52%. Kenyataan ini tentunya dapat mengurangi kebutuhan energi listrik yang diperlukan pada kompresor dan biaya produksi per unit sebuah kondensor.

ABSTRACT

The impactof globalwarmingareincreasingly felt, thereforeweshouldbegin forusingof renewableandsustainable energy sources. One isutilizingthe

coolingeffect ofthe ground(groundcooling) tooptimize

thevaporcompressioncycleinairconditioning. Groundcoolingpotentialis obtainedby measuringthe temperature ofthe ground, analytically analyzedandnumericallysimulationas thevalidationby using theCFDsolver. The results obtainedinthis thesisis thegroundtemperatureis constantandcanreach 25° Cat certain depths. Ifthis potential isexplored toreducecondensation on thecondensertemperaturecan increase theeffects ofrefrigerationcycleof14.01%, decreasing up to23.12% compressor workso as toincrease theCOPof the cycle up

to48.5%. Groundcoolingpotentialcan also beused as acooling

mediumcondenserbyground waterthatneedsa minimumpipecross-sectional areaandlength ofpipeas themain dimensions ofacondensercan bereduced up to72.52%. This factcertainlycanreduce the need forelectrical energyrequiredin the compressorand thecostof productionperunit ofa condenser.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bumi kita semakin tua seiring dengan kehidupan manusia yang semakin berkembang. Perkembangan ini telah terjadi semenjak zaman purbakala hingga manusia mengalami revolusi industri yang menggeser orientasi pokok manusia, dari kehidupan yang bersifat agrikultural menuju perkembangan industri yang membawa dampak baik maupun buruk dalam kehidupan manusia. Kebutuhan manusia yang semakin kompleks menuntut para pekerja di bidang industri terus berinovasi untuk memenuhi kebutuhan manusia. Untuk alasan ini juga terkadang manusia rela hidup boros bahkan mengorbankan lingkungannya demi kenyamanan yang didapatkan. Salah satu dampak revolusi industri hingga sekarang adalah terus menurunnya kualitas lingkungan hidup akibat pencemaran lingkungan yang dilakukan secara terus menerus. Untuk itu dibutuhkan kesadaran mendasar dan langkah kongkrit sekecil apapun untuk menyelamatkan lingkungan hidup.

New York, 22 September 2009. Perdana Menteri Jepang saat itu, Yokio Hatoyama berpidato bahwa Jepang akan mengurangi emisinya sampai 25% pada tahun 2020 dibanding emisi yang dikeluarkannya tahun 1990, sejalan dengan yang diminta dunia sains untuk menghentikan pemanasan global. Kalimat ini mendapat sambutan hangat dari para kepala negara yang berada di ruangan tersebut. Pada kesempatan berikutnya masih di momen yang sama, Presiden Perancis, Nicolas Sarkozy berkata bahwa kita adalah generasi terakhir yang dapat mengambil keputusan untuk memilih tragedi atau solusi, pilihan yang sangat krusial untuk masa depan manusia.

Kedua kutipan pidato ini menggambarkan bahwa masalah pemanasan global, yang awalnya hanya topik riset di kalangan ilmuwan, telah memasuki

domain utama para kepala negara di dunia, atau telah setara dengan isu perang, ekonomi, dan isu-isu politik yang rumit. Seperti kata Presiden Sarkozy, untuk pertama kali, para pemimpin dunia harus memutuskan tidak untuk negaranya

masing-masing, tidak untuk daerah, bahkan tidak untuk benua, tetapi untuk planet sebagai satu kesatuan.

Sebagai gambaran, sejak Hatoyama mengucapkan pidato yang dikutip di awal tulisan ini, masyarakat Jepang bangga karena adanya keberanian pemerintahnya menetapkan batasan terukur. Sejak pidato itu diluncurkan, banyak program televisi yang mulai membahas langkah-langkah yang dilakukan untuk mencapai target pengurangan emisi 25% itu. Di dunia bisnis atau kerja, perusahaan-perusahaan mulai mengaudit penggunaan energinya supaya lebih efisien, salah satu contohnya para pekerja lebih disarankan untuk tidak memakai dasi di musim panas, demi mengurangi beban pendinginan. Para ibu rumah tangga juga turut menjadi sasaran tembak program ini dengan himbauan untuk mengurangi jam menonton televisi beberapa jam per hari. Di dunia riset dan perguruan tinggi, pencarian sumber-sumber energi alternatif mendapat dukungan penuh. Di industri otomotif, pabrikan penguasa pasar dunia seperti Toyota dan Honda bertarung habis-habisan untuk menghasilkan mobil yang paling hemat energi dan mobil hybrid. Dengan kata lain semua sektor-sektor tempat-tempat penggunaan energi ditata ulang dan pencarian energi alternatif lebih digalakkan.

Kondisi Indonesia, tidak jauh berbeda dengan kondisi global saat ini. Sumber utama energinya masih disuplai oleh energi fosil. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) menyebutkan konsumsi energi ini berasal dari energi fosil sebesar 95%, hidropower 3,4%, panas bumi 1,4%, lainnya 0,2% [12]. Komposisi ini dengan jelas menunjukkan ketergantungan yang sangat tinggi pada energi fosil. Namun bagaimana pun juga pemerintah Indonesia mempunyai komitmen untuk mengelola konsumsi energinya agar lebih bersahabat dengan lingkungan. Komitmen ini dapat dilihat dari pidato Presiden Yudhoyono pada suatu pertemuan internasional tentang lingkungan di Nusa Dua Bali, pada Februari 2010. Bahwa Indonesia berkomitmen mengurangi emisi karbonnya sampai 26% pada tahun 2020. Sudah banyak kebijakan yang dibuat oleh pemerintah Indonesia yang tujuannya meningkatkan penggunaan sumber energi terbarukan dan menggunakan energi dari fosil dengan lebih efisien.

Salah satu titik penggunan energi yang cukup besar di Indonesia adalah penggunaan energi listrik untuk penggerak sistem pengkondisian udara atau AC.

Di masa yang akan datang diyakini akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya taraf hidup masyarakat dan pemanasan global yang telah berlangsung. Ikatan Ahli Fisika Bangunan Indonesia melakukan survey pada 500 bangunan komesial dan hanya 10% bangunan yang mengkonsumsi energi listrik sesuai standard nasional dan dari angka ini diperkirakan 72% digunakan untuk sistem AC sentral [14]. Menurut Soegijanto [18], konsumsi energi listrik terbesar dalam suatu bangunan adalah operasional untuk AC yang dapat mencapai 42,5% kebutuhan listrik. Meskipun angkanya cukup bervariasi tetapi fakta-fakta ini menunjukkan kebutuhan listrik untuk AC sangatlah besar. Oleh karena itu tindakan penghematan energi pada penggunaan AC sangatlah penting untuk penghematan energi dan mengurangi emisi karbon.

Pada daerah tropis seperti Indonesia, yang mempunyai temperatur dan kelembaban udara yang relatif tinggi, sistem pengkondisian udara didominasi dengan menurunkan temperatur dan kelembaban udara. Untuk melakukan tugas ini, digunakan siklus kompresi uap yang digerakkan oleh kompresor dan menggunakan listrik sebagai sumber utamanya. Pada dasarnya sistem ini mengkonsumsi energi relatif besar untuk menghasilkan udara dingin. Konsumsi ini akan terus meningkat dan jika dibiarkan terus akan ikut memberi andil yang cukup signfikan pada pemanasan global. Oleh karena itu perlu dicari cara mengurangi konsumsi listrik untuk pengkondisian udara di Indonesia.

Pada sisi lain diketahui bahwa pada kedalaman tertentu, temperatur tanah relatif stabil dan tidak terpengaruh pada temperatur udara lingkungan. Artinya pada saat temperatur lingkungan cukup panas, temperatur di dalam tanah relatif lebih dingin, dan sebaliknya jika temparatur udara lingkungan dingin, temperatur di dalam tanah relatif lebih hangat. Fakta inilah yang diusulkan sebagai sumber energi alternatif bagi pengkondisiudara. Alternatif ini bukanlah ide baru, ide ini sudah diterapkan sejak zaman prasejarah. Di daerah yang mempunyai 4 musim, saat musim dingin manusia purba memilih untuk tinggal di gua di dalam permukaan tanah, yang memang lebih hangat. Sebaliknya di musim panas, manusia tersebut berlindung di dalam gua, yang relatif lebih dingin. Efek dingin yang tersimpan di dalam permukaan tanah ini lah yang akan dimanfaatkan sebagai pendingin, oleh karena itu alternatif ini dinamakan groundcooling.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini antara lain:

1. Mendapatkan potensi efek dingin yang tersimpan di dalam tanah untuk pengkondisian ruangan dikombinasikan dengan siklus kompresi uap.

2. Mengetahui pengaruh perubahan temperatur kondensasi (Tk) yang memanfaatkan efek dingin tanah (groundcooling) terhadap kalor yang diserap evaporator (Qe), daya kompresor (Wc), dan COP dari siklus kompresi uap. 3. Mengetahui pengaruh perubahan temperatur air pendingin yang masuk

kondensor (Twi) memanfaatkan efek dingin tanah (groundcooling) terhadap dimensi utama dari kondensor.

4. Merancang sebuah perangkat lunak menggunakan bahasa pemrograman untuk menganalisa perubahan temperatur kondensasi dan temperatur air pendingin yang masuk kondensor.

5. Mensimulasikan proses pendinginan pipakondensor dengan memanfaatkan air yang menyimpan efek dingin tanah menggunakan solver CFD sebagai perbandingan (validasi) dari perhitungan analitik.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini antara lain :

1. Mengurangi penggunaan energi listrik di bidang pengkondisian udara, dan pada akhirnya mengurangi konsumsi bahan bakar minyak.

2. Memberi sumbangan yang berarti bagi perkembangan teknologi energi terbarukan bagi Indonesia.

3. Ikut berpartisipasi dalam mengurangi efek pemanasan global dengan menggunakan sumber energi yang bersih.

4. Membantu masyarakat melakukan penghematan secara ekonomis. 5. Memberikan wacana untuk penelitian lebih lanjut.

1.4 Batasan Masalah

Masalah yang akan dibahas pada penelitian skripsi ini akan dibatasi, yaitu: 1. Proses pendinginan hanya dilakukan oleh sifat dingin air yang tersimpan di

2. Karena keterbatasan temperatur tanah, sangat tidak mungkin terjadi dehumidifikasi udara, beban pendiginan yang diperhitungkan hanyalah panas sensibel.

3. Modifikasi yang dilakukan hanya pada kondensor, sedangkan elemen yang lainnya tidak dirubah.

4. Energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan kipas pada kondensor digantikan dengan pompa karena media pendingin yang digunakan adalah air.

1.5. Sistematika Penulisan

Hasil akhir dari penelitian ini akan dibukukan dalam bentuk buku skripsi dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisi teori dasar tentang pemanfaatan groundcooling sebagai metode pengkondisian udara, tinjauan umum pengkondisian udara menggunakan siklus kompresi uap, dan teori dasar pendekatan numerik pada program CFD.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tentang metode penelitian yang dilakukan, urutan proses analisis serta pengerjaan software yang digunakan untuk pengolahan data.

BAB IV DATA DAN ANALISA DATA

Berisi tentang data yang diperoleh dari hasil pengukuran langsung, analisa kasus dan hasil analisa yang dilakukan secara teoritis dan numerik menggunakan software CFD.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa yang dilakukan secara teoritis maupun numerik dan saran untuk memperbaiki kekurangan model sebelumnya dan mencegah kesalahan pada desain optimasi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengkondisian Udara dengan Groundcooling

Pengkondisian udara dengan memanfaatkan efek dingin tanah atau lebih dikenal dengan istilah groundcooling ini sudah banyak diterapkan sejak zaman prasejarah oleh manusia-manusia gua hingga zaman modern seperti saat ini. Sudah banyak penelitian yang mengupas ide ini di berbagai belahan dunia. Temperatur tanah yang cenderung konstan sepanjang tahun berpotensi menjadi media pengkondisian udara baik sebagai pendingin pada musim panas dan penghangat di musim dingin. Metode yang digunakan pun semakin bervariasi guna memperoleh efisiensi dan COP terbaik, seperti earth-air heat exchanger

(EAHE), groundwater heat pump (GWHP), ground air collector, dan metode lainnya.

Dari beberapa jurnal internasional seperti pemelitian yang dilakukan oleh Yujin Nam dan Ryozo Ooka (2009) di Jepang diketahui bahwa pemanfaatan efek dingin tanah dengan metode groundwater heat pump (GWHP) dapat digunakan sebagai penghangat ruangan pada musim dingin dan mampu menjadi penyejuk ruangan pada musim panas seperti terlihat pada gambar 2.1 berikut.

M. K. Ghosal, dkk (2003) yang menguji efektifitas dari groundcooling

EAHE yang diterapkan pada sebuah greenhouse, New Delhi, India. Diperoleh bahwa dengan sistem ini dapat menaikkan temperatur udara 6-7 oC lebih tinggi dari temperatur udara luar selama musim dingin dan menurunkan udara

greenhouse sebesar 3-4 oC lebih rendah dari temperatur udara luar selama musim panas. Hasil pengujian ini EAHE memberikan efek yang cukup signifikan pada level beban thermal setiap bulannya. Dengan kata lain adanya EAHE dapat lebih banyak melayani beban thermal tanpa mengubah daya terpasang yang sudah ada. Namun dapat dilihat juga bahwa efektifitas EAHE lebih baik pada musim dingin seperti terlihat pada gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Variasi Level Beban Thermal Bulanan [7]

F. Al Ajmi, dkk (2005) mengetahui bahwa groundcooling dapat menurunkan temperatur udara ruangan sebesar 2,8 oC selama pertengahan Juli pada musim panas. Penelitian yang dilakukan berlokasi di Kuwait selama 5 bulan dan mengklaim dapat menghemat daya pemakaian beban pendingin sebuah rumah moderat sebesar 30% atau sekitar 1700 W. Pada gambar 2.3 dan gambar 2.4 ini ditampilkan bangunan yang menjadi objek groundcooling dan temperatur yang diperoleh dengan dan tanpa groundcooling.

Gambar 2.3 Objek Bangunan yang Diteliti [1]

Gambar 2.4 Temperatur Ruangan Selama Musim Panas pada Bulan Mei Hingga September [1]

Mustafa Inalli, dkk (2004) melakukan pengujian di Turki pada sebuah ruangan uji berkapasitas beban pendingin 3,1 kW selama bulan Juni hingga September tahun 2003 dan memperoleh COP sebesar 2,01 untuk sistem EAHE yang ditanam di tanah dengan kedalaman 2 m, seperti ada gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5 EAHE yang ditanam pada kedalaman 2 m [9]

Senada dengan M. K. Ghosal, dkk (2003), G. N. Tiwari, dkk (2005) di New Delhi, India mengklaim bahwa groundcooling EAHE dapat menyimpan potensi energi penghangatan di kota New Delhi maksimum 11,55 MJ pada bulan Januari dan potensi energi pendinginan maksimum 18,87 MJ pada bulan Juni. Adapun jumlah waktu efektif pemakaian EAHE ini cukup bervariasi setiap bulannya seperti yang terlihat pada gambar 2.6 berikut.

Selain itu di negara tetangga kita, Malaysia, telah dilakukan riset oleh G. Reinmann, dkk (2007) seorang konsultan asal Denmark. Diketahui bahwa

groundcooling teknologi cooltek pada sebuah rumah dapat hampir secara kontinu mengedarkan udara bertemperatur 27,2 oC ke dalam rumah. Penelitian ini dilakukan pada sebuah rumah di daerah perbukitan sehingga mempunyai kedalaman yang cukup besar, sekitar 4,5 m di bawah permukaan tanah. Skema penginstalan EAHE ini dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut.

Gambar 2.7 Skema EAHE di Daerah Perbukitan [17]

Temperatur yang diperoleh ini cukup nyaman bagi orang-orang di daerah khatulistiwa dengan iklim tropis yang panas. Temperatur yang nyaman bagi manusia ini sesungguhnya cukup relatif, sulit untuk mendefinisikan artian “nyaman” pada setiap individu. Namun ada sebuah riset yang diadakan oleh Tri Harso Karyono (1998) di Indonesia di mana dikatehui bahwa suku bangsa juga menyumbang perbedaan pada tingkat temperatur nyaman bagi seseorang. Ini dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1 Temperatur netral/nyaman dari berbagai etnis di Indonesia [11]

Ethnic Group Neutral Temperature (Tn) Ta (

o

C) To ( o

C) Teq ( o

C)

Aceh (n = 6) 24,3 24,3 23,4

Tapanuli (n = 23) 25,9 26,2 24,6

Minang (n = 27) 26,9 27,4 25,7

Other Sumatran (n = 16) 26,6 27,0 25,7

Betawi (n = 23) 27,0 27,3 25,9

Sundanese (n = 86) 26,4 26,6 25,0

Javanese (n = 232) 26,4 26,7 25,2

Other Indonesians (n = 62) 26,9 27,4 26,2

Walaupun angkanya cukup bervariasi namun dapat dilihat bahwa temperatur operasi yang nyaman bagi orang Indonesia berkisar dari 24 oC s/d 28 o

C. Apabila kita dapat memanfaatkan groundcooling ini sebagai salah satu media pengkondisian udara, khususnya pendingin ruangan tentu akan sangat menguntungkan. Selain teknologi ini ramah lingkungan sehingga ikut mengatasi efek pemanasan global yang menjadi momok saat ini juga dapat menghemat energi dan bersifat ekonomis dari segi keuangan.

Namun pada skripsi ini, teknologi groundcooling tersebut tidak digunakan secara langsung sebagai pendingin ruangan namun akan dikombinasikan dengan siklus kompresi uap. Ini didasarkan pada temperatur keluaran dan COP yang diperoleh groundcooling secara langsung tidak sebesar pada siklus kompresi uap. Seperti pada review di atas yang hanya dapat mengeluarkan temperatur 27,2 oC di daerah tropis dan COP yang hanya mencapai angka 2,01. Teknologi

groundcooling ini akan dikombinasikan dengan siklus kompresi uap untuk mengoptimasi kerja kompresor, laju pindahan panas dari kondensor, efek refrigerasi evaporator, dan COP dari siklus. Optimasi ini diyakini akan dapat memenuhi tujuan utama pendinginan dengan tetap menghemat energi dan uang yang dikeluarkan dengan siklus kompresi uap yang konvensional.

2.2 Sistem Refrigerasi

Refrigerasi merupakan suatu proses penarikan kalor dari suatu benda/ruangan ke lingkungan sehingga temperatur benda / ruangan tersebut lebih rendah dari temperatur lingkungannya. Sesuai dengan konsep kekekalan energi, panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dipindahkan. Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses-proses aliran panas dan perpindahan panas.

Siklus refrigerasi memperlihatkan apa yang terjadi atas panas setelah dikeluarkan dari udara oleh refrigeran di dalam koil (evaporator). Siklus ini didasari oleh dua prinsip, yaitu:

1. Saat refrigeran cair berubah menjadi uap, maka refrigeran cair itu mengambil atau menyerap sejumlah panas.

2. Titik didih suatu cairan dapat diubah dengan jalan mengubah tekanan yang bekerja padanya. Hal ini sama artinya bahwa temperatur suatu cairan dapat ditingkatkan dengan jalan menaikan tekanannya, begitu juga sebaliknya.

Pada dasarnya sistem refrigerasi dibagi menjadi dua, yaitu: 1. Sistem refrigerasi mekanik

Sistem refrigerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi mekanik di antaranya adalah:

a. Siklus Kompresi Uap (SKU) b. Refrigerasi siklus udara

c. Kriogenik/refrigerasi temperatur ultra rendah d. Siklus stirling

2. Sistem refrigerasi non mekanik

Berbeda dengan sistem refrigerasi mekanik, sistem ini tidak memerlukan mesin-mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem refrigerasi non mekanik di antaranya :

a. Refrigerasi termoelektrik b. Refrigerasi siklus absorbsi

c. Refrigerasi steam jet d. Refrigerasi magnetik e. Heat pipe

2.2.1 Siklus Kompresi Uap

Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refigerasi, namun yang paling umum digunakan adalah refrigerasi dengan sistem kompresi uap. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan katup expansi. Berikut adalah sistem konvensional siklus kompresi uap (gambar 2.8) dan skema diagram p-h siklus kompresi uap (gambar 2.9).

Gambar 2.8 Sistem Konvensional Siklus Kompresi Uap [24]

Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigeran akan ‘menghisap’ panas dari lingkungan sehingga panas tersebut akan menguapkan refrigeran. Kemudian uap refrigeran akan dinaikkan tekanannya oleh kompresor hingga mencapai tekanan kondensor, dalam kondensor uap refrigeran dikondensasikan dengan membuang panas dari uap refrigeran ke lingkungannya. Kemudian refrigeran akan melalui katup ekspansi dahulu sebelum menuju evaporator untuk menurunkan tekanannya menjadi tekanan evaporator. Proses-proses yang terjadi pada siklus kompresi uap seperti pada gambar 2.9 di atas adalah sebagai berikut:

a. Proses kompresi (1-2)

Proses ini dilakukan oleh kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk ke dalam kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigeran akan menjadi uap bertekanan tinggi (superheated vapor). Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka temperatur ke luar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

... (2.1) dimana : wc= besarnya kerja kompresor (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

Jika pada proses isentropis ini dimasukkan nilai efisiensi dari kompresor (ƞ) maka besar kerja kompresor yang menjadi beban listrik terbesar dari siklus kompresi uap menjadi lebih tinggi yaitu :

wc = h2a – h1 ... (2.2)

Di mana h2a adalah entalpi titik 2 yang sebenarnya dan dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

Harga ฀ berkisar 0 - 1 b. Proses kondensasi (2-3)

Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigeran yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi yang berasal dari kompresor akan membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungannya (udara, air, dll), sehingga panas berpindah dari refrigeran ke lingkungan yang menyebabkan uap refrigeran mengembun menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:

... (2.4) dimana : qk = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg)

h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg) h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

c. Proses ekspansi (3-4)

Proses ekspansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur, atau dapat dituliskan dengan:

h3 = h4 ... (2.5)

Proses penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.

d. Proses evaporasi (4-1)

Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan refrigeran yang bertekanan rendah sehingga refrigeran berubah fasa menjadi uap bertekanan rendah. Kondisi refrigeran saat masuk evaporator sebenarnya adalah campuran cair dan uap, seperti pada titik 4 dari gambar 2.2 di atas.

... (2.6) dimana : qe = besarnya panas yang diserap di evaporator (kJ/kg)

h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg) h4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)

Selanjutnya, refrigeran kembali masuk ke dalam kompresor dan bersirkulasi lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Untuk menentukan harga entalpi pada masing-masing titik dapat dilihat dari tabel sifat-sifat refrigeran.

Setelah semua nilai di atas diperoleh biasanya akan dicari nilai Coefficient of Performance (COP) dari siklus. COP dapat dikatakan sebagai efisiensi jika pada siklus tenaga. COP merupakan perbandingan dari efek refrigerasi yang diperoleh dengan kerja kompresor yang dikeluarkan atau dapat ditulis dengan persamaan berikut.

... (2.7)

2.2.2 Kondensor dan Analisis Kondensor

Pada diagram P-h dari siklus kompresi uap sederhana, kondensor mempunyai tugas merealisasikan garis 2-3. Pada prinsipnya kondensor merupakan APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran yaitu merubah fase refrigeran dari uap menjadi cair. Pada dasarnya kondensor mempunyai dua fungsi penting, yaitu: Kondensor membuang panas yang diambil oleh refrigeran dari dalam evaporator dan Kondensor mengkondensasikan refrigeran uap menjadi refrigeran cair. Pemindahan panas dan proses kondensasi di dalam kondensor dapat terjadi dalam dua cara, yaitu:

1. Proses dengan bantuan air. Air digunakan untuk membantu mengambil panas dari refrigeran uap. Refrigeran uap yang mengalir dalam kondensor disimpan dalam suatu tempat atau air dilewatkan pada kondensor yang berisi refrigeran uap. Air masuk mempunyai temperatur lebih rendah

dibandingkan dengan temperatur refrigeran uap. Panas dari refrigeran uap dipindahkan ke air melalui dinding kondensor. Air tersebut membawa panas dari wadah melalui saluran ke luar. Jika medium pendigin yang digunakan adalah air, kelebihannya adalah air mempunyai sifat membawa dan memindahkan panas yang jauh lebih baik daripada udara. Oleh karena itu tidak dibutuhkan peralatan yang besar untukproses perpindahan panas. Tetapi air tidak boleh dibuang begitu saja ke lingkungan. Misalnya setelah digunakan sebagai pendingin kondensor air akan menjadi panas dan tidak bisa dibuang begitu saja ke sungai atau danau karena dapat berefek buruk bagi lingkungan. Untuk menghindari efek lingkungan ini, biasanya kondensor berpendingin air dilengkapi dengan cooling tower yang fungsinya mendinginkan air panas yang berasal dari kondensor dengan menjatuhkannya dari suatu ketinggian agar dapat didinginkan oleh udara. Oleh karena itu biaya awal kondensor berpendingin air ini biasanya lebih besar tetapi biaya operasionalnya lebih kecil, oleh karena itu sistem ini biasanya digunakan pada SKU dengan kapasitas besar.

2. Proses dengan bantuan udara. Udara digunakan untuk membuang panas dari refrigeran uap melalui permukaan kondensor. Udara dihembuskan dengan menggunakan kipas ke permukaan kondensor. Karena udara lebih dingin dari refrigeran uap, maka terjadi perpindahan panas dari refrigeran uap ke udara bebas melalui permukaan kondensor. Jika medium yang digunakan adalah udara, kelebihannya adalah tidakdiperlukan pipa untuk mengalirkannya dan tidak perlu repot untuk membuangnyakarena setelah menyerap panas bisa langsung dilepas ke udara lingkungan.Kelemahannya, udara tidak mempunyai sifat membawa dan menghantar panasyang baik. Oleh karena itu diperlukan usaha yang lebih untuk mengalirkan lebihbanyak udara. Bisa dipastikan kondensor dengan medium pendingin udaraumumnya digunakan pada siklus refrigerasi dengan kapasitas pendinginan yangkecil.

(a) air (b) udara

Gambar 2.10 Jenis pendingin kondensor dengan (a) air dan (b) udara [19]

Selain kedua media pendingin kondensor yang umum di atas ada juga kondensor berpendingin gabungan air dan udara yang biasa disebut evaporative condensor. Pada evaporative condensor air dan udara digunakan untuk mendinginkankondensor. Air disiramkan ke pipa-pipa kondensor dan udara juga ditiupkan. Halini akan mengakibatkan terjadinya penguapan di permukaan kondensor. Karenapanas penguapan air sangat tinggi, dan ini diambil dari refigeran melalui dindingpipa maka kondensor jenis ini akan mempunyai koefisien perpindahan panas yang sangat baik.

Selain perbedaan-perbedaan mendasar di atas, kondensor berpendingin air dan udara memiliki perbedaan-perbedaan lainnya dan dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Perbandingan Kondensor Berpendingin Udara dan Air [2]

Parameter Pendingin udara Pendingin air

Perbedaan temperatur, Tc - Tpendingin 6 s/d 22 oC 6 s/d 12 oC Laju aliran pendingin per TR 12 s/d 20 m3/menit 0,007 s/d 0,02 m3/menit Luas Perpindahan panas per TR 10 s/d 15 m2 0,5 s/d 1 m2 Kecepatan fluida pendingin 2,5 s/d 6 m/s 2 s/d 3 m/s Daya pompa/blower per TR 75 s/d 100 W kecil

Untuk media pendingin air menggunakan cooling tower biasanya diaplikasikan pada siklus kompresi uap berskala besar. Pada siklus kompresi uap yang menggunakan cooling tower biasanya temperatur kondensasi pada kondensor tidak diturunkan. Ini dikarenakan temperatur keluaran air pendingin dari cooling tower sangat tergantung dari temperatur bola basah (wet bulb temperature) dari udara sekitar. Keterbatasan temperatur udara lingkungan yang dapat mencapai lebih dari 30 oC ini lah maka temperatur kondensasi siklus kompresi uap menggunakan cooling tower tetap dijaga di atas temperatur udara harian.

Pada kondensor sebagai alat penukar kalor inilah sebenarnya diaplikasikan semua ilmu perpindahan panas.Oleh karena itu, akan dijumpai perhitungan-perhitungan perpindahan panas yangsangat rumit.Pada dasarnya sangat banyak variasi kondensor yang mungkin jika dilihatberdasarkan jenis fluida pendinginnya, metode perpindahan panasnya, dankonfigurasi bidang perpindahan panasnya. Karena pada skripsi ini media pendingin yang digunakan adalah air yang dipompa dari tanah sebagai aplikasi dari groundcooling maka hanya akan dilakukan pembahasan pada kondensor yang berpendingin airdan jenisnya adalah APK shell-and-tube heat exchanger (biasanya diterjemahkansebagai APK pipa-cangkang). Pada APK ini, air pendingin mengalir di dalamtabung dan uap refrigeran mengalir di luar tabung dan masih di dalam shell.Konfigurasi aliran fluida pada APK ini ditunjukkan pada Gambar 2.11 berikut ini. Ditampilkan juga profil temperatur kedua fluida yang diidealkan pada gambar 2.12 berikut.

Gambar 2.12 Profil temperatur pada kondensor [2]

Laju perpindahan panas pada refrigeran dan air pendingin dapat dihitungdengan persamaan berikut:

... (2.8) Dan

... (2.9) Di mana :

Qr = Laju perpindahan panas refrigeran (kJ/s) = Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

h = entalpi refrigeran pada diagram p-h (kJ/kg) Qw = Laju perpindahan panas air (kJ/s)

= Laju aliran massa air (kg/s) cp = Kalor jenis air (4,19 kJ/kgK)

Tw,o = Temperatur air keluar kondensor (K) Tw,i = Temperatur air masuk kondensor (K)

Laju perpindahan panas dari refrigeran ke air jika dihitung berdasarkan luasbidang perpindahan panas di sisi luar pipa Ao, adalah:

Q = UoAoLMTD ... (2.10) Di mana :

Uo = Koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2K) Ao = Luas penampang pipa (m2)

SedangkanLMTD adalah perbedaan temperatur rata-rata logaritmik (Log

MeanTemperature Difference). Untuk kasus kondensor yang profil

temperaturnyadiidealkan seperti pada Gambar 2.5 nilainya dapat dihitung dengan persamaan:

... (2.11) Di mana Tk adalah temperatur kondensor

Sedangkan Uo adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh pada sisi luar pipa yangmerupakan gabungan koefisien perpindahan panas konveksi di sisi luar dan di sisidalam pipa, konduksi di dinding pipa, fouling factor, dan efek fin (jika ada). Jikatidak terdapat fin pada pipa, persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung nilai Uoadalah:

... (2.12) Di mana :

ro = jari-jari luar pipa (m) ri = jari-jari dalam pipa (m)

Rfi = tahanan thermal akibat kerak bagian dalam pipa Rfo = tahanan thermal akibat kerak bagian luar pipa

hi = koefisien konveksi permukaan bagian dalam pipa (W/m2K) ho = koefisien konveksi permukaan bagian luar pipa (W/m2K)

Karena pada skripsi ini yang dibahas secara spesifik adalah air yang mengalir didalam pipa, maka koefisien konveksi di dalam pipa dapat dihitung denganmenggunakan persamaan Dittus-Boelter (khusus untuk aliran turbulen penuh dengan Re > 2300), yaitu :

... (2.13) Di mana :

kw = konduktifitas termal air (W/mK) di = diameter dalam pipa (m)

Sedangkan Re adalah bilangan Reynold yang dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

... (2.14) Di mana :

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) v = kecepatan rata-rata fluida (m/s)

μw = viskositas absolut fluida (Pa.s)

Koefisien perpindahan panas di permukaan luar pipa lebih rumit karena begitu banyak variasi yang dapat digunakan. Salah satu persamaan yangdapat digunakan jika pipa kondensornya horizontal adalah:

... (2.15) Di mana :

kf = konduktifitas termal refrigeran (W/mK)

ρf = massa jenis refrigeran (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2)

hfg = entalpi perubahan fasa refrigeran (kJ/kg) N = jumlah pipa kondensor tiap baris

μf = viskositas absolut refrigeran (Pa.s) do = diameter luar pipa (m)

∆T = perbedaan temperatur kondensasi dan temperatur permukaan luar pipa (K)

Semua sifat fluida pendingin di atas dievaluasi pada temperatur film yaitu : ... (2.16) Di mana :

Tw,o = Temperatur air keluar kondensor (K) Tw,i = Temperatur air masuk kondensor (K)

2.3 Computational Fluid Dinamycs (CFD)

Dalam aplikasinya, aliran fluida baik cair maupun gas adalah suatu zat yang sangat lazim dengan kehidupan sehari – hari. Misalnya pengkondisian udara bagi bangunan dan mobil, pembakaran di motor bakar dan sistem propulsi, interaksi berbagai objek dengan udara atau air, aliran kompleks pada penukar panas dan reactor kimia, dan lain sebagainya, yang mana cukup menarik untuk diteliti, diselidiki dan dianalisis. Untuk kebutuhan penelitian tersebut bahkan sampai dengan tingkat desain, perlu dibutuhkan suatu alat yang mampu menganalisis atau memprediksi dengan cepat dan akurat. Maka berkembanglah suatu ilmu yang dinamakan Computational Fluid Dynamics (CFD) yang dalam bahasa Indonesia dikenal dengan Komputasi Aliran Fluida Dinamik.

2.3.1 Pengertian Umum CFD

Secara umum CFD terdiri dari dua kata yaitu sebagai berikut [23] :

- Computational : segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numerik atau komputasi

- Fluid Dynamics : dinamika dari segala sesuatu yang mengalir.

Ditinjau dari istilah di atas, maka CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda – benda atau zat yang mengalir.

Maka secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan – persamaan matematika (model matematika). Pada dasarnya, persamaan – persamaan pada fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan – persamaan diferensial parsial atau dikenal dengan istilah PDE (Partial Differential Equation) yang mempresentasikan hukum – hukum kekekalan massa (kontinuitas), momentum dan energi yang diubah kedalam bentuk numerik (persamaan linear) dengan teknik diskritisasi.

Pengembangan sebuah perangkat lunak (software) CFD mampu memberikan kekuatan untuk mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda – benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dan struktur, dan sistem akustik hanya dengan permodelan di

komputer. Dengan menggunakan software ini dapat dibuat virtual prototype dari sebuah system atau alat yang ingin dianalisa dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan. Dengan menggunakan software CFD akan didapatkan data – data, gambar – gambar, atau kurva – kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem yang akan didesain [6].

2.3.2 Penggunaan CFD

Dalam aplikasinya CFD dapat dipergunakan bagi :

- Insinyur, khususnya dalam hal teknik refrigerasi dan pengkondisian udara untuk mendesain tempat atau ruangan sesuai kebutuhan seperti refrigerator,

Air-Conditioner, Cold Storage, dll

- Arsitek untuk mendesain ruang atau lingkungan yang aman dan nyaman. - Desainer kendaraan untuk meningkatkan karakter aerodinamiknya.

- Analisis kimia untuk memaksimalkan hasil dari reaksi kimia dalam peralatan. - Bidang petrokimia untuk strategi optimal dari oil recovery.

- Bidang kedokteran untuk mengobati penyakit arterial (computational hemodynamics).

- Metereologis untuk meramalkan cuaca dan memperingatkan akan terjadinya bencana alam.

- Analis failure untuk mencari sumber – sumber kegagalan misalnya pada suatu sistem pembakaran atau aliran uap panas.

- Organisasi militer untuk mengembangkan senjata dan mengestimasi seberapa besar kerusakan yang diakibatkannya.

Penggunaan CFD umumnya berhubungan dengan keempat hal berikut : 1. Studi konsep dari desain baru

2. Pengembangan produk secara detail 3. Analisis kegagalan atau troubleshooting

2.3.3 Manfaat CFD

Ditinjau dari segi manfaat terdapat tiga hal yang merupakan alas an kuat kenapa harus menggunakan CFD, yakni : insight, foresight, dan efficiency(Firman Tuakia, 2008).

1) Insight – Pemahaman Mendalam

Apabila dalam mendesain sebuah system atau alat yang sulit untuk dibuat

prototype-nya atau sulit untuk dilakukan pengujian, analisis CFD memungkinkan untuk digunakan secara virtual ke dalam alat/sistem yang dapat disaksikan melalui CFD yang belum tentu dapat dilihat dengan cara lainnya.

2) Foresight – Prediksi Menyeluruh

Dikarenakan CFD adalah alat untuk memprediksi apa yang akan terjadi pada alat/sistem yang didesain dengan satu atau lebih kondisi batas, maka dapat ditentukan desain yang optimal.

3) Efficiency – Efisiensi Waktu dan Biaya

Foresight yang diperoleh dari CFD dapat membantu untuk mendesain lebih cepat dan lebih hemat biaya. Analisis/simulasi CFD akan memperpendek waktu riset dan desain sehingga juga akan mempercepat produk untuk sampai ke pasaran.

2.3.4 Proses Simulasi CFD

Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan simulasi pada solver CFD, yaitu sebagai berikut (Firman Tuakia, 2008) :

1) Preprocessing

Hal ini merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat membuat model dalam paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat – sifat fluidanya.

2) Solving

Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.

3) Postprocessing

Hal ini adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang biasa berupa gambar, kurva , dan animasi.

Beberapa prosedur yang digunakan pada semua pendekatan program CFD, yaitu sebagai berikut [6] :

1) Pembuatan geometri dari model/problem

2) Bidang atau volume yang diisi fluida dibagi menjadi sel – sel kecil (meshing) 3) Pendefinisian model fisiknya, misalnya : persamaan – persamaan gerak +

entalpi + konversi species (zat – zat yang kita definisikan, biasanya berupa komponen dari suatu reaktan)

4) Pendefinisian kondisi – kondisi batas, termasuk didalamnya sifat – sifat dan perilaku dari batas – batas model/problem. Untuk kasus transient, kondisi awal juga didefinisikan.

5) Persamaan – persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iteratif, bisa dalam kondisi tunak (steady state) atau transient.

6) Analisis dan visualisasi dari solusi CFD.

2.3.5 Metode Diskritisasi CFD

Secara matematis CFD mengganti persamaan – persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum dan energy dengan persamaan – persamaan aljabar linear. CFD merupakan pendekatan dari persoalan yang asalnya kontinum (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga).

Perhitungan/komputasi aljabar untuk memecahkan persamaan – persamaan diferensial parsial ini ada beberapa metode (metode diskritisasi), diantaranya adalah [6] :

- Metode beda hingga (finite difference method) - Metode elemen hingga (finite elements method) - Metode volume hingga (finite volume method) - Metode elemen batas (boundary element method)

- Metode skema resolusi tinggi (high resolution scheme method)

Metode diskritisasi yang dipilih umumnya menentukan kestabilan dari program numerik/CFD yang dibuat atau program software yang ada. Oleh karenanya diperlukan kehati – hatian dalam cara mendiskritkan model khususnya cara mengatasi bagian yang kosong atau diskontinu.

2.4 Pengenalan Software Solver CFD

Menurut Himsar Ambarita (2010) Ada beberapa software yang digunakan dalam pengembangan kode CFD sepertiFluent, CFX, dll yaitu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga (finite volume method). menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang realtif mudah. Jenis mesh yang didukung oleh adalah tipe 2D triangular-quadritelar, 3D

tetrahedral-hexahedral-pyramid-wedge, dan mesh campuran (hybrid). juga memungkinkan untuk memperhalus atau memperbesar mesh yang sudah ada.

Bahasa program ditulis dalam bahasa C, sehingga memiliki struktur data yang efisien dan lebih fleksibel. juga dapat digunakan bersama dengan arsitektur klien/server, sehingga dapat dijalankan sebagai proses terpisah secara simultan pada klien desktop workstation dan computer server. Semua fungsi yang dibutuhkan untuk menghitung suatu solusi dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada melalui menu yang interaktif.

Beberapa alasan menggunakan solver CFD yaitu : - Mudah untuk digunakan

- Model yang realistik (tersedia berbagai pilihan solver)

- Diskritisasi meshing model yang efisien (misalnya dalam GAMBIT) - Cepat dalam penyajian hasil (bisa dengan parallel komputer)

- Visualisasi yang mudah dimengerti

Dalam satu paket program CFD terdapat beberapa produk, yaitu [4] : - CFX, Fluent, dll sebagai solver

- GAMBIT, dll merupakan preprocessoruntuk membuat pemodelan dan

meshing.

- Tgrid, preprocessor tambahan yang dapat membuat volume mesh dari

boundary mesh yang sudah ada.

- Filter untuk mengimpor mesh permukaan dan atau volume dari program CAD/CAE seperti ANSYS, CGNS, I-DEAS, NASTRAN, PATRAN dll. Geometri dan mesh dapat dibuat menggunakan GAMBIT. Selain itu, dapat juga menggunakan Tgrid untuk membuat mesh volume triangular, tetrahedral,

atau hybrid dari mesh bidang yang sudah ada.

2.4.2 Langkah Penyelesain Masalah dan Perencanaan Analisis CFD

Secara umum diagram alir penyelesaian masalah dalam software CFD dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut.

Gambar 2.13 Alur Penyelesaian Masalah CFD (Problem Solving) [4]

Menurut Firman Tuakia (2008) persamaan yang digunakan dalam CFD untuk perhitungan pada penyelesaian masalah adalah menggunakan persamaan diferensial parsial. Disamping itu, perhitungan juga digunakan untuk menganalisa model perpindahan panas, laju aliran massa, perubahan fase, reaksi kimia sebagai proses pembakaran, model trubulensi, perpindahan mekanis semisal perputaran poros, deformasi dari struktur pejal, dan lain sebagainya.

Untuk mendapatkan persamaan dasar proses aliran fluida, filosofi berikut selalu diikuti :

a. Memilih prinsip fisika dasar dari hukum–hukum fisika ( Hukum Kekekalan Massa, Hukum Kedua Newton, Hukum Kekekalan Energi ).

b. Menerapkan prinsip-prinsip fisika di dalam model aliran maupun reaksi pada aliran fluida.

Dari penerapan, diuraikan persamaan matematis yang meliputi prinsip-prinsip dasar fisika.

2.4.4 Persamaan Pembentuk Aliran

Pemodelan dengan metode komputasi pada dasarnya menggunakan persamaan dasar dinamika fluida,momentum, dan energi. Persamaan-persamaan ini merupakan pernyataan matematis untuk tiga prinsip dasar fisika :

1. Hukum Kekekalan Massa (The Conservation of Mass)

2. Hukum Kekekalan Momentum (The Conservation of Momentum) sebagai interpretasi dari hukum kedua Newton (Newton’s Second Law of Motion)

3. Hukum kekekalan Energi (The Conservation of Energy)

1. Hukum Kekekalan Massa (The Conservation of Mass)

Konsep utama hukum ini adalah laju kenaikan massa dalam volume kontrol adalah sama dengan laju net aliran massa fluida ke dalam elemen batas. Secara sederhana dapat ditulis.

Secara umum hukum kekekalan massa (The Conservation of Mass) 3 dimensi dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

(2.18)

Gambar 2.14 Hukum Kekekalan Massa pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi [4]

2. Hukum Kekekalan Momentum (The Conservation of Momentum)

Hukum kekekalan momentum ini merupakan interpretasi dari hukum ke-2 Newton (arah sumbu-x) yaitu :

Gambar 2.15 Hukum Kekekalan Momentum Arah Sumbu-x pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi [4]

Secara umum hukum kekekalan momentum (The Conservation of Momentum) arah sumbu-x 3 dimensi dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

(2.20)

Dengan cara dan bentuk yang sama persamaan kekekalan momentum 3 dimensi arah sumbu-y dan arah sumbu-z dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

(2.21)

dan

(2.22)

3. Hukum kekekalan Energi (The Conservation of Energy)

Hukum ini merupakan aplikasi dari hukum ketiga fisika (termodinamika) yaitu laju perubahan energi dalam suatu elemen adalah sama dengan jumlah net

fluks panas yang masuk ke dalam elemen dan kerja yang dikenakan pada elemen tersebut. Pernyataan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan :

(2.23)

Gambar 2.16 Kerja yang Dikenakan pada Sebuah Elemen Arah Sumbu-x [4]

Gambar 2.17 Fluks Panas yang melintasi permukaan sebuah elemen [4]

Secara umum kerja yang dikenakan arah sumbu-x, sumbu-y dan sumbu-z dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.

(2.24a)

(2.24b)

(2.24c)

Sedangkan persamaan fluks Panas yang melintasi permukaan sebuah elemen dapat ditulis dengan persamaan.

(2.25)

Dengan mensubstitusi persamaan (2.22) dan (2.23) ke dalam persamaan (2.21) di atas akan diperoleh sebuah persamaan (2.24) untuk hukum kekekalan energi di mana i, j, k = 1, 2, 3 yang menunjukkan arah sumbu-x, -y, dan –z.

(2.26)

Di mana Φ adalah fungsi dissipasi dengan bentuk sebagai berikut.

(2.27)

2.4.5 Metode Diskritisasi pada CFD

Pada dasarnya, hanya menghitung pada titik-titik simpul mesh geometri, sehingga pada bagian di antara titik simpul tersebut harus dilakukan interpolasi untuk mendapatkan nilai kontinyu pada sluruh domain.Terdapat beberapa skema interpolasi yang sering digunakan yaitu :

- First-order upwind scheme

Skema interpolasi yang paing ringan dan cepat mencapai konvergen, tetapi ketelitiannya hanya orde satu. Ketika skema ini dipilih, nilai bidang dalah sama dengan nilai pusat sell dalam sell upstream.

Skema ini memungkinkan digunakan pada penyelesaian berbasis tekanan dan rapatan (density)

- Second-order upwind scheme

Menggunakan persamaan yang lebih teliti sampai orde 2, sangat baik digunaan pada mesh tri/tet dimana arah aliran tidak sejajar dengan mesh. Karena metode interpolasi yang digunakan lebih rumit, maka lebih lambat mencapai konvergen.

Ketika skema ini dipilih, nilai bidang dikomputasi mengikuti bentuk : (2.28) Dimana, dan adalah nilai pusat sell dan gradient dalam sell upstream, dan adalah vektor perpindahan dari pusat luasan sell upstream ke bidang pusat luasan.

- Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) scheme

Diaplikasikan untuk mesh quad/hex dan hybrid, tetapi jangan digunakan untuk elemen mesh tri, dengan alian fluida yang berputar/swirl. Ketelitiannya mencapai orde 3 pada ukuran mesh yang seragam.

Untuk bidang pada Gambar, jika aliran dari kiri ke kanan, seperti itu nilai dapat ditulis sebagai berikut :

(2.29)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dan pengerjaan skripsi ini dilakukan dari tanggal 1 Mei 2011 hingga 18 Oktober 2011. Adapun lokasi penelitian seperti pengukuran dan pengambilan data dilakukan di lingkungan Departemen Teknik Mesin FT-USU.

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan

Penelitian ini akan menggunakan bahan-bahan untuk pengukuran dan beberapa alat produksi dan alat ukur.

3.2.1 Alat

Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. Alat ukur temperatur udara, kecepatan angin, intensitas cahaya dan kelembaban (Station data logger HOBO Micro Station)

Dengan spesifikasi :

a. Skala Pengoperasian : 200 – 500C dengan baterai alkalin 400 – 700C dengan baterai litium

b. Input Sensor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring

c. Ukuran : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm d. Berat : 0,36 kg

e. Memori : 512Kb Penyimpanan data nonvolatile flash.

f. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam (tergantung pengguna) g. Akurasi waktu : 0 - 2 detik

2. Alat ukur temperatur / termokopel (AGILENT)

Gambar 3.2Agilent dengan termokopel tipe T dan K

Spesifikasi :

a. Daya 35 Watt

b. Jumlah saluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 volt

d. Mempunyai 3 saluran utama

e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol

g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, RTD dan termistor, arus listrik AC

3. Alat uji simulasi menggunakan software CFD dan software bahasa pemrograman.

3.2.2 Bahan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Kabel termokopel

b. Pipa pembungkus (PVC 1,5 inch) c. Perekat

3.3 Variabel Riset

Adapun variabel input dari pengujian yang akan dianalisa antara lain adalah sebagai berikut :

a. Temperatur evaporator dan kondensor b. Temperatur tanah

Di mana akan dihasilkan data simulasi berupa variabel output yang diharapkan, yaitu :

a. Kerja kompresor b. Efek refrigerasi c. COP

d. Dimensi kondensor

3.4 Set-up Pengujian

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini sesuai dengan tanggung jawab adalah bidang perhitungan optimasi siklus kompresi uap menggunakan efek dingin tanah (groundcooling) dan simulasi komparasi perhitungan siklus kompresi uap secara analitik maupun secara numerik menggunakan solver CFD. Pada skripsi ini dihitung secara analitik pengaruh perubahan temperatur kondensasi terhadap kerja kompresor, efek refrigerasi maksimum yang dapat dilayani, COP siklus, dan dimensi utama kondensor minimum yang dapat diperoleh.

Skripsi ini dilakukan melalui beberapa tahapan proses seperti dapat dilihat pada diagram alir (flowchart) pada gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Pengerjaan Skripsi Tidak

Mulai

Studi Literatur

Buku referensi, jurnal, paper, internet,dll

Pengambilan data temperatur ruangan Pengambilan data temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan

angin, dan kelembaban udara

Pengambilan data temperatur tanah

Ya

Analisa Data

Kesimpulan

Selesai

Perhitungan analitik pengaruh perubahan temperatur

kondensor

Perhitungan analitik menentukan panjang kondensor

Validasi sesuai? Pembuatan bahasa program perhitungan analitik dengan

software pemrograman

Validasi perhitungan menggunakan software CFD

Proses pengerjaan skripsi ini dimulai dengan mencari referensi yang sesuai. Lalu dilakukan proses pengumpulan data yang berkaitan seperti temperatur udara harian, intensitas cahaya, kecepatan angin, dan kelembaban udara menggunakan alat Station data logger HOBO Micro Station selama 3 bulan dari bulan Juni hingga bulan Agustus 2011. Setelah itu diambil juga data temperatur tanah dari kedalaman 1 m sampai dengan 7,5 m selama 3 minggu mulai tanggal 26 Agustus 2011 hingga 16 September 2011. Dan yang terakhir diambil data temperatur ruangan selama 1 hari menggunakan alat ukur temperatur dan termokopel Agilent di salah satu ruang kelas Departemen Teknik Mesin FT USU J17.202 pada tanggal 22 September 2011 selama 7 jam mulai pukul 10.00 WIB hingga pukul 17.00 WIB.

Proses dilanjutkan dengan perhitungan analitik dan membuat program terkait guna memudahkan perhitungan menggunakan software bahasa pemrograman. Kemudian perhitungan yang dihasilkan akan dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dengan software CFD. Apabila hasil validasi belum sesuai maka proses kembali diulangi dari perhitungan analitik pengolahan data untuk memeriksa kesalahan-kesalahan dalam perhitungan, kesalahan dalam penulisan bahasa program atau kesalahan melakukan simulasi dalam software CFD. Namun bila hasil validasi telah sesuai maka data yang didapatkan langsung dianalisa hingga mendapatkan kesimpulan sebagai tanda berakhirnya proses pengerjaan skripsi ini.

Salah satu gambar pengambilan data temperatur tanah dan data temperatur ruangan dapat dilihat pada gambar 3.4 dan 3.5 berikut.

BAB IV ANALISA DATA

4.1 Data Hasil Pengukuran

Ada 3 macam pengukuran yang dilakukan, yaitu pengukuran pada temperatur udara harian, temperatur tanah, dan temperatur ruangan.

4.1.1 Pengukuran Temperatur Udara Harian, Kecepatan Angin, Radiasi Surya dan Relative Humadity (RH) Udara

Pengukuran ini dilakukan di Gedung Pascasarjana Departemen Teknik Mesin, FT-USU lantai 4 selama bulan Juni hingga Agustus 2011. Pengukuran dilakukan menggunakan alat ukur Station data logger HOBO Micro Station

dengan interval pembacaan setiap 1 menit. Data yang diambil berupa temperatur udara harian (oC), kecepatan angin (m/s), radiasi surya (W/m2), dan RH (%). Tabel 4.1 dan gambar 4.1 berikut akan menampilkan data pada salah satu hari pengukuran yaitu pada tanggal 28 Juli 2011. Sedangkan rekap data hasil pengukuran dapat dilihat pada lampiran A. Tabel 4.1 menampilkan data dengan interval setiap 1 jam.

Tabel 4.1 Pengukuran cuaca tanggal 28 Juli 2011

No

Pukul [WIB]

Kecepatan Udara [m/s] Temperatur RH Radiasi Surya Wind Speed Gust Speed [oC] [%] [W/m²]

1 0:00 0 0.38 23.954 100 0.6

2 1:00 0 0 23.905 100 0.6

3 2:00 0 0.38 23.833 99.5 0.6

4 3:00 0 0.38 23.617 99.2 0.6

6 5:00 0 0 23.785 98.3 0.6

7 6:00 0 0 23.761 98.6 0.6

8 7:00 0 0 24.581 96 68.1

9 8:00 0.76 1.52 26.524 88.7 206.9

10 9:00 0.76 1.9 28.617 81 441.9

11 10:00 1.52 2.28 30.293 70.5 610.6

12 11:00 0.76 1.9 32.304 57.8 750.6

13 12:00 1.52 2.66 33.079 55.7 824.4

14 13:00 0.38 1.9 35.743 48.7 811.9

15 14:00 1.14 2.66 34.783 58.3 740.6 16 15:00 3.05 5.71 32.458 65.9 590.6

17 16:00 2.66 4.57 32.15 68.3 419.4

18 17:00 1.9 3.43 30.798 71.7 136.9

19 18:00 1.9 3.43 29.941 74.5 25.6

20 19:00 2.28 4.19 21.676 98.4 0.6 21 20:00 0.76 2.28 23.328 99.1 0.6

22 21:00 0 0 22.968 97.5 0.6

23 22:00 0 0.76 23.088 98 0.6

24 23:00 0 0 23.28 98.6 0.6

25 23:59 0 0 23.737 98.7 0.6

Gambar 4.1 Temperatur udara harian

Dapat dilihat bahwa mulai pukul 09.00 hingga 18.00 WIB temperatur udara harian berada di atas 28 oC di mana berdasarkan survey yang dilakukan Tri Harso Karyono (1998) sudah bukan merupakan temperatur operasi yang nyaman bagi mayoritas masyarakat Indonesia. Oleh karena itu dibutuhkan suatu usaha untuk mengkondisikan udara sehingga tetap diperoleh kondisi yang nyaman dalam bekerja.

4.1.2 Pengukuran Temperatur Tanah

Pengukuran ini dilakukan di lingkungan Departemen Teknik Mesin FT – USU selama 3 minggu dari tanggal 26 Agustus 2011 sampai dengan tanggal 16 September 2011. Pengukuran dilakukan pada 6 kedalaman berbeda yaitu pada kedalaman 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m, dan 7,5 m. Pembacaan dilakukan dengan interval 1 menit menggunakan alat Agilent termokopel tipe T. Data yang diambil berupa temperatur tanah (oC). Tabel 4.2 dan gambar 4.2 berikut akan menampilkan data pada salah satu hari pengukuran yaitu pada tanggal 15 September 2011. Sedangkan rekap data hasil pengukuran dapat dilihat pada lampiran B. Tabel 4.2 berikut menyajikan data dengan interval setiap 1 jam.

Tabel 4.2 Temperatur tanah tanggal 15 September 2011

No Pukul Temperatur (

o

C) pada Kedalaman

1 m 2 m 3 m 4 m 5 m 7,5 m

1 0:00 25.874 26.050 26.230 26.292 26.427 26.355 2 1:00 25.838 25.980 26.196 26.303 26.413 26.368 3 2:00 25.936 25.984 26.334 26.290 26.353 26.595 4 3:00 25.856 26.058 26.254 26.317 26.384 26.424 5 4:00 25.947 25.901 26.286 26.391 26.275 26.528 6 5:00 25.982 25.993 26.304 26.362 26.350 26.563 7 6:00 25.886 25.917 26.249 26.322 26.363 26.524 8 7:00 25.948 25.754 26.310 26.462 26.124 26.424 9 8:00 25.818 26.065 26.338 26.310 26.340 26.492 10 9:00 25.833 25.955 26.200 26.299 26.407 26.365 11 10:00 25.927 25.887 26.257 26.425 26.283 26.378 12 11:00 25.892 26.028 26.279 26.275 26.391 26.599 13 12:00 25.964 26.132 26.222 26.312 26.436 26.378 14 13:00 25.847 26.015 26.160 26.236 26.353 26.453 15 14:00 25.843 25.927 26.168 26.281 26.360 26.354 16 15:00 25.854 25.769 26.161 26.381 26.202 26.273 17 16:00 25.932 26.016 26.055 26.254 26.426 26.426 18 17:00 25.772 25.897 26.222 26.279 26.244 26.482 19 18:00 25.512 25.656 25.970 25.986 25.947 26.159 20 19:00 25.937 26.014 26.289 26.273 26.329 26.562 21 20:00 25.913 26.010 26.417 26.288 26.296 26.709 22 21:00 25.979 26.075 26.335 26.313 26.397 26.503 23 22:00 25.936 26.128 26.293 26.202 26.406 26.614 24 23:00 26.000 26.164 26.238 26.269 26.455 26.508 25 23:59 25.854 26.105 26.300 26.118 26.387 26.677

Berikut adalah grafik temperatur tanah setiap kedalaman pada tanggal 15 September 2011.

Gambar 4.2 Temperatur tanah

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin jauh kedalaman tanah maka temperatur yang didapatkan juga semakin tinggi. Ini tentu saja akan berbeda untuk setip daerah dengan kontur tanah yang tidak sama. Tetapi temperatur tanah pada setiap kedalaman memiliki kesamaan dari segi stabilitas temperaturnya, yaitu temperatur relatif konstan dan tidak berubah sepanjang hari. Kestabilan temperatur tanah pada setiap kedalaman ini merupakan suatu potensi yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang bersih.

4.1.3 Pengukuran Temperatur Ruangan

Pengukuran ini dilakukan di salah satu ruangan kelas Departemen Teknik Mesin FT – USU selama 7 jam mulai pukul 10.00 sampai dengan pukul 17.00 WIB pada tanggal 22 September 2011. Pengukuran dilakukan pada 16 titik berbeda dalam ruangan. Distribusi titik-titik ini dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut. Pembacaan dilakukan dengan interval 1 menit menggunakan alat Agilent termokopel tipe T dan K. Data yang diambil berupa temperatur ruangan (oC). Tabel 4.3 dan gambar 4.4 berikut akan menampilkan data pada hari pengukuran yaitu pada tanggal 22 September 2011. Tabel 4.3 menyajikan data pada interval setiap 1 jam. Sedangkan data hasil pengukuran secara lengkap dapat dilihat pada lampiran C.

Gambar 4.3 Distribusi titik pengukuran temperatur

Tabel 4.3 Temperatur ruangan pada masing-masing titik

No 1 2 3 4 5 6 7 8

Pukul

[WIB] 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

T em p era tu r p a d a Ma si n g -m as in g T it ik [ o C]

1 29.487 28.663 28.285 28.95 28.564 28.611 28.736 28.651

2 29.061 29.487 29.242 29.728 29.246 29.021 29.106 28.976

3 29.055 29.061 28.988 29.574 29.036 29.15 29.098 28.856

4 29.458 29.055 28.926 29.964 29.428 29.38 29.279 29.168

5 29.167 29.458 28.826 29.405 28.801 28.775 28.801 28.732

6 31.012 29.167 28.66 28.925 28.631 28.779 28.757 28.591

7 28.923 31.012 28.734 29.39 28.611 28.781 28.844 28.583

8 29.379 28.923 28.545 29.425 28.817 28.675 28.663 28.528

9 28.985 28.062 27.828 27.998 28.119 27.894 28.044 28.277

10 29.508 28.985 28.541 29.13 28.465 28.64 28.6 28.387

11 28.867 29.508 30.047 29.23 28.797 28.751 28.69 28.471

J E N D E L A

PINTU

2 3 4

1

5

9 10

7

6 8

11 ₁₂

13 14 15

12 28.062 28.867 28.283 28.816 28.557 28.53 28.459 28.425

13 28.433 28.062 27.828 27.841 28.009 27.91 28.019 27.929

14 28.618 28.433 28.324 28.363 28.527 28.431 28.398 28.263

15 28.288 28.618 28.256 28.438 28.183 28.381 28.389 28.147

16 28.404 28.406 28.024 28.175 28.095 28.203 28.164 28.076

Gambar 4.4 Temperatur ruangan rata-rata

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa temperatur rata-rata ruangan kelas berkisar 28,5 oC hingga 29,5 oC (di atas 28 oC) pada pukul 10.00 WIB sampai dengan 17.00 WIB. Distribusi temperatur ini tidak sama pada setiap titik, namun dapat disimpulkan bahwa temperatur rata-rata ruangan kelas J17.202 mulai pukul 10.00 s/d 17.00 WIB bukanlah merupakan temperatur yang nyaman utuk beroperasi berdasarkan mayoritas masyarakat Indonesia menurut Tri Harso Karyono (1998).

4.2 Analisa Potensi Groundcooling pada Siklus Kompresi Uap

Dari data-data pengukuran yang ditampilkan di atas diketahui bahwa temperatur udara luar berkisar antara 22 oC – 37 oC. Sedangkan temperatur tanah relatif konstan dengan kisaran temperatur yang kecil yaitu antara 25 oC – 27 oC. Jika ditelaah lebih jauh temperatur yang paling rendah dan relatif lebih konstan berada pada kedalaman 1 m – 2 m yang berkisar antara 25,2 oC – 26 oC.

Sementara itu temperatur ruangan rata-rata juga memiliki angka yang relatif konstan berkisar antara 28,3 oC – 29,5 oC. Perbedaan temperatur dari ketiga objek pengukuran masing-masing dapat dilihat pada gambar 4.5 berikut.

Gambar 4.5 Temperatur masing-masing objek

Perbedaan temperatur relatif antara ruangan dan tanah tidak begitu besar yaitu hanya sekitar 3 oC – 4 oC sehingga tidak optimal jika langsung dijadikan sebagai media pendingin ruangan. Namun perbedaan temperatur relatif antara udara luar dan tanah memiliki angka yang cukup signifikan berkisar antara 3 oC - 9 oC pada siang hari. Ini tentu saja cukup potensial jika air yang memanfaatkan efek dingin tanah dijadikan media pendingin kondensor pada siklus kompresi uap. Biasanya siklus kompresi uap konvensional menggunakan udara luar sebagai media pendingin namun rentang perbedaan temperatur yang dimiliki udara harian sangat besar sehingga temperatur kondensasi tidak dapat langsung diturunkan namun harus berdasarkan temperatur maksimum yang terjadi.

Gambar 4.6 dan 4.7 berikut menampilkan skema model penggunaan air tanah (yang memanfaatkan groundcooling) pada siklus kompresi uap dan detail model pada kondensor. Air tanah digunakan sebagai pendingin pada kondensor.

Katup Ekspansi

Evaporator

Kompresor Kondensor

Air Masuk Air

Keluar

Gambar 4.6 Model siklus kompresi uap berpendingin air tanah (groundcooling)

4.2.1 Pengaruh Perubahan Temperatur Kondensasi Terhadap Efek Refrigerasi, Kerja Kompresor, dan COP Siklus

Jika efek dingin tanah ini dijadikan sebagai media pendingin untuk kondesor maka temperatur kondensasi pada kondensor dapat diturunkan sampai mendekati temperatur tanah. Ini diyakini akan memberikan efek positif pada evaporator yang dapat melayani beban pendingin lebih besar. Sedangkan kerja kompresor menjadi lebih ringan sehingga akan menaikkan nilai COP dari siklus kompresi uap dan lebih hemat dalam penggunaan listrik.

Untuk menghitung besarnya efek refrigerasi yang dapat dilayani evaporator (Qe), kalor yang dilepas oleh kondensor (Qk), kerja kompresor (Wc) dan COP harus ditentukan terlebih dahulu temperatur evaporasi (Te) dan temperatur kondensasi (Tk). Refrigeran yang dibahas dalam skripsi ini adalah R-134a, jika temperatur evaporasi (Te) dan temperatur kondensasi (Tk) direncanakan sebesar -10 oC dan 40 oC (harga ini diambil karena temperatur udara luar diperkirakan dapat mencapai 37 oC) di mana refrigeran memiliki sifat termofisika sebagai berikut :

• h1 = hg@-10oC = 392,75 kJ/kg • h3 = hf@40oC = 256,35 kJ/kg • h4 = h3 = 256,35 kJ/kg

• s1 = sg@-10oC = 1,7337 kJ/(kg.K) • h2 = 426,31 kJ/kg

Sifat-sifat refrigeran R-134a dapat dilihat pada lampran D.

Nilai h2 diperoleh dengan dua kali menginterpolasi di mana kondisi proses 1-2 yang diketahui isentropi sehingga s1 = s2. Selanjutnya dicari harga qe, qk, wc, dan COP siklus. Diagram p-h dari siklus dapat dilihat pada gambar 4.8 di bawah ini.

Gambar 4.8 Diagram p-h

Dengan menggunakan persamaan (2.1) diperoleh kerja kompresor sebesar : wc = h2 – h1

wc = (426,31 - 392,75) kJ/kg

wc = 33,56 kJ/kg

Dengan menggunakan persamaan (2.4) diperoleh kalor yang dilepas di kondensor sebesar :

qk = h2 – h3

qk = (426,31 - 256,35) kJ/kg

qk = 169,96 kJ/kg

Dengan menggunakan persamaan (2.6) diperoleh kalor yang diserap oleh evaporator sebesar :

qe = h1 – h4

qe = (392,75 - 256,35) kJ/kg

qe = 136,4 kJ/kg

1

2 3

4

Tk = 40 0

C

TE = -10 0

C 1016,5

200,52 P (kPa)

Dan dengan menggunakan persamaan (2.7) diperoleh COP siklus sebesar :

COP = 4,06

Dengan harga Te = -10 oC dan Tk = 40 oC didapatkan harga wc = 33,56 kJ/kg

qk = 169,96 kJ/kg qe = 136,4 kJ/kg COP = 4,06

Dengan cara yang sama seperti di atas akan dicari harga qe, qk, wc, dan COP dari siklus untuk temperatur kondensasi (Tk) yang terus diturunkan hingga mendekati temperatur tanah yaitu sebesar 27 oC. Sedangkan temperatur evaporasi (Te) dijaga tetap sebesar -10 oC. Data hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.4 berikut.

Tabel 4.4 Pengaruh perubahan Tk pada qe, qk, wc, dan COP

No

Te Tk qe qk wc COP

[oC] [oC] [kJ/kg] [kJ/kg] [kJ/kg] [kJ/kg]

1 -10 40 136.40 169.96 33.56 4.06

2 -10 39 137.91 170.89 32.99 4.18

3 -10 38 139.38 171.77 32.41 4.30

4 -10 37 140.85 172.67 31.82 4.43

5 -10 36 142.32 173.56 31.23 4.56

6 -10 35 143.79 174.44 30.64 4.69

7 -10 34 145.26 175.31 30.05 4.83

8 -10 33 146.73 176.18 29.45 4.98

9 -10 32 149.19 177.05 28.85 5.14

LAMPIRAN H

Listing Program Perhitungan Analitik

1. Listing Program Perhitungan Termodinamika R-134a

Private Sub Hitung_Click()

h1 = -5.98275E-11 * Tv ^ 6 - 0.00000000373703 * Tv ^ 5 + 0.000000585326 * Tv ^ 4 + 0.0000142927 * Tv ^ 3 - 0.00279758 * Tv ^ 2 + 0.557688 * Tv + 399.22 h1.Text = h1

h3 = 4.51404E-11 * Tk ^ 6 + 0.00000000261744 * Tk ^ 5 - 0.000000464045 * Tk ^ 4 - 0.0000105345 * Tk ^ 3 + 0.0028369 * Tk ^ 2 + 1.35508 * Tk + 199.588 h3.Text = h3

h4.Text = h3

h5 = -5.98275E-11 * Tk ^ 6 - 0.00000000373703 * Tk ^ 5 + 0.000000585326 * Tk ^ 4 + 0.0000142927 * Tk ^ 3 - 0.00279758 * Tk ^ 2 + 0.557688 * Tk + 399.22 s2 = -1.56761E-13 * Tv ^ 6 - 1.10836E-11 * Tv ^ 5 + 0.00000000180405 * Tv ^ 4 - 0.00000000150252 * Tv ^ 3 + 0.00000187311 * Tv ^ 2 - 0.000627608 * Tv + 1.72884

s3 = 1.15611E-13 * Tk ^ 6 + 6.84533E-12 * Tk ^ 5 - 0.00000000127258 * Tk ^ 4 - 0.0000000126735 * Tk ^ 3 - 0.000000435053 * Tk ^ 2 + 0.00490906 * Tk + 0.998953

s5 = -1.56761E-13 * Tk ^ 6 - 1.10836E-11 * Tk ^ 5 + 0.00000000180405 * Tk ^ 4 - 0.00000000150252 * Tk ^ 3 + 0.00000187311 * Tk ^ 2 - 0.000627608 * Tk + 1.72884

h2s = (h3 * (s2 - s5) + h5 * (s3 - s2)) / (s3 - s5) h2s.Text = h2s

h2a = ((h2s - h1) / n) + h1 h2a.Text = h2a

Qe.Text = Qe

Qk = mr * (h2a - h3) Qk.Text = Qk

Wc = mr * (h2a - h1) Wc.Text = Wc

COP = (h1 - h4) / (h2a - h1) COP.Text = COP

2. Listing Program Perhitungan Panjang Kondensor Pipa Kondensor Berpendingin Air

Private Sub Hitung_Click() On Error GoTo AdaError

h1 = -5.98275E-11 * Te ^ 6 - 0.00000000373703 * Te ^ 5 + 0.000000585326 * Te ^ 4 + 0.0000142927 * Te ^ 3 - 0.00279758 * Te ^ 2 + 0.557688 * Te + 399.22 h3 = 4.51404E-11 * Tk ^ 6 + 0.00000000261744 * Tk ^ 5 - 0.000000464045 * Tk ^ 4 - 0.0000105345 * Tk ^ 3 + 0.0028369 * Tk ^ 2 + 1.35508 * Tk + 199.588 h4 = h3

h5 = -5.98275E-11 * Tk ^ 6 - 0.00000000373703 * Tk ^ 5 + 0.000000585326 * Tk ^ 4 + 0.0000142927 * Tk ^ 3 - 0.00279758 * Tk ^ 2 + 0.557688 * Tk + 399.22 s2 = -1.56761E-13 * Te ^ 6 - 1.10836E-11 * Te ^ 5 + 0.00000000180405 * Te ^ 4 - 0.00000000150252 * Te ^ 3 + 0.00000187311 * Te ^ 2 - 0.000627608 * Te + 1.72884

s3 = 1.15611E-13 * Tk ^ 6 + 6.84533E-12 * Tk ^ 5 - 0.00000000127258 * Tk ^ 4 - 0.0000000126735 * Tk ^ 3 - 0.000000435053 * Tk ^ 2 + 0.00490906 * Tk + 0.998953

s5 = -1.56761E-13 * Tk ^ 6 - 1.10836E-11 * Tk ^ 5 + 0.00000000180405 * Tk ^ 4 - 0.00000000150252 * Tk ^ 3 + 0.00000187311 * Tk ^ 2 - 0.000627608 * Tk + 1.72884

h2s = (h3 * (s2 - s5) + h5 * (s3 - s2)) / (s3 - s5) h2a = ((h2s - h1) / n) + h1

Viskositasr = -4.8823E-14 * Tk ^ 5 + 7.75574E-13 * Tk ^ 4 - 8.68141E-11 * Tk ^ 3 + 0.0000000307931 * Tk ^ 2 - 0.0000037678 * Tk + 0.000287077

Kr = -2.32405E-14 * Tk ^ 5 + 3.07743E-12 * Tk ^ 4 + 3.58226E-11 * Tk ^ 3 - 0.00000000224153 * Tk ^ 2 - 0.000461103 * Tk + 0.0934217

Rhor = -0.000000000416247 * Tk ^ 6 - 0.0000000250064 * Tk ^ 5 + 0.00000417937 * Tk ^ 4 + 0.000108852 * Tk ^ 3 - 0.0200812 * Tk ^ 2 - 3.44109 * Tk + 1297.53

hfgr = -5.81802E-11 * Tk ^ 6 - 0.00000000419989 * Tk ^ 5 + 0.000000490393 * Tk ^ 4 + 0.00000819104 * Tk ^ 3 - 0.00401357 * Tk ^ 2 - 0.778591 * Tk + 199.111

Tf = (Twi / 2) + (Two / 2)

Viskositasw = -3.12861E-14 * Tf ^ 5 + 1.60374E-11 * Tf ^ 4 - 0.00000000417288 * Tf ^ 3 + 0.000000587416 * Tf ^ 2 - 0.0000445308 * Tf + 0.00171796

kw = 2.78909E-12 * Tf ^ 5 - 0.00000000105811 * Tf ^ 4 + 0.000000191386 * Tf ^ 3 - 0.0000228724 * Tf ^ 2 + 0.00230507 * Tf + 0.566135

Rhow = -4.07316E-12 * Tf ^ 6 + 0.00000000403886 * Tf ^ 5 - 0.00000152889 * Tf ^ 4 + 0.000272023 * Tf ^ 3 - 0.0250109 * Tf ^ 2 + 0.539921 * Tf + 997.686 cpw = 3.62014E-11 * Tf ^ 6 - 0.0000000292078 * Tf ^ 5 + 0.00000924816 * Tf ^ 4 - 0.00138655 * Tf ^ 3 + 0.108848 * Tf ^ 2 - 3.73431 * Tf + 4220.08

Prw = 6.45088E-13 * Tf ^ 6 - 0.000000000705259 * Tf ^ 5 + 0.000000300636 * Tf ^ 4 - 0.0000636065 * Tf ^ 3 + 0.0071124 * Tf ^ 2 - 0.422504 * Tf + 13.019 mr = (Qe / 1000) / (h1 - h4)

mr.Text = mr

Qk = mr * (h2a - h3) * 1000 Qw = Qk

mw = Qw / (cpw * (Two - Twi)) mw.Text = mw

mw1 = mw / (R * C / Laluan)

Re = (4000 * mw1) / (3.141592654 * di * Viskositasw) If Re > 2300 Then

hi = (23 * (Re ^ 0.8) * (Prw ^ 0.4) * kw) / (di) hi.Text = hi

Else

MsgBox ("Aliran Laminar, Iterasi Divergen") End If

LMTD = (Two - Twi) / Log((Tk - Twi) / (Tk - Two)) DeltaT = (Tk / 2) - (Twi / 2)

z = 1000000 i = 1

Do Until i = z

ho = 0.725 * (((1000000 * Kr ^ 3 * Rhor ^ 2 * 9.807 * hfgr) / (R * dout * Viskositasr * DeltaT)) ^ 0.25)

ho.Text = ho

Uo = 1 / ((dout / (di * hi)) + (dout * Rfi / di) + (dout / (2000 * Km)) * Log(dout / di) + Rfo + 1 / ho)

Uo.Text = Uo

Ao = Qk / (Uo * LMTD) Ao.Text = Ao

L = (1000 * Ao) / (R * C * 3.141592654 * dout) L.Text = L

DeltaT1 = Qk / (ho * Ao)

If (Abs(DeltaT1 - DeltaT) < 0.000001) Then DeltaT = DeltaT1

Ts = Tk - DeltaT Ts.Text = Ts Exit Sub End If i = i + 1

DeltaT = DeltaT1 Loop

Exit Sub AdaError:

MsgBox ("Ganti Input, Perhitungan DIVERGEN") Exit Sub