dari 33,56 kJkg menjadi 25,80 kJkg atau sekitar 23,12 sehingga dapat meningkatkan COP dari 4,06 sampai 6,03 atau sekitar 48,5.
4.2.2 Pengaruh Perubahan Temperatur Air Pendingin yang Masuk Terhadap Dimensi Kondensor
Kondensor yang dibahas pada skripsi ini adalah jenis shell and tube heat exchanger karena media pendingin yang digunakan adalah air dengan
memanfaatkan efek dingin tanah pada temperatur 25
o
C – 26
o
C. Dipilihnya air sebagai media pendingin dikarenakan sifat air lebih unggul daripada udara, ini
dapat dilihat pada tabel 2.2. Selain itu air tanah juga cukup tersedia dalam jumlah besar di alam.
Perhitungan dimensi kondensor ini menggunakan pendekatan LMTD Log Mean Temperature Difference di mana dalam perhitungan, suhu keluaran media
pendingin dari kondensor dimisalkan terlebih dahulu, setelah itu dilakukan iterasi hingga mendapatkan perbedaan temperatur yang kecil dan dianggap cukup untuk
menghentikan iterasi. Variasi dari temperatur air pendingin yang masuk T
wi
divariasikan dari 38
o
C tidak memanfaatkan groundcooling sampai dengan 25
o
C memanfaatkan groundcooling. Sedangkan temperatur evaporasi T
e
dan temperatur kondensasi T
k
dijaga konstan pada -10
o
C dan 40
o
C. Adapun contoh kasus dan prosedur perhitungan panjang kondensor dengan pendekatan LMTD ini
adalah sebagai berikut.
a. Menentukan Sifat Refrigeran dan Air
Sifat refrigeran R-134a dievaluasi pada temperatur kondensasi yaitu 40
o
C dan diperoleh : -
μ
f
= 1,782 x 10
-4
kgms -
ρ
f
= 1146,5 kgm
3
- k
f
= 0,081 WmK - h
fg
= 163,23 kJkg Sedangkan sifat air dievaluasi pada temperatur film menggunakan
persamaan 2.16. Temperatur masuk kondensor diketahui 25
o
C sedangkan temperatur keluar dianggap 29
o
C sehingga temperatur filmnya :
Universitas Sumatera Utara
Dan diperoleh sifat-sifat air adalah sebagai berikut : -
μ
w
= 8,55 x 10
-4
kgms -
ρ
w
= 997,01 kgm
3
- k
w
= 0,613 WmK - c
p
= 4,179 kJkg -
Pr = 5,83
Di mana sifat-sifat refrigeran R-134a dan air dapat dilihat pada lampran D dan E.
b. Laju perpindahan panas dari kondensor Q
k
Ini sangat tergantung dari efek refrigerasi ruangan Q
e
yang akan dilayani sehingga laju aliran refrigeran m
r
dapat ditentukan. Namun karena ini merupakan contoh kasus dan untuk memudahkan perhitungan dianggap
m
r
= 1 kgs dan dengan menggunakan persamaan 2.8 diperoleh :
Q
k
= 169,96 kW
c. LMTD Log Mean Temperature Difference
Dengan menggunakan persamaan persamaan 2.11 diperoleh :
LMTD = 12,8968
o
C
d. Laju aliran massa air pendingin m
w
Dengan menggunakan persamaan 2.9 dan diketahui bahwa kalor yang diserap air adalah sama dengan kalor yang dilepas oleh kondensor
poin b sehingga diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
Karena kondensor akan dibuat dengan 2 laluan dengan masing-masing laluan berjumlah 26 pipa maka laju aliran massa terbagi ke dalam 26 pipa
sehingga diperoleh laju aliran massa tiap pipa menjadi :
e. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi di Dalam Pipa h
i
Sebelum mencari koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa dicari terlebih dahulu bilangan Reynold menggunakan persamaan 2.14 dan
direncanakan diameter dalam pipa sebesar 15 mm sehingga diperoleh :
Re = 37.516,576 Karena bilangan Reynold diperoleh 2300 maka dapat digunakan
persamaan 2.13 untuk menghitung koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa dan diperoleh :
f. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi di Luar Pipa h
o
Untuk mencari koefisien perpindahan panas konveksi di luar pipa dapat menggunakan persamaan 2.15 namun sebelumnya perlu
diasumsikan temperatur permukaan luar pipa rata-rata, misalnya pada kasus ini 34
o
C. Temperatur permukaan luar pipa rata-rata ini nantinya akan terus dikoreksi secara iteratif hingga mendapatkan galat yang kecil. Dengan
temperatur kondensasi sebesar 40
o
C maka diperoleh ∆T sebesar :
∆T = T
k
– T
s
.................................................................................... 4.1 ∆T = 40 – 34
o
C ∆T = 6
o
C
Universitas Sumatera Utara
Sehingga diperoleh harga koefisien perpindahan panas konveksi di luar pipa sebesar :
h
o
= 1.435,5 Wm
2
K
g. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh U
o
Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dicari menggunakan persamaan 2.12. Seluruh informasi telah diketahui di atas, namun ada
beberapa yang perlu ditentukan lagi seperti : -
R
fi
= satu asosiasi dagang menetapkan harga faktor pengotor air sebesar 0,000176 m
2
.
o
CW Sumber : “Buku Kuliah Alat Penukar Kalor” Karangan Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. , halaman 7
- R
fo
= untuk refrigeran yang termasuk golongan uap organik diambil 0,0002 m
2
.
o
CW “Buku Kuliah Alat Penukar Kalor” Karangan Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. , halaman 7
- k
m
= 401 Wm.K jika pipa terbuat dari tembaga “Buku Kuliah Alat Penukar Kalor” Karangan Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. , halaman
18 Untuk data faktor pengotor dan nilai sifat-sifat logam selengkapnya
dapat dilihat pada lampiran F dan G dan diperoleh :
U
o
= 811,612 Wm
2
K
h. Luas Permukaan Total Pipa Ao
Luas permukaan total pipa dapat ditentukan menggunakan persamaan 2.10 dan diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
A
o
= 21,152557 m
2
i. Pemeriksaan
Anggapan ∆T pada poin f harus diperiksa kembali jika anggapan ∆T
belum sesuai maka perhitungan harus diulang kembali dari poin f dan dilakukan iterasi hingga hasilnya sesuai. Hasil ini dapat diperiksa dengan
menggunakan persamaan berikut. ................................................................................... 4.2
∆T = 7,3286
o
C
j. Pengulangan Perhitungan
∆T yang diperoleh pada poin i sebesar 7,3286
o
C tidak sama dengan ∆T anggapan pada poin f yaitu sebesar 6
o
C sehingga perhitungan perlu diulang dari poin f hingga poin dengan cara yang sama. Hasil iterasi ini
dapat dilihat pada tabel 4.5 di bawah ini.
Tabel 4.5 Luas Permukaan Minimum Pipa Kondensor
Iterasi ∆T
C A
o
m
2
I ∆T
1
- ∆T
o
I 1
6 21.152557
-
2
7.328670 21.623248
1.32867000E+00
3 7.486324
21.674728 1.57654400E-01
4 7.503030
21.680127 1.67056000E-02
5 7.504779
21.680693 1.74880000E-03
6
7.504960 21.680752
1.81200000E-04
7
7.504979 21.680758
1.90000000E-05
8
7.504982 21.680758
2.76000000E-06
9 7.504982
21.680759 2.10000001E-07
Dapat dilihat bahwa setelah 9 kali iterasi didapatkan harga ∆T yang
hampir tidak berubah 10
-6
kemudian iterasi dapat dihentikan dan
Universitas Sumatera Utara
perhitungan telah dianggap sesuai. Temperatur permukaan luar pipa rata- rata kemudian dapat ditentukan dengan :
T
s
= T
k
- ∆T
T
s
= 40 – 7,504982
o
C T
s
= 32,495
o
C Jadi dianggap temperatur rata-rata permukaan luar pipa kondensor
yang menjadi penghantar panas adalah sebesar 32,495
o
C. Temperatur rata- ratapermukaan luar pipa kondensor ini sebenarnya identik dengan
temperatur air yang keluar dari kondensor T
wo
’. Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa sebenarnya T
wo
≈ T
s
. Jadi dapat disimpulkan pula bahwa temperatur air keluar kondensor sebenarnya sebesar 32,495
o
C.
k. Perhitungan Panjang Pipa Minimum L
Setelah diperoleh harga ∆T sebesar 7,504982
o
C dan luas permukaan A
o
sebesar 16,680759 m
2
maka panjang pipa dapat dihitung dengan persamaan berikut.
.................................................................................. 4.3 Di mana :
n = Jumlah Pipa 52 buah
Diperoleh :
L = 7,81 m ≈ 8 m.
Sehingga diperoleh panjang pipa kondensor minimum adalah sebesar 7,81 m atau dalam perancangan akan dibuat sebesar 8 m.
Di atas telah diperlihatkan prosedur menghitung panjang kondensor menggunakan pendekatan LMTD. Dengan metode yang sama seperti di atas akan
dihitung panjang minimum pipa kondensor yang dibutuhkan jika temperatur air masuk T
wi
terus diturunkan. Asumsi dari temperatur air keluar T
wo
disesuaikan dengan temperatur air masuk T
wi
sedangkan temperatur kondensasi T
k
dan
Universitas Sumatera Utara
syarat lainnya dijaga konstan seperti prosedur di atas. Tabel 4.6 berikut menampilkan pengaruh penurunan temperatur air masuk T
wi
terhadap panjang minimum pipa kondensor L yang dibutuhkan.
Tabel 4.6 Pengaruh Penurunan T
wi
terhadap L
No Temperatur
Air Masuk T
wi
Temperatur Air Keluar
T
wo
Temperatur Kondensasi
T
k
Panjang Pipa Minimum L
[
o
C] [
o
C] [
o
C] [m]
1 38
39 40
45.957 2
37 38.5
40 32.899
3 36
38 40
26.026 4
35 37.5
40 21.750
5 34
37 40
18.811 6
33 36.5
40 16.657
7 32
36 40
15.005 8
31 35.5
40 13.695
9 30
35 40
12.628 10
29 34.5
40 11.742
11 28
34 40
10.992 12
27 33.5
40 10.349
13 26
33 40
9.792 14
25 32.5
40 9.303
Pada gambar 4.10 berikut dapat dilihat grafik perubahan temperatur air yang masuk kondensor T
wi
terhadap panjang pipa minimum sebuah kondensor.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10Pengaruh Penurunan T
wi
terhadap L
Dari tabel dan grafik di atas dapat dilihat bahwa temperatur air masuk T
wi
sangat berpengaruh terhadap dimensi panjang dari kondensor. Semakin rendah temperatur air masuk membuat panjang minimum pipa kondensor L semakin
rendah pula. Namun dapat dilihat pula bahwa temperatur air masuk T
wi
mulai dari 30
o
C hingga 25
o
C tidak mengalami perubahan yang signifikan. Penurunan temperatur air pendingin yang masuk T
wi
dari 38
o
C menjadi 30
o
C saja sudah dapat mengurangi kebutuhan panjang minimum pipa kondensor sebesar 72,52.
Ini akan membuat biaya produksi dan perawatan menjadi lebih murah dan efisien. Dengan kata lain groundcooling memiliki potensi yang baik dalam penghematan
biaya produksi sebuah mesin pendingin dengan siklus kompresi uap khususnya pada kondensor.
4.3 Pembuatan Program Perhitungan Analitik
