BAB IV ANALISA DATA
4.1 Perhitungan dimensi utama kondensor
Dari data yang diperoleh dalam perancangan kapasitas pendingin di ruangan yang terdapat di Gedung Pascasarjana Departemen Teknik Mesin, FT-
USU lantai 2 sebesar 5,12 kW dan daya kompresor yang digunakan sebesar 0,746 kW, maka dirancang dimensi utama dari kondensor yang akan digunakan sebagai
pendingin refrigeran. Dimensi utama dari kondensor adalah perhitungan panjang pipa tembaga. Untuk mencari panjang pipa tembaga, terlebih dahulu dicari luas
dari pipa tembaga dengan menggunakan persamaan 7. Kondensor yang akan dirancang menggunakan refrigeran R22 dengan
berpendingin udara. Udara yang digunakan sebagai media pendingin adalah udara lingkungan dengan suhu 30
o
C dan direncanakan keluar dari APK adalah 35
o
C. Pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 6,4 mm dan
diasumsikan pipa tembaga sangat tipis. Dari suhu rata-rata sebesar 32,5
o
C, maka didapat sifat termofisika R22 lampiran A sebagai berikut :
• µ
f
= 1,8 x 10
-4
kgms • k
f
= 0,779 WmK • ρ
f
= 1118,9 kgm
3
• h
fg
= 160,9 kJkg Sifat-sifat udara pada temperatur 32,5
o
C • ρ
u
= 1,140 kgm
3
• C
p,u
= 1005,158 Jkg.K
Universitas Sumatera Utara
• µ
u
= 1,331E-05 Nsm
2
• k
u
= 2,670E-02 WmK • Pr
u
= 0,705 Langkah pertama dalam perancangan kondensor adalah menentukan nilai
h
o
dan nilai h
i
sesuai dari data termofisika dari R22 dan udara. Pada umumnya, bentuk penampang pipa adalah lingkaran. Ada kalanya
penampang pipa bukan lingkaran, tetapi berbentuk lain seperti ellips, persegi 4, dll. Untuk pipa dengan penampang seperti ini, persamaan umum berikut dapat
digunakan.
n m
C Pr
Re Nu
=
38 Syarat menggunakan persamaan ini adalah sifat fisik fluida dianalisa pada
temperatur film. Konstanta C, m, dan n pada persamaan tersebut telah disusun oleh Zukauskas 1972 dan Jakob 1949, untuk masing-masing kasus ditampilkan
pada Tabel 4.1 berikut,
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1. Persamaan bilangan Nu untuk pipa Himsar Ambarita, 2011 Penampang
Syarat Re Nu
Fluida: Gas dan Cair 0,4 – 4
3 1
330 ,
Pr Re
989 ,
Nu =
4 – 40
3 1
335 ,
Pr Re
911 ,
Nu =
40 – 4000
3 1
466 ,
Pr Re
683 ,
Nu =
4000 – 40000
3 1
618 ,
Pr Re
193 ,
Nu =
40000 – 400000
3 1
805 ,
Pr Re
027 ,
Nu =
Fluida: Gas 5000-100.000
3 1
675 ,
Pr Re
102 ,
Nu =
D
Fluida: Gas
5000 – 100.000
3 1
588 ,
Pr Re
246 ,
Nu =
D
Fluida: Gas 5000 –
100.000
3 1
638 ,
Pr Re
153 ,
Nu =
D
Fluida: Gas
5000 – 19.500
3 1
638 ,
Pr Re
160 ,
Nu =
19.500- 100.000
3 1
782 ,
Pr Re
0385 ,
Nu =
D
Fluida: Gas 4000 – 15.000
3 1
731 ,
Pr Re
228 ,
Nu =
D
Fluida: Gas 2500 – 15.000
3 1
612 ,
Pr Re
248 ,
Nu =
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold dan bilangan Nu akan didefenisikan dengan diagonal D sebagai pengganti panjang karakteristik. Maka defenisi bilangan Reynolds dan
bilangan Nusselt menjadi:
µ ρ
UD =
Re
39
L hD
Nu =
40 Dari sifat-sifat refrigeran dan udara yang telah didapat, maka dihitung h
o
dengan menggunakan persamaan 40, dengan terlebih dahulu menghitung bilangan
Reynold dengan menggunakan persamaan 39. Diasumsikan kecepatan desain U sebesar 1,5 ms
Re = 835,566 Pada Tabel 4.1, persamaan bilangan Nu pada gambar penampang pertama yang
digunakan dalam perhitungan, maka dengan bilangan Reynold pada rentang 40- 4000 didapat bilangan Nussel,
Nu = 13,897 Dengan persamaan 40, didapat nilai h
o
sebagai berikut
h
o
= 57,979 Wm
2
K Setelah nilai h
o
diperoleh, dihitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa tembaga, dengan terlebih dahulu dihitung nilai laju perpindahan panas
Universitas Sumatera Utara
kondensor. Dalam menghitung laju perpindahan panas kondensor, dapat dicari dengan menggunakan bantuan COP,
, Maka, Qc = Qe + Wk = 5,12 kW + 0,746 kW = 5,866 kW
Kemudian, dihitung laju aliran massa udara dengan menggunakan persamaan 6, 5,866 kW = ṁ
u
x 1,005046 kJkg.K 35 – 30
o
C ṁ
u
= 1,1673 kgs Setelah didapat laju aliran massa udara, maka dapat dihitung bilangan Reynold
dari persamaan 41 berikut, 41
Re = 174,541x 10
5
Setelah didapat bilangan Reynold untuk aliran dalam pipa, maka dapat dihitung koefisien perpindahan panas konveksi dalam pipa dengan persamaan 9,
h
i
= 0,0023 174,541 x 10
5 0,8
0,705
0,4
h
i
= 51862,473 Wm
2
K Hitung koefisien perpindahan panas menyeluruh U
o,
dengan menggunakan persamaan 8. Seluruh informasi telah diketahui di atas, namun ada beberapa
yang perlu ditentukan lagi seperti faktor kerak. Banyak faktor yang mempengaruhi terbentuknya kerak pada permukaan
suatu bidang APK, beberapa yang umum disebutkan adalah kecepatan fluidanya mengalir dan jenis fluida yang mengalir. Semakin cepat fluida mengalir akan
mengurangi kemungkinan terjadinya kerak. Semakin bersih fluida yang mengalir
Universitas Sumatera Utara
dari kotoran maka semakin kecil kemungkinan terjadinya kerak. Seandainya fluida yang digunakan pada suatu APK adalah air yang tersedia di suatu daerah,
maka kandungan air tersebut akan mempengaruhi terjadinya kerak pada APK tersebut nantinya. Pada Tabel 1 ditampilkan beberapa besaran faktor kerak yang
diteliti di USA. Tabel 4.2 Faktor dan koefisien konveksi lapisan kerak Himsar Ambarita, 2011
No Fluida kerja
Koef. kon [Wm
2 o
C] Faktor kerak,
R
f
[m
2 o
CW] 1
Air sungai 3000-12000
0,003-0,0001 2
Air laut 1000-3000
0,001-0,0003 3
Air pendingin Cooling tower
3000-6000 0,0003-0,00017
4 Air Kota bersih
3000-5000 0,0003-0,0002
5 Air Kota sedang
1000-2000 0,001-0,0005
6 Uap kondensasi
1500-5000 0,00067-0,0002
7 Uap bebas minyak
4000-10000 0,0025-0,00001
8 Uap mengandung
minyak 2000-5000
0,0025-0,0002 9
Larutan garam dingin
3000-5000 0,0003-0,0002
10 Udara dan gas buang
industri 5000-10000
0,0002-0,00001 11
Asap flue gas 2000-5000
0,0005-0,0002 12
Uap organik 5000
0,0002 13
Cairan organik 5000
0,0002 14
Hidrokarbon ringan 5000
0,0002 15
Hidrokarbon berat 2000
0,0005 16
Fluida organik mendidih
2500 0,0004
17 Fluida organik
mengembun 5000
0,0002 18
Heavy transfer fluids
5000 0,0002
19 Larutan garam
3000-5000 0,0003-0,0002
Dengan asumsi pipa tembaga yang sangat tipis r
o
≈ r
1
, sehingga persamaan menjadi
Universitas Sumatera Utara
U = 56,924 Wm
2
K Perhitungan kondensor ini menggunakan pendekatan LMTD Log Mean
Temperature Difference dengan persamaan 42 berikut, 42
LMTD = 9,2764 Hitung luas penampang pipa tembaga dihitung dari persamaan 7,
Q = U
o
x A
o
x LMTD 5,866 kW = 56,924 Wm
2
K x A
o
x 9,2764 A
o
= 11,116 m
2
Dengan persamaan luas penampang pipa, serta penambahan 4500 fin pada pipa setiap jarak 2 mm, maka didapat panjang pipa kondensor sebagai berikut,
A
o
= ╥DL + 4500 L A
’
43 Dimana A
’
adalah luas penampang sirip yang dapat dihitung dengan persamaan, A
’
= 4D
2
– 0,25 ╥ D
2
A
’
= 1,33 x 10
-4
m
2
Maka, A
o
= ╥DL + 4500 L A
’
11,116 m
2
= 3,14 0,0064 m L + 4500 1,33x10
-4
L L = 18,235 m
Pipa tersebut dibagi atas 20 laluan, sehingga panjang tiap laluan pipa adalah sebesar 1,09 m.
Universitas Sumatera Utara
4.2 Data hasil pengujian
Kategori