Rancang Bangun Kondensor Pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi Dengan Pasangan Refrijeran – Absorben Amonia - Air

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Sistem Pendinginan Absorpsi
Prinsip pendinginan absorpsi telah di kenal sejak awal tahun 1800-an.

Misalnya proses pendinginan absorpsi yang dilaporkan oleh John Leslie pada
tahun 1810. Tetapi mesin pending sistem absorpsi yang pertama direalisasikan
dan dipatenkan adalah karya seorang engineer Francis, Ferdinand P.E. Carre pada
tahun 1860. Mesin sistem absorpsi pertama ini bekerja secara intermittent (tidak
kontiniu) dengan menggunakan pasangan amoniak dengan air, yang dapat
menghasilkan es dalam jumlah kecil. Pada saat itu Carre telah melakukan
pengembangan beberapa kali terhadap mesinnya dan hasil terbaik yang pernah
dilaporkannya adalah dapat memproduksi es sampai 100 kg/jam (pada mesin
generasi ke 5). Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang
menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dan
tekanan kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke
wilayah bertekanan tinggi.
Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan
pada sistem pendingin absorpsi

digunakan absorber dan generator. Uap

bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan
pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat
menggantikan fungsi kompresor secara mutlak.

Untuk melakukan proses

kompresi tersebut, sistem pendingin kompresi uap memerlukan masukan kerja
mekanik sedangkan sistem pendingin absorpsi

memerlukan masukan energi

panas. Oleh sebab itu, siklus kompresi uap sering disebut sebagai siklus yang
digerakkan dengan kerja (work operated) dan siklus absorpsi disebut sebagai
siklus yang digerakkan dengan panas (Heat operated).
Salah satu keistimewaan siklus ini adalah panas yang digunakan untuk
menjalankan siklus dapat berupa sumber panas yang temperaturnya kurang dari
200 oC (Cengel, 1989). Sumber panas seperti ini adalah mudah untuk didapatkan

secara gratis di sekitar kita seperti, panas buang dari knalpot dan bahkan energi
matahari. Sumber energi untuk mesin siklus absorpsi dapat berupa :

Universitas Sumatera Utara

•

Pembakaran dengan bahan bakar (direct-fired), dimana bahan bakar yang
digunakan dapat berupa minyak bumi dan gas. Pada sistem pembakaran
langsung diperlukan peralatan burner untuk pembakaran bahan bakarnya.

•

Uap (steam-fired), tenaga yang dihasilkan berasal dari uap panas (steam)
yang biasanya dihasilkan oleh steam boiler.

•

Air panas (hot water-fired) sumber air panas.

•

Panas buang (exaust), baik kendaraan maupun pabrik.

2.1.1 Prinsip Kerja Siklus Absorpsi
Dasar siklus absorpsi

disajikan pada gambar 2.1

Pada gambar

ditunjukkan adanya dua tingkat tekanan yang bekerja pada sistem, yaitu tekanan
rendah yang meliputi proses penguapan (di evaporator) dan penyerapan (di
absorber), dan tekanan tinggi yang meliputi proses pembentukan uap (di
generator) dan pengembunan (di kondensor).
Siklus absorpsi juga menggunakan dua jenis zat yang umumnya berbeda,
zat pertama disebut penyerap sedangkan yang kedua disebut refrijeran.
Selanjutnya, efek pendinginan yang terjadi merupakan akibat dari kombinasi
proses pengembunan dan penguapan kedua zat pada kedua tingkat tekanan
tersebut. Proses yang terjadi di evaporator dan kondensor sama dengan pada

siklus kompresi uap

Gambar 2.1 Sistem refrigrasi absorpsi sederhana
(Sumber : Miller, 2006; Moran, 1998; Shan, 1991)

Universitas Sumatera Utara

Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut :
Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan refrijeran

(konsentrasi zat penyerap rendah) masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di
generator panas dari sumber bersuhu tinggi ditambahkan untuk menguapkan
dan memisahkan refrijeran dari zat penyerap, sehingga terdapat uap refrijeran
dan larutan pekat zat penyerap. Larutan pekat campuran zat penyerap
mengalir ke absorber dan uap refrijeran mengalir ke kondensor.
Proses 2-7 : Larutan pekat campuran zat penyerap dengan refrijeran

(konsentrasi zat penyerap tinggi) kembali ke absorber melalui katup cekik.
Penggunaan katup cekik bertujuan untuk mempertahankan perbedaan tekanan
antara generator dan absorber.

Proses 3-4 : Di kondensor, uap refrijeran bertekanan dan bersuhu tinggi

diembunkan, panas dilepas ke lingkungan dengan menggunakan kipas angin,
dan terjadi perubahan fase refrijeran dari uap ke cair. Dari kondensor
dihasilkan refrijeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu rendah.
Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrijeran cair diturunkan dengan menggunakan
katup cekik (katup ekspansi) dan dihasilkan refrijeran cair bertekanan dan
bersuhu rendah yang selanjutnya dialirkan ke evaporator.
Proses 5-6 : Di evaporator, refrijeran cair mengambil panas dari lingkungan

yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap refrijeran
bertekanan rendah.
Proses 6-8/7-8 : Uap refrijeran dari evaporator diserap oleh larutan pekat zat

penyerap di absorber dan membentuk larutan encer zat penyerap. Jika proses
penyerapan tersebut terjadi secara adiabatik, terjadi peningkatan suhu
campuran larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan proses penyerapan
uap terhenti. Agar proses penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber
didinginkan dengan air yang mengambil dan melepaskan panas tersebut ke
lingkungan.

Proses 8-1 : Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah dari absorber,

meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya ke generator sehingga proses
berulang secara terus menerus

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi
(Sumber : Miler, 2006; Moran, 1998)

Pada siklus pertama,setelah refrijeran menguap dari evaporator di titik 1.
Uap ini akan masuk ke siklus kedua dan keluar ke titik 2 pada kondisi uap kering
(super heat) dan tekanan tinggi. Setelah di titik 2, uap refrijeran masuk masuk ke
kondensor dan melepas panas ke lingkungan. Proses pelepasan panas ini terjadi
secara isobarik, dan akhirnya refrijeran berubah menjadi cair di titik 3. Kemudian
terjadi penurunan tekanan secara adiabatik. Pada saat tekanan tekanan turun
temperatur juga akan turun dan sebagian cairan akan berubah menjadi uap di titik
4. Selanjutnya refrijeran akan melakukan fungsi refrigerasi di evaporator dan
akhirnya menguap, kembali ke titik 1, dan siklus akan berulang (Moran, 1998).
Sebagai catatan siklus absorpsi akan sama dengan siklus kompresi uap,

pada siklus dari titik 2-3-4-1. Perbedaannya adalah bagaimana memindahkan
refrijeran dari kondisi titik 1 ke kondisi titik 2. Pada siklus kompresi uap tugas ini
dilakukan oleh kompresor dengan menggunakan energi mekanik, sementara pada
siklus absorpsi

tugas ini dilakukan oleh generator dan absorber dengan

menggunakan panas sebagai energi masukan utama dan sebagian kecil kerja
melalui pompa.
Pada siklus kedua, uap refrijeran yang selesai melakukan tugasnya dari
siklus pertama akan masuk ke absorber. Uap ini akan diikat oleh larutan yang
pekat (absorben konsentrasi tinggi), di titik 5. Proses ikatan kimia ini akan
melepas sejumlah panas ke lingkungan. Sebagai hasilnya akan dihasilkan larutan

Universitas Sumatera Utara

yang lebih encer di titik 6. Larutan ini kemudian akan dipompakan ke generator
oleh pompa sehingga tekanannya akan naik. Sebagai catatan, untuk membuat
proses ini dapat terjadi rasio tekanan pada generator atau kondensor dan absorber
atau evaporator harus diatur cukup tinggi.

2.1.2. Komponen Siklus Absorpsi
Mesin pendingin absorpsi bekerja secara siklus dimana terdapat beberapa
komponen yang saling berhubungan satu sama lain diantaranya sebgai berikut :
•

Generator
Pada sikus absorpsi generator berperan untuk menaikkan tekanan serta
memberikan kalor terhadap larutan amonia-air sehingga uap amonia
terpisah dari absorbent. Generator akan menghasilkan uap amonia
bertekanan tinggi yang selanjutnya masuk ke kondensor (Cengel, 1989).

•

Absorber
Absorber merupakan wadah untuk proses pelarutan uap amonia dengan
absorbent sekaligus sebagai alat penukar kalor untuk membuang panas
yang dihasilkan selama proses absorpsi . Absorber memiliki dua sumber
masukan yaitu uap amonia dari evaporator dan larutan konsentrasi lemah
dari generator, larutan yang dihasilkan dari absorber adalah larutan amonia
konsentrasi tinggi yang akan di pompakan ke generator (Miller, 2006).

•

Kondensor
Tugas kondensor pada siklus absorpsi sama halnya pada siklus kompresi
uap yaitu membuang panas ke lingkungan dengan media pendingin udara
yang di alirkan oleh kipas ke sisi pipa kondensor. Pada kondensor terjadi
perubahan fasa yaitu dari fasa uap menjadi fasa cair, refrijeran cair dengan
tekanan tinggi selanjutnya masuk menuju katup ekspansi (Miller, 2006).

•

Evaporator
Evaporator bertugas untuk menyerap panas dari lingkungan yang akan di
dinginkan,proses di evaporator merupakan kebalikan dari kondensor, pada
evaporator terjadi perubahan fasa dari refrijeran dimana akibat proses
penyerapan kalor dari lingkungan, refrijeran akan berubah dari cair menjadi
uap dengan tekanan yang sama. Uap refrijeran ini selanjutnya masuk
menuju absorber (Miller, 2006).

Universitas Sumatera Utara

•

Katup ekspansi
Katup ekspansi adalah komponen siklus absorpsi yang berfungsi untuk
menurunkan tekanan dari refrijeran setelah keluar dari kondensor akibat
dari penurunan tekan ini temperatur dari refrijeran juga akan menurun
sesuai dengan penurunan tekanan (Miller, 2006).

2.1.3 Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sistem Kompresi Uap (SKU)
Siklus absorpsi hampir sama dalam beberapa hal dengan siklus kompresi
uap. Siklus refrigerasi beroperasi dengan peralatan seperti kondensor, katup
ekspansi, dan evaporator. Perbedaan yang mendasar hanyalah pada cara
menaikkan uap tekanan rendah dari evaporator menjadi uap tekanan tinggi dan
dialirkan ke kondensor. Sistem kompresi uap menggunakan kompresor untuk
keperluan tersebut. Sedangkan pada sistem refrigerasi absorpsi menggunakan
absorber-generator untuk mengganti peran kompresor pada SKU (Moran, 1998).
Prinsip sederhana sistem absorpsi yaitu: pertama- tama, sistem absorpsi
menyerap uap tekanan rendah ke dalam suatu zat cair penyerap (absorben) yang

cocok dan merupakan pasangan biner dari refrijeran yang digunakan. Proses ini
terjadinya sepenuhnya di absorber. Yang terkandung di dalam proses absorpsi
yaitu konversi (perubahan) dari uap menjadi cair, Karena proses ini sama dengan
kondensasi maka selama proses berjalan,kalor dilepaskan. Tahap berikutnya yaitu
menaikkan tekanan zat cair dengan pompa ke generator. Dan tahap akhir adalah
memanaskan zat cair penyerap dengan cara pemberian kalor sehingga uap tersebut
memiliki tekanan yang tinggi dan siap untuk dialirkan ke kondensor.
2.2

Kombinasi Refrijeran – Absorber pada Sistem Pendinginan Absorpsi
Terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh kombinasi refrijeran

dengan zat penyerap untuk layak digunakan pada mesin pendingin absorpsi .
Diantaranya adalah :
a. Zat penyerap harus mempunyai nilai afinitas (pertalian) yang kuat dengan
uap refrijeran, dan keduanya harus mempunyai daya larut yang baik pada
kisaran suhu kerja yang diinginkan.
b. Kedua cairan tersebut, baik masing-masing maupun hasil campurannya,
harus aman, stabil, dan tidak korosif.

Universitas Sumatera Utara

c. Secara ideal, kemampuan penguapan zat penyerap harus lebih rendah dari
refrijeran sehingga refrijeran yang meninggalkan generator tidak
mengandung zat penyerap
d. Refrijeran harus mempunyai panas laten penguapan yang cukup tinggi
sehingga laju aliran refrijeran yang harus dicapai tidak terlalu tinggi
e. Tekanan kerja kedua zat harus cukup rendah (mendekati tekanan atmosfir)
untuk mengurangi berat alat dan menghindari kebocoran ke lingkungannya
Saat ini, terdapat dua kombinasi refrijeran-zat penyerap yang umum
digunakan, yaitu air-litium bromida (H2O-LiBr) dan amonia-air (NH3-H2O).
Pada kombinasi pertama, air bertindak sebagai refrijeran dan litium bromida
sebagai zat penyerap, sedang pada kombinasi kedua, amonia bertindak sebagai
refrijeran dan air sebagai zat penyerap.
1)

Sistem Litium Bromida – Air
Sistem litium bromida-air banyak digunakan untuk pengkondisian

udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 ºC. Litium Bromida (LiBr)
adalah suatu kristal garam padat, yang dapat menyerap uap air. Larutan
cair yang terjadi memberi tekanan uap yang merupakan fungsi suhu dan
konsentrasi larutan.
Hubungan antara entalpi dengan persentase Litium-Bromida dalam
larutan LiBr pada berbagai suhu larutan. Proses terjadi kristalisasi larutan
LiBr-H2O, yaitu pada keadaan yang mana larutan mengalami pemadatan.
Proses yang terjadi pada wilayah melewati batas kristalisasi akan
mengakibatkan pembentukan lumpur padat dan penyumbatan sehingga
mengganggu aliran di dalam pipa.
2)

Sistem Air – Amonia
Sistem amonia-air digunakan secara luas untuk mesin pendingin

berskala kecil (perumahan) maupun industri, yang mana suhu evaporasi
yang dibutuhkan mendekati atau di bawah 0 ºC. Sistem amonia-air
mempunyai hampir seluruh kriteria yang diperlukan di atas, kecuali bahwa
zat-zat tersebut dapat bersifat korosif terhadap tembaga dan alloynya, serta

Universitas Sumatera Utara

sifat amonia yang sedikit beracun sehingga membatasi penggunaannya
untuk pengkondisian udara.
Kelemahan sistem amonia-air yang paling utama adalah air yang
juga mudah menguap sehingga amonia yang berfungsi sebagai refrijeran
masih mengandung uap air pada saat keluar dari generator dan masuk ke
evaporator melalui kondensor. Keadaan ini dapat menyebabkan uap air
meninggalkan panas di evaporator dan meningkatkan suhunya sehingga
menurunkan efek pendinginan.
pendingin absorpsi

Untuk menghindari hal itu, mesin

dengan sistem amonia-air umumnya dilengkapi

dengan rectifier dan analyzer. Amonia yang masih mengandung uap air
dari generator melalui rectifier, suatu mekanisme yang bekerja seperti
kondensor akibat adanya arus balik uap air dari analyzer. Di sini, uap air
yang mempunyai suhu jenuh yang lebih tinggi diembunkan dan
dikembalikan ke generator. Selanjutnya amonia dan sejumlah kecil uap air
diteruskan ke analyzer, dimana uap air dan sebagian kecil amonia
diembunkan dan dikembalikan ke generator melalui rectifier, sedangkan
amonia diteruskan ke kondensor. Analyzer pada prinsipnya adalah suatu
kolom distilasi, yang umumnya menggunakan air pendingin dari
kondensor sebagai media pendingin.
Untuk dapat menghitung penampilan panas di dalam siklus
pendinginan absorpsi

maka diperlukan data entalpi tiap kombinasi

refrijeran-zat penyerap yang digunakan. Perlu diperhatikan bahwa pada
diagram tersebut konsentrasi yang ditunjukkan adalah konsentrasi NH3 di
dalam larutan NH3-H2O, meskipun dalam hal ini amonia berfungsi
sebagai refrijeran dan air sebagai zat penyerap.
2.2.1 Absorben
Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan
diabsorpsi

pada permukaannya,baik secara fisik atau dengan reaksi kimia.

Absorben harus memenuhi persyaratan yang sangat beragam yaitu :
•

Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi

yang sebesar

mungkin (kebuthan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil)

Universitas Sumatera Utara

2.3

•

Sedapat mungkin sangat reaktif

•

Memiliki tekanan uap yang tinggi

•

Mempunyai viskositas yang rendah

•

Stabil secara termis dan murah
Refrijeran
Refrijeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)

atau mesin pengkondisian udara. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari
benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke
udara sekeliling di luar benda (Shan, 1991).
Berdasarkan jenis senyawanya, refrijeran dapat dikelompokkan menjadi 7
kelompok yaitu sebagai berikut :
1. Kelompok refrijeran senyawa halocarbon.
Kelompok refrijeran senyawa halocarbon diturunkan dari hidrokarbon
(HC) yaitu metana (CH 4 ), etana (C 2 H 6 ), atau dari propane (C 3 H 8 ) dengan
mengganti atom-atom hydrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor
(Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hydrogen tergantikan
oleh atom Cl dan F maka refrijeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom
khlor,

fluor,

dan

karbon.

Refrijeran

ini

disebut

refrijeran

chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya sebagian saja atom hydrogen yang
digantikan oleh Cl dan atau F maka refrijeran yang terbentuk disebut
hydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrijeran halocarbon yang tidak
mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).
2. Kelompok refrijeran senyawa organik cyclic.
Kelompok refrijeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan
nomor refrijeran adalah sama dengan cara penulisan refrijeran halocarbon
tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok
refrijeran ini adalah:
1) R-C316

C 4 Cl2 F6

2) R-C317

C 4 ClF 7

3) R-318

C 4 F8

1,2-dichlorohexafluorocyclobutane
chloroheptafluorocyclobutane
octafluorocyclobutane

Universitas Sumatera Utara

3. Kelompok refrijeran campuran zeotropik.
Kelompok refrijeran ini merupakan refrijeran campuran yang bias
terdiri dari campuran refrijeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrijeran
yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat
dipisahkan dengan cara destilasi.
4. Kelompok refrijeran campuran Azeotropik.
Kelompok refrijeran ini adalah refrijeran campuran tak bereaksi yang
tidak dapat dipisahkan dengan destilasi. Refrijeran ini pada konsentrasi,
tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan
menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrijeran
tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau
tekanan) yang lain refrijeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.
5. Kelompok refrijeran senyawa organik biasa.
Kelompok refrijeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya.
Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara
penomoran refrijeran halocarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah
dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrijeran
menjadi dua digit. Sebagai contoh butane (C 4 H 10 ), jika dipaksakan
dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrijeran halocarbon, maka
refrijeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan
kerancuan.
6. Kelompok refrijeran senyawa anorganik.
Kelompok refrijeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7
dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh
dari refrijeran ini adalah:
1) R-702 : hydrogen
2) R-704 : helium
3) R-717 : amonia
4) R-718 : air
5) R-744 : oksigen

Universitas Sumatera Utara

7. Kelompok refrijeran senyawa organik tak jenuh
Kelompok refrijeran ini mempunyai nomor 4 digit, dengan
menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap
di depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran
refrijeran halocarbon.
2.3.1 Amonia
Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH 3 . Biasanya senyawa ini
didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas I (disebut bau amonia). Sifat
amonia dapat dilihat seperti tabel di bawah ini.
Tabel 2.1 Sifat Amonia
Sifat Amonia
Massa jenis

682 kg/m3, cair

Titik lebur

-77,7 oC

Titik didih

-33.3 oC

Keasaman

9,25

Panas Laten Penguapan (Le)

1357 kJ/kg

Kelarutan dalam air

89,9g/100ml pada 00c

(Sumber : Chang, 2003)

Walaupun amonia memberi sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di
bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan.
Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan
paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia diatur sebagai gas tak mudah
terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup.
2.4

Alat Penukar Kalor
Alat

penukar kalor adalah alat

yang

memungkinkan terjadinya

perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki temperatur yang berbeda
tanpa mencampurkan kedua fluida tersebut. Alat penukar kalor biasanya
digunakan secara praktis didalam aplikasi yang luas, seperti dalam kasus
pemanasan dan sistem pengkondisian udara, proses-proses kimia dan proses
pembangkitan tenaga. Alat penukar kalor berbeda dengan ruangan pencampuran

Universitas Sumatera Utara

yakni alat penukar kalor tidak memperbolehkan kedua fluida bercampur. Sebagai
contoh, pada radiator mobil, panas dipindahkan dari air panas yang mengalir
melalui pipa yang terdapat pada radiator yang ditambahkan plat pada jarak yang
kecil dengan melewatkan udara diantaranya.
Perpindahan panas pada alat penukar kalor biasanya terdiri dari konveksi
di setiap fluida dan konduksi pada dinding yang memisahkan kedua fluida. Pada
saat menganalisa alat penukar kalor, sangat diperlukan untuk menggunakan
koefisien perpindahan panas menyeluruh U yang memungkinkan untuk
menghitung seluruh efek dari perpindahan panas. Laju perpindahan panas diantara
kedua fluida terletak pada alat penukar kalor yang bergantung pada perbedaan
temperatur pada suatu titik, yang bervariasi sepanjang alat penukar kalor. Pada
saat menganalisis alat penukar kalor, biasanya bekerja dengan menggunakan
logarithmic mean temperatur difference LMTD, yang sebanding dengan
perbedaan temperatur rata-rata diantara kedua fluida sepanjang alat penukar kalor.
Ketika dua temperatur tidak diketahui kita dapat menganalisisnya dengan metode
keefektifan-NTU.

2.4.1

Jenis Alat Penukar Kalor
Secara umum, alat penukar kalor dapat dibagi berdasarkan fungsinya

yakni :
a. Chiller, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida
sampai pada temperatur yang rendah. Temperatur fluida hasil pendinginan
didalam chiller yang lebih rendah bila dibandingkan

dengan fluida

pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air. Untuk chiller ini media
pendingin biasanya digunakan amonia atau Freon.
b. Kondensor, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan uap atau
campuran uap, sehingga berubah fasa dari uap menjadi cairan. Media
pendingin yang dipakai biasanya air atau udara. Uap atau campuran uap
akan melepaskan panas latent kepada pendingin, misalnya pada
pembangkit listrik

tenaga

uap

yang

mempergunakan

condensing

turbin, maka uap bekas dari turbin akan dimasukkan kedalam kondensor,
lalu diembunkan menjadi kondensat.

Universitas Sumatera Utara

c. Cooler, alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan cairan atau
gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak
terjadi perubahan fasa, dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka
pendingin coler mempergunakan media pendingin berupa udara dengan
bantuan fan (kipas).
d. Evaporator, alat penukar kalor ini digunakan untuk penguapan cairan
menjadi uap. Dimana pada alat ini menjadi proses evaporasi (penguapan)
suatu zat dari fasa cair menjadi uap. Yang dimanfaatkan alat ini adalah
panas latent dan zat yang digunakan adalah air atau refrijeran cair.
e. Reboiler, alat penukar kalor ini berfungsi mendidihkan kembali (reboil)
serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas
yang sering digunakan adalah uap atau zat panas yang sedang diproses itu
sendiri.
f. Heat Exchanger, alat penukar kalor ini bertujuan untuk memanfaatkan
panas suatu aliran fluida yang lain. Maka akan terjadi dua fungsi sekaligus,
yaitu:
•

Memanaskan fluida

•

Mendinginkan fluida yang panas

Suhu yang masuk dan keluar kedua jenis fluida diatur sesuai dengan
kebutuhannya (Sitompul, 1993).

2.5

Kondensor
Kondensor merupakan bagian dari mesin pendingin yang berfungsi untuk

membuang panas dari uap refrijeran. Proses pembuangan panas dari kondensor
terjadi karena adanya penurunan refrijeran dari kondisi superheated menuju ke
uap jenuh, kemudian terjadi proses perubahan fasa refrijeran yaitu dari fasa uap
menjadi fasa cair. Untuk mencairkan uap refrijeran yang bertekanan dan
bertemperatur tinggi, diperlukan usaha melepaskan panas sebanyak panas laten
(pengembunan) dengan cara mendinginkan uap refrijeran oleh media pendingin.
Jumlah panas yang dilepas di dalam kondensor sama dengan jumlah panas yang

Universitas Sumatera Utara

diserap refrijeran di dalam kondensor dan panas ekuivalen dengan energi yang
diperlukan untuk melakukan kerja kompresi.
Uap refrijeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi pada akhir
kompresi dengan mudah dicairkan dengan menggunakan fluida pendingin seperti
udara atau air. Dengan kata lain, uap refrijeran melepaskan kalor laten
pengembunan kepada fluida pendingin sehingga refrijeran tadi mengembun dan
menjadi cair. Pada siklus ideal tidak terjadi penurunan tekanan dan temperatur
dikondensor. Sedangkan pada siklus aktual terjadi penurunan tekanan yang diikuti
penurunan temperatur yang terjadi karena gesekan antara refrijeran dengan pipa
kondensor.
2.5.1 Jenis-Jenis Kondensor
1. Kondensor Tabung dan Pipa Horisontal
Kondensor tabung dan pipa banyak digunakan pada unit kondensor
berukuran kecil sampai besar, unit pendingin air dan penyegar udara paket
baik untuk amonia maupun untuk freon.
Seperti pada gambar 2.3 di dalam kondensor tabung dan pipa terdapat
banyak pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalm pipa tersebut.
Ujung dan pangkal pipa tersebut terkait dengan plat pipa, sedangkan diantara
plat pipa dan tutup tabung dipsang sekat-sekat, untuk membagi aliran yang
melewati pipa-pipa tersebut tetapi juga untuk mengatur agar kecepatannya
cukup tinggi 1 sampai 2 m/detik (Arismunandar, 2002).

Gambar 2.3 Kondensor tabung dan pipa bersirip horisontal
(Sumber : Hendragani, 2005)

Universitas Sumatera Utara

Keterangan :
1. Saluran air pendingin keluar

6. Pengukur muka cairan

2. Saluran air pendingin masuk

7. Saluran masuk refrijeran

3. Pelat pipa

8. Tabung keluar refrijeran

4. Pelat distribusi

9. Tabung

5. Pipa bersirip
Air pendingin masuk kondensor dari bagian bawah, kemudian masuk
ke dalam pipa pendingin dan keluar pada bagian atas. Jumlah saluran air
yang terbentuk oleh sekat-sekat itu dinamai jumlah saluran. Jumlah
saluran maksimum yang dipakai adalah 12. Tahanan aliaran air pendingin
dalam pipa bertambah besar dengan banyaknya jumlah saluran.
Ciri-ciri kondensor tabung dan pipa adalah sebagai berikut:
1. Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif
berukuran lebih kecil dan ringan.
2. Pipa air dapat dibuat dengan lebih mudah.
3. Bentuknya sederhana (horisontal) dan mudah pemasangannya.
4. Pipa pendingin mudah dibersihkan.

2. Kondensor Tabung dan Koil

Gambar 2.4 Kondensor tabung dan koil
(Sumber : Hendragani, 2005)

Universitas Sumatera Utara

Kondensor tabung dan koil banyak digunakan pada unit dengan
freon sebagai refrijeran berkapasitas relatif kecil, misalnya pada penyegar
udara jenis paket, pendinigin air dan sebagainya, pada gambar 2.4
digambarkan kondensor tabung dan koil dengan koil pipa pendingin
didalam tabung yang dipasang pada posisi vertikal koil pipa pendingin
tersebut biasanya terbuat dari tembaga, tanpa sirip atau dengan sirip, pipa
tersebut mudah dibuat dan murah harganya.
Pada kondensor tabung dan koil, air mengalir di dalam pipa
pendingin. Endapan dan kerak yang terbentuk di dalam pipa harus
dibersihkan dengan menggunakan zat kimia (deterjen).
Ciri-ciri kondensor tabung dan koil adalah sebagai berikut :
1. Harganya murah karena mudah pembuatannya.
2. Kompak karena posisi yang vertikal dan pemasangannnya yang
mudah.
3. Boleh dikatakan tidak mungkin diganti pipa pendingin, sedangkan
pembersihannya harus dihilangkan dengan deterjen.
3. Kondensor dengan Pendingin Udara
Kondensor pendingin udara terdiri dari koil pipa pendingin bersirip
pelat (pipa tembaga dan sirip aluminium atau pipa tembaga dengan sirip
tembaga). Udara mengalir dengan arah yang tegak lurus dengan pada
bidang

pendingin. Gas refrijeran yang bertemperatur tinggi masuk ke

bagian atas dari koil dan secara berangsur-angsur mencair dalam aliran ke
bagian bawah koil.

Gambar 2.5 Kondensor dengan pendingin udara
(Sumber : Hendragani, 2005)

Universitas Sumatera Utara

Ciri-ciri kondensor pendingin udara adalah sebagai berikut:
1. Tidak memerlukan pipa air pendingin, pompa air dan penampung air,
karena tidak menggunakan air.
2. Dapat dipasang dimana saja asal terdapat udara bebas.
3. Tidak mudah terjadi korosi karena permukaan koil kering.
4. Memerlukan pipa refrijeran tekanan tinggi yang panjang karena kondensor
biasanya diletakan diluar rumah.
5. Pada musim dingin, tekanan pengembunan perlu dikontrol untuk
mengatasi gangguan yang dapat terjadi karena turunnya tekanan
pengembunan yang terlalu besar, yang disebabkan oleh temperatur udara
atmosfir yang rendah (Hendragani, 2005).
2.6

Perpindahan Panas pada Kondensor
Perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari tentang perpindahan

energi (dalam bentuk panas) yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara
kedua benda atau material. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum pertama
dan kedua termodinamika (Incropera, 1996), sebagai contoh pada peristiwa
pendinginan yang berlangsung pada suatu batangan baja panas yang dicelupkan
kedalam air. Dengan termodinamika kita dapat menentukan suhu keseimbangan
akhir dari suatu batangan baja, namun termodinamika tidak akan dapat
menunjukkan kepada kita berapa lama waktu yang diperlukan untuk mencapai
keseimbangan itu atau berapa suhu batangan itu pada saat sebelum tercapainya
keseimbangan, sebaliknya ilmu perpindahan kalor dapat membantu kita untuk
menentukan suhu batangan baja sebagai fungsi waktu. Jenis-jenis perpindahan
panas yang terjadi pada kondensor yaitu :
-

Konduksi (hantaran)

-

Konveksi (aliran)

Universitas Sumatera Utara

2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor
dimana kalor mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu
rendah dalam suatu medium padat atau medium - medium yang berlainan yang
bersinggungan secara langsung. Secara umum (Cengel, 1989) laju aliran kalor
secara konduksi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

� = −��

��
��

……………………………………………...…(2.1)
(Sumber : Cengel, 1989)

Keterangan :
q

= laju aliran kalor (watt)

k

= konduktifitas termal bahan (W/(m2.0C)

��

= gradient suhu kearah perpindahn kalor (0C/m)

��

A

= luas penampang (m2)

Tanda minus diselipkan agar memenuhi hukum ke 2 termodinamika yaitu
kalor mengalir ke temperatur yang lebih rendah. Arah aliran energi kalor adalah
dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Sudah diketahui bahwa tidak
semua bahan dapat menghantar kalor sama sempurnanya. Dengan demikian,
umpamanya seorang tukang hembus kaca dapat memegang suatu barang kaca,
yang beberapa cm lebih jauh dari tempat pegangan itu adalah demikian panasnya,
sehingga bentuknya dapat berubah. Akan tetapi seorang pandai tempa harus
memegang benda yang akan ditempa dengan sebuah tang. Bahan yang dapat
menghantar kalor dengan baik dinamakan konduktor. Penghantar yang buruk
disebut isolator. Sifat bahan yang digunakan untuk menyatakan bahwa bahan
tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor ialah koefisien konduksi termal.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6 Perpindahan panas secara konduksi
(Sumber : Cengel, 1989)

Apabila nilai koefisien ini tinggi, maka bahan mempunyai kemampuan
mengalirkan kalor dengan cepat, untuk bahan isolator koefisien ini bernilai kecil.
Gambar diatas adalah proses perpindahan panas secara konduksi. Pada umumnya,
bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan sempurna (logam) merupakan
penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya bila
diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam dan salah satu ujungnya
diulurkan ke dalam nyala api dapat diperhatikan bagaimana kalor dipindahkan
dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Apabila ujung batang logam tadi
menerima energi kalor dari api, energi ini akan memindahkan sebagian energi
kepada molekul dan elektron yang membangun bahan tersebut. Molekul dan
elektron merupakan alat pengangkut kalor di dalam bahan menurut proses
perpindahan panas konduksi. Dengan demikian dalam proses pengankutan kalor
di dalam bahan, aliran elektron akan memainkan peranan penting. Persoalan yang
patut diajukan pada pengamatan ini ialah mengapa kadar alir energi kalor adalah
berbeda. Hal ini disebabkan susunan molekul dan juga atom di dalam setiap bahan
adalah berbeda. Untuk satu bahan berfasa padat molekulnya tersusun rapat,
berbeda dengan satu bahan berfasa gas seperti udara dimana molekul udaranya
sangat renggang sekali. Tetapi dibandingkan dengan bahan padat seperti kayu,
dan besi, maka molekul besi adalah lebih rapat susunannya daripada molekul kayu
(Kreith, 1991).
Pada alat penukar kalor dalam hal ini kondensor perpindahan konduksi
terjadi pada bagian pipa,tahanan termal yang terjadi pada pipa adalah seperti pada
gambar 2.7

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.7 Mode perambatan panas
(Sumber : Cengel, 1989)

2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi
Untuk perancangan kondensor yang digunakan untuk mencari perpindahan
kalor adalah secara konveksi, yaitu konveksi paksa aliran dalam dan aliran luar.
Konveksi adalah proses transfer panas dengan melibatkan perpindahan massa
molekul molekul fluida dari satu tempat ke tempat lainnya. Pada permasalahan
kondensor perpindahan panas konveksi terdapat pada dua sisi yaitu :
a) Sisi aliran udara (Aliran Luar)

Gambar 2.8 Aliran luar
(Sumber : Incopera, 1996)

Pada persoalan aliran luar tersebut lapisan batas aliran berkembang secara
bebas, tanpa batasan yang disebabkan oleh permukaan yang berada di dekatnya.
Sehubungan dengan itu akan selalu ada daerah lapisan batas yang berada di sisi
luar aliran dimana gradien kecepatan temperatur dapat di abaikan. Sebagai contoh
meliputi pergerakan fluida diatas plat datar dimana laju perpindahan panasnya :

Universitas Sumatera Utara

� = ℎ� . �� . (�� − �∞ )……………………………………………(2.2)

Dimana ℎ� . �� . (�� − �∞ ) = � . �� . ∆�

(Sumber : Cengel, 1989)

Dimana :
ho

= Koefisien perpindahan pans konveksi aliran udara (luar)

As

= Luas permukaan perpindahan kalor

Ts

= Suhu pada plat

T∞

= Suhu larutan amonia

q

= Laju perpindahan panas

b) Sisi Aliran Dalam (uap amonia)

Gambar 2.9 Aliran dalam
(Sumber : Cengel, 1989)

Berbeda dengan aliran luar yang tanpa ada batasan luar,pada aliran
dalam seperti halnya yang terjadi didalam pipa adalah sesuatu dimana
fluida dibatasi oleh permukaan sehingga lapisan batas tidak dapat
berkembang secara bebas seperti halnya pada luar.
Laju perpindahan panas aliran dalam :

� = ℎ� . �� . (�� − �∞ ) …………………….……(2.3)
(Sumber : Cengel, 1989)

hi

= Koefisien perpindahan pans konveksi aliran refrijeran

As

= Luas permukaan perpindahan kalor

2.6.3 Sifat - Sifat Termodinamika Fluida
a) Temperatur rata-rata refrigran
��,� =

� �,� +�� ,�
2

……………………………………...………………(2.4)

Universitas Sumatera Utara

Temperatur inlet (T r,i )

Dimana :

Temperatur outlet (T r,o )
b) Mencari Temperatur rata-rata udara
��,� =

�� ,� +� � ,�
2

……………………………………………….….(2.5)

Temperatur inlet (Tu,i)

Dimana :

Temperatur outlet (Tu,o)
2.6.4 Sifat Aliran Fluida
Di alam ini terdapat dua jenis aliran fluida. Pertama dikenal dengan aliran
laminar dimana sifatnya tenang, kecepatanya rendah, semua partikel partikelnya
mempunyai sifat aliran yang seragam. Kedua adalah aliran turbulen pada aliran ini
masing masing partikelnya mempunyai arah kecepatan yang berlainan dan tidak
seragam sehingga setiap partikelnya mempunyai arah kecepatan yang berlainan
dan tidak seragam sehingga setiap partikelnya mempunyai kesempatan yang sama
untuk menyentuh permukaan atau dinding saluran, dengan demikian kesempatan
fluida menerima atau mentransfer panas pada dinding pipa menjadi lebih besar.
Dalam alat penukar kalor selalu diinginkan agar alirannya turbulen sehingga
kapasitas perpindahan panasnya meningkat. Aliran turbulen dapat diperoleh
dengan pemasangan baffle atau dengan membuat permukaan dinding saluaran
kasar. Jenis aliran turbulen atau laminar dapat ditentukan oleh perhitungan
bilangan reynold. Bilangan reynold untuk aliran luar dan dalam pipa dapat
didefinisikan dengan menggunakan rumus :
Aliran dalam pipa rumus mencari Re adalah :
�� =

��.� �

�� =

� .� .�

µ.��

…………………………….………………..…..……(2.6)

Untuk aliran luar menggunakan rumus :
µ

……………….………………………….…………..(2.7)
(Sumber : Cengel, 1989)

Keterangan :
ρ = massa jenis (kg/m3)
V = kecepatan aliran (m/s)
D = diameter pipa (m)
µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

Universitas Sumatera Utara

Bilangan Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan sifat
aliran fluida, apakah aliran termasuk aliran laminar, transisi atau turbulen. Untuk
Re < 2000 biasanya termasuk jenis aliran laminar sedangkan untuk 2000 < Re
4000 adalah jenis aliran turbulen.
Bilangan nusselt untuk aliran laminar biasanya ditentukan oleh bentuk
penampang dari pipa nilainya dibuat dalam bentuk tabel, berikut ketetapan untuk
beberapa bilangan nusselt sesuai dengan besar bilangan Reynolds dan bentuk
penamapang.
-

Untuk konveksi aliran dalam perhitungan bilangan Nusselt adalah :
1

��� = 0,023 (��)0,8 ��� 3 �……………………………………………(2.8)
Dengan ketentuan (0,7 ≤ Pr ≥ 160)

-

Untuk konveksi aliran luar perhitungan bilangan Nusselt aliran menyilang
yaitu :
1

��� = 0,683 (��)0,466 (�� 3 ) …………………………………….(2.9)
(Sumber : Cengel, 1989)

2.7

Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor
Pada dasarnya laju perpindahan kalor pada kondensor dalam hal ini

kondensor dipengaruhi oleh adanya tiga (3) hal, yaitu :
1. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U)
Koefisien perpindahan panas yang terjadi pada kondensor adalah konveksi
paksa yang terjadi di dalam dan di luar tube serta konduksi pada tubenya.koefisien
perpindahan panas total yang terjadi merupakan kombinsi dari ketiganya. Harga
koefisien perpindahan panas menyeluruh ditentukan dengan menggunakan
persamaan berikut:
�=

1
��

�
+ �
ℎ′ � . � � 2.�

�
1
.ln� � �+
��

ℎ′ �

…………………………………………….(2-10)
(Sumber : Cengel, 1989)

Dengan:
U

= Koefisien pepindahan panas menyeluruh (W/m2 oC)

hi

= Koefisien perpindahan panas sisi refrijeran (W/m2 oC)

ho

= Koefisien perpindahan panas sisi udara (W/m2 oC)

Universitas Sumatera Utara

Do

= Diameter luar pipa (m)

Di

= Diameter dalam pipa (m)

l

= Tebal pipa (m)

k

= Konduktifitas termal pipa (W/m oC)

Rf o

= Faktor pengotoran sisi luar (m2 oC/W)

Rf i

= Faktor pengotoran sisi dalam (m2 oC/W)

Koefisien perpindahan kalor pada masing masing proses perpindahan
kalor dapat dijabarkan sebagai berikut :
•

Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam (hi).
Berdasarkan perhitungan perubahan fasa pada kondensasi digunakan
rumus persamaan Cato yaitu :
�.� � (� � −� � )� �3

ℎ� = 0,555 �

Keterangan :
hi

µ (���� − �� )

�ℎ�� +

3
8

0,25

��� (���� − �� ��

.……..……(2.11)

= Koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam
(W/m2K)

•

kl,r

= Konduktifitas thermal cair refrijeran (W/m2 K)

g

= Gaya grafitasi (m/s2)

ρl, r

= Massa jenis cair refrijeran (kg/m3)

ρv, r

= Massa jenis uap refrijeran (kg/m3)

µ l,r

= Viskositas dinamik cair refrijeran ( kg/m.s)

Tsat

= Temperatur saturasi (K)

Ts

= Temperatur dinding (K)

hfg

= Kalor laten (kJ/kg)

Cpl,r

= Spesifik thermal cair refrijeran

Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar (ho)
ℎ� =

�

��

��� …………………………………………………….….(2.12)

Keterangan :

ho = koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar (W/m2 K)
k = Kondukt ifitas thermal (W/m2 0C)
Do= Diameter luar (m)

Universitas Sumatera Utara

•

Menghitung Faktor Pengotoran Koefisien Perpindahan Panas
Setelah dipakai beberapa lama, permukaan perpindahan kolar penukar

kalor mungkin dilapisi oleh endapan yang biasa terdapat dalam aliran, atau
permukaan itu mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi antara fluida
dengan bahan yang digunakan dalam kontruksi penukar kalor. Dari kedua hal
tersebut, lapisan itu memberikan tahanan termal tambahan terhadap aliran kalor,
dan hal ini menyebabkan menurunnya kemampuan kerja alat itu. Pengaruh
menyeluruh daripada hal tersebut diatas dinyatakan dengan faktor pengotoran,
tahanan pengotoran (R f ). Beberapa besaran faktor pengotoran hasil pengujian dan
penelitian sebagai berikut
�� =
Keterangan :

�� =

1
ℎ′ �
1

ℎ′ �

−

−

1
ℎ�

1

ℎ�

…………………………………….. (2.13)
……………………………………………(2.14)

ℎ′� = Koefisien konveksi internal total (W/m2 K)

ℎ′� = Koefisien konveksi eksternal total (W/m2 K)

Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida

�� , �2 , ⁰�/�

Fluida
Air

laut,

air

sungai,

mendidih, air suling
o

Dibawah 50 C

air
0,0001
0,0002

Diatas 50 oC
Bahan bakar

0,0009

Uap air (bebas minyak)

0,0001

Refrijeran (cair)

0,0002

Refrijeran (gas)

0,0004

Alkohol (gas)

0,0001

Udara

0,0004

(Sumber : Janna, 2000)

2. Luas perpindahan panas (A)
•

Menghitung luas perpindahan panas (A)

Universitas Sumatera Utara

Luas permukaan perpindahan panas permukaan dalam pipa (Ai)
�� =

π
4

��2 ………………………………………………………..….(2.15)

Luas permukaan perpindahan panas permukaan luar pipa (Ao)

�� = � . �� . � …………………………………………………….(2.16)

Luas permukaan penukar kalor total dapat juga dihitung berdasarkan

persamaan :
•

Luas permukaan penukar panas (Atotal)
�� = � . ������ . ������ …………………….……………..……(2.17)
������ =

Keterangan :

��

�� . ������

………………….…………...……….(2.18)

Ao

= Luas permukaan total,dalam (m2)

Ai

= Luas permukaan total,luar (m2)

L

= Panjang pipa (m)

U

= Koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2K)

ΔT LMTD

= Beda suhu rata-rata log
(Sumber : Cengel, 1989)

3. Beda suhu rata-rata log atau Logarithmic Mean Temperatur Difference (ΔT
LMTD)
Di dalam kondensor, banyaknya perpindahan kalor dihitung berdasarkan
perbedaan temperatur logaritmik. Hal tersebut dilukiskan pada gambar 2.10.
Makin besar perbedaan temperatur rata-rata, makin kecil ukuran penukar kalor
(luas bidang perpindahan kalor) yang bersangkutan.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.10 Selisih perbedaan temperatur rata-rata logaritmik
kondensor
��1 = ��,� − ��,� ……………………………………...……………..(2.19)
��2 = ��,� − ��,� ………………………………….….……………..(2.20)

����� =

��2 −��1
��

Keterangan :

�� 2
�� 1

………………………………………...…………..(2.21)

Tr,i

= Temperatur refrijeran masuk (oC)

Tr,o

= Temperatur refrijeran keluar (oC)

Tu,i

= Temperatur udara masuk (oC)

Tu,o

= Temperatur udara keluar (oC)

Dimana LMTD ini disebut beda suhu rata-rata log atau beda suhu pada
satu ujung kalor dikurangi beda suhu pada ujung lainnya dibagi dengan logaritma
alamiah daripada perbandingan kedua beda suhu pada ujung lainnya. Konfigurasi
aliran alternative adalah alat penukar panas dimana fluida bergerak dalam arah
aliran melintang (cross flow) atau dengan sudut tegak lurus satu sama lainya
melalui alat penukar panas tersebut, jika suatu penukar kalor yang bukan jenis
pipa ganda digunakan, perpindahan kalor dihitung dengan menerapkan faktor
koreksi terhadap LMTD untuk pipa susunan ganda aliran lawan arah dengan suhu
fluida panas dan dingin yang sama, maka persamaan perpindahan panas menjadi
Q = U.A.ΔT LMTD (Cengel, 1989).
2.8

Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor
Untuk dapat menggambarkan aliran dan distribusi temperature pada

kondensor itu, maka harus diketahui proses apa yang terjadi dalam kondensor itu.
Dalam kondensor terjadi perubahan fase uap menjadi fase cair. Ini terjadi karena
uap basah (saturated steam) itu memberikan panas yang dikandung ( latent heat )
kepada udara pendingin. Temperatur udara pendingin biasanya sama dengan
temperatur lingkungan. Diagram distribusi temperature panjang atau luas tube
dapat digambarkan pada gambar 2.11 sebagai berikut :

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.11 (a) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada kondensor aliran
paralel, (b) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada
kondensor aliran berlawanan arah
(Sumber : Sitompul, 1993)

Universitas Sumatera Utara