Koefisien perpindahan kalor pengembunan di dalam pipa horizontal

Koefisien perpindahan kalor pengembunan di dalam pipa horizontal. Penelitian bertujuan untuk mengetahui koefesien perpindahan kalor pengembunan Petrozon Rossy-12 di dalam pipa horizontal pada berbagai variasi kualitas dan aliran massa yang berbeda. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebuah sistem pendingin kompresi uap yang dimodifikasi dengan menambahkan orifice, pre-heater dan seksi uji yang ditempatkan setelah kondenser dan sebelum katup ekspansi. Seksi uji berupa suatu pipa ganda aliran searah yang mana pipa bagian dalam terbuat dari tembaga sepanjang 80 cm dengan diameter dalam 16,60 mm dan diameter luar 18,85 mm , sedangkan pipa bagian luar merupakan pipa PVC yang terisolasi. Data yang didapatkan berupa laju aliran massa refrigeran Petrozon Rossy-12 yang diukur dengan orifice, kualitas refrigeran Petrozon Rossy-12 yang diatur melalui pre-heater, tekanansebelum masuk seksi uji dan temperatur pada beberapa daerah pada seksi uji serta temperatur dan debit air yang mendinginkan seksi uji.Hasil penelitian berupa koefesien perpindahan kalor pengembunan Petrozon Rossy-12 didalam pipa horizontal pada berbagai variasi kualitas uap refrigeran dan laju aliran massa refrigeran yang berbeda.

Kata kunci : Petrozon Rossy-12, koefisien perpindahan kalor pengembunan, tabung horizontal, kualitas, laju aliran massa

 PENGANTAR

Kekawatiran tentang kerusakan lapisan ozon yang salah satu penyebabnya adalah digunakannya bahan-bahan yang mengandung CFC untuk sistem pendingin. Hal ini telah mendorong untuk mencari refrigerant alternatif yang ramah lingkungan, tidak beracun dan tidak merusak lapisan ozon. Salah satu refrigerant alternatif tersebut adalah Petrozon.

Kondenser merupakan
salah satu bagian yang penting dalam suatu sistem pendingin. Selain luas penampang dari kondenser, koefesien perpindahan kalor pengembunan merupakan faktor yang mempengaruhi unjuk kerja suatu kondenser. Maka dari itulah mengetahui koefesien perpindahan kalor pengembunan Petrozon amatlah perlu untuk merencanakan suatu kondenser dalam sistem pendingin yang menggunakan refrigerant Petrozon.

Kondensasi (Pengembunan) merupakan transisi fluida dari fase uap ke fase cair karena pendinginan dengan memindahkan kalor laten yang jauh lebih besar dari pada proses pendinginan tanpa adanya perubahan fase. Pengembunan didalam pipa horizontal merupakan kasus yang mempunyai nilai praktis karena banyak digunakan dalam kondenser pada sistem pendingin (refrigerator) dan penyejuk hawa (air conditioning).

Tinjauan Pustaka

Kondensasi film dapat dianalisa dengan metode yang telah diusulkan oleh Nuselt. Dalam metode ini Nuselt memberikan beberapa asumsi yaitu :

• Aliran laminer dan sifat-sifat cairan film tidak berubah.

• Gas yang mengalir merupakan uap murni dan mempunyai temperatur yang seragam yaitu temperatur jenuhnya (T_sat). dengan tidak adanya perbedaan temperatur pada uap, maka perpindahan panas dari permukaan cairan-uap hanya terjadi pada permukaan kondensasi dan tidak ada perpindahan panas konduksi dari uap.

• Gaya geser antara permukaan cairan-uap diabaikan.

• Momentum dan transfer energi secara adveksi pada film kondensat diabaikan. Sehingga perpindahan panas melalui film terjadi secara konduksi, sehingga distribusi temperatur cairan linier.

CARA PENELITIAN

Peralatan penelitian yang merupakan sistem pendingin kompresi uap yang dimodifikasi disusunan pada Gambar 1. diagram instalasi. Uap yang telah dikompresi kompresor diembunkankan didalam kondenser selanjutnya cairan yang keluar dari kondenser dalam kondisi cair jenuh diukur laju alirannya dengan menggunakan orrifice. Kemudian cairan refrigeran itu masuk ke pre-heater yang digunakan untuk mengatur kualitas refrigeran yang akan memasuki seksi uji. Kualitas dapat dihitung dari fluks kalor yang diberikan, temperatur refrigeran di sisi masuk dan keluar dari pre-heater, dan laju aliran massa refrigeran yang diukur oleh orrifice.

Q= m(h₁ - h₂  )

Dimana Q (Flux kalor dari arus listrik), m (Laju aliran massa refrigerant), h₁ (Entalpi refrigerant yang masuk ke pre-heater) dan h₂  (Entalpy refrigerant yang keluar dari pre-heater)

h_f (Entalpy refrigerant pada keadaan cair jenuh), h₂ (Entalpy refrigerant yang keluar dari pre-heater) dan h_fg (Panas laten penguapan).

Selanjutnya uap dengan kualitas tertentu itu masuk dalam seksi uji berupa suatu pipa ganda aliran searah yang mana pipa bagian dalam terbuat dari tembaga sepanjang 80 cm dengan diameter dalam 16,60 mm dan diameter luar 18,85 mm , sedangkan pipa bagian luar merupakan pipa PVC yang terisolasi. Kemudian uap yang telah diuji tersebut diturunkan tekanannya dalam katup ekspansi dan selanjutnya diuapkan seluruhnya dalam evaporator yang untuk kemudian dikompresi kembali didalam kompresor.

Gambar 1. diagram instalasi percobaan

Keterangan gambar:

1. Kompresor	4. orrifice		7. katup ekspansi	10. pompa air
2. Kondensor	5. pre-heater		8. evaporator	11. rotameter
3. filter	6. seksi uji	9. tangki air

Pengukuran temperatur dilakukan dengan menggunakan termokopel tipe T, dimana temperatur refrigeran diukur melalui pipa tembaga kecil yang dimasukkan kedalam pipa siksi uji, pengukuran temperatur refrigeran ini dilakukan pada sebelum pre-heater, sebelum seksi uji dan sesudah seksi uji. Pengukuran temperatur juga dilakukan pada sebelum dan sesudah dinding pipa seksi uji pada bagian atas, samping dan bawah pipa seksi uji. Air pendingin seksi uji diukur laju alirannya dengan menggunakan rotameter dimana temperatur air pendingin itu diukur pada sebelum dan sesudah memasuki seksi uji. Pengukuran tekanan juga dilakukan pada sebelum pre-heater untuk mengetahui tekanan uap pada saat dilakukan pengujian. Tekanan yang terukur selama pengujian berkisar antara 127 Psi- 140 Psi.

KESIMPULAN

Dari hasil pengamatan dan studi koefesien perpindahan kalor pengembunan maka dapat disimpulkan bahwa

1. Koefesien perpindahan kalor pengembunan meningkat seiring dengan peningkatan kualitas uap refrigeran, hal ini disebabkan peningkatan kualitas uap refrigeran menaikkan juga temperatur uap refrigeran sehingga fluks kalor refrigeran ke pendingin semakin tinggi.

2. Koefesien perpindahan kalor pengembunan pada penampang pipa yang sama paling besar terjadi pada bagian atas, berkurang pada bagian samping dan semakin kecil pada bagian bawah. Hal ini terjadi karena perbedaan ketebalan lapisan film pada penampang pipa tersebut.

3. Aliran yang terjadi pada penelitian ini seluruhnya merupakan aliran laminer, dimana peningkatan laju massa refrigeran meningkatkan pula koefeisien perpindahan kalor pengembunannya.