Desain Perancangan dan Pemilihan Pipa Kapiler dan Evaporator, Chiller dengan kompresor low temp. 3Hp

Desain Perancangan dan Pemilihan Pipa Kapiler dan Evaporator, Chiller dengan kompresor low temp. 3Hp Danur Qahari (0906631111), Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia Δh = perbedaan enthalphy pada saat masuk evaporator dan keluar evaporator U = overall koefisien heat transfer A = luas penampang LMTD = Log Mean Temperature Differn, ΔTA = perbedaan temperature air dan refrigerant pada saat keluar dari evaporator ΔTB = perbedaan temperature air dan refrigerant pada saat masuk ke evaporator ri =resistansi fouling dalam pipa rw =resistansi dinding pipa Ao =luas permukaan luar pipa, m2 Ai =luas permukaan dalam pipa, m2 k =konduktifitas termal, W/m oC d =ketebalan pipa , m Do =diameter luar pipa, m Di =diameter dalam pipa, m ΔTo =beda temperatur sisi keluar dengan temperatur masuk refrigeran ho =film koefisien di luar pipa hi =film koefisien di dalam pipa ro =resistansi fouling luar pipa

A = Luas penampang pipa, m2 f = faktor gesekan h = enthalphy, kJ/kg hg = enthalpy uap jenuh, kJ/kg hf = enthalpy cairan jenuh, kJ/kg ΔL = panjang pipa, m p = tekanan, Pa ⁄ Re = bilangan reynold = v = volume spesifik, m3/kg vf = volume spesifik cairan jenuh, m3/kg vg = volume spesifik uap jenuh, m3/kg V = kecepatan refrigerant, m/s ṁ (ṁref)= refrigerant mass flow, kg/s µ = viskositas, µf = viskositas cairan jenuh, µg = viskositas uap jenuh, Q = Kapasitas Evaporator ṁair = mass flow dari air Cp,air = specific heat Δtair = perbedaan temperature air dari masuk evaporator dan keluar evaporator

Abstrak Untuk memindahkan panas dari satu media ke media lain di perlukan suatu mekanisme alat yang di sebut alat penukar kalor (heat exchanger). Panas ini kadang menimbulkan masalah tertentu bagi beberapa perangkat kerja dalam perindustrian. Oleh karena itu di butuhkan sistem perpindahan panas untuk memindahkan atau menyerap panas yang tidak di inginkan dari perangkat kerja tersebut. Contohnya dalam penggunaan chiller atau mini chiller untuk menyerap panas dari perangkat kerja yang memerlukan sistem pendinginan untuk perangkat kerja tersebut. Chiller ini bekerja dengan prinsip mekanisme refrigerasi atau pendinginan dengan menggunakan fluida penyerap panas (refrigeran) yang menyerap panas melalui media alat perpindahan panas berupa evaporator. Refrigeran yang digunakan banyak jenisnya, namun beberapa masih memberikan dampak yang buruk pada lingkungan jika terjadi kebocoran. Refrigeran yang digunakan adalah jenis R134a atau R22 yang relatif lebih ramah lingkungan. Untuk memperoleh tingkat efisiensi yang maksimum dalam proses perpindahan panas yang terjadi, diperlukan desain alat perpindahan panas yang efektif untuk jenis penggunaan dan kapasitas panas yang ingin di serap. Kata kunci :

sistem pendingin, chiller, refrigeran, evaporator, kompresor, kondenser, katup ekspansi

Latar Belakang Dewasa ini, dalam dunia perindustrian maupun perkantoran, pengkondisian ruangan ataupun pengkondisian perlengkapan dan peralatan kerja dari alat-alat kantor atau alat-alat industri sangat dibutuhkan. Dimana di perlukannya sebuah alat yang dapat mengkondisikan temperatur tersebut menjadi temperatur yang di harapkan. Peng-kondisian ini bertujuan untuk menjaga temperatur dari peralatan kerja yang terus menghasilkan panas, agar peralatan kerja 1

Desain perancangan..., Danur Qahari, FT UI, 2013

ini tidak kelebihan panas dan dapat bekerja dengan performa yang stabil dan maksimal. Alat untuk mengkondisikan temperatur ini adalah alat dengan prinsip kerja pendinginan (refrigerasi), Chiller salah satunya. saturasi uap Tk yang lebih tinggi dibandingkan temperatur lingkungan. Lalu panas Qk dibuang melalui kondenser ke lingkungan pada temperatur tinggi Tk.

Pengertian Refrigerasi Pada umumnya refrigerasi adalah suatu proses dimana pemindahan panas terjadi, lebih spesifiknya refrigerasi merupakan salah satu cabang dari ilmu sains tentang menjaga dan mengatur temperatur sebuah ruangan atau material tetap dibawah atau lebih rendah dibandingkan temperatur lingkungannya. Mesin Refrigerasi Mesin Refrigasi adalah peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas dari suatu tempat yang temperaturnya lebih tinggi. Di dalam sistem pendinginan untuk menjaga temperatur tetap rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat pembuangan kalor yang lebih rendah. . Prinsip kerja mesin pendingin adalah sebagai kerja kompresor dalam siklus kompresi uap. Panas Q0 diserap di evaporator melalui proses evaporasi cairan refrigerant pada tekanan rendah p0, dan berkorespondensi temperatur saturasi yang rendah T0. Kemudian uap refrigerant yang terevaporasi dikompresi sampai tekanan tinggi pk dalam kompresor dengan mengkonsumsi daya (kerja) W.

Klasifikasi Mesin Refrigerasi Mesin pendingin diklasifikasikan berdasarkan sistem yang digunakan dalam proses pendinginannya, yaitu sistem ekspansi langsung dan sistem ekspansi tidak langsung. Sistem ekspansi langsung adalah dimana proses pendinginan secara langsung terjadi antara produk dan refrigeran atau refrigerasi. Sedangkan sistem ekspansi tidak langsung adalah proses pendinginan yang melalui media lain sebelum proses pendinginan produk. Salah satu contoh dari sistem ekspansi langsung adalah Unit pendingin ruangan (Split Air-Conditioning), karena udara ruangan yang didinginkan mengalami kontak langsung dengan bagian dari mesin refrigerasi. Sedangkan contoh dari sistem ekspansi tidak langsung adalah Unit chiller plant, karena menggunakan air atau media fluida untuk mendinginkan produk lainnya.

Gambar 1 Skematik Representasi dari Refrigerasi

Siklus Refrigerasi Carnot Siklus Carnot yang ditemukan oleh Sadi Carnot, mempunyai efisiensi tertinggi dibandingkan dengan setiap siklus lainnya. Siklus ini merupakan kebalikan dari mesin kalor, dimana energi disalurkan dari temperatur rendah menuju temperatur yang lebih tinggi. Dengan kata lain siklus refrigerasi membutuhkan kerja luar untuk dapat bekerja.

Tekanan berkorespondensi

setelah dengan

kompresi temperatur

2


Gambar 2 siklus refrigerasi carnot

Proses – proses yang membentuk siklus Carnot adalah : 1 – 2 kompresi adiabatik 2 – 3 pelepasan panas isotermal 3 – 4 ekspansi adiabatik 4 – 1 penyerapan panas isotermal

Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada temperatur tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada temperatur dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bertemperatur rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bertemperatur tinggi.

Siklus Kompresi Uap Siklus (daur) kompresi uap merupakan siklus yang terbanyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Pada siklus ini ditekan dan kemudian diembunkan menjadi cairan, lalu tekanannya diturunkan agar cairan tersebut dapat menguap kembali.

Gambar 3 siklus kompresi uap

3 Desain perancangan..., Danur Qahari, FT UI, 2013

Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 3 dapat dibagi menjadi tahapantahapan berikut: Proses – proses yang membentuk siklus ini adalah : 1 – 2 kompresi adiabatik dan reversibel, dari uap jenuh menuju tekanan kondenser. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. 2 – 3 pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan, menyebabkan penurunan panas lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrigeran. 3 – 4 ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan, dan cairan jenuh menuju tekanan evaporator 4 – 1 penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap, yang menyebabkan penguapan menuju uap jenuh..

melalui evaporator dan membuangnya melalui kondenser. .

Gambar 4 T-s diagram siklus kompresi uap aktual

Terdapat berbagai jenis refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap. Temperatur refrigerasi yang dibutuhkan sangat menentukan dalam pemilihan fluida refrigeran. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons. Bahan pendingin (refrigeran) banyak sekali macamnya, tetapi tidak satupun yang dapat dipakai untuk semua keperluan pendinginan.

Siklus Kompresi Uap Aktual Siklus ini mengalami pengurangan efisiensi dibanding dengan siklus standar. Perbedaan penting antara siklus nyata dengan siklus standar terletak pada penurunan tekanan di dalam kondenser dan evaporator, dalam subcooling cairan yang meninggalkan kondenser, dan dalam pemanasan lanjut uap yang meninggalkan evaporator. Siklus standar dianggap tidak mengalami penurunan tekanan pada kondenser dan evaporator. Tetapi pada siklus nyata, terjadi penurunan tekanan karena adanya gesekan dan lengkungan atau belokan pipa. Akibat dari penurunan tekanan ini, kompresi pada titik 1 dan 2 memerlukan lebih banyak kerja dibanding dengan siklus ideal

Bagian - Bagian Mesin Refrigerasi Bagian – bagian mesin refrigerasi terdiri dari evaporator, kompresor, kondenser, katup ekspansi atau alat throttling. Bagian – bagian ini saling berkorespondensi satu sama lainnya. Jadi, jika salah satu bagian dari mesin refrigerasi ini tidak berfungsi sebagaimana mestinya, system refrigerasi tidak akan bekerja secara optimal.

Bahan Pendingin (Refrigeran) Bahan pendingin atau refrigeran adalah suatu zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Untuk dapat terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan pendingin atau refrigeran yang digunakan untuk mengambil panas dari sistem

Kompresor Kompresor merupakan bagian terpenting dalam mesin refrigerasi, karena kompresor yang menggerakkan seluruh bagian dalam mesin refrigerasi. Pada kompresor kerja dari luar di berikan, 4


dalam hal ini adalah daya listrik untuk menggerakkan motor kompresor. Tanpa adanya daya dari luar, bisa dikatakan mustahil untuk memindahkan panas dari tempat dengan temperatur lebih rendah ke tempat temperatur lingkungan. Kompresor ini akan memompa fluida refrigeran agar tetap bersirkulasi di dalam siklus sistem. Kompresor berfungsi menaikkan tekanan dari uap refrigeran sebelum memasuki bagian kondenser untuk mengurangi penurunan tekanan berlebih dalam pipa kondenser. Kompresor ini dibedakan berdasarkan perpindahannya, yaitu perpindahan positif dan sentrifugal. dalam tulisan ini di gunakan kompresor jenis scrol dengan spesifikasi sebagai berikut : Daya : 3 Hp (untuk refrigerant jenis R134a) Tipe kompresor : Copeland ZF13K4E – TFD ; Refrigeran : R134a Spesifikasi : Power Input :2.18 kW Pressure range :0.02 (min) – 28 bar (max) 2 – 2800 kPa Evaporating temp. range :(-40o) –5o C Condensing temp. range :25o – 60o C Mass flow rate :0.067 kg/s

kompresi tergantung pada daya kompresor dan menjadi bagian penting dari beban kondenser untuk sistem dengan temperatur rendah. Jenis-jenis air-cooled kondenser termasuk shell-and-tube, shell-dan-coil, tabung-dalam-tabung, dan dibrazing-plate. kondenser Shell-dan-coil Alat Ekspansi / Throttling Alat ekspansi adalah elemen dasar yang terakhir dalam siklus refrigerasi uap. Seteleh kompresor, kondenser, dan evaporator.

Gambar 5 kondenser shel and tube

Alat ekspansi ini memiliki dua kegunaan, yaitu menurunkan tekanan dan temperatur refrigeran cair dan mengatur aliran refrigeran ke evaporator. Jenis-jenis umum dari alat ekspansi adalah jens pipa kapiler, katup ekspansi, katup apung. Lima jenis perangkat ekspansi dapat ditemukan dalam sistem pendingin: (1) katup termostatik ekspansi, (2) katup ekspansi elektronik, (3)-tekanan konstan katup ekspansi, (4) pipa kapiler, dan (5) restrictors tabung pendek

Kondenser Kondenser digunakan untuk membuang energi panas yang ditambahkan ke refrigeran selama kompresi dan energi panas yang diserap dalam evaporator. Energi panas ini biasanya dibuang melalui media air atau udara. Jumlah energi panas yang ditambahkan ke refrigeran selama Pemilihan pipa kapiler Perancangan suatu unit sistem refrigerasi baru yang menggunakan pipa kapiler harus memilih diameter dan panjang pipa yang sesuai, sehingga kompresor dan pipa kapiler mempunyai suatu titik keseimbangan pada suhu evaporator yang diinginkan.

Gambar 6 titik penambahan panjang pipa kapiler

Persamaan yang digunakan adalah dari persamaan konservasi massa, konservasi energi, dan konservasi momentum. Persamaan konservasi massa merumuskan bahwa

Perhitungan analisis penurunan tekanan di dalam pipa kapiler


ṁ

(

(1)(1) [

Dan w/A bernilai konstan untuk keseluruhan panjang pipa kapiler Rumusan tentang konservasi energi adalah (2)(1) Dengan anggapan bahwa perpindahan kalor ke dalam dan ke luar pipa diabaikan. Persamaan konversi energi ini digunakan untuk mendapatkan fraksi uap dalam campuran. Pada saat refrigran mengalir melalui pipa kapiler, tekanan dan suhu jenuhnya turun secara bertahap, dan fraksi uap naik secara kontinu di setiap titik. (3)(1) (4)(1)

(11)(1)

Dengan : (

)

ṁ

(12)(1)

( )

(

)

(

ṁ

(13)(1)

)( ) (

ṁ

)

(14)(1)

( )

Evaporator Evaporator merupakan alat penukar kalor, dalam sistem refrigerasi evaporator sebagai alat penyerap panas dari ruangan atau cairan yang akan didinginkan. Dalam evaporator terjadi penguapan fluida refrigeran karena panas yang diserap dari ruangan yang didinginkan.

Persamaan untuk faktor gesekan f adalah (6)(1) Viskositas untuk refrigerant duafasa pada suatu posisi tertentu di dalam pipa adalah fungsi dari fraksi uap, (7)(1) Dengan faktor gesekan rata-rata sebagai berikut.

Kapasitas Evaporator Untuk mencari kapasitas evaporator dengan persamaan-persamaan sebagai berikut Q = ṁair Cp,air Δtair (16) Q = ṁref x (Δh) (17) Q = U x A x LMTD (18) (19)(1)

(8)(1) Perhitungan pertambahan panjang pipa Perhitungan panjang ini dilakukan untuk menentukan panjang ruas ipa kapiler untuk menurunkan temperatur refrigeran hingga mencapi temperatur tertentu yang diinginkan. Dengan menggabungkan persamaan kontinuitas dan persamaan energi Dengan

ṁ ( )

√

(5)(1)

̇

) ]

Nilai bisa kita cari dengan menggunakan penyelesaian persamaan kuadrat

Dengan kecepatan rata-rata sebagai berikut.

( ) mensubtitusikan

(

)

(

)

Perpindahan Panas dalam Pipa Evaporator Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat di hitung dengan persamaan (20)(3)

(9)(1) persamaan

[(

)

(

)

(

)]

Nilai rw untuk jenis bare tube :

(10)(1)

*

(

Untuk nilai h 6 Desain perancangan..., Danur Qahari, FT UI, 2013

)+

(21)(3)

[

(

)

]

[

] (22)(2) (23)(2) (24)(2)

(25)(3) Untuk perhitungan atau film koefisien luar pipa atau film koefisien sisi produk (air), properti dari air berdasarkan nilai METD.

Untuk mencari nilai fraksi uap refrigerant dalam pipa, digunakan persamaan (10), didapat nilai Dengan didpatnya nilai pertama, untuk nilai dan V di titik ke 2 dapat di cari dengan menggunakan persamaan (3), (4), dan (7) didapat nilai

Dengan begitu nilai dan

Perhitungan Panjang Pipa Kapiler Pipa kapiler (temperatur kondensasi 39 ) Data Properties R134a pada temperatur 390 dan 380 C Temp P μf μg no. (kPa) Pa.s Pa.s 1 39 989.6 163.52 12.323 2 38 963.15 165.61 12.275 vf vg hf hg (m³/kg) (m³/kg) (kJ/kg ) (kJ/kg ) 0.000869 0.020541 254.92 418.99 0.000866 0.021135 253.43 418.55

,

sehingga nilai nilai

dan

Dengan didapatnya nilai-nilai di atas, untuk mencari nilai penambahan panjang pipa kapiler, digunakan persamaan * ( ̇

(

ṁ

)+ (15)(1)

)

Penerusan perhitungan penambahan panjang ruas-ruas selanjutnya, kondisi pada titik 2 yang baru saja di hitung adalah kondisi masuk pada ruas selanjutnya, yang berisikan refrigeran dengan temperatur yang sudah turun menjadi 38 . Panjang kumulatif yang didapat untuk menurunkan temperatur refrigerant hingga (-5) ,.

dengan rumus konversi massa, didapatkan nilai V1 yaitu , ṁ Friksi yang terjadi pada titik 1

f1 = 0.018938 Tabel panjang pipa kapiler (Tc\Te) no -5 oC -4 oC -3 oC o 1 37 C 14.937 m 14.936 m 14.933 m o 2 38 C 15.569 m 15.569 m 15.566 m o 3 39 C 16.215 m 16.215 m 16.212 m

-2 oC 14.928 m 15.561 m 16.208 m

-1 oC 14.919 m 15.553 m 16.201 m

0 oC 14.908m 15.543m 16.191m

1 oC 14.894 m 15.529 m 16.178 m

refrigeran masuk ke evaporator –5, 4, -3, 2, -1, 0, dan 1o C Temperatur efektif air adalah 11oC. Penurunan tekanan 0.3 bar 30 kPa. Beda temperatur superheated 2oC. Debit air 5ltr/s, Jumlah baris pipa 84 baris Jenis evaporator bare tube, oval trombone coil

Perhitungan Kapasitas Beban Evaporator Ukuran pipa yang akan di gunakan adalah pipa dengan diameter luar sebesar ½ “. dan dengan tebal 0.032 “. Penentuan temperatur produk (water chilled) yang ingin dicapai yaitu : 0.1, 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 oC Dan dengan temperatur 7


̇

Perhitungan beban Evaporator (Watt) ̇ ̇ ( )

= 0.0669 kg/s

Table perhitungan kapasitas evaporator No 1 2 3 4 5 6 7

T1 oC T2 oC -5 -3 -4 -2 -3 -1 -2 0 -1 1 0 2 1 3

Qe kW 9.8 9.9 9.9 9.9 9.9 10 10.

Grafik dan Analisis

panjang pipa (m)

panjang pipa kapiler terhadap temperatur kondesasi 16,3 16,2 16,1 16 15,9 15,8 15,7 15,6 15,5 15,4 15,3 15,2 15,1 15 14,9 14,8

-5 -4 -3 -2 -1 0 37

38

39

1

temperatur kondensasi

Dari grafik dari perbandingan antara temperatur kondensasi dengan panjang pipa kapiler terlihat bahwa semakin tinggi temperatur kondensasi maka semakin pendek, panjang dari pipa kapiler yang di butuhkan. Sedangkan dari temperatur masuk evaporator di setiap temperatur kondensasinya hanya berbeda 0.1 mm hingga 14 mm. Dengan besar laju alir massa yang mengalir dalam sistem sebesar 0.0669 kg/s, maka dibutuhkan diameter pipa kapiler yang lebih besar dari 3/16 inchi. Kebutuhan diameter pipa kapiler yang semakin besar berbanding

lurus dengan besarnya laju alir massa refrigeran yang mengalir di dalam sistem. Hasil perhitungan panjang pipa kapiler untuk menurunkan temperatur refrigeran hingga temperatur rendah membutuhkan pipa kapiler yang cukup panjang. Hal ini terjadi karena properties dari refrigeran R134a yang memiliki viskositas, tekanan saturasi, volume spesifik dan properties lainnya yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan jenis refrigeran lainnya seperti R22, R404, dan R701 yang biasa digunakan untuk sistem refrigerasi dengan temperatur rendah (low temp refrigeration). Dalam perhitungan 8


hanya sampai temperatur -5 oC (minus 5 derajat selsius). Karena ketika temperatur mencapai -5.5 oC, hasil perhitungan penambahan panjang pipa kapiler sudah berharga negatif yang artinya kecepatan aliran fluida refrigeran sudah memasuki kecepatan sonic. Hasil perhitungan panjang pipa kapiler untuk temperatur kondensasi 39 oC dan diturunkan temperaturnya hingga mencapai -5 oC dibutuhkan panjang pipa kapiler sepanjang 16.215 m. .

untuk penambahan panjang pipa kapiler di setiap titiknya harus bernilai positif, jika hasil perhitungan untuk penambahan panjang pipa kapiler di titik akhir bernilai negatif, maka perhitungan panjang kumulatif yang di pakai adalah total penambahan panjang yang bernilai positif saja. Penambahan panjang yang bernilai negatif ini dikarenakan aliran yang tercerat, atau kecepatan yang sudah memasuki jenis kecepatan sonic. Untuk penggunaan pipa kapiler dengan diameter ¼“, maksimum temp. terendah yang bisa di capai dengan laju alir massa fluida refrigeran 0.0669 kg/s,

Panjang total pipa evaporator (m)

Panjang Pipa Evaporator Vs Temp. Chilled Water 350 300

Te (-5°C)

250

Te (-4°C)

200

Te (-3°C)

150

Te (-2°C)

100

Te (-1°C)

50

Te (0°C)

0 6

5

4

3

2

temperatur outlet produk evaporator

Grafik di atas merupakan grafik yang terbentuk dari perbandingan panjang pipa evaporator dengan temperatur outlet produk (chilled water) dengan temperatur masuk yang sama, 11 oC. Temperatur masuk sebesar 11 oC ini merupakan temperatur efektif yang masuk ke dalam evaporator (temperatur steady). Dengan temperatur refrigeran yang bervariasi dari 5 oC s.d. 1 oC. Dari grafik di atas terlihat bahwa semakin tinggi temperatur refrigeran yang masuk ke dalam pipa evaporator maka panjang yang dibutuhkan untuk mendinginkan air hingga mencapai temperatur 0.1 oC semakin panjang, bahkan nilai yang didapat dari perhitungan

1

0,1

Te (1°C)

(oC)

mencapai nilai 2171353.4423 m atau setara dengan 2141.3 km. Sebuah nilai yang terlalu besar sekali untuk digunakan dalam desain alat evaporasi. Dalam perhitungan ini digunakan perhitungan untuk tipe evaporator bare tube (pipa telanjang) dengan bentuk oval trombone coil atau pipa melingkar tanpa sirip. Kapasitas evaporator yang di pakai adalah kapasitas nominal dari evaporator dengan temperatur refrigeran masuk ke dalam evaporator mulai dari -5 oC s.d 1 oC. Kapasitas evaporator dengan temperatur superheated 2 oC lebih besar dari temperatur masuk. Kapasitas nominal evaporator adalah rerata dari nilai 9


panas sebesar 5.116 m2, panjang pipa evaporator 128.21 m. Dari panjang total pipa evaporator, dengan menggunakan 60 baris pipa, di dapat panjang pipa evaporator tiap barisnya sebesar 2.137 m dan diameter lingkaran pipa evaporator sebesar 0.68 m.

kapasitas yang di dapat, yaitu sebesar 9.925 kW untuk laju alir massa refrigeran sebesar 0.0669 kg/s. Nilai kapasitas ini di gunakan untuk menghitung luasan permukaan pertukaran panas yang di perlukan untuk mendinginkan air hingga mencapai temperatur yang di inginkan. Hasil yang di dapat dari perhitungan menunjukkan bahwa temperatur produk (chilled water) yang semakin rendah atau beda temperatur ΔTo (beda temperatur refrigeran masuk dengan temperatur produk) yang semakin rendah menyebabkan dibutuhkannya luasan permukaan perpindahan panas yang lebih besar. ΔTo berbanding terbalik dengan A. Dengan temperatur masuk steady yang sama. Hal ini karena semakin rendah temperatur produk, maka kalor yang harus di ambil dari media semakin besar. Untuk mencapai temperatur chilled water 6 oC dibutuhkan luasan permukaan sebesar 3.5852 m2 dengan temperatur refrigeran masuk -5 oC. dengan luasan permukaan yang didapat, kita juga mendapatkan panjang total dari pipa evaporator yang di butuhkan untuk mendinginkan air hingga mencapai temperatur 6 oC, yaitu sepanjang 89.858 m. Kemudian panjang total tersebut di bagi dengan jumlah baris yang akan di buat, sebanyak 60 baris. Maka di dapatlah panjang pipa dalam evaporator sebesar 1.498 m. karena jenis evaporator yang akan di rencanakan adalah dengan jenis bare tube - oval trombone coil, pipa tanpa sirip yang melingkar, diameter lingkaran evaporator yang terbentuk dari panjang pipa dalam evaporator 1.498 m adalah sebesar 0.48 m ≈ 48 cm.

KESIMPULAN Dari metode yang telah di lakukan untuk mendesain panjang pipa kapiler dan Evaporator untuk Chiller plant dengan kompresor Copeland ZF13K4E – TFD, diperoleh power input untuk refrigerant tipe R134a sebesar 2.18 kW. Berdasarkan hasil yang telah di dapat dari perhitungan – perhitungan dapat di ambil kesimpulan bahwa : 1. Panjang pipa kapiler yang di butuhkan untuk menurunkan temperatur dan tekanan hingga mencapai titik tertentu, bergantung dari temperatur kondensasi, nilai kapasitas Evaporasi yang di desain dan kerja input yang di gunakan dalam sistem. 2. Semakin besar kapasitas Evaporasi dan kerja input kompresor dalam sistem, maka laju alir massa yang mengalir dalam sistem juga semakin besar. Sedangkan semakin tinggi temperatur kondensasi, maka semakin panjang pipa kapiler yang di butuhkan, serta temperatur masuk evaporator yang diharapkan rendah, tidak tercapai. 3. Nilai laju alir massa yang bertambah besar menyebabkan panjang yang dibutuhkan untuk menurunkan temperatur kondensasi, hingga mencapai temperatur yang di harapkan menjadi semakin panjang dan nilai hasil penambahan panjang bernilai negatif. 4. Panjang pipa kapiler yang dibutuhkan untuk menurunkan temperatur kondensasi 39 oC menjadi -5 oC adalah sepanjang 16.22 m.

Dari hasil panjang evaporator dan diameter evaporator yang didapat, nilai yang paling kecil untuk mendinginkan air hingga mencapai temperatur 0.1 oC adalah dengan menggunakan temperature o refrigerant masuk -5 C. Dengan temperatur evaporator -5 oC, untuk mendinginkan air 11 oC menjadi 0.1 oC, dibutuhkan luasan permukaan perpindahan


5. Dari temperatur masuk evaporator, temperatur -5oC adalah yang paling efektif untuk menurunkan temperature air dari 11oC hingga menjadi 0.1 oC 6. Dengan temperatur evaporator -5 o C, untuk mendinginkan air 11oC men-jadi 0.1 oC, dibutuhkan luasan permukaan perpindahan panas sebesar 5.116 m2, panjang pipa evaporator 128.21 m. 7. Dari panjang total pipa evaporator, dengan menggunakan 60 baris pipa, di dapat panjang pipa evaporator tiap barisnya sebesar 2.14. Isolasi yang di perlukan agar panas dari ruangan plant tidak banyak merambat masuk ke dalam ruangan tabung evaporator, minimum setebal 1.5 mm dengan menggunakan polyurethane foam sebagai bahan isolasi. 8. Nilai temperatur produk yang di ambil adalah nilai temperatur yang terrendah dari , karena kapasitas yang terbesar.

2.

3.

4.

5.

Saran 1. Dalam perhitungan panjang pipa kapiler setidaknya diperhatikan

beberapa kriteria dari kompresor yang akan di gunakan. Pemilihan diameter pipa di sesuaikan dengan hasil perhitungan dan target temperatur yang ingin di capai Panjang pipa evaporator yang di dapat bisa di jadikan bentuk lain yang tentunya harus di pertimbangkan faktor – faktor yang akan berpengaruh dalam desain itu sendiri, misalnya faktor gesekan, penurunan tekanan akibat gesekan, faktor lingkungan tempat desain akan di operasikan. Jika pipa kapiler terlalu panjang, dapat memilih alternatif lain dengan menggunakan katup ekspansi termostatik atau elektronik. Tentu dengan pemilihan spesifikasi yang tepat. Dalam perakitan komponenkomponen mesin refrigerasi harus diperhatikan kriteria – kriteria dari masing masing komponen. Agar sistem yang terbentuk dapat bekerja dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA (1) Wilbert F.Stoecker, Jerold W. Jones, “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara”, terj. Supratman Hara, ed. Ke-2. (2) Arora, C.P. Refrigerating and Air Conditioning. Tata McGraw Hill (3) Standards of The Heat Exchanger Manufactures Association, TEMA. Edisi ke 9 (4) Wang S.K. : Handbook of Air Conditioning and Refrigeration, McGraw-Hill,Inc (5) Mechanical Engineer’s Handbook: Energy and Power, Volume 4, Edisi ke 3. John Willey & Sons.Inc (6) Macintire, H.J.& F.N. Hutchinson. Refrigerating Engineering. (7) Thome, John R. prof. Engineering Data Book III. Wolferine Tube,inc (8) Kavanaugh, Stephen P. HVAC Simplified. ASHRAE. Inc (9) Copeland Product Guide (10) Copeland ScrollTM Wholesaler Product Guide. Form no. 2000 – 46W R1(10/06) (11) Copeland Scroll Compressors, EmersonTM Climate Technologies. (12) NIST Refrigerant Properties


Desain Perancangan dan Pemilihan Pipa Kapiler dan Evaporator, Chiller dengan kompresor low temp. 3Hp

Recommend Documents