BAB II
DASAR TEORI
2.1
Air-Water System
Kekurangan pada all air system yaitu penggunaannya yang tidak dapat dikontol di tiap-tiap ruangan tertentu karena pada setiap ruangan menggunakan supply air yang sama yaitu berasal dari AHU. Sedangkan all water system merupakan sistem
yang menggunakan media air yang telah didinginkan dan dialirkan pada ruangan. pada sistem ini masih terdapat beberapa kekurangan, yaitu tidak adanya Tetapi
fresh air atau suplai udara segar, sehingga dibutuhkan jenis sistem pengkondisi udara lain yang menjadi solusi bagi permasalah tersebut seperti air-water system.. Sistem udara-air adalah sistem pengkondisi udara dimana baik udara maupun air didistribusikan ke dalam ruangan untuk melaksanakan fungsi dari pendinginan. Biasanya air pendinginan yang disaluran melalui FCU dalam ruangan digunakan untuk menyerap kalor sensibel dari ruangan, sedangkan udara yang telah dikondisikan oleh AHU diperlukan untuk kualitas udara dalam ruangan dan membawa keluar kelembaban yang dihasilkan oleh kalor laten. Perancangan sistem udara-air, terdiri dari sistem pengkondisi udara yaitu AHU, FCU dan saluran udara, sedangkan sistem refrigerasinya berupa sistem refrigerasi kompresi uap dengan menggunakan shell and coil evaporator. Gambar 2.1, menunjukan shell and coil evaporator yang berfungsi untuk mendinginkan air yang akan disirkulasikan baik untuk mendinginkan koil pada FCU maupun AHU. Adapun AHU dalam sistem udara-air disini, hanya berfungsi sebagai pemasok udara segar dari luar ruangan, sehingga ukuran AHU dan saluran udara atau ducting
yang dipergunakan tentu lebih kecil dibandingkan dengan yang
dipergunakan pada all air system. Sedangkan pada FCU sumber air dingin yang berasal dari shell and coil evaporator yang disirkulasikan melewati koil dalam FCU, dimana dingin dari koil tersebut akan terbawa oleh udara yang dihembuskan melewati koil yang berasal dari AHU yang berukuran kecil yang telah dijelaskan
5
di sebelumnya. Adapun dalam ruangan terdapat exhaust air, sebagai keluaran
udara dari dalam ruangan.
Gambar 2.1 Diagram pemipaan air-water system.
2.2
Sistem Refrigerasi Kompresi Uap
Sistem refrigerasi yang digunakan dalam perancangan, suatu sistem kompresi uap sederhana yang secara umum terdiri dari empat komponen utama dan terdiri dari empat proses. Prosesnya adalah kompresor (terjadi proses kompresi), kondenser (terjadi proses kondensasi), katup ekspansi atau dalam hal ini menggunakan pipa kapiler (terjadi proses ekspansi), dan yang terakhir evaporator (terjadi proses evaporasi) yang menggunakan shell and coil evaporator.
6
Adapun dari semua proses di atas siklus refrigerasi kompresi uap dapat dijelaskan
dalam suatu sistem kompresi uap single-stage yang ideal. Pada gambar 2.2 di
bawah refrigeran menguap seluruhnya di evaporator dan menghasilkan efek refrigerasi. Hal ini kemudian diekstraksi dengan kompresor pada titik 1, yaitu suction compressor, dan dikompresi secara isentropic dari keadaan titik 1 ke 2.
Hal selanjutnya refrigeran akan dikondensasi menjadi cairan di kondenser, karena panas laten kondensasi dibuang melalui heat sink condenser. Refrigeran cair, pada saat titik 3, mengalir melalui katup ekspansi, yang mengurangi ke tekanan menguap. Pada siklus kompresi uap ideal, terjadi proses penurunan tekanan pada
katup ekspansi, biasanya ditunjukkan dengan garis putus-putus. Refrigeran akan
berubah fasa dari cair ke uap setelah memasuki evaporator pada titik 4 - 1, sehingga menyelesaikan siklus.
Gambar 2.2 Siklus kompresi uap single-stage yang ideal. (a) diagram skematik, (b) diagram P-h, (c) diagram T-s. (Sumber dari Shan K. Wang, 2001, edisi ke-2, hal 9.23)
7
Dalam perancangan sistem refrigerasinya kami menggunakan AC window dengan
sedikit modifikasi pada evaporator. Sistem kompresi uap yang sama seperti
penjelasan di atas ini menggunakan kompresor jenis rotary yang mengunakan refrigeran berjenis R22, sebagaimana kebanyakan penggunaan refrigeran pada AC window. Penggunaan AC window pada sistem refrigerasi dimaksudkan agar selain
dari segi ekonomis, tetapi juga dengan menggunakan AC window dapat menghasilkan pendinginan yang sesuai dengan sistem pengkondisian udara pada umumnya dan dapat pula menghasilkan tekanan yang tinggi.
Selain itu penggunaan pipa kapiler sebagai metering device, sebagaimana digunakan pada AC window sebelum dimodifikasi dimaksudkan agar penurunan
tekanan diharapkan konstan, Konstannya penurunan tekanan dapat memberikan efek refrigerasi yang konstan pula pada evaporator, sehingga evaporator yang merupakan flooded liquid cooler yaitu berjenis shell and coil evaporator dapat secara maksimal mendinginkan air sebagai media pendinginan pada prototype airwater system ini. Berikut gambar pemipaan sistem refrigerasi kompresi uap pada prototype air-water system;
Gambar 2.3 Pemipaan sistem kompresi uap pada air-water system
8
2.2.1 Performansi Siklus Refrigerasi Kompresi Uap
Sebagai mana dijelaskan pada siklus kompresi uap single-stage yang ideal
di atas, komponen utama menggunakan sistem kompresi uap dari AC
window. Pada AC window proses dan komponen utamanya terdiri dari
proses kompresi pada kompresor, proses kondensasi pada kondensor, proses ekspansi pada alat ekspansi berupa pipa kapiler, dan proses
evaporasi pada shell and coil evaporator.
Proses kompresi terjadi pada kompresor, seperti pada gambar 2.2 titik proses 1-2, dimana refrigeran dalam evaporator yang berfasa uap dengan temperatur dan tekanan rendah dihisap oleh kompresor, kemudian
refrigeran tersebut dikompresi untuk menaikan temperatur dan tekanannya. Refrigeran yang keluar dari kompresor tersebut fasanya akan menjadi uap dan temperaturnya menjadi tinggi. Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi, oleh karena itu kompresor sangatlah berpengaruh besar pada performansi sistem, dan juga dalam mengalirkan refrigeran sebagai suatu siklus sistem refrigerasi. Kalor yang dikeluarkan kompresor:
qw = h2 – h1 Qw = ṁ . qw
Qw = ṁ .(h2-h1) Dengan : qw
……….……….(2.1)
= kerja kompresi yang dilakukan per satuan massa (kJ/kg)
Qw = kerja yang dilakukan kompresor (kW) ṁ
= laju aliran massa (kg/s)
h1
= enthalphy refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2
= enthalphy refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
9
Proses kondensasi terjadi pada kondensor, seperti pada gambar 2.2 titik
proses 2-3, yang mana refrigeran berfasa uap dengan temperatur dan tekanan tinggi yang berasal dari kompresor masuk ke kondensor, dan
panas (kalor) dari refrigeran tersebut akan dibuang melalui media pendingin udara atau media pendingin air. Pada tahap ini refrigeran mengalami perubahan fasa cair tetapi masih dalam keadaan bertekanan
dan bertemperatur tinggi.
Kalor yang dilepaskan kondenser: qc = h2 – h3
Qc = ṁ .qc
Dengan : qc
Qc = ṁ .(h2-h3) ………………..(2.2)
= kalor yang dilepas per satuan massa (kJ/kg)
Qc = kapasitas kalor yang dibuang di kondenser (kW) ṁ
= laju aliran massa (kg/s)
h2
= enthalphy refrigeran saat masuk kondenser (kJ/kg)
h3
= enthalphy refrigeran saat keluar kondenser (kJ/kg)
Proses ekspansi terjadi pada alat ekspansi, seperti pada gambar 2.2 titik proses 3-4, dimana tekanan dan temperatur dari refrigeran yang tinggi berasal dari kondenser masuk ke alat ekspansi, yang kemudian diekspansikan sehingga temperatur dan tekanan di refrigeran yang akan masuk ke evaporator menjadi rendah. Katup ekspansi yang digunakan pada air conditioning ini adalah capillary tube atau pipa kapiler. Pipa kapiler merupakan alat pengatur aliran refrigeran yang paling banyak dipakai untuk sistem refrigerasi dan tata udara pada AC window. Pipa kapiler mengatur tekanan dan mengontrol jumlah refrigeran yang mengalir masuk ke evaporator yang sesuai dengan beban evaporatornya. Proses evaporasi terjadi pada evaporator, seperti pada gambar 2.2 titik proses 4-1, yang mana dalam proses ini refrigeran yang mempunyai
10
tekanan dan temperatur rendah, kemudian akan menyerap kalor dari air
yang akan didinginkan dan refrigeran mengalami perubahan fasa dari uap menjadi cair, sehingga dapat tercapai temperatur air yang diinginkan.
Adapun penggunaan shell and coil evaporator sebagai alat evaporasi karena sebagai fungsi awal dari sistem refrigerasi pada air-water system ini yaitu mengkondisikan air agar temperatur air turun dan dapat
mendinginkan koil baik di FCU maupun pada AHU.
Kalor yang diserap di evaporator: qe = h1-h4
Qe = ṁ .qe
Dengan : qe
Qe = ṁ .(h1 – h4)
………………..(2.3)
= kalor yang dilepas per satuan massa (kJ/kg)
Qe = kapasitas kalor yang dibuang di evaporator (kW) ṁ
= laju aliran massa (kg/s)
h1
= enthalphy refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg)
h4
= enthalphy refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg)
Dimana dari semua proses di atas terdapat sebuah media pendingin yaitu refrigeran. Refrigeran adalah suatu zat yang berfungsi menyerap panas dari zat lain yang mempunyai temperatur lebih tinggi. Bahan pendinginan (refrigeran) mudah berubah wujudnya menjadi cair dan dari cair dapat berubah menjadi gas. Perubahan wujud ini terjadi setelah menyerap kalor di evaporator dan melepas kalor di kondensor. Adapun kebanyakan refrigeran yang digunakan pada sistem AC window, yaitu menggunakan refrigeran berjenis R22. Untuk menyatakan performansi atau menunjukkan kerja siklus refrigerasi maka dikenal COP (Coefficient of Performance) dan efisiensi. Nilainya dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut : Rasio kompresi =
Pd Ps
………………..(2.4)
11
dimana :
Pd = Tekanan Discharge (Bar) Ps = TekananSuction (Bar)
COP Carnot =
efek evaporasi kerja kompresi
………………..(2.5)
COP aktual =
Tevaporasi Tkondensasi-Tevaporasi
………………..(2.6)
COPaktual ɳrefrigerasi= COP
x 100 %
………………..(2.7)
Carnot
2.2.2
Subcool
Fungsi dari kondenser adalah merubah wujud refrigeran dari bentuk uap/gas menjadi refrigeran dalam bentuk cair. Proses perubahan dari gas ke cair ini dilakukan dengan membuang kalor yang ada pada refrigeran ke lingkungan sekitarnya pada suhu dan tekanan konstan. Dalam percobaan ini kalor dibuang dengan cara konveksi yaitu meniupkan udara yang mempunyai temperatur lebih rendah dari refrigeran melewati kondenser sehingga terjadi perpindahan kalor. Proses perpindahan kalor ini dimaksimalkan dengan adanya sirip-sirip pada kondenser dan aliran udara yang cukup dan bebas dari hambatan. Proses kondensasi atau perubahan dari wujud gas ke cair ini terjadi dalam pipa kondenser yang terjadi pada kondisi tekanan dan temperatur tetap. Pada sistem refrigerasi yang telah dipelajari sebelumnya, proses kondensasi ini adalah proses dari titik 2 ke titik 3. Pada titik 3 idealnya seluruh refrigeran telah berwujud cair jenuh (saturated liquid). Jika perancangan dan pemilihan ukuran kondenser tidak tepat ataupun sirip-sirip kondenser kotor maka pada ujung kondenser belum tentu semua refrigeran telah berbentuk cair. Suhu/temperatur pada waktu proses
12
kondensasi ini terjadi masih lebih tinggi dari temperatur udara
kondenser menuju TXV melalui strainer masih akan mengalami proses
perpindahan kalor yang akan menurunkan suhu refrigeran lebih rendah lagi dari suhu cair jenuhnya (saturated liquid). Proses penurunan suhu setelah melalui titik saturated liquid ini disebut proses subcooling dan
wujud refrigeran disebut subcooled liquid. Daerah subcooled liquid ini
disekitarnya. Oleh karena itu, refrigeran yang mengalir keluar dari
terletak sebelah kiri dari kurva saturated liquid pada diagram p-h.
Besarnya pendinginan lanjut yang terjadi di kondenser ini dihitung dengan
cara mengurangi temperatur kondensasi dengan temperatur yang terukur di akhir kondenser. Subcooled = Tk– Tsk Dengan :
………………..(2.8)
Tsk = Temperatur saturasi liquid line (℃) Tk = Temperatur kondensasi (℃)
2.2.2
Superheat
Evaporator akan menyerap panas ke dalam sistem. Pada waktu refrigeran mendidih pada temperatur yang lebih rendah dari substansi yang didinginkan, refrigeran tersebut menyerap panas dari substansi tersebut. Evaporator akan menguapkan refrigeran cair ke bentuk gas. Pada akhir evaporator refrigeran sudah dalam bentuk gas sempurna. Tetapi karena gas refrigeran tersebut masih bertemperatur lebih rendah dari lingkungan sekitarnya membuat proses penyerapan kalor masih terjadi. Proses pemanasan lanjutan pada tekanan tetap setelah melampaui temperatur jenuh inilah yang disebut superheat. Proses ini terjadi pada berbagai lokasi dalam sistem refrigerasi, salah satu contoh adalah sebelum refrigeran masuk ke kompresor. Proses superheat ini dimulai setelah refrigeran meninggalkan evaporator dan berlanjut sepanjang suction line sampai masuk ke kompresor. Refrigeran yang keluar dari kompresor sudah pasti mengalami superheat. Besarnya nilai superheat ini dihitung dengan cara mengurangi temperatur
13
sebenarnya dengan temperatur saturasinya. Sedangkan temperatur saturasi
diperoleh dari hasil konversi tekanan dimana pembacaan temperatur dilakukan. Superheat = Tse– Tk
Dengan :
………………..(2.9)
Tsk = Temperatur saturasi suction line (℃) Tk = Temperatur kondensasi (℃)
(nilai superheat dinyatakan dengan satuan absolute Celcius yaitu Kelvin)
Pada p-h diagram, daerah sebelah kanan dari kurva uap/gas jenuh
(saturated vapour) disebut daerah superheated region, pada daerah ini dapat dipastikan semua refrigeran berbentuk gas dengan temperatur yang
lebih tinggi dari suhu uap jenuh (saturated vapour temperature)
2.3
Komponen Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Pada Prototype AirWater System 2.3.1 Komponen Utama Pada sistem refigerasi kompresi uap terdapat empat komponen utama yang wajib digunakan. Jika salah satu komponen tidak ada / tidak digunakan, maka sistem tersebut tidak dapat bekerja sama sekali. Dengan menggunakan empat komponen tersebut kita sudah dapat membuat suatu sistem refrigerasi kompresi uap yang sangat sederhana, tetapi sistemnya tidak dapat bekerja secara normal dan sempurna. Berikut ini adalah penjelasan tentang empat komponen utama pada sistem refrigerasi kompresi uap. 1. Kompressor Kompresor merupakan jantung dari sistem refrigerasi. Cara kerja kompresor adalah menghisap uap refrigeran yang bertekanan rendah dari evaporator dan mengkompresinya menjadi uap bertekanan tinggi sehingga uap akan tersirkulasi.
14
Berdasarkan konstruksinya, maka kompresor dapat dibagi menjadi 5
macam yaitu :
kompresor torak (reciprocating)
kompresor putar (rotary)
kompresor sekrup (screw)
kompresor gulung (scroll)
kompresor sentrifugal (centrifugal)
Berdasarkan letak motornya, ada 3 macam :
hermetic
semi hermetic
open type
Adapun pada rancang bangun sistem refrigerasi pada prototype air-water system ini menggunakan kompresor berjenis rotary. Karena selain merupakan bawaan dari AC window, kompresor rotary ini juga cocok digunakan untuk household refrigerators dan air-conditioning unit yang kecil sebagaimana dibutuhkan oleh prototype air-water system ini. Sebuah kompresor rotary memiliki clearance volume kecil, sehingga efisiensi volumetric lebih besar dan rugi-rugi reexpansion lebih kecil dari kompresor reciprocating. Efisiensi mekanik dari kerja kompresor rotary dengan rasio kompresi 3,5 adalah sekitar 0,87 (Wang, Shan K. 2001, edisi ke-2, hal 11.43)
15
Gambar 2.4 Kompresor rotary
2. Kondenser Kondenser adalah alat perpindahan panas yang berfungsi untuk melepas kalor dari refrigeran yang bertekanan dan temperatur tinggi ke lingkungan sekitar sehingga temperatur refrigeran akan turun. Menurut media / zat yang mendinginkannya, kondenser dapat terbagi menjadi tiga macam, yaitu : 1. Air-Cooled Condenser, 2. Water-Cooled Condenser, 3. Evaporative Condenser, Adapun pada rancang bangun sistem refrigerasi pada prototype air-water system ini menggunakan kondenser berjenis air-cooled condenser. Karena selain merupakan bawaan dari AC window, kondenser jenis ini juga banyak digunakan pada household refrigerators dan air-conditioning unit yang kecil sebagai mana dibutuhkan oleh prototype air-water system ini.
16
Gambar 2.5 kondenser tipe air-cooled condenser
3. Alat Ekspansi (Metering Device) Alat ekspansi (metering device) berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran yang berasal dari kondenser yang menyebabkan tekanannya jauh menurun sehingga temperaturnya pun juga jauh menurun di bawah temperatur udara, ruangan, air atau bahan yang akan didinginkan. Ada 8 jenis alat ekspansi yaitu :
katup ekspansi manual
katup ekspansi otomatik/tekanan konstan
katup ekspansi thermostatik
pipa kapiler
katup apung sisi tekanan rendah
katup apung sisi tekanan tinggi
katup ekspansi thermal elektrik
katup ekspansi elektronik
Adapun alat ekspansi yang digunakan adalah Pipa kapiler yang merupakan alat ekspansi cukup sederhana dan murah, karena konstruksinya hanya dibentuk oleh sebuah pipa kapiler berdiameter kecil dengan panjang tertentu sesuai beban yang akan didinginkan.
17
Gambar 2.6 Pipa kapiler pada sistem refrigerasi prototype air-water system
4. Evaporator
Pada evaporator, refrigeran menyerap kalor dari beban yang didinginkan.
Penyerapan kalor ini menyebabkan refrigeran mendidih dan berubah
wujud dari cair menjadi uap (kalor/panas laten). Evaporator jika ditinjau dari segi konstruksinya dapat dikelompokan menjadi : 1. Evaporator pipa telanjang (bare tube) 2. Evaporator permukaan pelat (plate surface) 3. Evaporator bersirip / rusuk-rusuk (finned) 4. Evaporator tabung dengan pipa (shell and tube atau shell and coil) Evaporator jika ditinjau dari cara kerjanya dapat dibagi menjadi dua : 1.
Evaporator kering (dry or direct evaporator), terdiri dari pipapipa saja
2.
Evaporator banjir (flooded evaporator), terdiri dari tabung dan pipa.
Gambar 2.7 Shell and coil evaporator pada sistem refrigerasi prototype air-water system
18
Adapun pada rancang bangun sistem refrigerasi pada prototype air-water
system ini menggunakan evaporator berjenis shell and coil evaporator. Karena sesuai dengan fungsinya, sistem refrigerasi disini dimaksudkan
untuk mendinginkan air yang akan mendinginkan udara baik pada FCU maupun pada AHU. Dengan kapasitas yang tidak terlalu besar, shell and coil evaporator ini sesuai dengan yang dibutuhkan oleh prototype air-
water system.
Untuk merancang dan membuat sebuah shell and coil evaporator perlu pengetahuan dasar mengenai perpindahan panas. Dimulai dari perhitungan kalor pada beban yang akan didinginkan. Dimana beban total didapat dari jumlah antara beban transmisi, beban pertukaran air, beban air sebagai produk. Qtotal=Qtransmisi +Qpertukaran air +Qproduk ………………..(2.10) Beban tranmisi adalah beban dari air yang dapat didefinisikan melalui persamaan berikut, Q=U A ∆T Dengan :
………………..(2.11)
Q
= beban transmisi (W)
∆T
= selisih temperatur air masuk dan keluar (℃)
A
= luas permukaan (m2 )
U
= koefisien kalor menyeluruh (W/m2 ℃)
Dimana 1 1 X1 X2 1 = + + + U f0 k1 k2 f1
Dengan :
f0 ,f1
………………..(2.12)
= koefisien konveksi thermal (W/m2 .℃)
k1 ,k2 = koefisien konduksi thermal (W/m.℃) x1 ,x2 = tebal bahan (m)
19
Beban pertukanan air adalah beban dari air yang berasal dari beban laten
produk, karena beban pendinginan berupa air sehingga nilainya 0.
Sedangkan beban air sebagai produk adalah beban dari air yang dapat
didefinisikan melalui persamaan berikut,
m Cp ∆T
Dengan :
………………..(2.13)
Q= n ×3600 Q
= beban produk (W)
Cp
= kalor spesifik air (kJ/kg℃)
∆T
= selisih temperatur air masuk dan keluar (℃)
m
= luas permukaan (kg)
n
= waktu yang dibutuhkan (jam)
Adapun untuk merancang panjang pipa sebuah shell and coil evaporator, setelah mengetahui pengetahuan dasar mengenai perpindahan panas, dapat dihitung dengan persamaan 2.11 di atas, Q=U A ∆T Dimana A itu merupakan luas selimut pipa dapat disubsistusikan menjadi, A=
Q U ∆T
keliling lingkaran pipa×panjang pipa= πd×L= L=
Q U ∆T
Q U ∆T
Q U ∆T πd
Sedangkan untuk mengetahui konveksi pada koefisien keseluruhan U diperlukan dasar teori mengenai bilangan Reynold, Prandlt dan Nusselt. Dimana akan dijelaskan dengan persamaan-persamaan berikut:
20
RD =
μ
………………..(2.14)
RD
= bilangan Reynold
um
ρ
= mean fluid velocity (m/s)
d
= diameter (m)
Dimana :
μ
um ρ D
= densitas (kg/m3 )
= viskositas dinamik (Pa.s)
Bilangan Reynold sebagaimana didapat dari perasamaan di atas selain untuk mencari besarnya bilangan Nusselt, juga dapat menjadi acuan bagaimana jenis aliran pada fluida. Nilai bilangan Reynold yang kecil (<2100) menunjukan aliran bersifat laminar, sedangkan nilai yang besar menunjukan aliran turbulen (>4000). Adapun jangkauan bilangan Reynold untuk daerah transisi biasanya berkisar diantara: 2000 < Red < 4000 Bilangan Prandlt juga dibutuhkan untuk menentukan besarnya bilangan Nusselt. Berikut adalah persamaan dari bilangan Prandlt,
Pr= Dimana :
cp μ k
………………..(2.15)
Pr
= bilangan Prandlt
cp
= kalor spesifik (kJ/kg.℃)
k
= konduktifitas termal (W/m.℃)
μ
= viskositas dinamik (Pa.s)
Dari bilangan Reynold dan Prandlt di atas, juga dari sifat aliran yang terbentuk berdasarkan bilangan Reynold, dapat digunakan untuk mencari bilangan Nusselt. Refrigeran sebagai fluida yang mengalir dalam pipa tembaga yang berbentuk helical dapat menciptakan sebuah aliran paksa yang turbulen. Berikut konveksi paksa dalam pipa helical untuk aliran turbulen yang disarankan oleh Shah dan Joshi,
21
NuD =
4.343 3.66+ a
3
ReD (D⁄C)1/2 +1.158 b
3/2 1/3
μ μs
0.14
………………..(2.16)
Dimana :
NuD = bilangan Nusselt μs
= viskositas fluida pada mean temperature (Pa.s)
a
= (1+
b
=1+
927(C/D) Re2D Pr
)
0.477 Pr
Sedangkan air yang mengalir dalam shell merupakan aliran menyilang silinder. Karena, air yang masuk ke dalam shell alirannya akan menyilang melewati pipa tembaga yang dibentuk helical seperti pada gambar 2.8 dibawah.
Gambar 2.8 Aliran air pada shell
Fand menunjukan bahwa koefisien perpindahan kalor dari zat cair ke silinder dalam aliran silang dapat diberikan dengan rumus sebagai berikut, NuD = 0,35+0,56 ReD 0,52 Pr0.3………………..(2.18)
22
Sehingga koefisien konveksi perpindahan kalor h (W/m2 .℃) dari kedua
fluida yaitu air dan refrigeran dapat diketahui dengan menggunakan persamaan,
NNu =
hd k
atau h=NNu
k d
………………..(2.19)
2.3.2 Komponen Pendukung
Komponen pendukung mekanik adalah komponen tambahan yang
fungsinya sebagai pelengkap dan alat ukur / kontrol pada sistem agar sistem dapat berjalan dengan normal. Komponen pendukung mekanik yang digunakan dalam air conditioning system ini adalah:
1. Thermostat Kegunaan alat ini adalah untuk mengatur temperatur beban agar dapat dipertahankan pada temperatur yang konstan pada batas temperatur yang telah ditentukan. Alat tersebut secara otomatis dapat memutuskan dan menghubungkan kembali arus listrik dari sakelar magnetik ke kompresor. Adapun deferensial dari sakelar kontrol temperatur adalah perbedaan antara membuka dan menutupnya kontrol listrik. Bila dilihat dari display thermostat terdapat beberapa jenis dari thermostat yaitu jenis analog thermostat dan digital thermostat. Adapun pada rancang bangun sistem refrigerasi pada prototype airwater system ini menggunakan thermostat berjenis analog. Karena dengan menggunakan digital thermostat ini yang fungsinya pengatur temperatur menjadi lebih tepat dan akurat.
23
Gambar 2.9 Digital thermostat
2. Sigh Glass Sight glass berfungsi untuk melihat apakah refrigeran yang melewati sight glass benar-benar cair atau untuk melihat cukup
tidaknya refrigeran yang mengalir di dalam sistem, menunjukan apakah dalam refrigeran terdapat uap air terlihat dari indikator warna pada sight glass tersebut.
Gambar 2.10 Sigh glass
3. Stainer Stainer berfungsi untuk menyaring refrigeran dari kotoran dan mengeringkan refrigeran dengan cara menyerap uap air yang terkandung dalam refrigeran. Didalam Stainer terdapat silica gel yang berfungsi sebagai penyerap uap air dan screen yang terdiri dari kawat yang sangat halus yang berfungsi sebagai penyaring kotoran.
24
Gambar 2.11 Air filter stainer
4. Accumulator
Alat ini berfungsi sebagai penampung sementara refrigeran cair
bertemperatur rendah dan bercampur minyak pelumas evaporator. Selain itu, accumulator juga berfungsi mengatur sirkulasi aliran bahan refrigeran agar bisa keluar masuk melalui saluran yang
terdapat di bagian atas accumulator menuju ke saluran isap kompresor.
Gambar 2.12 Accumulator
5. Pressure Gauge Pressure gauge atau disebut juga manifold gauge, adalah alat bantu mekanik yang berfungsi sebagai penunjuk tekanan kerja pada sistem, namun tekanan yang diukur bukan tekanan absolute melainkan adalah tekanan gauge. Manifold gauge ini terdiri dari 2 jenis, yaitu high pressure gauge dan low pressure gauge.
25
Gambar 2.13 High dan low pressure gauge
2.2.3 Komponen Pendukung Kelistrikan
Komponen pendukung kelistrikan adalah alat yang prinsip kerjanya menggunakan daya listrik sebagai power penggeraknya. Alat kontrol ini nantinya hanya akan mengalir sistem kelistrikan.
Gambar 2.14 Komponen pendukung kelistrikan
1. MCB (Main Circuit Breaker) MCB adalah suatu alat yang digunakan untuk pengaman terhadap beban lebih atau arus hubung singkat. Jika terjadi arus beban lebih atau hubung singkat, MCB ini akan bekerja memutuskan rangkaian dari sumber tegangan.
26
2. Volt Meter
Alat ini berfungsi untuk mengukur besarnya tegangan listrik yang dipakai pada sistem. Dalam hal ini besaran listrik biasanya yang
biasa digunakan ± 220 volt.
3. Ampere Meter
Alat ini berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik, pada
sistem.
4. Pilot Lamp Pilot lamp digunakan sebagai indikator bahwa sistem atau komponen yang dihubungkan paralel dengannya sudah bekerja.
5. Line Up Terminal Line up terminal pada dasarnya hanya berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari dan menuju alat-alat kontrol. Alat ini memudahkan kita untuk menghubungkan kabel yang terlalu banyak jumlahnya. 6. Kapasitor kompresor Kapasitor kompresor digunakan pada saat kompresor memulai starting, sehingga dapat dengan mudah untuk memulai running. 7. Kapasitor fan kondenser Kapasitor fan kondenser sama fungsinya dengan kapasitor untuk kompresor, yang mana digunakan pada saat fan kondenser memulai starting, sehingga dapat dengan mudah untuk memulai running.
27
