RINGKASAN DAN SU~ThfARY

Transkripsi

1 RNGKASAN DAN SU~ThfARY Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan numerik untuk mengkaji pengaruh gap ratio (SD) pada kondensor dan panjang pipa kapi!er (LJcop) pada unit refrigerasi (kulkas) terhadap karakteristik aliran dan perpindahan panas konveksi alamiah Kondensor dengan dua puluh array rube isotermal rersusun in-line menempel dinding konveksi dalam vertical channel dan enclosure. Eksperimen dilakukan pada variasi gap ratio dan variasi panjang pipa kapiler m dengan memakai refrigeran R-12 pada sistem refrigerasi yang menggunakan kompresor berkapasitas pendinginan 1/3 hp. Kondensor dil~rakkan menempel dinding konveksi. Studi numerik dilakukan menggunakan data dari hasil eksperimen. Selanjutnya dengan software Fluenr 6.2 unruk mendapatkan kara!aeristik a/iran udara dan perpindahan panas. Pembahasan meliputi velocity velaor, disrribusi kecepatan udara, tangential velocity dan local Nusselt number. Hasil eksperimen pada vertical channel memmjukkan bahwa unwk sedap panjang pipa kapiler yang digunakan, perubahan gap ratio dari 1.05 hingga menghasilkan peningkatan laju pelepasan panas kondensor. Peningkatan tersebut dirandai dengan semaf...:in rendahnya temperatur refrigeran keluar kondensor. Fenomena ini berlangsung karena terjadinya peningkatan laju a/iran udara yang melewati vertical ciwnnel menghasilkan peningkatan. laju pelepasan panas ke udara dalam saluran lebih besar dibandingkan penurunan. laju pelepasan panas yang terjadi dari pelat ke udara sekitar. Meningkatnya laju a/iran udara ddlam saluran disebabkan oleh semaf...:in berkurangnya pressure drop aliran 'udara yang terjadi dalam saluraii. Peningkatan laju pelepasan panas kondensor terbesar terjadi pada gap ratio 1.05 hingga 2.10 yang mencapaf 6%. Sedangkan laju pelepasan panas kondensor tertinggi terjadi pada gap ratio Peningkatan gap ratio dari 1.05 menjadi 2.10 menghasilkan penurunan laju perpindahan panas pelat sekitar 7%. Sedangkan laju pelepasan panas lee udara dalam saluran meningkat sebesar 8% - 10%. Sementara itu, peningkatan gap ratio dari 2.10 hingga hanya mengakibatkan penurunan laju perpindahan panas pelat sekitar 2% - 4%. COP sistem mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya gap ratio. Sementara itu. perubahan panjang pipa kapiler dari 2.5 m hingga 3.5 m menghasilkan penurunan laju pelepasan panas kondensor. Untuk setiap gap ratio, laju pelepasan panas kondensor terbesar rerjadi pada pipa kapiler 2.5 m. Fenomma ini dikarenakan semakin rendahnya temperatur kondensasi refrigeran dengan bertambahnya panjang pipa kapiler yang digunakan. Penurunan temperatur kondensasi rersebut menghasilkan penurunan gradien temperarur antara tube kondensor dengan udara dalam salw an dan juga antara pelat dengan udara sekitar. Hal ini membawa dampak terhadap penurunan buoyancy force a/iran yang dapat diketahui dari bilangan Rayleigh yang semakin rendah. LC'.ju pelepasanpanas kondensor rertinggi dicapai pada penggunaan pipa kapiler 2.5 m dan terendah pada 3.5 m. Penambahan panjang pipa kapiler berpengaruh terhadap peningkatan COP sistem. Peningkatan ini disebabkan per.uruncm kerja kompresor yang lebih besar dibandingkan penurunan laju penyerapan panas di evaporator. Pada instalasi sistem refrigerasi yang menggunakan pipa kapiler 3.5 m sebagai alat ekspansi, dihasilkan COP sistem teriinggi yang mencapai Sedangkan COP terendah terjadi pada pipa kapiler 2.5 m dengan gap ratio 1.05 sebesar

2 sebagai alat ekspansi, dihasilkan COP sistem tertinggi yang mencapai Sedangkan COP terendah terjadi pada pipa kapiler 2.5 m dengan gap ratio 1.05 sebesar Hasil penelitian numerik untuk vertical channel menunjulckan bahwa pada SD J. 20 untuk panjang pipa kapiler yang sama, diperoleh laju perpindahan panas kondensor (lfkorrjj yang meningkat. Pada SD dengan panjang pipa kapiler 3m, menzmjukkan q1cond meningkat cukup signifikan. Local Nusselt m1mber {Z..iua) di permukaan wbr1 mempunyai peningkatan besar pada 8 = di sisi dinding konveksi. Sedangkan distribusi tangential velocity (vj menunjukkan peningkatan yang cukup besar. Dimana pada SD 1.05 terjadi blockage effect yang kuat sehingga karakteristik a/iran diantara wbe didominasi oleh recirculation. Hal ini berdampak kepada gradien temperatur yang kecil dan tangential velocity (vj yang sangat lambat. Pada SD 2.O blockage effect berkurang drasris. sehingga mampu menghasilkan a/iran udara yang cepat melintasi bagian dalam channel. Hal ini berdampak positif, menyebabkan tangential velocity (vj meningkat pesat dan.. menurunkan disrribusi temperatur dengan gradien yang curam. Sedangkan pengaruh perubahan SD :1.20 menunjukkan qtwnd meningkat dengan gradien yang sangat landai. Local iyusselr number (Z..iua) mengalami peningkatan yang kecil dimana pengaruh dinding konveksi semakin berkurang. Sedangkan disrribusi tangential velocity (vj menunjukkan peningkatan yang sangat kecil. Karakter a/iran cenderung sama, udara mengalir ke atas melinrasi bagian dalam channel. Kecepatan a/iran udara lebih tinggi pada sisi dinding adiabatis disebabkan oleh gaya bouyancy yang lebih besar. - Sebaliknya hasil eksperimental pada enclosure menunjui:kan bamva semakin besar gap ratio dengan panja~g pipa kapiler yang tetap, maka laju perpindaha!f.panas... Q kondensor" Q evaporator, Q pelat dan COP serta harga effectivness semakin kecil. Sedc;_mgkan untuk kerja kompresornya tidak mengalami perubahan karena tidak berubahnya temperatur kondensasi di kondensor dan temperatur evaporasf di evaporator sehingga per5edaan entalpi antara refrigeran keluar dan masuk kompresor juga tidak berubah. Selafn itu perubahan gap ratio juga tidak mempengaruhi laju alir massa refrigeran. Perubahan gap ratio mempengaruhi besarnya temperatur tube rerata kondensor dalam enclosure. Gradien temperatur rerata tube kondensor pada gap ratio yang kecil (SD = 1,05-2,10) mengalami peningkatan yang tajam, hal ini disebabkan karena pada gap ratio SD = 1.05 sirkulasi aliran udara disekitar tube kondensor dalam enclosure semakin cepat, sehingga panas yang dilepaskan kondensor naik yang mengakibatkan remperatur permukaan tube lebih rendah bila dibandingkan dengan gap ratio SD= Sedangkan pada gap ratio (SD = 3, , 0) gradien kerr.aikan temperatur rerata tube kondensor lebih landai. Hal ini dikarenakan sirkulasi a/iran udara dalam enclosure semakin rendah akibat luasan volume enclosure yang semakin besar sehingga panas yang dilepaskan ke dinding konveksi berkurang dan temperatur permukaan tube kondensor menjadi lebih besar. Pengaruh jarak antara tube kondensor dengan dinding adiabatik mulai tidak berpengaruh yang ditunjukkan dengan melemahnya sirkulasi a/iran udara yang mengalir di dalam enclosure. Dengan demikian panas yang dilepaskan oleh tube rerata kondensor relatif tetap sehingga laju perpindahan panas ~ndensor menjadi relatif tetap. Untuk gap ratio kecil maka kapasiras re.frigerasi akan naik akibat dari temperatur keluaran kondensor yang turun. Sehingga pada temperatur evaporator yang konstan akan rnenghasilkan dampak re.frigerasi yang besar, sehingga kapasitas refrigerasin,va juga lll

3 besar. Peningkatan gap ratio mengakibatkan harga Nusselt mengalami penurunan, dimana pada gap ratio yang /cecil terjadi penurunan yang tajam, hal ini mengambarkan bahwa jarak antara tube dengan dinding konveksi sangat berpengaruh terhadap perpindahan panas yang ditandai dengan meningkatnya sirkulasi udara dan vortex yang terjadi se_makin besar sehingga proses perpindahan panas dari permukaan rube ke dinding konveksi menjadi lebih b.csar dan bilangan Nusselt juga il..:ut besar. Peningkatan gap rario akcm menurunkan laju alir panas J ang dilepas pelat. Untuk gap ratio (SD= ) memmjukkan gradien penurunan laju perpi,.dahan panas pel at lebih curam bila dibandingkan dengan gap ratio anwra ~ 20. Hal ini disebabkan karena adanya sirkulasi aliran udara di dalam enclosure dan sirkulasi udara antara rube kondensor _1,;ang cepat serra pengaruh pendinginan udara di luar pelat, sehingga panas yang dilepaskan oleh pelat ke linglcungan sekiwr semakin besar. Untuk peningkatan gap rario (S.D = ) mengakibatkan gradien laju perpindahan panas pelat tidak berubah. Pengaruh jarak antara rube lcondensor dengan dinding adiabaris sudah tidak berpengaruh yang dinmjukkan dengan melemahnya sirkulasi udara )iang mengalir di dalam enclosure dan sirkulasi aliran udara yang terjadi semakin berkurang. Panas yang dilepaskan oleh tube kondensor ke dinding konveksi terap dengan perubahan gap ratio, sehingga laju perpindahan panas pelat relatiftetap. Penambahan panjang pipa kapiler pada enclosure mengalcibatkan tekanan suction dan discharge kompresor menurun sehingga laju alir massa refrigeran /cecil akibat dari massa jenis refrigerant ~vang masuk kompresor /cecil. Sedangkan laju perpindahan panas lcondensor terbesar te1jadi pada gap ratio kecil dan pada panjang pipa kapiler yang. pendek. Penambahan panjang pipa kapiler mengakibatkan harga Q lcondensor,... Qevaporator, Q pelat. W kompresor dan harga effectivness menurun retapi harga COP mengalami kenaikan. Dengan memvariasikan panjang pipa kapiler mangakibatkan terjadinya perubahan remperatur dan. tekanan di evaporator, sehingga laju perpindahan panas evaporator juga berubah. Pada pipa lcapiler yang pendelc (2,5 m) terjadi kenai/can temperatur dan tekanan di evaporator serta kenai/can tekanan dan temperatur di kondensor akibat dari tekanan discharge dan suction kompresor mengalami kenaikan. Sedanglcan untuk pipa kapiler yang panjang (3.5m) temperarur dan telcanan evaporator lebih /cecil bila dibandingkan dengan pipa kapiler yang pendek, sehingga untulc panjang pipa kapiler 3.5m laju perpindahan panas evaporator lebih /cecil. Pada pipa lcapiler yang pendek (2.5m), laju alir massa refrigeran menjadi lebih besar sehingga tekanan discharge dan suction mengalami peningkawn. Akibatnya refrigeran yang masuk ke silinder kompresor menjadi lebih besar sehingga lcompresor bekerja dengan berat yang berdampalc pada kerja yang diberilcan oleh kompresor ke refrigeran lebih besar, selain itu efek refrigerasi menjadi lebih /cecil. Berbeda dengan pipa kapiler m, dimana laju a/iran massa refrigeran /ebih /cecil dan tekancm discharge dan suction mengalami penurunan akibatnya kerja yang diberikan ce re.frigeran lebih /cecil tetapi dampak refrigerasi yang terjadi lebih besar. Dengan demikian harga COP akan semalcin nailc dengan bertambahnya panjang pipa kapiler. Perubahan par.jang pipa kapiler mempenganthi temperatur perrmtkaan tube kondensor. Dimana pada pipa lcapiler yang pendelc (2,5m). volume gas yang masulc ce silinder kompresor menjadi lebih besar sehingga laju a/iran massa refrigeran menjadi lebih tinggi. Hal ini mengakibatlcan peningkatan temperatur permukaan tube kondensor yang diikuti oleh peningkatan rekanan kondensor dan evaporator. Dengan meningkatnya V

4 remperatur tube maka panas yang dilepas oleh kondensor akan semakin besar. Sedangkan pada penambahan panjang pipa kapiler yaitu m volume refrigeran yang dihisap o.leh kompresor menjadi lebih kecil yang mengafdbatkan penurunan tekanan kondensor dan evaporalor sehingga temperatur permukaan tube kondensor menjadi kecil dan panas yang dilepas oleh kondensor akan semakin menurun. Peningkatan pipa kapiler juga akan menurzmkan laju alir panas yang dilepas pelae Perubahan panjang pipa kapiler memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap laju perpindahan panas kondensor dibandingkan dengan perubahan gap ratio. Sebaliknya hasil numerik pada enclosur~ memm.fukkan bahwa peningkatan gap ratio pada panjang pipa kapiler yang sama, mengakibatkan laju perpindahan panas semakin menurun. Pada SD mengakibatkan pemtnmcm laju perpindahan panas yang signifikan. L'v"usselt number lokal yang terjadi dipermukaan tube menunjukkan perubahcm. vano- cukup besar pada 8 = 0-18f1' disisi dinding konveksi. Sedangkan kecepatan.:;, rangensial pada permukaan tube terjadi perubahan yang signifikan. Dimana pada S/D!.05 walaupun kecepatan tangensial lambat akibat blockage a/iran tetapi gradien temperatur yang terjadi sangat besar. Pada SD 2.10 menghasilkan tangential velocity di permukaan tube lebih besar tetapi gradien temperatur lebih kecil. Karafaer aliran yang terjadi pada gap ratio 1.05 dan 2.10 masih didominasi oleh a/iran yang berputar (vorceks) di antara tube. Pengaruh perubahan gap ratio 3.15 ke.:1. 20, terjadi penurunan laju perpindahan panas yang sangat kectl. Sedangkan perubahan Nusselt number laical yang terjadi dipermukaan tube cenderung merata dimana pengaruh dinding konveksi mulai berkurang. Pengaruh perubahan penampang aliran anwra tube dengan dinding vertikal akibat membesarnya gap ratio dart 3.15 sld 4.20 cidak memberikan perubahan yang besar terhadap tangential velocity yang terjadi di permukaan tube. Karakter aliran cenderung sama, yaitu udara bebas bergerak dari bagian bawah enclosure ce alas di sisi dinding adiabatis akibat gaya bouyancy (density kecil) dan sebalif..:nya pada dinding konveksi al.:-ibat gaya grafitasi (density besar). Untuk pengaruh peningkatan panjang pipa kapiler dart 2.5 m menjadi 3.5m mengakitbatkan siklus re.frigerasi bergeser ke kiri bcr.vah, karena terjadinya penurunan tekan dan temperatur kerja refrigeran. Konsekuensinya laju perpindahan panas mengalami penurunan dengan gradien yang curam. Disrribusi.local Nusselt number (Nu 8 ) mengalami penurunan yang cukup besar. Pola a/iran udara relatif sama, tetapi intensitasnya sedikit menurun dengan meningkamya panjang pipa kapiler. Profil temperatur udara gap tube mempunyai pola yang serupa untuk variasi panjang pipa kapiler. Namun harganya mengalami penurunan yang besar, af..:ibat memtnmnya temperatur operasi dari sistem refrigerasi. Kata kunci: Konveksi alamiah, kondensor, vertical channel. gap ratio, pay'.jang pipa kapiler. local i'iusselt number. \'

5 CAP AlAN NDKA TOR KNERJA Melalui penelitian yang telah dilaksanakan selama 3 tahun dengan periode 2004 sampai dengan 20D6 maka diperoleh heberapa capaian indikator kinerja yang terdiri atas: CAPAAl~' Tahun NDKJ\.TOR KNERJA 2{)0-t Perala tan 4 Prototype 4 Prototype 2 Prototype 1 sistem refri. l sistem refri. l sistem refri. Lulusan S2 4 orang 2 orang 2 orang (n oro!tess) Deseminasi 2 makalah 5 rnakalah 2 rnakalah Jurnal 1 makalah 2 makalah 2 makalah HAK - - (n print) Submitted V