RINGKASAN DAN SU~ThfARY

RINGKASAN DAN SU~ThfARY

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan numerik untuk mengkaji pengaruh gap ratio (SID) 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 1. 05--1.20 dan variasi panjang pipa kapiler 2.5-3.5 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 -1.20 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 -1. 20. 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 4. 20 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 3.61. Sedangkan COP terendah terjadi pada pipa kapiler 2.5 m dengan gap ratio 1.05 sebesar 2.95.

sebagai alat ekspansi, dihasilkan COP sistem tertinggi yang mencapai -+. 67. Sedangkan

COP terendah terjadi pada pipa kapiler 2.5 m dengan gap ratio 1.05 sebesar 2.95.

Hasil penelitian numerik untuk vertical channel menunjulckan bahwa pada SID

1.05-.J. 20 untuk panjang pipa kapiler yang sama, diperoleh laju perpindahan panas kondensor

(lfkorrJJ yang meningkat. Pada SID 1.05-2.10 dengan panjang pipa kapiler 3m,

menzmjukkan q1cond meningkat cukup signifikan. Local Nusselt m1mber {Z..iua) di permukaan

wbr1 mempunyai peningkatan besar pada 8

=

0-1800 di sisi dinding konveksi. Sedangkan

distribusi tangential velocity (vJ menunjukkan peningkatan yang cukup besar. Dimana

pada SID 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 SID 2.IO 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 SID 3. I 5-..: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 (SID

=

1,05- 2,10) mengalami peningkatan yang tajam, hal ini disebabkan karena pada

gap ratio SID = 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 SID= 2.10.

Sedangkan pada gap ratio (SID

=

3, I 5 - -1, I 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

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 (SID= 1.05- 1.10) memmjukkan gradien penurunan laju perpi,.dahan panas

pel at lebih curam bila dibandingkan dengan gap ratio anwra 2.10 - ~ 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

=

2.10--+. 20) 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 3.0

- 3.5 m, dimana laju a/iran massa refrigeran /ebih /cecil dan tekancm discharge dan

suction mengalami penurunan akibatnya kerja yang diberikan Ice 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 Ice 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

remperatur tube maka panas yang dilepas oleh kondensor akan semakin besar. Sedangkan

pada penambahan panjang pipa kapiler yaitu 3. 0 - 3. 5m 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 SID 1. 05-2.10 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 SID 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 Ice 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 (Nu₈₎ 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.

CAP AlAN INDIKA TOR KINERJA

Melalui penelitian yang telah dilaksanakan selama 3 tahun dengan periode 2004 sampai dengan 20D6 maka diperoleh heberapa capaian indikator kinerja yang terdiri atas:

CAPAIAl~' Tahun INDIKJ\.TOR KINERJA _2{)0-t 2005

_I

2006 I Perala tan

I

4 Prototype 4 Prototype

I

2 Prototype 1 sistem refri. l sistem refri. l sistem refri.

Lulusan S2

I

4 orang 2 orang

I

(In 2 orang oro!ITess) Deseminasi 2 makalah 5 rnakalah

I

2 rnakalah Jurnal

I

1 makalah

I

I 2 makalah

I

2 makalah (In print)

HAKI

-

-

_I

Submitted