EVAPORATOR dan KONDENSOR

Evaporator dan kodensor umumnya berbentuk pipa. Perpindahan panas terjadi dari refrigeran ke dinding dalam ke dinding luar lalu ke zat pendingin. Tidak semua panas refrigeran dapat diserap oleh zat pendingin karena adanya koefisien pindah panas pada dinding pipa. Koefisien pindah panas ini dihitung dengan persamaan:

denganUo= koefisien pindah panas keseluruhan (W/m2K) ho= koefisien pindah panas di dalam pipa (W/m2K) hi= koefisien pindah panas di luar pipa (W/m2K) x= tebal pipa (m) Ao= luas pipa luar (m2) Am= luas rata-rata pipa (m2) Ai= luas pipa dalam (m2)Jika cairan berada di dalam pipa, maka koefisien pindah panas di dalam pipa dihitung dengan:denganh= koefisien konveksi (W/m2K) D= diameter dalam pipa (m) k= konduktifitas termal fluida (W/mK) V= kecepatan aliran fluida (m/det) = rapat massa fluida (kg/m3) = viskositas fluida (Pa.detik) cp= panas jenis fluida (J/kgK)

Padaheat exchangerdengan fluida yang berbeda (cairan dan gas), karena perbedaan nilai koefisien konveksi, maka akan terjadi perbedaan perpindahn panas. Untuk mengantisipasi hal ini, pipa pada bagian fluida yang berupa gas, diperluas permukaannya dengan penambahan sirip (fin). Karenanya, persamaan koefisien pindah panas keseluruhan ditulis kembali menjadi:

denganhf= koefisien konveksi udara (W/m2K) Ap= luas pipa antara sirip (m2) Ae= luas sirip (m2) = efektifitas sirip efektifitas siripbardihitung dengan persamaan:denganL= panjang sirip (m) k= konduktifitas bahan sirip (W/m) y= setengah dari tebal sirip (m) atau menggunakan grafik di bawah. Grafik di bawah digunakan untuk sirip lingkaran. Pada sirip persegi, luasan sirip persegi diubah menjadi luasan srip lingkaran untuk mendapatkan diameter sirip.

Contoh soal: berapakah efektifitas sirip pada sirip persegi yang terbuat dari alumunium setebal 0.3 mm yang disisipkan pada pipa dengan berdiameter luar 16 mm jika jarak vertikalnyanya 50 mm dan jarak horizontalnya 40 mm. Koefisien pindah panas udara 65 W/m2K, dan konduktifitas alumunium 202 W/mK.Jawab: sirip persegi ini mempunyai luas area yang sama dengan sirip lingkaran berdiameter 50,4 mm. Setengah tebal dari sirip, y = 0.15 mm.

46.3 m-1(re - ri)M = (0.0252-0.008)(46.3) = 0.8 dari grafik diketahui, untuk (re - ri)M = 0.8 dan (re - ri) = 25.2/8 =3.15, efektifitas sirip adalah 0.72

KondensorBerdasarkan zat pendingin yang digunakan, kondensor dibedakan menjadi kondensor berpendingin udara dan air. Sedangkan menurut konstruksinya, kondensor berpendingin air dibagi menjadi shell and tube, double pipe, dan shell and coil condensor. Pada kondensor udara, dibedakan menjadi kondenser dengan aliran udara paksa dan alami. Di bawah adalah gambar beberapa jenis kondensor.

Laju perpindahan panas pada kondensor adalah fungsi dari kapasitas refrigerasi dan suhu evaporasi serta suhu kondensasi. Kondensor harus dapat membuang panas yang diserap di evaporator dan yang ditambahkan di kompresor. Istilah yang umum digunakan untuk menunjukkan tingkat perpindahan panas dari kondenser ke evaporator adalah rasio pelepasan panas (heat rejection ratio) yang dihitung dengan persamaan:namun rasio perpindahan panas ini kurang tepat karena tidak memperhitungkan kerja kompresi. Nilai rasio perpindahan panas ini juga dapat dihitung dengan bantuan grafik di bawah.

Pada kondensor, terjadi kondensasi pada uap yang mengembun di luar pipa. Koefisien kondensasi yang terjadi di luar pipa dihitung dengan persamaan:

denganhct= koefisien kondensasi (W/m2K) g= percepatan gravitasi (m/s2) = rapat massa fluida (kg/m3) hfg= kalor laten penguapan (J/kg) = viskositas kondensat (Pa.detik) t= perbedaan suhu antara kondensat dan pipa (K) N= jumlah pipa dalam baris vertikal D= diameter luar pipa (m) saat kondensor berpendingin air telah digunakan selama beberapa waktu, akan terjadi pengendapan pada pipa karena adanya kotoran pada fluida yang mengalir. Pengendapan ini akan mengurangi proses pindah panas dan besarnya disebutsebagaifouling factorBeberapa perusahan menetapkanfouling factorsebesar 0.000176 m2K/W. Koefisien pindah panas keseluruhan ditulis ulang menjadirefrigeran berada dalam keadaan superheat, sebaran suhu digambarkan pada grafik dibawah. Karena perbedaan penurunan suhu ini, beda temperatur antara refrigeran dan pendingin dihitung dengan persamaan:

Contoh soal:1. Tentukan luasan yang diperlukan bagi kondensasi R-22 dengan kapasitas 80 kW dengan pendingin udara. Suhu evaporasi 50C dan suhu kondensasi 450C. Air masuk pada suhu 300C dan keluar pada suhu 350C. Kondenser dengan 42 pipa akan digunakan dengan penempatan pipa seperto gambar. Tentukan panjang pipa jika diameter dalam dan luar pipa adalah 14 dan 16 mm.Jawaban: penyelesaian desain ini sebagai berikut: tentukan tingkat perpindahan panas yang diinginkan, koefisien pindah panas masing-masing dan keseluruhan, lalu hitung luasan dan panjang pipa yang dibutuhkan.Laju perpindahan panas, dari gambar 1, dengan asumsi menggunakan kompresor hermetik, tingkat perpindahan panas pada suhu kondensasi 450C dan suhu evaporasi 50C adalah 1.27. Laju perpindahan panas pada kondesorqadalah

koefisien kondensasi dihitung dengan persamaan (8-7)densitas dan kalor laten penguapan pada 450C bisa dilihat pada tabel kalor laten penguapankonduktifitas dan viskositas dari refrigeran cair 450C dilihat dari tabel 5.5 k= 0.0779 W/m.K, = 0.000180 Pa.s, jumlah rata-rata pipa pada baris vertikal adalahbeda suhu antara uap dan pipa belum diketahui, karenanya tdiasumsikan 5K dan nilai ini diperbaiki jika nanti perlu;= 1528 W/m2KTahanan logam. Konduktifitas tembaga adalah 390 W/mK dan resistansi pipa adalah

fouling factor = 0.000176 m2K/W

koefisien pindah panas dari air. Laju aliran air yang dibutuhkan untuk menyerap panas dari kondensor dengan kenaikan suhu dari 300C menjadi 350C adalahdan laju aliran volumenya adalahkecepatan air melalui pipaVadalahpersamaan (2) dapat digunakan untuk menghitung koefisien pindah panas air dengan menggunkan sifat 320C. = 995 kg/m3 = 0.000773 Pa.det cp= 4190 J/kgK k= 0.617 W/mKhw=1.014(27030)0.8(5.25)0.4=6910 W/m2K koefisien pindah panas keseluruhan977 W/m2KBeda temperatur logaritmik adalah12.33 0CAo=8.43 m2Panjang pipa =4.0 m