studi eksperimen dan numerik pengaruh gap ratio dan

STUDI EKSPERIMEN DAN NUMERIK
PENGARUH GAP RATIO DAN PANJANG PIP A KAPILER
PADA UNIT REFRIGERASI TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN
PERPINDAHAN PANAS KOND.ENSOR
ABSTRAK
Penelitian eksperimen dan numerik untuk mengkaji pengaruh gap ratio (SID) pada
kondensor dan panjang pipa kapiler pada unit refrigerasi (kulkas) terhadap karakteristik
a/iran dan perpindahan panas konveksi alamiah. Kondensor dengan dua puluh array tube
isotermal tersusun in-line dalam vertical channel dan enclosure.
Eksperimen dilakukan pada variasi gap ratio 1.05-4.20 dan variasi panjang pipa
kapiler 2.5-3.5 m dengan memakai refrigeran R-12. Kondensor terdiri atas 2 type yaitu
type llzD dan type D. Studi numerik dilakukan menggunakan data dari hasil eksperimen
dengan software Fluent 6. 0 guna mendapatkan karakteristik a/iran udara dan
perpindahan panas. Pembahasan meliputi velocity vektor~ distribusi kecepatan udara,
tangential velocity dan local Nusselt number.
·Hasil penelitian eksperimen maupun numerik untuk vertical channel menunjukkan
bahwa pada SID 1.05-4.20 untuk panjang pipa .kapilerayang sama, diperoleh laju
perpindahan panas kondensor (qkon~ yang meningkat. .Pada SID 1.05-2.10 dengan
panjang pipa kapiler 3m pada kondensor type D, menunjukkan qkond meningkat cukup
signifikan sebesar 3.40 %. Local Nusselt number (Nue) di permukaan tube mempunyai
peningkatan besar pada B = 0-18rf di sisi dinding konv.eksi. Sedangkan distribusi
tangential velocity (vJ menunjukkan peningkatan yang cukup besar. · Dimana pada SID
1.05 terjadi blockage effect yang kuat sehingga kar-akteristik a/iran diantara tube
didominasi oleh recirculation. Hal ini berdampak kepada gradien temperatur yang kecil
dan tangential velocity (vJ yang sangat lambat. Pada SID 2.10 blockage effect berkurang
drastis, sehingga mampu menghasilkan a/iran udara yang cepat melintasi bagian dalam
channel. Hal ini berdampak positif, menyebabkan tangential velocity (vJ meningkat pesat
dan menurunkan distribusi temperatur dengan gradien yang curam. Sedangkan pengaruh
perubahan SID 3.15-4.20 menunjukkan qkond meningkat dengan gradien yang sangat
landai sebesar 0.06%. Local Nusselt number (Nue) mengalami peningkatan yang kecil
dimana pengaruh dinding konveksi semakin berkurang. Sedangkan distribusi tangential
velocity (vJ menunjukkan peningkatan yang sangat kecil. Karakter a/iran cenderung sama,
udara mengalir ke atas melintasi bagian dalam channel. Kecepatan a/iran udara lebih
tinggi pada sisi dinding adiabatis disebabkan oleh gaya boyancy yang lebih besar. Secara
umum, laju perpidahan panas pada kondensor type D lebih tinggi 2.12% dibandingkan
dengan kondensor type liz D.
Sebaliknya hasil eksperimen dan numerik pada enclosure menunjukkan bahwa
peningkatan gap ratio pada panjang pipa kapiler yang sama, mengakibatkan laju
perpindahan panas semakin menurun. Pada SID 1.05-2.10 pada kondensor type D
mengakibatkan penurunan laju perpindahan panas yang signifikan sebesar 12.13%.
Nusselt number lokal yang terjadi dipermukaan tube menunjukkan perubahan yang cukup
besar pada 8 = rf-1800 disisi dinding konveksi. Sedangkan kecepatan tangensial pada
11
permukaan tube terjadi perubahan yang signifikan. Dimana pada SID 1. 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. Karakter a/iran yang terjadi pada gap ratio
/.05 dan 2.10 masih didominasi oleh a/iran yang berputar (vorteks) di antara tube.
Pengaruh perubahan gap ratio 3.15 ke 4.20, terjadi penurunan laju perpindahan panas
yang sangat kecil sekitar 1.45%. Sedangkan perubahan Nusselt number lokal yang terjadi
dipermukaan tube cenderung merata dimana pengaruh dinding konveksi mulai berkurang.
Pengaruh perubahan penampang a/iran antara tube dengan dinding vertikal akibat
membesarnya gap ratio dari 3.15 sl d 4. 20 tidak memberikan perubahan yang besar
terhadap tangential velocity yang terjadi di permukaan tube. Karakter aliran cenderung
sama, yaitu udara bebas bergerak dari bagian bawah enclosure ke atas di sisi dinding
adiabatis akibat gaya bouyancy (density kecil) dan sebaliknya pada dinding konveksi
akibat gaya grafitasi (density besar). Secara umum laju perpindahan panas kondensor
typeD lebih tinggi 28.54%jika dibandingkan dengan kondensor type 112D.
Untuk pengaruh peningkatan panjang pipa kapiler dari 2.5 m menjadi 3.5m
mengakitbatkan siklus refrigerasi bergeser ke kiri bawah, karena terjadinya penurunan
tekan dan temperatur kerja refrigeran. Konsekuensinya laj u perpindahan panas
mengalami penurunan dengan gradien yang curam sebesar 44.9 %. Distribusi local
Nusselt number (Nu 8) mengalami penurunan yang cukup besar. Pola a/iran udara relatif
sama, tetapi intensitasnya sedikit menurun dengan meningkatnya panjang pipa kapiler.
Profit temperaturudara gap tube mempunyai pola yang serupa untuk variasi panjang pipa
kapiler. Namun harganya .mengalami penurunan yang besar, aldbat menurunnya
temperatur operasi dari sistem refrigerasi.
Kata kunci:
Konveksi alamiah, kondensor, vertical channel, gap ratio, panjang pipa kapiler,
local Nusselt number.
lll