Deni Kurniawan

7/25/2019 Deni Kurniawan

1/32

Perancangan Evaporator dan Kondensor

Diketahui daya kompresor : 128 Watt = 0,128 Kw/s = 0,128 Kj/s

Direncanakan :T!aporator = "20#$

TKondensor = %$

Dari dia'ram ("h dipero)eh si*at"si*at termodinamik +"12

Sifat TermofisikTitik 1

Uap Jenuh

Titik 2

Uap

PanasLanjut

Titik 2

Uap

Jenuh

Titik

!air JenuhTitik "

Tekanan, Kpa 10,88 8&8,11 8&8,11 8&8,11 10,88

nta)phy, Kj/K' %-%,% %.8 %&.,% 2%-,- 2%-,-

Ka)or enis,

Kj/K'K0,.-- 1,01.

assa enis,

K'/m%0 12&,8

3iskositas, (as 1-,10 1.8,-

Kondukti!itas

Terma), W/mK0,0&-1

ntrophy,

Kj/K'K1,.01 1,.01

4ehin''a dipero)eh :


2/32

2 1

"%

5 wk wk 0,128= = =

6h h " h %.8 " %-%,%

7aju a)iran massa re*ri'e

= %,.1%-10 k'/s

ran m

( ) ( )!5

"% = m6h = %,.1%-10 %-%,% " 2%-,-

9ean !

=

aporator ;

0,-0%2 kj/s

( ) ( )Ko5

"%

nd = m6h = %,.1%-10 %.8 " 2%-,-

9ean K

= 0

on

,

denso

%12 s

r ;

kj/

1 -$


3/32

Cntuk memudahkan pen'aturan temperatur thy)ene )yco) di da)am e!aporator

akiat esarnya kapasitas pendin'inan diandin'kan kapasitas rancan'an, maka

e!aporator pada )aju a)iran massa thy)ene )yco) 1/%dari )aju a)iran massa maksimum

sehin''a :

5 5

e! ma

1 1m = m = 0,2. = 0,02 k' s

% %

Temperatur thy)ene )yco) 0? ke)uar e!aporator, @ToA

eo i 5

p

; 0,-0%2T = T " = 2." = 2,..#$

0,02 %,%0&m$

9eda temperatur rata"rata )o'aritmik @7TDA

( ) ( )

( )( ) ( )( )

( )

( )

i re* o re*

i re*

o re*

T "T " T "T6T7E =

T "T)n T "T

2." "20 " 2,.." "20 =

2." "20)n

2,.." "20

= -&,%8#$

Temperatur rata"rata:


4/32

i oa

T FT 2. F 2,..T = = = 2&,%#$

2 2

4i*at"si*at termo*isik thy)ene )yco) 0? :

%a

a

a

a

a

k'B = 10.0,-

m

kj$p = %,%0

k'K

wK = 0,%8mK

=%,2&pa

(r =2.,8

Direncanakan ukuran e!aporator @%0%0Acm2

Diasumsikan temperatur permukaan e!aporator @TsA = "1#$ a'ar tidak terjadi

pemekuaan da)am pipa

4i*at"si*at termo*isik pada Ts :

%s

s

s

s

s

k'B = 08,&1

m

kj$p = %,1-

k'KwK = 0,%-

mK

G = 1&,%pas

(r = 1-8,&

aka, kecepatan thy)ene )yco) 0? pada kotak e!aporator ada)ah :

%

2

0,02 1,02 10

10.0,- @0,%0Aa

ev

V mVsA

= = =

ma a

o

"% "%

4T3 = 3 , dimana : 4T = &0mm

4T"D

&0 m m = 1,0210 = 1,2%-10s s&0",8


5/32

a ma oama

"%

"%

B3 D+e =

G

10.0,- 1,2%-10 0,008 = = -,0--

%,2&10

aka koe*isien kon!eksi paksa rata"rata pada sisi air :

( )

1-

m 0,%&ao 1 2 ama

o s

1-

0,%&0-

2

k (rh = $ $ +e (r

D (r

0,%8 2.,8 = 0, 1 -,0-- 2.,8

0,008 1-8,&

W =1%2,&2m K

Koe*isien perpindahan panas tota) :

1 1

o fiofo

o i b i o

A RAR

u A h A h= + + +

Dari pen'uapan re*ri'eran di a'ian da)am pipa, @hA

%,&

%,&2

H= 2,2%@6T A

IW = 2,2%@"1 " @"20AA = 1%20,%%

m

( )( )

1%

1%

2

maka : h = 10-2@6T A

W = 10-2 "1 " "20 = 1.81,.m K

( )

( )

( )

( )

2 2

2 2

2o

1 1adi :

0,008 0,008 0,0002 1 = F F 0,0001 F

1%2,&20,00% 1.81,. 0,00%

W u = 11.,2m K

o fiofo

o i b i o

A RAR

u A h A h= + + +

Ukuran#ukuran pada evaporator$

7uas permukaan pada perpindahan panas :


6/32

e!o

o

2

; -0%,2I = =

u 6T7E 11.,2 -&,%

= 0,0.-m

(anjan' pipa e!aporator :

otot

o

I 0,0.-7 = =

J DJ 0,008

= 2,%& m

( ) ( )

( ) ( )( )

( )

( )( )

2

2

-0%, 2

0,0-1.81,. "1 "20

0, 0.- 1%2, &2 2&, % "1 "20 "1-,8

0,0- 1.81,.

ev o o a s i b s ref

ev

ib s ref

o o a s

s ref

i b

Q A h T T A h T T

Q

A mh T T

A h T TT T

A h

C

= =

= = =

= +

= + =

(erancan'an Kondensor:

;kond = 0,%12 kj/s

Tkond = %$

(ipa tema'a > : Di = ,% mm

Do = ,8 mm

;pompa =1000 )iter/jam = 0,0002.8 m%/s

Iir masuk kondensor pada suhu 2.#$

%

k'4i*at :B = 8,--

m

kj$p = -,180& k'K

wK = 0,&08mK

i

i

i

Dicari :

7aju a)iran massa air


7/32

5 %

i p

5 5

ma air

k'mm = B; = 8,-- 0,0002.8 = 0,2..&s s

1 1 k'm = m = 0,0..& = 0,02

s% %

Temperatur air ke)uar kondensor, @ToA

ma

0,%122. 28,%.

0,02 -,180&

konso i

p

QT T C

m C

= + = + =

7TD : Ti = 2.#$, To = 28,%.#$, Tre* = %$

( ) ( )

( )( )

( ) ( )

( )

( )i

aka :

)n

%& " 28,%. " %& " 2. = = 8,2$

%& " 28,%.)n

%& " 2.

ref o ref i

ref o

ref i

T T T T TLMF

T T

T T

=

(ada kondensor terjadi proses pen'emunan re*ri'eran

%

%

- - %,.1%- 10+e = 2&,1

D 0,008 0,0001.8-

ref

d

i

m

= =

unakan persamaan $hato :

( )

( )

1-% L

% % 2 %

%

0, fg

c

ref s i

g K hh

T T D

=

(ada kondensor diasumsikan Ts = %1#$


8/32

( )

( )

( )

( )

L

%

L

2 %

L

% %

%& %1

%

8

%&.,%" 2%-,- 1%2,-

maka :

%1%2, - 1,01. 1%-,%&

8

sehin''a :

,81 12&,8 12&,8 0 0,0&-1 1%-,%& 100,

0,0001.8- %& %1 0,00%

x

fg fg p ref s

fg

fg

c

T C C C

h h C T T

h h hkj

kg

kjh

kg

h

= =

= + +

= += =

= + + =

=

1-

2 11,0.-

m K

=

(roses kon!eksi paksa pada sisi air

2. 28,%.2.,&8

2aT C

+= =

%

-

4i*at " si*at :

8,2-

-,180

0,&10

8,.-8 10

(r ,

a

a

a

a

a

kgm

kjCp

kg K

!Km K

Mpa

=

=

=

= =

aka :


9/32

( )

%

2

ma

"% "%

"%

mama -

ma

0,021,028 10

1000 0,%0

, dimana 4T = &0 mm

&0 m = 1,02810 =1,2%%10s&0 ,8

8,2- 1,2%%10 0,008+e 1-,0-

8,.-8 10

+e

a

a

o

a od

a

ao d

o

V mVsAk

"TV V

"T D

V D

kh c

D

= = =

=

= = =

= 1

-0,%&

1-

0,- 0,%&

2

(r(r

(r

0,&10 ,

= 0, 1-,0- , 0,008 ,

W = %0.,288m K

m aa

s

Koe*isien perpindahan panas tota) pada kondensor

( )

( )

( )

( )

2 2

2 2

2

1 1

0,008 0,008 0,0002 1 = F F 0,0001 F

%0.,280,00% 11,0.- 0,00% 2%8,.1

o fiofo

o i c i o

o

A RAR

u A h A h

um K

= + + +

=

Ukuran kondensor$

7uas permukaan perpindahan panas kondensor

2

o

o

; %1,2I = = 0,2&8

u 6T7E 2%8,.1 8,2&

kond m=

otot

o

I 0,2&87 = = 8,

J DJ 0,008m=

;kond = Ioho @Ts " TMA = Iihc @Tre* N TsA


10/32

( )

( )( )

( )

2

2

%1,2 0,0&8

11,0.- %& %1

0,2&8 %0.,288 %1 2.,&8 %&

0,0&8 11,0.-

%%,-1

kondi

c r ef s

o o s a

s ref

i c

QA

h T T

m

A h T TT T

A h

C

=

= =

=

= =

(erhitun'an ean pendin'in

9ean produk

( )2 1pm C T T Q

f F

=

Dimana : mikan = 2 k'

$p = %,18 kj/k'K

* = 0,8

E = 10 jam

T2 = %0#$ =%0% K

Tp = "#$ = 2&8 K

( )20 %,18 %0% 2&82.8,2

0,8 10prQ a##

= =

9ean mu struktur:

s#rQ u A # =

%1 2

1 1 2 %

1

1 0,1 1

1,& 2o

uxx x

f k k k f

= =++ + + +

9ean panas mu struktur dapat dihitun' :

Ka) = 2%.

K'a= 0,0% W/mK

*1= 1,&

*2= &


11/32

Cntuk dindin' see)ah : depan, e)akan', kanan, kiri, awah

( )

( ) ( )

2

0,2

%0% 2&8 %

= 0,& 0,2 % 2-,%2

Q u #

A

A

m

T K

=

=

=

= =

Cntuk atap dan pintu disatukan

( )

20,2

0,& 0, 2 -,8&

2-,%2 -,8& 2,1

A m

Q

#o#a$

== =

= + =

9ean panas akiat in*i)tuasi udara

;sensi)e = 1,1 $E 6T, T2 = %0#$=8E

;)atent = 0,&8 $E @Wo N WinA, T1 = "# = 2%#E

Dimana : 3es = @0, 0, 0,A m%

= 0,125 m3 = 4,412 ft2

%2 -, -12 0,1-.

min&0

esCFM V %

f#

=

= =

( )

" =1,1 $E 6T

1,1 0,1-. 8& 2% 10,18.

sensib$eQ

uFhr

= =

= um)ah pertukaran udara/jam

= 2/jam

$E = peremesan udara @*t%/minA


12/32

( )

( )

o in" = 0,&8 $E W "W

'rw = 0,&80,1-. 1%8"18

)da

9tu

= 11,% hr

$a#en#Q

s

1 W9tumaka : ; F ; = 10,18. F 11,% = 21,8 hr 9tu%,-12

hr

= &,%2W

L

( )

( )

tot str s 7 pr maka : ; = ; F ; F ; F ;

= 2,1 F &,%2 F 2.8,2 W

= %1%,.& W

(erancan'an koi) pendin'in

Tre* = "20#$

Dipero)eh : h* = 1%,0 kj/k'

h' = &21,-8 kj/k'

maka :

7aju a)iran massa re*ri'eran

%%1%,.& 1,0.- 101%,0 &21,-8f g

Q kgm

sh h

= = =

7aju a)iran re*ri'eran maksimum

5 5

ma re*

"% " %

3 = m3

=1,0.- 10 0,0201& = 2,1&& 10 m s

Data : pipa > tema'a

(ipa disusun secara ese)an'"se)in' seperti pada 'amar diawah :

Di = ,% mm

Dc = ,8 mm

I = .,1%%x10"m2

K = 11 w/m$


13/32

Koe*isien perpindahan panas menye)uruh untuk e!aporator

Koe*isien kon!eksi pada a'ian )uar taun'

1-

0,%&

2

(r @+edamanA (r

(r

m

s

'u C C

=

Di)akukan ana)isa :

4i*at"si*at udara diana)isa pada suhu udara masuk e!aporator 10#$ yaitu :

3 = 1-,%810"& m2/s

K = 2-,-10"% W/mK

(r = 0,.11

* s

"0 F 10(ada suhu *i)m = T = = "#$ (r = 0,.1

2

arak dia'ona) dua pipa yan' erdekatan

( )2 2

2 2 %2 2,

2 2D

"T" "L cm

= + = + =

( )4T F D % F 0,8

Karena = = 1, O2,2 2

aka, 3ma udara yan' terjadi sepanjan' penampan' trans!ersa) yaitu :

ma

o

4T % m3 = 3 = - = ,s4T"D %"0,8

Direncanakan :

4T = % cm

47 = 2 cm

3 = - m/s

Dc = ,8 mm


14/32

mama "

, 0,008maka : +e = -1.,18

1-,%810d

V D

v= =

1

% %dan karena = O2, maka $ = 0,% 0,%82 2

"T"L

=

Dan ni)ai m = 0,& aka dipero)eh $2 = 0,

( ) ( )

1-

0,& 0,%&

"%

2o

0,.11Pu = 0, 0,%8 -1.,18 0,.-

0,.1

= -.,2

k 2-,-10 Wh = Pu = -.,2 = 118,1m KD 0,008

(en'uapan re*ri'eran da)am pipa

( )

( )( )

( )

( )( )

%,&

%,&

2

1%

1%

2

= 2,2%

W = 2,2% " "20 = 1820,%%m

= 10-2

W = 10-2 " "20 = 1.81,. m K

x

b x

(T

A

h T

aka koe*isien perpindahan panas menye)uruh :

( )

( )

( )

( )

2 2

2 2

2

1 1

0,008 0,008 0,0002 1 = F F 0,000- F

118,10,00% 1.81,. 0,00%

10%,1-

o fiofo

o i b i o

o

A RAR

u A h A h

u m K

= + + +

=

7TD


15/32

( )( ) ( )( )

( )

( )

20 10 20

21,&- 20

)n10 20

LMTD C

= =

7uas penampan' ka)or

7uas idan' pen'uapan

2%1%,.&= = 0,1-0 10%,1- 21,&-

o

o

QA m

u LMTD=

(anjan' pipa

0,1-0= -,-8

J 0,008

o

o

AL m

D= =

(erhitun'an koi) pemanas

Data : Tkond = %$

aka dipero)eh : h7 = 10,8 kj/k'

h! = 2&&,2 kj/k'

! = 2-,082 m%/k'

amar perancan'an den'an susunan pipa se)a"se)in' :


16/32

9ahan pipa : 9aja karon

k = &0 W/mK

ahan sirip : I)uminium

k = 20 W/mK

Koe*isien perpindahan panas menye)uruh

7aju a)iran !o)ume pada sisi masuk kondensor :

%%1%,.& 0,1% 102&&,2 10,8

v L

Q kgV m v m

sh h

= = = =

%% %0,1% 10 2-,082 %,128 10 mV

s

= =

7aju tota) permukaan pipa den'an sirip/satuan panjan'

( )

( ) ( ) ( ) ( )

L L L 2 2

2 2 -

%

1=

2

%,1- 1 2, -&& 1,%. 10 2,-&& 0,-0& 10 1,%. 1,0%

1,0% 0, -0& 10 2

0,%10

f o f oA A f A ! D D D ! D s

s !

m

+ = + + +

= + + + =

Koe*isien perpindahan panas pada sisi udara dihitun' erdasarkan ko)erasi 4(C

0,010,2. 1

0,&88 Q Q1 %1 2

2

0,-2+e (r )s

'u F Fh )

=

Dimana : E1> dan E2> esarnya sama den'an 1

( ) ( )0,2. 0,01

10,&88%

0,10% 2,0,2-2 .1.,1 0,.0&8& 1

0,-8 2

&,%&8

'u

=

=

aka koe*isien perpindahan panas sementara dihitun' erdasarkan

Dimana :

Do = 1,%. cm (1= 2, cm

h = 0,-8 cm(2= 2 cm

w = 0,-0& mm

s = 1,0% mm


17/32

%

22

2., 0- 10 &,%&8 1%&,1-

1, %. 10o

o

k h 'um KD

= = =

*ekti!itas sirip dihitun' menurut persamaan :

( )

2

%

tan h 2 /

0,018 2 /

dimana : "1 1 0,%)n2

1,%. 2, -&& 2, -&& 1 1 0,% )n 10

2 1,%. 1,%.

&,& 10

o f

f

o f

f fo

o o

h ! k

h ! k

D DD

D D

=

= +

= +

=

%

%

2 1%&,1-2 / &,& 10 0,%-%

0, -0& 10 20o fh ! k

= =

( )

( )

tan h 0,%-%maka : 0,&

0,018 0,%-%f

= =

Koe*isien perpindahan panas e*ekti* dihitun' menurut persamaan

L L

2L

0,01. 0,2% 0,0%1%&,1- 12.,.2

0,0-%eff f !

o o

#

A Ah h

m KA

+ + = = =

Koe*isien perpindahan panas pada a'ian da)am pipa dihitun' erdasarkan persamaan

$hato

( )

( )

1-% L

0, L L v L fg

c

L ref s

g k hh

T T D

=

, den'an

( )L%

8

fg fg i ref sh h Cp T T = +

Dimana : ' = ,81 m/s2

B7 = %,&8 k'/m%

B! = 0,0. k'/m%

k7 = &2-,.10"% W/mK

R7 = .0&,%10"& (as


18/32

$p7 = -,18% kj/k'K

( )

( ) ( )

L %

8

% %,&8 0,0. -,18% %& %1

8

2-2%,2-

fg fg i ref sh h Cp T T

kjkg

= +

= +

=

( )( )( )

1% -% %

& 2

2

maka :

,81 %,&8 %,&8 0,0. &2-,. 10 2-2%,2- 100,

.0&,% 10 %& %1 0,2 10

11%&,1

ch

m K

=

=

aka perpindahan panas menye)uruh :

1

2 2

2

2

1 1)n

2

1,%. 1,%. 10 1,%. 1 1,%. 10 0,000% 0,0002 )n

0,2 2 &0 0,2 12.,.2 11%&,1 0,2 10

11-,&

o o o oo

o i i o c i

o

D D D DR R

u D k D h h D

u m K

= + + + +

= + + + +

=

encari Pi)ai 7TD

( ) ( )%& %% %& 2.,-&

%& %%)n

%& 2.

LMTD C

= =


19/32

encari panjan' pipa

2

2

%1%,.&0,0

11-,& -&

0,0 11,& 1,%. 10

o

#o#

o

QA m

u LMTD

AL mD

= = =

= = =

+encanakan)ah satu unit mesin +e*ri'erasi untuk suatu ruan'an den'an ketentuan :

9ean pendin'inan 2 T


20/32

4ik)us pendin'inan

Data pada Tae) da ra*ik untuk +"22 didapat :

h1 = -0.,1-% dan s1 = 1,.--&%

!1 = -0, %& @7/k'A

h% dan h- = 2-,&8& @k/k'A

Te!a = #$, (e!a = 8%,.8 @k(aA

Tkon = -0#$, (kon = 1%%, @k(aA

den'an men''unakan data pada Tae) I. untu +"22 dan proses pertama"tama dian''ap

isentropis maka 41 = 42s = 1,.--&%

4ecara interpo)asi dari tae) terseut didapat :

22

22

-%0,%.- 1,.--&% 1,.-2& -%1,0-

-%-,80% -%,%.- 1,.&0 1,.-2&

1&, .1- 1, .--&% 1, .-2& 1&,8%

1.,2-1 1&,.1- 1,.&0 1,.-2&

sh k*hkg

v Lvkg

= =

= =

den'an temperatur uap +e*ri'eran panas )anjut ada)ah .#$

Dari ana)isa diatas didapat :

Dampak +e*ri'erasi : h1 N h- = -0.,1-% "2-,&8& = 1.,-. k/k'


21/32

7aju a)iran massa +e*ri'eran

( ) ( )1 -

/2 12000 0, 2%1

.0%-,-/ 0,0--

1., -. 1.,-.

e

u h TR

Q kgTR u hms

k* k* h h kg kg

= = =

Daya kompresor

( ) ( )2 1 0,0-- -%1,0- -0.,1-% 1,0&%&k m h h k

= = =

den'an men'an''ap e*isiensi isentropis untuk kompresor seesar .0? maka :

1,0&%&= =1,

0,.ac#

kk

e

k

=

Koe*isien prestasi @$


22/32

Koe*isien konduksi k = 111 W/m#$

Jum%ah pipa pada evaporator dihitung &

%

2

%

&,&8

1,.& 10

- pi01

pa8& 10

m

V sV nAv nAv

sm m

= = =

Cntuk menin'katkan )aju perpindahan panasnya pipa ini disusun secara

erse)an'"se)in' seperti pada 'amar erikut :

4usunan pipa"pipa pada e!aporator

encari koe*isien perpindahan panas menye)uruh untuk e!aporator @CA,

Koe*isien kon!eksi pada a'ian )uar ran'kunan taun' dihitun' menurut Shukaukus

ma

1-

0,%&

2

(r @+e A (r

(r

m

D

s

'u C C

=

Cntuk men'hitun' semua konstanta pada persamaan diatas di)akukan an)isa"

ana)isa sea'ai erikut :

4i*at"si*at udara diana)isa pada suhu udara masuk e!aporator 20#$ yaitu :

! = 1,0810"& m2/s

k = 2,810"% W/mK

(r = 0,.0

s

F 20(ada suhu *i)m = = = 12,#$ (r = 0,.10

2fT

Direncanakan :

4T = % cm

47 = 2 cm3

= & m/s

Dc = 1,%. cm


23/32

arak dia'ona) dua pipa yan' erdekatan

( )2

2 2 22 1, 2,2

T

D

"" "L= + = + =

Karena

( )% 1,%. 2,18 2,2 2

T" D+ += =

Documents

Deni Kurniawan