Page " 0
Heat Pump
Heat Pump
LAPORAN PRAKTIUM PERPINDAHAN PANAS
"Heat Pump"
LAPORAN INI UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH PERPINDAHAN PANAS
Dosen Pembimbing : Ir. Sri Wuryanti, M.Si
Disusun Oleh :
Nama : Aldino Muhamadwijaya
NIM : 091711003
Kelas : 2-A
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2011
Heat Pump
Tujuan Umum
Mampu mengoperasikan sistem Heat Pump
Mampu mengambil data-data untuk mekanisme konveksi
Tujuan Khusus
Mampu menganalisa dan mampu menghitung konveksi pada sistem Heat Pump
Mengenal alat-alat pemindah panas, yakni kondensor, evaporator, dan Heat Exchanger
Pratikum konveksi otomatis gabungan dari konduksi – konveksi, karena semua konveksi melibatkan molekul-molekul yang bergerak yang melalui suatu material (konduksi). Pratikum ini akan dilaksanakan pada sistem Heat Pump. Di dalam sistem ini akan difokuskan pada alat pemindah panas, yakni HE, kondensor, dan Evaporatorm dan pompa kalor yang ada pada laboratorium teknik konversi energi (lab. atas).
Dasar Teori
Panas yang dipindahkan dalam peristiwa konveksi dapat berupa panas laten dan panas sensible. Panas laten adalah panas yang menyertai proses perubahan fasa, sedangakan panas sensible adalah panas yang berkaitan dengan kenaikan atau penurunan temperatur tanpa perubahan fasa.
Konveksi tidak selalu bisa diselesaikan dengan cara analitik, dan terpaksa harus menggunakan cara eksperimental untuk mendapatkan data perencanaan, serta untuk mendapatkan data-data eksperimental yang biasanya dinyatakan dalam bentuk persmaan empirik.
Konveksi dibedakan menjadi dua, yakni :
Konveksi paksa : terjadinya perpindaham panas karena adanya sistem sirkulasi lain.
Konveksi alamiah : terjadinya perpindahan panas karena fluida yang berubah densitasnya karena proses pemanasan, bergerak naik.
Pompa kalor yang digunakan (lab atas Teknik Konversi Energi) adalah pompa kalor P5670 oleh G. Cussons Ltd, Manchester, England. Pompa kalor ini mempunyai beberapa komponen penting, yaitu :
Bagian utama terdiri dari evaporator, kompresor, kondensor, HE, dan katup ekspansi.
Kompresor
Adalah alat untuk menghisap uap refrigerant yang berasal dari evaporator dan menekan uap refrigerant tersebut ke kondensor, sehingga tekanan dan temperatur meningkat.
Kondensor
Berfungsi sebagai alat pemindah panas. Panas dari uap refrigerant atau fluida kerja di lepas ke media pendingin yaitu air, sehingga uap refrigerant akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk ke kondensor, refrigerant berfasa uap mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Fluida yang keluar dari kondensor berfasa cair jenuh yang bertekanan dan bertemperatur lebih rendah.
Kondensor merupakan salah satu komponen utama dari refrigerator. Pada kondensor terjadi perubahan wujud refrigerant dari super-heated gas (gas panas lanjut) bertekanan tinggi ke liquid sub-cooled (cairan dingin lanjut) bertekanan tinggi. Agar terjadi perubahan wujud refrigerant (kondensasi/pengembunan), maka kalor harus dibuang dari gas refrigerant.
Kalor/panas yang akan dibuang dari refrigerant tersebut berasal dari :
1. Panas yang diserap dari evaporator, yaitu dari ruang yang didinginkan
2. Panas yang ditimbulkan oleh kompresor selama bekerja
gambar.kondensor
Dengan istilah lain fungsi kondensor adalah untuk merubah refrigerant gas menjadi cair dengan jalan membuang kalor yang dikandung refrigerant tersebut ke udara sekitarnya atau air sebagai media pendingin.
Gas dalam kompresor yang bertekanan rendah dimampatkan/dikompresikan menjadi uap bertekanan tinggi sedemikian rupa, sehingga temperatur jenuh pengembunan (condensing saturation temperature) lebih tinggi dari temperatur medium pengemburan (condensing medium temperature). Akibatnya kalor dari uap bertekanan tinggi akan mengalir ke medium pengembunan, sehingga uap refrigeant akan terkondensasi.
Evaporator
Berfungsi sebagai alat pemindah panas. Pada evaporator terjadi perpindah panas dari udara luar ke fluida kerja, sehingga terjadi perubahan fasa pada fluida kerja yaitu dari fasa cair ke fasa uap.
HE
Sebagai alat pemindah panas yang mempunyai fungsi khusus, yaitu meningkatkan kapasitas pendingin dengan cara menaikkan temperatur fluida kerja yang akan masuk ke kompresor , dan yang kedua menurunkan temperatur fluida kerja yang akan masuk evaporator.
Katup ekspansi
Sebagai alat yang secara otomatis mengatur jumlah aliran fluida kerja cair yang masuk ke evaporator. Sambil mempertahankan gas panas lanjut pada akhir evaporator. Karena tekanan di evaporator rendah, maka sebagian bahan pendingin mencair saat melewati katup ekspansi dan masuk ke dalam evaporator. Wujudnya pun kembali menjadi uap dingin.
Refrigerant
Refrigerant yang digunakan adalah freon (R-12).
Motor Listrik
Motor listrik 3 fasa 415 V 50 Hz dengan daya maksimum 2,5 kw. Daya yang digunakan dapat dilihat dalam meter daya.
AHU ( Air Handling Unit )
Kipas udara terpasang pada AHU dengan 3 kecepatan yang berbeda. Maksimum laju udara yang dihasilkan adalah 0,37 m3/det. Thermometer berfungsi mengatur temperatur bola kering dan basah terpasang pada saluran masukan.
Bagian pelengkap yang terdiri dari katup-katup penyetor (stop valve), saringan dryer, dan katup solenoid.
Prosedur Pratikum
Hubungkan sistem pompa kalor dengan sumber listrik.
Nyalakan pompa air
Nyalakan pompa kalor
Cek kelembaban udara
On-kan kompresor
On-kan fan
Set kecepatan
Tunggu sistem sampai kondisi stedi
Ambil data-data yang diperlukan dengan prosedur sbb :
Setelah kondisi stedi atur kecepatannya ( dilakukan percobaan dengan tiga kecepatan berbeda ).
Untuk kecepatan pertama ambil data-data yang diperlukan kemudian ditunggu selama 10 menit dan kemudian ditulis lagi datanya sebanyak tiga kali.
Setelah selesai ubah kecepatan menjadi agak besar, sama seperti percobaan pertama ambil data yang diperlukan dan kemudian kecepatan diganti dengan kecepatan ketiga.
Empat meter tekanan yang bekerja secara analog terpasang untuk mengetahui tekanan fluida kerja.
Laju aliran air diukur menggunakan flowmeter.
Laju aliran udara diukur menggunakan meter orifice yang dilengkapi dengan manometer.
Meter daya digunakan untuk mengukur daya yang digunakan kompresor.
Cara Perhitungan
Kondensor (Tipe Shell dan Tube)
Di dalam kondensor terjadi perubahan panas antara air yang melalui pipa-pipa (tube) dengan R-12 yang melalui selongsong (shell)
Untuk air yang melalui pipa inside "i"
Menghitung T rata-rata = (Tw7 + Tw8)/2 .
Mencari properti dan sifat-sifat termodinamik dari Trata-rata yang didapat.
Menghitung bilangan RE (reynold) = ρdvµ .
Memilih persamaan empirik dari kisaran harga bilangan reynold :
Jika laminar : menggunakan persamaan
Nud=3,66 0,668dLRE.Pr1+0,04 [dLRE.Pr]23
Jika transisi : menggunakan persamaan
Nud=0,036 RE0,8 Pr13( dL)0,055
Jika turbulen : menggunakan persamaan
Nud=0,023 RE0,8 Prn
Menghitung koefisien perpindahan panas dari Nu = (h. d)/k, sehingga diperoleh hi.
Untuk R-12 melalui selongsong (outside "o")
Di sini R-12 mengalami perubahan fasa, sehingga perhitungan koefisien perpindahan panas (h) langsung menggunakan persamaan empiric untuk kondensasi pada pipa yang dipasang horizontal :
ho=0,75 (g x ρl ρl-ρvhfg kl3µl Tq-TwNd0)14
dengan :
ρ1 = massa jenis zat cair (kg/m3)
ρv = massa jenis uap (kg/m3)
g = percepatan gravitasi = 9.87 m/s2
Tv = temperatur uap oC
Tw = temperatur dinding oC
µ1 = viskositas (kg/ m.s)
k1 = konduktuvitas panas, W/m 0C
d0 = diameter pipa (m)
hfg = panas laten kondensasi (kJ/kg),
setelah diperoleh hi dan h0, selanjutnya menghitung U
U berdasarkan pipa dalam :
U berdasarkan pipa luar :
Menghitung laju perpindahan panas :
Berdasarkan pipa dalam :
q = Ui x Ai x ΔtLMTD
berdasarkan pipa luar :
q = U0 x A0 x ΔtLMTD
dengan Ai = π. di. L
A0 = π. d0. L
Perpindahan Panas pada HE (tipe double pipe)
Terjadi perpindahan panas antara R-12 cair melalui pipa dalam dengan R-12 uap yang melalui annulus.
Untuk R-12 cair melalui pipa dalam "i"
Menghitung Trata-rata = (TF3 + TF4)/2
Mencari properti dan sifat termodinamik pada T rata-rata
Menghitung bilangan RE (reynold) = ρdvµ .
Memilih persamaan empirik dari kisaran harga bilangan reynold :
Jika laminar : menggunakan persamaan
Nud=3,66 0,668dLRE.Pr1+0,04 [dLRE.Pr]23
Jika transisi : menggunakan persamaan
Nud=0,036 RE0,8 Pr13( dL)0,055
Jika turbulen : menggunakan persamaan
Nud=0,023 RE0,8 Prn
Menghitung koefisien perpindahan panas dari Nu = (h. d)/k, sehingga diperoleh hi.
Untuk R-12 uap melalui pipa luar
Menghitung Trata-rata = (TF6 + TF7)/2
Langkah berikutnya mengikuti langkah di atas.
Harga h0 akan diperoleh
Setelah diperoleh hi dan h0, selanjtnya menghitung U
U berdasarkan pipa dalam :
U berdasarkan pipa luar :
Menghitung laju perpindahan panas :
Berdasarkan pipa dalam :
q = Ui x Ai x ΔtLMTD
berdasarkan pipa luar :
q = U0 x A0 x ΔtLMTD
dengan Ai = π. di. L
A0 = π. d0. L
ΔtLMTD = Th2-Tc2- (Th1-Tc1)ln [Th2-Tc2/ (Th1-Tc1)]
Evaporator (tipe koil)
Terjadi perpindahan panas antar udara yang melalui permukaan pipa-pipa dengan R-12 cair yang melalui pipa dalam .
Untuk udara yang melalui permukaan pipa-pipa ("o")
Menurut standar ARI :
h0 = 38V0.5
dengan V = kecepatan udara , m/s
dari data diperoleh ΔP, dari manual pompa kalor
mu = 0,083 (ρu x ΔP )0,5 kg / s sehingga diperoleh
mu = ρ x ¼ x πd2 x V, diperoleh V.
Untuk R-12 cair yang melalui pipa dalam ("i")
Disini R-12 cair mengalami perubahan fasa dari cair ke uap (evaporasi ), persamaan empirik evaporasi :
hi=0,62kv3 ρv ρl- ρvhfg+0,4 Cpv ΔTxd µ ΔTx1/4
Setelah diperoleh hi dan h0, selanjuntnya menghitung U :
U berdasarkan pipa dalam :
Ui= 11h1+Ailnrori2πkL+Ai 1A0 h0
U berdasarkan pipa luar :
Uo= 11 A0h1 Ai+Aolnrori2πkL+1h0
Menghitung laju perpindahan panas :
Berdasarkan pipa dalam :
q = Ui x Ai x ΔtLMTD
berdasarkan pipa luar :
q = U0 x A0 x ΔtLMTD
dengan Ai = π. di. L
A0 = π. d0. L
ΔtLMTD = Th2-Tc2- (Th1-Tc1)ln [Th2-Tc2/ (Th1-Tc1)]
Speed
Tmin
Ta1
OC
Ta2
OC
Tw7
OC
Tw8
OC
Tf2
OC
Tf3
OC
Tf4
OC
Tf6
OC
Tf7
OC
F1
L/min
F2
L/min
P
mmH2O
Tf1/8
OC
TA3
TA4
Q Komp
Watt
Entalphy
KJ/Kg
h1 h2
V1
Dry air
m3/Kg
V2
1
5
27
27
25
27
90
28
27
23
23
2
12
6,2
23
25
24
871
85
72,5
0,8825
0,868
10
27
27
25
27
99
29
28
21
23
2
12
6,2
23
25
24
871
85
72,5
0,8825
0,868
15
27
27
25
27
103
29
29
20
23
2
12
6,2
23
25
24
870
85
72,5
0,8825
0,868
2
5
27
27
25
27
105
29
29
20
23
2
12
9,4
23
25
24
879
85
72,5
0,8825
0,868
10
27
27
25
27
105
30
29
20
22
2
12
9,6
23
25
24
895
85
72,5
0,8825
0,868
15
27
27
25
27
105
30
29
20
22
2
12
9,6
23
25
24
905
85
72,5
0,8825
0,868
3
5
27
27
25
27
106
30
29
20
23
2
12
13
23
25
25
899
85
76,5
0,8825
0,872
10
27
27
25
28
106
30
29
20
23
2
12
13
23
25
25
916
85
76,5
0,8825
0,872
15
27
27
25
28
106
30
29
21
23
2
12
13,2
23
26
25
911
85
76,5
0,8825
0,873
Data Praktikum
Ket : Data diambil tiap 5 ment
Working fluid TempCompressor inletCompressor OutletCondenser OutletHeat Exchanger Liq. OutletExpansion Valve InletEvaporator InletEvaporator OutletHE Gas Outlet
Working fluid Temp
Compressor inlet
Compressor Outlet
Condenser Outlet
Heat Exchanger Liq. Outlet
Expansion Valve Inlet
Evaporator Inlet
Evaporator Outlet
HE Gas Outlet
Air and water temp
Air Inlet (dry bulb)
Air Inlet (wet bulb)
Air Outlet (wet bulb)
Water Inlet
Water Outlet
Perhitungan Percobaan
Kondensor
Data Thermodinamik Air
Trata-rata (oC)
ρL (kg/m3)
µ (kg/ms)
k (kW/moC)
Pr
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26
995.8
8.6 x 10-4
0.614 x 10-3
5.8
26.5
995.99
8.76 x 10-4
0.611 x 10-3
5.97
26.5
995.99
8.76 x 10-4
0.611 x 10-3
5.97
KONDENSOR
AIR
Dik : ρ = 995.8 kg/m3 n : pemanasan = 0.4
µ = 8.6 x 10-4 kg/ms n : pendinginan = 0.3
F = 12 l/menit = 12 x 10-3/60 m3/s Tx : 2-20
k = 0.614 x 10-3 kW/moC Pr = 5.8
di = 0.02 m Trata-rata =Tw7+Tw82 = 26 o C
do = 0.2 m
-
-
V
Re
= F/A
= (12 x10-3/60) / (π x di2/4)
= 0.6369 m/s
= (ρ x di x V)/µ
(995.75 x 0.02 x 0.6369)
=
8.6 x 10-4
= 14749.41 (aliran turbulen)
-
Nu
=0,023Red 0,8x Prn
=0,023.14749,41 0,8 x 5,85 0,4
=100,48
h= (Nu x k)/di
h= (100,48 x 0.614 ) / 0.02
hi=3084,73 Watt
hi = 3,084 KW
Dik : ρ = 995.99 kg/m3 n : pemanasan = 0.4
µ = 8.76 x 10-4 kg/ms n : pendinginan = 0.3
F = 12 l/menit = 12 x 10-3/60 m3/s Tx : 2-20
k = 0.611 W/moC Pr = 5.97
di = 0.02 m Trata-rata =Tw7+Tw82 = 26,5 o C
do = 0.2 m
V
Re
= F/A
= (12 x10-3/60) / (π x di2/4)
= 0.6369 m/s
= (ρ x di x V)/µ
(995.99 x 0.02 x 0.6369)
=
8.76 x 10-4
= 14482.78 (aliran turbulen)
Nu
=0,023Red 0,8x Prn
=0,023.14482,78 0,8 x 5,97 0,4
=100,18
h= (Nu x k)/di
h= (100,18 x 0.611 ) / 0.02
hi=3060,49 Watt
hi = 3,060 Kw
Dik : Ai = π x di x L x N
= 3,14 x 0,02 x 0,75 x 3,4
=0,16 m2
AO = π x di x L
= 3.14 x 0.02 x 0.75
= 0.471 m2
-
-
-
-
-
Ui
tLMTD
qi
Uo
qo
= 11hi+Ai ×lnrori2 ×π × k ×L+1 Aiho × Ao
= 113.084+0.16× ln0.10.012 ×π× 0.614×0.75+1 × 0.1622.72 × 0.471
= 2.104
= Tf2-Tw8-(Tf3-Tw7)lnTf2-Tw8(Tf3-Tw7)
= 28-27-(90-25)ln28-27(90-25)
= 15.33
= Ui x Ai x tLMTD
= 2.104 x 0.16 x 15,33
= 5,16 kW
