perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user UJI KAR KALO FLU JU RAKTERI OR SEBAG UIDA KER D URUSAN T UNIV ISTIK PE GAI ALA RJA ETAN Diajukan seb untuk m Sar TH NI TEKNIK M VERSITA SUR ERPINDA AT RECOV NOL KAD SKRIPSI bagai salah memperoleh rjana Tekni Oleh: HOHARUDI M: I040504 MESIN FA AS SEBEL RAKART 2010 HAN PAN VERY PAN DAR 90% satu syarat h gelar ik IN 48 AKULTA LAS MAR TA NAS PADA NAS DEN DAN R-1 t AS TEKNI RET A PIPA GAN 34a K
67
Embed
UJI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA PIPA …eprints.uns.ac.id/10181/1/222381111201111251.pdf · Konstruksi pipa kalor dan prinsip kerjanya ..... 7 Gambar 2.2. Struktur kapiler
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
UJI KAR
KALO
FLU
JU
RAKTERI
OR SEBAG
UIDA KER
D
URUSAN T
UNIV
ISTIK PE
GAI ALA
RJA ETAN
Diajukan seb
untuk m
Sar
TH
NI
TEKNIK M
VERSITA
SUR
ERPINDA
AT RECOV
NOL KAD
SKRIPSI
bagai salah
memperoleh
rjana Tekni
Oleh:
HOHARUDI
M: I040504
MESIN FA
AS SEBEL
RAKART
2010
HAN PAN
VERY PAN
DAR 90%
satu syarat
h gelar
ik
IN
48
AKULTA
LAS MAR
TA
NAS PADA
NAS DEN
DAN R-1
t
AS TEKNI
RET
A PIPA
GAN
34a
K
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
UJI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA PIPA KALOR
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efektivitas perpindahan panas dan hambatan termal pada pipa kalor. Pipa kalor merupakan alat penukar kalor dengan sistem dua fasa. Fluida kerja dalam pipa kalor menerima panas pada sisi evaporator sehingga menguap dan membawa sejumlah panas dan melepaskan panas tersebut pada sisi kondensor. Pada penelitian ini pipa kalor diisi dengan etanol kadar 90% dengan rasio pengisian 0,5 dan diisi dengan R-134a pada tekanan 0,9 MPa. Pengujian pipa kalor dilakukan dengan memanaskan evaporator pipa kalor pada temperatur rata-rata evaporator 60, 80, 100oC pada pipa kalor dengan fluida kerja etanol kadar 90%. Pada pengujian pipa kalor berfluida kerja R-134a pada temperatur rata-rata evaporator dikontrol pada 40, 60, 80oC. Pada sisi kondensor pipa kalor dialirkan udara dengan kecepatan 0,8, 1,0, dan 1,2 m/s. Hasil penelitian didapatkan bahwa pipa kalor dengan fluida kerja etanol kadar 90% memiliki efektivitas perpindahan panas sebesar 38,25% sampai 78,28% dengan hambatan termalnya 1,15 sampai 1,45oC/W. Pipa kalor dengan fluida kerja R-134a memiliki efektivitas perpindahan panas sebesar 55,40% sampai 92,43% dengan hambatan termalnya 0,19 sampai 0,36oC/W.
Kata kunci: pipa kalor, efektivitas perpindahan panas, hambatan
termal
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
EXPERIMENT OF HEAT TRANSFER CHARACTERISTIC ON HEAT PIPE AS HEAT RECOVERY DEVICE WITH ETHANOL AT CONCENTRATION
90% AND R-134a WORKING FLUID
Thoharudin Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering
The objective of this research is to investigate the effectiveness of heat transfer and heat pipe thermal resistance. Heat pipe heat exchanger is a heat exchanger with two-phase system. The Working fluid in heat pipe receives heat from evaporator side so that evaporates and transfers an amount of heat in condenser side. In this research, the heat pipe was filled with ethanol at concentration 90% with filling ratio of 0.5 and R-134a at pressure 0.9 MPa. Experiment was carried out by heating the heat pipe evaporator at an average temperature of 60, 80, and 100oC for heat pipe with working fluid ethanol at concentration 90%. For the experiment of heat pipe with working fluid R-134a, an average evaporator temperature was controlled at 40, 60, 80oC. At the side of the heat pipe condenser air flowed at velocity of 0.8, 1.0, and 1.2 m/s. Research found that the heat pipe with working fluid ethanol at concentration 90% has heat transfer effectiveness of 38.25% to 78.28% and has a thermal resistance from 1.15 to 1.45 oC/W. Heat pipe with working fluid R-134a has heat transfer effectiveness of 55.40% to 92.43% and has thermal resistance from 0.19 to 0.36 oC/W.
Keyword: heat pipe, heat transfer effectiveness, thermal resistance
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR ISI
Halaman Halaman Judul .............................................................................................. i Halaman Surat Penugasan ............................................................................ ii Halaman Pengesahan ................................................................................... iii Halaman Motto ............................................................................................ iv Halaman Abstrak ......................................................................................... v Halaman Persembahan ................................................................................. vii Kata Pengantar ............................................................................................. viii Daftar Isi ..................................................................................................... x Daftar Tabel ................................................................................................ xii Daftar Gambar .............................................................................................. xiii Daftar Notasi ................................................................................................ xv Daftar Lampiran ........................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................ 1 1.2. Perumusan Masalah .................................................................. 2 1.3. Batasan Masalah ....................................................................... 3 1.4. Tujuan dan Manfaat .................................................................. 3 1.5. Sistematika Penulisan ............................................................... 4
2.2.1. Pengertian Pipa Kalor ....................................................... 6 2.2.2. Tipe Pipa Kalor Berdasarkan Temperatur Operasi ........... 8 2.2.3. Struktur Kapiler (Wick) ..................................................... 8 2.2.4. Fluida Kerja ....................................................................... 10 2.2.5. Kontrol Pada Pipa Kalor ................................................... 11 2.2.6. Batas Perpindahan ............................................................. 14 2.2.7. Karakteristik Perpindahan Panas Pipa Kalor .................... 16 2.2.8. Efektivitas Perpindahan Panas .......................................... 17 2.2.9. Hambatan Termal .............................................................. 18 2.2.10. Perpindahan Panas dengan Perubahan Fasa ................... 18
BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1. Perhitungan efektivitas perpindahan panas pipa kalor
berfluida kerja etanol kadar 90% pada temperatur evaporator rata-rata 60oC dan kecepatan aliran udara 0,8 m/s. ........................................................................................... 35
4.2. Pipa Kalor dengan Fluida Kerja Etanol Kadar 90% ................ 37 4.3. Pipa Kalor dengan Fluida Kerja R-134a .................................. 41 4.4. Perbandingan karakteristik perpindahan panas pipa kalor
dengan fluida kerja etanol kadar 90% dan R-134a .................. 46 BAB V PENUTUP
Daftar Pustaka ............................................................................................. 51 Lampiran ..................................................................................................... 53
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Fluida kerja pipa kalor ............................................ 10 Tabel 3.1. Jenis pipa yang akan diuji ....................................... 20 Tabel 3.2. Variasi pengujian ..................................................... 34 Tabel 4.1. Perbandingan nilai kapasitas panas ....................... 46
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Konstruksi pipa kalor dan prinsip kerjanya ........................... 7 Gambar 2.2. Struktur kapiler (wick) homogen (Bejan dan Kraus, 2003) .. 9 Gambar 2.3. Struktur kapiler (wick) komposit (Bejan dan Kraus, 2003)... 10
Gambar 2.4. a,b,c merupakan pipa kalor self -controlled devices dan d,e merupakan pipa kalor feedback-controlled devices (Bejan dan Kraus, 2003) ........................................................... 12
Gambar 2.5. Excess-liquid heat pipe (Bejan dan Kraus, 2003) ................. 13 Gambar 2.6. Vapor flow–modulated heat pipe (Bejan dan Kraus, 2003) .. 13 Gambar 2.7. Liquid flow–modulated heat pipe (Bejan dan Kraus, 2003) .. 14 Gambar 2.8. Konfigurasi pengujian pipa kalor (Meyer dan Dobson, 2006) 16
Gambar 2.9. Hasil pengujian pipa kalor pada kondisi transien selama 45 menit (Meyer dan Dobson, 2006) ........................................ 16
Gambar 2.10. Pendidihan konveksi paksa pada pipa (Incropera dan DeWitt, 2007). .......................................................................... 19
Gambar 3.1. Pipa kalor ............................................................................... 20 Gambar 3.2. Fin pada pipa kalor ................................................................ 21 Gambar 3.3. Saluran uji (duct) ................................................................... 22 Gambar 3.4. Hambatan termal dinding ...................................................... 22 Gambar 3.5. Pemasangan termokopel pada dinding pipa kalor ................. 23 Gambar 3.6. Pemasangan termokopel pada saluran uji (duct) ................... 23 Gambar 3.7. Display Termokopel .............................................................. 24 Gambar 3.8. Stopwatch .............................................................................. 24 Gambar 3.9. Anemometer .......................................................................... 25 Gambar 3.10. Voltmeter dan instalasinya .................................................... 25 Gambar 3.11. Amperemeter dan instalasinya .............................................. 26 Gambar 3.12. Rangka pengujian .................................................................. 26 Gambar 3.13. Voltage Regulator ................................................................. 27 Gambar 3.14. Dimmer .................................................................................. 27 Gambar 3.15. Blower ................................................................................... 27 Gambar 3.16. Lilitan nikelin pada pipa kalor .............................................. 28 Gambar 3.17. Pompa vakum ........................................................................ 28 Gambar 3.18. Manifold ................................................................................ 29 Gambar 3.19. Persiapan Pengujian .............................................................. 29 Gambar 3.20. Penempatan termokopel ........................................................ 30 Gambar 3.21. Diagram alir penelitian .......................................................... 33
Gambar 4.1. Efektivitas perpindahan panas dari pipa kalor dengan fluida kerja etanol kadar 90% ................................................. 39
Gambar 4.2. Hambatan termal pada pipa kalor dengan fluida kerja etanol kadar 90% .................................................................... 39
Gambar 4.3. Jangkauan nilai efektivitas perpindahan panas pipa kalor dengan fluida kerja etanol kadar 90% .................................... 40
Gambar 4.4. Efektivitas perpindahan panas pipa kalor dengan fluida kerja R-134a pada tekanan kerja 0,9
Gambar 4.5. Hambatan termal pipa kalor berfluida kerja R-134a pada tekanan kerja 0,9 MPa ............................................................ 43
Gambar 4.6. NTU pada aliran menyilang (Incropera dan DeWitt, 2007) . 46 Gambar 4.7. Perbandingan efektivitas perpindahan panas pipa kalor
berfluida R-134a dan etanol kadar 90% ................................ 47 Gambar 4.8. Perbandingan hambatan termal pada pipa kalor berfluida
R-134a dan etanol kadar 90%................................................ 48
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR NOTASI
Q = Kalor (Joule) m& = Laju aliran massa (kg/s) hfg = Kalor laten (kJ/kg) ε = Efektifitas perpindahan panas
Qa = Perpindahan panas aktual (Watt) Qmax = Perpindahan panas maksimum (Watt)
am& = Laju aliran massa udara (kg/s) cpa = Kalor jenis udara (J/kgK)
T∆ = Beda temperatur sebelum dan sesudah pipa kalor (K) aρ = Massa jenis udara (m3/kg)
A = Luas permukaan saluran (m2) Pe = Daya listrik (Watt) Qe = Kalor listrik (Joule) v = Voltase listrik (volt) i = Arus liastrik (ampere) t = Waktu (detik)
Rth = Hambatan termal (oC/W) eT = Temperatur rata-rata evaporator (oC) cT = Temperatur rata-rata kondensor (oC)
Cmixed = Kapasitas panas fluida tercampur (W/oC) Cunmixed = Kapasitas panas fluida tidak tercampur (W/oC) Cudara = Kapasitas panas udara (W/oC) CR-134a = Kapasitas panas R-134a (W/oC) Cmax = Kapasitas panas maksimum (W/oC) Cmin = Kapasitas panas minimum (W/oC)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran A. ............................................................................... Data Pengujian Pipa kalor berfluida kerja etanol kadar 90% ...... 54 Lampiran B. ................................................................................ Data Pengujian Pipa kalor berfluida kerja R-134a ......................... 72 Lampiran C. ............................................................................... Tabel Tekanan Refrigeran 134a .......................................................... 90 Lampiran D. ............................................................................... Tabel properti udara ............................................................................. 91
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Seiring dengan melonjaknya jumlah konsumsi energi sekitar 2-3%
tiap tahunnya (www.energi.lipi.go.id) penggunaan energi harus diupayakan
seefisien mungkin guna pencegahan krisis energi agar tidak semakin
meningkat. Salah satu cara penggunaan energi secara efisien adalah dengan
memanfaatkan energi sisa hasil produksi.
Panas merupakan salah satu bentuk energi yang dapat di-recovery
dengan alat recovery panas. Pada industri pengeringan misalnya, panas
buangan setelah proses pengeringan belum dimanfaatkan secara optimal.
Hal ini menyebabkan energi yang dibutuhkan untuk proses pengeringan
menjadi besar karena limbah panas terbuang begitu saja. Padahal udara
buangan dari proses pengeringan masih memiliki kandungan energi yang
dapat dimanfaatkan lagi dalam proses pengeringan. Begitu pula pada
peralatan lain seperti Air Conditioner (AC) dan Freezer, panas dari
kondensor tidak termanfaatkan lagi. Salah satu peralatan recovery panas
yang menjanjikan adalah pipa kalor.
Pipa kalor terdiri atas wadah yang terdapat daerah penguapan dan
daerah pengembunan fluida kerja. Pemilihan fluida tergantung pada range
temperatur dimana pipa kalor tersebut digunakan. Panas diberikan pada
salah satu ujung pipa kalor (evaporator) sampai temperatur lokal naik
menjadi temperatur jenuhnya. Karena pada kondisi jenuh, dengan
pemasukan energi panas terus menerus menyebabkan fluida berubah fasa
dari cair menjadi uap dimana massa jenisnya mengecil. Dengan uap
bermassa jenis kecil akan bergerak ke atas menuju bagian pengembunan
(condenser). Hasil pengembunan akan kembali pada ujung yang dipanasi
(evaporator) dengan gaya kapilaritas dalam lapisan cairan yang dimuat
dalam jalur wick pada sisi rongga dalam. Biasanya wick terdiri dari lapisan
layar logam atau struktur logam yang berpori. Wick digunakan dalam pipa
kalor untuk mengembalikan fluida kerja dari kondensor ke evaporator.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Pada fluida kerja, laju penguapan sebanding dengan panas yang diserap
sebagai kalor laten penguapan.
Adapun keuntungan menggunakan pipa kalor sebagai penukar kalor
adalah karena:
1. Mudah dan fleksibel dalam pembuatan karena hanya terdiri dari
3 komponen utama, yaitu wadah (pipa) yang tertutup rapat,
fluida kerja dan struktur kapiler.
2. Mudah dalam perawatan. Pipa Kalor tidak memerlukan
perawatan mekanis karena tidak ada bagian yang bergerak yang
dapat rusak.
3. Penukar kalor yang ekonomis. Alat ini tidak memerlukan
masukan tenaga dalam pengoperasian dan bebas dari pelumasan
dan pendinginan.
4. Pipa kalor membutuhkan daya fan lebih rendah dan
meningkatkan efisiensi panas sistem secara keseluruhan.
Oleh karena itu penelitian tentang pipa kalor perlu dikembangkan
terutama untuk recovery panas pada temperatur rendah. Penelitian ini
dilakukan dengan menguji pipa kalor pada saluran udara dengan variasi
temperatur evaporator pipa kalor dan laju aliran udara pada duct untuk
mengetahui unjuk kerja dan hambatan termal pipa kalor pada masing-
masing variasi.
1.2. Perumusan Masalah
1. Bagaimana karakteristik perpindahan panas pada penukar kalor
jenis pipa kalor dengan variasi fluida kerja berupa etanol kadar 90%
pada temperatur 60oC, 80oC, dan 100oC pada konstruksi tiga pipa
terhadap efektivitas perpindahan panas dan hambatan termalnya.
2. Bagaimana karakteristik perpindahan panas pada penukar kalor
jenis pipa kalor berfluida kerja R-134a dengan variasi temperatur
evaporator pipa kalor 40oC, 60oC, dan 80oC terhadap efektivitas
perpindahan panas dan hambatan termalnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3. Bagaimana karakteristik perpindahan panas pada penukar kalor
jenis pipa kalor berfluida kerja etanol kadar 90% dan R-134a dengan
variasi kecepatan aliran udara pada saluran udara (duct) terhadap
efektivitas perpindahan panas dan hambatan termalnya.
1.3. Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi pada:
1. Bahan pipa selubung terbuat dari tembaga, jenis wick adalah wrapped
screen terbuat dari ayakan pasir dengan mesh 4, dan kontrol
gravitasi.
2. Panjang daerah kondensor dan evaporator pada pipa kalor masing-
masing 10 cm dan 12 cm. Sedangkan panjang adiabatik 3 cm.
3. Fluida yang mengalir pada saluran uji (duct) berupa udara pada
temperatur kamar (tanpa perlakuan) dengan aliran menyilang
(crossflow).
4. Perpindahan panas pada daerah adiabatik pipa kalor dan
perpindahan panas pada saluran uji (duct) ke lingkungan diabaikan
karena pada daerah tersebut terisolasi.
5. Fluida kerja pada temperatur rata-rata evaporator 60oC, 80oC, dan
100oC adalah etanol kadar 90% dan fluida kerja pada temperatur
rata-rata evaporator 40oC, 60oC, dan 80oC adalah R-134a. Rasio
pengisian etanol kadar 90% sebagai fluida kerja pipa kalor sebesar
0,5. Sedang pada fluida kerja R-134a diisikan pada tekanan 0,9 MPa
(Tsat@35,53oC).
6. Pipa kalor diujikan pada saluran uji (duct) pada posisi vertikal.
7. Saluran uji (duct) berbentuk balok berongga dengan lebar x tinggi
permukaan dalam 12 cm x 12 cm dengan panjang saluran 130 cm
ditambah dengan pipa berdiameter 2 inch sepanjang 60 cm sebelum
saluran uji (duct).
1.4. Tujuan dan Manfaat
Penelitian ini bertujuan untuk:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1. Mengkaji teknologi penukar kalor jenis pipa kalor sebagai alat
recovery panas pada temperatur 60oC, 80oC, dan 100oC dengan
fluida kerja etanol kadar 90% dan pada temperatur 40oC, 60oC, dan
80oC dengan fluida kerja R-134a.
2. Mengetahui karakteristik perpindahan panas pada penukar kalor
jenis pipa kalor dengan variasi temperatur evaporator pipa kalor
terhadap efektivitas perpindahan panas dan hambatan termalnya.
3. Mengetahui karakteristik perpindahan panas pada penukar kalor
jenis pipa kalor dengan variasi kecepatan aliran udara pada saluran
udara (duct) terhadap efektivitas perpindahan panas dan hambatan
termalnya.
Hasil penelitian yang didapat diharapkan memberi manfaat sebagai
berikut:
1. Memberikan pengetahuan tentang karakteristik pipa kalor berfuida
kerja etanol kadar 90%
2. Memberikan pengetahuan tentang karakteristik pipa kalor berfuida
kerja R-134a pada tekanan 0,9 MPa.
3. Hasil penelitian ini dapat diterapkan pada industri pengeringan
maupun industri yang memanfaatkan alat recovery panas sebagai
alat penukar kalor yang fleksibel, murah, ekonomis dalam
penggunaanya (tidak memerlukan pompa ataupun peralatan lain
untuk menggerakkan fluida kerja), dan mudah dalam
perawatannya.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang
masalah, perumusan masalah, batasan masalah,
tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika
penulisan.
BAB II : Landasan teori, berisi tinjauan pustaka yang
berkaitan dengan pipa kalor, dan pengujian
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
karakteristik perpindahan panas pada pipa kalor.
BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang
digunakan, tempat dan pelaksanaan penelitian,
langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.
BAB IV : Data dan analisis, menjelaskan data hasil pengujian,
perhitungan data hasil pengujian serta analisis hasil
dari perhitungan.
BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Meena dkk (2006) melakukan penelitian terhadap recovery panas
pada siklus pengeringan dengan CLOHP/CV (Closed-loop oscillating heat-
pipe with check valves) air-preheater yang digunakan sebagai recovery panas
buangan. CLOHP/CV heat-exchanger terdiri dari pipa dengan panjang 3,58
m dan diameter dalamnya 0,002 m. Evaporator dan kondensor memiliki
panjang 0,19 m, bagian adiabatik sepanjang 0,08 m, kecepatan udara 0,5,
0,75, dan 1,0 m/s dengan temperatur udara panas 50, 60, dan 70oC.
Temperatur udara panas naik dari 50oC menjadi 70oC dan terjadi
peningkatan perpindahan panas. Peningkatan kecepatan dari 0,5 m/s, 0,75
m/s, dan 1,0 m/s menjadikan perpindahan panas menurun. Peningkatan
kecepatan dari 0,5 hingga 1,0 m/s menjadikan efektivitas menurun. Pada
kenaikan temperatur udara panas dari 50oC ke 70oC efektivitas meningkat;
dan kelembaban relatif berkurang sehingga dapat menghemat energi.
Efektivitas perpindahan panas tertinggi dicapai pada kecepatan udara 0,5
m/s dan temperatur 70oC sebesar 0,75.
Meena dan Rittidech (2008) melakukan penelitian untuk
membandingkan unjuk kerja perpindahan panas dari closed-looped
oscillating heat pipe and closed-looped oscillating heat pipe with check valves
heat exchangers dengan fluida R-134a, etanol, dan air sebagai fluida
kerjanya. Pipa kalor terbuat dari pipa tembaga dengan diameter dalam 2,03
mm, 40 belokan dengan masing-masing panjang evaporator, adiabatik, dan
kondensor adalah 20, 10, dan 20 cm. Fluida kerja diisikan dalam pipa pada
rasio pengisian 50%. Evaporator dipanasi dengan heater dan kondensor
didinginkan dengan udara, sedangkan pada bagian adiabatik diisolasi. Dari
hasil pengujian didapatkan kesimpulan bahwa unjuk kerja perpindahan
panas closed-looped oscillating heat pipe with check valves heat exchanger
lebih baik dari pada closed-looped oscillating heat exchanger dengan fluida
kerja R-134a sebesar 0,65.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Hasan dkk (2003) meneliti tentang unjuk kerja pipa kalor gravitasi
dengan diameter 12,5 mm dan panjang 0,5 m menggunakan air sebagai
fluida kerjanya. Percobaan dilakukan untuk meneliti unjuk kerja pipa kalor
pada variasi sudut inklinasi dan perbedaan fluks kalor input pada bagian
evaporator. Rasio pengisian adalah 0,2. Unjuk kerja terbaik pipa kalor
meningkat pada posisi vertikal dimana gaya gravitasi membantu kondensat
turun dari kondensor ke evaporator. Hambatan termal meningkat dengan
meningkatnya sudut inklinasi. Pada pengujian dihasilkan hambatan termal
tertinggi pada posisi vertikal sebesar 3,3oC/W dicapai pada daya input 25 W.
Koefisien perpindahan panas menyeluruh sebanding dengan fluks panas
pada evaporator dan berbanding terbalik dengan sudut inklinasi. Koefisien
perpindahan panas menyeluruh pada posisi vertikal sebesar 175 W/m2oC
dengan daya input 40 W.
Suyitno dkk (2009) melakukan penelitian secara eksperimen pipa
kalor dengan variasi panjang pipa, diameter pipa dan fluida kerja pipa
kalor. Pada salah satu ujung pipa kalor diberi pemanas dengan heater 50 W
dan pada ujung pipa kalor kedua diberi sirip dan dialiri udara dengan
kecepatan 0,1 m/s dengan temperatur kamar. Dari penelitian ini diperoleh
hasil bahwa efektivitas perpindahan panas pipa kalor sekitar 23% dan jauh
lebih tinggi dari efektivitas perpindahan panas pipa biasa sebesar 13%.
Efektivitas perpindahan panas pada pipa kalor berfluida etanol-air akan
meningkat seiring dengan peningkatan kadar etanol. Pemakaian pipa yang
berdiameter lebih besar mampu memberikan efektivitas perpindahan panas
yang lebih besar.
2.2. Pipa Kalor
2.2.1. Pengertian Pipa Kalor
Sistem dua fase capillary-driven memiliki keuntungan yang lebih dari
pada sistem satu fasa dimana koefisien perpindahan panas sistem dua fasa
lebih besar bila dibandingkan dengan koefisien perpindahan panas sistem
satu fasa. Pipa kalor adalah salah satu penukar kalor yang memanfaatkan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
s
p
c
m
p
S
a
w
k
p
t
G
p
m
k
e
g
d
p
m
sistem dua
pengembun
Pipa
capillary-dri
memindahk
panas (con
Secara umu
adiabatik,
wadah yan
kerja. struk
pipa yang
tenaga kap
Gambar 2
penambaha
menyerap k
kerja berwu
evaporator
gradien tek
dari konde
proses terse
Fluid
menerima p
a fasa unt
nan fluida k
a kalor me
iven. Pipa
kan panas d
ndenser) me
um pipa ka
dan bagian
g tertutup
ktur kapilie
terdapat fl
pilaritas ba
2.1 merupa
an kalor p
kalor laten
ujud uap m
dan pelep
kanan sepan
ensor melal
ebut akan te
Gambar 2.
da kerja
panas dan
tuk memin
kerja.
rupakan sa
a kalor m
dari sumbe
enggunakan
alor memili
n kondenso
(pipa tertu
er merupak
luida kerja
agi cairan
akan ilustr
pada evapo
penguapan
mengembun
pasan mass
njang salura
lui struktu
erus berlang
.2. Konstruk
beroperasi
memindahk
ndahkan k
alah satu p
merupakan
er panas (ev
n kalor lat
iki tiga bag
or. Kompo
utup), struk
an tempat p
a cair jenuh
kembali d
rasi prinsi
orator, flui
n, sementara
. Penambah
sa pada ak
an uap. Perb
ur kapiler
gsung.
ksi pipa kalor
pada ke
kan panas
kalor deng
penukar ka
penukar
vaporator) m
ten pengem
gian: bagian
onen utama
ktur kapilie
pada permu
h dan seba
dari konden
p kerja p
ida kerja
a pada bag
han massa
khir konde
bedaan teka
(wick) men
r dan prinsip
adaan jen
melalui ka
gan pengua
alor sistem
kalor pa
menuju pem
mbunan flui
n evaporato
a pipa kalo
er (wick), d
ukaan dalam
agai struktu
nsor ke ev
pipa kalor
terevapora
gian konden
inti uap pa
nsor meng
anan memb
nuju evapo
p kerjanya.
nuh, fluida
lor laten p
apan dan
dua fasa
asif yang
mbuangan
ida kerja.
or, bagian
or adalah
dan fluida
m dinding
ur kapiler
vaporator.
r. Dengan
asi karena
nsor fluida
ada bagian
gakibatkan
uat cairan
rator dan
a tersebut
enguapan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Jumlah panas yang dipindahkan melalui kalor laten secara umum lebih
besar dibandingkan panas yang dipindahkan melalui kalor sensibel. Dengan
range temperatur operasinya yang besar (menyesuaikan fluida kerja),
memiliki efisiensi yang tinggi, ringan, dan fleksibel maka sistem pipa kalor
tersebut sangat menarik untuk diaplikasikan sebagai penukar kalor.
2.2.2. Tipe Pipa Kalor Berdasarkan Temperatur Operasi
Berdasarkan temperatur operasinya pipa kalor dapat dibedakan
menjadi empat yang memiliki fluida kerja yang berbeda. Tipe pipa kalor