STUDI EKSPERIMENTAL PENUKAR KALOR PIPA GANDA HELICAL PADA SISTEM REFRIGERASI JOULE-THOMSON

CECEP SUNARDI, Dr. Ir. Suhanan, DEA.

2011 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Sistem refrigerasi Joule-Thomson (J-T) saat ini sedang dikembangkan untuk aplikasi temperatur kriogenik menggantikan sistem refrigerasi Linde-Hampson (L-H). Keuntungan sistem refrigerasi J-T adalah tekanan kerjanya yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem refrigerasi L-H. Sistem refrigerasi siklus J-T bekerja pada tekanan sekitar 20 bar, sedangkan sistem refrigerasi L-H pada sekitar 200 bar. Untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan, pada siklus J-T biasanya dipakai refrigeran campuran. Walaupun demikian, pada penelitian ini dipakai hanya satu refrigeran, yaitu R-22. Salah satu parameter dari performansi sistem refrigerasi siklus J-T adalah efektifitas penukar kalor ( ε ). Untuk mengetahui pengaruh ukuran diameter koil dan celah koil penukar kalor terhadap efektifitas penukar kalor, koefisien perpindahan kalor dan prestasi kerja siklus J-T, pada penelitian ini digunakan penukar kalor pipa ganda helical dengan 3 variasi ukuran diameter koil dan celah koilnya, yaitu : 0 mm, 5 mm dan 8 mm untuk celah koil dan 18,5 cm, 22 cm dan 27 cm untuk ukuran diameter koil. Hasil penelitian menunjukkan : efektifitas penukar kalor ( ε ) tertinggi adalah 88 % pada penggunaan diameter terkecil (18,5 cm) dengan celah koil 5 mm, koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U) tertinggi adalah 431 W/m2 K pada penggunaan diameter terkecil (18,5 cm) dengan celah koil 8 mm. COP aktual dan efisiensi refrigerasi tertinggi adalah masing-masing 3,15 dan 73,3 % keduanya pada penggunaan diameter koil terbesar (27 cm) dengan celah koil 5 mm dan 8 mm.

The Joule Thomson (J-T) refrigeration system currently is being developed for cryogenic application to substitute Linde Hampson (L-H) refrigeration system. The advantage of the J-T refrigeration system is lower operating pressure than the L-H refrigeration system. The J-T refrigeration system works in pressure about 20 bar, while the L-H refrigeration system in about 200 bar. To get the desire cryogenic temperature, in the J-T refrigeration system, usually is used mixed refrigerants, whereas in this investigation is only used one refrigerant, that is R-22. The one of the J-T refrigeration system performance parameters is heat exchanger effectiveness (ε). To know the effect of diameter size and gap coils to the heat exchanger effectiveness, heat transfer coefficient and J-T cycle performance, in this research a helical double pipe heat exchanger is used in three variation of coils size diameter and their gaps or pitches, those are : 0 mm, 5 mm and 8 mm of gaps and 18.5 cm, 22 cm and 27 cm of coils diameter size. The results are: the highest of effectiveness ( ε ) of heat exchanger is 88 % at the smallest coils diameter (18.5 cm) and 5 mm of coil gap, the highest overall heat transfer coefficient (U) is 431W/m2 K at the smallest coils diameter (18.5 cm) and 8 mm of coil gap. The highest COP actual and refrigeration efficiency are 3, 15 and 73,3 % both are at the widest coils diameter (27 cm) either in 5 mm and 8 mm of gaps respectively.

Kata Kunci : Siklus Joule-Thomson, penukar kalor, efektifitas, efisiensi, COP.