KARAKTERISTIK PERPINDAHAN KALOR KONDENSASI EKSTERNAL PADA PIPA HORIZONTAL DENGAN VARIASI KONDISI PERMUKAAN PIPA DAN TEMPERATUR CHILLER
Ghibran Alfaiqi, Ir. Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM.
2026 | Skripsi | TEKNIK MESIN
Peningkatan konsumsi energi global mendorong kebutuhan akan sistem
termal yang lebih efisien, khususnya pada sistem refrigerasi dan pendingin
udara yang memiliki konsumsi energi listrik cukup besar. Salah satu komponen
penting pada sistem tersebut adalah kondensor, yang berfungsi melepaskan kalor
melalui proses kondensasi. Performa kondensasi dipengaruhi oleh karakteristik
permukaan dan kondisi pendinginan, sehingga modifikasi permukaan pipa menjadi
salah satu pendekatan yang banyak dikembangkan untuk meningkatkan perpindahan
kalor. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik perpindahan
kalor kondensasi eksternal pada pipa horizontal, mengevaluasi pengaruh variasi
kondisi permukaan pipa dan temperatur chiller terhadap laju perpindahan
kalor (q), heat flux (q''), koefisien perpindahan kalor
kondensasi (h), serta degree of subcooling (?Tsub)
sekaligus menentukan konfigurasi yang memberikan performa kondensasi terbaik.
Penelitian dilakukan secara eksperimental menggunakan fasilitas
perpindahan kalor kondensasi pada pipa horizontal dengan fluida kerja berupa
uap air dan fluida pendingin berupa aquades. Variasi permukaan yang
digunakan terdiri atas pipa halus, pipa kasar, dan pipa dengan hydrophobic
coating, sedangkan temperatur chiller divariasikan pada 20 C, 15 C,
dan 10 C. Selama pengujian dilakukan pengukuran temperatur, tekanan, dan laju
aliran fluida, kemudian data diolah untuk memperoleh nilai q, heat
flux, koefisien perpindahan kalor kondensasi, dan degree of subcooling.
Selanjutnya dilakukan analisis terhadap pengaruh masing-masing variabel serta
mekanisme kondensasi yang terjadi pada setiap variasi permukaan berdasarkan
hasil eksperimen dan pengamatan visual.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi kondisi permukaan pipa dan temperatur chiller memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik perpindahan kalor kondensasi. Dibandingkan pipa halus, penggunaan pipa dengan coatingmeningkatkan laju perpindahan kalor (q), heat flux (q''), dan koefisien perpindahan kalor kondensasi (h) masing-masing hingga 94,12%, 98,00%, dan 113%. Penurunan temperatur chiller dari 20 C menjadi 10 C meningkatkan laju perpindahan kalor hingga 83,85%, heat flux hingga 83,85%, dan koefisien perpindahan kalor kondensasi hingga 65,9% pada seluruh variasi permukaan.Analisis mekanisme kondensasi menunjukkan bahwa permukaan hidrofobik mempermudah pelepasan kondensat sehingga mengurangi hambatan termal dan meningkatkan efektivitas perpindahan kalor. Berdasarkan seluruh parameter yang dianalisis, konfigurasi terbaik diperoleh pada pipa dengan coatingpada temperatur chiller 10 C, dengan nilai laju perpindahan kalor sebesar 2,01 kW, heat flux sebesar 584,43 kW/m2, dan koefisien perpindahan kalor kondensasi sebesar 7,63 kW/m2C.
The increasing global demand
for energy has driven the need for more efficient thermal systems, particularly
in refrigeration and air-conditioning applications, which account for a
significant portion of electricity consumption. One of the key components in
these systems is the condenser, where heat is rejected through the condensation
process. Condensation performance is strongly influenced by surface
characteristics and cooling conditions; therefore, surface modification has
become one of the most promising approaches to enhance heat transfer
performance. This study aims to investigate the characteristics of external
condensation heat transfer on a horizontal tube, evaluate the effects of
surface variations and chiller temperature on the heat transfer rate (q),
heat flux (q''), condensation heat transfer coefficient (h), and degree
of subcooling (?Tsub) and determine the configuration that provides
the best condensation performance.
An experimental study was
conducted using a horizontal tube condensation heat transfer facility with
water vapor as the working fluid and distilled water as the cooling fluid.
Three surface conditions were investigated, namely a smooth tube, a rough tube,
and a hydrophobic-coated tube. The cooling fluid temperature supplied by the
chiller was varied at 20 C, 15 C, and 10 C. During the experiments,
temperature, pressure, and flow rate were measured continuously. The collected
data were then processed to determine the heat transfer rate, heat flux,
condensation heat transfer coefficient, and degree of subcooling. Furthermore,
the effects of the experimental variables and the condensation mechanisms on
each surface were analyzed based on the experimental results and visual
observations.
The experimental results
demonstrated that both pipe surface characteristics and chiller temperature
significantly affected the condensation heat transfer performance. Compared
with the smooth pipe, the hydrophobic-coated pipe increased the heat transfer
rate (q), heat flux (q''), and condensation heat transfer
coefficient (h) by up to 94.12%, 98.00%, and 113%, respectively.
Reducing the chiller temperature from 20°C to 10°C increased the heat transfer
rate and heat flux by up to 83.85%, and the condensation heat transfer
coefficient by up to 65.9% for all surface conditions. The condensation
mechanism analysis indicated that the hydrophobic surface promoted condensate
removal, thereby reducing thermal resistance and enhancing heat transfer
effectiveness. Based on all evaluated parameters, the optimum performance was
achieved using the hydrophobic-coated pipe at a chiller temperature of 10 C,
yielding a heat transfer rate of 2.01 kW, a heat flux of 584.43 kW/m2, and a
condensation heat transfer coefficient of 7.63 kW/m2C..
Kata Kunci : Kata kunci: kondensasi eksternal, perpindahan kalor, pipa horizontal, hydrophobic coating, heat flux, koefisien perpindahan kalor kondensasi, degree of subcooling, temperatur chiller.
