ISSN: 1979-889X (cetak), ISSN: 2549-9041 (online) http://www.journal.unsika.ac.id

## PERANCANGAN PEMANAS AIR DENGAN SUMBER PANAS DARI KONDENSOR MESIN REFRIGERATOR 0,5 PK
1 Nanang Burhan, 2 Rega Dwi Adisetya, 3 Oleh Oleh, 4 Iman Dirja 1,2,3,4 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 nanang.burhan@ft.unsika.ac.id, 2 rega123@gmail.com, 3 olehkrw1969@gmail.com, 4 Imandirja68@gmail.com

## I. P ENDAHULUAN
Umumnya mesin refrigerator atau disebut kulkas yang digunakan  pada  rumah  tangga  digunakan  hanya  untuk menyimpan makan atau sayuran agar tetap awet dan segar. Mesin kulkas ini lebih banyak digunakan karena memiliki keunggulan-keunggulan diantarannya bentuk yang sederhana dan kompak.
Dalam  sistem  pendinginannya,  lemari  es  terdiri  dari beberapa  komponen. Pertama ,  bahan  pendingin  atau refrigerant (umumnya menggunakan Freon ) merupakan zat yang  oleh  kompresor  ditekan  dan  mengalir  dalam  sistem, dapat  berbentuk  gas  atau  cair,  untuk  menyerap  panas  dari evaporator  dan  membuangnya  di  kondensor. Kedua kompresor,  yang  berfungsi  menaikkan  tekanan  dan temperatur refrigerant dari rendah  menjadi  tinggi ( refrigerant dalam fase uap). Dengan adanya perbedaan ini, menyebabkan refrigerant dapat mengalir dari evaporator ke kondensor pada bagian yang paling atas. Ketiga kondensor, merupakan  sebuah  alat  penukar  kalor  dimana refrigerant melepas  kalor  ke  udara  luar.  Disini refrigerant berubah menjadi cair dengan suhu ruangan atau suhu dingin lanjut, tetapi  tekanannya  masih  tetap  tinggi.  Cairan  ini  akan mengalir ke pengering, sebagai komponen ketiga.
Mesin refrigerator atau  mesin  pendingin  bekerja menggunakan  prinsip  dasar  proses  pendinginan  atau refrigerasi  yang  pada  hakekatnya  adalah  proses memindahkan  energi  panas  dari  satu  lingkungan  ke lingkungan  lainnya  dengan  cara-cara  tertentu.  Hukum termodinamika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan  atau  dimusnahkan  sangat  penting  dalam pengoperasian sistem ini.
Bagian  dari  mesin  kulkas  ini  terdiri  dari  ruang pendingin, freezer yang diletakkan di bagian dalam lemari ruang pendingin yang dikondisikan dan kondensor sebagai pembuang panas yang diletakkan di bagian luar ruang dan ditempatkan pada plat pembuang panas di bagian belakang,
samping-sampingnya  kulkas.  Panas  dari  makanan  atau sayur-sayuran  dalam  ruangan  pendingin  diserap  oleh evaporator kemudian  diangkut  oleh refrigerant dan dialirkan  ke  kondensor  untuk  selanjutnya  dibuang  ke lingkungan melalui plat-plat tersebut.
Pembuangan panas melalui dinding atau plat-plat akan terasa panas pada saat terjadi pengangkutan sumber panas dari makanan. Dengan perpindahan panas konveksi alamiah panas  tersebut  kemudian  panas  berpindah  ke  lingkungan sekitar.  Temperatur  plat-plat  tempat  pembuangan  panas tersebut memiliki temperatur sekitar 40-50 o C. Pada bagian keluar  kompresor  menuju  kondensor  tempat  aliran Freon bersirkulasi, temperatur pipa tembaga memiliki temperatur antara 50-65 o C. Untuk melakukan proses pemindahan panas pada  mesin refrigerator ini  diperlukan  suatu  alat  yang dinamakan alat penukar panas.
Penukar panas ( Heat Exchanger, HE) merupakan suatu alat  yang  berfungsi  untuk  memindahkan  energi  panas melalui  dinding  atau  sekat.  Berpindahnya  panas  tersebut karena adanya perbedaan energi diantara kedua daerah/zat tersebut. Perpindahan panas tersebut melibatkan parameter- parameter penting dari kedua daerah/zat tersebut.
Ditinjau  dari  laju  aliran  panas  yang  dibuang  oleh kondensor  ke  udara,  mesin  pendingin  atau  kulkas  akan memiliki nilai ekonomi yang tinggi bila panas yang dibuang dimanfaatkan.  Salah  satu  pemanfaatan  dari  panas  yang dibuang dari refrigerator adalah menjadikan panas buangan itu sebagai pemanas air dengan menggunakan prinsip kerja penukar panas.
Pada  penelitian  ini  akan  menyajikan  “Perancangan Pemanas Air dengan Sumber Panas dari Kondensor Mesin Refrigerator 0,5  PK”.  Dengan  melakukan  modifikasi kondensor mesin refrigerator satu pintu untuk pemanas air dengan  kapasitas  20  liter.  Modifikasi  kondensor  yang dirancang  berupa heater dengan  sumber  panas  dari  aliran Freon dan  memiliki  kemampuan  yang  sama  dengan kemampuan  kondensor.  Bila  beban  pemanasan  pada

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 08 April 2021 Direvisi : 03 Juli 2021 Disetujui : 19 Oktober 2021
Kata Kunci : CFD, Mesin Pendingin, Pemanas Air, Refrigerator , Temperatur, Tube

## A B S T R A K
Mesin  pendingin  atau refrigerator sangat  dibutuhkan  guna  membuat  makanan  dan kebutuhan  rumah  tangga  lainnya  agar  tetap  segar  dan  awet  dengan  cara  menukar  atau membuang  panas  pada  makanan  tersebut.  Panas  yang  dibuang  dari refrigerator bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan alat pemanas dengan menggunakan prinsip penukar panas. Tujuan dari penelitian ini yaitu merancang sebuah alat pemanas air dengan memanfaatkan panas dari kondensor mesin refrigerator 0,5 PK sebagai keuntungan tambahan. Perancangan dimulai  dengan  identifikasi  permasalahan,  menghitung  kebutuhan  panas,  menentukan dimensi dan juga komponen utama pemanas air. Berdasarkan hasil analisa di mana dimensi tube sebesar  diameter  8  mm,  tebal  2  mm  dengan  panjang  sebesar  0,5  meter  dan  tangki berkapasitas  20  liter,  didapatkan  bahwa refrigerator 0,5  PK  dengan Freon yang  keluar sebesar 65˚C hanya mampu memanaskan air sebanyak 3 Kg dari temperatur 28˚ menjadi 60˚ dalam waktu 59 menit, dengan beban panas sebesar 130,74 Watt dan hasil yang dicapai dari CFD menunjukkan panas yang masuk pada tube sebesar 65˚C akan berkurang setelah mencapai 1/3 dari panjang tube .
penukar  panas  ini  terpenuhi  maka  panas  dari refrigerant akan  dibuang  melaui  kondensor  dan  selanjutnya memanaskan air.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Dalam  melaksanakan  penelitian,  beberapa  langkah yang dilaksanakan oleh peneliti meliputi:

## A. Identifikasi Masalah
Perancangan  dimulai  dengan  melakukan  identifikasi masalah  dan  mencari  studi  kasus.  Identifikasi  masalah meliputi  hasil  pengamatan  dari  permasalahan  yang  ada  di lingkungan  masyarakat  dan  juga  dari  hasil  studi  terkait topik-topik  yang  sudah  ada  sebelumnya.  Pada  studi  kasus ini, perancangan dibuat dengan cara memodifikasi penukar panas  kondensor  yang  dipasang  antara  pipa  saluran kompresor  dan  katup expansi .  Perancangan  penukar  kalor ini  memanfaatkan panas yang dibuang oleh kondensor.
Laju  aliran  panas  pada  kondensor  memiliki temperatur  yang  masih  besar  yaitu  65 o C  dan  dapat dimanfaatkan untuk menghangatkan air. Berdasarkan hasil pengukuran  pada  pipa  tembaga  bagian outlet kompresor diperoleh temperatur sebesar 50 – 65 o C. Laju aliran panas ini  dibuang  begitu  saja  ke  lingkungan  tanpa  memberikan keuntungan  lain  pada  sistem  pendingin  yang  dipakai. sehingga  perlu  alat  lain  yang  mampu  mengubah  panas menjadi bermanfaat pada mesin pendingin tersebut.

## B. Pengumpulan Data
Dalam  metode  pengumpulan  data  langkah-langkah yang digunakan sebagai berikut :
a. Menentukan kemungkinan penukar panas sebagai pemanas  air  dengan  memanfaatkan  panas  yang dibawa  oleh refrigerant dalam  saluran  sirkulasi kulkas.
b. Menentukan  pemasangan  sistem  penukar  panas yang  dirancang  ke  dalam  rangkaian  sirkulasi refrigerant mesin pendingin.
c. Mengukur  besarnya  temperatur  keluar  dari kompresor saat beroperasi.
d. Menentukan  aliran  air  yang  dibutuhkan  untuk menyerap panas.
e. Menentukan jenis material yang digunakan sebagai penukar kalor.
f. Menentukan jenis refrigerant .
g. Menentukan dimensi dari penukar kalor.
h. Menentukan  jenis  aliran  yang  digunakan  apakah aliran searah atau aliran berlawanan arah.
C. Perhitungan Data
a. Menghitung  besarnya  laju  aliran  panas  pada kondensor  yang  dapat  dimanfaatkan  untuk memanaskan air.
b. Menghitung luas perpindahan panas yang dipakai sebagai  penukar  panas  yang  ditempatkan  pada wadah penampung air.
D. Pemilihan Komponen Utama Pemanas Air
Pemilihan  komponen  utama  pemanas  air  dilakukan berdasarkan  kebutuhan  perancangan  yang  sudah diperhitungkan.  Komponen-komponen  yang  dipilih harus  benar-benar  sesuai  guna  memaksimalkan  hasil dari perancangan yang dibuat.

## E. Pembuatan Model dan Simulasi
Pembuatan  model  dan  simulasi  ini  dilakukan menggunakan CFD yang terintegrasi dengan Ansys 14.5 32 bit untuk melihat distribusi termal dan laju aliran panas yang terjadi pada Freon dan pipa yang terbenam dalam air.
Selanjutnya  metodologi  atau  alur  proses  pada penelitian ini secara jelas dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1 Diagram alir penelitian III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Dimensi dan Jenis Material
Mesin refrigerator pemanas  air  ini  dibuat  dengan spesifikasi :
a. Mesin pendingin refrigerator atau kulkas tipe satu pintu kapasitas listrik 0,5 PK.
Bagian ini yang digunakan adalah kondensor nya, keluar dari kompresor, Freon masuk ke dalam penukar  panas  spiral  yang  dirancang.  Keluar  dari penukar kalor yang spiral Freon kemudian masuk ke kondensor .
b. Tangki air dengan kapasitas penyimpan 20liter air. Pemilihan  tangki  air  sebesar  ukuran  1  galon (19liter) dibatasi oleh kemampuan mesin pendingin
yang  mempunyai  kapasitas  kecil  yaitu  0,5  PK. Letak tangki air berada di atas mesin pendingin atau sampingnya.
c. Pipa / tube terbuat dari tembaga berukuran Æ 8 mm dan  tebal  0,2  mm  sepanjang  0,5  meter.  Pipa tersebut  digulung  spiral  menjadi  2  gulungan  dan digunakan  untuk  mengalirkan Freon dari  mesin pendingin.
d. Shell dari tube baja tahan karat berukuran 0.150 m x 0,20 m.
Rancangan penukar panas ini menggunakan air sebagai media  pendinginnya  yang  diletakkan  pada  wadah  atau tangki dengan temperatur 28˚-30˚ C. Kemudian pada saluran refrigerant sisi masuk ke kondensor dipasang penukar panas sebagai pemanas air. sebelum dan sesudah modifikasi dapat dilihat pada Gambar 2
Gambar 2 Modifikasi kondensor dengan spiral heat exchanger. (a) kondisi sirkuit asal pabrik. (b) penambahan spiral heater.
Berikut merupakan data pengukuran temperatur dapat dilihat pada Tabel I.
T ABEL I D ATA PENGUKURAN TEMPERATUR NO BAGIAN
SIMBOL TEMPERATURE ( o C)
1 Pipa sisi masuk kondensor Th1 62 2 Pipa sisi keluar kondensor Th2 40 3 Kondisi awal air Tc1 28 4
Temperatur pelat kondensor Tp 40
Pengukuran temperatur Freon diukur pada sisi masuk dan keluar dari pipa penukar panas (kondensor). Pengukuran dilakukan pada bagian luar pipa-pipa yang menuju maupun yang  keluar  dari  kondensor  menggunakan  termokopel digital. Pengukuran ini sebetulnya kurang akurat tetapi hasil yang  diperoleh  mendekati  temperatur Freon yang  diukur. Ujung-ujung  dari thermometer  digital ditempelkan  pada pipa-pipa tersebut dan dilindungi oleh silicon greace untuk menghindari dari temperatur udara luar.
Adapun kebutuhan air panas adalah sebagai berikut:
𝑉𝑎 = 𝐴 ℎ
(1)
dimana :
Va = volume air, m 3
A = luas penampang shell , m 2
𝐴 = p " ! " # (2)
Ds = 0.15 m
h = panjang shell , m h = 0.20 m
maka volume air dalam shell adalah :
𝑉𝑎 = p (0.15 𝑚) $
4 0.2 𝑚
𝑉𝑎 = 0.0035325 𝑚 %
B. Perhitungan Desain kebutuhan Panas dan Penukar Panas

## 1. Panas Tersedia dari Kondensor
𝐺𝑟 = & b (()*( ¥ ) , # n " (3)
g = 9.81 m/s 2 b = 1/Tr b = 1 (50 + 28)/2
b = 1 39 = 0.02564
𝑇𝑤 = 50 o C 𝑇 ¥ = 28 o C n = 15.69 10 6 m2/s diperoleh :
𝐺𝑟 = 9.81 𝑚 𝑠 $ 0.02564 1 𝐶 (50 − 28) - 𝐶  1.2 % 𝑚
(15.69 10 *. ) $ 𝑚 $ /𝑠

## 𝐺𝑟 =  38842534488.12
Dari tabel udara diperoleh bilangan prandtl sebesar 0.708, sehingga  bilangan  Nuselt  untuk  udara  pada  plat  vertikal adalah:
Nu L = 0,555 ( Gr Pr) 1/4 (4)
Nu L = 0,555 ( 38842534488.12 . 0.708 ) 1/4
Nu L = 226.01
Koefisien perpindahan panas konveksi alamiah untuk udara konduktivitas  termal  sebesar 0.02624  W/m - C yang bergerak alamiah pada plat vertikal adalah:
ℎA𝑐𝑝 = /0 $ 1 , (5)
ℎA𝑐𝑝 = 226.01 .  0.02624  W/m - C 1.2 𝑚
ℎA𝑐𝑝 = 4.942 𝑊/𝑚 $ 𝐶
Sehingga panas yang dibuang ke udara melaui dinding plat (depan dan belakang) adalah :
𝑄̇𝑐 = ℎ𝑐𝑝 𝐴𝑝 (𝑇𝑤 − 𝑇 ¥ ) (6)
𝑄̇𝑐 =  4.942 𝑊 𝑚 $ 𝐶 2(1.2 𝑚 0.5 𝑚)(50 − 28) - 𝐶

## 𝑄̇𝑐 = 130.47 𝑊𝑎𝑡𝑡
2. Laju Alir Massa Freon 𝑄̇𝑐 = 𝑚̇𝑓 𝐶𝑝𝑓 (𝑇ℎ𝑘 − 𝑇ℎ𝑚) (7)
dimana  panas  jenis Freon 978,1 2 34 % 5 temperatur Freon masuk  kondensor  sebesar  65 o C  dan  keluar  sebesar  40 o C, maka diperoleh laju aliran massa Freon sebesar:
𝑚̇𝑓 = 6%7.#9 :;<<
=9>,6 & '(%) (.@*#7) * A (8)

## 𝑚̇𝑓 = 0.005334 𝑘𝑔/𝑠

## 3. Kebutuhan Energi Panas Air
Qa = ma Cpa (Ta − To)
(9)
Dimana :
ma = massa air, kg/s
ma = r a Va
Va = Volume air dalam tangki, m 3
Va = 0.0035325 𝑚 %
r a = rapat massa air, kg/m 3 r a = 980 kg/m 3 m air = 980 kg/m 3 0.0035325 𝑚 %
ma = 3.462 kg
Temperatur  awal  air  To  dalam  tangki  adalah  28 o C  dan temperatur  akhir  Ta  yang  diharapkan  adalah  60 o C  dengan panas jenis air sebesar Cp = 4174 J/kg K.
Qa = 3.462 kg 4174 J/kg K (60 − 28) Qa =  462412.416 Joule sehingga waktu pemanasan air yang dibutuhkan selama:
𝑡 = 462412.416  𝐽 130.47 𝐽/𝑠 𝑡 = 3544 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
𝑡 = 59 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

## 4. Laju Aliran Massa Air
𝑚̇𝑎 = B; < (10)
𝑚̇𝑎 = 3.462 kg
3544 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
𝑚̇𝑎 =  0.000977 𝑘𝑔/𝑠
5. Menentukan LMTD
Thm = Temperatur Freon masuk kondensor
Thm = 65 o C
Thk = Temperatur Freon keluar kondensor
Thk = 40 o C
Tcm = Temperatur air awal
Tcm = 28 o C
Tck = Temperatur air keluar
Tck = 60 o C
Maka LMTD dengan persamaan 2.8 adalah:
LMTD = (CDE*CF3)* (CD3*CFE) GH (,-./,0') (,-'/,0.)
(11)
LMTD = (65 − 60) − (40 − 28)
Ln (65 − 60) (40 − 28)
LMTD = 7,996 o C
6. Perkiraan Koefisien Perpindahan Panas Global Pada penelitian ini fluida kerja terdiri atas Freon dan fluida air. Dari nilai kira-kira koefisien perpindahaan panas global U berkisar antara 280 – 850 W/m 2o C. Harga U dipilih nilai terendah yaitu 705,65 W/m 2o C.
7. Luas Perpindahan Panas
A I = JḞ L M GNCO (12)
Faktor koreksi F dari beda temperatur antara sisi masuk dan keluar untuk setiap perbandingan R dan P, diperoleh:
R = CFP*CFQ CDP*CDQ (13)
R = (28 − 60) Q C (65 − 40) F C R =   1,214
Dan untuk P :
P = CDQ*CDP CFP*CDP (14)
P = (40 − 65) Q C (28 − 65) Q C P = 0,636 = 0,7
Dari  grafik  diperoleh  faktor  koreksi  sebesar  F  =  0,7, sedangkan  untuk  koefisien  perpindahan  panas  global sementara dipilih 705.65 W/m 2 o C sesuai dalam gambar bab II.  Maka  luas  perpindahan  panas  pada  pipa  bagian  luar adalah:
Ao  = 6%7.#9 R/T 7,9   97@,.@ 2 ." %) 9,==. % 5 (15)
Ao  = 0,033 m $
Dengan  demikian  panjang  pipa  ( tube )  yang  digunakan sebagai penukar panas spiral adalah:
L = UQ p OQ (16)
L = 0,033 m $ p 0.008 m
L =  1.09 m
Sehingga  luas  perpindahan  panas  bagian  dalam  pipa tembaga Ai adalah:
Ai = p Di L (17)
Ai = p ((8 − 2(0,2)/1000) m 1.09 m
Ai = 0,026 m $
8. Koefisien Panas Pada Pipa
8.1 Konveksi Paksa
a. Freon di dalam Pipa
Konveksi  paksa  di  dalam  pipa  berdasarkan  bilangan Reynold’s  dapat  dihitung  dengan  persamaan  2.14 berikut :
Red = r V  WV  O µ V (18)
Dengan diamater dalam pipa Di = 7,6 mm = 0,0076 m dengan temperatur rata-rata dari sisi masuk Thi = 65 o C dan dari sisi keluar Tho = 40 o C adalah:
Tf = CDQXCDP $ (19)
Tf =  65
Tf = 52.5 Q C
Diperoleh sifat-sifat Freon : µ f = 0,0000254 kg/m s kf = 0,072 W/m o C r f = 1305,8 kg/m 3 Pr = 3,5 Kecepatan  aliran Freon dalam  pipa  berdiameter hidrolik Æ 7,6 mm adalah :
Vf = ĖV r V  UPY (20)
Dimana  luas  penampang  aliran  pipa  bagian  dalam adalah :
Aid = p OP " # (21)
Aid = p 0,0076 $ 4 Aid = 0,0000453 m $
Maka kecepatan aliran dalam pipa adalah :
Vf = 0.005334 𝑘𝑔/𝑠 1305,8 kg/m % 0,0000453 m $
Vf = 0,0901 m/s
Maka bilangan Reynold’s diperoleh:
Red = 1305,8 kg/m % 0,0901  m s  0,0076 m 0,0000254 kg/m s
Red = 3521.17
dari    Red,  maka  aliran  tersebut  adalah  jenis  aliran turbulen. Dengan persamaan 2.15 maka diperoleh:
Nud = 0,023 Red 0,8 Pr 0,4 (22)
Nud = (0,023 122855 ,5 0,8 ) 3,5 0,4 Nu L = 164.7
sehingga koefisien perpindahan panasnya hAci adalah:
hAci = Z[Y  3V O\ (23)
hAci = 164.7    0,072 W/m Q C 0,0076 m
hAci = 1560.3 W/m $ Q C

## DARI KONDENSOR MESIN REFRIGATOR 0,5 PK
b. Air di Luar Pipa
Luas  frontal  aliran  yang  dilewati  oleh  air  yang melewati pipa-pipa dalam shell dalam arah tegak lurus dengan pipa adalah:
At = As – Aid (24)
Dimana : Sehingga luas frontal shell tanpa pipa As adalah:
As = p Ds 2 / 4 (25)
As = 3.14 (0.15) 2 m / 4
As = 0,0177 m 2
Maka luas frontal shell At dengan pipa adalah: Maka At adalah: Maka kecepatan air sepanjang dalam shell adalah:
Va = Ė] r ] U^
(26)
Va = 0,0374 kg/s
980 kg m % 0.177 m $

## Va = 0,00192 m/s
Bilangan Reynold’s untuk air dalam shell adalah:
Rel = r ] W] G µ ] (27)
Dimana  sifat-sifat  air  diperoleh  dari  temperatur  rata- rata sisi masuk dan keluar air adalah:
Ta = CFPXCFQ $ (28)
Ta = (28 + 60) Q C 2
Ta = 44 Q C
Diperoleh :
r a = 993 kg/m 3 µ a = 6,82 10 -4 kg/m.s
Pr = 4,53
Ka = 0,637 W/m o C
Sehingga bilangan Reynold’s sepanjang pipa adalah:
Rel = 993 kg m % 0,00192 m s  0,6 m 6,82 10 *# kg/m. s

## Rel = 1102,8
Untuk aliran yang melewati plat datar sepanjang L = 0,6 meter termasuk ke dalam aliran laminer. Bilangan Nusselt untuk aliran tersebut adalah:
N ⃐mmul = 0,332  Rel 6/$ Pr 6/% (29)
N ⃐mmul = 0,332  (1102,8) 6/$ (4.53) 6/%
N ⃐mmul = 21,79
Maka koefisien perpindahan panas rata-rata antara air dengan bagian luar pipa sebanyak Nt tembaga adalah: hAco = Z[_  3] G (30)
hAco = 21,79  0,637 W m I C 0,008 M
hAco = 1735,94 W/m $ Q C

## 8.2 Konduksi
Bahan  pipa  yang  digunakan  adalah  pipa  tembaga dengan  konduktivitas  termal  ka  =  386  W/m o C,  sehingga persamaannya adalah:
Q̇k = $ p 3` G  ( CP*CQ)
_Ha 4%/" 46/" b (31)
Maka tahan termal pada pipa adalah:
Rk = _Ha 4%/" 46/" b $ p 3` G (32)
Rk = ln o 8/2 7,6/2p
2 p 386 W m Q C  1,09m
Rk =   5,3 10 *9 m $ Q C/W

## 9. Faktor Pengotoran
Harga untuk pengotoran yang terjadi pada air di bagian luar pipa adalah Rfo = 0,0002 m $ Q C/W dan untuk Freon di dalam pipa Rfi adalah 0,0002 m $ Q C/W .
10. Koefisien Perpindahan Panas Global
Perpindahan panas dari fluida panas yaitu Freon ke fluida dingin air diperoleh sebagai berikut:
Uo = 6
7% 76 -06 X 7% 89:4%/" 46/" ; " < '= > ?@ XcVQXcVP 7% 76 X A -0% (33)
Uo =
6
B,DA" ."
B,ED# ." AFEB.# 2 ." %) X B,DA" ."  89H I " D,E " J " < #IE 2 . %) B,E. FE X
7,777$ ." %) 2 X X7,777$ ." %) 2 B,DA" ." B,ED# ." X A AD#F,KL 2/." %) Uo = 600,8 W/m 2 C
Persentase  perbedaan  harga  U  sebagai  perkiraan  awal  dan Uo hasil perhitungan adalah:
%U = M*MQ M ∗ 100 (34) %U = 600,8  − 705.65 705.65 ∗ 100

## %U =   0,149
Maka harga U awal dikoreksi kembali dengan memasukkan Uo ke tahap awal perhitungan.
11. Dimensi Shell dan Tube Desain  untuk shell dibatasi  oleh  ukuran  panjang kondensor  Lc = 0,2 meter dan diameter Lt = 0.15 meter. Secara  simulasi  desain Shell and Tube secara  jelas  dapat dilihat pada Gambar 3.

## Gambar 3 Dimensi spiral
12. Urutan Pemodelan
a. Geometri Pada  Ansys  14.5  pembuatan  geometri dilakukan  secara  bertahap  dari  mulai  sketch sampai  objek  3D  penukar  panas  spiral  dan heat  tank .  Secara  jelas  dapat  dilihat  pada Gambar 4.

## Gambar 4 Geometri penukar panas spiral
b. Membuat Mesh
Selain membangun mesh pada geometri tersebut, dilakukan  inisialisasi  pada  bagian-bagian geometri tersebut seperti pada Tabel II.

## T ABEL II B OUNDARY CONDITIONS NO BAGIAN
INISIAL TYPE 1 Aliran Freon masuk In freon Mass flow inlet 2 Aliran Freon keluar Out freon Pressure Outlet 3 Aliran air masuk In water Mass flow inlet 4 Aliran air keluar Out water Pressure Outlet 5 Dinding isolasi Wall Wall
Kemudian untuk gambar hasil mesh dan inisialisasi dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Mesh penukar panas spiral
c. CFD Post Distribusi temperatur dan panas dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Distribusi temperatur pada freon
Pada tahap ini, pembuatan model dan simulasi yang dilakukan selesai. Bila hasil akhir tidak sesuai maka  perlu  dilakukan  revisi  dimulai  dari  geometri hingga hasil simulasi. Pada Gambar 7 diperlihatkan hasil kontur temperatur.

## Gambar 7 Kontur temperatur penukar panas
13. Hasil Simulasi CFD
Pada simulasi ditunjukkan hasil distribusi pada Freon dan  air  dalam  penukar  panas  seperti  pada  Gambar  8. Berdasar hasil repor untuk perpindahan panas untuk Freon diperoleh sebagai berikut:
Total Heat Transfer Rate (w)
-------------------------------- -------------------- in_freon 725.0112
out_freon 537.879
---------------- -------------------- Net 214.1322
Sedangkan untuk panas yang diterima air adalah:
Total Heat Transfer Rate (w)
-------------------------------- -------------------- in_water 397.81132
out_water 617.9668 ---------------- -------------------- Net -220.15548
selisih antara panas dari Freon dengan air adalah:
D T = 214.1322 - 220.15548
D T = -6 Watt
Gambar 8 Distribusi temperatur pada freon dan air dalam penukar panas

## IV. K ESIMPULAN
Mesin pendingin refrigator atau kulkas tipe satu pintu dengan ukuran 0,5 PK mempunyai temperatur Freon keluar dari  kompresor  sebesar  65 o C  mampu  memanaskan  air sebanyak 3 kg. Proses pemanasan air dari temperatur 28 o C menjadi 60 o C membutuhkan waktu selama 59 menit. Beban panas  yang  diserap  oleh  air  besarnya  sama  dengan  beban panas  yang  dibuang  oleh  kondensor  melaui  plat  dinding belakang mesin pendingin sebanyak 130,74 Watt.
Komponen utama penukar kalor adalah tube dari pipa tembaga berbentuk spiral berfungsi sebagai penukar panas dari Freon ke air. Shell berfungsi sebagai tangki air yang akan dipanaskan. Panjang tube yang digunakan adalah 1.09 m  dengan  diameter  pipa tube sebesar  8  mm  dengan ketebalan 0.2 mm. Sedangkan untuk dimensi shell memiliki diameter  0.15  m  dengan  panjang  0.2  meter.  Pemasangan penukar kalor ini diletakan setelah pipa atau tube keluar dari kompresor.  Panas  yang  dibuang  akan  dimanfaatkan  oleh penukar  panas  spiral  untuk  memanaskan  air  sebelum dibuang ke lingkungan.
Hasil yang dicapai dari simulasi menggunakan CFD, menunjukan  bahwa  panas  yang  masuk  ke  dalam tube memiliki temperatur 65 o C pada jarak 1/3 dari panjang tube akan  berkurang.  Ini  terjadi  perpindahan  panas  yang  tidak seragam  pada  seluruh  permukaan tube .  Temperatur  air dalam shell tetap  akan  meningkat  terutama  pada  bagian permukaan  tangki  air.  Temperatur  air  dalam  tangki  hanya mencapai  54 o C  bila  dilihat  dari  distribusi  temperatur  pada air dan Freon .

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Antony,  Dachry. Efek  Kekasaran  Pipa  terhadap Gesekan .  Tugas  Akhir.  FT  Universitas  Indonesia. 2012.
[2] Arora,  C.P., Refrigeration  and  Air  Conditionong, Second  Edition,  Tata  McGraw_Hill  Inc.,  Singapore, 2001
[3] Aziz,  Azridjal.,  Performansi  Mesin  Refrigerasi Kompresi  uap  Terhadap  Massa  Refrigeran  Optimum Menggunakan Refrigeran Hidrokarbon. Jurnal Teknik Mesin , Vol 2, No 1, 2005, pp 29-33.
[4] Cengel,  Yunus  A.,  dan  Boles,  Michael  A., Thermodynamics  An  Engineering  Approach ,  7 th
Edition, McGraw Hill Companies, New York, 2011.
[5] Dincer, Ibrahim, Refrigeration System and
Applications, Second Edition, Wiley, UK, 2010.
[6] Holman, J.P, Jasfi, Perpindahan kalor, Edisi ke Enam, Erlangga, Jakarta, 1986.
[7] Kakak,  Sadik  &  Liu,  Hongtan, Heat  Exchangers, Selection.  Rating,  and  Thermal  Design, Second edition, CRC Press, New York, 2002.
[8] Kreit,  Frank, Perpindahan  Panas ,  Third  Edition,  Mc Graw-Hill, New York, 1994.
[9] Perkins dan Reynolds, Harahap, Filino,
Termodinamika  Teknik ,  Edisi  kedua,  Erlangga, Jakarta, 1991.
[10] Sumarjo,  jojo,  Ratna  Dewi  Anjani,  dan  Aa  Santosa. Perencanaan  Alat  Penukar  Kalor  Untuk  Pengering Kain  dengan  Memanfaatkan  Energi  Panas  dari  Gas Buang Mesin Diesel. Jurnal Barometer , Vol.3 No 1,
Januari, 2018.
[11] White,  Frank,  M, Fluid  Mecahanics ,  Mc  Graw  Hill,
USA, 1994.