Rumus menghitung Pipa Kapiler

Ukuran sebuah pipa Kapiler yang biasa digunakan dalam system refrigerasi yang berukuran kecil, dan penggunaannya meluas hingga pada kapasitas refrigerasi 10 kW. Untuk ukuran, pada umumnya pipa kapiler ini mempunyai panjang 1 hingga 6 m dengan diameter dalam 0.5 hingga 5 mm.

namun untuk ukuran kombinasi panjang dengan diameter ini dapat dipilih sesuai kebutuhan dan sesuai dengan pemilihan kompresor yang akan digunakan dalam sistem refrigerasi. Cairan refrigeran akan masuk mengalir melalui pipa kecil ini. Karena ukuran diameternya yang lebih kecil dibandingkan pipa dari kondenser, hal ini menyebabkan penurunan tekanan akibat dari penyempitan aliran sehingga terjadi gesekan dan percepatan aliran refrigerant didalam pipa kapiler ini. Penurunan tekanan yang tiba-tiba ini menyebabkan sejumlah cairan refrigerant yang mengalir dalam pipa kapiler berubah menjadi uap.

            Dalam keadaan di lapangan, pipa kapiler harus di desain dengan sebaik mungkin dengan memenuhi batasan-batasan yang diperlukan. Dalam pemilihannya, banyak kombinasi panjang dengan diameter pipa kapiler ini. Sekali pipa kapiler terpasang dalam sistem, maka pipa kapiler ini sudah tidak dapat di atur dan di ubah lagi untuk mengatasi perubahan tekanan hisap dan buang atau beban.

Pemilihan pipa kapiler

            Perancangan suatu unit sistem refrigerasi baru yang menggunakan pipa kapiler harus memilih diameter dan panjang pipa yang sesuai, sehingga kompresor dan pipa kapiler mempunyai suatu titik keseimbangan pada suhu evaporator yang diinginkan

Perhitungan analisis penurunan tekanan di dalam pipa kapiler

            Persamaan-persamaan yang akan dipakai menggunakan notasi-notasi sebagai berikut.

A   = Luas penampang pipa bagian dalam, m²

D   = diameter dalam pipa, m

f     = faktor gesekan

h    = enthalphy, kJ/kg

h_g   = enthalpy uap jenuh, kJ/kg

h_f   = enthalpy cairan jenuh, kJ/kg

ΔL = panjang pipa, m

p    = tekanan, Pa

Re = bilangan reynold 

v    = volume spesifik, m³/kg

v_f   = volume spesifik cairan jenuh, m³/kg

v_g   = volume spesifik uap jenuh, m³/kg

V   = kecepatan refrigerant, m/s

ṁ   = mass flow, kg/s

µ    = viskositas, 

µ_f   = viskositas cairan jenuh, 

µ_g   = viskositas uap jenuh, 

Persamaan yang digunakan adalah dari persamaan konservasi massa, konservasi energi, dan konservasi momentum.

Persamaan konservasi massa merumuskan bahwa

…….. (1)1

Dan w/A bernilai konstan untuk keseluruhan panjang pipa kapiler

Rumusan tentang konservasi energi adalah

…….. (2)1

Dengan anggapan bahwa perpindahan kalor ke dalam dan ke luar pipa diabaikan. Persamaan konversi energi ini digunakan untuk mendapatkan fraksi uap dalam campuran.

Persamaan momentum menyatakan bahwa perbedaan gaya-gaya yang bekerja pada elemen, yang disebabkan oleh pengurangan kecepatan (drag), dan perbedaan tekanan pada ujung-ujung elemen, sama dengan yang diperlukan untuk mempercepat fluida.

…….. (3)1

Pada saat refrigran mengalir melalui pipa kapiler, tekanan dan suhu jenuhnya turun secara bertahap, dan fraksi uap naik  secara kontinu di setiap titik.

…….. (4)1 …….(5)1

Dengan kecepatan rata-rata sebagai berikut.

…….. (6)1

Persamaan untuk faktor gesekan f adalah

…….. (7)2

Viskositas untuk refrigerant dua-fasa pada suatu posisi tertentu di dalam pipa adalah fungsi dari fraksi uap, 

…..8)1

Dengan faktor gesekan rata-rata sebagai berikut.

…….. (9)¹

Perhitungan pertambahan panjang pipa

            Perhitungan panjang ini dilakukan untuk menentukan panjang ruas ipa kapiler untuk menurunkan temperatur refrigeran hingga mencapi temperatur tertentu yang diinginkan.

Dengan menggabungkan persamaan kontinuitas dan persamaan energi

…….. (10)1

Dengan mensubtitusikan persamaan 4 dan 5

…….. (11)1

Nilai  bisa kita cari dengan menggunakan penyelesaian persamaan kuadrat

…….. (12)1

Dengan :

…….. (13)1

…….. (14)1

…….. (15)1

Setelah didapat nilai , maka nilai , , ,  bisa didapat. dan nilai  , sehingga untuk mencari nilai panjang ruas antar titik 1-2 dengan menggunakan persamaan

…(16a)1 ….. (16b)1 Referensi:

[1]       Arora, C.P. Refrigerating and Air Conditioning. Tata McGraw Hill

[2]        Wilbert F.Stoecker, Jerold W. Jones, “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara”, terj. Supratman Hara, ed. Ke-2