Kondensor

Kondensor adalah salah satu alat penukar panas (heat exchanger) yang dapat mengembunkan fasa uap menjadi fasa cair atau fluida. Pada kondensor, uap gas dengan temperatur tinggi masuk melalui dinding kondensor dan melewati ruang kondensasi dimana uap tersebut didinginkan dengan aliran fluida bersuhu rendah pada sistem kondensor sehingga uap panas yang masuk dapat mengembun menjadi cairan. Cara kerja dari kondensor sendiri adalah kalor yang ditangkap oleh evaporator dibuang ke lingkungan dengan wujud cairan sehingga biasanya kondensor diletakkan di luar ruangan. Cairan pendingin (refrigerant) diberikan tekanan tinggi di evaporator sehingga menguap, kemudian uap didinginkan di kondensor menjadi fasa cair. Kalor yang dihasilkan dari sistem pendinginan dibuang ke lingkungan oleh kondensor

Berdasarkan media zat yang digunakan sebagai pendingin, kondensor dibagi menjadi tiga, yaitu :

1. air cooled condensor , menggunakan udara sebagai zat pendingin
2. water cooled condensor, menggunakan air sebagai zat pendingin
3. evaporative condensor, menggunakan campuran air dan udara sebagai zat pendingin

Kondensor Permukaan

Prinsip dari kondensor permukaan atau surface condensor adalah pemanas (steam) masuk melalui bagian atas kondensor. Steam dengan suhu tinggi pada bagian shell kondensor mengalami perubahan akibat adanya aliran suhu rendah pada bagian tube. Steam kemudian terkondensasi menjadi kondensat dan terakumulasi pada bagian hotwheel.

Kondensor Horizontal

Prinsip dari kondensor horizontal adalah air yang memiliki peran sebagai pendingin masuk melalui bagian bawah kondensor. Steam dengan suhu tinggi masuk lewat bagian tengah dan keluar sebagai kondensat melalui bagian bawah. Bentuk dari kondensor ini lebih sederhana sehingga mudah untuk dicopot pasang.

Kondensor Vertikal

Prinsip dari kondensor vertikal adalah air yang memiliki peran sebagai pendingin masuk ke dalam pipa pipa pendingin dan keluar melalui bagian atas. Steam dengan suhu tinggi masuk melalui bagian atas kondensor dan keluar melalui bagian bawah. Kondensor ini memiliki operational cost yang rendah dibandingkan kondensor lain.

Kondensor Direct-contact

Prinsip dari kondensor direct-contact adalah steam dengan suhu tinggi dikondensasikan dengan cara dikontakkan secara langsung dengan air pendingin. Kondensor jenis ini banyak digunakan pada kasus geothermal powerplan dan OTEC.

Spray Kondensor

Prinsip dari spray kondensor adalah steam dengan suhu tinggi dicampur dengan air pendingin dengan metode air pendingin disemprotkan secara langsung pada steam. Steam yang telah disemprot air kemudian keluar dari bagian bawah dan menghasilkan kondensat bersifat saturated . Kondensat ini dipompa kembali ke cooling tower dan sebagian dipompa kembali ke boiler sebagai umpan masuk. Proses berulang terjadi sehingga tidak ada steam yang terbuang ke lingkungan.

Barometric dan Jet Kondensor

Prinsip dari bentuk kondensor ini sama dengan spray kondensor akan tetapi tidak membutuhkan pompa. Di dalam barometric dan jet kondensor, prinsip static digunakan menggunakan diffuser.

Shell and Tube

Alat penukar kalor (heat exchanger) jenis shell dan tube banyak digunakan di dalam industri. Prinsip kerja dari alat ini adalah cairan panas mengalir di bagian tube sedangkan cairan pendigin mengalir di dalam shell. Kedua cairan bersinggungan di dalam alat penukar kalor sehingga terjadi perpindahan suhu di antara keduanya. Ada beberapa aliran di dalam alat penukar kalor dengan bentuk shell and tube. Apabila kedua cairan masuk dari sisi dan menuju ke sisi yang sama, maka aliran disebut aliran sejajar atau paralell flow. Sedangkan, apabila kedua cairan masuk dari arah dan menuju ke arah yang berlawanan pula, maka aliran disebut aliran berlawanan arah atau counter flow.

Kondensor Shell and Coil

Prinsip kerja pada kondensor ini adalah aliran fluida yang memiliki temperatur tinggi mengalir di dalam koil pipa pendingin. Kondensor jenis ini digunakan pada unit pendingin yang memiliki fluida pendingin berkapasitas kevil. Tabung dan koil yang ada pada kondensor disusun secara vertikal di dalam tabung pendingin yang dibuat dari tembaga.

Kondensor Tube and Tubes

Kondensor ini memiliki pipa ganda dimana fluida yang memiliki suhu tinggi mengalir melalui saluran antara pipa dalam dan pipa luar. Sedangkan air pendingin masuk di dalam pipa dengan arah yang berlawanan dari atas ke bawah. Salah satu ciri dari kondensor ini adalah penggunaan air pendingin yang relatif kecil dikarenakan memiliki kapasitas fluida yang minim.

Rumus

Energi yang dibutuhkan pada proses kondensasi di kondensator dapat dihitung dengan rumus berikut :

$Q=m.C_{p}.dT$

dengan,

Q = energi

m = massa kondensat

Cp = kapasitas panas air

dT = selisih suhu

apabila rumus di atas dijabarkan, maka akan menghasilkan rumus sebagai berikut :

$Q=m.C_{p}.(T_{2}-T_{1})$

dengan,

T2 = suhu akhir campuran

T1 = suhu awal cairan

Rumus kalor antara satu cairan dengan yang lain memiliki keterikatan sebagai berikut :

$Q_{1}=Q_{2}$

dengan,

Q1 = kalor panas cairan 1

Q2 = kalor panas cairan 2

yang kemudian apabila diturunkan menjadi :

$m_{1}.Cp_{1}.dT_{1}=m_{2}.Cp_{2}.dT_{2}$

dengan,

m1 = massa cairan 1

m2 = massa cairan 2

Cp1 = kapasitas panas cairan 1

Cp2 = kapasitas panas cairan 2

dT1 = selisih suhu campuran dengan suhu cairan 1

dT2 = selisih suhu campuran dengan suhu cairan 2

Kondensasi

Kondensasi merupakan proses yang terjadi di dalam kondensor. Kondensasi adalah proses pelepasan kalor dari sistem yang dapat menyebabkan uap berubah menjadi cair. Perubahan fasa uap menjadi cair ini dilakukan dengan meningkatkan tekanan dan merendahkan suhu uap hingga fasanya berubah menjadi fluid.

Besar kalor yang dilepas kondensor dapat dinyatakan dalam rumus berikut :

$q_{c}=(h_{2}-h_{1})$

qc = kalor yang dibuang ke lingkungan

h1 = entalpi cairan masuk kondensor

h2 = entalpi cairan keluar kondensor

Perpindahan Panas

Pada dasarnya, kondensor adalah alat penukar panas sehingga di dalamnya terjadi perpindahan panas antara satu cairan dengan yang lain. Perpindahan panas adalah proses berpindahnya suatu energi panas (kalor) dari satu substansi ke substansi lain akibat adanya perbedaan kondisi seperti perbedaan suhu dll. Laju perpindahan panas dihitung dengan beberapa metode seperti long mean temperature different (LMTD) dan metode effectiveness (E). Ada dua jenis perpindahan panas yaitu perpindahan panas secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi. Perpindahan panas secara konduksi terjadi dikarenakan perbedaan suhu dan aktivitas atom molekuler.

Laju perpindahan panas ini dihitung dengan menggunakan hukum Fourier sebagai berikut :

$q_{x}=-kA{\operatorname {d} \!T \over \operatorname {d} \!x}$

dengan,

qx = laju perpindahan panas ke arah sumbu x positif

k = konduktivitas panas

A = luas penampang

dT/dx = suhu gradien

sedangkan, perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan substansi dengan cairan yang bergerak dimana di antara keduanya terdapat perbedaan suhu.

Laju perpindahan panas ini dapat dihitung dengan persamaan cooling hukum newton sebagai berikut :

$q=hA(Tx-T)$

dengan,

q = laju perpindahan panas konveksi

h = koefisien perpindahan panas konveksi

A = luas penampang

Tx = suhu permukaan padat

T = suhu rata-rata cairan

Analisa Perpindahan Panas

Analisa laju perpindahan panas yang pertama menggunakan metode LMTD (Long Mean Temperature Different). Metode ini memiliki fungsi mencari suhu rata rata dari suhu umpan yang masuk dan keluar. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

$q=U.A\bigtriangleup T_{L}$

dengan,

q = laju perpindahan panas

U = overall heat transfer coefficient

A = luas penampang

$\bigtriangleup T_{L}$ = selisih suhu rata-rata antara cairan panas dan dingin

Rumus dari $\bigtriangleup T_{L}$ sendiri adalah :

$\bigtriangleup T_{L}={\operatorname {\bigtriangleup T_{1}-\bigtriangleup T_{2}} \! \over \operatorname {ln} \!{\bigtriangleup T_{1} \over \bigtriangleup T_{2}}}$

dengan,

$\bigtriangleup T_{L}$ = selisih suhu rata-rata antara cairan panas dan dingin

$\bigtriangleup T_{1}$ = Ti - t0

$\bigtriangleup T_{2}$ = T0 - t2

Aliran

Aliran yang terjadi dalam alat penukar kalor ada tiga jenis yaitu

- Aliran Parallel : Cairan panas dan cairan pendingin memiliki arah yang sama

- Aliran Berlawanan Arah : Cairan panas dan cairan pendingin berasal dan menuju arah yang berbeda

- Aliran multipasses dan silang : Cairan panas dan cairan pendingin memiliki arah aliran menyilang