Simulasi Evaporator Air Conditioner Menggunakan Ansys Fluent
Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)
PENDAHULUAN
Evaporator pada air conditioner berfungsi untuk merubah fase refrigerant dari cair menjadi gas. Perubahan cairan menjadi gas merupakan proses mendidih (boiling). Boiling memerlukan panas untuk merubah fase. Alat ini yang membuat kita bisa tetap merasa dingin dan nyaman ketika berada di ruangan. Evaporator terdiri dari pipa terbuat dari tembaga/alumunium dan fin yang berfungsi untuk meningkatkan laju perpindahan panas.
Pada tulisan kali ini penulis akan mensimulasikan evaporator mobil berbentuk persegi seperti pada gambar 1. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk melihat berapa banyak refrigerant yang mendidih, temperature udara yang keluar melewati evaporator, berapa beban pendinginan evaporator. Fase refrigerant yang keluar dari evaporator 100% fase gas. Persentase fase gas ini yang biasa diatur menggunakan expansion valve tergantung dari beban pendinginan.
PRE-PROCESSING
Evaporator memiliki lebar inti sebesar 27 cm, tinggi inti 21 cm, dan panjang inti 4.4 cm. Evaporator memiliki fin berbentuk plat persegi dengan tinggi 21 cm, lebar 4.4 cm dan ketebalan 0.5 mm. Pipa dan fin terbuat dari tembaga. Untuk mempermudah simulasi maka domain udara di sekitar fin akan dibuat porous zone. Simulasi ini memperhitungkan konduksi di pipa atau biasa disebut Conjugate Heat Transfer (CHT).
Mesh yang digunakan polyhedral mesh. Karena bagian porous zone dan domain refrigerant tempat terjadi perpindan panas dan fase (terjadi di domain refrigerant). maa diberi refinement berupa body sizing.
SETUP
Karena ini kasus perpindahan panas dan massa maka perlu mengaktifkan energy. Insert material refrigerant menggunakan Granta MDS database. Insert satu lagi untuk refrigerant fase gas. Nilai properti dapat dicari pada referensi di bawah. Aktifkan multiphase model, jumlah fasa yang digunakan adalah 3 (refrigerant cair, refrigerant gas, dan udara). Pada bagian phase setup, refrigerant gas sebagai primary phase, sisa fasa sebagai secondary phase.
Pada bagian phase interaction mengaktifkan surface tension modeling dan beri surface tension value 0.01 N/m. Surface tension modeling ini berfungsi untuk menangkap fenomena interaksi antara fase cair dan fase gas. Kita perlu mendefinisikan bagaimana cairan ini dapat berubah fasa. Aktifkan evaporation-condensation pada mass transfer mechanism dan ganti saturated temperature menjadi 10°C. Refrigerant masuk ke evaporator dalam keadaan saturated liquid dengan temperature 10°C dan debit massa 0.0734 kg/s.
POST-PROCESSING
Gambar 14 menunjukan proses perubahan fase refrigerant cair ke fase gas. Refrigerant cair menyerap panas dari udara luar. Udara berhembus melewati evaporator temperature 30°C, setelah melewati evaporator temperaturenya menjadi 25°C (gambar 16). Temperature 25°C yang dihembuskan ke dalam ruangan.
Refrigerant mengalami perubahan fase dari 0% gas, keluar menjadi 44% gas dan temperaturenya naik dari 10°C menjadi sekitar 25°C. Udara menghantarkan panas secara konveksi ke kulit pipa luar, kulit pipa luar menghantarkan panas secara konduksi ke kulit pipa dalam, kulit pipa dalam menghantarkan panas ke refrigerant. Panas tersebut digunakan untuk merubah fasa dan menaikkan temperature refrigerant
Conjugate heat transfer simulation mensimulasikan perpindahan panas konveksi-konduksi. simulasi CHT ini memperhitungkan arah perpindahan panas konduksi arah normal pipa dan sepanjang pipa. Arah aliran panas dapat dilihat pada gambar 19. Beban pendinginan dapat dilihat pada flux report, lalu compute total heat transfer rate. Beban pendingin dari evaporator ini sekitar 2 kW.
Referensi
Kakac, S., Liu, H., Pramuanjaraoenkij, A. 2012. Heat Exchangers Selection, Rating, and Thermal Design. Boca Raton: CRC Press.
Youtube tutorial proses pendidihan air pada pipa: https://youtu.be/p0kT57HQMXM
0 comments