[Ringkasan] Analisis perhitungan dimensi pipa untuk pendingin menggunakan air sungai membahas perhitungan jumlah dan ukuran pipa yang dibutuhkan sebagai heat exchanger untuk mendinginkan ruangan dengan menggunakan air sungai. Analisis menunjukkan bahwa dengan suhu sungai antara 24-26°C dan kebutuhan pendinginan sebesar 30.000 J/s, diperlukan sekitar 20 pipa berukuran panjang 2 m dan diameter 0,05 m.

1. ANALISA PERHITUNGAN DIMENSI PIPA UNTUK PENDINGIN
MENGGUNAKAN AIR SUNGAI
Ahmad Hasnan1
Rangkuman : tidak bisa dipungkiri bahwa letak Indonesia di katulistiwa menyebabkan
kelembaban tinggi dan suhu udara sekitar yang tinggi pula, pada saat musim kemarau
suhu dekat dengan katulistiwa bisa mencapai lebih dari 32 C, oleh karena itu banyak
masyarakat memanfaatkan AC sebagai pendingin ruangan, padahal Indonesia kaya
dengan aliran sungai baik kecil maupun besar, suhu aliran sungai beragam menurut
kedalaman dan letak ketinggiannya, berkisar antara 24-26 C, dan perhitungan terlihat
maksimal dibutuhkan sekitar 20 pipa dengan panjang 2 m dan diameter 0.05 untuk
mengubah 30.000 J/s panas ke suhu 27 C.
Keyword: AC, pendingin ruangan, aliran sungai, energi terbarukan
mampu dirubah melalui heat exchanger tersebut.
LATAR BELAKANG
Emisi karbon yang terus meningkat BATASAN
menyebabkan efek gas rumah kaca, selain suhu Perhitungan yang dibuat disini hanya meliputi
secara global meningkat, efek dari emisi karbon jumlah pipa yang dibutuhkan untuk diletakkan di
dapat dilihat dari perubahan cuaca secara ekstrim di sungai dengan panjang 2 m, dengan diameter 0.05
Indonesia, sehingga banyak petani gagal panen m, sedangkan jumlah kalor yang harus didinginkan
karena kebanjiran, kekeringan, angin topan, dapat dilihat dari tabel, sehingga pada nantinya
banyaknya curah hujan yang tidak bisa diperkirakan mempermudah penelitian lanjutan dalam
dengan baik oleh para petani menyebabkan gagal menentukan diameter pipa, panjang pipa untuk heat
panen, suhu lingkungan yang meningkat exchanger menggunakan air sungai.
menyebabkan perumahan-perumahan dan bangunan
lebih sering memanfaatkan AC, padahal hal tersebut Model system pendingin langsung
juga meningkatkan emisi karbon, karena konsumsi Untuk mempermudah perhitungan, pemodelan
listrik menjadi lebih banyak, hal tersebut tidak saja yang dilakukan adalah system heat transfer secara
terjadi di perkotaan, di desa saat ini penggunaan AC langsung, prinsip kerjanya mirip dengan pemanas
semakin lumrah untuk digunakan. ruangan untuk kayu (lumber dry kiln)
Indonesia mempunyai aliran sungai yang
berlimpah, karena geografis Indonesia yang
dipenuhi dengan gunung sehingga kontur dari tanah
naik turun tidak merata, suhu pada aliran sungai
sangat beragam tergantung dari letak sungai
terhadap ketinggian, dan kedalaman sungai, semakin
dalam sungai maka suhu air akan semakin rendah,
begitu juga dengan sungai yang terletak di dataran
tinggi mempunyai suhu yang lebih rendah daripada Gambar 1. Pemodelan system pendingin langsung
sungai di dataran rendah, suhu sungai di Indonesia
berkisar dari 23 C sampai dengan 28 C. Model tersebut dipilih untuk penyerdehanaan
Permasalahan selanjutnya adalah sekaligus meminimalisir kebutuhan energy, prinsip
bagaimanakah menyerap suhu pada sebuah ruangan kerjanya adalah air didalam pipa dipompa untuk
lalu melepaskannya untuk diserap oleh aliran disalurkan dengan heat exchanger yang terletak
sungai ? tentunya dibutuhkan penelitian dan pada aliran sungai, aliran sungai tersebut akan
analisa panjang untuk menjawab pertanyaan tersebut, menyerap panas dan membuangnya, air tersebut lalu
artikel ini menitikberatkan pada perhitungan heat dimasukkan kedalam heat exchanger yang berada
exchanger yang digunakan didalam sungai, hasil didalam ruangan, panas diserap oleh pipa dingin
utama yang diinginkan adalah mengetahui dimensi dengan system natural konveksi, melalui perputaran
dari pipa dengan melihat total kalor, suhu yang

2. udara oleh didalam ruangan, pipa menggunakan
insultor, heat loss dihitung pada sambungan dari
pompa sampai ujung masing-masing heat exchanger,
sedangkan pipa yang mengarah ke dalam ruangan
harus diletakkan terbenam dengan tanah untuk
menghilangkan heat loss yang besar.
Gambar 4. skematis perubahan suhu pada heat
exchanger dan rumus DMLT yang digunakan.
Nilai panas (heat flow) yang dibutuhkan pada saat
terjadi proses perpindahan panas dapat dihitung
dengan persamaan (J/s)
IN Dengan
OUT W : massa fluida yang dialirkan (kg/s)
C : Kapasitas panas (J/Kg.K)
Gambar 2. Skema contoh heat exchanger Contoh perhitungan ada di halaman 102
menggunakan aliran sungai.
Setelah didapatkan nilai LMTD (logarithmic mean
HEAT EXHANGER temperature difference) luas permukaan yang
Ketika dua fluida mengalir dalam proses diperlukan dapat dihitung dengan persamaan
perpindahan panas, panas yang masuk dan keluar
system dapat dihitung dengan Q
A= m2
Q = UA (LMTD) U .DMLT
Tipe aliran yang digunakan adalah countercurrent, Apabila sudah diketahui lebar arus sungai yang
yaitu antara aliran fluida dalam pipa dan fluida digunakan, dan panjang pipa yang akan digunakan,
diluar pipa berseberangan, lihat gambar 3 berikut T1 jumlah kebutuhkan pipa yang dibutuhkan dihitung
adalah flida 1 masuk (yang didinginkan) sedangkan dengan persamaan
t1 adalah suhu fluida yang mendinginkan. walaupun
pada aliran sungai terdapat aliran yang melimpah,
sehingga boleh dibilang suhu sepanjang aliran A = N .π .D0 .L
sungai stabil, kita bisa asumsikan dengan
pendekatan bahwa aliran sungai mengalami N = jumlah pipa
perubuahan suhu saat melewati pipa namun D0 = diameter luar pipa (m)
perubahan yang terjadi sangat kecil karena aliran L = panjang pipa (m)
fluida disungai besar.
HASIL PERHITUNGAN
Jumlah Pipa
Dengan suhu sungai yang berbeda, divariasikan
mulai dari suhu 24 sampai dengan suhu 26, target
yang didinginkan adalah air dengan suhu masuk
berbeda mulai dari 28 C sampai dengan suhu 34 C,
Gambar 3. skema aliran counterflow
dengan aliran air dalam pipa sebesar 1 kg/detik, dan
aliran sungai diangap 100 kg/ detik, panjang pipa
Bila t1 adalah aliran fluida sungai sebelum
yang digunakan adalah 2 m, dan diameter luarnya
menyentuh pipa dan t2 adalah aliran setelah
adalah 0,05 m. maksimal dibutuhkan 18 pipa
melewati pipa, dan T1 adalah fluida dalam pipa
untuk mendinginkan air bersuhu 34 menjadi bersuhu
yang harus didinginkan dan T2 adalah fluida keluar
27 yang siap digunakan untuk pendinginan secara
dari pipa, maka perubahan suhu dapat dilihat pada
langsung.
gambar 4, sedangkan suhu DMLT dapat dihitung
dengan persamaan pada gambar 4.

3. Lanjutan
Perlu dihitung lebih detail lagi untuk
mengetahui pengaruh lainya dan mengetahui
panas yang hilang dalam pipa selama proses
perpindahan panas.
Pembuatan model lebih lengkap lagi meliputi
ruangan, dengan berbeda-beda keperluan
dan perhitungan konveksi, radiasi dalam
runagan yang digunakan.
Gambar 3. Grafik hubungan jumlah pipa,
References
suhu masuk pipa dan sungai yang berbeda.
[1] “heat transfer in process”, Australian institute
of energy, 2009.
Sedangkan apabila kalor pada suatu ruangan
sudah dapat dihitung (j/s), dan suhu sungai
juga sudah diketahui (perhitungan
menggunakan suhu 24-26 C) maka jumlah
pipa yang dibutuhkan juga dapat diketahui,
dengan berikut.
Gambar 4. Grafik hubungan antara jumlah
kalor yang harus didinginkan, suhu sungai
dan jumlah pipa yang digunakan.
Dari kedua grafik diatas dapat disimpulkan
semakin rendah suhu sungai maka
dibutuhkan jumlah pipa yang semakin
sedikit untuk mengubah kalor dengan
jumlah yang sama dibandingkan dengan
suhu sungai diatasnya.
Kesimpulan
Salah satu bagian yang penting dalam
penggunaan air sungai sebagai pendingin
ruangan adalah bagian heat exchanger yang
akan diletakkan di dalam sungai, dari
perhitungan bila suhu sungai berkisar antara
24-26 masih memungkinkan untuk
mendapatkan suhu akhir fluida yang
didingikan sampai dengan suhu 27 C.