RANCANG BANGUN EVAPORATOR UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
NIM : 100421050
TYSON MARUDUT MANURUNG
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapi usaha laundry pada khususnya atau kegiatan lain yang membutuhkan pengering pakaian yang dapat bekerja dengan cepat. Oleh karena itu dilakukan rancang bangun yang bertujuan untuk menghasilkan satu unit mesin pakaian portable dengan menggunakan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diplikasikan pada skala kecil atau besar. Rancang bangun mesin pengering pakaian didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan pompa kalor yang beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan adalah melalui perhitungan termodinamika dengan menggunakan refrigeran HCFC-22 dan evaporator natural convection. Dari hasil perhitungan didapat koefisien performansi yang sangat tinggi.
ABSTRAC
This design aims to address the laundry faced by businesses in particular or other activities that require clothes dryers that work quickly. Therefore, performed design that aims to produce one unit of a portable clothes dryers using air conditioning at home oriented electrical energy efficiency efforts can be applicated on a small or large scale. Design clothes dryers based on the results of theoretical calculations and heat pumps that operate using the vapor compression cycle to be a limitation problem. The method used to achieve the goal is through thermodynamic calculations using HCFC-22 refrigerant and evaporator natural convection. Obtained from the calculation of the coefficient of performance which is as high as 5.093, the efficiency of the evaporator fins is 0.999, and the length of pipe per track evaporator is 0.7245 m.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana
ini merupakan syarat dalam memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
Tugas sarjana ini diambil dari bidang mata kuliah Perpindahan Panas
dengan judul “RANCANG BANGUN EVAPORATOR UNTUK MESIN
PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK”
Dalam penyelesaian tugas sarjana ini, penulis mendapat banyak bimbingan
dan dukungan dari dosen pembimbing bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT
dan teman – teman di Departemen Teknik Mesin Ekstensi Universitas Sumatera
Utara, baik berupa saran dan nasehat serta ilmu pengetahuan.
Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar – besarnya kepada :
1. Kedua orang tua tercinta Ayahanda S. Manurung dan Ibunda N. br.
Panggabean yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi
dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis.
2. Bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT, sebagai dosen pembimbing
yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik
Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak/Ibu dosen di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis selama kuliah.
5. Bapak/Ibu staff pegawai yang banayk membantu penulis selama kuliah di
Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca dalam
penyempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas
sarjana ini dapat berguna bagi pembaca. Terima kasih.
Medan, April 2013
Penulis,
NIM: 100421050
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR NOTASI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan Penenlitian ... 2
1.4.1. Tujuan Umum ... 2
1.4.2. Tujuan Khusus ... 2
1.5. Manfaat Penenlitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Teori Pengeringan ... 4
2.2. Mesin Pengering Pakaian ... 6
2.3.2. Proses Kondensasi ... 12
BAB III METODE PENENLITIAN 3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian ... 23
3.2. Bahan Dan Alat ... 23
3.2.1. Bahan ... 23
3.2.2. Alat ... 24
3.3. Data Penenlitian ... 28
3.4 Metode Pelaksanaan Penelitian ... 29
BAB IV PERANCANGAN KONDENSOR MESIN PENGERING 4.1. Perhitungan Termodinamika ... 30
4.2. Perhitungan Evaporator ... 33
4.2.1. Untuk Sisi Refrigerant R22 ... 34
4.2.3. Effisiensi Sirip ... 38
4.2.4. Faktor Pengotoran ... 39
4.2.5. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ... 39
4.2.6. Perbedaan Temperatur Rata – rata LOG (LMTD) ... 39
4.2.7. Luas Perpindahan Kalor Menyeluruh ... 41
4.2.8. Panjang Pipa Per Lintasan ... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 42
5.2. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR NOTASI
Pc Tekanan Kerja Kompresor Pa
Pe Tekanan Kerja Evaporator Pa
Wk Daya Kompresor Watt
Tk Temperatur Kompresor oC
Te Temperatur Evaporator oC
h Koefisien Perpindahan Kalor kJ/kg
Qk Kalor kW
Qe Kalor yang diserap Evaporator kW
COP Koefisien performansi
G Kecepatan massa kg/m2.oC
Gud Kecepatan Massa Udara kg/m2.oC
Pr Bilangan Prandtl
Re Bilangan Reynold
St Bilangan Stanton
hi Perpidndahan Panas Sisi Refrigerant W/m2.oC
ho Perpindahan Panas Sisi Udara W/m2.oC
Utot Perpindahan Panas Total W/m2.oC
A Luas Permukaan m2
Atotal Perpindahan Panas Menyeluruh m2
l Panjang Pipa Per Lintasan m
n Jumlah Lintasan Pipa
t Ketebalan m ΔTm Beda Temperatur Rata – rata Log (LMTD) oC
k Konduktivitas W/m.K
ρ Massa Jenis kg/m3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin Pengering Speed Queen dengan LPG ... 7
Gambar 2.2 Mesin Pengering Elektrolux ... 8
Gambar 2.3 Mesin Pengering Rakitan ... 8
Gambar 2.4 Mesin Pengering LPG Type Standart... 9
Gambar 2.5 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL-25 ... 10
Gambar 2.6 Siklus Kompresi Uap ... 11
Gambar 3.1 Mesin Pengering Pompa Kalor ... 24
Gambar 3.2 Aluminium S Type Load Cell ... 25
Gambar 3.3 Rh Meter ... 26
Gambar 3.4 Hot Wire Annemometer ... 27
Gambar 3.5 Pressure Gauge ... 27
Gambar 4.1 Mesin Pengering Pompa Klaor ... 30
Gambar 4.2 P-h Diagram ... 31
Gambar 4.3 Diagram P-h Evaporator ... 33
Gambar 4.4 Evoprator Rancangan ... 34
Gambar 4.5 Sirip Evaporator ... 38
Gambar 4.6 Selisih Rata-rata Temperatur Evaporator ... 40
DAFTAR TABEL
ABSTRAK
Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapi usaha laundry pada khususnya atau kegiatan lain yang membutuhkan pengering pakaian yang dapat bekerja dengan cepat. Oleh karena itu dilakukan rancang bangun yang bertujuan untuk menghasilkan satu unit mesin pakaian portable dengan menggunakan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diplikasikan pada skala kecil atau besar. Rancang bangun mesin pengering pakaian didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan pompa kalor yang beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan adalah melalui perhitungan termodinamika dengan menggunakan refrigeran HCFC-22 dan evaporator natural convection. Dari hasil perhitungan didapat koefisien performansi yang sangat tinggi.
ABSTRAC
This design aims to address the laundry faced by businesses in particular or other activities that require clothes dryers that work quickly. Therefore, performed design that aims to produce one unit of a portable clothes dryers using air conditioning at home oriented electrical energy efficiency efforts can be applicated on a small or large scale. Design clothes dryers based on the results of theoretical calculations and heat pumps that operate using the vapor compression cycle to be a limitation problem. The method used to achieve the goal is through thermodynamic calculations using HCFC-22 refrigerant and evaporator natural convection. Obtained from the calculation of the coefficient of performance which is as high as 5.093, the efficiency of the evaporator fins is 0.999, and the length of pipe per track evaporator is 0.7245 m.
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Mencuci merupakan kebutuhan pokok semua orang. Selama orang masih
pakai baju, bisnis laundry masih tetap akan hidup. Pangsa pasar mulai dari
mahasiswa, kost, rumah tangga, industri, perhotelan, rumah makan,
perkantoran,dan segala bisnis yang berkaitan dengan konveksi. Bisnis laundry
kiloan tak pernah surut. Bisnis ini tumbuh subur, terutama di kawasan perkotaan.
Maklum, banyak masyarakat kota hampir tidak punya waktu buat mencuci
pakaiannya sendiri. Alhasil, jasa laundry semakin dibutuhkan.
Laundry atau jasa cuci pakaian/ kain merupakan salah satu usaha yang
prospektif saat ini, banyak kota-kota kabupaten atau kota kecamatan yang belum
ada usaha laundry ini, baik laundry kiloan atau laundry per item. Kendala yang
dihadapi untuk membuka laundry terletap pada penyediaan mesin untuk pencuci
dan pengering yang dapat bekerja cepat. Selain itu harga mesin laundry ini tidak
sama dengan harga mesin cuci biasa untuk skala rumahan, harga mesin laundry
jauh lebih mahal dibandingkan dengan mesin cuci biasa. Merek mesin laudry
yang banyak dicari pengusaha saat ini adalah Elektrolux, Zerowatt dan Modena,
bayangkan saja mesin cuci elektrolux yang biasa saja harganya bisa mencapai
1.2. Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini terlebih dahulu dilakukan pembuatan model fisik unit
mesin pengering pakaian sistem pompa kalor. Selanjutnya diuji mengeringkan
pakaian basah untuk menyelidiki dan mempelajari parameter-parameter yang
mempengaruhi performansi mesin pengering tersebut.
1.3. Batasan Masalah
2. Pembuatan model fisik semua komponen pada unit mesin pengering pakaian
ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis.
3. Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap
1.4. Tujuan Penelitian 1.4.1. Tujuan Umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu unit
mesin pengering pakaian portable yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikasikan pada skala kecil dan besar.
1.4.2. Tujuan Khusus
Tujuan Khusus penelitian ini adalah
1. Untuk mengetahui koefisien Performansi dari sistem.
2. Untuk mengetahui perencanaan evaporator untuk mesin pengering pakaian
system pompa kalor dengan daya 1PK.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Sistem yang sederhana ini secara luas berkontribusi untuk memenuhi
kebutuhan pendinginan pada sektor usaha usaha laundry, perhotelan,
maupun kesehatan.
2. Diharapkan dapat menghemat waktu, konsumsi energi dan biaya dalam
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Pengeringan
Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dasri permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas ( Thaib ).
Pengering Buatan
Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembaban udara, kecepatan udara, dan waktu dapat diatur dan diawasi.
Keuntungan pengering buatan 1. Tidak tergantung cuaca
2. Kapasitas pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan 3. Tidak memerlukan tempat yang luas
4. Kondisi pengeringan dapat dikontrol 5. Pekerjaan lebih mudah.
Jenis – jenis Pengering Buatan Berdasarkan panasnya :
Pengering adiabatis : pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas, fungsi udara panas untuk memberi panas dan membawa air.
Pengeringan isotermik : bahan yang dikeringkan berhubungan langsung dengan alat/plat logam yang panas.
Proses pengeringan :
Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air
Proses perpindahan panas : proses perpindahan panas dan terjadinya panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan ke pusat bahan.
Proses perpindahan massa : proses pengeringan atau penguapan , terjadi panas laten, dari permukaan bahan ke udara.
Panas sensible : panas yang dibutuhkan / dilepaskan untuk menaikkan / menurunkan suhu suatu benda.
Panas laten : panas yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari padat ke cair, cair ke gas, dan seterusnya tanpa mengubah suhu benda tersebut.
Faktor – faktor yang mempengaruhi pengeringan :
Pada pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha – usaha untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa ( pindah massa dalam hgal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut ).
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum yaitu :
- Luas permukaan - Suhu
- Kecepatan udara - Kelembapan udara - Tekanan atm dan vakum - Waktu
Dalam rancang mesin faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimun adalah :
• Suhu
tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar energi panas yang panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung dengan cepat juga.
• Kelembaban Udara ( RH )
Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung. Begitu juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsorbsi dan menahan uap air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi ( RH keseimbangan ) masing – masing, yaitu kelembaban pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air ( pindah ) ke atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir.
Jika RH udara < RH keseimbangan maka bahan masih dapat dikeringkan. Jika RH udara > dari bahan yang dikeringkan maka bahan akan menarik uap air dari udara.
• Waktu
Semakin lama waktu ( batas tertentu ) pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep HTST ( High Temperature Short Time ), short time dapat menghemat biaya pengeringan.
2.2. Mesin Pengering Pakaian
HASIL SURVEY MESIN PENGERING LAUNDRY 1. LAUNDRY CLICK
Nama mesin pengerig yang di gunakan adalah SPEED QUEEN Kapasitas Mesin : arus listrik : 5900 W / 3.7 A / 50 H
Load size : 10.5 kg
Biaya listrik :± Rp 300.000/ perhari. ( Ditambah gas 16 kg) Keterangan tentang mesin pengering SPEED QUEEN :
(a) Mesin ini menggunakan aliran listrik dan gas
(b) proses kerja di dalam mesin ini dengan cara berputar, dan baju di keringkan melalui panas api dari bawah mesin.
Gambar 2.1 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG 2. LAUNDRY BULLE
Alamat : Jl. Djamin Ginting No. 2 Medan Nama Mesin : ELEKTROLUX
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan Keterangan mesin pengering ELEKTROLUX :
(a) Mesin ini hanya menggunakan tenaga listrik.
(b) Letak api mesin ini berada di bagian belakang (bukan dari bawah).
Saluran udara panas. Tempat penampungan debu yang terbawa oleh baju Gambar 2.2 Mesin Pengering Elektrolux
3. LAUNDRY FRESH’O
Alamat : Jl. Stela Raya No. 10 B Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1800 W
Load size : Tak Ditentukan Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg) Mesin pengering ini dirakit sendiri.
Padang Bulan. Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
Gambar 2. 4 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart
Dilengkapi : Fungsi :
- 1 pc Remote Control : Jangkauan max 20 meter
- 1 pc Thermostat :Untuk pengaman suhu mesin
- 1 pc Timer Digital :Full digtal otomatis
- Variable Speed Blower :Dapat disesuaikan kapasitas
- 1 set slang + Regulator
Harga Mesin : Rp. 3.500.000
Catatan :
Daya menggunakan blower digital 50 watt, untuk mengeringkan pakaian sesuai kapasitas memerlukan waktu 90 ment, untuk gas LPG 3 kg nonstop 10 jam. Asumsi kapasitas minimum 40 kg dengan 7 kali proses.
5. TANIA LAUNDRY
Load size : 5 kg
Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg) Alamat : Jl. Karya Bakti No. 103
Pandangan depan. Pandangan belakang.
Gambar 2. 5 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL – 25
Catatan :
Mesin pengering ini saat disuervey sudah rusak total akibat pemakain yang berlangsung terus menerus sehingga pipa pemanas terbakar.
2.3. Siklus Kompresi Uap
Gambar 2.5 Siklus Kompresi Uap
Pada diagram P – h, siklus kompresi uap dapat digambarkan seperti pada gambar berikut :
(P = kPa)
(h = kJ/kg)
1 2 3
4
Gambar 2.6 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P – h
Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap adalah sebagai berikut :
1. Proses Kompresi ( 1 – 2 )
Gambar 2.6 Proses Kompresi Wk =
Dimana :
Wk = daya kompresor (Watt) ṁ = laju aliran massa (kg/s)
h1 = enthalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = enthalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) 2. Proses Kondensasi ( 2 – 3 )
Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan temperatur yang tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dimana akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.
Besarnya kalor per satuan massa refrgeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan dengan :
Gambar 2.6b Proses Kondensasi Qk =
Dimana :
Qk = kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg)
3. Proses Ekspansi ( 3 – 4 )
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.
h3 = h4 Dimana :
h3 = enthalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) h4 = enthalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)
4. Proses Evaporasi ( 4 – 1 )
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang diinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah :
Gambar 2.6c Proses Evaporasi Qe =
Dimana :
Qe = kalor yang diserap evaporator (kW) h1 = enthalpi keluar evaporator (kJ/kg) h4 = enthalpi keluar evaporator (kJ/kg)
2.4. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap 2.4.1. Evaporator
Pada diagaram P – h dari siklus kompresi uap sederhana, evaporator mempunyai tugas merealisasikan garis 1 – 4. Setelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan di uapkan, kemudian dikrim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama – sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap.
Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu :
1. Natural Convention
Pada evaporator natural convention, fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa jenis, umumnya evaporator ditempatkan di tempat yang lebih tinggi. Fluida yang bersentuhan dengan evaporator akan turun suhunya dan massa jenisnya akan naik, sebagai akibatnya fluida ini akan turun dan mendesak fluida dibawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas – kapasitas kecil seperti kulkas.
2. Forced convention
Evaporator ini menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik.
Evaporator natural convention dengan tipe plat dipilih sebagai evaporator untuk mesin pengering yang akan dirancang. Perhitungan rancangan adalah sebagai berikut :
1. Coefficient Of Performance ( COP )
COP = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 6)
2. Untuk Sisi Refrigeran
- Kecepatan massa refrigeran (G)
G = ...(J. P. Holman, Hal. 195)
- Bilngan Prandtl (Pr)
Pr = ... (Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer)
Dimana :
Cp = panas spesifik R 22 µ = viskositas R 22 k = konduktivitas R 22
- Koefisien Perpindahan Kalor Sisi Refrigeran (hi)
... (J. P. Holman)
3. Untuk Sisi Udara - Laju Massa udara
... (Incropera, Hal. 700)
- Kecepatan Massa Udara
Gud = ... (Incropera, Hal. 700)
- Bilangan Reynold
Re = ... (Incroper, Hal. 700)
- Bilangan Stanton
St = ... (Incropera, Hal. 700)
... (Incropera, Hal. 703)
5. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
U = ... (Cengel A. Yunus, Hal. 675)
6. Perbedaan Rata – rata Log (LMTD)
ΔTm = ... (Cengel A. Yunus, Hal. 681)
7. Luas perpindahan Kalor Menyeluruh
Atot = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 51)
8. Panjang Pipa Per Lintasan
l = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita)
2.5. Refrigeran
Refrigeran adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus.
2.5.1. Pengelompokan Refrigeran
Refrigeran dirancang untuk ditempatkan dalam siklus tertutup atau bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran kareana sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigeran akan keluar dari sistem dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal – hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus dikategorikan aman dan tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengkategorikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun ( toxicity ) dan bersifat mudah terbakar ( flammability ).
racun. Batas yang digunakan untuk mendefenisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari ( 40 jam/minggu ) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran yang sama atau kurang dari 400 ppm ( part per million by mass ). Sementara kategori B adalah sebaliknya.
Berdasarkan flammability, refrigeran dibagi atas 3 kelas, yaitu kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm ( 101 kPa ) temperatur 18,3oC. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm 21,1oC atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg sangat mudah terbakar.
Refrigeran ini akan sangat mudah terbakar jika konsentrasinya kurang 0,1 kg/m3 atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard 34 – 1997, refrigeran diklasifikasikan menjadi 6, yaitu :
1. A2 : Sifat racun rendah dan tidak terbakar 2. A2 : sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah 3. A3 : sifat racun rendah dan mudah terbakar
4. B1 : sifat racun lebih tinggi dan tidak mudah terbakar 5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar
Tabel 2.3 Pembagian Refrigeran Berdasarkan Keamanan
Refrigerant Safety Group
Number Chemical Formula Old New
2.5.2. Persyaratan Refrigeran
Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigeran adalah sebagai berikut : 1. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi
Tekanan evaporasi refrigeran sebaiknya lebih tinggi dari atmosfir. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigeran sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang tinggi pada kondensor akan membuat kompresor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya.
2. Sifat Ketercampuran Dengan Pelumas
Refrigran yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu melumasi kompresor. Oli sebaiknya kembali ke kompresor dari kondensor, evaporator, dan part lainnya. Refrigeran yang tidak baik justru melemahkan sifat pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari.
3. Tidak Mudah Bereaksi ( inertness )
Refrigeran yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.
4. Mudah Dideteksi Kebocorannya ( Leakage Detection )
Kebocoran refrigeran sebaiknya mudah dideteksi, jika tidak maka akan mengurangi performasinya, umumnya refrigeran tidak berwarna ( colorless ) dan tidak berbau ( adorless ). Metode deteksi kebocoran refrigeran :
b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigeran yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan jika udara mengandung zat yang mudah terbakar.
c. Bubble method, campuran sabun yang mudah menggelembung dioleskan pada bagian yang diduga bocor. Jika terjadi gelembung berarti terjadi kebocoran.
d. ODP, singkatan dari Ozon Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC – 11 ( R -11 ) merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigeran X mempunyai 6 ODP, artinya refrigeran itu mempunyai kemampuan 6 kali R – 11 dalam merusak ozon.
Tabel 2.2 Nilai ODP beberapa Refrigeran
Refrigeran Chemical formula ODP Value
CFC – 11 CCl3F 1,0
Sumber, ASHRAE INC., (2008). ASHRAE HANDBOOK – HVAC System and equipment. SI
Edition. Atlanta
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di laboratorium teknik pendingin Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan direncanakan dilaksanakan selama 9 bulan.
Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan penelitian
No. Uraian Kegiatan Tahun 2013 - 2014
3. Merancang Mesin
4. Asembling Alat
5. Pengujian alat dan pengumpulan data
6.
Analisis data dan Penulisan laporan penelitian
7. Seminar hasil
8. Perbaikan
3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan
1. Pakaian
Bahan yang menjadi objek pengeringan pada penelitian ini adalah pakaian. Pakaian yang akan dikeringkan merupakan pakaian yang umum dipakai oleh masyarakat sehari-hari yang antara lain terbuat dari cotton, linen, wool, dan denim (bahan jeans).
a. Cotton, merupakan bahan yang sering digunakan untuk pakain T-Shirt atau kaos.
b. Linen, merupakan bahan yang sering digunakan untuk pakaian kemeja.
c. Wool
Gambar 3.1 Rancangan Pengering Pompa Kalor 2. Pompa Kalor (Heat Pump)
Pompa kalor dirancang untuk mengeringkan pakaian. Gambar 3.2 menunjukkan rancangan sistem pompa kalor. Pompa Kalor terdiri dari Kompresor, Kondensor, Evaporator, katup ekspansi dan ruang
Pengering. 3.1.1 Alat
Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian, antara lain:
1. Load Cell
pengeringan. Jenis Load Cell yang digunukan adalah Aluminium S Type Load Cell.
Gambar 3.2 Aluminium S Type Load Cell. Spesifikasi:
Product size: 52 x 50 x 10 mm Technical Parameter
- Rate load : 10 kg
2. Rh (Relative Humidity) Meter
Merupakan alat ukur suhu dan kelembaban udara. Jenis Rh meter yang digunakan adalah EL-USB-2-LCD (High Accuracy Humidity,
Gambar 3.3 Rh Meter Spesifikasi:
Relative Humidity:
- Measurement range (%) : 0 – 100
Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang mengalir didalam suatu aliran. Jenis Annemometer yang digunakan adalah Hot Wire
Gambar 3.4 Hot Wire Annemometer Spesifikasi:
Measuring Range of Temperature : -10oC to 45oC Wind Speed Measuring Range : 0.3 to 30 m/s Accuracy of temperature : ±2 C
Accuracy of Wind speed : ±3%±0.1dgts
Wind Speed Unit Selection : M/s,Ft/min,Knots, Km/hr,Mph
Resolution : 0.1m/s 0.2
Data hold function : 500
4. Pressure Gauge
Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk kompresor, keluar kompresor dan juga masuk ke evaporator.
Gambar 3.5 Pressure gauge Spesifikasi dari alat pengukur tekanan refrigerasi: Sambungan: 1/8 "NPT
3.2 Data Penelitian
Adapun data yang direncakana akan dikumpulkan dan selanjutnya dilakukan analisis dalam penelitian ini antara lain adalah sebagai berikut :
1. Massa Pakaian (M)
Massa dari pakaian di ukur pada saat keadaan kering (Mk) dan pada saat keadaan basah (Mb).
2. Waktu pengeringan (t)
Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengingkan pakaian yaitu pada saat basah sampai pada saat keadaan kering (berat basah sampai berat kering). 3. Temperatur (T)
Temperatur yang di ukur adalah temperatur udara pada saat masuk ke evaporator (T1), keluar evaporator (T2), ruang pengeringan (T3) dan keluar ruang pengeringan (T4).
4. Kelembaban udara (Rh)
Kelembaban udara yang diukur pada titik saat masuk ke evaporator (Rh1), keluar evaporator (Rh2), ruang pengeringan (Rh3) dan kelur ruang
pengeringan (Rh4).
5. Kecepatan aliran udara (V)
Udara yang mengalir didalam saluran aliran di ukur kecepatannya. 6. Tekanan (P)
3.3 Metode Pelaksanaan Penelitian
Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram berikut:
Mulai
Studi Literatur
Usulan Penelitian
Tahap Persiapan:
1.Persiapan Mesin Pengering (pompa kalor)
Tidak
`Gambar 3.7 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian
BAB IV
PERANCANGAN KOMPONEN MESIN PENDINGIN
Gambar 4.1 Mesin Pengering Pakaian Dari pengujian mesin AC yang didapat data sebagai berikut : Data perencanaan awal :
Tekanan kerja Kondensor ( Pc ) = 2,3 Mpa Tekanan kerja Evaporator ( Pe ) = 0,76 Mpa Daya Kompresor ( Pk ) = 1 Hp = 746 Watt Temperatur Kompresor ( Tk ) = 57,52 oC Temperatur Evaporator ( Te ) = 14 oC
h1
Kondisi tiap titik pada R22 kondisi kerja mesin AC Samsung : Titik 1: T1 = 14 oC, P = 110,24 Psi = 0,76 Mpa
h1 = 409,60 kJ/kg S1 = 1,7306 kJ/kg.K
Titik 2: T2 = 57,52 oC , P = 333,623 Psi = 2,3 Mpa h2 = 436,230 kJ/kg
S2 = S1 = konstan ( proses kompresi isentropi ) Titik 2’: h2’= 417,19 kJ/kg
Laju aliran massa refrigeran
Dampak refrigrasi
Kalor yang dikeluarkan kondensor
COP ( Coefficient of performance )
COP yang diperlukan untuk menyatakan performansi unjuk kerja dari siklus refrigerasi
COP
4.2 Perhitungan Evaporator
Pada diagram P – h dsari siklus kompresi uap sederhana, evaporator mempunyai tugas merealisasikan garis 4 – 1. Stelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup expansi masuk ke evaporator dan diuapkan, dan dikirim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampis sama dengan kondensor, yaitu sama – sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran.
2' 2
14oC 14oC
1 4
3
evaporator
Tekanan
Entalphi
Gambar 4.3 Diagram P-h Evaporator Dari gambar diatas didapat :
Titik 4: T4 = 14oC dan P = 0,076 Mpa h4= 273,891 kJkg
Titik 1: T1 = 14oC
h1= 409,60 kJ/kg
0,0102
0,025 m
0,0102
Diameter luar pipa tembaga ( Do ) = 0,0127 m Direncanakan n = 16
Diameter hidraulis ( Dh ) = 0,0127 – 0,0102 = 0,0025 m Tinggi sirip evaporator = 0,2 m
Jarak antar pipa = 0,025 m Afr = ( Sn – Do ) x 1 m
= ( 0,0127 m – 0,025 m ) x 1 m = 0,0127 m2
4.2.1 Untuk sisi Refrigeran R22
Sifat – sifat termofisik dari R22 pada suhu 14oC :
1. Kecepatan Massa Refrigeran
G =
Pr =
3. Perpindahan panas sisi refrigerant
0,06
4.2.2 Untuk Sisi udara
Sifat termofisik udara pada suhu rata –rata :
µ = 1,8264 x 10-5 Ns/m2 K = 0,02592 W/m.K Cp= 1,0056 kJ/kgK
= 1,1962 kg/m3
Pr = 0,70912
2.Kecepatan Massa Udara persatuan Luas
Gud =
3.Bilangan Reynold
Re =
4.Bilangan Stanton
Untuk Re = 5446,4701 maka didapat jH = 0,0058
5. Perpindahan Panas Untuk Sisi Udara
4.2.3 Effisiensi Sirip
Data awal
Gambar 4.5 Sirip
4.2.4 Faktor Pengotoran
Faktor pengotoran pada pipa didapat dari tabel faktor pengotoran.dimana faktor pengotoran untuk pipa tembagaadalah sebagai berikut:
- Rf1 = 0,0004 m
4.2.5 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
U =
4.2.6 Perbedaan Temperatur Rata – rata Log ( LMTD )
Untuk menentukan ΔTm digunakan beda temperatur logaritmik rata – rata:
T2
T
2Udara masuk 30oC
Udara keluar 14oC
Refrigeran 6
LMTD
Ada tiga perubahan fasa pada evaporator, evaporasi refrigeran di dalam pipa, saturasi uap di luar pipa, dan mungkin pembekuan air di permukaan pipa. Profil temperatur untuk evaporator ditampilkan pada gambar 4.7. pada gambar dapat dilihat bahwa Tin adalah temperatur evaporasi dan Tai dan Tao adalah temperatur udara masuk dan keluar evaporator. Profil pada gambar tersebut adalah gambar yang diidealkan.
Tout 14oC
Tin 30 o
C
tin 6 o
C tin 6
o
C
Gambar 4.7 Faktor koreksi suhu Evaporator
4.2.7 Luas Perpindahan Kalor Menyeluruh
4.2.8 Panjang pipa tiap lintasan
Untuk mencari panjang pipa yang dibutuhkan dapat ditentukan dengan :
L =
Maka dengan ini kita dapat menentukan panjang pipa untuk tiap lintasan, yaitu :
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan
Berdasrkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Berdasarkan perhitungan termodinamika maka diperoleh unjuk kerja dari siklus refrigerasi adalah sebesar 5,093. Koefisien prestasi yang tinggi sangat diharapkan.
2. Dari perhitungan dimensi evaporator diperoleh :
Untuk Sisi Refrigeran : - G
Effisiensi Sirip : ɳo
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh : U
Perbedaan Temperatur Rata – Rata (LMTD)
ΔTm
Luas Perpindahan Kalor Menyeluruh : A
Panjang Pipa Per Lintasan : l
5.2. Saran
1. Perlu dilakukan perancangan ulang mesin pengering ini dengan mengganti ducting pada mesin, untuk mendapatkan tekanan udara yang lebih besar dan juga untuk meminimalisasi tempat.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ambarita, Himsar, Dr.Eng, Teknik Pendingin Dan Pengkondisian Udara, Medan, 2012.
2. Cengel,A, Yunus, Heat Transfer, Second Edition, 2003.
3. Cengel, A., Yunus, Boles, A., Michael, Thermodynamics An engineering Approach, Third Edition, WCB/ McGraw-Hill, United States of America, 1989.
4. Cengel, A, Yunus, Thermodynamics, Fith Edition, University Of Nevada, Reno, 2006.
5. Daryanto, Drs, Teknik Pendingin, Penerbit Yrama Widya,Bandung, 2005. 6. Holman, J.P, Perpinpindahan Kalor, Sixth Edition, Penerbit Erlangga,
1986.
7. Koesteor, Raldi Artono,Dr, Ir, Perpindahan Kalor,Penerbit Salemba Teknika, 2002.
8. Supratman, Jones, Wilbert.F, Stoecker, Jerold W, Refrigrasi Dan Pengkondisian Udara, Penerbit Erlangga, 1989.
karakteristik mesin pendingin sistem absorbsi/
Lampiran I
Tabel 1. Hasil Pengujian 1 (speed 1) 1pc kemeja
Jam MassaTekanan R-22 Temperatur R-22 Teg anga
Tabel 2. Hasil Pengujian 2 (speed 2) 1pc kemeja
Jam MassaTekanan R-22 Temperatur R-22 Tega ngan
Tabel 3. Hasil Pengujian 3 (speed 3) 1pc kemeja
Jam MassaTekanan R-22 Temperatur R-22 Tega ngan
Jam Massa
Tekanan R-22 Temperatur R-22 Tegan gan
Tabel 5. Hasil Pengujian 5 (speed 2) 1pc Celana Jeans
Jam MassaTekanan R-22 Temperatur R-22 Tegan gan
Tabel 6. Hasil Pengujian 6 (speed 3) 1pc Celana Jeans
Jam MassaJam Massa
Tekanan R-22 Temperatur R-22 Tegan gan
Tabel 8. Hasil Pengujian 8 (speed 2) 1pc kaos oblong,1 pc
Kemeja, 1 pc Celana Jeans
Jam Massa
Grafik Hasil Pengujian 1 RH Meter Masukan Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 2 RH Meter Masukan Evaporator
T (0C) Humidity (%rh)
Grafik Hasil Pengujian 3 RH Meter Masukan Evaporator
T (0C) Humidity(%rh
)
Grafik Hasil Pengujian 4 RH Meter Masukan Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 5 RH Meter Masukan Evaporator T (0C)
Humidity (%rh)
Waktu
Grafik Hasil Pengujian 6 RH Meter Masukan Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 7 RH Meter Masukan Evaporator
T (0C) Humidity
Grafik Hasil Pengujian 8 RH Meter Masukan Evaporator
T (0C) Humidity (%rh)
Waktu (s)
T (0C)
Grafik Hasil Pengujian 1 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 2 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
T (0C) Humidity
Grafik Hasil Pengujian 3 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
T (0C) Humidity (%rh)
Waktu(s)
T (0C) Humidity
(%rh)
Grafik Hasil Pengujian 4 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 5 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
T (0C) Humidity (%rh)
Waktu(s
T (0C) Humidity
Grafik Hasil Pengujian 6 RH Meter Pada Keluaran Evaporator
Grafik Hasil Pengujian 7 RH Meter Pada Keluaran Evaporator T (0C)
Humidity (%rh)
Grafik Hasil Pengujian 8 RH Meter Pada Keluaran Evaporator T (0C)
Humidity (%rh)
Waktu(s)
T (0C) Humidity
Grafik Hasil Pengujian 1RH Meter Pada Ruang Pengering
Grafik Hasil Pengujian 4RH Meter Pada Ruang Pengering
Grafik Hasil Pengujian 6RH Meter Pada Ruang Pengering
Lampira II
Tabel. SPESIFIKASI AC (Mesin Pengetur Suhu Udara)
Model AS09TU QX
Capacity Cool 9000 Btu / h
(Kapasitas Pandinginan)
Rated Voltage and Frequency 220-240 V-50 Hz
(Tegangan Listrik Dan Prekuensi)
Ratet Current Cool 4,0 A
(Arus kerja pendingin)
Max Current Cool 4,7 A
(Arus kerja pendingin maksimal)
Lampiran IV
Berikut gambar kaos, celana jeans dan baju kemeja yang di uji.
Lampiran V
Tabel. Representative fouling faktor (thermal resistance due to fouling for a unit surface area).
(Source: Tubular exchange manufaktures association).
Fluid Rf,m2,0C/W
Distilledwater, sea water, rivers water, Boiler feedwater:
Below 50 0C 0,0001
Above 50 0C 0,0002
Fuel oil 0,0009
Steam ( oil – free) ` 0,0001
Refrigerants ( liquid ) 0,0002
Refrigerants (vapor) 0,0004
Alcohol vapor 0.0001
