RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA
KALOR DENGAN DAYA 1 PK
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ZAKARIA BERNANDO NIM : 100 421 051
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN
DAYA 1PK
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Abstrak
Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai usaha loundry pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk
menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable dengan
menggunankan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar . Perancangan model fisik kompresor dan pipa kapiler pada unit mesin pengering pakaian ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Manfaat penelitian ini adalah untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan melalui perhitungan termodinamika dengan refrigerant yang dipakai HCFC-22. Kesimpulan perancangan ini diperoleh Koefisien Performansi (COP) sebesar 5,093 dengan daya kompresor sebesar 1,03 kW dan panjang pipa kapiler 0,0366 meter.
COMPRESOR AND CAPILARY PIPE DESIGN FOR CLOTHES DRYER MACHINE HEAT PUMP DRYING WITH FORCE 1 PK
Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering University of Sumatera Utara
ABSTRACK
This design is intended to solve the faced loundry problem efforts on providing for washing machines and dryers that can work quickly . so this design that aims to produce a unit of portable clothes dryer with housing AC (air conditioner) in oriented with eficiency of electrical energy efforts with applicated on small and large scale . Physical design model for compressor and capilary pipe for the unit of clothes dryer machine is based on the results of theoretical calculations and the heat pump operate used to the cycle of vapor compression for the problem limit. The benefits of this research has for solving of drying clothes in the household sector , in particular laundry business in Indonesia . The method used to achieve this is through thermodynamic calculations use with refrigerant HCFC - 22 . Conclusions design fetches a high coefficient of performance is 5.093 with the power of compression is1.03 kw and capillary length is 0.0366 meter.
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 KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER
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 Bapak R. Pasaribu dan Ibu M. br. Manurung
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
nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas sarjana ini hingga
selesai.
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 banyak 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, 15 Februari 2014
Penulis,
Zakaria Bernando
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR NOTASI ... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan Penelitian ... 2
1.4.1 Tujuan Umum ... 2
1.4.2 Tujuan Khusus ... 2
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Pengeringan ... 4
2.2. Siklus Kompresi Uap ... 7
2.2.1. Proses Kompresi (1 – 2) ... 8
2.2.4. Proses Evaporasi (4 – 1) ... 10
2.3. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap ... 12
2.3.1. Kompresor ... 12
2.3.2. Katup Ekspansi ... 21
2.3.3. Refrigerant ... 24
2.4. Hasil Survey Usaha Loundry ... 30
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 34
3.2. Bahan dan Alat ... 34
3.2.1. Bahan ... 34
3.2.2. Alat ... 36
3.3. Data penelitian ... 41
3.4. Metode Pelaksanaan Penelitian ... 42
BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN MESIN PENDINGIN 4.1. Perhitungan Termodinamika ... 43
4.2. Perhitungan Kompresor ... 46
4.2.1. Perhitungan Kapasitas Kompresor ... 47
4.2.2. Rasio Kompresi ... 47
4.2.3. Efisiensi Kompresi ... 47
4.2.5. Daya Motor Listrik Penggerak Kompresor ... 48
4.3. Perhitungan Pipa Kapiler ... 51
4.3.1. Perhitungan Panjang Pipa Kapiler ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 58
5.2. Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Penggunaan Beberapa Refrigeran ... ... 14
Tabel 2.2 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia ... …... 15
Tabel 2.3 Pembagian Refrigeran berdasarkan keamanan ... …... 26
Tabel 2.4 Nilai ODP Beberapa refrigeran ... …... 29
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Kompresi Uap ... 7
Gambar 2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h... 8
Gambar 2.2a Proses Kerja Kompresi ... 8
Gambar 2.2b Proses Kerja Kondensasi ... 9
Gambar 2.2a Proses Kerja Evaporasi ... 11
Gambar 2.3 Pembagian Kompresor ... 12
Gambar 2.4 Bagian – bagian Kompresor Sudu Luncur ... 13
Gambar 2.5 Assembling dari Sliding Vane Compressor ... 17
Gambar 2.6 Bentuk Roller dari Sliding Vane Compressor ... 18
Gambar 2.7 Pipa Kapiler ... 22
Gambar 2.8 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG ... 30
Gambar 2.9 Mesin Pengering Elektroluk ... 31
Gambar 2.10 Mesin Pengering dan ruang pengering rakitan ... 32
Gambar 2.11 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart ... 32
Gambar 2.12 Mesin Pengering Loundry Gas Type TL - 25 ... 33
Gambar 3.1 Pakaian ... 35
Gambar 3.2 Rancangan Mesin Pengering Pompa Kalor ... 36
Gambar 3.3 Aluminium S Type Load Cell ... 37
Gambar 3.4 Rh Meter ... 38
Gambar 3.5 Hot Wire Annemometer ... 39
Gambar 3.7 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian ... 42
Gambar 4.1 Skema rancangan bangun Mesin Pengering Pakaian ... 43
Gambar 4.2 P-h Diagram ... 44
Gambar 4.3 Diagram P-h Kompresor ... 46
Gambar 4.4 Diagram Pipa Kapiler ... 51
DAFTAR NOTASI
Notasi Arti Satuan
A Luas Permukaan Perpindahan Panas m2
Ta Temperatur air 0C
Tu Temperatur udara 0C
m& Laju aliran massa refrigeran Kg/s
w Laju aliran massa refrigeran persatuan luas Kg/m2.s
Q Laju perpindahan panas kW
ωi Rasio kelembaban udara
Pv,i Tekanan parsial uap air bar
LMTD Beda suhu rata-rata logaritma K
Do Diameter luar pipa mm
Di Diameter dalam pipa mm
t Tebal pipa mm
L Panjang pipa mm
NT Jumlah pipa
ρ Kerapatan udara Kg/m3
Cp Panas spesifik udara kJ/Kg.K
µ Viscositas (kekentalan) Kg/m.s
k Konduktivitas termal W/m.K
V Kecepatan refrigeran m/s
Re Bilangan Reynold
Nu Bilangan Nusselt
ho Koefisien perpindahan panas luar tube W/m2.K
hi Koefisien perpindahan panas internal W/m2.K
U Koefisien perpindahan panas total W/m2.K
t Tebal mm
L Jarak mm
D Diameter mm
Wc Daya Kompresor Kj/s
Qk Kalor yang dikeluarkan Kondensor kW
Qe Kalor yang dikeluarkan Evaporator kW
COP Coefficient of Performance
v Volume spesifik
Rc Rasio Kompresi
nc Efisiensi Kompresi
RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN
DAYA 1PK
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Abstrak
Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai usaha loundry pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk
menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable dengan
menggunankan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar . Perancangan model fisik kompresor dan pipa kapiler pada unit mesin pengering pakaian ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Manfaat penelitian ini adalah untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan melalui perhitungan termodinamika dengan refrigerant yang dipakai HCFC-22. Kesimpulan perancangan ini diperoleh Koefisien Performansi (COP) sebesar 5,093 dengan daya kompresor sebesar 1,03 kW dan panjang pipa kapiler 0,0366 meter.
COMPRESOR AND CAPILARY PIPE DESIGN FOR CLOTHES DRYER MACHINE HEAT PUMP DRYING WITH FORCE 1 PK
Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering University of Sumatera Utara
ABSTRACK
This design is intended to solve the faced loundry problem efforts on providing for washing machines and dryers that can work quickly . so this design that aims to produce a unit of portable clothes dryer with housing AC (air conditioner) in oriented with eficiency of electrical energy efforts with applicated on small and large scale . Physical design model for compressor and capilary pipe for the unit of clothes dryer machine is based on the results of theoretical calculations and the heat pump operate used to the cycle of vapor compression for the problem limit. The benefits of this research has for solving of drying clothes in the household sector , in particular laundry business in Indonesia . The method used to achieve this is through thermodynamic calculations use with refrigerant HCFC - 22 . Conclusions design fetches a high coefficient of performance is 5.093 with the power of compression is1.03 kw and capillary length is 0.0366 meter.
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
dihadapai untuk membuka londry 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 loudry
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
1. Perancangan model fisik kompresor dan pipa kapiler pada unit mesin
pengering pakaian ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis.
2. Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap.
3. Hasil uji dan grafik pengujian mesin pengering pakaian dengan daya 1 PK
hanya dilampirkan.
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 diaplikan pada skala kecil dan besar.
1. 4. 2 Tujuan Khusus
1. Untuk mengetahui koefisien Performansi (COP) dari system.
2. Untuk mengetahui perencanaan kompresor dan pipa kapiler untuk mesin
pengering pakaian system pompa kalor dengan daya 1PK.
1. 5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah
1. Sistem yang sederhana ini secara luas berkontribusi untuk memenuhi
kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya
usaha laundry di Indonesia.
2. Pemanfaatan konversi energi surya yang menarik dan terarah yang dapat
mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi berupa bahan bakar
gas yang berlebihan.
3. Sebagai pengembangan dalam bidang energi terbarukan khususnya
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Pengeringan
Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas uantuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media engering yang biasanya berupa panas.
Pengeringan Buatan
Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembapan udara, kecepatan udara dan waktu dapat diatur dan di awasi.
Keuntungan Pengering Buatan:
Tidak tergantung cuaca
Kapasitas pengeringa dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan
Tidak memerlukan tempat yang luas
Kondisi pengeringan dapat dikontrol
Pekerjaan lebih mudah.
Jenis Jenis Pengeringan Buatan Berdasarkan media panasnya,
Pengeringan adiabatis ; pengeringan dimana panas dibawa ke alat
pengering oleh udara panas, fungsin udara memberi panas dan membawa air.
Pengeringan isotermik; bahan yang dikeringkan berhubungan langsung
dengan alat/ plat logam yang panas.
Proses pengeringnan:
Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan udara panas
disekeliling bahan
Proses perpindahan panas; proses pemanasan dan terjadi panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan kepusat bahan.
Proses perpindahan massa ; proses pengeringan (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 kecair, cair ke gas, dst, tanpa mengubah suhu benda tersebut.
Faktor faktor yang mempengaruhi pengeringan.
Pada pengeringan selalu diinginan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usah- usah untuk memercepat pindah panas dan pindah massa ( pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringksan dalam proses pengeringan tersebut.
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum, yaitu :
(a) Luas permukaan
(b) Suhu
(c) Kecepatan udara
(d) Kelembapan udara
(e) Tekanan atm dan vakum
(f) Waktu.
• Suhu
Semakin besar perbedaan suhu ( antara medium pemanas dengan bahan bahan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semaki cepat pula. Atau semkain tinggi suhu udara pengeringan maka aka semakin besar anergi panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sengingga pindah massa akan berlangsung juga dengan cepat.
Kecepatan udara
Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uapa air dari permukaan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat memperlambat penghilangan air.
Kelembaban Udara (RH)
Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengerngan berkangsung kering, begitu juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsobsi dan menahan uap air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi ( RH keseimbangan) masing- maasin, 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 > RH keseimbangan maka bahan malahan akan menarik uap air dari udara.
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 menekan biaya pengeringan.
2.2 Siklus Kompresi Uap
Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di gunakan, dengan komponen utama nya adalah kompresor, evaporator, alat
ekspansi (Throttling Device), dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi
[image:30.595.198.424.384.577.2]kompresi uap.
Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap
Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar
Gambar 2.2. Diagram T-S dan Diagram P-h
Proses yang terjadi pada Siklus Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut:
2.2.1 Proses Kompresi (1 – 2)
Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi
awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh
bertekanan rendah, setelah di kompresi refrigeran menjadi uap bertekanan
tinggi. Oleh karena proses ini di anggap isentropik, maka temperatur
keluar kompresor pun muningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan
massa refrigeran bisa di hitung dengan rumus :
Gambar 2.2a. Proses kerja Kompresi
W = = ...(2.1)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :5)
= besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/kg)
= entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
= laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)
Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga ditentukan dengan rumus:
= daya listrik kompresor (Watt)
= tegangan listrik (Volt)
= kuat arus listrik (Ampere)
= 0,6 – 0,8
2.2.2 Proses Kondensasi (2 – 3)
Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan temperatur 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 dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.
Besarnya kalor per satuan massa refrigerant yang di lepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
...(2.2)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012,hal :5)
Dimana :
= besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/kg)
= entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
2.2.3 Proses Ekspansi (3 – 4)
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi
penambahanentalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses
penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau
orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan. =
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :5)
Dimana :
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
h4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg) 2.2.4 Proses Evaporasi (4 – 1)
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigerant dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang
di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.
Gambar 2.2c. Proses Kerja Evaporasi
...(2.3)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :6)
Maka :
COP = Wc
Qe
...(2.4)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :6)
COP diperlukan untuk menyatakan performansi unjuk kerja dari siklus refrigerasi :
Dimana :
= kalor yang di serap di evaporator ( kW )
= efek pendinginan (efek refrigerasi) (kJ/kg)
= harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)
= harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)
2.3 Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap 2.3.1 Kompresor
Pada sistem mesin refrigerasi, kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigerant agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas
temperatur udara sekeliling.(www:Google/Komponen Utama Siklus Kompresi Uap).
Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipakai pada sistem
refrigerasi dapat dibagi menjadi:
KOMPRESOR
RECIPROCATING
ROTARY EJEKTOR TURBO
VANE SCROLL ROLLING
[image:35.595.115.509.359.576.2]PISTON SCREW CENTRIFUGAL AXIAL
Gambar 2. 3 Pembagian Kompresor (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara
,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal : 46)
1. Kompresor perpindahan (positive displacement)
Kompresor yang memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang
terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor
ini dapat dibagi lagi menjadi:
a. Bolak-balik (reciprocating) kompresor torak. b. Putar (rotary)
c. Kompresor sudu luncur (rotary vane atau sliding vane) d. Kompresor ulir (screw)
e. Kompresor gulung (Scroll)
2. Analisa Sliding Vane Compressor
Disebut juga rotary vane compressor atau kompresor sudu luncur. Teridiri
atas sebuah rotor yang dipasang secara eksentris pada slinder yang sedikit lebih
besar daripada rotor. Gambar berikut menunjukan bagian – bagian kompresor
[image:36.595.129.494.500.661.2]sudu luncur :
Baling-baling bergerak maju mundur secara radial dalam slot rotor
mengikuti kontur dinding silinder saat rotor berputar. Sudu didorong oleh gaya
sentrifugal yang timbul saat rotor berputar sehingga selalu rapat dengan dinding
silinder. Untuk menjamin kerapatan antara sudu dengan dinding silinder dipasang
pegas pada slot rotor. Untuk menjaga agar sudu tidak cepat aus, maka biasanya
diujung sudu yang bersinggungan dengan casing digunakan logam lain. Kapasitas
kompresor untuk ukuran rotor dan casing yang sama adalah fungsi jumlah sudu.
Semakin banyak sudunya, makin besar kapasitasnya, tetapi perbandingan
[image:37.595.110.510.391.707.2]kompresinya lebih rendah dan volume vane lebih besar. (www.google/Bab-8-Kompresor-Rotary1.pdf).
Tabel 2.1 Penggunaan beberapa refrigerant
Refrigeran Jenis Kompresor Keterangan Penggunaan
Amonia
Screw Unit Pembuat es, ruang dingin,
pendingin larutan garam, peti es, pendingin pabrik kimia
Reciprocating
R-11 Sentrifugal Pendingin air sentrifugal
R-12 Sentrifugal
Penyegar udara, refrigerasi pada umumnya, pendingin air sentrifugal ukuran besar, AC mobil
R-12 Reciprocating
Rotary
R-134a Reciprocating AC Mobil
R-134a Screw AC Mobil
R-22 Sentrifugal Penyegar Udara, Refrigerasi pada
umumnya, Pendingin, Beberapa unit refrigerasi, unit temperatur rendah. Pendinginan air sentrifugal
temperature rendah ukuran besar. R-22 Reciporating
R-22 Scroll R-22 Screw
R-500
Torak Refrigerasi pada umumnya,
pendinginan, pendingin air sentrifugal temperatur rendah
Berikut diberikan beberapa informasi komersial dari kompresor
sentrifugal yang umum dijual dipasaran. Temperature dan tekanan evaporasi yang
biasa menggunakan kompresor sentrifugal adalah -100 0C sampai 100C dan 14
kPa sampai 700 kPa. Sementara tekanan kondensasi bisa mencapai 2000 kPa.
Kecepatan putar motor untuk kompresor sentrifugal adalah 1800 samapai 90.000
rpm dan kapasitas refrigerasi bervariasi antara 300 kW sampai 30.000 kW.
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal
[image:38.595.85.544.358.715.2]: 48)
Tabel 2. 2 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficienc
yasia.org
Item reciprocating Baling-baling
putar Ulir putar Sentrifugal
Efisiensi pada
beban penuh Tinggi Medium-tinggi Tinggi Tinggi
Efisiensi pada beban sebagian Tinggi karena bertahap-tahap staging Buruk dibawah 60% beban penuh Buruk dibawah 60% beban penuh Buruk dibawah 60%beban penuh Efisiensi tanpa beban (daya sama dengan persen bebas penuh) Tinggi (10%-25%) Medium (30%-40%) Tinggi-buruk (25%-60%) Tinggi- medium(20%-30%) Tingkat
kebisingan Bising Tenang
Tenang jika
tertutup Tenang
Ukuran Besar Kompak Kompak Kompak
Penggantian
minyak pelumas Sedang
Rendah-
medium Rendah Rendah
Getaran Tinggi Hampir-tidak
ada
Hamper tidak ada
Hampir tidak ada
Perawatan Banyak bagian
peralatan Sedikit peralatan yang dipakai Sangat sedikit bagian peralatan yang dipakai Sensitif terhadap debu dan udara
Kapasitas Rendah-tinggi Rendah-medium Rendah-tinggi Medium-tinggi
Tekanan Medium- sangat
- Kecepatan tip Vane (u2), dihitung dengan persamaan:
u2 = ω x r2...(2.5)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal : 49)
dimana ω adalah kecepatan sudut Vane
- Kecepatan absolut fluida adalah V2
- Kecepatan relative fluida terhadap Vane adalah Vr,2
- Kecepatan tangensial dari V2 adalahVr,2
- Kecepatan normal dari V2 adalah Vr,2
Dengan mengasumsikan bahwa uap refrigeran masuk Vane secara
tangensial, maka besarnya torsi pada fluida dapat dihitung dengan persamaan:
τ = mr2Vt,2...(2.6)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita,
2012, hal : 49)
sementara, daya terhadap Vane adalah:
W = τ ω = mr2ωVt,2 = mu2Vt,2...(2.7)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita,
2012, hal : 49)
Dari diagram segitiga kecepatan dapat dibuktikan bahwa kecepatan absolut
fluida arah tangensial adalah:
Vt,2 = u2 – Vn,2cotβ = u2
−
2 2 , cot
1
u
vn β
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita,
2012, hal : 49)
Dengan mensubstitusi persamaan (2.7) ke persamaan (2.8) akan didapat
daya yang diberikan kepada blade adalah:
W = mu22
−
2 2 , cot
1
u
vn β
...(2.9)
(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita,
2012, hal : 49)
Dimana βadalah sudut blade dari Vane dan jika blade dalam posisi radial,
nilai β = 90 (cotβ= 0). Daya pada persamaan dapat dihitung dengan
[image:40.595.183.440.450.673.2]menggunakan diagram Ph refrigerant, yaitu perbedaan h2 dan h1. (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012).
Gambar 2.6. Bentuk Roller dari Sliding Vane Compressor (www.google/rotary sliding vane compressor).
Maka :
V
p= m
r-22 .v
1…..………...…….….………...(2.10)
(Arismunandar, 2002).
Dimana:
Vp = Kapasitas kompresor (m3/s)
mr-22 = laju aliran massa refrigerant R-22
v = volume (m3/kg)
- Rasio Kompresi :
Rc
=1 2
P P
….. ... (2.11)
(Arismunandar, 2002).
Dimana:
P1= Laju aliran massa ideal gas refrigerant (kg/s)
P2 = Berat jenis dari gas refrigerant yang masuk kompresor (kg/m3)
Rc = Rasio Kompresi
PM =
m c
C
x P η
η ………..………
………..……(2.12)
(Arismunandar, 2002).
Dimana :
Pc = Tekanan kompresor
ηm = 0,82 (Arismunandar, 2002)
ηc = 0,9
Berikut ini adalah komponen yang terdapat pada Sliding Vane Compressor: (www.Google/Komponen sistem Pendingin)
A. Akumulator
Adalah salah satu alt bantu dalam sistem refrigerasi yang berfungsi untuk menampungatau memisahkanantara cairan refrigerant dan gas refrigerant agar yg masuk kedalam kompresor semuanya berbentuk gas refrigerant. Akumulator biasanya dipasang setelah evaporator dan sebelum kompresor atau pada bagian sisi tekanan rendah pada sistem.
B. Shock Absorber
Adalah untuk meredam getaran dari kompresor pada saat sistem berjalan agar tidak menyebabkan pipa dari bagian suction dan discharger menjadi patah. Alat ini dipasang pipa suction atau discharge. C. Liquid Receiver
ekspansi semuanya berbentuk cairan. Cairan refrigerant ditampung pada bagian bawah dari alat ini, sedangkan uap refrigerant berada di bagian atas dari alat ini.
E. Selenoid Valve
Alat ini mempunyai fungsi untuk mengalirkan dan menghentikan refrigerant dalam sistem refrigerasi dan tata udara. cara krja alat ini adalah apabila plunyer [inti besi] di aliri arus listrik maka akan menjadi medan magnet sehingga akan menarik plunyer keatas dan menyebabkan katup menjadi terbuka dan aliran refrigerant pun akan mengalir, sedangkan apabila arus listrik diputus maka tidak akan trjadi medan magnet pada plunyer dan dng karena beratnya plunyer tersebut akan turun ke bawah dan menutup aliran refrigerant. Beberapa type dari solenoid valve yaitu :
a. Solenoid dua jalan ~ mempunyai dua sambungan pipa, satu sambungan masuk satu sambungan kluar.
b. Solenoid tiga jalan ~ mempnyai tiga sambungan pipa, satu sambungan masuk dua sambungan kluar.
c. Solenoid empat jalan [reversing valve] ~ banyak digunakan pada heat pump,satu smbungan masuk, tiga smbngan kluar.
E. Filter Dryer
Alat ini mempunyai fungsi untuk menyaring kotoran dari sistem, pada alat ini didalamnya trdapat silica gel. Silica gel inilah yg dapat menyerap kotoran dari sistem. Alat ini dipasang sesudah liquid receiver dan sebelum sight glass
F. Sight Glass
sight glass trdapat buih buih refrigerant maka sistem trsebut kurang refrigerant.(www.Google/Komponen sistem Pendingin)
2. 3. 2 Katup Ekspansi
Komponen utama yang lain untuk mesin refrigerasi adalah katup ekspansi. Katup ekspansi ini dipergunakan untuk menurunkan tekanan dan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan yang bertekan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat tekanan dan temperatur rendah, atau mengekspansikan refrigeran cair dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi, refrigeran cair diinjeksikan keluar melalui oriffice, refrigeran segera berubah menjadi kabut yang tekanan dan temperaturnya rendah.
Selain itu, katup ekspansi juga sebagai alat kontrol refrigerasi yang berfungsi : 1. Mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju evaporator
sesuai dengan laju penguapan pada evaporator.
2. Mempertahankan perbedaan tekanan antara kondensor dan evaporator agar penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya.
Pipa Kapiler
Konstruksi pipa kapilar sangat sederhana, sehingga jarang terjadi gangguan. Pada waktu kompresor berhenti bekerja, pipa kapiler menghubungkan bagian tekanan tinggi dengan bagian tekanan rendah, sehingga menyamakan tekanannya dan memudahkan start berikutnya.
Gambar 2.7. Pipa Kapiler (Sunyoto,2010)
1. Laju aliran massa refrigeran persatuan luas
W=
A mr−22
………
………(2.13)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) Dimana :
w = Laju aliran Massa R-22
A = Luas Penampang (m3)
2. Kecepatan refrigeran pada pipa kapiler di titik 3
V3 = w . v3
-……….………(2.14)
3. Bilangan Reynolds
Re = V3.D/µ3. v3
-………..….….…(2.15)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251)
µ3 = Viskositas cair jenuh
D = Diameter dalam pipa kapiler = 2 mm
4. Faktor gesek
f =
0,33/Re0.25………....………..….…(2.16)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251)
mencari harga Fraksi Uap (x) :
a = (v4V -
v-4L)2.
( )
w 2.0,5……….……….…...…(2.17)b = 1000(h4V- h4L) + v4L(v4V –v4L).
( )
w 2……….………(2.18)c = 1000(h4c-h1)+
( )
w 2.0,5. V4L2-
2
2 3 V
………..…….….……..(2.19)
x =
a c a b b
2
. . 4
2 −
± −
………...……….….….…….2.20)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) Dimana :
h4L = Entalpi untuk cair jenuh (kJ/kg ) h4V = Entalpi untuk uap jenuh ( kJ/kg ) h4c = Entalpi untuk campuran ( kJ/kg) v4L = Volume spesifik cair jenuh ( m3/kg) v4V = Volume spesifik uap jenuh, ( m3/kg)
µ4L= Viskositas cair jenuh (Ns/m2)
µ4V = Viskositas uap jenuh (Ns/m2)
2. 3. 3 Refrigrant
Refrigerant 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.
1. Kecepatan refrigeran pada Evaporator di titik 4
V4 = w . v4
-…………..……….……….……..………(2.21)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) v4= Volume spesifik cair jenuh (m3/kg)
Re = V3.D/µ4. v4
-….……….……….….…(2.22)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251)
µ3 = Viskositas cair jenuh
D = Diameter dalam pipa kapiler = 2 mm
3. Faktor gesek
f =
0,33/Re0.25……….………....……….….…(2.23)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) 4. Faktor gesek rata-rata untuk tiap ruas
fm=
2 4 3 f f + ……….………..…..………….…. …(2.24)
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) 5. Kecepatan rata-rata refrigeran
Vm =
2 4 3 V V + ………..…..………….….…(2.25 )
(
)
(
4 3)
. 2
4 3
2v A mV V
V x D L x f P
P m m = −
∆ − − ……….….…(2.26)
1. Pengelompokan Refrigrant
Refrigerant dirancang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau
tidak bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran karena sesuatu hal
yang tidak diinginkan, maka refrigerant akan keluar dari system dan bisa saja
terhirup manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka
refrigerant harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang
digunakan untuk mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu
bersifat racun (toxicity) dan bersifat mudah terbakar (flammability).
Berdasarkan toxicity, refrigerants dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat
racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah
sebagai berikut. Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami
gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di
lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigerant sama atau kurang dari 400
ppm (part per million by mass). Sementara kategori B adalah sebaliknya.
Berdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm
(101 kPa) temperature 18,3°C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang
rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm 21.1°C atau kalor
Refrigerant ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg
kg/m3 atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini,
sesuai standard 34-1997, refrigerants diklassifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu:
(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker ). 1. A1: 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 terbakar
5. B2: Sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah
[image:50.595.111.517.416.721.2]6. B3: Sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar
Tabel 2. 3. Pembagian Refrigerant berdasarkan keamanan Refrigerant
number Chemical Formula
Safety group
Old New
10 CCl4 2 B1
11 CCl3F 1 A1
12 CCl2F2 1 A1
13 CClF3 1 A1
13B1 CBrF3 1 A1
14 CF4 1 A1
21 CHCl2F 2 B1
22 CHClF2 1 A1
23 CHF3 A1
30 CH2CL2 2 B2
32 CH2F2 A2
40 CH3Cl 2 B2
50 CH4 3a A3
113 CCl2FCClF2 1 A1
114 CClF2CClF2 1 A1
115 CClF2CF3 1 A1
123 CHCl2CF3 B1
124 CHClFCF3 A1
125 CHF2CF3 A1
134a CF3CH2F A1
142b CClF2CH3 3b A2
143a CF3CH3 A2
152a CHF2CH3 3b A2
170 CH3CH3 3a A3
218 CF3CF2CF3 A1
Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.
2. Persyaratan Refrigerant
Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigerant adalah sebagai berikut:
a. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi
Tekanan evaporasi refrigerant sebaiknya lebih tinggi dari atmosfer. Hal
ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor.
Tekanan kondensasi refrigerant sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang
tinggi pada kondensor akan membuat kerja kompressor lebih tinggi dan
kondensor harus dirancang untuk tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan
menambah biaya.
b. Sifat ketercampuran dengan pelumas (oil miscibility)
Refrigerant yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu
melumasi kompressor. Oli sebaiknya kembali ke compressor dari kondensor,
evaporator, dan part lainnya. Refrigerant yang tidak baik justru melemahkan sifat
pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju
c. Tidak mudah bereaksi (Inertness)
Refrigerant yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya
untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.
d. Mudah dideteksi kebocorannya (Leakage Detection)
Kebocoran refrigerant sebaiknya mudah di deteksi, jika tidak akan
mengurangi performansinya. Umumnya refrigerant tidak berwarna (colorless) dan tidak berbau (odorless). Metode deteksi kebocoran refrigerant:
a. Halide torch, jika udara mengalir di atas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alcohol, uap dari refrigerant akan berdekomposisi dan
mangubah warna api. Lidah api menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan
mengecil dan kemerahan pada kebocoran besar.
b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigerant yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan untuk 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 Ozone Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC-11 (R-11)
merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigerant X mempunyai 6 ODP, artinya
Tabel 2.4 Nilai ODP beberapa Refrigerant
Refrigerant Chemical Formula ODP Value
CFC-11 CCl3F 1.0
CFC-12 CCl2F2 1.0
CFC-13B1 CBrF3 0
CFC-113 CCl2FCClF2 0.8
CFC-114 CClF2CClF2 1.0
CFC-115 CClF2CF4 0.6
CFC/HFC-500 CFC-12(73.8%)/HFC-152a(26.2%) 0.74
CFC/HCFC-502 HCFC-22(48.8%)/CFC-115(51.2%) 0.33
HCFC-22 CHClF2 0.05
HCFC-123 CHCl2CF3 0.02
HCFC-124 CHCClF3 0.02
HCFC-142b CH3CClF2 0.06
HCFC-125 CHF2CF3 0
HFC-134a CF3CH2F 0
HFC-152a CH3CHF2 0
Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta
e. GWP adalah global warming potential, ada dua jenis angka (indeks) yang biasa
digunakan untuk menyatakan potensi peningkatan suhu bumi. Pertama HGWP
(halocarbon global warming potential) yaitu perbandingan potensi pemanasan
global suatu refrigerant dibandingkan dengan R-11. GWP yang menggunakan
CO2 sebagai acuan. Sebagai contoh perhitungan 1 lb R-22 mempunyai efek
pemanasan global yang sama dengan 4100 lb gas CO2 pada 20 tahun pertama
2. 4 Hasil Survey Usaha Loundry Hasil survey mesin pengering dilapangan:
1. Loundry Cilik
Nama mesin pengerig yang di gunakan adalah Speed Queen
Kapasitas Mesin : arus listrik : 1600 watt / 3.7 A / 50 H
Load size : 10.5 kg
Btu / hour : 20.000
Biaya listrik :± Rp 300.000/ perhari. ( Ditambah gas 16 kg) Keterangan tentang mesin pengering SpeedQueen :
(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 2.8 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG
2. Loundry Bule
[image:54.595.136.467.472.721.2]Alamat : Jl. Djamin Ginting No. 2 Medan Nama Mesin : Elektrolux
Gambar 2.9 Mesin Pengering Elektroluk
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 watt Load size : 5 kg
Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan
(b) Letak api mesin ini berada di bagian belakang (bukan dari bawah).
- Kelemahan mesin ini, tidak bisa mengeringkan baju jenis kulit karea bisa
meleleh.
3. Loundry Fresh’O
Alamat : Jl. Stela Raya No. 10 B Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1800 watt
Load size : Tak Ditentukan
Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg)
Mesin pengering ini dirakit sendiri.
[image:55.595.148.456.226.380.2]
Gambar 2.10 Mesin Pengering dan ruang pengering rakitan
4. NAIA Loundry
Nama Mesin : Raja Pengering
Alamat : Jl.Djamin Ginting . Gg Kamboja No. Padang Bulan. Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 watt
Load size : 5 kg
Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
Gambar 2.11 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart
Dilengkapi : Fungsi :
- 1 pc Remote Control : Jangkauan max 20 meter
- 1 pc Thermostat :Untuk pengaman suhu mesin
[image:55.595.144.457.431.612.2]- 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 Loundry
Mesin Pengering Laundry Gas LPG type TL – 25 Kpasitas 5 – 25 Kg Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 watt
Load size : 5 kg
Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg)
Alamat : Jl. Karya Bakti No. 103
[image:56.595.147.482.308.490.2]Pandangan depan. Pandangan belakang.
Gambar 2.12 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL – 25 Catatan :
Mesin pengering ini saat disuervey sudah rusak total akibat pemakain yang
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
[image:57.595.97.531.290.662.2]9 bulan.
Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan penelitian
No
. Uraian Kegiatan
Tahun 2013 – 2014
Mei Jun Ju
l Ag
u
Sep Okt No p
Des Jan
1. Studi literatur
2. Penyusunan proposal
3. Survey Loundry
4. Asembling Alat
5. Pengujian alat dan pengumpulan data
6.
Analisis data dan Penulisan laporan Skripsi
7. Seminar
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
d. Denim, merupakan bahan yang sering digunakan untuk bahan/pakaian jeans
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
[image:59.595.133.493.302.513.2]Pengering.
Gambar 3.2 Rancangan Mesin Pengering Pompa Kalor
3.2.2 Alat
Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian,
antara lain:
1. Load Cell
Load Cell digunakan untuk mengukur berat produk yang akan dikeringkan
adalah untuk mengetahui pengurangan berat material selama proses
pengeringan. Jenis Load Cell yang digunukan adalah Aluminium S Type
[image:60.595.234.390.194.318.2]Load Cell.
Gambar 3.3 Aluminium S Type Load Cell.( www./Google/Gambar/ Loadcell)
Spesifikasi:
Product size: 52 x 50 x 10 mm Technical Parameter
- Rate load : 10 kg
- Rate ourput : 1.0± 0.1mv/v - Zero balance : ± 0.04 mv/v - Temp. Effect on Sensitivity : ± 0.03%/10 oC - Temp. Effect on Zero. : ± 0.03%/10oC - Nonlinearity Erro : ± 0.03% - Hysteresis Erro : ± 0.03% - Repeatability Erro : ± 0.03%
- Creep : ± 0.03%/20min
- Output resistance : 350± 5Ω - Excitation voltage : 10V - Insulation resistance : ≥ 2000MΩ 2. Rh (Relative Humidity) Meter
Merupakan alat ukur suhu dan kelembaban udara. Jenis Rh meter yang
[image:61.595.204.458.336.406.2]digunakan adalah EL-USB-2-LCD (High Accuracy Humidity, Temperature and Dew Point Data Logger with LCD).
Gambar 3.4 Rh Meter (www.google/gambar/RH Meter) Spesifikasi:
Relative Humidity:
- Measurement range (%) : 0 – 100 - Repeatability (short term) (%RH) : ±0.1 - Accuracy (overall error) (%RH) : ±2.0* ±4 - Internal resolution (%RH) : 0.5 - Long term stability (%RH/yr) : 0.5 Temperature
- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±0.3/±0.6 - ±1.5/±3 - Internal resolution (°C /°F) : 0.5/1
Dew Point
- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±1.1 /±2**
Logging rate : every 10s every 12hr
Operating temperature range*** (°C/°F) : -35/-31 - +80/+176) 3. Annemometer
Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang mengalir didalam
[image:62.595.253.410.393.496.2]suatu aliran. Jenis Annemometer yang digunakan adalah Hot Wire Annemometer.
Gambar 3.5 Hot Wire Annemometer (www.google/Gambar/Anemometer/.) 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
Data hold function : 500 4. Pressure Gauge
Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk kompresor,
[image:63.595.257.403.224.325.2]keluar kompresor dan juga masuk ke evaporator.
Gambar 3.6 Pressure gauge (www.google/gambar/pressure gauge/.) Spesifikasi dari alat pengukur tekanan refrigerasi:
Sambungan: 1/8 "NPT
Kisaran tekanan: -30 ", psi Hg-0-500 atau -30" Hg-0-250 psi
3. 3 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)
Refrigeran yang masuk ke dalam kompresor (P1), ke luar kompresor (P2) dan
Mulai
Studi Literatur
Usulan Perancangan
Tahap Persiapan:
1.Persiapan Mesin Pengering
(pompa kalor)
2.Pengujian Mesin Pengering
Pengumpulan data:
‐ Daya Kompresor (Kj/s) ‐ Temperatur (oC)
‐ Panjang Pipa Kapiler (m2) ‐ Tekanan Refrigerant(N/m2) ‐ Laju Aliran massa (Kg/s)
Kesimpulan/Laporan
Selesai
Tidak
Ya
Pengolahan dan Analisis Data
Ya Perancangan/ Pembuatan Alat
Tidak
Gambar 3.7 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian.
BAB IV
PERANCANGAN KOMPONEN MESIN PENDINGIN
4. 1 Perhitungan termodinamika
Dari pengujian mesin AC yang dipakai didapat data sebagai :
Data Perencanaan awal :
[image:66.595.131.498.361.670.2]- Tekanan Kerja Kondensor (PK ) = 2,3 Mpa - Tekanan Kerja Evaporator (Pe ) = 0,76 Mpa - Daya Kompresor (Wc ) = 1 Hp = 746 Watt - Temperatur Kondensor (Tk) = 57,47 0C - Temperatur Evaporator (Te) = 14 0C
Dari data hasil pengujian maka dapat dianalisa kondisi kerja mesin tersebut
[image:67.595.186.506.201.406.2]dengan menggunakan diagram Mollier, seperti terlihat pada gambar berikut ini :
Gambar 4.2 P-h Diagram
Kondisi tiap titik pada 22 kondisi kerja mesin AC Samsung.
Titik 1: T1 =14 oC , P = 0,76698 MPa = 110,24 Psi h1 = 409, 60 kJ/kg
S1 = 1,7306 kj/kg.K
Titik 2’: P = 333,623 Psi = 2,3 MPa (Dari spesifikasi Mesin AC) h2' = 417,19 kJ/kg , T2’ = 57,47 0C
S2’ = 1,6730
Titik 2 : h2 = 436,230,19 kJ/Kg, S2 = 1,7306 kj/kg.K
Titik 3: h3 = 273,891 kJ/kg, P = 2,3 Mpa T3 = 49,7 0C
Laju aliran massa refrigeran
Wc = 1 Hp = 746 watt = 0,746 Kj/s Wc = (h2 - h1)
...(2.1)
0,746 kJ/s =
.
m(436,230 kJ/s – 409 kJ/kg) = 0.0280 Kg/s
Kalor yang dikeluarkan oleh kondensor QK = (h3 - h2
-)………...(2.2) QK = 0,0280 (273,891 – 436,230)
Qk = 4,545 kW
Dampak refrigrasi Qe = (h1 - h4
-)………...(2.3) Qe = 0,0280 x (409,60 – 273,891)
Qe = 3,799 kW
COP (Coefficient Of Performance)
COP diperlukan untuk menyatakan performansi unjuk kerja dari siklus refrigerasi
COP =
Wc Qe
P2 = P3
P1 = P4
=
746 , 0
799 , 3
= 5,093
4.2 Perhitungan kompresor
Dari hasil pengambilan data keadaan di kompresor dapat dilihat pada diagram P-h
[image:69.595.204.482.322.503.2]seperti tercantum dibawah ini.
Gambar 4.3 Diagram P-h Kompresor
Dari gambar diatas didapat :
Titik 1: T1 = 14oC dan P = 0,76 Mpa h1 = 409,60 kJ/kg
v1 = 0,03079 m3/kg
Titik 2: T2 = 57.47 oC dan P = 2,3 Mpa h2 = 436,2301 kJ/kg
v2 = 0,00958 m3/kg
h3 = h4
1
2 3
4
Dasar-dasar perencanaan kebutuhan daya kompresor
− Masa refrigeran yang bersirkulasi (mr-22) = 0,0280 kg/s − Temperatur buang kompresor (T3) = 57,47 0C − Temperatur hisap kompresor (T2) = 14 0C
− Tekanan hisap kompresor (P1) = 0,76 Mpa
− Tekanan keluar kondesor (P2) = 2,3 MPa
− Daya kompresor teoritis(N) = 0,746 kW
4.2.1. Perhitungan kapasitas kompresor Vp = mr-22 .
v1…..………...………..…………...(2.5)
= 0,0280 x 0,03079
= 0,00086212 m3/s
4.2.2. Rasio Kompresi Rc
=
1 2
P P
…..………...………...…….(2.6)
= 76 , 0
3 , 2
= 3,002
4.2.3. Efisiensi kompresi (ηc)
Gas yang ada di dalam kompresor, dikompresikan dan mengalami hambaatan,
terutama pada waktu melalui katup ekspansi dan katup buang . Oleh karena itu,
gas di dalam pipa isap. Selain itu, tekanan gas keluar kompresor sedikit lebih
tinggi dari pada tekanan gas di dalam pipa buang .
(
)
com r c h h x m ωη = −22 2 − 1 = 0,99
4.2.4. Efisiensi mekanik (ηm)
Pada kompresor selalu terjadi gesekan antara bagian yang bergerak,
misalnya antara torak dan bagian silinder, antara poros dan bantalan serta
gesekan-gesekan lainnya. Oleh karena itu, diperlukan daya tambahan untuk
mengatasi gesekan tersebut diatas. Dari grafik efisiensi mekanik dari kompresor
didapat efisiensi mekanik sebesar η = 0,82 (Arismunandar, 2002).
4.2.5. Daya motor listrik penggerak kompersor
Pm = m c C x P η η …..………...………...………..……….(2.7) = 82 , 0 9 , 0 746 , 0 x
= 1,0108 kW
Pm = Daya teoritis
Namun sebaiknya dipergunakan daya motor penggerak kompresor 2-10%
lebih daripada N’,untuk mengatasi kenaikan beban karena terjadinya perubahan
kondisi operasi, dan supaya memberikan momen putar yang tinggi pada waktu
Jadi daya yang dipakai adalah (1,01 x 2%) + 1,0108 = 1,03 kW.
Dimana βadalah sudut Vane dan jika Vane dalam posisi radial, nilai β =
90 (cotβ= 0). Daya pada persamaan yang dirumuskan pada persamaan (12) dapat
dihitung dengan menggunakan diagram Ph refrigerant, yaitu perbedaan h2 dan h1. Diketahui : SKU dengan refrigeran R-22,
Jika diasumsikan refrigeran masuk kompresor pada kondisi kering pada tekanan
saturasi dan kompresi isentropik dan uap refrigeran masuk impeler secara axial
dengan Vane radial,
T1 = 14oC, h1 = 409,60 kJ/Kg
T2 = 57.47 oC, h2 = 273,891 kJ/kg
N = 1800 Rpm, β =90K
(
cotβ =0)
Vn = V2 Sin β,
Maka daya refrigeran pada masing- masing tingkat adalah :
(
h2 h1)
mW = −
= (409,60 – 273,891)
= 135,709 kJ/Kg
− =
u Cot V u
m
W n 90
1
2
...(2.9)
135,709 = u2
(
1−0)
u = 11,649 m/s
Jari-jari Vane dengan menggunakan persamaan kecepatan angular :
r
u =ω
...(2.5)
11,649 = 60
1800 2πx
r
r = 0,061 m
= 6,18 cm
Maka Diameter Vane adalah :
P2 = P3
P1 = P4
[image:74.595.172.475.230.417.2]4.3 Perhitungan Pipa kapiler
Gambar 4.4 Diagram P-h Pipa Kapiler
Pada perancangan ini penulis memilih katup ekspansi tipe pipa kapiler dengan
spesifikasi sebagai berikut :
Tekanan dan temperatur masuk pipa kapiler = 1,93 Mpa dan 49,7 oC Tekanan dan temperatur keluar pipa evaporator = 0,76 Mpa dan 14oC Diameter dalam pipa kapiler = 2 mm
Bahan pipa kapiler = tembaga Laju masa refrigeran = 0,0280 kg/s
1 4
3
2
h1 h2
Gambar 4.5 Panjang Ruas Pipa Kapiler
4.3.1 Perhitungan panjang pipa kapiler Untuk titik 3
Kondisi pada titik 3 yaitu pada saat refrigeran masuk pipa kapiler pada saat
temperatur refrigeran 49,7 oC
Tekanan, P3= 280 psi = 1930 kPa
Entakpi untuk cair jenuh, h3= 273,891 kJ/kg
Volume spesifik cair jenuh, v3= 0.00104 m3/kg (tabel saturasi R-22)
Viskositas cair jenuh, µ3= 0,0001657 Ns/m2 1. Laju aliran massa refrigeran persatuan luas
w =
4 : ) ) 002 , 0 ( 14 , 3 (
0280 , 0
2
x …..…….………....……….…...……….(2.8)
= 8917,197 kg/m2.s
2. Kecepatan refrigeran V3 =w .
v-3…..………....….………..….………….……...(2.9)
=8917,197 x 0,00104 =9,2730 m/dt
Re = V3.D/µ3. v -3…..………...…………...………...….(2.10) = 00104 , 0 000165 , 0 002 , 0 273 , 9 x x = 107808,857
4. Faktor gesek
f3 =
0,33/Re0.25…..………...……….……….(2.11)
= 25 . 0 857 , 107808 33 , 0 = 0,0182
Untuk titik 4
Temperatur refrigeran, T4 = 140C Tekanan, P4 = 0,76 Mpa
Dari tabel saturasi untuk R-22 Diperoleh data sebagai berikut : Entalpi untuk cair jenuh, h4L = h3 = 273,891 kJ/kg
Entalpi untuk uap jenuh, h4V = 417,191 kJ/kg Entalpi untuk campuran, h4c = 193,2 kJ/kg Volume spesifik cair jenuh, v4L= 0,00104 m3/kg Volume spesifik uap jenuh, v4V= 0,00965 m3/kg Viskositas cair jenuh , µ4L= 0,0002144 Ns/m2 Viskositas uap jenuh , µ4V= 0,0000132 Ns/m2
a = (v4V - v4L)2.
( )
w 2.0,5…..………...……….……..(2.12)= (0,00965 – 0,00104)2 x 8917,1972 x 0,5
= 2947,358
b = 1000(h4V- h4L) + v4L(v4V –v4L).
( )
w 2…..………...……...….(2.13)= 1000(417,191 – 273,891)+ 0,00104 (0,00965 – 0,00104) x 8917,1972
= 144012,021
c = 1000(h4c-h1)+
( )
w 2.0,5. V4L2- 2 2 3 V …..……….…………...…….(2.14)= 1000 x (193,2 – 216,74) + 8917,1972 x 0,5 x 0,001042- 2 273 , 9 2
= - 23539,99
maka fraksi uap (x) yang terkandung pada titik 4,
x = a c a b b 2 . . 4 2 − ± − …..……...……….………....(2.15) = 008 , 57151 2 ) 99 , 23539 ( 358 , 2947 ( 4 021 , 144012 021 , 144012 2 x x − − + − = 0,008
Dari persamaan diatas maka didapat :
suku berikut sekarang dapat dihitung
1. Kecepatan refrigeran pada titik 4
V4 =w/A . v4……...…………...……....…….(2.16)
= 8917,197 x 0,00123
= 10,989 m/dt
2. Bilangan Reynolds pada titik 4
Re4 = V4.D/µ4. v
-4……...……….…...……....…..….(2.17)
=
00104 , 0 000214 ,
0
002 , 0 989 , 10
x x
= 98382,749
3. faktor gesek
f4 =
0,33/Re0.25……...……….…...……...……....(2.18)
= 0.25
749 , 98382
33 , 0
= 0,0186
fm= 2 4 3 f f + ……...………...……....…...….(2.19) = 2 0186 , 0 0182 , 0 +
= 0,0184
5. Kecepatan rata-rata refrigeran Vm =
2 4 3 V V + ……...……….…...……...…….(2.20) = 2 989 , 10 2730 , 9 +
= 10,131 m/s
Dengan menggunakan persamaan dibawah ini maka didapat ∆L
(
)
(
4 3)
. 2
4 3
2v A mV V
V x D L x f P
P m m = −
∆ − − ….…...……...…….(2. 21)
(
)
(
)
0,002 0,0280(
10,989 9,2730)
00965 , 0 2 2732 , 9 002 , 0 0188 , 0 760 1930 2 − = − − ∆ x x L x L
∆ = 0,0366 m
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Kompresor yang digunakan pada mesin pengering pakaian system pompa kalor ini adalah Rotary Vane Compressor atau kompresor sudu luncur. Dengan Spesifikasi mesin :
- Tekanan Kerja Kondensor (PK ) = 2,3 Mpa - Tekanan Kerja Evaporator (Pe ) = 0,76 Mpa - Daya Kompresor (Wc ) = 1 Hp = 746 Watt
- Temperatur Kondensor (Tk) = 57,47 0C - Temperatur Evaporator (Te) = 14 0C
Diperoleh unjuk kerja dari siklus refrigerasi adalah sebesar 5,093.
Koefisien prestasi yang tinggi sangat diharapkan karena hal itu menunjukkan bahwa sejumlah kerja tertentu refrigerasi hanya memerlukan sejumlah kecil kerja dan proses pengering.
3. Dari perhitungan termodinamika yang berdasarkan atas spesifikasi mesin diperoleh Daya motor listrik penggerak kompresor sebesar 1,03 kW dengan efisiensi kompresi sebesar 0,99.
. 5.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal berikut:
1. Perlu dilakukan perancangan ulang mesin pengering ini dengan mengganti ducting pada mesin yang telah dirancang, untuk mendapatkan tekanan udara yang mengalir lebih cepat.
DAFTAR PUSTAKA
1. Cengel, A., Yunus, Boles, A., Michael, Thermodynamics An engineering Approach, Third Edition, WCB/ McGraw-Hill, United States of America, 1989.
2. M.J. Moran dan H.N Shapiro, Fundamental of Engineering Thermodynamics, Edisi 5, John Wiley & Sons Inc, 2006.
3. S.K. Wang, Handbook of Air Conditioning and Refrigerant, Edisi 2, McGraw-Hill, 2000.
4. ASHARAE, ASHRAE Handbook 1997, Fundamentals, Atlanta, GA, 1998.
5. Kulshrestha, S, K, Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas, Terjemahan Budiardjo, I Made Kartika D., Budiarso, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 1989.
6. Wilbert F.Stoecker, Jerold W.Jones, Supratman Hara, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1989.
7. J. P. Holman, Perpindahan Kalor, Edisi Enam, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1986.
8. S.K. Wang, Handbook of Air Conditioning and Refrigeration,Edisi 2, McGraw-Hill, 2000
9. www./pengaruh laju pelepasan kalor pada kompresor terhadap karakteristik mesin pendingin system system absorbs/.com