RANCANG BANGUN ABSORBER PADA MESIN PENDINGIN
MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORBSI DENGAN PASANGAN REFRIJERAN-ABSORBENT AMONIA-AIR
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RIDO PAHOTAN TUA MANIK NIM : 100401088
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Penggunaan mesin pendingin merupakan suatu kebutuhan pokok dalam era sekarang ini ,modifikasi dari mesin pendingin adalah salah satu cara dalam menghadapi persoalan krisis energi yang sedang terjadi sekarang ini, salah
satunya dengan memanfaatkan sumber energi yang tidak terpakai yang ada disekitar kita, sebagai contoh adalah pemanfaatan gas buang. Mesin pendingin absorbsi adalah salah satu contoh pemanfaatan gas buang sebagai sumber energi utama dalam mekanismenya. Salah satu komponen yang berpengaruh dalam mesin ini adalah absorber dimana absorber berfungsi sebagai wadah untuk melarutkan antara absorben dan refrijeran, tipe absorber yang dirancang pada penelitian ini adalah tipe shell and tube dengan bahan stainless stell 304. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang sebuah absorber untuk beban evaporator 50 W dan untuk mengetahui unjuk kerja dari absorber sebagai salah satu komponen siklus absorbsi. Dimana dari hasil penelitian yang dilakukan didapat dimensi absorber adalah panjang 61,0406 cm, diameter tube 14,3002 cm dan diameter shell 16,8275 cm sedangkan laju perpindahan panas rata-rata absorber pada pengujian pertama sebesar 79,1284 kW, pada pengujian kedua 78,43 kW dan pengujian ketiga sebesar 75,29 kW dan keefektifan rata rata dari ketiga pengujian absorber sebesar 31,06%
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Rancang Bangun Absorber pada Mesin Pendingin dengan Pasangan Absorben-refrigeran Amonia-Air.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis Bapak K . Manik dan Ibunda N . Sijabat yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. Kepada abang dan kakak penulis yang terus memberi semangat.
2. Bapak Ir.Zamanhuri,MT selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ir. Farel H.Napitupulu yang telah banyak membantu memberi saran dan waktu diskusi serta membimbing selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Suprianto ST,MT yang telah mengijinkan pemakaian lab foundry untuk pengerjaan rancang bangun alat pendingin ini
5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.
8. Rekan satu tim skripsi yaitu Absaliok S, Dedy M, dan Lamhot A yang terus saling menyemangati.
9. Sahabat dan teman teman alumni foundry Iwin,Budy,Piter,dll yang saling menguatkan selama mengerjakan skripsi.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latarbelakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Batasan Masalah Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5
2.1 Siklus Absorbsi ... 5
2.1.1 Prinsip kerja siklus absorbsi ... 7
2.1.2 Komponen Siklus Absorbsi ... 9
2.1.2 Perbedaan Sistem Absorbsi dengan Sistem Kompresi Uap .. 10
2.2 Absorbent ... 11
2.3 Refrigeran ... 11
2.3.1Amonia ... 13
2.4 Karakterstik Pasangan refrigeran-Absorben ... 14
2.5 Absorber ... 15
2.6 Perpindahan Panas pada Absorber ... 16
2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 16
2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 19
2.7 Parameter dalam Perhitungan Nilai Perpindahan Panas Absorber 22 2.7.1 Sifat-sifat termodinamika fluida ... 23
2.7.2 Sifat Aliran Fluida ... 24
2.7.3 Laju perpindahan Absorber ... 25
2.7.4 Absorber dengan Arah Fluida Sejajar ... 27
2.7.5 Absorber dengan Arah Fluida berlawanan ... 30
2.8 Faktor Pengotoran ... 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...32
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 32
3.2 Alat dan Bahan ... 32
3.2.1 Alat ... 32
3.2.2 Bahan ... 37
3.3 Eksperimental set up ... 38
3.4 Prosedur Pengujian ... 39
3.5 Proses pembuatan Absorber ... 40
3.6 Tahapan prosedur penelitian ... 43
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN...43
4.2.1 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Internal... 47
4.2.2 Koefisien Perpindahan Panas konveksi Eksternal ... 49
4.2.3 Perencanaan Geometri dan Material Absorber ... 53
4.3 Hasil Pengujian Absorber ... 54
4.3.1 Data hasil Pengujian Pertama ... 54
4.3.2 Data hasil pengujian kedua... 56
4.3.3 Data hasil pengujian ketiga ... 58
4.4 Analisa kesetimbangan Energi ... 59
4.5 Keefektifan Absorber... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...64
5.1 Kesimpulan ... 64
5.2 Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... xii
LAMPIRAN ... xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus absorbsi sederhana ... 7
Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus kedua………….……….8
Gambar 2.3 Perpindahan panas secara konduksi ... 17
Gambar 2.4 Mode perambatan panas pada didnding tube... 18
Gambar 2.5 Aliran luar ... 19
Gambar 2.6 Aliran dalam ………..………..20
Gambar 2.7 Alat penukar kalor pipa ganda yang terdiri dari dua pipa sepusat ……….………...……21
Gambar 2.8 Distribusi temperatur pada aabsorber dengan aliran fluida arah sejajar……….28
Gambar 2.9 Distribusi temperatur pada aabsorber dengan aliran fluida arah berlawanan……….………30
Gambar 3.1 Pompa air ... 32
Gambar 3.2 Pressure Gauge ... 33
Gambar 3.3 Termometer digital ... 34
Gambar 3.4 Pompa vakum ... 34
Gambar 3.5 Stop watch ... 35
Gambar 3.6 Drum air ... 35
Gambar 3.7 Penyambung pipa ... 36
Gambar 3.8 Ammonium hydroxide(NH4OH) ... 37
Gambar 3.9 Titik pengukuran pada absorber ... 38
Gambar 3.10 Gambar desain absorber ... 40
Gambar 3.11 Rangka dudukan komponen siklus absorbsi ………..………40
Gambar 3.12 Absorber dengan tipe shell and tube ... 41
Gambar 3.13 Saluran masuk dan keluar air pendingin absorber ... 41
Gambar 3.15 Absorber terhubung dengan drum air... 42
Gambar 3.16 Diagram alir proses penelitian ... 43
Gambar 4.1 Gambar autocad absorber ... 46
Gambar 4.2 Gambar solidwork model absorber ... 54
Gambar 4.3 Grafik antara Temperatur absorber terhadap waktu ... 56
Gambar 4.4 Grafik antara Q dengan Temperatur larutan pada percobaan pertama ... 59
Gambar 4.5 Grafik antara Q dengan Temperatur larutan pada percobaan kedua ... 60
Gambar 4.6 Grafik antara Q dengan Temperatur larutan pada percobaan ketiga ... 61
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi sumber energ panas di Indonesia ... 2
Tabel 2.1 Tabel sifat ammonia... 14
Tabel 2.2 Bilangan Nusselt untuk aliran laminar ... 21
Tabel 2.3 Faktor pengotoran beberapa fluida... 31
Tabel 4.1 Data hasil percobaan hari pertama ... 54
Tabel 4.2 Data hasil percobaan hari kedua ... 56
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN
k Konduktifitas thermal W/m.K
SATUAN
ΔT Perbedaan Temperatur oC
μ Viskositas N.s/m2
ρ Massa Jenis kg/m3
cp Panas Jenis Fluida J/kg.K
V Kecepatan Fluida m/s
h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi W/m2K
A Area permukaan perpindahan panas m2
Ts Temperatur Permukaan Benda oC
T∞ Temperatur lingkungan sekitar benda oC
ε Efektifitas %
ṁ Laju aliran massa fluida kg/s
Re Bilangan Reynold
� Diameter Pipa m
Dh Diameter hidrolik m
Nu Bilangan Nusselt
Pr Bilangan Prandtl
Do Diameter Luar Tabung m
Di Diameter Dalam Tabung m
Nui Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nuo Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
L Panjang tube m
� Tahanan Termal m2. °C/W
U Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh W/m2°C
Q Laju Perpindahan Panas W
ṁc Laju aliran massa fluida dingin kg/s
ṁh Laju aliran massa fluida panas kg/s
cp,c Panas Jenis fluida dingin J/kg.K
cp,h Panas Jenis fluida panas J/kg.K
Th Suhu fluida panas °C
Tc Suhu fluida dingin °C
Th,i Temperatur fluida panas masuk °C
Th,o Temperatur fluida panas keluar °C
Tc,i Temperatur fluida dingin masuk °C
Tc,o Temperatur fluida dingin keluar °C
ΔTRL Beda Suhu rata-rata logaritma °C
Cc Kapasitas Fluida Dingin W/K
