DESAIN DAN ANALISA PERFORMA GENERATOR PADA REFRIGERASI ABSORBSI UNTUK KAPAL PERIKANAN

(1)

DESAIN DAN ANALISA PERFORMA GENERATOR PADA REFRIGERASI ABSORBSI UNTUK KAPAL PERIKANAN

Oleh: Dhony Prabowo Setyawan

Dosen pembimbing : Ir. Alam Baheramsyah , Msc.

Abstrak

Nelayan tradisional Indonesia menggunakan es untuk menjaga ikan hasil tangkapan tetap segar sampai di pelabuhan. Namun, hal ini sangat tidak praktis baik secara ekonomis maupun prakteknya. Salah satu solusinya adalah dengan memakai alat refrigerasi absorpsi. Refrigerasi ini akan memakai panas gas buang dari engine sebagai sumber energi. Tugas akhir ini bertujuan untuk mencari desain generator sistem refrigerasi absorpsi yang efisien. Generator merupakan alat untuk memisahkan antara refrigerant (H2O) dan absorbent (LiBr). Cara kerjanya adalah dengan mengambil panas dari gas buang engine. Untuk mendapatkan kapasitas generator 5,5358 kW maka dimensi yang diperlukan untuk tube stainless dengan O.D 12mm dengan panjang 1meter sebanyak 17 buah. Sedangkan dimensi shell nya berdiameter 35 cm dengan panjang 1 meter.

Kata kunci : generator, refrigerasi absorpsi

Abstract

A traditional fisherman in Indonesia using ice to keep catched fish remain fresh until arrive at harbor. But, this method is not practical economically nor practically. One of the solution to this problem is using absorption refrigeration. This refrigeration system using heat from engine exhaust gas for power source. This project has purpose to create an effcient generator design for absorption refrigeration system. Generator is an equipment to separate betwen refrigerant (H2O) and absorbent (LiBr). Generator works with absorbing heat from engine exhaust gas. To achieve capacity 5,5358 kW, generator must have 17 stainless tube with OD 12mm and 1m length. For shell dimension,it has OD 350mm and 1 m in length.

Key words : generator, absorption refrigeration

(2)

Pendahuluan

Pelabuhan Brondong di Lamongan merupakan salah satu pelabuhan yang kegiatan penangkapan ikannya cukup banyak. Daerah penangkapannya mencakup hingga daerah Kangean dan Laut Jawa. Ikan yang dihasilkan dari penangkapan tersebut sangat beragam dan juga tergantung dari musimnya. Untuk mengawetkan ikan, para nelayan biasa mengisi kapal mereka dengan es dari pelabuhan. Es balok yang dibawa nelayan dari pelabuhan digunakan untuk mendinginkan ikan hasil tangkapan. Jarak pelayaran yang jauh dan jumlah ikan yang mampu ditangkap oleh suatu kapal akan mempengaruhi jumlah es yang akan dibawa. Apabila jarak pelayaran jauh, maka es yang dibawa akan semakin banyak dan berat sehingga dapat menyebabkan kerugian, baik dari segi biaya operasi maupun berat kapal itu sendiri. Oleh karena itu, perlu dipikirkan suatu cara agar jumlah es yang dibawa bisa berkurang tanpa mengurangi jumlah ikan yang mampu ditangkap. Salah satu solusinya adalah dengan memakai sistem refrigerasi absorpsi.

Sistem refrigerasi absorpsi ini tidak memerlukan energi listrik untuk sumber tenaga tetapi menggunakan panas yang dihasilkan oleh mesin kapal. Panas yang diambil dari gas buang engine ini kemudian akan digunakan untuk memisahkan refrigerant dan absorbent, dimana refrigerant-nya adalah air dan absorbent-nya adalah LiBr. Di generator, panas dari gas buang akan diserap oleh larutan campuran antara LiBr dan air sehingga air akan berubah fase menjadi uap

panas dan diteruskan menuju ke kondensor.

Pada akhirnya, sistem pendingin ini akan mengurangi jumlah es yang perlu dibawa sehingga biaya operasi akan lebih murah dan berat es yang dibawa lebih sedikit.

BATASAN MASALAH

1. Generator berfungsi untuk memisahkan absorbent dan refrigerant.

2. Generator sebagai salah satu alat dari bagian sistem refrigerasi absorpsi.

3. Sistem refrigerasi absorpsi ini nantinya tidak akan di uji.

TUJUAN PENULISAN

Dengan permasalahan diatas maka tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Mendapatkan desain generator yang efisien untuk sistem refrigerasi absorpsi.

2. Membuat alat yang sesuai ukuran sebenarnya yang didapat dari perhitungan.

HASIL TUGAS AKHIR

Hasil dari tugas akhir ini adalah berupa jurnal dan generator sebagai salah satu bagian dari sistem refrigerasi absorpsi.

4.2.1 Perhitungan generator

Didapatkan nilai Q dari perhitungan simulasi :

Q = w

3

.h

3

+ w

2

h

2

- w

1

h

1

= 5.5358 kW

(3)

= 5535.8 W

inlet gas buang = 200

^o

C outlet gas buang = 150

^o

C masukan dari absorber = 30

^o

C

karakteristik air pada

90⁰C

ρ = 958 kg/m

³

μ = 0.000001 kg/ms

k

= 0.623 w/m⁰ C Pr

= 1.75

Dimana:

ρ : kerapatan masaa jenis ( kg/m

³

) μ : kekentalan dinamis ( kg/ms ) k : konduktivitas thermal ( w/m⁰ C ) Pr : angka Prandtl

nilai Re : Re = ρud

μ

= 958 x 3.8 x 0.01

0.000001

= 34521034

karena alirannya turbulen, maka digunakan persamaan :

Nu = 0,023 Re

^0,8

x Pr

^0,4

= 0.023 x 3E+07

^0,8

x 1.75

^0,4

= 30861.01

hi = Nu k/d

= (256.7 x 0.623) / 0.0127

= 1513890 W/m

²

K

tahanan pipa termal untuk setiap satuan panjang pipa adalah:

Rs = Ln ( ro / ri )

2 η k

= ln ( 0.0127 / 0.009 )

2 x 3,14 x 0.623

= 0.036731

tahanan termal di dalam pipa untuk satuan panjang pipa adalah:

Ri = 1 = 1

hi Ai hi2ηri

= 1 / ( 14031 x 2η x 0.09 )

= 1.17E-06

Koefisien perpindahan kalor luar dan tahanan termalnya :

ho = 1,32 (ΔT/d)

^0,25

= 1,32 x ((90-30)/0,011)

^0,25

= 11.34393 W/m

²

K

(4)

Ro = 1 = 1

h0A0 11.344 x 2 η ro l

= 1

90.47466

= 0.011053

jadi koefisien perpindahan kalor total yang terjadi di permukaannya

adalah :

Uo = 1

RiAo/Ai + AoRs + Ro

= 1

1.35E-06 + 0.0029 + 0.01

Uo = 74.125 W/⁰C

∆T = Δ suhu inlet - Δ suhu outlet ln ( Δ suhu inlet / Δ suhu outlet)

= (200-30) - (150-100) ln ( (200-30) - (150-100))

= 35.4

sehingga, pada generator nantinya luas permukaan panas yang

diperlukan dapat dicari melalui persamaan

:

Q = A x U x ∆T

A = Q / (U x ∆T)

A = 5535.8 / ( 74.125 x 35.4 ) = 1.342594 m

²

Direncanakan pipa yang dipakai berjenis Stainless steel

dengan skedul 40.

diameter luar = 0.0127 m

diameter dalam = 0.011 m

Panjang pipa yang diperlukan :

A = 2 x π x r x l

1,34 = 2 x 3,14 x 0,012 x l l = 1,34 / ( 2 x 3,14 x 0,012 ) l = 16,83 m

Karena direncanakan menggunakan heat exchanger tipe shell and tube, maka tube di dalam shell akan dipasang 17 buah dengan panjang masing-masing tube adalah 1 meter.

Analisa Generator

Generator yang sudah di desain ini merupakan bentuk yang sudah tetap, sehingga dimensinya tidak akan dapat dirubah-rubah lagi. Data-data dari generator yang diketahui adalah :

1. Beban yang dihasilkan oleh generator ( Q )

(5)

2. Luas area permukaan panasnya ( A ) 3. Koefisien perpindahan kalor total ( U ) 4. Perbedaaan temperatur rata-rata ( Tm ) Dilihat dari data di atas, dapat disimpulkan yang bisa diberikan perlakuan agar kapasitas generator dapat berubah adalah suhu atau perbedaan temperaturnya.

Karena Tm memiliki persamaan berikut :

Dimana

F = desain factor

= Perbedaan temperatur panas dan dingin fluida di inlet

= Perbedaan temperatur panas dan dingin fluida di outlet

Maka dapat disimpulkan untuk merubah kapasitas dari generator ada dengan memvariasikan temperatur inlet dan outlet dari generator itu sendiri.

Semakin jauh jarak antara perbedaan temperatur di sisi inlet dan outlet generator, maka semakin besar pula kapasitas yang akan di dapatkan.

Desain Generator

Dari perhitungan dan perancangan generator, didapatkan ukuran generator sebagai berikut :

Untuk shell :

Diameter luar : 35 cm Diameter dalam : 34,8 cm Panjang : 100 cm Material : besi

Ukuran tube :

Diameter luar : 12 mm Diameter dalam : 11 mm Panjang : 100 cm Jumlah : 17 buah Material : stainless steel

Gambar. Skema generator Keterangan gambar :

A : Inlet dari gas buang.

B : Outlet dari gas buang.

(6)

C : Inlet larutan dari absorber.

D : Outlet steam menuju kondensor.

E : Outlet larutan kembali ke absorber.

Kesimpulan

Setelah dilakukan perhitungan untuk mendesain generator sebagai salah satu bagian alat dari sistem refrigerasi absorpsi, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Untuk mendesain generator berkapasitas 5,5358 kW membutuhkan 17 buah tube dengan ukuran diameter luar 12mm dan panjang 1 meter agar luasan permukaan panasnya tercapai.

2. Untuk menghasilkan berkapasitas lebih besar, diperlukan generator dengan ukuran lebih besar.

3. Apabila ingin menambah kapasitas generator tanpa merubah dimensinya, maka variable yang dapat dirubah- rubah adalah perbedaan temperatur antara inlet dan outlet. Semakin besar perbedaannya, maka kapasitasnya juga akan bertambah.

Saran

1. Diharapkan tugas akhir ini dilakukan pengujian karena simulasi melalui perhitungan saja tidaklah cukup.

Daftar pustaka