RANCANG BANGUN EVAPORATOR PADA MESIN PENDINGIN MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORPSI MEMANFAATKAN PANAS
BUANG MOTOR BAKAR DENGAN PASANGAN REFRIJERAN-ABSORBEN AMONIA-AIR
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DEDY PUTRA MANURUNG NIM : 100401099
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
ABSTRAK
Mesin pendingin siklus absorpsi ini menggunakan panas buang untuk memisahkan larutan ammonia air. Mesin pendingin absorpsi yang dirancang memperoleh panjang evaporator 0.4 m dengan jumlah pipa adalah 5 laluan. Di mana beban pendingin nya adalah sebesar 50 W. Yang mana mesin pendingin ini akan digunakan untuk mendinginkan udara lingkungan pada temperatur 32 °C. Adapun tujuan penelitian ini untuk melihat besarnya laju perpindahan panas dan COP mesin pendingin absorpsi. Percobaan penelitian ini dilakukan sebanyak tiga kali. Dari hasil penelitian diperoleh besarnya laju perpindahan panas adalah 43,19 W sedangkan besarnya COP adalah 0,45.
ABSTRACT
This absorption refrigeration cycle using waste heat to separate the water
ammonia solution . Absorption refrigerator designed evaporator obtain 0.4 m long
with a number of pipes is 5 passes . Where its cooling load is 50 W. Which
cooling machine will be used to cool the ambient air at a temperature of 32 ° C .
The research aimed to see the magnitude of the rate of heat transfer and
absorption refrigeration machine COP . This research experiment is performed
three times . The result showed the magnitude of the heat transfer rate is 43.19 W
while the amount of COP is 0.45.
Keywords : waste heat, absorption, refrigerator, evaporator
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 Evaporator pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi Memanfaatkan
Panas Buang Motor Bakar dengan Pasangan Refrijeran-Absorben 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 S. Manurung dan Ibunda N. Hasibuan yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan materil dan doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, D.E.A selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
5. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.
6. Rekan satu tim skripsi yaitu Rido, Lamhot dan Absaliok yang terus saling menyemangati.
dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih.
Medan, Juli 2016
Penulis,
Dedy Putra Manurung NIM. 100401099
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latarbelakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...4
2.1 Siklus Absorbsi ... 4
2.1.1 Teori Umum Siklus Absorbsi ... 5
2.1.2 Komponen Siklus Absorbsi ... 8
2.1.3 Perbedaan Sistem Absorbsi dengan Sistem Kompresi Uap...9
2.2 Absorben ... 9
2.3 Refrijeran ... 10
2.3.1Amonia ... 12
2.5 Perpindahan Panas ... 15
2.5.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 16
2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 18
2.6 Parameter dalam Perhitungan Nilai Perpindahan Panas APK ... 21
2.6.1 Sifat-sifat termodinamika fluida ... 22
2.6.2 Sifat Aliran Fluida ... 22
2.6.3 Laju perpindahan Kalor pada Alat Penukar Kalor ... 24
2.6.4 Penukar Panas dalam Aliran Paralel ... 27
2.6.5 Penukar Panas dalam Aliran Berlawanan... 29
2.7 Faktor Pengotoran Absorber ... 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 32
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 32
3.2 Alat dan Bahan Baku ... 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 Mesin Pendingin Absorpsi ... 40
3.6 Metode Pengolahan Data ... 43
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN...44
4.1 Desain Instalasi Pendingin Siklus Absorbsi ... 44
4.1.1 Desain Evaporator ... 44
4.1.2 Dimensi Utama Evaporator ... 46
4.1.3 Sifat-sifat Fluida dan Luas Penampang ... 47
4.1.4 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi... 49
4.1.5 Koefisien Perpindahan Panas Total ... 52
4.1.6 Panjang Pipa ... 53
4.2 Data Hasil Pengujian Evaporator ... 54
4.3 Menghitung Laju Perpindahan Panas Aktual... 58
4.4 Menghitung Koefisien of Performancy (COP) Absorpsi ... 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...69
5.1 Kesimpulan ... 69
5.2 Saran ... 70
DAFTAR GAMBAR
Komponen utama siklus absorpsi sederhana .…..…... Diagram p-h Siklus Absorpsi dan komponen siklus kedua...………… Bare Tube Evaporator………...
Finned Evaporator………
Plate Surface Evaporator……….
Tahanan termal pada permukaan silinder….…………...…………... Konveksi paksa aliran menyilang………... Konveksi paksa aliran dalam ………..…..…... Penukar panas dalam arah parallel ………...…… Penukar panas dengan aliran fluida berlawanan …………... Pompa Air ……….……… Pressure Gauge ...………...
Termometer digital ………...……...………... Pompa Vakum ….………..………. Stop watch ...………....……..………
Anemometer ..………...……… Tube Bender...……….
Penyambung Pipa dan kran...…………...….. Rockwool ……...…… Sterofoam…………... Busa eva...……… Triplek...………...…………... ammonium hydroxide (NH4OH)………...……...……… Titik-titik pengukuran evaporator………. Skema pengujian ……….. Pembuatan rangka mesin pendingin ..………. Proses pengelasan generator………...……… Buffel atau sekat Generator ...………...…………
3.20 Pembuatan evaporator ...………...……… Diagram alir rancang bangun siklus absorbsi………. Desain instalasi pendingin siklus absorbsi………. Desain Evaporator bare tube …... Diagram P-h ……….. Jarak antara pipa ………... Aliran refrigran dan aliran udara di evaporator. ……….. Distribusi temperature udara dan refrijeran ammonia………. Evaporator bare tube………. Grafik pengujian pertama temperatur vs waktu ...…….….. Grafik pengujian kedua temperatur vs waktu ………..………. Grafik pengujian ketiga temperatur vs waktu………... Grafik pengujian laju perpindahan panas terhadap waktu ... Grafik pengujian kedua laju perpindahan panas terhadap waktu …... Grafik pengujian ketiga laju perpindahan panas terhadap waktu... Grafik COP Absorpsi Pengujian pertama………... Grafik COP pengujian kedua………. Grafik COP pengujian ketiga………...
DAFTAR TABEL Faktor pengotoran beberapa fluida ……….. Persamaan bilangan Nu menurut Zukauskas……….. Faktor koreksi untuk menentukan bilangan Nu menurut Zukauskas…… Data pengujian evaporator pertama ………...………..…………...……… Data pengujian evaporator kedua ……..……….…..…... Data pengujian evaporator ketiga ……… Laju perpindahan panas pada pengujian pertama ... Laju perpindahan panas pada pengujian kedua …...…. Laju perpindahan panas pada pengujian ketiga....………..……. COP Absorpsi pengujian pertama………... COP Absorpsi pengujian kedua……… ……... COP Absorpsi pengujian ketiga………...
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel sifat fisik refrigran ammonia R-717………..………... xvi
Lampiran 2. Tabel sifat fisik udara………...………... xvii
Lampiran 3. Tabel sifat stainless steel ………... xviii
Lampiran 4. Gambar Teknik ……… xix
Lampiran 5. Data hasil pengujian pertama ………...………... .xx
Lampiran 6. Data hasil pengujian kedua ………... xxi
Lampiran 7. Data hasil pengujian ketiga……… xxii
Lampiran 8. Data pengujian Generator pertama……….. xxiii
Lampiran 9. Data pengujian Generator kedua………. xxiv
Lampiran 10. Data pengujian Generator ketiga……… xxv
Lampiran 11.Tabel Ukuran standar Tube……… xxvi
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
Q Laju perpindahan panas Watt
A Luas Penampang Pelat Evaporator (m2)
ṁ Laju aliran massa kg/s
ρ massa jenis kg/m3
Nu Bilangan Nusselt ( tak bersatuan ) Re Bilangan Reyold ( tak bersatuan )
h Koefisien Konveksi W/m2
K
d Diamter pipa m
T Temperatur °C µ Viskositas Ns/m2
k Koefisien Konduksi W/mK
Cp Panas Jenis J/kgK
Pr Bilangan Prandtl (tak bersatuan)
V Kecepatan udara m/s
U Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh W/m2 K
