RANCANG BANGUN KONDENSOR PADA MESIN
PENDINGIN MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORPSI DENGAN
PASANGAN REFRIJERAN – ABSORBEN AMONIA - AIR
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ABSALIOK SETRISA SIHOMBING
NIM : 100401023
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
ABSTRAK
Penggunaan mesin pendingin merupakan suatu kebutuhan 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
absorpsi adalah salah satu contoh pemanfaatan gas buang sebagai sumber energi
utama dalam mekanismenya. Salah satu komponen yang berpengaruh dalam
mesin ini adalah kondensor dimana kondensor berfungsi untuk membuang panas
dari uap refrijeran, tipe kondensor yang dirancang pada penelitian ini adalah tipe
pendingin udara dengan bahan tube stainless stell 304. Adapun tujuan dari
penelitian ini adalah merancang sebuah kondensor untuk beban evaporator 50 W
dengan temperatur masuk refrijeran 90
oC temperatur keluar refrijeran 35
oC
temperatur udara masuk 30
oC temperatur udara keluara 31
oC dengan kecepatan
udara sebesar 5 m/s dan untuk mengetahui unjuk kerja dari kondensor sebagai
salah satu komponen siklus absorpsi. Dimana dari hasil penelitian yang dilakukan
didapat dimensi kondensor adalah panjang total tube 1,460 m, diameter dalam
tube 6,82 mm dan diameter luar 10,28 mm sedangkan laju perpindahan panas
rata-rata kondensor pada pengujian pertama sebesar 0,0189 kW, pada pengujian
kedua 0,02096 kW dan pengujian ketiga sebesar 0,3419 kW.
ABSTRACT
The use of refrigeration is a necessity in today's era, the modification of
the engine coolant is one way in addressing the issue of energy crisis that is
happening today, one of them by harnessing the unused energy that is around us,
as an example is the use of exhaust gas , Absorption refrigerating machine is just
one example of the utilization of flue gas as a primary energy source in the
mechanism. One of the components that are influential in the machine condenser
condenser which serves to remove heat from the refrijerant vapor, the type of
condenser which is designed in this study is the type of air conditioning with a
stainless steel tube material 304. The purpose of this research was to design an
evaporator condenser to load 50 W at 90 °C inlet temperature refrijerant outlet
35°C temperature refrijerant inlet air temperature 30°C outlet air temperature 31
°C with air velocity of 5 m/s and to know the performance of the condenser as one
component of the absorption cycle. Where the results of research conducted
acquired the dimensions of the condenser is a total length of 1,460 m tube, the
tube diameter of 6.82 mm and an outer diameter of 10.28 mm while the heat
transfer rate average condenser in the first test of 0.0189 kW, in second test
0.02096 kW and the third test of 0.3419 kW.
Keywords: refrigeration, waste heat, absorption, Condensers
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Rancang Bangun Kondensor pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi dengan Pasangan Refrijeran – Absorben Amonia Air”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1
pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Untuk penulisan skripsi ini, penulis dan tim telah merancang dan membangun
konstruksi alat pendingin dengan pemanfaatan panas buang dari mesin diesel.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Zamanhuri, MT selaku Dosen pembimbing, yang selalu memberikan
bimbingan dan motivasi sehingga penelitian ini dapat selesai.
2. Bapak Dr.Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah
membantu segala keperluan yang diperlukan selama penulis kuliah.
5. Kedua orang tua saya, R. Sihombing dan D. Simangunsong yang selalu
memberikan dukungan moril dan materil serta kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada saya.
6. Bang Tonggam Sihombing, Iimmedi Juliana Sihombing, Jansen Sihombing,
Efriwita Nainggolan, Serta keluarga dekat yang memberikan dukungan moral
maupun moril dalam penyelesaian penelitian ini.
7. Rekan satu tim, Rido Manik, Dedi Manurung dan Lamhot Aritonang atas kerja
berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan
pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih
Medan, Mei 2016
Penulis,
Absaliok Setrisa Shombing
100401023
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Sistematika Penulisan... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sitem Pendingin Absorpsi ... 5
2.1.1 Prinsip Kerja Siklus Absorpsi ... 6
2.1.2 Komponen Siklus Absorpsi ... 9
2.1.3 Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sitem Komprei Uap (SKU) ... 10
2.2 Kombinasi Refrijeran – Absorben pada Sistem Pedingin Absorpsi ... 10
2.2.1 Absorben... 12
2.3 Refrijeran ... 13
2.3.1 Amonia ... 15
2.7 Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor... 27
2.8 Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 33
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 33
3.2 Alat dan Bahan ... 33
3.2.1 Alat ... 33
3.2.2 Bahan ... 37
3.3 Proses Pembuatan Kondensor... 38
3.4 Eksperimental set up ... 40
3.5 Prosedur Pengujian ... 41
3.6 Tahapan Prosedur Penelitian ... 42
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ... 43
4.1 Perhitungan Termodinamika ... 43
4.2 Perancangan Kondensor ... 44
4.2.1 Dimensi Kondensor Perancangan ... 45
4.2.2 Penentuan Dimensi Permukaan Kondensor ... 45
4.2.3 Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ... 47
4.2.4 Perpindahan Panas Menyeluruh ( U) ... 49
4.2.5 Selisih Temperatur Rata-Rata Logaritmik (LMTD) ... 49
4.2.6 Panjang Pipa Perlintasan ... 49
4.2.7 Perencanaan Geometri dan Material dari Kondensor ... 50
4.3 Hasil Pengujian Kondensor ... 51
4.3.1 Data Hasil Pengujian ... 51
4.3.2 Analisa Kerja Kondensor dengan Kesetimbangan Energi ... 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... ... 65
5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
LAMPIRAN ... xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem refrigrasi absorpsi sederhana ... 6
Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi ... 8
Gambar 2.3 Kondensor tabung dan pipa bersirip horisontal ... 18
Gambar 2.4 Kondensor tabung dan koil ... 19
Gambar 2.5 Kondensor dengan pendingin udara ... 20
Gambar 2.6 Perpindahan panas secara konduksi... 22
Gambar 2.7 Mode perambatan panas... 23
Gambar 2.8 Aliran luar ... 24
Gambar 2.9 Aliran dalam ... 25
Gambar 2.10 Selisih temperatur rata-rata logaritmik kondensor ... 30
Gambar 2.11 (a) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada kondensor aliran
paralel, (b) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada
kondensor aliran berlawanan arah ... 32
Gambar 3.1 Kipas Angin... 33
Gambar 3.2 Flexible Thermo – Anemometer ... 34
Gambar 3.3 Pressure Gauge ... 34
Gambar 3.4 Termometer digital ... 35
Gambar 3.5 Pompa Vakum ... 35
Gambar 3.6 Stop watch ... 36
Gambar 3.7 Penyambung pipa ... 36
Gambar 3.8
Ammonium Hydroxide
(NH
4Gambar 3.9 Desain kondensor ... 38
OH) ... 37
Gambar 3.10 Rangka dudukan komponen siklus absorbsi ... 38
Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari pertama ... 54
Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperatur pengujian hari kedua ... 56
Gambar 4.7 Grafik temperatur vs waktu pada pengujian hari ketiga ... 58
Gambar 4.8 Grafik antara beban kondensor dengan LMTD pada pengujian hari
pertama ... 60
Gambar 4.9 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
kedua ... 62
Gambar 4.10 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
ketiga ... 64
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi sumber energi panas di Indonesia ... 2
Tabel 2.1 Tabel sifat amonia ... 15
Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida ... 29
Tabel 4.1 Data pengujian hari pertama ... 52
Tabel 4.2 Data pengujian harikKedua ... 54
Tabel 4.3 Data pengujian hari ketiga ... 56
Tabel 4.4 Kerja kondensor pengujian hari pertama ... 59
Tabel 4.5 Kerja kondensor pengujian hari kedua... 61
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN
k
SATUAN
ΔT Perbedaan Temperatur
Konduktifitas Thermal W/m.K
o
μ
C
Viskositas Dinamis N.s/m
ρ
2
Massa Jenis kg/m
C
3
p V
Panas Jenis Fluida J/kg.K
h
Kecepatan Fluida m/s
o Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Luar W/m
2
h
K
i Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Dalam W/m
2
ℎ′� Koefisien konveksi internal total W/m
K
2
ℎ′� Koefisien konveksi eksternal total W/m
K
2
A
K
s Area permukaan perpindahan panas m
T
2
s Temperatur Permukaan Benda o
T
C
∞ Temperatur lingkungan sekitar benda o
Tr,
C
r Temperatur Rata – Rata Refrijeran o
Tr,
C
u Temperatur Rata – Rata Refrijeran
o
Re Bilangan Reynold
C
Nu Bilangan Nusselt
Pr Bilangan Prandtl
Do
Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
o
kl,r Konduktifitas thermal cair refrijeran W/m
Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
2
g Gaya grafitasi m/s
K
ρl,
2
r Massa jenis cair refrijeran kg/m
ρv,
3
r Massa jenis uap refrijeran kg/m
µl,r Viskositas dinamik cair refrijeran kg/m
L Panjang total tube m
� Tahanan Termal m2
A
. °C/W
i Luas area permukaan dalam pipa m
A
2
o Luas area permukaan luar pipa m
U Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh W/m
2
2
Qk Laju Perpindahan Panas Kondensor W
°C
ṁr ṁ
Laju aliran massa Refrijeran kg/s
u
Panas Jenis fluida udara J/kg.K
r,i T
Temperatur Refrigran masuk °C
r,o T
Temperatur Refrigran keluar °C
u,i T
Temperatur Udara masuk °C
u,o Δ
Temperatur Udara keluar °C
LMTD
Rf
Beda Suhu rata-rata logaritma °C
o Faktor pengotoran sisi luar m
2 o
Rf
C/W
i Faktor pengotoran sisi dalam m
2 o
Temperatur Absorber °C
g
P
Temperatur Generator °C
e
P
Tekanan Evaporasi Bar