RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik BAHRUN NIZAM LUBIS NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ABSTRAK Rancang bangun pengering pakaian sistem pompa kalor dengan penambahan alat penukar kalor dilatar belakangi dengan dibutuhkannya untuk pengeringan pakaian yang dapat digunakan tidak hanya pada siang hari tetapi juga pada saat hari hujan. Perancangan ini bertujuan mendapatkan nilai Coefficient of performance (COP) pompa kalor, nilai Total Performance (TP) dan temperatur udara pengeringan. Perhitungan rancangan berdasarkan teori thermodinamika dan perpindahan panas. Temperatur udara dihitung pada variasi kecepatan udara. Dari hasil perhitungan diperoleh COP pompa kalor sebesar 5,03 dan Total Performance (TP) sebesar 7,79. Temperatur udara pengeringan untuk kecepatan udara 0,3 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50 o C, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,89 o C, keluarapk/masuk evaporator (T3) 26,56 o C, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16 o C dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 29,60 o C. Pada kecepatan udara 0,5 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50 o C, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,89 o C, keluar APK/masuk evaporator (T3) 26,56 o C, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16 o C dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 37,84 o C. Pada kecepatan udara 0,7 m/s diperoleh pada ruang pengering (T1) 50 o C, keluar ruang pengering/masuk APK (T2) 48,98 o C, keluar APK/masuk evaporator (T3) 23,53 o C, keluar evaporator/masuk APK (T4) 16 o C dan keluar APK/masuk kondensor (T5) 41,33 o C, sehingga berdasarkan perhitungungan rancangan dapat dilakukan pembuatan mesin pengering. Kata kunci : pengering, pakaian, pompa kalor, alat penukar kalor, COP iv

11 ABSTRACT This clothes with heat pump dryer study was based in order to design dryer which can be used not only at sunny day but rainy day also, because drying process was done by sunshine and wind. Uncertain weather will be have impact on product quality. Highly moisture as a result less heat to decrease moisture will increase microbe population. So, we design a dryer to optimize this drying product. Heat pump with heat excanger can be used as a dryer. This research was made in order to study about Coefficient of performance (COP) is 5,03, Total Performance (TP) is 7,79, and air temperature,, air temperatur for air velocity 0,3 m/s verrieved : T1 is 50 o C, T2 is 47,72 o C, T3 is 33,71 o C, T4 is 16 o C, T5 is 29,60 o C, air temperatur for air velocity 0,5 m/s verrieved : T1 is 50 o C, T2 is 48,89 o C, T3 is 26,56 o C, T4 is 16 o C, T5 is 37,84 o C, air temperatur for air velocity 0,7 m/s verrieved : T1 is 50 o C, T2 is 48,98 o C, T3 is 23,53 o C, T4 is 16 o C, T5 is 41,33 o C. So that after it can do make drying machine product. Key word : dryer, clothes, heat pump, heat excanger,cop iv

12 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan anugerah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan sebaik mungkin. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun judul Skripsi ini adalah RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN PENAMBAHAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE PLAT DATAR Dalam penulisan Skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. Selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,M.sc. selaku dosen penguji Bapak Dr.Eng.Taufiq Bin Nur,ST.M.Eng.Sc dosen penguji Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 7. Kedua orang tua saya yang selalu memdoakan saya selama pengerjaan tugas sarjana ini. 8. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada teman - teman satu tim penelitian dan teman-teman seperjuangan Angkatan Ekstensi 2013 yang tidak dapat disebutkan satu - persatu yang i

13 telah membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih belum sempurna. Hal ini dikarenakan terbatasnya pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran-saran yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan Skripsi ini. Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti lainnya. Medan, Juni 2016 Penulis, Bahrun Nizam Lubis ii

14 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ABSTRAK... ABSTRACT... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR SIMBOL... i iii iv v viii xi xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Perancangan Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengeringan Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan pengeringan Pakaian Fungsi Pakaian Jenis Dan Bahan Pakaian Standar Perawatan Pakaian Sesuai Label Pakaian Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap (SKU) Performansi Siklus Kompresi Uap Pengeringan Pompa Kalor Alat Penukar Kalor Tipe Kompak (Compact Heat excanger) 28 v

15 BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Waktu dan Tempat Rancang Bangun Waktu Tempat Rancang Bangun Alat dan Bahan yang Digunakan Alat Alat Utama Alat Bantu Alat Pendukung dan Alat Ukur Bahan Pakaian Bahan Penyusun Mesin Pengring Diagram Alir Pelaksanaan Perancangan Set Up Mesin Pengering BAB IV PERHITUNGAN RANCANG BANGUN 4.1 Rancang Bangun Mesin Pengering Ruang Pengering Ruang Evaporator Evaporator Ruang Alat Penukar Kalor Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plate Ruang Kondensor Pressure Gauge Kontrol Panel Dudukan Alat Pengering Prinsip Kerja Data Performansi Perhitungan Termodinamika Pompa Kalor Laju Aliran Massa Refrigeran (ṁref) Kalor yang Dikeluarkan Oleh Kondensor (QK) vi

16 4. Daya Kompressor(Wc) Coefficient Of Performance Pompa Kalor (COPHP) Perhitungan Temperatur udara Pengeringan Menentukan Temperatur udara Masuk Kondensor(T5) Menentukan Temperatur masuk Evaporator / keluar APK (T3) Kalor yang Terjadi diapk (QAPK) Menentukan Temperatur udara keluar ruang pengering/ masuk APK(T2) Proses Pembuatan Proses Pemotongan Proses Penyambungan Proses Pemasangan/Perakitan Proses Finishing BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

17 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Jenis Kain Berbahan Katun/Cotton Gambar 2.2 Jenis Kain Katun Kombed (Combed Cotton) Gambar 2.3 Jenis Kain Berbahan Linen Gambar 2.4 Jenis Kain Berbahan Wool Gambar 2.5 Jenis Kain Berbahan Denim Gambar 2.6 Label perawatan pakaian berbahan cotton 100% Gambar 2.7 Label perawatan pakaian berbahan Polyester 100% Gambar 2.8 Label perawatan pakaian berbahan Denim 100% Gambar 2.9 Refrigerator dan pompa kalor (heat pump) Gambar 2.10 Siklus kompresi uap sederhana Gambar 2.11 Diagram T-s SKU ideal Gambar 2.12 Diagram P-h SKU ideal Gambar 2.13 Skema pengering pakaian pompa kalor Gambar 2.14 Compact Heat Exchanger, (a) Fin-tube (flat tube, continuous plate fins), (b) Fin-tube (circular tubes, continuous plate fins), (c) Fin-tube (circular tubes, circular fins), (d) Plate-fin (single pass), (e) Plate-fin (multipass) Gambar Alat Penukar Kalor tipe Plat Datar Gambar 3.1 Air conditioner (AC) Gambar 3.2 Alat Penukar Kalor Tipe Flat Plat Gambar 3.3 Kipas Kondensor Gambar 3.4 Kontrol Panel Gambar 3.5 Las listrik Gambar 3.6 Gerinda Tangan Gambar 3.7 Bor Tangan Gambar 3.8 Meteran Gambar 3.9 Penggaris Siku Gambar 3.10 Spidol Gambar 3.11 Gunting Seng viii

18 Gambar 3.12 Alat Tembak Paku Rivet Gambar 3.13 Alat Tembak Lem Silikon Gambar 3.14 Timbangan Gantung Digital Gambar 3.15 Portable Thermohygrometer Gambar 3.16 Anemometer Gambar 3.17 Pressure Gauge Gambar 3.18 Besi Hollow Galvanis Gambar 3.19 Besi Siku Galvanis Gambar 3.20 Plat Aluminium Gambar 3.21 Baut dan Mur Gambar 3.22 Rockwool Insulation Gambar 3.23 Aluminium foil Gambar 3.24 Kaca Gambar 3.25 Roda trolley Gambar 3.26 Pipa PVC Gambar 3.27 Sambungan elbow pipa PVC Gambar 3.28 Kabel NYM Gambar 3.29 Gagang Pintu Gambar 3.30 Engsel Pintu Gambar Diagram alir pelaksanaan rancang bangun Gambar Set up Mesin pengering Gambar 4.1 Mesin pengering pakain sistem pompa kalor dengan APK 52 Gambar 4.2 Ruang pengering Gambar 4.3 Ruang Evaporator Gambar 4.4 Evaporator Gambar 4.5 Ruang Alat Penukar Kalor Gambar 4.6 Alat Penukar Kalor tipe Flat Plate Gambar 4.7 Ruang Kondensor Gambar 4.8 Pressure Gauge Gambar 4.9 Kontrol Panel Gambar 4.10 Dudukan Alat Pengering ix

19 Gambar 4.11 Sketch rancangan bangun mesin pengering pakaian Gambar 4.12 P-h Diagram Gambar 4.13 Tampak Depan Gambar 4.14 Tampak Belakang Gambar 4.15 Tampak Kanan Gambar 4.16 Tampak Kiri x

20 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat fisik dan termal fibers Tabel 2.2 Moisture Regain of Fibers for Moisture Absorption and Desorption at 21 C Tabel 3.1 Spesifikasi AC Tabel 4.5 Nilai laju aliran massa pada dititik Tabel 4.6 Nilai Temperatur pada dititik Tabel 4.8 Nilai laju aliran massa pada dititik Tabel 4.9Nilai Temperatur pada dititik Tabel 4.11 Nilai laju aliran massa pada dititik Tabel 4.12Nilai QAPK Tabel 4.14 Nilai laju aliran massa pada dititik Tabel 4.15 Nilai temperatur pada dititik Tabel 4.16 Hasil Perhitungan Temperatur xi

21 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Foto Proses Pembuatan dan Gambar APK tipe plat datar Lampiran 2 Foto Mesing Pengering Lampiran 3 Tabel Propertis Refrigerant R 22 Lampiran 4 Tabel Sifat Udara Lampiran 5 Gambar teknik Mesin pengering pakaian sistem pompa Kalor dengan penambahan APK tipe plat datar xv

22 DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan AC Air Conditioner APK Alat Penukar Kalor COPHP (coefisien of performance) Pompa Kalor TP Total Prestasi PC Tekanan Kerja Kompressor Mpa Pe Tekanan Kerja Evaporator Mpa Qe Kapasitas Evaporator/Kalor Evaporator kw QK Panas Yang Dilepas Kondensor kw WC Daya Kompresor kw QAPK Kalor yang terjadi di APK kw Wfan Daya Kipas kw AK Luas Permukaan Kondensor m 2 Ae Luas Permukaaan Evaporator m 2 AAPK Luas Saluran APK m 2 h Enthalpi kj/kg h1 Enthapi Refrigeran Keluar Evaporator kj/kg h2 Enthalpi Keluar Kompresor kj/kg h3 Enthalpi Keluar kondensor kj/kg h4 Enthalpi Keluar Pipa Kapiler kj/kg T1 Temperatur udara diruang Pengering o C T2 Temperatur udara keluar ruang pengering/masuk APK o C T3 Temperatur masuk Evaporator / keluar APK o C T4 Temperatur udara keluar Evaporator o C T5 Temperatur udara Masuk Kondensor o C m u LajuAliran Massa Udara kg/s m ref LajuAliran Massa Refrigeran kg/s ρ Massa jenis kg/m 3 Cp Kalor Spesifik kj/kg.c V Kecepatan Udara m/s xiv