RANCANG BANGUN KONDENSOR PADA MESIN PENDINGIN MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORPSI DENGAN PASANGAN REFRIJERAN ABSORBEN AMONIA - AIR

Transkripsi

1 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 : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3

4

5

6

7

8

9

10 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 o C temperatur keluar refrijeran 35 o C temperatur udara masuk 30 o C temperatur udara keluara 31 o C 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. Kata kunci: Mesin pendingin, Panas buang, Absorpsi, Kondensor

11 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 mm while the heat transfer rate average condenser in the first test of kw, in second test kw and the third test of kw. Keywords: refrigeration, waste heat, absorption, Condensers

12 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,. 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. 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 keras dan kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini. 8. Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuannya terkhusus stambuk 2010 sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan seluruh pihak yang telah membantu selama penulis kuliah dan menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari

13 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

14 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sitem Pendingin Absorpsi Prinsip Kerja Siklus Absorpsi Komponen Siklus Absorpsi Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sitem Komprei Uap (SKU) Kombinasi Refrijeran Absorben pada Sistem Pedingin Absorpsi Absorben Refrijeran Amonia Alat Penukar Kalor Jenis Alat Penukar Kalor Kondenor Jenis Jenis Kondenor Perpindahan Panas Pada Kondensor Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Panas Konveksi Sifat - Sifat Termodinamika Fluida Sifat Aliran Fluida... 25

15 2.7 Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Alat Bahan Proses Pembuatan Kondensor Eksperimental set up Prosedur Pengujian Tahapan Prosedur Penelitian BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN Perhitungan Termodinamika Perancangan Kondensor Dimensi Kondensor Perancangan Penentuan Dimensi Permukaan Kondensor Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan Panas Menyeluruh ( U) Selisih Temperatur Rata-Rata Logaritmik (LMTD) Panjang Pipa Perlintasan Perencanaan Geometri dan Material dari Kondensor Hasil Pengujian Kondensor Data Hasil Pengujian Analisa Kerja Kondensor dengan Kesetimbangan Energi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xiii LAMPIRAN... xv

16 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 Gambar 2.4 Kondensor tabung dan koil Gambar 2.5 Kondensor dengan pendingin udara Gambar 2.6 Perpindahan panas secara konduksi Gambar 2.7 Mode perambatan panas Gambar 2.8 Aliran luar Gambar 2.9 Aliran dalam Gambar 2.10 Selisih temperatur rata-rata logaritmik kondensor Gambar 2.11 (a) distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondensor aliran paralel, (b) distribusi temperatur panjang (luas) tube pada kondensor aliran berlawanan arah Gambar 3.1 Kipas Angin Gambar 3.2 Flexible Thermo Anemometer Gambar 3.3 Pressure Gauge Gambar 3.4 Termometer digital Gambar 3.5 Pompa Vakum Gambar 3.6 Stop watch Gambar 3.7 Penyambung pipa Gambar 3.8 Ammonium Hydroxide (NH 4 OH) Gambar 3.9 Desain kondensor Gambar 3.10 Rangka dudukan komponen siklus absorbsi Gambar 3.11kondensor Gambar 3.12 kondensor pada rangkaian siklus Gambar 3.13 Titik pengukuran pada kondenor Gambar 3.14 Diagram alir proses penelitian Gambar 4.1 Siklus pendingin absorpsi Gambar 4.2 Diagram P-h Gambar 4.3 Kondensor perancangan Gambar 4.4 Bentuk perancangan kondensor... 51

17 Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari pertama Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperatur pengujian hari kedua Gambar 4.7 Grafik temperatur vs waktu pada pengujian hari ketiga Gambar 4.8 Grafik antara beban kondensor dengan LMTD pada pengujian hari pertama Gambar 4.9 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari kedua Gambar 4.10 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari ketiga... 64

18 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Potensi sumber energi panas di Indonesia... 2 Tabel 2.1 Tabel sifat amonia Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida Tabel 4.1 Data pengujian hari pertama Tabel 4.2 Data pengujian harikkedua Tabel 4.3 Data pengujian hari ketiga Tabel 4.4 Kerja kondensor pengujian hari pertama Tabel 4.5 Kerja kondensor pengujian hari kedua Tabel 4.6 Kerja kondensor pengujian hari ketiga... 63

19 DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN k Konduktifitas Thermal W/m.K ΔT Perbedaan Temperatur μ Viskositas Dinamis N.s/m 2 ρ Massa Jenis kg/m 3 C p Panas Jenis Fluida J/kg.K V Kecepatan Fluida m/s h o Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Luar W/m 2 K h i Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Dalam W/m 2 K h ii Koefisien konveksi internal total W/m 2 K h oo Koefisien konveksi eksternal total W/m 2 K A s Area permukaan perpindahan panas m 2 T s T Tr, r Tr, u Re Nu Pr Temperatur Permukaan Benda Temperatur lingkungan sekitar benda Temperatur Rata Rata Refrijeran Temperatur Rata Rata Refrijeran Bilangan Reynold Bilangan Nusselt Bilangan Prandtl D o Diameter Luar Pipa m D i Diameter Dalam Pipa m Nu i Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam Nu o Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar kl,r Konduktifitas thermal cair refrijeran W/m 2 K g Gaya grafitasi m/s 2 ρl, r Massa jenis cair refrijeran kg/m 3 ρv, r Massa jenis uap refrijeran kg/m 3 µl,r Viskositas dinamik cair refrijeran kg/m 3 Tsat Temperatur saturasi K Ts Temperatur dinding K hfg Kalor laten kj/kg Cpl,r Panas jenis fluida amonia cair refrijeran J/kg.K o C o C o C o C o C

20 L Panjang total tube m RR Tahanan Termal m 2. C/W A i Luas area permukaan dalam pipa m 2 A o Luas area permukaan luar pipa m 2 U Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh W/m 2 C Qk Laju Perpindahan Panas Kondensor W ṁ r Laju aliran massa Refrijeran kg/s ṁ u Laju aliran massa udara kg/s Cp,r Panas Jenis fluida amonia J/kg.K C p,u Panas Jenis fluida udara J/kg.K T r,i Temperatur Refrigran masuk C T r,o Temperatur Refrigran keluar C T u,i Temperatur Udara masuk C T u,o Temperatur Udara keluar C Δ LMTD Beda Suhu rata-rata logaritma C Rf o Faktor pengotoran sisi luar m 2 o C/W Rf i Faktor pengotoran sisi dalam m 2 o C/W T e Temperatur Evaporasi C T k Temperatur Kondensasi C T a Temperatur Absorber C T g Temperatur Generator C P e Tekanan Evaporasi Bar P k Tekanan Kondensasi Bar