RANCANG BANGUN EVAPORATOR UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik TYSON MARUDUT MANURUNG NIM : 100421050 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapi usaha laundry pada khususnya atau kegiatan lain yang membutuhkan pengering pakaian yang dapat bekerja dengan cepat. Oleh karena itu dilakukan rancang bangun yang bertujuan untuk menghasilkan satu unit mesin pakaian portable dengan menggunakan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diplikasikan pada skala kecil atau besar. Rancang bangun mesin pengering pakaian didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan pompa kalor yang beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan adalah melalui perhitungan termodinamika dengan menggunakan refrigeran HCFC-22 dan evaporator natural convection. Dari hasil perhitungan didapat koefisien performansi yang sangat tinggi. Kata kunci: portable, AC Rumah, refrigeran, HCFC-22, evaporator, Coefficient of Perfomance (COP)
ABSTRAC This design aims to address the laundry faced by businesses in particular or other activities that require clothes dryers that work quickly. Therefore, performed design that aims to produce one unit of a portable clothes dryers using air conditioning at home oriented electrical energy efficiency efforts can be applicated on a small or large scale. Design clothes dryers based on the results of theoretical calculations and heat pumps that operate using the vapor compression cycle to be a limitation problem. The method used to achieve the goal is through thermodynamic calculations using HCFC-22 refrigerant and evaporator natural convection. Obtained from the calculation of the coefficient of performance which is as high as 5.093, the efficiency of the evaporator fins is 0.999, and the length of pipe per track evaporator is 0.7245 m. Keywords: portable,home s AC, refrigerant, HCFC-22, evaporator, Coefficient of Perfomance (COP)
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan kasih-nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini merupakan syarat dalam memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin. Tugas sarjana ini diambil dari bidang mata kuliah Perpindahan Panas dengan judul RANCANG BANGUN EVAPORATOR UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK Dalam penyelesaian tugas sarjana ini, penulis mendapat banyak bimbingan dan dukungan dari dosen pembimbing bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT dan teman teman di Departemen Teknik Mesin Ekstensi Universitas Sumatera Utara, baik berupa saran dan nasehat serta ilmu pengetahuan. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Kedua orang tua tercinta Ayahanda S. Manurung dan Ibunda N. br. Panggabean yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis. 2. Bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT, sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas sarjana ini hingga selesai.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik. 4. Bapak/Ibu dosen di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik yang telah mendidik penulis selama kuliah. 5. Bapak/Ibu staff pegawai yang banayk membantu penulis selama kuliah di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik. Penulis menyadari tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca dalam penyempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas sarjana ini dapat berguna bagi pembaca. Terima kasih. Medan, April 2013 Penulis, TYSON M MANURUNG NIM: 100421050
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR NOTASI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Tujuan Penenlitian... 2 1.4.1. Tujuan Umum... 2 1.4.2. Tujuan Khusus... 2 1.5. Manfaat Penenlitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Teori Pengeringan... 4 2.2. Mesin Pengering Pakaian... 6 2.3. Siklus Kompresi Uap... 11 2.3.1. Proses Kompresi... 12
2.3.2. Proses Kondensasi... 12 2.3.3. Proses Ekspansi... 13 2.3.4. Proses Evaporasi... 13 2.4 Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap... 14 2.4.1. Evaporator... 14 2.5. Refrigran... 16 2.5.1. Pengelompokan Refrigran... 16 2.5.2.Persyaratan Refrigeran... 20 BAB III METODE PENENLITIAN 3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian... 23 3.2. Bahan Dan Alat... 23 3.2.1. Bahan... 23 3.2.2. Alat... 24 3.3. Data Penenlitian... 28 3.4 Metode Pelaksanaan Penelitian... 29 BAB IV PERANCANGAN KONDENSOR MESIN PENGERING 4.1. Perhitungan Termodinamika... 30 4.2. Perhitungan Evaporator... 33 4.2.1. Untuk Sisi Refrigerant R22... 34 4.2.2. Untuk Sisi Udara... 36
4.2.3. Effisiensi Sirip... 38 4.2.4. Faktor Pengotoran... 39 4.2.5. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh... 39 4.2.6. Perbedaan Temperatur Rata rata LOG (LMTD)... 39 4.2.7. Luas Perpindahan Kalor Menyeluruh... 41 4.2.8. Panjang Pipa Per Lintasan... 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 42 5.2. Saran... 43 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR NOTASI P c Tekanan Kerja Kompresor Pa P e Tekanan Kerja Evaporator Pa W k Daya Kompresor Watt T k T e Temperatur Kompresor Temperatur Evaporator h Koefisien Perpindahan Kalor kj/kg Q k Kalor kw Q e Kalor yang diserap Evaporator kw COP Koefisien performansi G Kecepatan massa kg/m 2. o C G ud Kecepatan Massa Udara kg/m 2. o C Pr Bilangan Prandtl Re Bilangan Reynold St Bilangan Stanton h i Perpidndahan Panas Sisi Refrigerant W/m 2. o C h o Perpindahan Panas Sisi Udara W/m 2. o C U tot Perpindahan Panas Total W/m 2. o C A Luas Permukaan m 2 A total Perpindahan Panas Menyeluruh m 2 l Panjang Pipa Per Lintasan m n Jumlah Lintasan Pipa L Panjang Pipa yang Dibutuhkan m D i Diameter Dalam Pipa m D o Diameter Luar Pipa m D h Diameter Hidraulis m Effisiensi Sirip C p Panas Spesifik kj/kg.k F Faktor Koreksi o C o C
t Ketebalan m ΔTm Beda Temperatur Rata rata Log (LMTD) k Konduktivitas W/m.K ρ Massa Jenis kg/m 3 µ Viskositas kg/s.m o C
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Mesin Pengering Speed Queen dengan LPG... 7 Gambar 2.2 Mesin Pengering Elektrolux... 8 Gambar 2.3 Mesin Pengering Rakitan... 8 Gambar 2.4 Mesin Pengering LPG Type Standart... 9 Gambar 2.5 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL-25... 10 Gambar 2.6 Siklus Kompresi Uap... 11 Gambar 3.1 Mesin Pengering Pompa Kalor... 24 Gambar 3.2 Aluminium S Type Load Cell... 25 Gambar 3.3 Rh Meter... 26 Gambar 3.4 Hot Wire Annemometer... 27 Gambar 3.5 Pressure Gauge... 27 Gambar 4.1 Mesin Pengering Pompa Klaor... 30 Gambar 4.2 P-h Diagram... 31 Gambar 4.3 Diagram P-h Evaporator... 33 Gambar 4.4 Evoprator Rancangan... 34 Gambar 4.5 Sirip Evaporator... 38 Gambar 4.6 Selisih Rata-rata Temperatur Evaporator... 40 Gambar 4.7 Faktor koreksi Evaporator... 41
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pembagian Refrigeran berdasarkan Keamanan...... 18 Tabel 2.2 Nilai ODP Beberapa Refrigeran...... 21 Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian...... 23