Rancang Bangun Pompa Kalor Pada Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya

RANCANG BANGUN POMPA KALOR PADA ALAT PENGERING
HIBRIDA POMPA KALOR DAN SURYA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

NICO HERMANTO
(100401050)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, dan
kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini sehingga skripsi ini dapat penulis
selesaikan dengan sebaiknya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat menyelesaikan pendidikan untuk mendapatkan
gelar sarjana di Departeman Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

Adapun yang menjadi judul skripsi saya yaitu : “Rancang Bangun Pompa Kalor Pada Alat
Pengering Hibrida Pompa Kalor Dan Surya”.
Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Untuk itu
penulis secara khusus menyampaikan terima kasih yang sangat besar kepada dosen pembimbing
Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan
saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak.
Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua Orang tua penulis G. Simarmata dan K. Br. Silalahi yang selalu mendoakan dan
mendukung penulis secara moral dan moril dalam pengerjaan skripsi ini.

2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
3. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
4. Ibu Dr.Ir. Sari Farah Dina, MT. yang juga membantu dalam mengerjakan penelitian
kami.
5. Partner TA yang gigih,pantang kecewa maupun pantang menyerah Budi Harry Cipta dan
Sabda Tuah Raja Bangun.
6. Saudaraku, adik John Peter Simarmata dan Hana Sofya Agatha Simarmata.
7. Ibunda Sabda Tuah Raja Bangun yang membantu kami menjaga kesehatan lewat
makanan siang yang lezat dan bergizi.
8. Teman-teman Lab Foundry , Chandra Go Rika, Mas Ade Nur Ray, Abdul sang playboy,
Jefri tukang foto, Zaki, Aji dan juga Pak Sarjana buat sarannya yang membantu kami.
9. Seluruh teman-teman penulis Pasukan Mesin USU 2010 yang sudah di wisuda dan yang
akan. Tetap semangat kita untuk membangun Indonesia yang lebih baik.

Universitas Sumatera Utara

10. Pesta Saulina Sitohang dan Ria Fuzy Simatupang serta sahabat saya Bobby Handon
Manalu yang selalu menjadi teman ngopi di saat stress melanda dan hampir meradang.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna,baik dari segi

teknik maupun dari segi materi oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran
yang bersifat membangun. Sehingga semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Mesin ! Jaya !

Medan, Juni 2015
Penulis

Nico Hermanto Simarmata
NIM. 100401050

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Indonesia sebagai penghasil kakao terbesar ketiga didunia belum bisa memaksimalkan kualitas
hasil kakaonya. Ini disebabkan karena belum didukungnya teknologi pengolahan kakao yang
memadai menjangkau seluruh petani di Indonesia. Salah satunya sistem untuk pengeringan
kakao yang selama ini masih konvensional, di bawah matahari, tergantung pada iklim dan cuaca.
Mempunyai nilai jual yang rendah karena kualitas biji kakao kering yang rendah. Bahkan bila
untuk mengeringkan dengan teknologi petani harus menyerahkan kakao dengan perusahaan jasa
pengering. Ini tentulah merugikan karena harus mengeluarkan biaya transportasi dan jasa

pengolahan. Pengering dengan pompa kalor dan bantuan kolektor surya bisa menjadi solusinya.
Selain alat ini bisa bekerja tanpa banyak dipengaruhi cuaca juga bisa diletakkan dekat dengan
kebun kakaonya sehingga tidak memerlukan waktu yang lama. Alat ini telah dibangun dan diuji
di Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini bertujuan melakukan kajian yang meliputi
perhitungan COP pompa kalor,perhitungan Total Performance dan pengamatan Relative
Humidity yang menjadi variable dalam penelitian ini adalah kecepatan udara yang mengalir
keluar evaporator dan tekanan pada kompresor. Dari hasil pengujian pengeringan kakao didapat
COP rata-rata pompa kalor adalah 5,70 dan Total Performance rata-rata 40,49 Temperatur ratarata pada keluaran kondensor dan relative humidity keluaran evaporator 48,32ºC dan 44,54%.
Kualitas hasil pengeringan dari alat ini lebih baik dibandingkan dengan mengeringkan secara
langsung di bawah matahari.
Kata Kunci : Pengering, Pompa Kalor ,Coefficient of Performance ,

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

Indonesia as the world's third largest cocoa producer has not been able to maximize the quality
of the cocoa. This is because not supported cocoa processing technology adequate to reach all
farmers in Indonesia. One is a system for drying of cocoa, which is still conventional, in the sun,
depending on the climate and weather. Has a low resale value because of the quality of dried

cocoa beans are low. Even if the technology to dry the cocoa farmers must submit a service
company dryers. It is certainly detrimental because they have to pay the transportation and
processing services. Dryer with heat pumps and solar collectors aid could be the solution. In
addition to these tools can work without much influenced by the weather can also be placed close
to the cocoa plantation so it does not require a long time. The device has been built and tested at
the University of North Sumatra. This study aims to conduct a study that includes calculation of
heat pumps COP, the calculation of the Total Performance and Relative Humidity observation.
the variable in this study is the speed of the air flowing out of the evaporator and the pressure on
the compressor. From the test results obtained drying cocoa average COP heat pump is 5,70 and
the Total Performance average 40,49. The average temperature at the exit of the condenser and
evaporator output relative humidity 48,32ºC dan 44,54%. The quality of the drying of the tool is
better than the direct drying in the sun.
Keywords: Dryers, Heat Pumps, Coefficient of Performance,

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR


i

ABSTRAK

iii

DAFTAR ISI

v

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR NOTASI


x

I.

PENDAHULUAN

1

1.1.

Latar Belakang

1

1.2.

Tujuan Rancang Bangun

2


1.3.

Batasan Masalah

3

1.4.

Manfaat Rancang Bangun

3

1.5.

Metodologi Penulisan

3

1.6.


Sistematika Penulisan

4

II.

TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1.

Kakao

5

2.2.

Pengering


8

2.2.1. Prinsip Pengeringan

9

2.2.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan
Pengeringan
2.3.

Heat Pump (Pompa Kalor)

12

2.4.

Pengeringan Pompa Kalor

20


2.4.1 Kelebihan Dan Kelemahan Heat Pump

21

2.4.2. Aplikasi Heat Pump dan Pemanfaatannya

22

Psycrometric Chart

27

2.5.
III.

10

METODOLOGI

32

Universitas Sumatera Utara

3.1.

Tempat dan Waktu

32

3.2.

Metode Desain

32

3.2.1. Perancangan Solar Collector

33

3.2.2. Perancangan Ruang dan Sistem Kerja Pengering

33

3.2.3. Pemilihan Pompa Kalor atau Heat Pump

34

Alat dan Bahan

34

3.3.1. Alat

34

3.3.2. Bahan

39

3.4.

Data Penelitian

41

3.5.

Flowchart Penelitian

42

3.6.

Set-up Eksperimental

43

3.3

IV.

HASIL DAN PEMBAHASAN

44

4.1.

Hasil Rancang Bangun

44

4.1.1. Pompa Kalor

44

4.1.2. Gambar Teknik Pompa Kalor

45

Hasil Analisis

45

4.2.1. Data Hasil Pengukuran

45

4.2.

4.2.2. Hasil Perhitungan Coefficient of Performance (COP)
Pompa Kalor
V.

49

KESIMPULAN DAN SARAN

53

5.1.

Kesimpulan

53

5.2.

Saran

53

DAFTAR PUSTAKA

54

LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 2.1

Theobroma cacao ............................................................................... 5

Gambar 2.2

Skema, heat pump sebagai pengering ...........................................

Gambar 2.3

Kompressor pada AC LG SU12LPBX - R..........................................14

Gambar 2.4

Kondensor Berpendingin Udara ..........................................................16

Gambar 2.5

Evaporator Natural Convection .........................................................17

Gambar 2.6

Katup Ekspansi pada AC LG SU12LPBX - R ....................................18

Gambar 2.7

T-s Diagram .........................................................................................18

Gambar 2.8

P-h Diagram .......................................................................................19

Gambar 2.9

Diagram Pengering dengan Pompa Kalor dan Kolektor Surya ...........21

Gambar 2.10 Siklus SACHPD

13

23

Gambar 2.11 Sistem Pengering Solar Assited Heat Pump Drier
Dengan Bantuan Stirrer Dan Granary ................................................23
Gambar 2.12 Sistem Solar Assisted Heat Pump System For Heat Supply ...............24
Gambar 2.13 Sistem Solar-Assited Heat-Pump Dryer And Water Heater ...............24
Gambar 2.14 Ashrae Psyhrometric Chart .................................................................29
Gambar 3.1

Alat Pengering Hibrida Pompa Kalor dan Surya ................................33

Gambar 3.2

Rh Meter ..............................................................................................34

Gambar 3.3

Hot Wire Anenometer ..........................................................................35

Gambar 3.4

Pressure Gauge ...................................................................................37

Gambar 3.5

Agilient 34972A...................................................................................38

Gambar 3.6

Las Argon ............................................................................................39

Gambar 3.7

Pompa Kalor ........................................................................................39

Gambar 3.8

Pemasangan dan Letak Pompa Kalor ..................................................40

Gambar 3.9

Refrigeran R22 ....................................................................................40

Gambar 3.10 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian ......................................42
Gambar 3.11 Set up Eksperimental ...........................................................................43
Gambar 4.1

Casing Kondensor, Kompressor dan Katup Ekspansi .......................44

Gambar 4.2

Casing Evaporator

45

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.3

Casing Pompa kalor

47

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Negara Penghasil Kakao Terbesar (Data Tahun Panen 2005) ...................7
Tabel 3.1 General Specification ...............................................................................36
Tabel 4.1 Kecepatan Udara pada Tiap Waktu Pengukuran

46

Tabel 4.2 Data Temperatur Udara

46

Tabel 4.3 Data Kelembaban Udara

47

Tabel 4.4 Data Termodinamik Refrigeran R22

51

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk kecepatan udara yang bervariasi

52

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Lambang

Keterangan

Satuan

Pgage

Tekanan didapat dari pressure gage

kPa

Pabsolut

Tekanan aktual

Psi, mmHg, atm

Energi untuk kompressor

watt

Energi untuk fan dan blower

watt

̇
̇
̇

Coefficient of performance Heat Pump

Kalor kondensor

kW

Laju Aliran Massa Udara

kg/s

Massa Jenis Udara

kg/m3

A

Luas Penampang Saluran Udara

m2

P

Panjang Penampang

m

L

Lebar Penampang

m

v

Kecepatan Udara

m/s

̇

̇

Panas jenis spesifik udara
Suhu Udara Keluar Kondensor

K

Suhu Udara Masuk Kondensor

K

Laju Aliran Refrigeran

kg/s

Entalpi Dalam Kondisi Vapor

kJ/kg

Entalpi Dalam Kondisi Vapor

kJ/kg

Entalpi Dalam Kondisi Liquid

kJ/kg

Entalpi Dalam Kondisi Liquid

kJ/kg

Kalor Evaporator

kW

Universitas Sumatera Utara