Rancang Bangun Kompresor Dan Pipa Kapiler Untuk Mesin Pengering Pakaian Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1PK

  RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1 PK SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  ZAKARIA BERNANDO NIM : 100 421 051 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  

RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER UNTUK

MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK

  Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

  Abstrak Rancang bangun ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai usaha loundry pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable dengan menggunankan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar . Perancangan model fisik kompresor dan pipa kapiler pada unit mesin pengering pakaian ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Manfaat penelitian ini adalah untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan melalui perhitungan termodinamika dengan refrigerant

  Koefisien

  yang dipakai HCFC-22. Kesimpulan perancangan ini diperoleh

  

Performansi (COP) sebesar 5,093 dengan daya kompresor sebesar 1,03 kW dan

panjang pipa kapiler 0,0366 meter.

  Kata kunci: portable , AC Rumah, refrigerant, HCFC-22, Coefficient of Perfomance (COP). COMPRESOR AND CAPILARY PIPE DESIGN FOR CLOTHES DRYER MACHINE HEAT PUMP DRYING WITH FORCE 1 PK Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering

  University of Sumatera Utara ABSTRACK

  This design is intended to solve the faced loundry problem efforts on providing for washing machines and dryers that can work quickly . so this design that aims to produce a unit of portable clothes dryer with housing AC (air conditioner) in oriented with eficiency of electrical energy efforts with applicated on small and large scale . Physical design model for compressor and capilary pipe for the unit of clothes dryer machine is based on the results of theoretical calculations and the heat pump operate used to the cycle of vapor compression for the problem limit. The benefits of this research has for solving of drying clothes in the household sector , in particular laundry business in Indonesia . The method used to achieve this is through thermodynamic calculations use with refrigerant HCFC - 22 . Conclusions design fetches a high coefficient of performance is 5.093 with the power of compression is1.03 kw and capillary length is 0.0366 meter.

  Keyword: portable , Housing AC, refrigerant, HCFC-22, Coefficient of Perfomance (COP).

  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 Universitas Sumatera Utara.

  Tugas sarjana ini diambil dari bidang mata kuliah Perpindahan panas dengan judul “RANCANG BANGUN KOMPRESOR DAN PIPA KAPILER

  

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 Bapak R. Pasaribu dan Ibu M. br. Manurung 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 Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak/Ibu dosen di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis selama kuliah.

  5. Bapak/Ibu staff pegawai yang banyak membantu penulis selama kuliah di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  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,

  15 Februari 2014 Penulis,

  Zakaria Bernando NIM: 100 421 051

  

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

  ..................................................................................... i

  DAFTAR ISI

  .................................................................................................... iii

  DAFTAR TABEL

  ............................................................................................ vi

  DAFTAR GAMBAR

  ....................................................................................... vii

  DAFTAR NOTASI

  .......................................................................................... ix

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1

  1.2. Rumusan Masalah ......................................................................... 2

  1.3. Batasan Masalah ........................................................................... 2

  1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................... 2

  1.4.1 Tujuan Umum ...................................................................... 2

  1.4.2 Tujuan Khusus ..................................................................... 2

  1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................ 3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1. Teori Pengeringan ........................................................................ 4

  2.2. Siklus Kompresi Uap ................................................................... 7

  2.2.1. Proses Kompresi (1 – 2) .................................................... 8

  2.2.2. Proses Kondensasi (2 – 3) ................................................. 9

  2.2.3. Proses Ekspansi (3 – 4) .................................................... 10

  2.2.4. Proses Evaporasi (4 – 1) ................................................... 10

  2.3. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap .............. 12

  2.3.1. Kompresor ........................................................................ 12

  2.3.2. Katup Ekspansi ................................................................ 21

  2.3.3. Refrigerant ....................................................................... 24

  2.4. Hasil Survey Usaha Loundry ...................................................... 30

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................... 34

  3.2. Bahan dan Alat ............................................................................ 34

  3.2.1. Bahan ................................................................................ 34

  3.2.2. Alat .................................................................................... 36

  3.3. Data penelitian ........................................................................... 41

  3.4. Metode Pelaksanaan Penelitian .................................................. 42

  BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN MESIN PENDINGIN

  4.1. Perhitungan Termodinamika ....................................................... 43

  4.2. Perhitungan Kompresor .............................................................. 46

  4.2.1. Perhitungan Kapasitas Kompresor .................................... 47

  4.2.2. Rasio Kompresi ................................................................. 47

  4.2.3. Efisiensi Kompresi ............................................................ 47

  4.2.4. Efisiensi Mekanik ............................................................. 48

  4.2.5. Daya Motor Listrik Penggerak Kompresor ....................... 48

  4.3. Perhitungan Pipa Kapiler ............................................................ 51

  4.3.1. Perhitungan Panjang Pipa Kapiler .................................... 52

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan ................................................................................. 58

  5.2. Saran ........................................................................................... 59

  DAFTAR PUSTAKA

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penggunaan Beberapa Refrigeran .................................................. ...... 14Tabel 2.2 Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia .......................... …... 15Tabel 2.3 Pembagian Refrigeran berdasarkan keamanan .............................. …... 26Tabel 2.4 Nilai ODP Beberapa refrigeran ...................................................... …... 29Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan penelitian ....................................................... ...... 34

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Kompresi Uap ...................................................................

  31 Gambar 2.10 Mesin Pengering dan ruang pengering rakitan ...........................

  39 Gambar 3.6 Pressure gauge ..............................................................................

  38 Gambar 3.5 Hot Wire Annemometer ...............................................................

  37 Gambar 3.4 Rh Meter .......................................................................................

  36 Gambar 3.3 Aluminium S Type Load Cell ......................................................

  35 Gambar 3.2 Rancangan Mesin Pengering Pompa Kalor ..................................

  33 Gambar 3.1 Pakaian .........................................................................................

  32 Gambar 2.12 Mesin Pengering Loundry Gas Type TL - 25 ..........................

  32 Gambar 2.11 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart ......................

  30 Gambar 2.9 Mesin Pengering Elektroluk .........................................................

  7 Gambar 2.2 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h...................

  22 Gambar 2.8 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG ..........

  18 Gambar 2.7 Pipa Kapiler ..................................................................................

  17 Gambar 2.6 Bentuk Roller dari Sliding Vane Compressor ..............................

  13 Gambar 2.5 Assembling dari Sliding Vane Compressor .................................

  12 Gambar 2.4 Bagian – bagian Kompresor Sudu Luncur ...................................

  11 Gambar 2.3 Pembagian Kompresor .................................................................

  9 Gambar 2.2a Proses Kerja Evaporasi .................................................

  8 Gambar 2.2b Proses Kerja Kondensasi ..............................................

  8 Gambar 2.2a Proses Kerja Kompresi .................................................

  40

Gambar 3.7 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian .................................

  42 Gambar 4.1 Skema rancangan bangun Mesin Pengering Pakaian ..................

  43 Gambar 4.2 P-h Diagram .................................................................................

  44 Gambar 4.3 Diagram P-h Kompresor ..............................................................

  46 Gambar 4.4 Diagram Pipa Kapiler ...................................................................

  51 Gambar 4.5 Panjang Ruas Pipa Kapiler ...........................................................

  51

  Notasi Arti Satuan A Luas Permukaan Perpindahan Panas m

  2 T a Temperatur air C

  T u Temperatur udara C

  m &

  Laju aliran massa refrigeran Kg/s w Laju aliran massa refrigeran persatuan luas Kg/m

  2

  .s Q Laju perpindahan panas kW ω

  P

  v,i

  Tekanan parsial uap air bar LMTD Beda suhu rata-rata logaritma K D

  o

  Diameter luar pipa mm D i Diameter dalam pipa mm t Tebal pipa mm L Panjang pipa mm N T Jumlah pipa ρ Kerapatan udara Kg/m

  3 Cp Panas spesifik udara kJ/Kg.K

  µ Viscositas (kekentalan) Kg/m.s

  k Konduktivitas termal W/m.K

  Pr Bilangan Prandtl

  V Kecepatan refrigeran m/s Re Bilangan Reynold Nu Bilangan Nusselt

  2

  h o Koefisien perpindahan panas luar tube W/m .K

  2

  h i Koefisien perpindahan panas internal W/m .K

  2 U Koefisien perpindahan panas total W/m .K

  t Tebal mm L Jarak mm D Diameter mm W c Daya Kompresor Kj/s Q k Kalor yang dikeluarkan Kondensor kW Q e Kalor yang dikeluarkan Evaporator kW COP Coefficient of Performance

  v Volume spesifik

  R Rasio Kompresi

  c n c Efisiensi Kompresi u Kecepatan Tip Vane m/s