Rancang Bangun Evaporator Pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi Memanfaatkan Panas Buang Motor Bakar Dengan Pasangan Refrijeran-Absorben Amonia-Air

Lampiran 5. Data hasil pengujian pertama

Waktu ( per 20 detik ) T in evaporator ( C ) T out evaporator ( C ) T out udara ( C ) T in udara ( C )

1 15.7 22.4 31.8 32

2 15.3 22.4 31.5 31.9

3 15.4 22.4 31.3 31.7

4 15.7 22.1 30.7 31.2

5 15.7 22 30.2 30.6

6 15.9 22 29.7 30.1

7 15.8 21.9 29.2 29.7

8 15.7 21.8 28.5 29

9 15.6 21.7 27.8 28.3

10 15.7 21.7 27.1 27.6

11 16.1 21.7 26.5 26.9

12 15.9 21.6 25.8 26.3

13 15.6 21.6 25.4 25.8

14 15.6 21.5 24.9 25.3

15 15.4 21.4 24.5 24.9

16 15.3 20.9 23.9 24.4

17 15.4 20.8 23.5 23.7

18 15.7 20.7 23 23.4

19 15.5 20.6 22.5 22.9

20 15.6 20.4 22 22.5

21 15.8 20.3 21.4 21.8

22 16 20.3 21.1 21.5

23 15.9 20.4 20.5 21

24 15.5 20.1 20.1 20.5

25 15.6 20.1 19.4 19.8

26 16.1 19.9 19 19.4

27 15.9 19.8 18.7 19.2

28 15.8 19.8 18.2 18.5

29 16 19.7 17.9 18.2

Lampiran 6. Data hasil pengujian kedua

Waktu ( per 20 detik ) T in Evaporator ( C ) T out evaporator T out udara ( C ) T in udara ( C )

1 18.4 24.6 31.8 32

2 18.1 24.3 31.6 31.8

3 18.5 24.3 31.3 31.7

4 18.2 24.2 31 31.3

5 18.2 24.1 30.6 31

6 17.9 24 30.1 30.6

7 18 23.7 29.5 29.9

8 17.8 23.5 28.9 29.3

9 18.1 23.4 28.2 28.7

10 18.3 23.4 27.5 28

11 18.2 23.2 27.2 27.7

12 18.4 22.9 26.9 27.3

13 18.2 22.8 26.2 26.6

14 17.9 22.8 25.8 26.1

15 17.9 22.6 25.2 25.7

16 17.8 22.6 24.8 25.3

17 18 22.4 24.3 24.8

18 17.9 22.1 23.9 24.3

19 18.2 21.9 23.5 24

20 18.3 21.6 23 23.4

21 18.3 21.5 22.5 23

22 18.1 21.3 22.1 22.6

23 18 21.1 21.7 22

24 18 21.1 21.2 21.7

25 18.1 21 20.4 20.8

26 17.9 21 20.1 20.5

27 18 20.6 19.7 20

28 17.8 20.3 19.2 19.7

29 17.6 20.1 18.6 19.1

Lampiran 7. Data hasil pengujian ketiga

Waktu ( per 20 detik ) T in Evporator ( C ) T out evaporator T out udara ( C ) T in udara ( C )

1 16.9 23.3 31.8 32

2 17 23.3 31.6 31.9

3 17.2 23.1 31.2 31.6

4 17.4 22.9 31 31.3

5 17.3 22.7 30.6 30.9

6 17.5 22.5 30.3 30.6

7 17.3 22.6 30 30.4

8 17.2 22.5 29.6 30

9 17 22.3 29.4 29.7

10 16.9 22.1 29 29.4

11 16.8 21.9 28.5 29

12 16.7 21.8 28 28.4

13 16.7 21.8 27.6 28.1

14 16.8 21.7 27.1 27.6

15 16.9 21.6 26.6 27.1

16 17 21.5 26.2 26.6

17 17 21 25.6 26.1

18 17.1 20.9 25.1 25.5

19 16.9 20.8 24.6 25

20 16.9 20.6 24.2 24.7

21 17 20.5 23.7 24.2

22 17.2 20.4 23 23.5

23 17.3 20.3 22.4 22.8

24 17.4 20.1 21.8 22.2

25 17.3 20.1 21.1 21.6

26 17.2 20 20.7 21.1

27 17 19.9 20.1 20.6

28 17.1 19.9 19.3 19.8

29 16.9 19.8 18.7 19.2

Lampiran 8 . Data laju perpindahan panas generator pertama

Waktu ( per 20 detik ) T in amonia air ( C ) T out ammonia ( C ) Q Generator ( W )

1 30.9 72.5 101.09

20 31 72.6 101.09

40 31.1 72.52 100.97

60 31.7 72.4 100.48

80 31.94 72.46 100.36

100 32.46 72.29 99.89

120 32.5 72.4 99.94

140 32.63 72.45 99.88

160 32.8 72.43 99.75

180 32.9 72.3 99.59

200 32.98 72.42 99.62

220 33.16 72.4 99.49

240 33.2 72.4 99.46

260 33.22 72.44 99.48

280 33.34 72.21 99.23

300 33.5 72 98.98

320 33.63 71.7 98.68

340 33.75 71.64 98.56

360 33.7 72.3 99.05

380 34.02 71.18 98.05

400 35.13 70 96.47

420 34 72.3 95.59

440 34.15 71.9 98.47

460 34.54 72.1 98.34

480 34.53 72 98.28

500 34.41 71.86 98.26

520 34.5 71.91 98.23

540 34.34 71.74 98.22

560 34.43 71.85 98.24

Lampiran 9. Data laju perpindahan panas generator kedua

Waktu ( per 20 detik ) T in amonia air ( C ) T out ammonia ( C ) Q Generator ( W )

1 36.4 70.7 96.09

20 36.6 71.1 96.23

40 36.3 71.12 96.45

60 35.9 70.9 96.57

80 35.84 71 96.68

100 36 71.2 96.71

120 36.1 71.4 96.79

140 36.26 71.8 96.96

160 36.22 71.87 97.03

180 35.8 71.6 97.13

200 35.75 71.7 97.24

220 35.5 71.6 97.34

240 35.5 71.7 97.41

260 35.2 71.79 97.67

280 35.09 72 97.90

300 34.9 72 98.03

320 35.1 71.83 97.77

340 35.82 71.3 96.91

360 35.2 71.8 97.68

380 35.25 71.53 97.46

400 35.2 70.32 96.64

420 36.56 69 94.80

440 36.1 69.34 95.35

460 35.05 70 96.52

480 34.8 71.42 97.69

500 34.87 71 97.35

520 35.2 71.7 97.61

540 35.57 72 97.57

560 36.25 70.6 96.12

Lampiran 10. Data laju perpindahan panas generator ketiga

Waktu ( per 20 detik ) T in amonia air ( C ) T out ammonia ( C ) Q Generator ( W )

1 28.9 69.7 100.47

20 28.84 69.7 100.51

40 29.2 70.1 100.55

60 28.9 70.2 100.82

80 29.33 70.5 100.74

100 29.1 70.2 100.69

120 29.3 70.3 100.62

140 33.3 71.06 98.45

160 34.9 70.2 96.77

180 37.39 70.5 95.27

200 37.7 70.59 95.12

220 37.6 70.19 94.91

240 37.8 70.3 94.85

260 38.32 70.5 94.64

280 38.13 70.04 94.45

300 37.9 69.9 94.50

320 38 70.02 94.52

340 38.5 70.56 94.56

360 38 70.11 94.58

380 37.91 70.3 94.78

400 38 70.54 94.88

420 37.7 70.3 94.92

440 38.9 70.01 93.90

460 39.4 68.75 92.67

480 39.6 68.22 92.17

500 39.2 69.66 93.45

520 37.8 70.3 94.85

540 37.4 70.41 95.20

560 36.72 72 96.79

DAFTAR PUSTAKA

ASHRAE. 1997. Ashrae Handbook Fundamentals Atlanta. GA Bp Statistical Review. 2015. Produksi Energi Indonesia (Internet)

(Diakses 2016 Mei 29). Tersedia pada : http//www.bp.com/global/energy-economics

Cao Tao,dkk.2015.Performance investigation of engine waste heat powered

absorbtion cycle cooling system for shipboard applications.Applied

Thermal Engineering .90.820-830

Cai Dehua dkk. 2016. Experimental Evaluatin on Thermal Performance of An

Air-Cooled Absorbtion Refrigeration Cycle with N�3-LiN�3 and N�3 -NaSCN Refrigerant Solutions.Energy Conversion and Managament 120.

Hal 32-43

Chandra P, Galuh. 2010. Perancangan dan Analisa Performansi Sistem “KompresiI” Pendingin Absorbsi Memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Diesel pada Kapal Nelayan Ikan dengan Menggunakan Refrigrant Amonia-Water (NH₃-H₂

Conde M .2006. Thermophysical Properties of NH3 + H2O Mixtures

O. Suarabaya : Institut Teknologi Sepuluh

November

for Industrial Design of Absorption Refrigeration Equipment. M Conde

Engineering : Zurich

C.P Arora.1989. Refrigeration and Air Conditioning, Third Edition. Mc Graw-Hill Publishing Company Limited : New York

Donnellan Philip dkk. 2015. Recycling Waste Heat Energy Using Vapour Absorbtion Heat Transformers. Renewable and Sustainable Energy Reviews 42. Hal. 1290-1304

Fathi,R. 2001. Performance of a Solar LiBr - Water Absorption Refrigerating

System. Journal the Thermique. Hal. 73-78

Farshi L. Garousi dkk. 2014. First And Second Law Analysis of Ammonia/Salt

Absorbtion Refrigeration Systems. International Journal of Refrigeration

40. Hal 111-121

Frank Kreith. 1991. Prinsip Prinsip Perpindahan Panas, Edisi Ketiga. Erlangga : Jakarta

Incropera, Dewitt, Bergman, Lavine. 2006. Fundamentals of Heat and Mass

Transfer, Sixth Edition. Willey : New York

Joo Hong Sung dkk. 2016. Novel Absorbtion Refrigeration System with A Hollow

Fiber Membrane-Based Generator. International Journal of

Refrigeration. 67. Hal.418-432

Kaynakli Omer dkk. 2015. Energy and Exergy Analysis of A Double Effect

Absorbtion Refrigeration System Based on Different Heat Sources. Energy

Conversion and Management 106. Hal 21-30

Mark Miller. 2006. Air Conditioning and Refrigeration Mc Graw-Hill : New York Mazzei Maria S dkk. 2014. NLP Model-Based Optimal Design of Libr-H_2O Absorbtion Refrigeration Systems. International Journal of Refrigeration 38. Hal 58-70

Michael J. Moran.1998. Termodinamika Teknik, Jilid Dua. Erlangga : Jakarta Raymond Chang. 2003. Kimia Dasar, Edisi Ketiga. Erlangga : Jakarta

Raguvanshi, Satish. 2011. Analysis of Ammonia –Water (NH3-H2O) Vapor Absorption Refrigeration System based on First Law of Thermodynamic. International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 2

Rego.A.T dkk. 2014. Automotive Exhaust Gas Flow Control foor Ammonia-Water

Absorbtin Refrigeration System. Applied Thermal Engineering 64. Hal

101-107

Sanjaya, Robbin. 2010. Perencanaan Mesin Pendingin Sistem Absorbsi Lithium

Bromide dengan Tinjauan Termodinamika. Suarabaya : Institut

Teknologi Sepuluh November

Shan K. Wang. 1991. Hand Book of Air Conditioning and Refrigeration, second

Edition. Mc Graw-Hill Company, Inc : New York

She Xiaohui dkk. 2015. A Novel Low-Grade Heat-Driven Absorbtion

Refrigeration System with LiCl-�2O and LiBr-�2O Working Pairs. International Journal of Refrigeration 58. Hal 219-234

Shi Yuqi dkk. 2016. The Performance Analysis of A Novel Absorbtion

Refrigeration Cycle Used for Waste Heat with Large Temperature Glide.

Applied Thermal Engineering 93. Hal 692-696

Statistik Ekonomi Indonesia. 2004. Potensi Sumber Energi Indonesia (Internet)(Diakses 2016 Mei 29). Tersedia : pada http//uniquetha. wordpress.com /tag/teknik-fisika

Soekimin. 2008. Perencanaan Unit Mesin Pendingin Pebuah Pabrik Es Balok

dengan Kapasitas 42 ton per Siklus di Kecamatan Bedagai Kabupaten Serdang Bedagai. (Skripsi). Universitas Sumatera Utara : Medan

William S. Janna. 2000. Engineering Heat Transfer, Second Edition. CRC Press LLC : Florida

Yunus A. Cengel. 1989. Heat and Mass Transfer A Practical Approach, Third

Edition. Mc Graw-Hill, Book Company, Inc : Singapore

Yunus A. Cengel. 1989. Thermodynamics an Engineering Approach, Fifth

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratoriun Foundri ,Departemen teknik mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Perancangan, pembuatan alat dan Penelitian dilakukan selama kuarang lebih 5 bulan

3.2 Alat dan Bahan baku 3.2.1 Alat

Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari: 1. Pompa Air DAP DB-125A

Berfungsi untuk mengalirkan air dari drum penampung ke absorber.

Gambar 3.1 Pompa Air

Spesifikasi :

 Jenis pompa : DB-125A  Kapasitas Pompa : 42L/min

 Tegangan : 220 V

 Frekuensi : 50 Hz

 Daya Masukan : 230 Watt  Daya keluaran : 125 Watt

 Kapasitor : 6µF/450 V

 Suhu cairan masuk : 350  Tinggi dorong : 12 meter

C  Tinggi total maksimum : 21 meter  Tinggi hisap maksimal : 9 meter

2. Pressure Gauge

Digunakan sebagai pengukur tekanan ammonia yang keluar dari evaporator.

Gambar 3.2 Pressure Gauge

Spesifikasi :

 Buatan : Jepang

 Tekanan maksimal : 10 Bar  Tekanan minimal : 0 Bar

3. Termometer digital

Termometer digital digunakan untuk mengukur temperatur amonia masuk dan yang keluar dari evaporator.

Gambar 3.3 Termometer digital

4. Pompa Vakum

Untuk memvakumkan evaporator sebagai bagian dari rangkaian pendingin.

Spesifikasi :

 Merek : Robinair

 Model No : 15601

 Capacity : 142 L/m

 Motor h.p : ½

 Volts : 110-115V/ 220-225V

5. Stop watch digunakan untuk menentukan waktu perubahan suhu selama proses

pengujian

Gambar 3.5 Stop watch

6. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring,lem silikon, obeng, tang, palu, lem,.

7. Drum digunakan sebagai wadah penampungan air untuk dialirkan ke absorber.

Gambar 3.6 Anemometer

9. Tube Bender digunakan untuk membengkokkan pipa evaporator.

Gambar 3.7 Tube Bender

10. Penyambung Pipa dan Kran

11. Rockwool

Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator untuk mencegah panas dari luar masuk ke kotak pendingin.

Gambar 3.9 Rockwool

12. Sterofoam

Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator untuk mencegah panas dari luar masuk ke kotak pendingin.

Gambar 3.10 Sterofoam

13. Busa Hitam

Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator untuk mencegah panas dari luar masuk ke kotak pendingin.

Gambar 3.11 Busa Hitam

14. Triplek

Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator untuk mencegah panas dari luar masuk ke kotak pendingin.

.

Gambar 3.12 Triplek 3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Ammonium hydroxide (NH4OH) yaitu sebagai pasangan refrijeran-absorben

3.3 Eksperimental set up

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan sensor thermometer digital ke 4 titik yang akan di ukur temperaturnya, adapun beberapa parameter yang akan diukur adalah :

Gambar 3.14 Titik-titik pengukuran evaporator

1. Temperatur ammonia keluar evaporator

Yaitu temperatur yang keluar dari evaporator dan masuk ke dalam absorber

2. Temperatur ammonia masuk evaporator

Yaitu temperatur amonia yang masuk dari kondensoor menuju evaporator

3. Temperatur udara masuk

Yaitu temperatur udara kotak pendingin yang dialirkan melewati pipa evaporator

4. Temperatur keluar udara

Yaitu temperatur udara dingin yang keluar melewati pipa evaporator 1 2

3

3.4 Prosedur pengujian

Gambar 3.15 Skema Pengujian

Pengujian dapat dilakukan dengan langkah langkah sebagai berikut: 1. Rangkaian siklus absorpsi terlebih dahulu divakumkan dengan

menggunakan pompa vakum hingga rangkaian benar benar vakum.

2. Menghidupkan mesindan proses pemanasan dilakukan 10-15 menit hingga suhu generator mencapai 1200

3. Memasukkan larutan ammonia air ke tabung pengisian sebanyak 5 liter. C.

4. Menghidupkan pompa,kipas kondensor,dan kipas evaporator.

Panas Buang masuk

Panas buang keluar

Air pendingin masuk Air pendingin

keluar

Amonia murni menuju evaporator

Amonia air dipompakan ke

generator Panas Kondesnor

dibuang ke lingkungan

5. Membuka kran/katup pada absorber sehingga larutan ammonia-air masuk ke dalam absorber.

6. Membuka katup/kran sebelum masuk kondensor dengan ketentuan tekanan yang di inginkan telah tercapai.

7. Mengukur temperatur titik titik yang telah di tentukan dengan menggu nakan thermometer digital.

8. Mengukur tekanan dengan menggunakan pressure gauge.

9. Mengukur lama waktu mulai dari masuk rerfrigeran hingga dicapai temperatur terendah.

3.5 Proses Pembuatan Mesin Pendingin Absorpsi

1. Proses pembuatan rangka mesin pendingin

Rangka mesin pendingin dibuat menggunakan besi siku dengan dimensi 2m x 1m x 1m. Yang terdiri dari dudukan generator, dudukan kondensor, dudukan absorber, dudukan kotak pendingin dan dudukan pompa.

2. Proses pembuatan Generator Shell and Tube

Generator dibuat dengan menggunakan las argon. Untuk mencegah terjadinya kebocoran pada sambungan. Generator yang dibuat adalah jenis shell

and tube. Dengan panjang generator 1,1 m. Jumlah pipa atau tube adalah 20.

Gambar 3.17 Proses Pengelasan Generator

3. Proses pembuatan kondensor

Jenis kondensor yang digunakan adalah jenis kondensor tube aliran menyilang dengan jumlah laluan 6 pipa.

Gambar 3.19 Pembuatan kondensor

4. Pembuatan Absorber

Jenis absorber yang digunakan adalah jenis absorber annulus. Dimana larutan ammonia-air pada aliran luar sedangkan pada aliran dalam air pendingin.

3.6 Metode Pengolahan Data

Gambar 3.22 Diagram alir rancang bangun evaporator siklus absorpsi

Perhitungan dan Diskusi Perancangan alat

Pembuatan rangkaian mesin pendingin

Pengujian alat

Pengambilan Data

Hasil Analisa hasil

percobaan

Kesimpulan

Selesai Studi Literatur

Buku Referensi, Jurnal, Internet, dll Mulai

Tidak

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1. Desain Instalasi Pendingin Siklus Absorpsi

Gambar 4.1 Desain Instalasi Pendingin Siklus Absorpsi

Instalasi pendingin siklus absorpsi terdiri dari beberapa komponen utama yaitu generator, evaporator, kondensor dan absorber.

4.1.1 Desain Evaporator

Perancangan ini dimulai dengan menentukan kapasitas pendinginan evaporator. Kapasitas pendinginan ditentukan sebesar 50 W. Fluida yang akan didinginkan adalah udara pada temperatur 32 °C yang berada di dalam kotak pendingin 50 cm x 50 cm. Sementara refrigran yang digunakan adalah ammonia. Pada perancangan temperatur udara yang hendak didinginkan diharapkan bisa mencapai 0°C. Jenis evaporator yang digunakan adalah jenis evaporator bare tube stainless steel.

Gambar 4.2 Desain evaporator bare tube

1

Gambar 4.3 Diagram P-h

P (Bar)

h (kJ/kg)

2 2’ 3

4

Enthalpy

T

e

k

a

n

a

n

Qe = 50 W

Temperatur kerja evaporasi = 0 °C Temperatur kerja kondensasi = 35 °C

ṁ = Qe

h1−h4

ṁ = 0,05 kW

1461,81_kgkJ− 366.58kJ /kg = 0.00004564 kg/s

4.1.2 Dimensi Utama Evaporator

Gambar 4.4 Jarak antara pipa

Diamter luar pipa do = 0,0095 m

Diamter dalam pipa di = 0,0087 m

Jarak antara pipa S_n = 0,05 m

Tebal pipa, t = do – di = 0,0095 m – 0,0087 = 0,0008 Jumlah pipa, n = 5

4.1.3 Sifat-sifat Fluida dan Luas Penampang

a. Aliran refrigran ( NH₃ )

Temperatur masuk evaporator, T in = 0 °C Temperatur keluar evaporator, T out = 25 °C Temperatur rata-rata = 12,5 °C

Sifat fisik refrigran dicari berdasarkan temperature rata-rata : µ = 0,00015375 Ns/ m2

k = 0,494675 W/mk Luas penampang aliran refrigran

� = 1

4�� 2

= 1

4 x 3,14 x ( 0,0087 m) 2

= 0,000059416 m2 b. Aliran Udara

Temperatur masuk udara, T in = 32 °C Laju aliran udara, V = 3 m/s Luas aliran udara, A = 0,0314 m2

Massa jenis udara, ρ = 1,1614 kg/s Sehingga, laju aliran massa udara adalah

= 1,1614 kg/s x 3 m/s x 0,0314 m2 = 0,10940388 kg/s

Untuk menghitung temperatur keluar udara dalam hal ini menggunakan metode

trial and error dikarenakan panas jenis Cp belum diketahui.

Q = ṁCp∆T

50 W = 0,10940388 kg/s x Cp x ( 32 ° C – T out )

*Diasumsikan T out = 27 °C = 293 K, maka Cp = 1007 kJ/kgK 50 W = 0,10940388 kg/s x 1007 kJ/kgK x ( 32 °C – T out) T out = 31.54615 °C

*Diasumsikan T out = 31,54615 °C, maka Cp = 1007,186 kJ/kgK 50 W = 0,10940388 kg/s x 1007,186 kJ/kgK x ( 32 °C – T out) T out = 31,54615 °C

Maka temperatur keluar udara adalah 31,54615 °C

Sehingga temperatur rata-rata udara adalah 32 °C+31,54615 °C

2 = 31,77 °C

Maka sifat-sifat fluida pada temperature 31,77 °C diperoleh : Pr = 0,706322

µ = 0,00001868 Ns/m2 k = 0,02665321 W/mK

Temperatur permukaan pipa adalah 14,5 °C Prs = 0.71025

4.1.4 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi

Gambar 4.5 Aliran refrigran dan aliran udara di evaporator a. Aliran Refrigran

Bilangan Reynolds Re = ��хṁ

µ х�

= 0,0087 m x 0.00004564 kg /s

0,00015375 Ns / m2 X 0,000059416 m2

= 43,473 ( LAMINAR )

Bilangan Nusselt untuk kasus aliran dalam laminar Nu = 4,36. Koefisien perpindahan panas konveksi di dalam pipa evaporator

h_i = Nu x k

di

=

4,36 x 0,494675 W /mK

0,0087 m

=

247,906092 W/m2_K

T in refrigeran

T out refrijeran

�

T in udara

b. Aliran Udara

V max = V Sn

Sn− d_o

=

3 m/s 0,05 m

0,05 m−0,0095 m

=

3,703703 m/s

Bilangan Reynolds Re = ρ Vmax do

µ

=

1,1614 kg

s x 3,703703 m /s x 0,0095 0,00001868 Ns /m2

= 2186,964 ( LAMINAR ) lebih kecil dari 2300. Bilangan Nusselt

Model bare evaporator yang digunakan adalah APK segaris atau inline aliran menyilang dengan jumlah pipa 5 dan hanya 1 baris.

Tabel 4.1 Persamaan bilangan Nu menurut Zukauskas

( Sumber : heat and mass transfer, Cengel )

Berdasarkan tabel di atas makan persamaan mencari bilangan Nusselt adalah : Nu = 0,27 ��0,63��0,36(��

���) 0,25

= 0,27 x 2186,9640,63x 0,7063220,36 x (0,706322/0,71025)0,25

= 30,23451

Namun bilangan Nu tersebut harus dikoreksi lagi berdasarkan tabel di bawah ini :

Tabel 4.2 Faktor koreksi untuk menentukan bilangan Nu menurut Zukauskas

( Sumber : heat and mass transfer, Cengel )

Untuk kumpulan pipa satu baris yang segaris atau inline diperoleh nilai F = 0,70, maka

Nu_NL = F Nu

= 0,70 x 30,23451 = 21,16415

Koefisien perpindahan panas konveksi udara di luar pipa evaporator adalah : h = Nu x k

do

=

21,16415 x 0,026034 0,0095

4.1.5 Koefisien Perpindahan Panas Total

Gambar 4.6 Distribusi temperatur udara dan refrijeran ammonia

Untuk koefisien konduksi pipa stainless steel 304 adalah 14,24 W/mK.

U = 1

1

ℎ�+

ln���_{�� ���}

� +

1

ℎ�����

= 1

1 247 ,906+

ln�0,00475_0,00435�0,00435 14 ,24 +

1 59,378

0,00435 0,00475

= 51,325 W/m2K

T

S T_h

T_c Th in

Th out

T_{c out}

Tc in

udara

4.1.6 Panjang Pipa

LMTD = (Thout − Tcin ) –( Thin− Tcout)

ln⁡(Th out− Tc in

Th in− Tc out )

= (31,54°C− 0 °C ) –( 32 °C− 25 °C)

ln⁡(31,54 ₃₂ °C−0 °C

°C− 25 °C )

= 16,301 °C

Q = U.A.LMTD

50 W = 51,325 W/m2K x A x 16,301 °C A = 0,0597 m2

Di mana :

A = n.π.D.L

0,0597 m2 = 5 x 3,14 x 0,0095 m x L L = 0,4 m

Gambar 4.7 Evaporator bare tube 4.2 Data Hasil Pengujian Evaporator

Pengujian dilakukan selama 3 kali yaitu pada tanggal 16 – 28 November 2015 di laboratorium foundry. Data diambil per 20 detik selama pengujian hingga didapatkan temperatur terendah. Berikut ini data-data pengujian yang diambil.

Tabel 4.3 Data pengujian evaporator pertama Waktu

( per 20 detik )

T in evaporator ( °C )

T out evaporator (°C )

T out udara (°C ) T in udara (°C )

1 15.7 22.4 31.8 32

20 15.3 22.4 31.5 31.9

40 15.4 22.4 31.3 31.7

60 15.7 22.1 30.7 31.2

80 15.7 22 30.2 30.6

100 15.9 22 29.7 30.1

140 15.7 21.8 28.5 29

160 15.6 21.7 27.8 28.3

180 15.7 21.7 27.1 27.6

200 16.1 21.7 26.5 26.9

220 15.9 21.6 25.8 26.3

240 15.6 21.6 25.4 25.8

260 15.6 21.5 24.9 25.3

280 15.4 21.4 24.5 24.9

300 15.3 20.9 23.9 24.4

320 15.4 20.8 23.5 23.7

340 15.7 20.7 23 23.4

360 15.5 20.6 22.5 22.9

380 15.6 20.4 22 22.5

400 15.8 20.3 21.4 21.8

420 16 20.3 21.1 21.5

440 15.9 20.4 20.5 21

460 15.5 20.1 20.1 20.5

480 15.6 20.1 19.4 19.8

500 16.1 19.9 19 19.4

520 15.9 19.8 18.7 19.2

540 15.8 19.8 18.2 18.5

560 16 19.7 17.9 18.2

580 16.1 19.8 17.7 18

Gambar 4.8 Grafik pengujian pertama temperatur vs waktu

0 5 10 15 20 25 30 35

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

T e m p p e ra tu r ( °C )

Waktu ( s )

T in evaporator ( °C ) T out evaporator ( °C ) T out udara ( °C ) T in udara ( °C )

Tabel 4.4 Data pengujian evaporator kedua Waktu

( per 20 detik )

T in Evaporator ( °C )

T out evaporator ( °C )

T out udara ( °C )

T in udara ( °C )

1 18.4 24.6 31.8 32

20 18.1 24.3 31.6 31.8

40 18.5 24.3 31.3 31.7

60 18.2 24.2 31 31.3

80 18.2 24.1 30.6 31

100 17.9 24 30.1 30.6

120 18 23.7 29.5 29.9

140 17.8 23.5 28.9 29.3

160 18.1 23.4 28.2 28.7

180 18.3 23.4 27.5 28

200 18.2 23.2 27.2 27.7

220 18.4 22.9 26.9 27.3

240 18.2 22.8 26.2 26.6

260 17.9 22.8 25.8 26.1

280 17.9 22.6 25.2 25.7

300 17.8 22.6 24.8 25.3

320 18 22.4 24.3 24.8

340 17.9 22.1 23.9 24.3

360 18.2 21.9 23.5 24

380 18.3 21.6 23 23.4

400 18.3 21.5 22.5 23

420 18.1 21.3 22.1 22.6

440 18 21.1 21.7 22

460 18 21.1 21.2 21.7

480 18.1 21 20.4 20.8

500 17.9 21 20.1 20.5

520 18 20.6 19.7 20

540 17.8 20.3 19.2 19.7

560 17.6 20.1 18.6 19.1

Gambar 4.9 Grafik pengujian kedua temperatur vs waktu

Tabel 4.5 Data pengujian evaporator ketiga Waktu

( per 20 detik )

T in Evaporator ( °C )

T out evaporator ( °C )

T out udara ( °C )

T in udara ( °C )

1 16.9 23.3 31.8 32

20 17 23.3 31.6 31.9

40 17.2 23.1 31.2 31.6

60 17.4 22.9 31 31.3

80 17.3 22.7 30.6 30.9

100 17.5 22.5 30.3 30.6

120 17.3 22.6 30 30.4

140 17.2 22.5 29.6 30

160 17 22.3 29.4 29.7

180 16.9 22.1 29 29.4

200 16.8 21.9 28.5 29

220 16.7 21.8 28 28.4

240 16.7 21.8 27.6 28.1

260 16.8 21.7 27.1 27.6

280 16.9 21.6 26.6 27.1

300 17 21.5 26.2 26.6

320 17 21 25.6 26.1

340 17.1 20.9 25.1 25.5

360 16.9 20.8 24.6 25

380 16.9 20.6 24.2 24.7

400 17 20.5 23.7 24.2

420 17.2 20.4 23 23.5

440 17.3 20.3 22.4 22.8

0 5 10 15 20 25 30 35

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

T e m p e ra tu r ( °C )

Waktu ( s )

T in Evaporator ( °C ) T out evaporator ( °C ) T out udara ( °C ) T in udara ( °C )

460 17.4 20.1 21.8 22.2

480 17.3 20.1 21.1 21.6

500 17.2 20 20.7 21.1

520 17 19.9 20.1 20.6

540 17.1 19.9 19.3 19.8

560 16.9 19.8 18.7 19.2

580 16.8 19.8 17.9 18.4

Gambar 4.10 Grafik pengujian ketiga temperatur vs waktu

Berdasarkan data pengujian di atas, dapat disimpulkan bahwa pendinginan yang paling efisien terjadi data pengujian yang pertama. Yaitu sebesar 17,7 °C.

4.3. Menghitung Laju Perpindahan Panas Aktual ( _��� )

Untuk menghitung laju perpindahan panas actual, maka digunakan data temperatur rata-rata, laju aliran massa rata-rata, dan panas jenis rata-rata. Dalam hal ini laju perpindahan panas yang dihitung adalah pada sisi udara yang

didiginkan.

a. Laju perpindahan panas aktual pada pengujian pertama 0 5 10 15 20 25 30 35

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

T e m p e ra tu r ( °C )

Waktu ( s )

T in Evporator ( °C ) T out evaporator ( °C ) T out udara ( °C ) T in udara ( °C )

Q = m x Cp x ∆T

Q = 0,10211 kg/s x 1006,9774 kJ/kgK x (24,87 – 24,46 ) K Q = 42,159 W

Maka besarnya laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian pertama adalah sebesar 42,159 W.

Tabel 4.6 Laju perpindahan panas pada pengujian pertama Waktu

( per 20 detik )

T udara rata2 ( K )

m ( kg/s ) Cp ( kJ/kgK)

Q Evaporator ( W )

1 304.9 0.1021 1007.196 20.56694232

20 304.7 0.10212 1007.188 41.14161542

40 304.5 0.10211 1007.174 41.13701486

60 303.95 0.10209 1007.194 51.41221773

80 303.4 0.1021 1007.174 41.13298616

100 302.9 0.1021 1007.116 41.13061744

120 302.45 0.1022 1007.092 51.4624012

140 301.75 0.1023 1007.07 51.5116305

160 301.05 0.1021 1007.042 51.4094941

180 300.35 0.1021 1007.014 51.4080647

200 299.7 0.10209 1006.994 41.12160698

220 299.05 0.10208 1006.981 51.39631024

240 298.6 0.10209 1006.972 41.12070859

260 298.1 0.10209 1006.962 41.12030023

280 297.7 0.1021 1006.954 41.12400136

300 297.15 0.1022 1006.943 51.4547873

320 296.6 0.1021 1006.932 20.56155144

340 296.2 0.102 1006.924 41.0824992

360 295.7 0.102 1006.914 41.0820912

380 295.25 0.1021 1006.905 51.40250025

400 294.6 0.10209 1006.892 41.11744171

420 294.3 0.10207 1006.886 41.10914161

440 293.75 0.10207 1006.875 51.38586563

460 293.3 0.10209 1006.886 41.1171967

480 292.6 0.1021 1006.852 41.11983568

500 292.2 0.1022 1006.884 41.16141792

540 291.35 0.1021 1006.827 30.83911101

560 291.05 0.1022 1006.821 30.86913186

580 290.85 0.1023 1006.819 30.89927511

Rata-rata 297.665 0.102116333 1006.9774 42.15989631

Gambar 4.11 Grafik pengujian laju perpindahan panas terhadap waktu

b. Laju perpindahan panas actual pada pengujian kedua Q = m x Cp x ∆T

Q = 0,102166 kg/s x 1006,9889 kJ/kgK x (25,58 – 25,16) K Q = 42,845 W

Maka besarnya laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian pertama adalah sebesar 42,845 W.

Tabel 4.7 Laju perpindahan panas pada pengujian kedua Waktu

( per 20 detik )

T rata-rata ( K )

m ( kg/s ) Cp ( kJ/kgK )

Q Evaporator ( W )

1 304.9 0.10208 1007.198 20.56295437

20 304.7 0.10208 1007.19 20.56279104

40 304.5 0.10206 1007.18 41.11711632

0 20 40 60 80 100

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

Q

(

W

)

Waktu ( s )

60 304.15 0.10207 1007.166 30.84043009

80 303.8 0.1021 1007.132 41.13127088

100 303.35 0.1021 1007.14 51.414497

120 302.7 0.1022 1007.108 41.17057504

140 302.1 0.1021 1007.084 41.12931056

160 301.45 0.102 1007.058 51.359958

180 300.75 0.10206 1007.03 51.3887409

200 300.45 0.10207 1007.018 51.39316363

220 300.1 0.10205 1007.004 41.10590328

240 299.4 0.10201 1006.988 41.08913835

260 298.95 0.10209 1006.977 30.84068458

280 298.45 0.10215 1006.969 51.43094168

300 298.05 0.10216 1006.961 51.43556788

320 297.55 0.10216 1006.951 51.43505708

340 297.1 0.1022 1006.942 41.16378896

360 296.75 0.10207 1006.935 51.38892773

380 296.2 0.1021 1006.924 41.12277616

400 295.75 0.1021 1006.915 51.40301075

420 295.35 0.1022 1006.907 51.4529477

440 294.85 0.1023 1006.897 30.90166893

460 294.45 0.1022 1006.889 51.4520279

480 293.6 0.10215 1006.872 41.14078992

500 293.3 0.1021 1006.866 41.12040744

520 292.85 0.10213 1006.857 30.84909162

540 292.45 0.10214 1006.849 51.41977843

560 291.85 0.10215 1006.836 51.4241487

580 291.3 0.1021 1006.826 41.11877384

Gambar 4.12 Grafik pengujian kedua laju perpindahan panas terhadap

waktu

c. Laju perpindahan panas actual pada pengujian ketiga Q = m x Cp x ∆T

Q = 0,102125 kg/s x 1007.008 kJ/kgK x (26,31 – 25,89) K Q = 43,19 W

Maka besarnya laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian pertama adalah sebesar 43,19 W.

Tabel 4.8 Laju perpindahan panas pada pengujian ketiga Waktu

( per 20 detik )

T rata-rata ( K )

m ( kg/s) Cp ( kJ/kgK )

Q Evaporator ( W )

1 304.9 0.10215 1007.198 20.57705514

20 304.75 0.10215 1007.188 30.86527626

40 304.4 0.10214 1007.176 41.14918266

60 304.15 0.10212 1007.166 30.85553758

80 303.75 0.10211 1007.15 30.85202595

100 303.45 0.10211 1007.138 30.85165835

120 303.2 0.10213 1007.128 41.14319306

140 302.8 0.10213 1007.112 41.14253942

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

Q

(

W

)

Waktu ( s )

160 302.55 0.10212 1007.102 30.85357687

180 302.2 0.10213 1007.088 41.14155898

200 301.75 0.10214 1007.07 51.4310649

220 301.2 0.10212 1007.048 41.1358967

240 300.85 0.10213 1007.034 51.42419121

260 300.35 0.10211 1007.014 51.41309977

280 299.85 0.1021 1006.996 51.4071458

300 299.4 0.10209 1006.988 41.12136197

320 298.85 0.1021 1006.977 51.40617585

340 298.3 0.10214 1006.966 41.1406029

360 297.8 0.10214 1006.956 41.14019434

380 297.45 0.10215 1006.949 51.42992018

400 296.95 0.10213 1006.938 51.41928897

420 296.25 0.10213 1006.925 51.41862513

440 295.6 0.1021 1006.912 41.12228608

460 295 0.10212 1006.9 41.1298512

480 294.35 0.10214 1006.886 51.42166802

500 293.9 0.10213 1006.878 41.13298006

520 293.35 0.1021 1006.867 51.40056035

540 292.55 0.10212 1006.851 51.40981206

560 291.95 0.10214 1006.836 51.41911452

580 291.15 0.10213 1006.823 51.4134165

Rata-rata 299.1 0.102125 1007.008667 43.19229536

Gambar 4.13 Grafik pengujian ketiga laju perpindahan panas terhadap

waktu

4.4 Menghitung Coeficient of Performancy ( COP ) Absorpsi

0 20 40 60 80 100

1 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

Q

(

W

)

Waktu ( s )

Untuk menghitung COP absorpsi, terlebih dahulu diketahui besarnya panas yang bekerja di generator. Dalam hal ini panas yang bekerja di generator terlampir. Berikut ini adalah data-data aktual panas yang bekerja di generator dengan laju perpindahan panas di evaporator.

Tabel 4.9 COP Absorpsi pengujian pertama

Waktu ( per 20 detik ) Q Evaporator( W ) Q Generator ( W ) COP absorpsi

1 20.56694232 101.087 0.203457837

2 41.14161542 101.096 0.406955917

3 41.13701486 100.96 0.407458547

4 51.41221773 100.47 0.511717107

5 41.13298616 100.35 0.409895228

6 41.13061744 99.88 0.411800335

7 51.4624012 99.93 0.514984501

8 51.5116305 99.88 0.515735187

9 51.4094941 99.75 0.515383399

10 51.4080647 99.59 0.516197055

11 41.12160698 99.62 0.412784652

12 51.39631024 99.48 0.516649681

13 41.12070859 99.46 0.41343966

14 41.12030023 99.47 0.41339399

15 41.12400136 99.23 0.414431133

16 51.4547873 98.97 0.519902873

17 20.56155144 98.67 0.208387062

18 41.0824992 98.55 0.416869601

19 41.0820912 99.05 0.414761143

20 51.40250025 98.04 0.524301308

21 41.11744171 96.46 0.426264169

22 41.10914161 95.58 0.430101921

23 51.38586563 98.46 0.521895852

24 41.1171967 98.34 0.418112637

25 41.11983568 98.27 0.418437322

26 41.16141792 98.26 0.418903093

27 51.39913095 98.23 0.523252886

28 30.83911101 98.22 0.313979953

29 30.86913186 98.24 0.314221619

30 30.89927511 98.23 0.314560471

Gambar 4.14 Grafik COP Absorpsi Pengujian pertama

COP rata rata = Qevaporator

Q _generator

= 42,15 W

99,06 W

= 0,42

Maka besar nya COP absorpsi pada pengujian yang pertama adalah 0,42.

Tabel 4.10 COP Absorpsi pengujian kedua

Waktu ( per 20 detik ) Q ( W ) Q Generator ( W ) COP absorpsi

1 20.56295437 96.091 0.213994592

2 20.56279104 96.23 0.213683789

3 41.11711632 96.45 0.42630499

4 30.84043009 96.57 0.31935829

5 41.13127088 96.68 0.425437225

6 51.414497 96.71 0.531635787

7 41.17057504 96.78 0.425403751

8 41.12931056 96.95 0.424232187

9 51.359958 97.03 0.529320396

10 51.3887409 97.13 0.529071769

11 51.39316363 97.23 0.528573111

12 41.10590328 97.33 0.422335388

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Q

(

W

)

Waktu ( s )

13 41.08913835 97.4 0.421859737

14 30.84068458 97.67 0.31576415

15 51.43094168 97.89 0.525395257

16 51.43556788 98.02 0.524745643

17 51.43505708 97.77 0.526082204

18 41.16378896 96.9 0.424806904

19 51.38892773 97.68 0.526094674

20 41.12277616 97.45 0.421988468

21 51.40301075 96.64 0.531902015

22 51.4529477 94.79 0.542809871

23 30.90166893 95.34 0.324120715

24 51.4520279 96.52 0.533071155

25 41.14078992 97.68 0.421179258

26 41.12040744 97.34 0.422441005

27 30.84909162 97.61 0.316044377

28 51.41977843 97.56 0.527057999

29 51.4241487 96.12 0.534999466

30 41.11877384 96.23 0.427296829

Rata-rata 42.84554129 96.92636667 0.441900367

Gambar 4.15 Grafik COP pengujian kedua

COP rata rata = Qevaporator

Q generator

= 42,845 W

96,92 W

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

C

O

P

Waktu ( s )

= 0,44

Maka besar nya COP absorpsi pada pengujian yang kedua adalah 0,44.

Tabel 4.11 COP Absorpsi pengujian ketiga

Waktu ( per 20 detik ) Q ( W ) Q Generator ( W ) COP absorpsi

1 20.57705514 100.47 0.204804919

2 30.86527626 100.51 0.307086621

3 41.14918266 100.55 0.409241001

4 30.85553758 100.82 0.306037339

5 30.85202595 100.74 0.30625398

6 30.85165835 100.68 0.30643284

7 41.14319306 100.62 0.40888068

8 41.14253942 98.45 0.417902889

9 30.85357687 96.76 0.318867062

10 41.14155898 95.27 0.431853498

11 51.4310649 95.12 0.540696645

12 41.1358967 94.91 0.433420047

13 51.42419121 94.85 0.542143574

14 51.41309977 94.63 0.54330656

15 51.4071458 94.44 0.544336571

16 41.12136197 94.50 0.435124776

17 51.40617585 94.52 0.543865593

18 41.1406029 94.55 0.435120073

19 41.14019434 94.58 0.434993578

20 51.42992018 94.77 0.542681441

21 51.41928897 94.88 0.541940229

22 51.41862513 94.92 0.541693349

23 41.12228608 93.89 0.437983663

24 41.1298512 92.67 0.44383135

25 51.42166802 92.16 0.557943323

26 41.13298006 93.44 0.440207406

27 51.40056035 94.85 0.541914184

28 51.40981206 95.20 0.540018251

29 51.41911452 96.78 0.531298972

30 51.4134165 96.45 0.533057714

Gambar 4.16 Grafik COP pengujian ketiga

COP rata rata =

Q_evaporator

Q_generator

= 43,192W

96,23 W

= 0,45

Maka besar nya COP absorpsi pada pengujian yang kedua adalah 0,45. 0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

C

O

P

Waktu ( s )

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Telah dirancang bangun sebuah evaporator sebagai bagian dari mesin pendingin siklus absorbsi dengan dimensi :

• Panjang tiap laluan pipa = 40 cm

• Jumlah pipa = 5

• Diameter tube = 0,95 cm

• Dimensi kotak pendingin = 50 cm x 50 cm x 50 cm

• Material = Stainless steel

2. Dari hasil pengujian diperoleh temperatur udara kotak pendingin pada pengujian pertama sebesar 17,7 °C, pada pengujian kedua sebesar 18,1 °C, dan pada pengujian ketiga sebesar 17,9 °C. Sehingga laju perpindahan panas pada evaporator pada pengujian pertama didapatkan sebesar 42,159 W, pada pengujian kedua didapatkan sebesar 42,845 W dan pada pengujian ketiga sebesar 43,19 W.

3. Diperoleh COP pendingin absorpsi pada pengujian pertama 0,42, pada pengujian kedua sebesar 0,44 dan pengujian ketiga sebesar 0,45.

5.2. Saran

Untuk keberhasilan penelitian selanjutnya, maka penulis menyarankan: 1. Sebaiknya kotak pendingin menggunakan isolator yang lebih sempurna

lagi supaya panas yang dari lingkungan hampir tidak masuk ke dalam kotak pendingin.

2. Menggunakan evaporator yang menggunakan sirip agar laju perpindahan panas evaporator lebih meningkat.

3. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan pompa vakum dengan daya yang lebih besar sehingga pada saat divakumkan rangkaian benar benar hampa udara dan proses absorbsi dapat berlangsung, karena jika di dalam rangkaian masih terdapat udara maka sirkulasi akan terhambat dan proses absorbsi tidak akan berlangsung.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Siklus Absorpsi

Siklus absorpsi adalah siklus termodinamika yang dapat digunakan sebagai siklus refrijerasi dan digerakkan oleh energi dalam bentuk panas. Ferdinand Carre,seorang perancis, menemukan sistem absorpsi dan memperoleh hak paten dari pemerintah Amerika Serikat pada tahun 1860. Kira-kira 100 tahun lalu setelah ditemukanya sistem refrijerasi mekanik. Penggunaan pertama sistem absorpsi di Amerika kemungkinan dilakukan oleh Negara-negara konfederasi selama perang sipil setelah suplai es alam dari utara dihentikan. Kepopuleran sistem refrijerasi absorpsi ini terhadap sistem refrijerasi mekanik dalam hal penggunaan energi dan biaya telah terasa sejak pertengahan abad ini (yaitu saat terjadinya krisi energi duniapada tahun 1970-an), hal ini sejalan dengan telah dilakukannya perbaikan perbaikan sistem absorpsi terutama oleh negara-negara asia timur jauh seperti jepang, korea, cina dan india.

Salah satu keistimewaan siklus ini adalah panas yang digunakan untuk menjalankan siklus dapat berupa sumber panas yang temperaturnya kurang dari 200 o

• Pembakaran dengan bahan bakar (direct-fired), dimana bahan bakar yang digunakan dapat berupa minyak bumi (solar) dan gas. Pada sistem pembakaran langsung diperlukan peralatan burner untuk pembakaran bahan bakarnya.

C. Sumber panas seperti ini adalah mudah untuk didapatkan secara gratis di sekitar kita seperti, panas buang dari knalpot dan bahkan energi matahari. Mesin siklus absorpsi terdiri dari tiga macam yaitu:

• Uap (steam-fired), tenaga yang dihasilkan berasal dari uap panas (steam) yang biasanya dihasilkan oleh stem boiler.

• Air panas (hot water-fired) sumber air panasnya dapat berupa diesel genset.

2.1.1 Teori Umum Siklus Absorpsi

Pada dasarnya siklus absorpsi memanfaatkan ikatan kimia antara dua zat yaitu zat penyerap dan zat yang diserap. Proses pengikatan ini dapat terjadi secara alami atau tanpa energi luar. Tetapi untuk proses pelepasan ikatannya, akan diperlukan panas. Setelah terpisah oleh panas , kedua pasangan zat ini akan dapat dicampur kembali. Proses ini dapat diulang menjadi sebuah siklus. Dan siklus inilah yang dimanfaatkan untuk dijadikan siklus refrigerasi dan menjadi dasar siklus absorpsi. Zat yang dapat diserap (diikat) oleh zat lain akan disebut

absorbate, sementara zat yang bertugas menyerap (mengikat) akan dinamakan

absorben. Zat yang diikat bertindak sebagai fluida kerja yang melakukan pendinginan, sehingga absorbate sebagai refrijeran dan disebut juga fluida utama (primer), sedangkan fluida sekunder adalah absorben. Pasangan yang sering digunakan adalah Amonia dengan Air dan pasangan Litium Bromida dengan Air. Pasangan ini dapat dijumpai di pasaran pada mesin-mesin pendingin siklus absorpsi. Pada penelitian ini pasangan absorbent-absorbate yang digunakan adalah larutan ammonia-air. Air bertindak sebagai absorben (penyerap) dan amonia bertindak sebagai absorbate (yang diserap). Air akan menyerap amonia dan bersatu menjadi larutan. Dan larutan ini akan berpisah, jika diberikan panas tertentu. Siklus absorpsi menggunakan energi mekanik yang sangat kecil yaitu penggunaan pompa untuk mensirkulasikan fluida kerjanya, persentasinya hanya sekitar 1% dibandingkan dengan energi panas yang digunakan.

Siklus absorpsi sederhana terdiri atas beberapa komponen utama yaitu

evaporator, kondensor, generator, absorber, katup ekspansi,dan pompa. Siklus

Gambar 2.1 Komponen utama siklus absorpsi sederhana (Sumber : Miller, 2006; Moran, 1998; Shan, 1991)

Untuk mengetahui prinsip kerja siklus absorbsi sederhana ini maka pertama siklusnya dibagi menjadi dua bagian siklus, yaitu siklus pertama merupakan siklus ketika refrijeran terpisah dari absorben, ditunjukkan dengan titik 1-2-3-4. Siklus kedua adalah siklus dimana absorben dan refrijeran terlarut atau terikat. Pada gambar ditunjukkan pada titik 5-6-7-8. Penjelasan prinsip kerja siklus absorpsi sederhana ini dimulai dari titik 1-2-3-4.

Pada siklus pertama atau titik 1-2-3-4, yaitu :

1. Refrijeran menguap dari evaporator di titik 1. Kemudian uap ini akan masuk ke siklus kedua dan keluar di titik 2 pada kondisi uap kering (super heat) dan tekanan tinggi.

2. Dari titik 2, uap refrijeran masuk menuju kondensor. Di kondensor panas dilepaskan ke lingkungan. Proses pelepasan panas ini terjadi secara isobarik, dan akhirnya refrijeran berubah menjadi cair di titik 3. 3. Kemudian refrijeran mengalir dari titik 3 menuju titik 4. Pada proses

ini terjadi penurunan tekanan secara adiabatik oleh katub ekspansi. Pada saat tekanan turun temperatur juga akan turun dan sebagian cairan akan berubah menjadi uap di titik 4.

4. Selanjutnya dari titik 4 menuju titik 1. Refrijeran akan melakukan fungsi refrigerasi di evaporator dan akhirnya menguap, dan siklus akan berulang.

Pada siklus kedua atau titik 5-6-7-8, yaitu :

1. Setelah selesai dari siklus pertama uap refrijeran keluar dari titik 1 masuk ke absorber dan keluar melalui titik 6. Di absorber terjadi proses pengikatan uap oleh larutan yang datang dari titik 5 yaitu larutan konsentrasi lemah. Proses ikatan kimia ini akan melepas sejumlah panas ke lingkungan.

2. Kemudian larutan dari titik 6 menjadi larutan konsentrasi kuat akan dipompakan ke titik 7 menuju generator oleh pompa.

3. Larutan dari titik 7 masuk ke generator, disini larutan akan dipanaskan sehingga terjadi proses pelepasan refrijeran dan absorben. Refrijeran akan keluar dari titik 2 sedangkan absorben atau larutan konsentrasi lemah keluar dari titik 8.

4. Dari titik 8 larutan konsentrasi lemah akan diturunkan tekanannya oleh katub ekspansi dan keluar menuju titik 5. Sebagai catatan, untuk membuat siklus absorpsi dapat terjadi rasio tekanan pada generator atau kondensor dan absorber atau evaporator harus diatur cukup tinggi. Diagram p-h dari siklua absorpsi sederhana dengan komponen siklus kedua ditampilkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi (Sumber : Miler, 2006; Moran, 1998)

2.1.2. Komponen Siklus Absorpsi

Mesin pendingin absorpsi bekerja secara siklus dimana terdapat beberapa komponen yang saling berhubungan satu sama lain diantaranya sebgai berikut :

• Generator

Pada sikus absorpsi generator berperan untuk menaikkan tekanan serta memberikan kalor terhadap larutan amonia-air sehingga uap amonia terpisah dari absorben. Generator akan menghasilkan uap amonia bertekanan tinggi yang selanjutnya masuk ke kondensor (Cengel, 1989) .

• Absorber

Absorber merupakan wadah untuk proses pelarutan uap amonia dengan absorben sekaligus sebagai alat penukar kalor untuk membuang panas yang dihasilkan selama proses absorpsi. Absorber memiliki dua sumber masukan yaitu uap amonia dari evaporator dan larutan konsentrasi lemah dari generator, larutan yang dihasilkan dari absorber adalah larutan amonia konsentrasi tinggi yang akan dipompakan ke generator (Miller, 2006)

• Kondensor

Tugas kondensor pada siklus absorpsi sama halnya pada siklus kompresi uap yaitu membuang panas ke lingkungan dengan media pendingin udara yang dialirkan oleh kipas ke sisi pipa kondensor. Pada kondensor terjadi perubahan fasa yaitu dari fasa uap menjadi fasa cair, refrijeran cair dengan tekanan tinggi selanjutnya masuk menuju katup ekspansi (Miller, 2006) .

• Evaporator

Evaporator bertugas untuk menyerap panas dari lingkungan yang akan didinginkan, proses di evaporator merupakan kebalikan dari kondensor, pada evaporator terjadi perubahan fasa dari refrijeran dimana akibat proses penyerapan kalor dari lingkungan, refrijeran akan berubah dari cair menjadi uap dengan tekanan yang sama (Miller, 2006). Uap refrijeran ini selanjutnya masuk menuju absorber.

• Katup ekspansi

Katup ekspansi adalah komponen siklus absorpsi yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dari refrijeran setelah keluar dari kondensor akibat dari penurunan tekan ini temperatur dari refrijeran juga akan menurun sesuai dengan penurunan tekanan (Miller, 2006) .

2.1.3. Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sistem Kompresi Uap

Siklus absorpsi hampir sama dalam beberapa hal dengan siklus kompresi uap. Siklus refrijerasi beroperasi dengan peralatan seperti kondensor,katup ekspansi, dan evaporator. Perbedaan yang mendasar hanyalah pada cara menaikkan uap tekanan rendah dari evaporator menjadi uap tekanan tinggi dan dialirkan ke kondensor. Sistem kompresi uap menggunakan kompresor untuk keperluan tersebut. Sedangkan pada sistem refrijerasi absorpsi menggunakan absorber-generator untuk mengganti peran kompresor pada sistem SKU.

Prinsip sederhana sistem absorpsi yaitu: pertama- tama, sistem absorpsi menyerap uap tekanan rendah ke dalam suatu zat cair penyerap (absorben) yang cocok dan merupakan pasangan biner dari refrijeran yang digunakan. Proses ini terjadinya sepenuhnya di absorber. Yang terkandung di dalam proses absorpsi yaitu konversi (perubahan) dari uap menjadi cair, Karena proses ini sama dengan kondensasi maka selama proses berjalan,kalor dilepaskan. Tahap berikutnya yaitu menaikkan tekanan zat cair dengan pompa ke generator. Dan tahap akhir adalah memanaskan zat cair penyerap dengan cara pemberian kalor sehingga uap tersebut memiliki tekanan yang tinggi dan siap untuk dialirkan ke kondensor.

2.2 Absorben

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya,baik secara fisik atau dengan reaksi kimia. Absorben (juga disebut cairan pencuci) harus memenuhi persyaratan yang sangat beragam. Misalnya bahan itu harus :

• Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebuthan akan cairan lebih sedikit,volume alat lebih kecil)

• Sedapat mungkin sangat reaktif • Memiliki tekanan uap yang tinggi • Mempunyai viskositas yang rendah • Stabil secara termis dan murah

2.3 Refrijeran

Refrijeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrijerasi) atau mesin pengkondisian udara. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke udara sekeliling di luar benda.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrijeran dapat dikelompokkan menjadi 7 kelompok yaitu sebagai berikut :

1. Kelompok refrijeran senyawa halocarbon.

Kelompok refrijeran senyawa halocarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propane (C3H8

2. Kelompok refrijeran senyawa organic cyclic.

) dengan mengganti atom-atom hydrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hydrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka refrijeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor, dan karbon. Refrijeran ini disebut refrijeran chlorofluorocarbon(CFC). Jika hanya sebagian saja atom hydrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrijeran yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon(HCFC). Refrijeran halocarbon yang tidak mengandung atom khlor disebut

hydrofluorocarbon (HFC).

Kelompok refrijeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrijeran adalah sama dengan cara penulisan refrijeran halocarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrijeran ini adalah:

1) R-C316 C4Cl2F6

2) R-C317 C

1,2-dichlorohexafluorocyclobutane

4ClF7

3) R-318 C

chloroheptafluorocyclobutane

4F8 octafluorocyclobutane

3. Kelompok refrijeran campuran zeotropik.

Kelompok refrijeran ini merupakan refrijeran campuran yang bias terdiri dari campuran refrijeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrijeran yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara destilasi.

4. Kelompok refrijeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrijeran ini adalah refrijeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan destilasi. Refrijeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperature tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperature yang sama, sehingga mirip dengan refrijeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperature atau tekanan) yang lain refrijeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

5. Kelompok refrijeran senyawa organic biasa.

Kelompok refrijeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran refrijeran halocarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrijeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butane (C4H10

6. Kelompok refrijeran senyawa anorganik.

), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrijeran halocarbon, maka refrijeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.

Kelompok refrijeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrijeran ini adalah:

2) R-704 : helium 3) R-717 : ammonia 4) R-718 : air 5) R-744 : oksigen

7. Kelompok refrijeran senyawa organik tak jenuh

Kelompok refrijeran ini mempunyai nomor 4 digit, dengan menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrijeran halocarbon.

2.3.1 Amonia

Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3

Tabel 2.1 Sifat Amonia

. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas I(disebut bau ammonia). Sifat ammonia dapat dilihat seperti tabel di bawah ini.

(Su mbe

r : Chang, 2003)

Walaupun ammonia memberi sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, ammonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Kontak dengan gas ammonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun ammonia diatur sebagai gas tak mudah terbakar, ammonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup.

Sifat Amonia

Massa jenis Titik lebur Titik didih Klasifikasi EU

Panas Laten Penguapan (Le)

682 kg/m3 -77,7 , cair o -33.3 C o Kautik, korosif C 1357 kJ/kg

2.4 Evaporator

Evaporator mempunyai fungsi sebagai penukar kalor pada siklus refrijerasi atau pendinginan. Tekanan cairan refrigran yang diturunkan pada pipa kapiler, didistribusikan secara merata ke dalam pipa evaporator. Dalam hal ini refrigran akan menguap dan menyerap kalor udara luar yang dialirkan mengenai permukaan pipa bagian luar evaporator.

Kemampuan evaporator ditentukan oleh kemampuan laju perpindahan kalor yang dapat terjadi dalam evaporator itu sendiri. Artinya semakin besar koefisien perpindahan kalor , maka luas bidang pendingin yang diperlukan akan semakin kecil. Selain itu, semakin banyak benda yang akan didinginkan.

Dari pemakaiannya evaporator dibagi menjadi dua : 1. Ekspansi langsung (direct expansion)

2. Ekspansi tidak langsung (indirect expansion) Evaporator dibagi menjadi dua dari cara kerjanya : 1. Evaporator kering (dry evaporator)

2. Evaporator banjir (flooded evaporator) Dari konstruksinya terbagi menjadi tiga tipe :

1. Pipa saja (bare tube)

2. Pipa dengan rusuk-rusuk (finned) 3. Permukaan pelat (plate surface)

1. Bare Tube Evaporator

Biasanya terbuat dari pipa baja atau tembaga. Pipa baja digunakan untuk evaporator yang berukuran besar dan untuk evaporator yang menggunakan ammonia sebagai refrijerannya. Ukuran, bentuk dan desain dari bare tube

Gambar 2.3 Bare Tube Evaporator 2. Finned Evaporator

Rusuk-rusuk digunakan sebagai permukaan pengikat panas kedua, karena pada dasarnya hamper sama dengan bare tube evaporator. Mempunyai pengaruh untuk memperluas permukaan luar dari area evaporator, sehingga dapat meningkatkan efisiensi untuk pendinginan udara.

Dengan menggunakan bare tube evaporator kebanyakan dari udara yangdisirkulasikan di atas koil melewati ruang terbuka di antara pipa ,dan tidak bersentuhan langsung dengan permukaan koil. Ketika ditambahkan rusuk-rusuk koil, fins dapat memperluas ruang terbuka di antara pipa dan berfungsi sebagai pengumpul panas. Ukuran fin tergantung dari aplikasi yang diinginkan oleh desainer. Ukuran ppipa menentukan ukuran dari fin, ukuran pipa yang kecil membutuhkan fin yang kecil pula.

3. Plate Surface Evaporators

Beberapa disusun dari dua lembar pelat dari logam yang ditimbulkan dan di las bersama untuk menyediakan jalan bagi refrijeran mengalir di antara dua lembar pelat tersebut. Biasanya digunakan untuk refrijerasi rumah tangga dan lemari es, karena mudah dibersihkann, murah, serta tersedia dalam berbagai variasi bentuk.

Gambar 2.5 Plate Surface Evaporator

2.5 Perpindahan panas

Perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari tentang perpindahan energi (dalam bentuk panas) yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara kedua benda atau material. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hokum pertama dan kedua termodinamika,sebagai contoh pada peristiwa pendinginan yang berlangsung pada suatu batangan baja panas yang dicelupkan kedalam air. Dengan termodinamika kita dapat menentukan suhu keseimbangan akhir dari suatu batangan baja, namun termodinamika tidak akan dapat menunjukkan kepada kita berapa lama waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbanganitu atau berapa suhu batangan itu pada saat sebelum tercapainya keseimbangan,sebaliknya ilmu perpindahan kalor dapat membantu kita untuk menentukan suhu batangan

baja sebagai fungsi waktu. Jenis-jenis perpindahan panas yang terjadi pada siklus absorpsi yaitu :

• Konduksi (hantaran)

• Konveksi (aliran)

2.5.1 Perpindahan panas konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah dalam suatu medium (padat,cair,gas) atau medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Secara umum laju aliran kalor secara konduksi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

�

=

−��

��

�� ………...…(2.1)

Keterangan :

q = laju aliran kalor (watt)

k = konduktifitas termal bahan (W/(m2.0 ��

��

=

gradient suhu kearah perpindahn kalor ( C)

0

A = luas penampang (m

C/m)

2

Tanda minus diselipkan agar memenuhi hokum ke 2 termodinamika yaitu kalor mengalir ke temperature yang lebih rendah. Perpindahan kalor secara hantaran/ konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanyan terjadi di dalam bahan. Arah aliran energy kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah.

)

Sudah diketahui bahwa tidak semua bahan dapat menghantar kalor sama sempurnanya. Dengan demikian,umpamanya seorang tukang hembus kaca dapat memegang suatu barang kaca, yang beberapa cm lebih jauh dari tempat pegangan itu adalah demikian panasnya, sehingga bentuknya dapat berubah. Akan tetapi

seorang pandai tempa harus memegang benda yang akan ditempa dengan sebuah tang. Bahan yang dapat menghantar kalor dengan baik dinamakan konduktor. Penghantar yang buruk disebut isolator. Sifat bahan yanag digunakan untuk menyatakn bahwa bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor ialah koefisien konduksi termal. Apabila nilai koefisien ini tinggi, maka bahan mempunyai kemampuan mengalirkan kalor dengan cepat. Untuk bahan isolator,koefisien ini bernilai kecil.

Pada umumnya, bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan sempurna (logam) merupakan penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya bila diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam dan salah satu ujungnya diulurkan ke dalam nyala api. Dapat diperhatikan bagaimana kalor dipindahkan dari ujung ynag panas ke ujung yang dingin. Apabila ujung batang logam tadi menerima energy kalor dari api, energy ini akan memindahkan sebagian energy kepada molekul dan electron yang membangun bahan tersebut. Molekul dan electron merupakan alat pengankut kalor di dalam bahan menurut proses perpindahan panas konduksi. Dengan demikian dalam prosespengankutan kalor di dalam bahan, aliran electron akan memainkan peranan penting. Persoalan yang patut diajukan pada pengamatan ini ialah mengapa kadar alir energy kalor adalah berbeda. Hal ini disebabkan susunan molekul dan juga atom di dalm setiap bahan adalah berbeda. Unutuk satu bahan berfasa padat molekulnya tersusun rapat, berbeda dengan satu bahan berfasa gas seperti udara. Molekul udara adalah renggang sekali. Tetapi dibandingkan dengan bahan padat seperti kayu, dan besi, maka molekul besi adalah lebih rapat susunannya daripada molekul kayu.

Pada alat penukar kalor dalam hal ini evaporator perpindahan konduksi terjadi pada bagian tabung/pipa,tahanan termal yang terjadi pada tabung/pipa adalah seperti pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Tahanan termal pada permukaan silinder

( Sumber : Heat and mass transfer seventh edition, Incropera ) Dimana persamaan yang berlaku adalah :

��ℎ = ��

���_���

2��� ………(2.2)

Dimana : Rth = tahanan termal (0 ro = Jari jari luar (m)

C/W)

ri = Jari jari dalam (m)

L = Panjang pipa/silinder (m)

K = Konduktivitas dari benda (W/m0C)

2.5.2 Perpindahan Panas Konveksi

Pada permasalahan evaporator perpindahan panas konveksi terdapat pada dua sisi yaitu :

a) Sisi udara (Aliran Luar)

Gambar 2.7 Konveksi paksa aliran menyilang

( Sumber : Heat and mass transfer seventh edition, Incropera ) Pada persoalan aliran luar tersebut lapisan batas aliran berkembang secara bebas, tanpa batasan yang disebabkan oleh permukaan yang berada di dekatnya. Sehubungan dengan itu akan selalu ada daerah lapisan batas yang berada di sisi luar aliran dimana gradien kecepatan temperature dapat di abaikan. Sebagai contoh meliputi pergerakan fluida diatas plat datar dimana laju perpindahan panasnya :

�

=

ℎ

.

�

_�

. (

�

_�

− �

_∞

)

………(2.3) Dimana :

h = Koefisien perpindahan pans konveksi As = Luas permukaan perpindahan kalor Ts = Suhu pada plat

T∞ = Suhu udara/Gas buang q = Laju perpindahan panas

b) Sisi amonia (Aliran Dalam)

Gambar 2.8 Konveksi paksa aliran dalam

( Sumber : Heat and mass transfer seventh edition, Incropera ) Berbeda dengan aliran luar yang tanpa ada batasan luar,pada aliran dalam seperti halnya yang terjadi didalam pipa adalah sesuatu dimana fluida dibatasi oleh permukaan sehingga lapisan batas tidak dapat berkembang secara bebas seperti halnya pada luar.

Laju perpindahan panas aliran dalam :

�

=

ℎ

.

�

_�

. (

�

_�

− �

_∞

)

……….…………(2.4)

h = Koefisien perpindahan pans konveksi As = Luas permukaan perpindahan kalor Ts = Suhu pada plat

T∞ = Suhu fluida

q = Laju perpindahan panas

c) Perpindahan panas secara keseluruhan

Pada banyak kasus perpindahan panas yang melibatkan proses konveksi dan konduksi, dimana laju perpindahan panas total :

�

=

�

.

�

_�

.

∆�

_1� ……….……..(2.5)

Dimana untuk mencari U (kefisien perpindahan panas keseluruhan ) adalah :

1 �

=

�_�� ℎ� .��

+

���

2.�

. ln

�

�_��

��

�

+

1

ℎ� ………(2.6)

Panas dari generator di alirkan ke larutan ammonia yang besarnya dapat di tentukan dari persamaan :

�

=

�

.

�

_�

. (

�

_��

− �

_��

)

……….………(2.7) Dimana:

��0 = Suhu gas buang masuk generator

��� = Suhu gas buang keluar generator

2.6 Parameter dalam Perhitungan nilai Perpindahan Panas Evaporator

Dalam alat penukar kalor diterapkan susunan tabung bersirip (finned tube) untuk membuang kalor dari fluida panas. Namun dalam pembahasan nilai nilai parameter penting untuk perhitungan laju perpindahan panas, laporan ini tidak di bahas mengenai efektifitas sirip atau fin melainkan hanya membahas mengenai perpindahan panas pasa tabung atau tube-nya saja, sehingga persamaan yang di bahas adalah tentang tube dengan perhitungan menggunakan persamaan konveksi yang secara umum digunakan pada penukar kalor pipa ganda (double pipe) ataupun tabung pipa (shell and tube). Seringkali salah satu fluida dalam penukar panas mengalir dalam pipa, sedang fluida yang lain mengalir dalam ruang annulus sebuah pipa yang lebih besar atau dalam ruang sebuah shell yang memuat banyak pipa, perpindahan panas berlangsung secara radial terhadap pipa. Antara lain fluida di dalam pipa dan permukaan dinding pipa sebelah dalam, panas dipertukarkan secara konveksi, kemudian panas menjalar secara konduksi melalui logam dinding pipa sedangkan diluar pipa terjadi lagi konveksi.

Nilai laju perpindahan panas dalam alat penukar kalor dapat dihitung berdasarkan teori perpindahan panas secara konveksi. Selain laju perpindahan panas, parameter penting yang mempengaruhi efektifitas suatu alat penukar kalor adalah nilai koefisien perpindahan panasnya. Besarnya koefisien perpindahan panas secara konveksi diperkirakan dari persamaan persamaan empiris lain

daripada untuk konveksi luar pipa. Banyak buku yang memuat keterangan tentang koefisien perpindahan panas baik dalam bentuk persamaan maupun dalam bentuk lain. Dalam mencari persamaan empiris ituharus diperhatikan sifat fluida,sifat aliran,jenis perpindahan panas (pemanasan atau pendinginan), letak pipa dan lain sebagainya.

2.6.1 Sifat sifat termodinamika fluida

a) Temperatur rata-rata fluida

�

���

=

���+₂���………...………(2.8)

Dimana : Temperatur inlet (Tci) Temperatur outlet (Tco)

b) Mencari Temperatur rata-rata udara

�

�����

=

�ℎ�+₂�ℎ�……….….(2.9

)

Dimana : Temperatur inlet (Thi)

Temperatur outlet (Tho)

2.6.2 Sifat aliran fluida

Di alam mini terdapat dua jenis aliran fluida. Pertama dikenal dengan aliran laminar dimana sifatnya tenang, kecepatanya rendah, semua partikel partikelnya mempunyai ssifat aliran yang seragam. Kedua addlah aliran turbulen pada aliran ini masing masing partikelnya mempunyai arah kecepatan yang berlainan dan tidak seragam sehingga setiap partikelnya mempunyai arah

kecepatan yang berlainan dan tidak seragam sehingga setiap partikelnya mempunyai kesempatan yang sama untuk menyentuh permukaan atau dinding saluran, dengan demikian kesempatan fluida mengambil atau mentransfer panas pada dinding saluran menjadi lebih besar. Dalam heat exchanger selalu diinginkan agar alirannya turbulen sehingga kapasitas perpindahan panasnya meningkat. Aliran turbulen dapat diperoleh dengan pemasangan baffle atau dengan membuat permukaan dinding saluarn kasar. Jenis aliran turbulen atau laminar dapat ditentukan perhitungan bilangan reynold. Bilangan reynold untuk aliran dalam pipa dapat didefinisikan dengan menggunakan rumus :

�

�

=

� .�_µ .� ……….…………..(2.10)

Keterangan : ρ = kerapatan fluida (kg/m3) V = kecepatan aliran (m/s) D = diameter pipa (m)

µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

Bilangan Reynolds digunakan sebagai criteria untuk menunjukkan sifat aliran fluida, apakah aliran termasuk aliran laminar, transisi atau turbulen. Untuk Re < 2000 biasanya termasuk jenis aliran laminar sedangkan untuk 2000 < Re <4000 adalah jenis aliran transisi dan untuk Re> 4000 adalah jenis aliran turbulen.

Sedangkan bilangan nusselt untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully developed turbulent flow) di dalam tabung licin dapat di tuliskan dengan persamaan :

��= 0,023 (��)0,8 _(���_{)………(2.11)}

Pada bagian pintu masuk dimana aliran belum berkembang atau bersifat aliran transisi, bilangan nusselt dapat dituliskan dalam persamaan :

��= 0,023 (��)0,8 (��)0,3 (�/�)0,055………..………(2.12) Dan bilangan nusselt untuk laminar dapat dituliskan dalam persamaan :

��= 1,86 (��.��)0,8 (�/�)0,3 (µ/µ_�)0,14……..………..(2.13) Keterangan : n = 0,3 untuk pendingin

n = 0,4 untuk pemanasan Re = Bilangan Reynolds Pr = Bilangan Prandtl d = diameter tabung L = Panjang tabung

2.6.3 Laju perpindahan kalor pada alat penukar kalor

Pada dasarnya laju perpindahan kalor pada alat penukar kalor dipengaruhi oleh adanya tiga (3) hal, yaitu:

1. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh (U)

Nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat didasarkan atas luas dalam atau luar tabung, menurut selera perancang sehingga cara menghitungnya bias dengan 2 cara yaitu:

• Koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan pipa dalam (Ui)

�

�

=

₁ 1

ℎ�+

���� ��_��

2 . � . ��������� . �+

�� ��

1

ℎ�

………..(2.14)

• Koefisien perpindahan panas menyeluruh berdasarkan pipa dalam (Uo)

�

�

=

₁ 1

ℎ�+

���� ��_��

2 . � . ��������� . �+

�� ��

1

ℎ�

………..…….(2.15)

Keterangan : ri = jari-jari pipa dalam (m) ro = Jari jari pipa luar (m)

Ai = Luas permukaan dalam total (m2 ho = Koefisien perpindahan kalor konveksi

) pada pipa bagian luar (W/m2

hi = Koefisien perpindahan kalor konveksi K) pada pipa bagian dalam (W/m2 L = Panjang pipa

K)

K

material = Konduktivitas panas material (W/m0 Koefisien perpindahan kalor pada masing masing proses perpindahan kalor dapat dijabarkan sebagai berikut :

K)

• Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam (hi)

��= ℎ�.��

� ………(2.16)

Keterangan :

hi = koefisien perpindahan panas konveksi bagian dalam (W/m2

Nu = Bilangan nusselt K)

k = Kondukt ifitas thermal (W/m20 Di = Diameter dalam (m)

C)

• Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar (ho)

��= ℎ�.��

� ……….(2.17)

Keterangan :

ho = koefisien perpindahan panas konveksi bagian luar (W/m2K)

Nu = Bilangan nusselt

k = Kondukt ifitas thermal (W/m20 Do = Diameter luar (m)

C)

2. Luas perpindahan panas (A)

• Menghitung luas perpindahan panas (A)

Luas permukaan perpindahan panas permukaan dalam pipa (Ai) �� = � . �� .� ……….(2.18)

Luas permukaan perpindahan panas permukaan luar pipa (Ao) �� = � . �� .�

……….(2.19)

Luas permukaan penukar kalor total dapat juga dihitung berdasarkan persamaan :

• Luas permukaan penukar panas (Atotal)

�= �_� . �_{�����} . � .��_���� ……….…………(2.20)

�

_{�����}

=

�

�_� . � . ��_���� ……….………….(2.21) ` Keterangan :

Ao = Luas permukaan total,dalam (m2 Ai = Luas permukaan total,luar (m

)

2

Do = Diameter pipa bagian luar total (m) ) Di = Diameter pipa bagian dalam (m) L = Panjang pipa (m)

Uo = Koefisien perpindahan panas menyeluruh Berdasarkan pipa luar (W/m2K)

F = Faktor koreksi

ΔT

LMTD = Beda suhu rata-rata log

3. Beda suhu rata-rata log atau Logarithmic Mean Temperature Difference

(ΔLMTD)

��1 = �ℎ�− ��� ………..(2.22)

��2= �ℎ�− ��� ………..(2.23)

�

����

=

��_��2−����21

��1

………..…………..(2.24)

Keterangan : Tci = Temperatur air masuk (C) Tco = Temperatur air keluar (C) Thi = Temperatur udara masuk (C) Tho = Temperatur udara keluar (C)

Dimana LMTD ini disebut beda suhu rata-rata log atau beda suhu pada satu ujung kalor dikurangi beda suhu pada ujung lainnya dibagi dengan logaritma alamiah daripada perbandingan kedua beda suhu pada ujung lainnya. Konfigurasi aliran alternative adalah alat penukar panas diman fluida bergerak dalam arah aliran melintang (cross flow) atau dengan sudut tegak lurus satu sama lainya melalui alat penukar panas tersebut, jika suatu penukar kalor yang bukan jenis pipa ganda digunakan, perpindahan kalor dihitung dengan menerapkan factor koreksi terhadap LMTD untuk pipa susunan ganda aliran lawan arah dengan suhu fluida panas dan dingin yang sama, maka persamaan perpindahan panas menjadi

Q = U.A.F.ΔT LMTD. Bila terdapat perubahan fase seperti kondensasi atau penguapan, fluida biasanyaberada pada suhu yang hakekatnya tetap maka nilai factor koreksi F = 1,0.

2.6.4 Penukar panas dalam aliran paralel

Dari gambar di bawah ini,maka persamaan kekekalan energy dapat di tulis : ��= −�̇ .�_�ℎ .�_�ℎ ………..………..(2.25)

�� = �̇ .�_�� .�_�� ………..………(2.26)

��ℎ = −_�̇��

ℎ .��ℎ

Dan

��� = −_�̇��

� .���

Karena �(∆�) = �_�ℎ− �_��

Maka �(∆�) = −��( 1 ��ℎ+

1

���) ……….………(2.27)

Gambar 2.9 Grafik penukar panas dalam arah parallel

4.1.3 Sifat-sifat Fluida dan Luas Penampang ... 47

4.1.4 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi... 49

4.1.5 Koefisien Perpindahan Panas Total ... 52

4.1.6 Panjang Pipa ... 53

4.2 Data Hasil Pengujian Evaporator ... 54

4.3 Menghitung Laju Perpindahan Panas Aktual... 58

4.4 Menghitung Koefisien of Performancy (COP) Absorpsi ... 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...69

5.1 Kesimpulan ... 69

5.2 Saran ... 70

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19

Komponen utama siklus absorpsi sederhana .…..…... Diagram p-h Siklus Absorpsi dan komponen siklus kedua...…………

Bare Tube Evaporator………... Finned Evaporator……… Plate Surface Evaporator……….

Tahanan termal pada permukaan silinder….…………...…………... Konveksi paksa aliran menyilang………... Konveksi paksa aliran dalam ………..…..…... Penukar panas dalam arah parallel ………...…… Penukar panas dengan aliran fluida berlawanan …………... Pompa Air ……….………

Pressure Gauge ...………...

Termometer digital ………...……...………... Pompa Vakum ….………..……….

Stop watch ...………....……..………

Anemometer ..………...………

Tube Bender...……….

Penyambung Pipa dan kran...…………...….. Rockwool ……...…… Sterofoam…………... Busa eva...……… Triplek...………...…………... ammonium hydroxide (NH4

Titik-titik pengukuran evaporator………. OH)………...……...………

Skema pengujian ……….. Pembuatan rangka mesin pendingin ..………. Proses pengelasan generator………...………

Buffel atau sekat Generator ...………...…………

6 7 14 14 15 18 19 20 28 30 32 33 34 34 35 35 36 36 36 37 37 37 38 38 39 40 41 41 42

3.20 3.21 3.22 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16

Pembuatan kondensor…...………. Pembuatan Absorber...………….. Pembuatan evaporator ...………...……… Diagram alir rancang bangun siklus absorbsi………. Desain instalasi pendingin siklus absorbsi………. Desain Evaporator bare tube …... Diagram P-h ……….. Jarak antara pipa ………... Aliran refrigran dan aliran udara di evaporator. ……….. Distribusi temperature udara dan refrijeran ammonia………. Evaporator bare tube………. Grafik pengujian pertama temperatur vs waktu ...…….….. Grafik pengujian kedua temperatur vs waktu ………..………. Grafik pengujian ketiga temperatur vs waktu………... Grafik pengujian laju perpindahan panas terhadap waktu ... Grafik pengujian kedua laju perpindahan panas terhadap waktu …... Grafik pengujian ketiga laju perpindahan panas terhadap waktu... Grafik COP Absorpsi Pengujian pertama………... Grafik COP pengujian kedua………. Grafik COP pengujian ketiga………...

42 42 43 44 45 45 46 49 52

54 55

56 58 60 61 63 64 66 68

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 2.2 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11

Sifat Amonia ……… Faktor pengotoran beberapa fluida ……….. Persamaan bilangan Nu menurut Zukauskas……….. Faktor koreksi untuk menentukan bilangan Nu menurut Zukauskas…… Data pengujian evaporator pertama ………...………..…………...……… Data pengujian evaporator kedua ……..……….…..…... Data pengujian evaporator ketiga ……… Laju perpindahan panas pada pengujian pertama ... Laju perpindahan panas pada pengujian kedua …...…. Laju perpindahan panas pada pengujian ketiga....………..……. COP Absorpsi pengujian pertama………... COP Absorpsi pengujian kedua……… ……... COP Absorpsi pengujian ketiga………...

13 31 50 51 54 55 57 59 60 62 63 65 66

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

Lampiran 1. Tabel sifat fisik refrigran ammonia R-717………..………... xvi

Lampiran 2. Tabel sifat fisik udara………...………... xvii

Lampiran 3. Tabel sifat stainless steel ………... xviii

Lampiran 4. Gambar Teknik ……… xix

Lampiran 5. Data hasil pengujian pertama ………...………... .xx

Lampiran 6. Data hasil pengujian kedua ………... xxi

Lampiran 7. Data hasil pengujian ketiga……… xxii

Lampiran 8. Data pengujian Generator pertama……….. xxiii

Lampiran 9. Data pengujian Generator kedua………. xxiv

Lampiran 10. Data pengujian Generator ketiga……… xxv

Lampiran 11.Tabel Ukuran standar Tube……… xxvi

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

Q Laju perpindahan panas Watt

A Luas Penampang Pelat Evaporator (m2

ṁ Laju aliran massa kg/s

)

ρ

Nu Bilangan Nusselt ( tak bersatuan ) massa jenis kg/m3

Re

h Koefisien Konveksi W/m2

K Bilangan Reyold ( tak bersatuan )

d Diamter pipa m

T Temperatur °C µ Viskositas Ns/m2

k Koefisien Konduksi W/mK

Cp Panas Jenis J/kgK

Pr Bilangan Prandtl (tak bersatuan)

V Kecepatan udara m/s