Rancang Bangun Kondensor Pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi Dengan Pasangan Refrijeran – Absorben Amonia - Air
RANCANG BANGUN KONDENSOR PADA MESIN
PENDINGIN MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORPSI DENGAN
PASANGAN REFRIJERAN – ABSORBEN AMONIA - AIR
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ABSALIOK SETRISA SIHOMBING
NIM : 100401023
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan mesin pendingin merupakan suatu kebutuhan dalam era
sekarang ini, modifikasi dari mesin pendingin adalah salah satu cara dalam
menghadapi persoalan krisis energi yang sedang terjadi sekarang ini, salah
satunya dengan memanfaatkan sumber energi yang tidak terpakai yang
ada
disekitar kita, sebagai contoh adalah pemanfaatan gas buang. Mesin pendingin
absorpsi adalah salah satu contoh pemanfaatan gas buang sebagai sumber energi
utama dalam mekanismenya. Salah satu komponen yang berpengaruh dalam
mesin ini adalah kondensor dimana kondensor berfungsi untuk membuang panas
dari uap refrijeran, tipe kondensor yang dirancang pada penelitian ini adalah tipe
pendingin udara dengan bahan tube stainless stell 304. Adapun tujuan dari
penelitian ini adalah merancang sebuah kondensor untuk beban evaporator 50 W
dengan temperatur masuk refrijeran 90oC temperatur keluar refrijeran 35oC
temperatur udara masuk 30oC temperatur udara keluara 31 oC dengan kecepatan
udara sebesar 5 m/s dan untuk mengetahui unjuk kerja dari kondensor sebagai
salah satu komponen siklus absorpsi. Dimana dari hasil penelitian yang dilakukan
didapat dimensi kondensor adalah panjang total tube 1,460 m, diameter dalam
tube 6,82 mm dan diameter luar 10,28 mm sedangkan laju perpindahan panas
rata-rata kondensor pada pengujian pertama sebesar 0,0189 kW, pada pengujian
kedua 0,02096 kW dan pengujian ketiga sebesar 0,3419 kW.
Kata kunci: Mesin pendingin, Panas buang, Absorpsi, Kondensor
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The use of refrigeration is a necessity in today's era, the modification of
the engine coolant is one way in addressing the issue of energy crisis that is
happening today, one of them by harnessing the unused energy that is around us,
as an example is the use of exhaust gas , Absorption refrigerating machine is just
one example of the utilization of flue gas as a primary energy source in the
mechanism. One of the components that are influential in the machine condenser
condenser which serves to remove heat from the refrijerant vapor, the type of
condenser which is designed in this study is the type of air conditioning with a
stainless steel tube material 304. The purpose of this research was to design an
evaporator condenser to load 50 W at 90 °C inlet temperature refrijerant outlet
35°C temperature refrijerant inlet air temperature 30°C outlet air temperature 31
°C with air velocity of 5 m/s and to know the performance of the condenser as one
component of the absorption cycle. Where the results of research conducted
acquired the dimensions of the condenser is a total length of 1,460 m tube, the
tube diameter of 6.82 mm and an outer diameter of 10.28 mm while the heat
transfer rate average condenser in the first test of 0.0189 kW, in second test
0.02096 kW and the third test of 0.3419 kW.
Keywords: refrigeration, waste heat, absorption, Condensers
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Rancang Bangun Kondensor pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi
dengan Pasangan Refrijeran – Absorben Amonia Air”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana
S-1
pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Untuk penulisan skripsi ini, penulis dan tim telah merancang dan membangun
konstruksi alat pendingin dengan pemanfaatan panas buang dari mesin diesel.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Zamanhuri, MT selaku Dosen pembimbing, yang selalu memberikan
bimbingan dan motivasi sehingga penelitian ini dapat selesai.
2. Bapak Dr.Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah
membantu segala keperluan yang diperlukan selama penulis kuliah.
5. Kedua orang tua saya, R. Sihombing dan D. Simangunsong yang selalu
memberikan dukungan moril dan materil serta kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada saya.
6. Bang Tonggam Sihombing, Iimmedi Juliana Sihombing, Jansen Sihombing,
Efriwita Nainggolan, Serta keluarga dekat yang memberikan dukungan moral
maupun moril dalam penyelesaian penelitian ini.
7. Rekan satu tim, Rido Manik, Dedi Manurung dan Lamhot Aritonang atas kerja
keras dan kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.
8. Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuannya
terkhusus stambuk 2010 sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan
seluruh pihak yang telah membantu selama penulis kuliah dan menyelesaikan
skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Universitas Sumatera Utara
berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan
pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih
Medan,
Mei 2016
Penulis,
Absaliok Setrisa Shombing
100401023
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK............................................................................................................. i
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. x
DAFTAR NOTASI................................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan............................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sitem Pendingin Absorpsi ..................................................................... 5
2.1.1 Prinsip Kerja Siklus Absorpsi ....................................................... 6
2.1.2 Komponen Siklus Absorpsi.......................................................... 9
2.1.3 Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sitem Komprei Uap
(SKU) ........................................................................................ 10
2.2 Kombinasi Refrijeran – Absorben pada Sistem Pedingin
Absorpsi............................................................................................... 10
2.2.1 Absorben...................................................................................... 12
2.3 Refrijeran.............................................................................................. 13
2.3.1 Amonia ........................................................................................ 15
2.4 Alat Penukar Kalor ............................................................................... 15
2.4.1 Jenis Alat Penukar Kalor .............................................................. 16
2.5 Kondenor .............................................................................................. 17
2.5.1 Jenis – Jenis Kondenor ................................................................. 18
2.6 Perpindahan Panas Pada Kondensor ...................................................... 21
2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi ........................................................ 21
2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi ........................................................ 24
2.6.3 Sifat - Sifat Termodinamika Fluida ............................................... 25
2.6.4 Sifat Aliran Fluida ........................................................................ 25
Universitas Sumatera Utara
2.7 Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor............................................... 27
2.8 Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor ................................ 31
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 33
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian................................................................ 33
3.2 Alat dan Bahan ..................................................................................... 33
3.2.1 Alat ............................................................................................ 33
3.2.2 Bahan .......................................................................................... 37
3.3 Proses Pembuatan Kondensor................................................................ 38
3.4 Eksperimental set up ............................................................................. 40
3.5 Prosedur Pengujian ............................................................................... 41
3.6 Tahapan Prosedur Penelitian ................................................................. 42
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN................................................... 43
4.1 Perhitungan Termodinamika ................................................................. 43
4.2 Perancangan Kondensor ........................................................................ 44
4.2.1 Dimensi Kondensor Perancangan ................................................. 45
4.2.2 Penentuan Dimensi Permukaan Kondensor .................................. 45
4.2.3 Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Konveksi .................... 47
4.2.4 Perpindahan Panas Menyeluruh ( U) ............................................ 49
4.2.5 Selisih Temperatur Rata-Rata Logaritmik (LMTD) ...................... 49
4.2.6 Panjang Pipa Perlintasan .............................................................. 49
4.2.7 Perencanaan Geometri dan Material dari Kondensor .................... 50
4.3 Hasil Pengujian Kondensor .................................................................. 51
4.3.1 Data Hasil Pengujian ................................................................... 51
4.3.2 Analisa Kerja Kondensor dengan Kesetimbangan Energi ............. 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN....................................................... ............. 65
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 65
5.2 Saran .................................................................................................... 66
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ xiii
LAMPIRAN .......................................................................................................... xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem refrigrasi absorpsi sederhana ................................................. 6
Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi....................... 8
Gambar 2.3 Kondensor tabung dan pipa bersirip horisontal................................ 18
Gambar 2.4 Kondensor tabung dan koil ............................................................. 19
Gambar 2.5 Kondensor dengan pendingin udara ................................................ 20
Gambar 2.6 Perpindahan panas secara konduksi................................................. 22
Gambar 2.7 Mode perambatan panas.................................................................. 23
Gambar 2.8 Aliran luar ..................................................................................... 24
Gambar 2.9 Aliran dalam ................................................................................... 25
Gambar 2.10 Selisih temperatur rata-rata logaritmik kondensor ......................... 30
Gambar 2.11 (a) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada kondensor aliran
paralel, (b) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada
kondensor aliran berlawanan arah................................................. 32
Gambar 3.1 Kipas Angin.................................................................................... 33
Gambar 3.2 Flexible Thermo – Anemometer ..................................................... 34
Gambar 3.3 Pressure Gauge .............................................................................. 34
Gambar 3.4 Termometer digital ........................................................................ 35
Gambar 3.5 Pompa Vakum ................................................................................ 35
Gambar 3.6 Stop watch ..................................................................................... 36
Gambar 3.7 Penyambung pipa .......................................................................... 36
Gambar 3.8 Ammonium Hydroxide (NH 4 OH) ................................................... 37
Gambar 3.9 Desain kondensor .......................................................................... 38
Gambar 3.10 Rangka dudukan komponen siklus absorbsi .................................. 38
Gambar 3.11kondensor ...................................................................................... 39
Gambar 3.12 kondensor pada rangkaian siklus ................................................... 39
Gambar 3.13 Titik pengukuran pada kondenor .................................................. 40
Gambar 3.14 Diagram alir proses penelitian ....................................................... 42
Gambar 4.1 Siklus pendingin absorpsi ............................................................... 43
Gambar 4.2 Diagram P-h ................................................................................... 44
Gambar 4.3 Kondensor perancangan ................................................................. 45
Gambar 4.4 Bentuk perancangan kondensor ...................................................... 51
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari pertama ................ 54
Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperatur pengujian hari kedua ........................... 56
Gambar 4.7 Grafik temperatur vs waktu pada pengujian hari ketiga ................... 58
Gambar 4.8 Grafik antara beban kondensor dengan LMTD pada pengujian hari
pertama .......................................................................................... 60
Gambar 4.9 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
kedua ............................................................................................. 62
Gambar 4.10 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
ketiga ............................................................................................. 64
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi sumber energi panas di Indonesia ...................................... 2
Tabel 2.1 Tabel sifat amonia ......................................................................... 15
Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida ................................................ 29
Tabel 4.1 Data pengujian hari pertama ......................................................... 52
Tabel 4.2 Data pengujian harikKedua ........................................................... 54
Tabel 4.3 Data pengujian hari ketiga ....................................................................... 56
Tabel 4.4 Kerja kondensor pengujian hari pertama .................................................. 59
Tabel 4.5 Kerja kondensor pengujian hari kedua...................................................... 61
Tabel 4.6 Kerja kondensor pengujian hari ketiga ..................................................... 63
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
k
Konduktifitas Thermal
W/m.K
ΔT
Perbedaan Temperatur
o
μ
Viskositas Dinamis
N.s/m2
ρ
Massa Jenis
kg/m3
Cp
Panas Jenis Fluida
J/kg.K
V
Kecepatan Fluida
m/s
ho
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Luar
W/m2K
hi
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Dalam
W/m2K
ℎ′�
Koefisien konveksi internal total
W/m2K
ℎ′�
Koefisien konveksi eksternal total
W/m2K
As
Area permukaan perpindahan panas
m2
Ts
Temperatur Permukaan Benda
o
Temperatur lingkungan sekitar benda
o
Tr, r
Temperatur Rata – Rata Refrijeran
o
Tr, u
Temperatur Rata – Rata Refrijeran
o
Re
Bilangan Reynold
Nu
Bilangan Nusselt
Pr
Bilangan Prandtl
Do
Diameter Luar Pipa
m
Di
Diameter Dalam Pipa
m
Nu i
Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nu o
Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
kl,r
Konduktifitas thermal cair refrijeran
W/m2K
g
Gaya grafitasi
m/s2
ρl, r
Massa jenis cair refrijeran
kg/m3
ρv, r
Massa jenis uap refrijeran
kg/m3
µl,r
Viskositas dinamik cair refrijeran
kg/m3
Tsat
Temperatur saturasi
K
Ts
Temperatur dinding
K
hfg
Kalor laten
kJ/kg
Cpl,r
Panas jenis fluida amonia cair refrijeran
J/kg.K
T∞
C
C
C
C
C
Universitas Sumatera Utara
L
Panjang total tube
m
�
Tahanan Termal
m2. °C/W
Ai
Luas area permukaan dalam pipa
m2
Ao
Luas area permukaan luar pipa
m2
U
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
W/m2°C
Qk
Laju Perpindahan Panas Kondensor
W
ṁr
Laju aliran massa Refrijeran
kg/s
ṁu
Laju aliran massa udara
kg/s
Cp ,r
Panas Jenis fluida amonia
J/kg.K
C p,u
Panas Jenis fluida udara
J/kg.K
T r,i
Temperatur Refrigran masuk
°C
T r,o
Temperatur Refrigran keluar
°C
T u,i
Temperatur Udara masuk
°C
T u,o
Temperatur Udara keluar
°C
Δ LMTD
Beda Suhu rata-rata logaritma
°C
Rf o
Faktor pengotoran sisi luar
m2 oC/W
Rf i
Faktor pengotoran sisi dalam
m2 oC/W
Te
Temperatur Evaporasi
°C
Tk
Temperatur Kondensasi
°C
Ta
Temperatur Absorber
°C
Tg
Temperatur Generator
°C
Pe
Tekanan Evaporasi
Bar
Pk
Tekanan Kondensasi
Bar
Universitas Sumatera Utara
PENDINGIN MENGGUNAKAN SIKLUS ABSORPSI DENGAN
PASANGAN REFRIJERAN – ABSORBEN AMONIA - AIR
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ABSALIOK SETRISA SIHOMBING
NIM : 100401023
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan mesin pendingin merupakan suatu kebutuhan dalam era
sekarang ini, modifikasi dari mesin pendingin adalah salah satu cara dalam
menghadapi persoalan krisis energi yang sedang terjadi sekarang ini, salah
satunya dengan memanfaatkan sumber energi yang tidak terpakai yang
ada
disekitar kita, sebagai contoh adalah pemanfaatan gas buang. Mesin pendingin
absorpsi adalah salah satu contoh pemanfaatan gas buang sebagai sumber energi
utama dalam mekanismenya. Salah satu komponen yang berpengaruh dalam
mesin ini adalah kondensor dimana kondensor berfungsi untuk membuang panas
dari uap refrijeran, tipe kondensor yang dirancang pada penelitian ini adalah tipe
pendingin udara dengan bahan tube stainless stell 304. Adapun tujuan dari
penelitian ini adalah merancang sebuah kondensor untuk beban evaporator 50 W
dengan temperatur masuk refrijeran 90oC temperatur keluar refrijeran 35oC
temperatur udara masuk 30oC temperatur udara keluara 31 oC dengan kecepatan
udara sebesar 5 m/s dan untuk mengetahui unjuk kerja dari kondensor sebagai
salah satu komponen siklus absorpsi. Dimana dari hasil penelitian yang dilakukan
didapat dimensi kondensor adalah panjang total tube 1,460 m, diameter dalam
tube 6,82 mm dan diameter luar 10,28 mm sedangkan laju perpindahan panas
rata-rata kondensor pada pengujian pertama sebesar 0,0189 kW, pada pengujian
kedua 0,02096 kW dan pengujian ketiga sebesar 0,3419 kW.
Kata kunci: Mesin pendingin, Panas buang, Absorpsi, Kondensor
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The use of refrigeration is a necessity in today's era, the modification of
the engine coolant is one way in addressing the issue of energy crisis that is
happening today, one of them by harnessing the unused energy that is around us,
as an example is the use of exhaust gas , Absorption refrigerating machine is just
one example of the utilization of flue gas as a primary energy source in the
mechanism. One of the components that are influential in the machine condenser
condenser which serves to remove heat from the refrijerant vapor, the type of
condenser which is designed in this study is the type of air conditioning with a
stainless steel tube material 304. The purpose of this research was to design an
evaporator condenser to load 50 W at 90 °C inlet temperature refrijerant outlet
35°C temperature refrijerant inlet air temperature 30°C outlet air temperature 31
°C with air velocity of 5 m/s and to know the performance of the condenser as one
component of the absorption cycle. Where the results of research conducted
acquired the dimensions of the condenser is a total length of 1,460 m tube, the
tube diameter of 6.82 mm and an outer diameter of 10.28 mm while the heat
transfer rate average condenser in the first test of 0.0189 kW, in second test
0.02096 kW and the third test of 0.3419 kW.
Keywords: refrigeration, waste heat, absorption, Condensers
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Rancang Bangun Kondensor pada Mesin Pendingin Menggunakan Siklus Absorpsi
dengan Pasangan Refrijeran – Absorben Amonia Air”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana
S-1
pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Untuk penulisan skripsi ini, penulis dan tim telah merancang dan membangun
konstruksi alat pendingin dengan pemanfaatan panas buang dari mesin diesel.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Zamanhuri, MT selaku Dosen pembimbing, yang selalu memberikan
bimbingan dan motivasi sehingga penelitian ini dapat selesai.
2. Bapak Dr.Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah
membantu segala keperluan yang diperlukan selama penulis kuliah.
5. Kedua orang tua saya, R. Sihombing dan D. Simangunsong yang selalu
memberikan dukungan moril dan materil serta kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada saya.
6. Bang Tonggam Sihombing, Iimmedi Juliana Sihombing, Jansen Sihombing,
Efriwita Nainggolan, Serta keluarga dekat yang memberikan dukungan moral
maupun moril dalam penyelesaian penelitian ini.
7. Rekan satu tim, Rido Manik, Dedi Manurung dan Lamhot Aritonang atas kerja
keras dan kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.
8. Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuannya
terkhusus stambuk 2010 sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan
seluruh pihak yang telah membantu selama penulis kuliah dan menyelesaikan
skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Universitas Sumatera Utara
berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan
pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih
Medan,
Mei 2016
Penulis,
Absaliok Setrisa Shombing
100401023
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK............................................................................................................. i
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. x
DAFTAR NOTASI................................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah Penelitian ................................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan............................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sitem Pendingin Absorpsi ..................................................................... 5
2.1.1 Prinsip Kerja Siklus Absorpsi ....................................................... 6
2.1.2 Komponen Siklus Absorpsi.......................................................... 9
2.1.3 Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sitem Komprei Uap
(SKU) ........................................................................................ 10
2.2 Kombinasi Refrijeran – Absorben pada Sistem Pedingin
Absorpsi............................................................................................... 10
2.2.1 Absorben...................................................................................... 12
2.3 Refrijeran.............................................................................................. 13
2.3.1 Amonia ........................................................................................ 15
2.4 Alat Penukar Kalor ............................................................................... 15
2.4.1 Jenis Alat Penukar Kalor .............................................................. 16
2.5 Kondenor .............................................................................................. 17
2.5.1 Jenis – Jenis Kondenor ................................................................. 18
2.6 Perpindahan Panas Pada Kondensor ...................................................... 21
2.6.1 Perpindahan Panas Konduksi ........................................................ 21
2.6.2 Perpindahan Panas Konveksi ........................................................ 24
2.6.3 Sifat - Sifat Termodinamika Fluida ............................................... 25
2.6.4 Sifat Aliran Fluida ........................................................................ 25
Universitas Sumatera Utara
2.7 Laju Perpindahan Kalor pada Kondensor............................................... 27
2.8 Aliran dan Distribusi Temperatur pada Kondensor ................................ 31
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 33
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian................................................................ 33
3.2 Alat dan Bahan ..................................................................................... 33
3.2.1 Alat ............................................................................................ 33
3.2.2 Bahan .......................................................................................... 37
3.3 Proses Pembuatan Kondensor................................................................ 38
3.4 Eksperimental set up ............................................................................. 40
3.5 Prosedur Pengujian ............................................................................... 41
3.6 Tahapan Prosedur Penelitian ................................................................. 42
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN................................................... 43
4.1 Perhitungan Termodinamika ................................................................. 43
4.2 Perancangan Kondensor ........................................................................ 44
4.2.1 Dimensi Kondensor Perancangan ................................................. 45
4.2.2 Penentuan Dimensi Permukaan Kondensor .................................. 45
4.2.3 Menghitung Koefisien Perpindahan Panas Konveksi .................... 47
4.2.4 Perpindahan Panas Menyeluruh ( U) ............................................ 49
4.2.5 Selisih Temperatur Rata-Rata Logaritmik (LMTD) ...................... 49
4.2.6 Panjang Pipa Perlintasan .............................................................. 49
4.2.7 Perencanaan Geometri dan Material dari Kondensor .................... 50
4.3 Hasil Pengujian Kondensor .................................................................. 51
4.3.1 Data Hasil Pengujian ................................................................... 51
4.3.2 Analisa Kerja Kondensor dengan Kesetimbangan Energi ............. 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN....................................................... ............. 65
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 65
5.2 Saran .................................................................................................... 66
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ xiii
LAMPIRAN .......................................................................................................... xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem refrigrasi absorpsi sederhana ................................................. 6
Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi....................... 8
Gambar 2.3 Kondensor tabung dan pipa bersirip horisontal................................ 18
Gambar 2.4 Kondensor tabung dan koil ............................................................. 19
Gambar 2.5 Kondensor dengan pendingin udara ................................................ 20
Gambar 2.6 Perpindahan panas secara konduksi................................................. 22
Gambar 2.7 Mode perambatan panas.................................................................. 23
Gambar 2.8 Aliran luar ..................................................................................... 24
Gambar 2.9 Aliran dalam ................................................................................... 25
Gambar 2.10 Selisih temperatur rata-rata logaritmik kondensor ......................... 30
Gambar 2.11 (a) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada kondensor aliran
paralel, (b) distribusi temperatur – panjang (luas) tube pada
kondensor aliran berlawanan arah................................................. 32
Gambar 3.1 Kipas Angin.................................................................................... 33
Gambar 3.2 Flexible Thermo – Anemometer ..................................................... 34
Gambar 3.3 Pressure Gauge .............................................................................. 34
Gambar 3.4 Termometer digital ........................................................................ 35
Gambar 3.5 Pompa Vakum ................................................................................ 35
Gambar 3.6 Stop watch ..................................................................................... 36
Gambar 3.7 Penyambung pipa .......................................................................... 36
Gambar 3.8 Ammonium Hydroxide (NH 4 OH) ................................................... 37
Gambar 3.9 Desain kondensor .......................................................................... 38
Gambar 3.10 Rangka dudukan komponen siklus absorbsi .................................. 38
Gambar 3.11kondensor ...................................................................................... 39
Gambar 3.12 kondensor pada rangkaian siklus ................................................... 39
Gambar 3.13 Titik pengukuran pada kondenor .................................................. 40
Gambar 3.14 Diagram alir proses penelitian ....................................................... 42
Gambar 4.1 Siklus pendingin absorpsi ............................................................... 43
Gambar 4.2 Diagram P-h ................................................................................... 44
Gambar 4.3 Kondensor perancangan ................................................................. 45
Gambar 4.4 Bentuk perancangan kondensor ...................................................... 51
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Grafik waktu vs temperatur pada pengujian hari pertama ................ 54
Gambar 4.6 Grafik waktu vs temperatur pengujian hari kedua ........................... 56
Gambar 4.7 Grafik temperatur vs waktu pada pengujian hari ketiga ................... 58
Gambar 4.8 Grafik antara beban kondensor dengan LMTD pada pengujian hari
pertama .......................................................................................... 60
Gambar 4.9 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
kedua ............................................................................................. 62
Gambar 4.10 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari
ketiga ............................................................................................. 64
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi sumber energi panas di Indonesia ...................................... 2
Tabel 2.1 Tabel sifat amonia ......................................................................... 15
Tabel 2.2 Faktor pengotoran beberapa fluida ................................................ 29
Tabel 4.1 Data pengujian hari pertama ......................................................... 52
Tabel 4.2 Data pengujian harikKedua ........................................................... 54
Tabel 4.3 Data pengujian hari ketiga ....................................................................... 56
Tabel 4.4 Kerja kondensor pengujian hari pertama .................................................. 59
Tabel 4.5 Kerja kondensor pengujian hari kedua...................................................... 61
Tabel 4.6 Kerja kondensor pengujian hari ketiga ..................................................... 63
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
k
Konduktifitas Thermal
W/m.K
ΔT
Perbedaan Temperatur
o
μ
Viskositas Dinamis
N.s/m2
ρ
Massa Jenis
kg/m3
Cp
Panas Jenis Fluida
J/kg.K
V
Kecepatan Fluida
m/s
ho
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Luar
W/m2K
hi
Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Dalam
W/m2K
ℎ′�
Koefisien konveksi internal total
W/m2K
ℎ′�
Koefisien konveksi eksternal total
W/m2K
As
Area permukaan perpindahan panas
m2
Ts
Temperatur Permukaan Benda
o
Temperatur lingkungan sekitar benda
o
Tr, r
Temperatur Rata – Rata Refrijeran
o
Tr, u
Temperatur Rata – Rata Refrijeran
o
Re
Bilangan Reynold
Nu
Bilangan Nusselt
Pr
Bilangan Prandtl
Do
Diameter Luar Pipa
m
Di
Diameter Dalam Pipa
m
Nu i
Bilangan Nusselt tabung Bagian Dalam
Nu o
Bilangan Nusselt tabung Bagian Luar
kl,r
Konduktifitas thermal cair refrijeran
W/m2K
g
Gaya grafitasi
m/s2
ρl, r
Massa jenis cair refrijeran
kg/m3
ρv, r
Massa jenis uap refrijeran
kg/m3
µl,r
Viskositas dinamik cair refrijeran
kg/m3
Tsat
Temperatur saturasi
K
Ts
Temperatur dinding
K
hfg
Kalor laten
kJ/kg
Cpl,r
Panas jenis fluida amonia cair refrijeran
J/kg.K
T∞
C
C
C
C
C
Universitas Sumatera Utara
L
Panjang total tube
m
�
Tahanan Termal
m2. °C/W
Ai
Luas area permukaan dalam pipa
m2
Ao
Luas area permukaan luar pipa
m2
U
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
W/m2°C
Qk
Laju Perpindahan Panas Kondensor
W
ṁr
Laju aliran massa Refrijeran
kg/s
ṁu
Laju aliran massa udara
kg/s
Cp ,r
Panas Jenis fluida amonia
J/kg.K
C p,u
Panas Jenis fluida udara
J/kg.K
T r,i
Temperatur Refrigran masuk
°C
T r,o
Temperatur Refrigran keluar
°C
T u,i
Temperatur Udara masuk
°C
T u,o
Temperatur Udara keluar
°C
Δ LMTD
Beda Suhu rata-rata logaritma
°C
Rf o
Faktor pengotoran sisi luar
m2 oC/W
Rf i
Faktor pengotoran sisi dalam
m2 oC/W
Te
Temperatur Evaporasi
°C
Tk
Temperatur Kondensasi
°C
Ta
Temperatur Absorber
°C
Tg
Temperatur Generator
°C
Pe
Tekanan Evaporasi
Bar
Pk
Tekanan Kondensasi
Bar
Universitas Sumatera Utara